4灰度級(jí)差檢測(cè)分析方法的提出和實(shí)現(xiàn)

4。1測(cè)試

實(shí)驗(yàn)中使用的測(cè)試儀器主要有柯美CS2100A色彩亮度計(jì)、柯美CL2200色彩照度計(jì)和溫濕度計(jì)等。

測(cè)試條件如下：

（1）相對(duì)環(huán)境照度變化小于±10%;

（2）測(cè)試距離在3。5~5。0m，測(cè)試時(shí)相對(duì)測(cè)試位置不發(fā)生變化；

（3）測(cè)試單元最小面積不得小于0。5m2;

（4）采集面積不得小于4×4，16個(gè)像素點(diǎn)。

測(cè)試方法如下：

（1）采集儀器水平放置地面，與待測(cè)屏幕保持在同一高度，鏡頭視野完全覆蓋于待測(cè)屏幕內(nèi)，采集積分面最少覆蓋16個(gè)像素點(diǎn)；

（2）黑屏狀態(tài)下，測(cè)試屏幕亮度及環(huán)境照度均值，同時(shí)記錄環(huán)境溫濕度值；

（3）屏幕滿負(fù)荷工作30min后，開(kāi)始測(cè)試；

（4）全屏隨機(jī)選取9點(diǎn)測(cè)試，每組測(cè)試點(diǎn)、每級(jí)灰度連續(xù)測(cè)試5次，取均值，記錄。

4。2數(shù)據(jù)分析

根據(jù)γ校正原理，任何LED顯示屏的顯示數(shù)據(jù)目前為8~10bit，以8bit顯示數(shù)據(jù)為例，設(shè)定屏幕的灰度等級(jí)能力為8bit，在灰度級(jí)正確顯示的前提下，得到如下灰度函數(shù)，如圖3所示。

圖3LED顯示灰度函數(shù)

圖中的橫向坐標(biāo)為屏幕顯示的8bit顯示數(shù)據(jù)（d）：0~255，縱坐標(biāo)為這些顯示數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的顯示屏幕顯示的相對(duì)亮度數(shù)值（L）。

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)格化處理后，該函數(shù)的灰度級(jí)差分布情況如圖4所示。

圖4LED顯示8bit灰度等級(jí)的級(jí)差分布

圖4中的橫向坐標(biāo)仍為屏幕顯示的8bit顯示數(shù)據(jù)（d）：0~255;縱坐標(biāo)為這些顯示數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的具有8bit灰度等級(jí)顯示精度的屏幕顯示的相對(duì)亮度數(shù)值之間的灰度級(jí)差（ΔL）。可以看到，由于精度的問(wèn)題，灰度差的增量有畸變之處；同時(shí)可以看到這種量化的畸變從一定程度上反映出顯示屏的灰度控制精度。

如果屏幕的灰度等級(jí)能力提高到10bit，此時(shí)灰度級(jí)差分布情況如圖5所示。

圖5中的橫向坐標(biāo)仍為屏幕顯示的8bit顯示數(shù)據(jù)（d）：0~255;縱坐標(biāo)為這些顯示數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的具有10bit灰度等級(jí)顯示精度的屏幕顯示的相對(duì)亮度數(shù)值之間的灰度級(jí)差（ΔL）。

通過(guò)分析得到，具有8bit灰度等級(jí)顯示能力的顯示屏灰度增量畸變幅度約為4‰，而10bit灰度等級(jí)顯示能力的顯示屏灰度增量畸變幅度控制在1‰左右，因而通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以得到灰度等級(jí)的控制精度。

圖5LED顯示10bit灰度等級(jí)的級(jí)差分布

5實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

如果測(cè)量?jī)x器的精度在±0。1cd/m2，而環(huán)境照度在5lx以下，變化量參照前面的測(cè)量條件說(shuō)明，通過(guò)灰度增量畸變檢測(cè)的方法可以初步獲得8~15bit顯示屏的灰度控制精度。但是在某些實(shí)際條件下，由于測(cè)量環(huán)境及儀器的誤差，加之顯示屏灰度控制的偏差可能影響測(cè)量的結(jié)果。

因此，在一定的條件下，采用灰度增量畸變統(tǒng)計(jì)分布的方式，可以更加準(zhǔn)確地評(píng)估顯示屏的灰度控制精度。對(duì)8bit和10bit灰度等級(jí)顯示能力的顯示屏增量畸變幅度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到如圖6所示的分布。

圖6LED顯示8bit灰度等級(jí)的級(jí)差統(tǒng)計(jì)

圖6和圖7所示的是灰度增量畸變幅度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，圖中橫向坐標(biāo)仍為屏幕顯示的灰度數(shù)量（d）：0~255;縱坐標(biāo)為灰度增量畸變幅度的排序情況（SΔL）。其中圖6顯示的為8bit灰度精度等級(jí)的顯示屏統(tǒng)計(jì)情況，圖7顯示的為10bit灰度精度等級(jí)的顯示屏統(tǒng)計(jì)情況。

灰度增量畸變分布為前后兩個(gè)區(qū)，對(duì)于8bit灰度精度等級(jí)的顯示屏來(lái)說(shuō)，其增量畸變幅度約為±0。04;對(duì)于10bit灰度精度等級(jí)的顯示屏來(lái)說(shuō)，其增量畸變幅度約為±0。01。對(duì)這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)求倒數(shù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到圖6所示的灰度級(jí)控制精度為254~255，灰度精度為8bit;而圖7為1020~1022，灰度精度為10bit。計(jì)算結(jié)果同實(shí)際情況相符合，基本說(shuō)明了方法的有效性。

圖7LED顯示10bit灰度等級(jí)的級(jí)差統(tǒng)計(jì)

6結(jié)論

通過(guò)分析LED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，可以更加準(zhǔn)確地評(píng)估顯示屏的灰度控制精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種利用灰度差增量畸變幅度的統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法可以有效得到LED大屏幕顯示產(chǎn)品灰度級(jí)控制的精度，具有很好的實(shí)用性。該方法是對(duì)LED顯示屏測(cè)試方法的有效補(bǔ)充，可以檢測(cè)灰度控制精度更好的顯示屏幕，對(duì)于提高顯示屏灰度指標(biāo)也是有利的。同時(shí)，所提出的方法在實(shí)際應(yīng)用中還存在很多問(wèn)題需要解決。如噪聲的評(píng)估和消除、非正態(tài)分布的結(jié)果評(píng)估等，這些工作都將在下一步的研究中開(kāi)展。