基于CCD的新型檢測戶外全彩LED顯示屏的方法

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(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。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(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，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(qiáng)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(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(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。

圖1 檢測系統(tǒng)組成原理圖

　　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(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 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（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(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。

　　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(jìn)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(jìn)行轉(zhuǎn)換，如式（4）所示。