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。

來(lái)源：電子工程世界