戶外全彩LED顯示屏亮度色度檢測(cè)新方法
針對(duì)戶外全彩LED顯示屏的亮度和色度檢測(cè)，提出了一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的檢測(cè)新方法。首先對(duì)采集的LED顯示屏圖像進(jìn)行預(yù)處理；然后通過(guò)水平與垂直投影來(lái)確定LED像素點(diǎn)的位置及亮度、色度的計(jì)算區(qū)域；最后記錄亮度和色度不一致的LED像素點(diǎn)，以便進(jìn)行后續(xù)校正。實(shí)驗(yàn)表明，該檢測(cè)方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)戶外全彩LED顯示屏亮度和色度的檢測(cè)及后續(xù)的校正，大大提高LED顯示屏的檢測(cè)速度和顯示質(zhì)量。
LED（LightEmittingDiode,發(fā)光二極管）是當(dāng)今世界發(fā)展最為快速的產(chǎn)業(yè)之一。LED高亮度、低能耗、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)使得LED顯示屏在戶外平板顯示領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯。但是，LED間存在的光、電學(xué)特性差異通常會(huì)引起LED顯示屏亮度、色度不一致，進(jìn)而破壞顯示屏的白平衡，降低顯示品質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成"花屏"、"馬賽克"等問(wèn)題。
在解決這一問(wèn)題時(shí)，以往的研究主要集中在單個(gè)LED的光電學(xué)特性差異上面，目的在于找到RGB（紅、綠、藍(lán)）三基色LED合適的補(bǔ)償曲線以修正其驅(qū)動(dòng)控制參數(shù)來(lái)改善顯示效果。這類檢測(cè)和校正方案能較好解決“花屏”、“馬賽克"等嚴(yán)重問(wèn)題�？墒牵幢闶峭换�、同一批次的LED間也存在特性差異，且LED全彩顯示屏包含的LED像素點(diǎn)多，在生產(chǎn)、制造的過(guò)程中都難免會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，將導(dǎo)致某個(gè)LED像素點(diǎn)不亮，或產(chǎn)生亮度、色度差 。
所以，這類檢測(cè)方案對(duì)單個(gè)LED像素點(diǎn)的校正效果較差，顯示效果改善有限。作為補(bǔ)償方案，人工目測(cè)也只能檢測(cè)出個(gè)別差異明顯的LED像素點(diǎn)，且對(duì)檢測(cè)人員的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)要求較高；同時(shí)，LED的高亮度也加大了檢測(cè)人員的工作強(qiáng)度，致使檢測(cè)效率低。
因此，從戶外全彩LED顯示屏整體著手，運(yùn)用數(shù)字圖像處理的方法對(duì)顯示屏上的每個(gè)LED像素點(diǎn)進(jìn)行快速檢測(cè)，目的在于提高檢測(cè)速度和準(zhǔn)確度，從而改善戶外全彩LED顯示屏的顯示效果。
檢測(cè)原理
計(jì)算機(jī)通過(guò)圖像采集/控制模塊將CCD（ChargeCoupledDevices,電荷耦合器件）傳感器采集到的LED顯示屏的顯示圖像進(jìn)行處理。處理過(guò)程主要包括LED像素點(diǎn)的定位和亮度、色度的快速檢測(cè)兩部分。
LED像素點(diǎn)的定位
要確定LED像素點(diǎn)的位置，首先要對(duì)采集的LED顯示屏圖像進(jìn)行二值化。由基于直方圖的圖像閾值分割方法可以知道：圖像由可以分離的具有不同灰度等級(jí)的一種或多種物體和背景組成。根據(jù)這一原理，圖像的直方圖中將會(huì)呈現(xiàn)多個(gè)峰值，每個(gè)峰值對(duì)應(yīng)一種物體或是背景，要將不同的物體分離開，可以以谷值點(diǎn)為閾值來(lái)劃分相鄰峰值。
由于LED電子顯示屏的點(diǎn)陣特性，實(shí)際檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)采集的圖像其灰度直方圖雙峰分布特征十分明顯。對(duì)于這類情況，采用最大方差閾值法來(lái)自動(dòng)選擇分割閾值，不僅效果好，而且速度快。
利用計(jì)算出的閾值T對(duì)灰度圖像進(jìn)行二值化處理后，分別進(jìn)行水平和垂直投影，就可以計(jì)算出LED像素點(diǎn)在LED電子屏上的位置。
LED像素點(diǎn)亮度、色度的快速檢測(cè)
借鑒成功用于PAL（PhaseAlternatingLine,逐行倒相制）制式的電視系統(tǒng)中的YUV顏色模型（Y表示亮度，U和V是構(gòu)成彩色的兩個(gè)分量）,筆者將圖像中采用的RGB顏色模型轉(zhuǎn)換，可以方便、快捷地計(jì)算出各像素點(diǎn)的相對(duì)亮度值。
根據(jù)色度學(xué)中的加色法原理？1%,戶外全彩LED顯示屏由RGB三基色LED構(gòu)成顯示屏上的每個(gè)像素點(diǎn)，通過(guò)控制每個(gè)像素點(diǎn)中的某基色LED的發(fā)光強(qiáng)度，就可以配出各種顏色，在顯示屏上顯示出豐富多彩的彩色圖像。在CIE（國(guó)際照明委員會(huì)）rg色度圖中，色度坐標(biāo)反映的是三基色各自在三刺激值總量中的相對(duì)比例，一組色度坐標(biāo)表示了色相相同和飽和度相同而亮度不同的那些顏色的共同特征。
而LED顯示屏上的每個(gè)像素點(diǎn)總是能在待測(cè)圖像中找到對(duì)應(yīng)的區(qū)域。因此，可通過(guò)其對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)圖像數(shù)據(jù)中的RGB值來(lái)確定該像素點(diǎn)的色度。 設(shè)測(cè)得的LED像素點(diǎn)的亮度值為Y1,色度坐標(biāo)為（r1,g1）,分析Y1、（ri,g1）的離散性，就能確定LED顯示屏上亮度和色度不一致的LED像素點(diǎn)。
為驗(yàn)證檢測(cè)方法的有效性，筆者用AvaSpec-2048微型光譜儀對(duì)同一戶外全彩LED顯示屏的單元模塊進(jìn)行了亮度和色度的對(duì)比測(cè)試。為減小計(jì)算量和方便調(diào)試，筆者采用了CIErg色度坐標(biāo)系，這與光譜儀采用的國(guó)際通用的CIExy色度坐標(biāo)系不同。因此，測(cè)試時(shí)要對(duì)色度坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換
2.處理結(jié)果及分析
利用CCD圖像傳感器采集圖像，對(duì)三合一表貼戶外全彩LED顯示屏的單元模塊中的LED像素點(diǎn)進(jìn)行了算法測(cè)試。
以藍(lán)色為例，CCD圖像傳感器采集的三合一表貼單元模塊顯示的藍(lán)色圖像。為更好地驗(yàn)證該檢測(cè)方法的有效性，筆者對(duì)該LED顯示單元模塊的某些像素點(diǎn)進(jìn)行了遮蔽處理，形成了黑色部分。
由于LED是自發(fā)光體，并且發(fā)光強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)與提供給它的驅(qū)動(dòng)電流成正比，因此在驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試過(guò)程中，通過(guò)合理控制驅(qū)動(dòng)電流，可以盡量減小亮度差，以平均值作為標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)計(jì)算，應(yīng)小于15%至20%?1-2%.因此，為方便后續(xù)的亮度校正，實(shí)驗(yàn)對(duì)偏離整體亮度平均值5%以上的LED像素點(diǎn)進(jìn)行定位和統(tǒng)計(jì)，以求將這些偏離較大的像素點(diǎn)的亮度差值控制在10%以內(nèi)。在進(jìn)行色度檢測(cè)時(shí)，本文參照麥克亞當(dāng)（D.L.MacAdam）對(duì)顏色寬容度進(jìn)行量化的方法。對(duì)各LED像素點(diǎn)的色度坐標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，求出這些色度坐標(biāo)的幾何中心，并記錄下與該幾何中心的歐式距離大于d0的LED像素點(diǎn)（不同顏色d0取值不同）.
運(yùn)用CCD圖像傳感器及數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)戶外全彩LED顯示屏的亮度、色度均勻性評(píng)價(jià)提出了一種新的快速檢測(cè)方法，較好地保證了顯示屏上各LED像素點(diǎn)顯示效果的一致性，為后續(xù)的亮度、色度校正工作提供了定量調(diào)試的參考依據(jù)，能大大提高戶外全彩LED顯示屏的檢測(cè)效率和顯示質(zhì)量。
下一步將繼續(xù)開展環(huán)境光對(duì)亮度、色度檢測(cè)的影響及克服方法，以及亮度、色度自動(dòng)校正驅(qū)動(dòng)電路的研究，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)戶外全彩LED顯示屏每個(gè)LED像素點(diǎn)的亮度、色度值的精確檢測(cè)和校正。 |
