何金朋，李陽陽，劉 罡

(西安電子科技大學(xué) 技術(shù)物理學(xué)院，陜西 西安710126)

近年來LED單元板市場需求呈現(xiàn)迅速上升的趨勢，其市場前景可觀。但市場上LED單元板的質(zhì)量參差不齊，對該類產(chǎn)品的質(zhì)量檢測需求逐年增加，因此有必要針對LED單元板的質(zhì)量檢測進行研究。

LED單元板的均勻性直接影響著LED單元板的顯示效果，但是僅靠目測來判斷單元板的均勻性，不同的人以及各種因素都會影響判斷，不能在細節(jié)上對單元板的均勻性做出客觀評價。因此本文通過計算機圖像處理的方法提出了一種LED單元板的均勻性評價方法。

1 現(xiàn)有評估方法

業(yè)界有一種評價燈點均勻性的方法，即九點測試［1］。即在屏幕上隨機抽取N個樣點或模塊，以該樣點或模塊為中心用亮度計分別測出中心點亮度及其相關(guān)聯(lián)區(qū)域亮度，然后分別評價求均值。顯然這種評價方法不全面，而且偶然性較大。

還有一種評價方法就是選取圖像中像素值的最大值與最小值利用下式進行評價［2］

式(1)中，f(x，y)max與f(x，y)min分別代表圖像中灰度值的最大與最小值，雖然以上兩種方法在一定程度上能反應(yīng)LED屏的均勻性，但這兩種方法的缺陷是沒有考慮燈點的分布，若一個LED顯示屏燈點的最大灰度值是244，最小灰度值是180，假如這兩個燈點位于不同的位置則觀察的效果會不一樣也即均勻性不同。例如當(dāng)這兩個燈點正好相鄰時，對比強烈，給人的感覺和這兩個燈點距離較遠時的感覺不同，還有就是該方法只考慮了其中兩個燈點的灰度值，偶然性較大，有些片面，因此針對此問題，提出了以下方法，在求方差的基礎(chǔ)上作一些改進用于評價LED顯示屏的均勻性。

2 基于傅里葉變換的均勻性評價方法

首先認為每個燈都是可以亮的，要是有某個燈不亮，則認為屬于瞎燈范疇，不用對該燈板作均勻性評價;其次認為該燈板每個燈點的位置都符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，否則認為屬于歪燈。

2.1 圖像的采集與預(yù)處理

基于以上前提，通過CCD相機對LED燈板分別以單色全亮方式采集圖像，然后將圖像灰度化圖2所示，然后根據(jù)灰度分布直方圖通過統(tǒng)計找出背景與燈點的分布閾值T如圖1所示［3］。

圖1 32×32燈點的灰度直方圖

由于背景灰度值較低，而且占大部分面積，燈點灰度值較大，同時也占了加大部分面積，因此圖像會出現(xiàn)兩個峰值，取兩個峰值之間的最低點作為閾值T。然后根據(jù)該閾值確定出每個燈點的范圍，最后用下式確定出燈點的位置

在燈點范圍內(nèi)，以該點為中心取上、下、左、右大于閾值T的像素的平均值作為該燈點的亮度值，然后以燈點的位置作為像素坐標(biāo)，以該均值作為像素值，生成新的燈點圖，如圖3所示。

圖2 灰度化之后的燈點圖

圖3 燈點灰度值拼湊圖

2.2 均勻性評價

通過上述方法已經(jīng)將燈板的背景去掉，則圖3已經(jīng)將燈點的信息集中在一起，并且先后位置沒有發(fā)生變化。因此只用對該圖的均勻性評價即可，例如當(dāng)上述圖的灰度值全部相同，則均勻性最好。

鑒于實際中LED屏都是有較多小的LED模組拼接而成，因此，考慮將圖2在二維空間內(nèi)作周期性擴展，得到一張無限大的圖。

假設(shè)經(jīng)過上述處理后得到一副大小為M×N的圖，對應(yīng)的灰度值為f(x，y)，x，y分別為該灰度值在圖片中的行列坐標(biāo)，(0≤x≤M－1，0≤y≤N－1)，利用式(4)對該圖像作傅里葉變換［4］

通過對傅里葉變換的意義分析可知，圖像某頻率的幅值反應(yīng)了圖像的灰度變化劇烈程度，而該頻率反應(yīng)了燈點的位置，例如如果兩個燈點離得近則影響的是高頻，離得遠則影響的是低頻?？梢娫撟儞Q已經(jīng)將燈點的位置信息包含在頻譜圖之中。因此可以對變換后的信息分析得到燈點的均勻性評價值［5］。

當(dāng)幅值一定時，頻率越高燈板的均勻性越差，而當(dāng)頻率一定時，幅值越高燈板的均勻性越差［6］。因此可以以頻率作為權(quán)值與幅值相乘作為每一個對燈板均勻性的影響因子，然后將所有的影響因子相加作為總的影響因子P1。如式(5)所示

由式(5)知，在橫向與縱向頻率分別為2π/N×v，與2π/M×u時，可見頻率與u/M，v/N成正比，因此為了簡化計算將上式中的2π/M×u與2π/N×V分別用u/M，v/N替換得到下式

不采用u，v代替頻率，是由于考慮到燈板大小的影響，例如假設(shè)將兩個完全相同的屏并在一起，則變成2M×N得到的影響因子不同，但均勻性應(yīng)該相同，因此用u/M與v/N代替頻率，而不用u，v代替。

圖像的均勻性影響因子有兩部分，一部分屬于整體評價因子方差，一部分是上述的考慮燈點位置的局部影響因子P1。由于圖像的均勻性主要由均方差決定，因此可以給P1乘以一個權(quán)值因子A，由于由式(6)得到的影響因子越大，則燈板的均勻性越差，方差越大均勻性越差。因此定義均勻性Q為

其中，A為圖像局部影響因子的權(quán)值，由于方差是主要影響因素，A取值應(yīng)很小。P1為上述的局部影響因子，P2為整體的方差影響因子。

通過式(7)可以對各種LED燈板的均勻性評。例如當(dāng)處理后所有的燈點灰度值全部相等，則進行傅里葉變換，除了直流分量，其余諧波分量都為零，方差也為零，各個影響因子之和為零，即Q為零，均勻性最好。由于式(7)既考慮了各諧波分量的幅值，又考慮了頻率，因此該式能更好更細膩地評價燈板的均勻性［7］。

3 實驗與數(shù)據(jù)

圖4～圖8是模擬實驗所用的燈板(32×32燈點)各燈點亮度值制作的，各圖方差相等，但均勻性明顯不同。

圖4 P1=5 854.76;P2=100.00

圖5 P1=4 730.26;P2=100.00

圖6 P1=3 620.38;P2=100.00

圖7 P1=2 560.00;P2=100.00

圖8 P1=2 304.00;P2=57.50

通過實驗，式中A選取0.01比較合理，以上5幅圖中前4幅圖方差都相等，并且所用像素值相同，但其像素點的排布位置不同，因此給人以不同的視覺效果，顯然這4幅圖給人的視覺效果是越來越好，但如果用方差來評價均勻性時，所得到的結(jié)果是一致的，但實際效果并非如此，而用本文所提方法來評價圖像的均勻性，則能更好地反應(yīng)實際效果。圖8方差與傅里葉變換得到的評價因子都較小，圖像效果也最好，由此可見基于傅里葉變換的評價方法能更好地評價圖像的均勻性，并且更加接近人眼的視覺效果。

4 結(jié)束語

通過以上分析可知，基于傅里葉變換的LED單元板均勻性評價方法將空間域問題變換到頻域，從一個新的角度來解決均勻性問題，并取得了良好的效果。相比現(xiàn)有方法，可以更全面地分析LED單元板的均勻性，也解決了方差相等時均勻性明顯不同的問題，更接近人眼的視覺效果，使LED單元板的均勻性檢測水平進一步提高，這種方法可以用來從宏觀指導(dǎo)生產(chǎn)實踐。

［1］ 宋新麗，鄭喜鳳，凌麗清，等.基于灰度直方圖的LED顯示屏亮度均勻性評估方法［J］.液晶與顯示，2009(1):140－144.

［2］ 康立麗，林意群，楊紹洲.MRI圖像均勻度評價方法的研究［J］.中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，1998，15(2):69－71.

［3］ 付忠良.一些新的圖像閾值選取方法［J］.計算機應(yīng)用，2000(10):13－15.

［4］ 章毓晉.圖像工程(上冊):圖像處理［M］.2版.北京:清華大學(xué)出版社，2011.

［5］ 宋新麗.基于CCD圖像的LED顯示屏亮度均勻性評估研究［D］.長春:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所，2008.

［6］ 安寧.LED顯示屏像素亮度均勻性的評估與校正［EB/OL］.(2012－08－31)［2013－02－22］http://www.52solution.com/led－dl/726.

［7］ 趙小明.LED顯示屏空間分辨率優(yōu)化方法的研究［D］.西安:西安電子科技大學(xué)，2012.