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(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,。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(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,， 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(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。

　　1 檢測(cè)原理

　　如圖1 所示,， 計(jì)算機(jī)通過(guò)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(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,。

　　圖1 檢測(cè)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(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 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（ 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(duì)于這類情況， 采用式（ 1） 的最大方差閾值法來(lái)自動(dòng)選擇分割閾值,， 不僅效果好,， 而且速度快。

　　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(duì)圖2（ a） 的灰度圖像進(jìn)行二值化處理后得到圖2（ c） ,， 再對(duì)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。

　　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(diǎn)亮度,、色度的快速檢測(cè)

　　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(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,， 其計(jì)算公式如式（ 3）,。

　　設(shè)測(cè)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(cè)方法的有效性， 筆者用Ava Spec- 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CIE rg 色度坐標(biāo)系， 這與光譜儀采用的國(guó)際通用的CIE xy 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,， 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(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,， 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(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(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（ 如圖3） ,， 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） ,， 如式（5）,。

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

　　表1 檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表（藍(lán)色）

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

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

　　3 結(jié)論

　　本文運(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)戶外全彩顯示屏上每個(gè)LED 像素點(diǎn)的亮度,、色度值的精確檢測(cè)和校正。