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當(dāng)前位置技術(shù)知識 >> 戶外全彩LED顯示屏亮度色度檢測新方法

戶外全彩LED顯示屏亮度色度檢測新方法

戶外全彩LED顯示屏亮度色度檢測新方法   提要: 本文針對戶外全彩 顯示屏的亮度和色度檢測, 提出了一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的檢測新方法。首先對采集的LED 顯示屏圖像進行預(yù)處理; 然后通過水平與垂直投影來確定LED 像素點的位置及亮度、色度的計算區(qū)域; 最后記錄亮度和色度不一致的LED 像素點, 以便進行后續(xù)校正。實驗表明, 該檢測方法可實現(xiàn)對戶外全彩LED 顯示屏亮度和色度的檢測及后續(xù)的校正, 大大提高LED 顯示屏的檢測速度和顯示質(zhì)量。

  LED( Light Emitting Diode, ) 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, 進而破壞顯示屏的白平衡, 降低顯示品質(zhì), 嚴(yán)重時還會造成"花屏"、"馬賽克"等問題寧波親子網(wǎng)。在解決這一問題時, 以往的研究主要集中在單個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。可是, 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LED 像素點不亮, 或產(chǎn)生亮度、色度差。所以, 這類檢測方案對單個LED 像素點的校正效果較差, 顯示效果改善有限。作為補償方案, 人工目測也只能檢測出個別差異明顯的LED 像素點, 且對檢測人員的調(diào)試經(jīng)驗要求較高; 同時, LED 的高亮度也加大了檢測人員的工作強度, 致使檢測效率低。

  因此, 本文從戶外全彩LED 顯示屏整體著手, 運用數(shù)字圖像處理的方法對顯示屏上的每個LED 像素點進行快速檢測,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, 計算機通過圖像采集/ 控制模塊將CCD( Charge Coupled Devices, 電荷耦合器件) 傳感器采集到的的顯示圖像進行處理。處理過程主要包括LED 像素點的定位和亮度、色度的快速檢測兩部分。

圖1  檢測系統(tǒng)組成原理圖

  1. 1 LED 像素點的定位

  要確定LED 像素點的位置, 首先要對采集的LED 顯示屏圖像進行二值化。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)多個峰值, 每個峰值對應(yīng)一種物體或是背景, 要將不同的物體分離開, 可以以谷值點為閾值來劃分相鄰峰值。

  由于LED 顯示屏的點陣特性, 實際檢測中發(fā)現(xiàn)采集的圖寧波婚慶網(wǎng)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) 計算出的閾值T 對圖2( a) 的灰度圖像進行二值化處理后得到圖2( c) , 再對圖2( c) 分別進行水平和垂直投影, 就可以計算出LED 像素點在顯示屏上的位置。

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

 1. 2 LED 像素點亮度、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、快捷地計算出各像素點的相對亮度值。

  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)成顯示屏上的每個像素點, 通過控制每個像素點中的某基色LED 的發(fā)光強度, 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。

[1]    


  而LED 顯示屏上的每個像素點總是能在待測圖像中找寧波餐飲到對應(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 值來確定該像素點的色度, 其計算公式如式( 3)。

  設(shè)測得的LED 像素點的亮度值為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。

  為驗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行了亮度和色度的對比測試。為減小計算量和方便調(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, 測試時要對色度坐標(biāo)進行轉(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 像素點進行了算法測試。

  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進行了遮蔽處理, 形成了圖2( a) 中的黑色部分。

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、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)值來計算, 應(yīng)小于15%至20%?1- 2%.因此, 為方便后續(xù)的亮度校正, 實驗對偏離整體亮度平均值5%以上的LED 像素點進行定位和統(tǒng)計, 以求將這些偏離較大的像素點的亮度差值控制在10%以內(nèi)。在進行色度檢測時, 本文參照麥克亞當(dāng)( D. L. MacAdam) 對顏色寬容度進行量化的方法( 如圖3) , 對各LED 像素點的色度坐標(biāo)進行了統(tǒng)計, 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( 不同顏色d0 取值不同) , 如式(5)。

表1 為檢測結(jié)果( 以藍(lán)色為例) , 其中亮度值Y1 為相對亮度, 正比于最大亮度255; 色度坐標(biāo)為( r 1, g1)。

表1  檢測結(jié)果統(tǒng)計表(藍(lán)色)

   [2]   


  筆者用AvaSpec- 2048 微型光譜儀對同一單元模塊進行了對比測試, 其測試結(jié)果如表2 所示。對比可知, 本文采用的檢測方法是有效、可行的, 且檢測速度快、精度高。

表2  AvaSpec- 2048 微型光譜儀測試結(jié)果(藍(lán)色)

  3  結(jié)論

  本文運用CCD 圖像傳感器及數(shù)字圖像處理技術(shù)對戶外全彩LED 顯示屏的亮度、色度均勻性評價提出了一種新的快速檢測方法, 較好地保證了顯示屏上各LED 像素點顯示效果的一致性, 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 顯示屏的檢測效率和顯示質(zhì)量。下一步將繼續(xù)開展環(huán)境光對亮度、色度檢測的影響及克服方法, 以及亮度、色度自動校正驅(qū)動電路的研究, 最后實現(xiàn)對戶外全彩顯示屏上每個LED 像素點的亮度、色度值的精確檢測和校正。

    [3] 

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