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(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(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,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。 圖1 檢測系統(tǒng)組成原理圖 2(a)采集的藍(lán)色圖像 2(b)灰度直方 2(c)二值化圖像 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(diǎn),通過控制每個像素點(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。 設(shè)測得的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)。 2 處理結(jié)果及分析 圖3 麥克亞當(dāng)顏色寬容量橢圓圖 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(r1,g1)。 表1 檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表(藍(lán)色) 用AvaSpec-2048微型光譜儀對同一單元模塊進(jìn)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。
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(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。
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(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,w0、w1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。
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
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(jì)算出各像素點(diǎn)的相對亮度值。
而led顯示屏上的每個像素點(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)。
為驗(yàn)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(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, 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(jìn)行轉(zhuǎn)換,如式(4)所示。
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(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, 本文對該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。
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%。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,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)3-5%(不同顏色d0取值不同),如式(5)。
表2 AvaSpec-2048微型光譜儀測試結(jié)果(藍(lán)色)
3 結(jié)語
本文運(yùn)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(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(shí)現(xiàn)對戶外全彩顯示屏上每個LED像素點(diǎn)的亮度、色度值的精確檢測和校正。
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