LED大屏幕顯示屏灰度等級(jí)檢測(cè)技術(shù)研究

　　摘 要： 在當(dāng)今以數(shù)字化為主要特征的L ED 顯示領(lǐng)域，顯示灰度控制技術(shù)已經(jīng)日臻成熟，沿用的亮度和灰度等級(jí)鑒別方法已經(jīng)相對(duì)落后。文章通過(guò)分析L ED 顯示器的顯示特性和灰度復(fù)現(xiàn)過(guò)程中圖像數(shù)據(jù)和灰度級(jí)之間函數(shù)關(guān)系，提出了一種顯示屏灰度等級(jí)的檢測(cè)方法，利用采集到的灰度差增量幅度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得出L ED大屏幕顯示產(chǎn)品灰度級(jí)控制的能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文方法具有很好的實(shí)用性。

　　1 引 言

　　科技、經(jīng)濟(jì)等方面的不斷發(fā)展，為L(zhǎng) ED 顯示屏的應(yīng)用提供了廣闊的市場(chǎng)。作為一種媒介載體，L ED 顯示屏已成為影視表演、大型歌舞、綜藝晚會(huì)等不可缺少的組成部分，同時(shí)也是公共媒體、戶外廣告、亮化工程等城市建設(shè)的寵兒。

　　作為當(dāng)前多媒體顯示終端的主流，人們對(duì)平板顯示器的顯示質(zhì)量要求越來(lái)越高?；叶燃?jí)控制能力作為評(píng)定平板顯示器的顯示質(zhì)量的重要參數(shù)之一，長(zhǎng)期以來(lái)備受關(guān)注?；叶燃?jí)控制能力由灰度級(jí)數(shù)量來(lái)表示，所謂灰度級(jí)數(shù)量就是指可以進(jìn)行控制的灰度級(jí)等級(jí)的多少，現(xiàn)行市場(chǎng)L ED 大屏幕顯示產(chǎn)品灰度級(jí)數(shù)量一般在12 bit 以上，但是現(xiàn)有的灰度測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還停留在8 bit 灰度測(cè)試基礎(chǔ)上，這種測(cè)試遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足技術(shù)和市場(chǎng)高速發(fā)展的雙重要求，因此，需要一種可以檢測(cè)8 bit以上灰度級(jí)控制的能力的方法和手段。

　　本文通過(guò)對(duì)采集到的灰度差增量畸變情況進(jìn)行分析，利用畸變幅度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果計(jì)算出L ED 大屏幕顯示產(chǎn)品灰度級(jí)控制的能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文方法具有很好的實(shí)用性。

　　2 目前LED 顯示屏灰度級(jí)檢測(cè)方法

　　根據(jù)“SJ / T1128122007 L ED 顯示屏測(cè)試方法”，灰度等級(jí)檢查方法如下：環(huán)境照度變化率小于±10 % ，整個(gè)測(cè)試過(guò)程儀器采集范圍不變；啟動(dòng)軟件，逐級(jí)增加灰度級(jí)，顯示的亮度應(yīng)隨著灰度級(jí)的上升呈現(xiàn)單調(diào)上升。其中最高標(biāo)準(zhǔn)為128 《 G≤256 ，即顯示屏具有8 bit 灰度技術(shù)。

　　可以看到，目前使用的L ED 顯示屏測(cè)試方法為線性檢測(cè)方法。如果L ED 顯示屏線性灰度級(jí)顯示數(shù)量n 超過(guò)8 bit ，就需要準(zhǔn)備額外的數(shù)據(jù)輸入設(shè)備和軟件，十分不便。實(shí)際上，L ED 顯示屏測(cè)試方法測(cè)量的是顯示屏最小線性灰度等級(jí)分辨率，而不是真正意義上的顯示屏有效灰度級(jí)。從理論上講，顯示屏的最小線性灰度等級(jí)分辨率越精細(xì)，則灰度校正深度越高，同時(shí)抽值式校正的準(zhǔn)確程度越好，使有效灰度級(jí)顯示的能力得到提高。

　　測(cè)定L ED 顯示屏的最小線性灰度等級(jí)分辨率的方法雖然可以從某方面反映顯示屏的有效灰度級(jí)水平，但是不能直觀評(píng)估顯示屏的顯示灰度特性。另外，目前大多數(shù)L ED 顯示屏灰度參數(shù)都在12 bit 以上，同時(shí)在光電轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由于某些細(xì)微的情況發(fā)生，產(chǎn)生一些對(duì)應(yīng)關(guān)系失衡，所以?xún)H僅知道L ED 顯示屏的最小線性灰度等級(jí)分辨率并不完全代表其灰度級(jí)控制的準(zhǔn)確性。

　　3 圖像數(shù)據(jù)和灰度級(jí)之間函數(shù)關(guān)系

　　由于歷史原因，當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)視頻圖像數(shù)據(jù)如果直接用于平板顯示器就會(huì)造成灰度級(jí)畸變問(wèn)題?；叶燃?jí)指的就是顯示器的亮度等級(jí)。在起初的顯示系統(tǒng)中，顯示終端為CRT 設(shè)備，由于CRT 設(shè)備并不是線性發(fā)光器件，在復(fù)現(xiàn)灰度級(jí)時(shí)存在嚴(yán)重失真。這種失真是由光電信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換和傳輸使整個(gè)圖像信息傳輸系統(tǒng)具有非線性引起的。這種非線性主要是由3 方面引入的：

　?。?） 攝像設(shè)備的輸出亮度信號(hào)數(shù)值和實(shí)際亮度Li之間的非線性； （2） 亮度信號(hào)數(shù)值之間的非線性；（3） 顯示設(shè)備復(fù)現(xiàn)亮度Lo 和傳輸過(guò)來(lái)的亮度信號(hào)數(shù)值之間的非線性。

　　其復(fù)現(xiàn)亮度Lo 和實(shí)際亮度Li 之間的關(guān)系可以表示為：

　　式中， c 為比例系數(shù)；γ1 、γ2 、γ3 分別為第（ 1） 、第（2） 、第（3） 部分非線性校正系數(shù)。為了保證灰度級(jí)的正確復(fù)現(xiàn)，必須在傳輸以前對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行γ校正。令γ1γ2 = γ，γ3 = γCRT 則式（ 1） 可以變化為：

　　其中LCRT為CRT 復(fù)現(xiàn)亮度，Li 為實(shí)際亮度，γ為原始傳輸?shù)念A(yù)先校正系數(shù)，γCRT為CRT 顯示特性系數(shù)， Si 為原始圖像數(shù)據(jù)。由式（2） 可知，現(xiàn)在采用的標(biāo)準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)γ校正后的原始顯示圖像數(shù)據(jù)，直接量化以后形成的數(shù)字化數(shù)據(jù)同樣包含有γ校正的信息，這些數(shù)字化的圖像數(shù)據(jù)如果由同CRT 顯示特性完全相同的顯示設(shè)備完成最終的圖像顯示時(shí)，可以正確復(fù)現(xiàn)原始的灰度級(jí)。

　　前面提到CRT 的顯示特性為：

　　而L ED 顯示屏的顯示特性為：

　　其中c 和c′為比例系數(shù)。以表現(xiàn)256 灰度顯示數(shù)據(jù)為例，CRT 的顯示特性和平板顯示器的顯示特性分別如圖1 （a） 和圖1 （b） 所示。

　　圖1 CRT 和FPD 的顯示特性

　　如果在進(jìn)行圖像顯示時(shí)對(duì)圖像數(shù)據(jù)不能正確處理，就會(huì)導(dǎo)致灰度級(jí)的畸變，大幅降低圖像的顯示質(zhì)量。如圖2 所示，圖2 （a） 是經(jīng)過(guò)γ校正后的原始圖像數(shù)據(jù)，由于L ED 顯示器的顯示特性，實(shí)際顯示結(jié)果同預(yù)期的現(xiàn)實(shí)結(jié)果存在很大的誤差；圖2 （b） 給出了在各個(gè)灰度級(jí)上實(shí)際圖像數(shù)據(jù)和理想的圖像數(shù)據(jù)的偏差。