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(lán)） 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（ 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。
圖1 檢測系統(tǒng)組成原理圖
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， w 0、w 1 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(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 像素點亮度、色度的快速檢測
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？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（ 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。
為驗證檢測方法的有效性， 筆者用Ava Spec- 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， 筆者采用了CIE rg 色度坐標(biāo)系， 這與光譜儀采用的國際通用的CIE xy 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。
2 處理結(jié)果及分析
筆者利用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(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。為更好地驗證該檢測方法的有效性， 筆者對該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。
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%±1- 2%.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（ 不同顏色d0 取值不同） ， 如式（5）。
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（ r 1， g1）。
表1 檢測結(jié)果統(tǒng)計表（藍(lán)色）
筆者用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(lán)色）
3 結(jié)論
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。