- LED大屏幕显示屏灰度等级检测技术研究[图]

γ校正最初只是为了消除整个显示系统的非线性误差而引入的， 由于在此前相当长一段时间内显示终端的主导地位一直为CRT 所占据，所以这种经过γ校正后的原始图像数据已经被确定为标准图像数据。短期来看，这种图像数据的标准还不能被新的标准所取代。为了保证灰度级在平板显示器上的正确复现，在显示过程中必须进行灰度级校正。

图2 L ED 上实际的和理想的图像数据的偏差。 （a）原始图像数据； （b）图像数据的偏差。

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. 0 m ,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. 5 m2 ;

（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30 min 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L ED 显示屏的显示数据目前为8~10 bit ,以8 bit 显示数据为例，设定屏幕的灰度等级能力为8 bit , 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3 L ED 显示灰度函数

图中的横向坐标为屏幕显示的8 bit 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4 L ED 显示8 bit 灰度等级的级差分布

图4 中的横向坐标仍为屏幕显示的8 bit 显示数据（d）:0~255 ;纵坐标为这些显示数据对应的具有8 bit 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10 bit ,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8 bit 显示数据（d）:0~255 ;纵坐标为这些显示数据对应的具有10 bit 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8 bit 灰度等级显示能力的显示屏灰度增量畸变幅度约为4 ‰ ,而10 bit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5 L ED 显示10 bit 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. 1 cd/ m2 ,而环境照度在5 lx 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8~15 bit 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8 bit 和10 bit 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6 L ED 显示8 bit 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8 bit 灰度精度等级的显示屏统计情况，图7 显示的为10 bit 灰度精度等级的显示屏统计情况。