浅谈数码相机用于LED显示屏逐点校正中的问题1.doc

浅谈数码相机用于LED显示屏逐点校正中的问题 摘要：简要介绍数码相机测量亮度原理，分析其在测量LED显示屏灯点亮度用于逐点校正时所存在的精度与稳定性两大问题，并分析产生这两大问题的影响因素。关键词：LED显示屏、亮度、数码相机、亮度均匀性。1、引言 LED显示屏的亮度均匀性是评估LED显示屏质量好坏的一个重要指标。目前，越来越多的LED屏厂商采用逐点校正技术来提升显示屏屏的均匀性。逐点校正的大规模实用要求快速准确地采集到LED屏上每颗灯点的亮度，这就给测量设备提出了难题。传统测量LED显示屏亮度的主要方法是采用亮度计，亮度计可以测量LED显示屏的较小区域的多个像素点的平均亮度值。如要应对LED显示屏的逐点校正或者均匀性评估的需求，只能逐个灯点/区域进行亮度测量。采用这样的系统做校正或亮度均匀性评估是件耗时耗力的工作，效率低下，不符合行业的需要。为了能够快速采集LED显示屏上数以万计的灯点亮度值，出现了采用数码相机进行亮度测量并用于校正的技术。其优点是测量设备容易获取、相对于亮度计逐点测量更高效；但和亮度计相比，存在测量精度不足和测量结果稳定性差的问题。本文分析出现这两个问题的原因。2、数码相机测量亮度基本原理主要是采用数码相机成像技术。先对LED显示屏进行成像，再通过图像处理软件对图像进行分析，提取图像的灰度值，再根据自制程序，根据图像的灰度值和曝光时间，得出相应的亮度值，其原理如下图所示。图1 基本原理图从灰度值获得亮度值的研究方法有：主要采用实验方法，采用拍摄不同的色板【1】或图像【2】得到不同物体的灰度值，并且用亮度计测量不同的色板【1】或图像【2】的亮度值，通过大量实验数据得出灰度值和亮度值之间的关系。该方法是通过亮度计进行量值溯源，通过灰度和亮度值之间的数据拟合得出相应的经验公式。3、测量精度与稳定性两大问题的影响作为一个测量系统，测量精度和可靠性是两个最重要的因素。如果忽视这两个因素，最终会导致测量结果不可靠，校正效果不理想。高测量精度，为逐点校正提供统一基准。有了统一的基准，行业可以根据这个基准调整显示屏的亮度均匀性，达到亮度的一致和良好的均匀性。数码相机是用来拍摄图像的，并不是设计作为测量设备使用的，其功能并不能达到测量设备的要求，导致测量精度不足，甚至无法获得被测显示屏的亮度值，可以讲是相对的“亮度”值。精度不高，意味着校正结果的不理想，均匀性改善效果不理想。测量稳定性是一个极其重要的因素。稳定性不好则测量结果不可靠，每一次测量结果不一致，LED屏的校正需要多次采集一张大屏的不同区域或箱体，测量的稳定性不佳，就会导致校正后不同区域或箱体间出现亮度差。4、问题产生的原因4.1 测量精度问题 光谱响应因素作为亮度测量设备，国际照明委员会（CIE）要求测量系统的光谱响应与CIE推荐的人眼明视觉光谱光视效率 必须一致，以模拟人眼视觉感受特性来评价光源的各种光度特性。不一致会产生测量误差，测量精度低，无法获取被测显示屏的亮度值。数码相机的光谱响应主要是指感光元件（CCD或CMOS）光谱响应，如图所示。从上面图可以看到数码相机的光谱响应和人眼明视觉光谱光视效率 并不一致，所以其采用数码相机测量亮度的精度是不高的。 各个不同厂家的相机的图像转化算法不可知数码相机厂家都有自己的图像转化算法，通过算法（通常我们所讲的插值算法）来提高图像质量。对于测量来讲，需要知道该算法，这样才能得到RGB和灰度之间的关系，得到高的测量精度。由于这是厂家的商业秘密，一般是很难得到这些算法。从而影响测量精度。 CCD的非线性CCD一般存在下式所示的关系：式1中，I为CCD的输出，K为比例常数，Q为曝光量或光照度，C为传输指数，D为常数。从式中可以看出CCD输出信号与输入光照度的关系成指数关系，是非线性关系。但作为用数码相机测量亮度时，需要CCD有良好的线性响应特性。非线性将会严重影响测量精度。 CCD非均匀性目前受材料制造和工艺所限，CCD器件的材料中会出现掺杂不均、厚度不等和感光元尺寸不均等各种缺陷，造成不同感光单元之间参量不同，造成各个耦合传输通道参量不相同，从而引起感光单元响应的差异及感光单元和读出电路之间的信号耦合以及读出电路的电荷传输效率的差异。这将引起CCD响应的不均匀性。数码相机的CCD一般并没有进行不均匀性的校正，这对于亮度分布的高精度测量必然引入系统误差，而LED屏灯点亮度测量正是这样一种需要高精度亮度分布测量的应用场合。4.2 稳定性问题影响测量可靠性的因素主要是数码相机内部的原因，有暗电流、温度、三通道串扰、内部算法等因素。 暗电流的影响暗电流是指在没有光照或其它方式对器件进行电荷注入的情况下的输出电流。暗电流的大小与光照强度无光，与CCD像元的本征材料、大小、温度等有光。所有的CCD感光元件都会受到暗电流的影响。暗电流大小受温度的强烈影响，与光积分时间成正比，随温度的升高或降低，暗电流数值将按指数增加或减少。温度每增加56，暗电流将增加到原来的两倍。数码相机用于LED显示屏灯点亮度测量时，由于测量环境的温度情况不是很好加上需要长时间曝光，所以暗电流会使重复测量结果出现不一致。 CCD三通道串扰从感光单元结构可以得到像素的RGB会出现互相干扰，从图中可以看到R通道和G通道产生串扰，G通道受到干扰，影响G的测量。图4 三通道串扰原理数码相机测量亮度法，主要是要提取图像的灰度值，提取灰度值就需要先得到RGB值。CCD的串扰现象，会影响RGB值，灰度值也同样会受到影响，使得测量数据的可靠性低。5、 结论数码相机用于LED显示屏灯点亮度测量时会受到上面所述的因素的