戶外全彩LED顯示屏亮度色度檢測新方法

作者：時(shí)間：2012-11-22 來源：網(wǎng)絡(luò)

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　　LED（ Light Emitting Diode, 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)勢明顯。但是， LED間存在的光、電學(xué)特性差異通常會引起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)還會造成"花屏"、"馬賽克"等問題。在解決這一問題時(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)動控制參數(shù)來改善顯示效果。這類檢測和校正方案能較好解決“花屏” 、“馬賽克"等嚴(yán)重問題?？墒?，即便是同一基色、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)、制造的過程中都難免會出現(xiàn)各種問題，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，這類檢測方案對單個(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，人工目測也只能檢測出個(gè)別差異明顯的LED 像素點(diǎn)，且對檢測人員的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)要求較高；同時(shí)， LED 的高亮度也加大了檢測人員的工作強(qiáng)度，致使檢測效率低。

　　因此，本文從戶外全彩LED 顯示屏整體著手，運(yùn)用數(shù)字圖像處理的方法對顯示屏上的每個(gè)LED 像素點(diǎn)進(jìn)行快速檢測，目的在于提高檢測速度和準(zhǔn)確度，從而改善戶外全彩LED 顯示屏的顯示效果。

　　1 檢測原理

　　如圖1 所示，計(jì)算機(jī)通過圖像采集/ 控制模塊將CCD（ Charge Coupled Devices, 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。處理過程主要包括LED 像素點(diǎn)的定位和亮度、色度的快速檢測兩部分。

戶外全彩LED顯示屏亮度色度檢測新方法

圖1 檢測系統(tǒng)組成原理圖

　　1. 1 LED 像素點(diǎn)的定位

　　要確定LED 像素點(diǎn)的位置，首先要對采集的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呈現(xiàn)多個(gè)峰值，每個(gè)峰值對應(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)為閾值來劃分相鄰峰值。

　　由于LED 顯示屏的點(diǎn)陣特性，實(shí)際檢測中發(fā)現(xiàn)采集的圖像（如圖2（ a）其灰度直方圖（如圖2（ b））雙峰分布特征十分明顯。對于這類情況，采用式（ 1）的最大方差閾值法來自動選擇分割閾值，不僅效果好，而且速度快。

　　式中T 表示分割閾值， w 0、w 1 分別表示灰度值小于T、大于T 的像素點(diǎn)在圖像中所占的比重，、“0”、“1” 分別表示圖像整體的灰度平均值、灰度值小于T 的那部分圖像的灰度平均值、灰度值大于T 的那部分圖像的灰度平均值。

　　利用式（ 1）計(jì)算出的閾值T 對圖2（ a）的灰度圖像進(jìn)行二值化處理后得到圖2（ c） , 再對圖2（ c）分別進(jìn)行水平和垂直投影，就可以計(jì)算出LED 像素點(diǎn)在顯示屏上的位置。

戶外全彩LED顯示屏亮度色度檢測新方法

2( a) 采集的藍(lán)色圖像 2( b) 灰度直方圖 2( c) 二值化圖像

圖2 定位處理結(jié)果

戶外全彩LED顯示屏亮度色度檢測新方法(2/3)

文章出處：發(fā)布時(shí)間： 2011/11/04 | 1737 次閱讀 | 4次推薦 | 0條留言

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　　1. 2 LED 像素點(diǎn)亮度、色度的快速檢測

　　借鑒成功用于PAL（ Phase Alternating Line, 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)換成式（ 2）的顏色模型，可以方便、快捷地計(jì)算出各像素點(diǎn)的相對亮度值。

　　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（國際照明委員會） 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)總是能在待測圖像中找到對應(yīng)的區(qū)域。因此，可通過其對應(yīng)區(qū)域內(nèi)圖像數(shù)據(jù)中的RGB 值來確定該像素點(diǎn)的色度，其計(jì)算公式如式（ 3）。

　　設(shè)測得的LED 像素點(diǎn)的亮度值為Y1, 色度坐標(biāo)為（ r 1,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)證檢測方法的有效性，筆者用Ava Spec- 2048 微型光譜儀對同一戶外全彩LED 顯示屏的單元模塊進(jìn)行了亮度和色度的對比測試。為減小計(jì)算量和方便調(diào)試，筆者采用了CIE rg 色度坐標(biāo)系，這與光譜儀采用的國際通用的CIE xy 色度坐標(biāo)系不同。因此，測試時(shí)要對色度坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如式（ 4）所示。

　　2 處理結(jié)果及分析

　　筆者利用CCD 圖像傳感器采集圖像，對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)行了算法測試。

　　以藍(lán)色為例，圖2（ a）為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)證該檢測方法的有效性，筆者對該LED 顯示單元模塊的某些像素點(diǎn)進(jìn)行了遮蔽處理，形成了圖2（ a）中的黑色部分。

戶外全彩LED顯示屏亮度色度檢測新方法

圖3 麥克亞當(dāng)顏色寬容量橢圓圖

　　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)動電流成正比，因此在驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試過程中，通過合理控制驅(qū)動電流，可以盡量減小亮度差，以平均值作為標(biāo)準(zhǔn)值來計(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)行色度檢測時(shí)，本文參照麥克亞當(dāng)（ D. L. MacAdam）對顏色寬容度進(jìn)行量化的方法（如圖3） , 對各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） , 如式（5）。