LED大屏幕显示屏灰度等级检测技术研究

　　摘 要： 在当今以数字化为主要特征的L ED 显示领域，显示灰度控制技术已经日臻成熟，沿用的亮度和灰度等级鉴别方法已经相对落后。文章通过分析L ED 显示器的显示特性和灰度复现过程中图像数据和灰度级之间函数关系，提出了一种显示屏灰度等级的检测方法，利用采集到的灰度差增量幅度的统计结果，得出L ED大屏幕显示产品灰度级控制的能力。实验结果表明本文方法具有很好的实用性。

　　1 引 言

　　科技、经济等方面的不断发展，为L ED 显示屏的应用提供了广阔的市场。作为一种媒介载体，L ED 显示屏已成为影视表演、大型歌舞、综艺晚会等不可缺少的组成部分，同时也是公共媒体、户外广告、亮化工程等城市建设的宠儿。

　　作为当前多媒体显示终端的主流，人们对平板显示器的显示质量要求越来越高。灰度级控制能力作为评定平板显示器的显示质量的重要参数之一，长期以来备受关注。灰度级控制能力由灰度级数量来表示，所谓灰度级数量就是指可以进行控制的灰度级等级的多少，现行市场L ED 大屏幕显示产品灰度级数量一般在12 bit 以上，但是现有的灰度测试技术标准还停留在8 bit 灰度测试基础上，这种测试远远不能满足技术和市场高速发展的双重要求，因此，需要一种可以检测8 bit以上灰度级控制的能力的方法和手段。

　　本文通过对采集到的灰度差增量畸变情况进行分析，利用畸变幅度的统计结果计算出L ED 大屏幕显示产品灰度级控制的能力。实验结果表明本文方法具有很好的实用性。

　　2 目前LED 显示屏灰度级检测方法

　　根据“SJ / T1128122007 L ED 显示屏测试方法”，灰度等级检查方法如下：环境照度变化率小于±10 % ，整个测试过程仪器采集范围不变；启动软件，逐级增加灰度级，显示的亮度应随着灰度级的上升呈现单调上升。其中最高标准为128 《 G≤256 ，即显示屏具有8 bit 灰度技术。

　　可以看到，目前使用的L ED 显示屏测试方法为线性检测方法。如果L ED 显示屏线性灰度级显示数量n 超过8 bit ，就需要准备额外的数据输入设备和软件，十分不便。实际上，L ED 显示屏测试方法测量的是显示屏最小线性灰度等级分辨率，而不是真正意义上的显示屏有效灰度级。从理论上讲，显示屏的最小线性灰度等级分辨率越精细，则灰度校正深度越高，同时抽值式校正的准确程度越好，使有效灰度级显示的能力得到提高。

　　测定L ED 显示屏的最小线性灰度等级分辨率的方法虽然可以从某方面反映显示屏的有效灰度级水平，但是不能直观评估显示屏的显示灰度特性。另外，目前大多数L ED 显示屏灰度参数都在12 bit 以上，同时在光电转换过程中，由于某些细微的情况发生，产生一些对应关系失衡，所以仅仅知道L ED 显示屏的最小线性灰度等级分辨率并不完全代表其灰度级控制的准确性。

　　3 图像数据和灰度级之间函数关系

　　由于历史原因，当前的标准视频图像数据如果直接用于平板显示器就会造成灰度级畸变问题。灰度级指的就是显示器的亮度等级。在起初的显示系统中，显示终端为CRT 设备，由于CRT 设备并不是线性发光器件，在复现灰度级时存在严重失真。这种失真是由光电信号之间的相互转换和传输使整个图像信息传输系统具有非线性引起的。这种非线性主要是由3 方面引入的：

　　（1） 摄像设备的输出亮度信号数值和实际亮度Li之间的非线性； （2） 亮度信号数值之间的非线性；（3） 显示设备复现亮度Lo 和传输过来的亮度信号数值之间的非线性。

　　其复现亮度Lo 和实际亮度Li 之间的关系可以表示为：

　　

　　式中， c 为比例系数；γ1 、γ2 、γ3 分别为第（ 1） 、第（2） 、第（3） 部分非线性校正系数。为了保证灰度级的正确复现，必须在传输以前对图像数据进行γ校正。令γ1γ2 = γ，γ3 = γCRT 则式（ 1） 可以变化为：

　　

　　其中LCRT为CRT 复现亮度，Li 为实际亮度，γ为原始传输的预先校正系数，γCRT为CRT 显示特性系数， Si 为原始图像数据。由式（2） 可知，现在采用的标准图像数据是经过γ校正后的原始显示图像数据，直接量化以后形成的数字化数据同样包含有γ校正的信息，这些数字化的图像数据如果由同CRT 显示特性完全相同的显示设备完成最终的图像显示时，可以正确复现原始的灰度级。

　　前面提到CRT 的显示特性为：

　　

　　而L ED 显示屏的显示特性为：

　　

　　其中c 和c′为比例系数。以表现256 灰度显示数据为例，CRT 的显示特性和平板显示器的显示特性分别如图1 （a） 和图1 （b） 所示。

　　

　　图1 CRT 和FPD 的显示特性

　　如果在进行图像显示时对图像数据不能正确处理，就会导致灰度级的畸变，大幅降低图像的显示质量。如图2 所示，图2 （a） 是经过γ校正后的原始图像数据，由于L ED 显示器的显示特性，实际显示结果同预期的现实结果存在很大的误差；图2 （b） 给出了在各个灰度级上实际图像数据和理想的图像数据的偏差。