CN103997631A

CN103997631A - 一种基于相机拍摄的led逐点位置轮廓提取方法及系统

Info

Publication number: CN103997631A
Application number: CN201410251691.2A
Authority: CN
Inventors: 武海丽; 彭春山
Original assignee: Vtron Technologies Ltd
Current assignee: Vtron Group Co Ltd
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2034-06-09
Also published as: CN103997631B

Abstract

本发明涉及一种基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取方法及系统。方法包括：点亮LED显示屏需校正的区域并依次显示红、绿、蓝色；分别显示红、绿、蓝色时拍摄成像；将每张拍摄图片转成二值图像；对每张二值图像进行处理：通过横向扫描和纵向扫描的方式提取二值图像中每个LED的范围；把横向扫描得到的和纵向扫描得到的LED范围的交集作为该LED像素的有效范围；将与二值图像对应的拍摄图像中每个LED像素的有效范围内的红色、绿色和蓝色通道内的像素相加求平均作为每个LED的像素值。本发明能有效地提取LED点阵有效位置，解决了基于相机拍摄方法校正LED点阵时由于拍摄图片倾斜、畸形等带来的LED点阵信息获取错误的缺陷。

Description

一种基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取方法及系统

技术领域

本发明涉及LED颜色校正领域，更具体地，涉及一种基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取方法及系统。

背景技术

LED点阵显示屏因其亮度高、工作电压低、功耗小、寿命长、性能稳定等优点，受到广泛重视，并得到了迅速发展，广泛应用于体育场馆、银行、证劵公司、邮政、码头、商场、车站、电讯、机关、学校、餐厅、酒店等不同室内外场所的广告宣传。

LED显示屏由成百上千万的LED点阵组成，相同批次的LED之间存在色彩差异性，不同批次间的色彩差异性则更大。色彩一致性差，马赛克现象严重，显示效果差是LED显示屏一个必须要解决，也是比较难解决的问题。

目前大部分LED供应商均采用相机拍照的方式对LED颜色一致性进行校正。相机拍照的方式有校正速度快、可实现逐点校正等特点。但是拍照过程中难免会出现照片倾斜、甚至略微畸形等情况，如何将每个LED点信息正确地从相片中提取出来，成为LED逐点校正效果好坏的关键。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种能有效解决相机拍摄过程中相片倾斜或者畸变带来的LED信息提取不准确问题的基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取方法。

本发明还提供一种能有效解决相机拍摄过程中相片倾斜或者畸变带来的LED信息提取不准确问题的基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取方法，包括：

点亮LED显示屏需要校正的区域，并令其依次显示红色、绿色和蓝色；

校正区域分别显示红色、绿色、蓝色时拍摄成像；

将拍摄到的每张图片转换成二值图像，其中二值图像中的1表示LED的有效区域；

对每张二值图像进行如下处理：

分别通过横向扫描和纵向扫描的方式提取二值图像中每个LED的范围；

把横向扫描得到的LED范围和纵向扫描得到的LED范围的交集作为该LED像素的有效范围；

将与二值图像对应的拍摄图像中每个LED像素的有效范围内的红色、绿色和蓝色通道内的像素相加求平均作为每个LED对应的像素值。

本发明的方法采用横向、纵向两次扫描来精准拟合LED的轮廓，能够更有效地提取LED点阵有效位置，解决了基于相机拍摄方法校正LED点阵时由于拍摄图片倾斜、畸形等带来的LED点阵信息获取错误的缺陷，防止了因LED轮廓像素值误判而影响LED颜色的校正。

一种基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取系统，包括：

点亮模块，用于点亮LED显示屏需要校正的区域，并令其依次显示红色、绿色和蓝色；

成像模块，用于校正区域分别显示红色、绿色、蓝色时拍摄成像；

二值图像获取模块，用于将拍摄到的每张图片转换成二值图像，其中二值图像中的1表示LED的有效区域；

扫描模块，用于分别通过横向扫描和纵向扫描的方式提取每张二值图像中每个LED的范围；

有效范围获取模块，用于在每张二值图像中，把横向扫描得到的LED范围和纵向扫描得到的LED范围的交集作为该LED像素的有效范围；

LED像素值获取模块，用于将与二值图像对应的拍摄图像中每个LED像素的有效范围内的红色、绿色和蓝色通道内的像素相加求平均作为每个LED对应的像素值。

本发明的系统设置有扫描模块，该扫描模块采用横向、纵向两次扫描来精准拟合LED的轮廓，能够更有效地提取LED点阵有效位置，解决了基于相机拍摄方法校正LED点阵时由于拍摄图片倾斜、畸形等带来的LED点阵信息获取错误的缺陷，防止了因LED轮廓像素值误判而影响LED颜色的校正。

附图说明

图1为本发明一种基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取方法具体实施例的流程图。

图2为本发明实际拍摄LED点阵显示红色时的效果截图。

图3为本发明中扫描二值图像中有效值1的过程图。

图4为本发明一种基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取系统具体实施例的架构图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，为本发明一种基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取方法具体实施例的流程图。参照图1，本具体实施例的一种基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取方法具体包括如下步骤：

S101．点亮LED显示屏需要校正的区域，并令其依次显示红色、绿色和蓝色；

S102．校正区域分别显示红色、绿色、蓝色时拍摄成像；

S103．将拍摄到的每张图片转换成二值图像，其中二值图像中的1表示LED的有效区域；

S104．对每张二值图像进行如下处理：

S1041．分别通过横向扫描和纵向扫描的方式提取二值图像中每个LED的范围；

S1042．把横向扫描得到的LED范围和纵向扫描得到的LED范围的交集作为该LED像素的有效范围；

S1043．将与二值图像对应的拍摄图像中每个LED像素的有效范围内的红色、绿色和蓝色通道内的像素相加求平均作为每个LED对应的像素值。

基于上述方案，本具体实施例的方法先在LED显示屏需要校正的区域点亮LED，并且点亮时分别显示红色、绿色和蓝色；接着，在需要校正的区域分别显示红色、绿色和蓝色时拍摄成像，即拍摄得到红色图片、绿色图片和蓝色图片；然后将每张成像图片转换成二值图像，对每张成像图片进行横向扫描获取二值图像中每个LED的范围，同理，对每张成像图片进行纵向扫描获取二值图像中每个LED的范围，如此通过横向扫描和纵向扫描获取到二值图像中每个LED的两个范围，将这两个范围进行相交得到的交集即为每个LED的有效范围；最后，将每张二值图像中每个LED对应的有效范围移植到对应的拍摄图像中，在拍摄图像的每个LED对应的有效范围内提取红色、绿色和蓝色通道内的像素进行相加求平均即为每个LED点对应的RGB像素值。在具体扫描过程中，同一个LED点横向扫描和纵向扫描会得到不同的坐标值，横纵交集的坐标值才是LED所处的有效位置，因此，本发明的方法通过横向扫描获取每个LED的一个范围，通过纵向扫描获取又获取到每个LED的一个范围，两个范围的拟合得到LED的有效范围，相对于现有技术，该有效范围更加精准，能够解决基于相机拍摄方法校正LED点阵时由于拍摄图片倾斜、畸形等带来的LED点阵信息获取错误，防止了因LED轮廓像素值误判而影响LED颜色的校正。

在具体实施过程中，为了使校正区域内所有LED点清晰成像，拍摄前可以先调节相机的焦距、拍摄距离以及曝光时间等，保证校正区域内各个LED清晰成像。

在具体实施过程中，成像图片的二值化可以采用如下方式实现：

每张成像图片是在显示屏分别显示红色、绿色和蓝色拍摄的，对每张图片进行扫描获取所显示颜色对应的颜色分量，将大于预设阈值的颜色分量置为1，小于或者等于预设阈值的颜色分量置为0。具体地如图2所示，为相机拍摄LED屏显示红色时成像图片的一部分截取图。从成像图片最左端第一个像素点，从左向右，从上向下逐行扫描，扫描时只需要扫描像素点中的红色分量，令大于预设阈值的红色分量置为1，小于或等于预设阈值的红色分量置为0。优选地，预设阈值可以根据实际的调试效果设置，如设置为255的85%即为217。对于相机拍摄LED屏显示绿色和蓝色时的成像图片也采用上述方式进行二值化处理，类似的，对于LED屏显示绿色时的成像图片，只需要扫描像素点中的绿色分量；对于LED屏显示蓝色时的成像图片，只需要扫描像素点中的蓝色分量。

在具体实施过程中，成像图片二值化处理后，在进行横向扫描和纵向扫描之前，为了节省扫描时间，一种优选的实施方式是先找到了成像图片中包含LED的区域，其他非LED区域不进行扫描，从而缩小横向扫描和纵向扫描的区域，提高扫描的速度。具体为：

在步骤S1041对每张二值图像进行横向扫描和纵向扫描前先进行提取LED扫描区域，提取LED扫描区域后，每张二值图像的横向扫描和纵向扫描在LED扫描区域内进行。

具体地，如图3所示，整个LED模组的有效范围的提取方式为：

从二值图像的第一行开始从左到右、从上向下开始检测，提取第一个出现的1值对应的纵向坐标值y1，同时结束该次扫描；

从二值图像的最后一行开始从左到右、从下向上开始，提取第一个出现的1值对应的纵向坐标值y2，同时结束该次扫描；

从二值图像的第一列开始从上向下、从左到右开始检测，提取第一个出现的1值对应的横向坐标值x1，同时结束该次扫描；

从二值图像的最后一列开始从上向下、从右向左开始检测，提取第一个出现的1值对应的横向坐标值x2，同时结束该次扫描；

LED扫描区域是以坐标值(x1,y1)、(x2,y1)、(x1,y2)、(x2,y2)为四个顶点所形成方形区域。此处是将上述得到的y1、y2和x1、x2两两组合得到四个坐标值，以该四个坐标值为顶点形成的方形区域即为LED扫描区域，其中， y1、y2和x1、x2可以通过存储的方式供后续操作使用。

在具体实施过程中，步骤S1041中在每张二值图像中通过横向扫描方式提取二值图像中每个LED的范围的具体步骤为：

在二值图像的LED扫描区域内，从第一行开始从左向右横向扫描，当出现1时提取该1及其后连续出现的所有1所对应的坐标值作为第一个LED的有效位置值至出现0为止，并提取该0前一个1值对应的横向坐标值作为第一个LED的直径xmax1，第一个LED在该行内的范围终止，依此继续向右扫描获取该行内所有LED的有效位置值和直径；

第二行的横向扫描参照第一行的横向扫描方式提取各个LED点有效位置值和第二行对应的直径，并判断各个LED在第二行提取的直径是否大于其直径，若是则利用在第二行提取的直径更新对应LED的直径，否则不更新对应LED的直径；

其他各行参照上述方式进行横向扫描获取该行内所有LED的有效位置值和直径并完成各个LED的直径更新；

其中，当某一行中横向扫描时横向坐标值x> xmax1时还没有出现1值，此时第一个LED包含的所有有效位置值全部找完，依此该行和其他行继续进行扫描直至获取所有LED的所有有效位置值为止。

步骤S1041中每张二值图像通过纵向扫描方式提取二值图像中每个LED的范围的具体步骤为：

在二值图像的LED扫描区域内，从第一列开始从上向下纵向扫描，当出现1时提取该1及其后连续出现的所有1所对应的坐标值作为第一个LED的有效位置值至出现0为止，并提取该0前一个1值对应的纵向坐标值作为第一个LED的直径ymax1，第一个LED在该列内的范围终止，依此继续向下扫描获取该列内所有LED的有效位置值和直径；

第二列的纵向扫描参照第一列的纵向扫描方式提取各个LED点有效位置值和第二列对应的直径，并判断各个LED在第二列提取的直径是否大于其直径，若是则利用在第二列提取的直径更新对应LED的直径，否则不更新对应LED的直径；

其他各列参照上述方式进行纵向扫描获取该列内所有LED的有效位置值和直径并完成各个LED的直径更新；

其中，当某一列中纵向扫描时纵向坐标值y> ymax1时还没有出现1值，此时第一个LED包含的所有有效位置值全部找完，依此该列和其他列继续进行扫描直至所有LED的所有有效位置值为止。

在上述过程中，可以建立2个关于LED的存储对象，其中每个对象有4个参数，该4个参数为LED点的行数m、LED点的列数n、LED点对应有效像素点的横坐标x、纵坐标y，该2个关于LED的存储对象用来分别存储横向扫描和纵向扫描得到的每个LED点对应的有效位置值。同时再建立2个LED直径的存储对象用来分别存储横向扫描和纵向扫描中的直径，每个对象有3个参数，LED的直径xmax或ymax、LED的行数m、LED的列数n。

具体存储时，先从第一行开始从左到右横向扫描，第一个出现1的值假定为第1行第1列LED点的有效像素点，将其LED点的行列数m=1，n=1及像素对应坐标值存入上述2个LED的存储对象中的其中一个；接着向右扫描将连续出现的1值均顺次存储到该存储对象中，直到出现0，同时0出现前一个点对应的横坐标x作为第一个LED点的直径xmax1记录到LED直径的存储对象中，第一个LED在该行内的有效范围终止；接着扫描，当再次出现1时，将该点的坐标值放入该存储对象中，此时改点的m=1，n=2，直到出现0，第二个LED在该行内的有效范围终止，第二个LED对应直径同第一个LED点的处理方法。以此类推，直到扫描完该行。接着扫描第二行，方法同第一行，区别在于，需要判断第二行得到的直径是否大于第一行的直径，若大于，则替代第一行的直径并进行存储，反之，不做调整。当某行中横坐标x>xmax时还没有出现1，此时该点的包含的所有像素值全部找完。剩下其他行LED像素包含范围方法同理可得。

纵向扫描方式进行存储方式和横向扫描同理，在此不再赘述。

在本发明的方法中建立矩阵来对扫描中有效的数据进行存储能够大大方便对数据的及时调用和替换。

在上述步骤中，通过横向扫描获取到每个LED的有效位置值，通过纵向扫描获取到的每个LED的有效位置值，因此，对于每一个LED，提取横向扫描得到的有效范围值和纵向扫描得到的有效范围值中相同的坐标值作为该LED像素的有效范围。

在本发明的方法中，横向扫描和纵向扫描都提取每个LED的直径，通过这个直径值可以直接判断每一个LED在各行的范围是否结束，通过该直径值可以区分不同LED点的，因为LED点和LED点之间有间隙，横向扫描或者纵向扫描时横坐标或纵坐标大于对应的直径值还没有出现1，则说明某个LED点的有效区域已经结束，再次出现1时是另外一个LED点的有效区域的开始。实施例2

在实施例1的基础上，本发明还提供了一种基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取系统。参见图4，本发明一种基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取系统具体实施例包括：

点亮模块201，用于点亮LED显示屏需要校正的区域，并令其依次显示红色、绿色和蓝色；

成像模块202，用于校正区域分别显示红色、绿色、蓝色时拍摄成像；

二值图像获取模块203，用于将拍摄到的每张图片转换成二值图像，其中二值图像中的1表示LED的有效区域；

扫描模块204，用于分别通过横向扫描和纵向扫描的方式提取每张二值图像中每个LED的范围；

有效范围获取模块205，用于在每张二值图像中，把横向扫描得到的LED范围和纵向扫描得到的LED范围的交集作为该LED像素的有效范围；

LED像素值获取模块206，用于将与二值图像对应的拍摄图像中每个LED像素的有效范围内的红色、绿色和蓝色通道内的像素相加求平均作为每个LED对应的像素值。

本发明的系统中，扫描模块204通过横向扫描获取LED的范围，通过纵向扫描获取LED的范围，两个尺寸的拟合得到LED的有效范围，相对于现有技术，该有效范围更加精准，能够解决基于相机拍摄方法校正LED点阵时由于拍摄图片倾斜、畸形等带来的LED点阵信息获取错误，防止了因LED轮廓像素值误判而影响LED颜色的校正。

在具体实施过程中，成像模块202可以通过显示屏中通用的摄像机实现，为了使校正区域内所有LED点清晰成像，拍摄前可以先调节摄像机的焦距、拍摄距离以及曝光时间等，保证校正区域内各个LED点清晰成像。

在具体实施过程中，每张成像图片是在显示屏分别显示红色、绿色和蓝色拍摄的，二值图像获取模块203进行二值化处理，对每张图片进行扫描获取所显示颜色对应的颜色分量，将大于预设阈值的颜色分量置为1，小于或者等于预设阈值的颜色分量置为0。优选地，预设阈值可以根据实际的调试效果设置，如设置为255的85%即为217。类似的，对于LED屏显示绿色时的成像图片，只需要扫描像素点中的绿色分量；对于LED屏显示蓝色时的成像图片，只需要扫描像素点中的蓝色分量。

在具体实施过程中，为了节省系统的扫描时间，二值图像获取模块203对成像图片二值化处理后，在进行横向扫描和纵向扫描之前，为了节省扫描时间，一种优选的实施方式是设置LED扫描区域提取模块，用于提取LED扫描区域传输给扫描模块204，使扫描模块204的横向扫描和纵向扫描在该LED扫描区域内进行，从而缩小横向扫描和纵向扫描的区域，提高扫描的速度。具体地LED扫描区域提取模块具体用于：

在具体实施过程中，扫描模块204具体包括横向扫描模块和纵向扫描模块，横向扫描模块具体用于：

其中，当某一行中横向扫描时横向坐标值x> xmax1时还没有出现1值，此时第一个LED包含的所有有效位置值全部找完，依此该行和其他行继续进行扫描直至获取所有LED的所有有效位置值为止；

纵向扫描模块具体用于:

其中，当某一列中纵向扫描时纵向坐标值y> ymax1时还没有出现1值，此时第一个LED包含的所有有效位置值全部找完，依此该列和其他列继续进行扫描直至所有LED的所有有效位置值为止；

有效范围获取模块具体用于：对应每一个LED，根据横向扫描模块获取到的该LED的有效位置值和通过纵向扫描模块获取到的该LED的有效位置值进行相交得到的交集作为该LED像素的有效范围。

进一步的，扫描模块204中可以建立2个关于LED的存储对象，其中每个对象有4个参数，该4个参数为LED点的行数m、LED点的列数n、LED点对应有效像素点的横坐标x、纵坐标y，该2个关于LED的存储对象用来分别存储横向扫描和纵向扫描得到的每个LED点对应的有效位置值。同时再建立2个LED直径的存储对象用来分别存储横向扫描和纵向扫描中的直径，每个对象有3个参数，LED的直径xmax或ymax、LED的行数m、LED的列数n。建立对象来对扫描中有效的数据进行存储能够大大方便对数据的及时调用和替换。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取方法，其特征在于，包括：

校正区域分别显示红色、绿色、蓝色时拍摄成像；

对每张二值图像进行如下处理：

2.根据权利要求1所述的基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取方法，其特征在于，在对每张二值图像进行横向扫描和纵向扫描前先提取LED扫描区域，提取LED扫描区域后，每张二值图像的横向扫描和纵向扫描在LED扫描区域进行。

3.根据权利要求2所述的基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取方法，其特征在于，LED扫描区域的提取方式为：

从二值图像的第一行开始从左到右、从上向下开始检测，提取第一个出现的1值对应的纵向坐标值y1；

从二值图像的最后一行开始从左到右、从下向上开始，提取第一个出现的1值对应的纵向坐标值y2；

从二值图像的第一列开始从上向下、从左到右开始检测，提取第一个出现的1值对应的横向坐标值x1；

从二值图像的最后一列开始从上向下、从右向左开始检测，提取第一个出现的1值对应的横向坐标值x2；

LED扫描区域是以坐标值(x1,y1)、(x2,y1)、(x1,y2)、(x2,y2)为四个顶点所形成方形区域。

4.根据权利要求2所述的基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取方法，其特征在于，通过横向扫描方式提取二值图像中每个LED的范围的具体步骤为：

5.根据权利要求4所述的基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取方法，其特征在于，通过纵向扫描方式提取二值图像中每个LED的范围的具体步骤为：

6.根据权利要求5所述的基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取方法，其特征在于，所述把横向扫描得到的LED范围和纵向扫描得到的LED范围的交集作为该LED的有效范围的具体步骤为：

对于每一个LED，提取横向扫描得到的有效范围值和纵向扫描得到的有效范围值中相同的坐标值作为该LED像素的有效范围。

7.根据权利要求1至6任一项所述的基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取方法，其特征在于，将每张图片转换成二值图像具体是：

每张图片是在显示屏分别显示红色、绿色和蓝色拍摄的，对每张图片进行扫描获取所显示颜色对应的颜色分量，将大于预设阈值的颜色分量置为1，小于或者等于预设阈值的颜色分量置为0。

8.一种基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取系统，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取系统，其特征在于，还包括：

LED扫描区域提取模块，用于提取LED扫描区域传输给扫描模块，使扫描模块的横向扫描和纵向扫描在该LED扫描区域内进行；

所述LED扫描区域提取模块具体用于：

从二值图像的第一行开始从左到右、从上向下开始检测，提取第一个出现的1值对应的纵向坐标值y₁；

从二值图像的最后一行开始从左到右、从下向上开始，提取第一个出现的1值对应的纵向坐标值y₂；

从二值图像的第一列开始从上向下、从左到右开始检测，提取第一个出现的1值对应的横向坐标值x₁；

从二值图像的最后一列开始从上向下、从右向左开始检测，提取检测到的所有1值对应的横向坐标值x₂；

10.根据权利要求8所述的基于相机拍摄的LED逐点位置轮廓提取系统，其特征在于，所述扫描模块具体包括横向扫描模块和纵向扫描模块，横向扫描模块具体用于：

所述纵向扫描模块具体用于:

有效范围获取模块具体用于：对于每一个LED，提取横向扫描得到的有效范围值和纵向扫描得到的有效范围值中相同的坐标值作为该LED像素的有效范围。