基于CCD的新型檢測戶(hù)外全彩LED顯示屏的方法

LED（LightEmittingDiode,發(fā)光二極管）是當今世界發(fā)展最為快速的產(chǎn)業(yè)之一。LED高亮度、低能耗、長(cháng)壽命的特點(diǎn)使得LED顯示屏在戶(hù)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(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）三基色LED合適的補償曲線(xiàn)以修正其驅動(dòng)控制參數來(lái)改善顯示效果。這類(lèi)檢測和校正方案能較好解決花屏、馬賽克等嚴重問(wèn)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(guò)程中都難免會(huì )出現各種問(wèn)題，將導致某個(gè)LED像素點(diǎn)不亮，或產(chǎn)生亮度、色度差。所以，這類(lèi)檢測方案對單個(gè)LED像素點(diǎn)的校正效果較差，顯示效果改善有限。作為補償方案，人工目測也只能檢測出個(gè)別差異明顯的LED像素點(diǎn)，且對檢測人員的調試經(jīng)驗要求較高；同時(shí)，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(hù)外全彩LED顯示屏整體著(zhù)手，運用數字圖像處理的方法對顯示屏上的每個(gè)LED像素點(diǎn)進(jìn)行快速檢測，目的在于提高檢測速度和準確度，從而改善戶(hù)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(guò)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(guò)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。根據這一原理，圖像的直方圖中將會(huì )呈現多個(gè)峰值，每個(gè)峰值對應一種物體或是背景，要將不同的物體分離開(kāi)，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)際檢測中發(fā)現采集的圖像（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(lèi)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。

圖1 檢測系統組成原理圖

　　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(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(diǎn)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

圖2 定位處理結果

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）制式的電視系統中的YUV顏色模型（Y表示亮度，U和V是構成彩色的兩個(gè)分量），將圖像中采用的RGB顏色模型轉換成式（2）的顏色模型，可以方便、快捷地計算出各像素點(diǎn)的相對亮度值。

　　根據色度學(xué)中的加色法原理，戶(hù)外全彩LED顯示屏由RGB三基色LED構成顯示屏上的每個(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(huì )）rg色度圖中，色度坐標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)總是能在待測圖像中找到對應的區域。因此，可通過(guò)其對應區域內圖像數據中的RGB值來(lái)確定該像素點(diǎn)的色度，其計算公式如式（3）。

　　設測得的LED像素點(diǎn)的亮度值為Y1,色度坐標為（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)。

　　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(hù)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試， 本文采用了CIErg色度坐標系，這與光譜儀采用的國際通用的CIExy色度坐標系不同。因此，測試時(shí)要對色度坐標進(jìn)行轉換，如式（4）所示。