基于顏色序列的圖像處理算法在LED顯示內容監測中的應用

關鍵詞：LED；顯示內容監測；線性回歸

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）26-0083-03開放科學（資源服務）標識碼（OSID） ：

0 引言

近些年，隨著LED顯示技術的飛速發展及硬件生產能力的顯著提升，顯示終端在各個領域的應用呈現出了井噴式的增長態勢。它們已廣泛部署于城市公共區域、鐵路、公交、地鐵、商超、連鎖店、樓宇、電梯、會議室等地，成為標配設施，并在公共信息傳播、廣告推廣等方面發揮著至關重要的作用[1]。

除了標配的網絡接口及多個備份的顯示端口外，新一代顯示終端還集成了USB接口、藍牙、Wi-Fi等無線通信功能，極大地提升了與外部設備或網絡連接的便捷性。然而，這也相應地帶來了信息安全風險的加劇。首先，由于這些顯示終端具備網絡通信能力，它們易成為黑客攻擊的目標。黑客可能通過攻擊顯示終端，竊取敏感信息，甚至控制整個系統。例如，利用系統漏洞入侵顯示終端，破解登錄密碼，進而獲得系統訪問權限，執行惡意操作。其次，無線通信功能的引入，使得顯示終端的無線信號面臨被竊聽和干擾的風險。黑客可監聽通訊內容，竊取敏感信息，并利用這些信息發動攻擊。同時，通過干擾無線信號，黑客還能導致顯示終端通訊受阻或中斷，引發系統故障。此外，USB接口等外部接口的存在，也增加了病毒傳播的風險，黑客可能通過植入病毒攻擊系統或竊取信息。

因此，在實際應用中，必須采取切實有效的安全措施，以確保顯示終端的安全性。這包括但不限于加固顯示終端，關閉不必要的服務和端口，嚴格限制訪問權限，并定期更新安全補丁。同時，還需加強網絡安全管理，對顯示終端實施全方位的監控與防御，以保障系統的穩定運行。

近年來，國內外多次報道了公共顯示屏播放不良內容的事件，這些事件對公共安全構成了嚴重威脅。以2023年5月27日巴西桑托斯杜蒙特機場的事件為例，當時機場大廳內的大型電子顯示屏異常播放不雅影片，機場方面迅速采取措施關閉了顯示屏。類似情況在機場航站樓、公共場所的公告區域屢見不鮮，這些顯示屏不僅承載著信息發布與形象展示的重要任務，其播放內容的安全性與合規性更是至關重要，須時刻置于公眾監督之下。

當前，LED顯示內容面臨的主要風險包括傳輸端口入侵、Wi-Fi惡意上傳、管理人員誤操作、素材審核不嚴以及顯示屏系統自身風險等。而傳統的監測方法主要側重控制器內部播放內容的自檢，對于外部異常則顯得力不從心。特別是當外部對顯示器的視頻輸入接口進行物理切換等操作時，傳統的內部監測手段難以滿足監測需求。因此，開發一種能夠針對外部異常進行有效監測的新方法顯得尤為迫切。

1 顏色序列監測

為了解決上述問題，本文提出了通過顏色傳感器對LED屏某一處的既定顏色序列進行監測識別的方法，并在線性回歸模型下通過溫度傳感器來修正溫度對顏色傳感器的取值影響，提高監測識別的準確率[2-3]。

顏色傳感器是將物體顏色同前面已經示教過的參考顏色進行比較來檢測顏色的傳感器，當兩個顏色在一定的誤差范圍內相吻合時，輸出檢測結果[4]。

本文提出了一種通過顏色傳感器對LED顯示內容的監測方法。播放控制終端播放隨機的顏色序列在LED顯示屏某一處，由顏色傳感器對該處進行實時監測并得到相應的RGB取值序列，將該序列和隨機序列進行對比輸出結果。

該方法利用顏色傳感器對LED顯示屏特定位置的顏色進行實時監測。首先，播放控制終端會生成一個隨機的顏色序列，并將其通過LED顯示在特定位置。然后，顏色傳感器將對該位置的顏色進行感知，并輸出相應的RGB取值序列。接下來，將該輸出序列與隨機序列進行比較，如果一致，則LED播放內容被認為正常；如果不一致，則表示LED 播放內容存在異常。

由于顏色傳感器對LED顯示屏的特定位置進行實時監測，因此能夠及時發現異常情況。如果LED顯示內容發生改變或被篡改，顏色傳感器會立即感知到，并輸出不一致的RGB取值序列，從而觸發異常檢測。顏色傳感器具有較高的精確性和可靠性，可以準確感知LED顯示屏的顏色。通過將實際輸出序列與預期隨機序列進行對比，可以判斷LED播放內容是否正常。

當LED顯示正常時，某一顏色傳感器對一組既定顏色序列的取值如表1所示。在這種情況下，顏色傳感器的RGB取值能夠與預設的顏色序列相匹配。然而，當LED顯示異常時，由于顯示內容不再受終端控制器控制，顏色傳感器的RGB取值會變得雜亂無章。在這種情況下，由于未知的顯示內容無法與既定的顏色序列對應，顏色傳感器的RGB取值將失去規律性。因此，通過顏色傳感器對LED顯示內容的監測方法能有效滿足對外部異常的監測。

2 圖像處理算法

2.1 RGB取值優化

長時間使用LED時，溫度會有一定程度的升高，而溫度變化會影響顏色傳感器對顏色序列的取值，影響監測準確率。

因為準確率隨時間的變化基本呈現線性關系，本文提出了顏色傳感器與溫度傳感器的結合應用，通過線性回歸模型進一步提高監測準確率[5-6]。

試驗驗證該方法能有效減小溫度對顏色傳感器的影響，取值正確率在24小時內大于98%，滿足監測外部異常的使用要求。

2.2 白平衡優化

白平衡是指在攝影、攝像、顯示等領域中，為了準確還原圖像中的顏色，調整相機或顯示設備的色溫和色彩偏差，以使白色成為真正的白色，從而達到更加真實自然的色彩效果。白平衡是通過調整相機或顯示設備的參數，消除不同光源的色溫影響，使得圖像中的白色看起來真實自然。因為不同光源的色溫不同，比如日光燈的色溫和白熾燈的色溫就有很大的區別，如果不進行白平衡調整，那么會導致圖像中的白色變得發黃或發藍，影響整個圖像的色彩效果[7-8]。

白平衡作為圖像處理的其中一個環節，對于提升圖像質量具有顯著作用。它能有效消除由色溫差異引起的色彩偏差，使圖像色彩更加均衡和準確。通過精確調整白平衡，可以確保圖像中的白色呈現準確無誤，同時使RGB值的分配更加精準，進一步提升圖像的真實性。

為了滿足LED屏幕根據環境變化智能調整白平衡參數的需求，本節提出了一種基于顏色傳感器采集的RGB數值進行自適應白平衡優化的方法。該方法旨在通過智能化調整，進一步提升LED顯示內容異常狀態的監測準確率。圖2為實際某使用環境中顏色傳感器獲取白色的RGB值的誤差值序列。

200次試驗驗證結果如圖3所示。

由圖3可見，采用線性回歸模型與白平衡方法相結合的方式，優化顏色傳感器的RGB取值，在200次試驗中，該方法的取值誤差率小于0.01%，有效提升了顏色傳感器RGB取值的準確率。

4 結束語

針對LED在信息安全方面面臨的嚴峻挑戰，以及傳統監測手段在外部監測方面的不足，本文創新性地提出了一種基于顏色傳感器的監測方法，用于監測既定顏色序列。該方法通過實時獲取顏色傳感器的RGB值與既定RGB序列值進行對比，準確輸出LED 的播放狀態（正常或異常）。為了進一步提升監測的準確率，本文還引入了線性回歸模型與白平衡方法相結合的技術，以優化顏色傳感器的RGB取值。試驗結果表明，該方法能夠滿足對LED外部異常的監測需求，且在24小時內的監測正確率高于99%。