LED大屏幕显示屏灰度等级检测技术研究

4灰度级差检测分析方法的提出和实现

4。1测试

实验中使用的测试仪器主要有柯美CS2100A色彩亮度计、柯美CL2200色彩照度计和温湿度计等。

测试条件如下：

（1）相对环境照度变化小于±10%;

（2）测试距离在3。5~5。0m，测试时相对测试位置不发生变化；

（3）测试单元最小面积不得小于0。5m2;

（4）采集面积不得小于4×4，16个像素点。

测试方法如下：

（1）采集仪器水平放置地面，与待测屏幕保持在同一高度，镜头视野完全覆盖于待测屏幕内，采集积分面最少覆盖16个像素点；

（2）黑屏状态下，测试屏幕亮度及环境照度均值，同时记录环境温湿度值；

（3）屏幕满负荷工作30min后，开始测试；

（4）全屏随机选取9点测试，每组测试点、每级灰度连续测试5次，取均值，记录。

4。2数据分析

根据γ校正原理，任何LED显示屏的显示数据目前为8~10bit，以8bit显示数据为例，设定屏幕的灰度等级能力为8bit，在灰度级正确显示的前提下，得到如下灰度函数，如图3所示。

图3LED显示灰度函数

图中的横向坐标为屏幕显示的8bit显示数据（d）：0~255，纵坐标为这些显示数据对应的显示屏幕显示的相对亮度数值（L）。

对数据进行规格化处理后，该函数的灰度级差分布情况如图4所示。

图4LED显示8bit灰度等级的级差分布

图4中的横向坐标仍为屏幕显示的8bit显示数据（d）：0~255;纵坐标为这些显示数据对应的具有8bit灰度等级显示精度的屏幕显示的相对亮度数值之间的灰度级差（ΔL）。可以看到，由于精度的问题，灰度差的增量有畸变之处；同时可以看到这种量化的畸变从一定程度上反映出显示屏的灰度控制精度。

如果屏幕的灰度等级能力提高到10bit，此时灰度级差分布情况如图5所示。

图5中的横向坐标仍为屏幕显示的8bit显示数据（d）：0~255;纵坐标为这些显示数据对应的具有10bit灰度等级显示精度的屏幕显示的相对亮度数值之间的灰度级差（ΔL）。

通过分析得到，具有8bit灰度等级显示能力的显示屏灰度增量畸变幅度约为4‰，而10bit灰度等级显示能力的显示屏灰度增量畸变幅度控制在1‰左右，因而通过数据分析可以得到灰度等级的控制精度。

图5LED显示10bit灰度等级的级差分布

5实验结果与讨论

如果测量仪器的精度在±0。1cd/m2，而环境照度在5lx以下，变化量参照前面的测量条件说明，通过灰度增量畸变检测的方法可以初步获得8~15bit显示屏的灰度控制精度。但是在某些实际条件下，由于测量环境及仪器的误差，加之显示屏灰度控制的偏差可能影响测量的结果。

因此，在一定的条件下，采用灰度增量畸变统计分布的方式，可以更加准确地评估显示屏的灰度控制精度。对8bit和10bit灰度等级显示能力的显示屏增量畸变幅度进行统计，得到如图6所示的分布。

图6LED显示8bit灰度等级的级差统计

图6和图7所示的是灰度增量畸变幅度的统计结果，图中横向坐标仍为屏幕显示的灰度数量（d）：0~255;纵坐标为灰度增量畸变幅度的排序情况（SΔL）。其中图6显示的为8bit灰度精度等级的显示屏统计情况，图7显示的为10bit灰度精度等级的显示屏统计情况。

灰度增量畸变分布为前后两个区，对于8bit灰度精度等级的显示屏来说，其增量畸变幅度约为±0。04;对于10bit灰度精度等级的显示屏来说，其增量畸变幅度约为±0。01。对这些统计数据求倒数，经过计算得到图6所示的灰度级控制精度为254~255，灰度精度为8bit;而图7为1020~1022，灰度精度为10bit。计算结果同实际情况相符合，基本说明了方法的有效性。

图7LED显示10bit灰度等级的级差统计

6结论

通过分析LED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，可以更加准确地评估显示屏的灰度控制精度。实验结果表明，这种利用灰度差增量畸变幅度的统计计算方法可以有效得到LED大屏幕显示产品灰度级控制的精度，具有很好的实用性。该方法是对LED显示屏测试方法的有效补充，可以检测灰度控制精度更好的显示屏幕，对于提高显示屏灰度指标也是有利的。同时，所提出的方法在实际应用中还存在很多问题需要解决。如噪声的评估和消除、非正态分布的结果评估等，这些工作都将在下一步的研究中开展。