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,。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）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（ChargeCoupledDevices,電荷耦合器件）傳感器采集到的LED顯示屏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。
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,，w0、w1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）采集的藍色圖像 2（b）灰度直方 2（c）二值化圖像
1.2 LED像素點亮度,、色度的快速檢測
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)成彩色的兩個分量）,，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,，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顯示屏上的每個像素點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（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,。
為驗證檢測方法的有效性,， 本文用AvaSpec-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,， 本文采用了CIErg色度坐標(biāo)系,，這與光譜儀采用的國際通用的CIExy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。
《電子設(shè)計技術(shù)》網(wǎng)站版權(quán)所有,，謝絕轉(zhuǎn)載
2 處理結(jié)果及分析
本文利用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色圖像,。為更好地驗證該檢測方法的有效性， 本文對該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,。
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%,。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3-5%（不同顏色d0取值不同），如式（5）,。
表1為檢測結(jié)果（以藍色為例）,，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（r1,g1）,。
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（藍色）
3 結(jié)語
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,。