基于颜色序列的图像处理算法在LED显示内容监测中的应用

关键词：LED；显示内容监测；线性回归

中图分类号：TP3 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）26-0083-03开放科学（资源服务）标识码（OSID） ：

0 引言

近些年，随着LED显示技术的飞速发展及硬件生产能力的显著提升，显示终端在各个领域的应用呈现出了井喷式的增长态势。它们已广泛部署于城市公共区域、铁路、公交、地铁、商超、连锁店、楼宇、电梯、会议室等地，成为标配设施，并在公共信息传播、广告推广等方面发挥着至关重要的作用[1]。

除了标配的网络接口及多个备份的显示端口外，新一代显示终端还集成了USB接口、蓝牙、Wi-Fi等无线通信功能，极大地提升了与外部设备或网络连接的便捷性。然而，这也相应地带来了信息安全风险的加剧。首先，由于这些显示终端具备网络通信能力，它们易成为黑客攻击的目标。黑客可能通过攻击显示终端，窃取敏感信息，甚至控制整个系统。例如，利用系统漏洞入侵显示终端，破解登录密码，进而获得系统访问权限，执行恶意操作。其次，无线通信功能的引入，使得显示终端的无线信号面临被窃听和干扰的风险。黑客可监听通讯内容，窃取敏感信息，并利用这些信息发动攻击。同时，通过干扰无线信号，黑客还能导致显示终端通讯受阻或中断，引发系统故障。此外，USB接口等外部接口的存在，也增加了病毒传播的风险，黑客可能通过植入病毒攻击系统或窃取信息。

因此，在实际应用中，必须采取切实有效的安全措施，以确保显示终端的安全性。这包括但不限于加固显示终端，关闭不必要的服务和端口，严格限制访问权限，并定期更新安全补丁。同时，还需加强网络安全管理，对显示终端实施全方位的监控与防御，以保障系统的稳定运行。

近年来，国内外多次报道了公共显示屏播放不良内容的事件，这些事件对公共安全构成了严重威胁。以2023年5月27日巴西桑托斯杜蒙特机场的事件为例，当时机场大厅内的大型电子显示屏异常播放不雅影片，机场方面迅速采取措施关闭了显示屏。类似情况在机场航站楼、公共场所的公告区域屡见不鲜，这些显示屏不仅承载着信息发布与形象展示的重要任务，其播放内容的安全性与合规性更是至关重要，须时刻置于公众监督之下。

当前，LED显示内容面临的主要风险包括传输端口入侵、Wi-Fi恶意上传、管理人员误操作、素材审核不严以及显示屏系统自身风险等。而传统的监测方法主要侧重控制器内部播放内容的自检，对于外部异常则显得力不从心。特别是当外部对显示器的视频输入接口进行物理切换等操作时，传统的内部监测手段难以满足监测需求。因此，开发一种能够针对外部异常进行有效监测的新方法显得尤为迫切。

1 颜色序列监测

为了解决上述问题，本文提出了通过颜色传感器对LED屏某一处的既定颜色序列进行监测识别的方法，并在线性回归模型下通过温度传感器来修正温度对颜色传感器的取值影响，提高监测识别的准确率[2-3]。

颜色传感器是将物体颜色同前面已经示教过的参考颜色进行比较来检测颜色的传感器，当两个颜色在一定的误差范围内相吻合时，输出检测结果[4]。

本文提出了一种通过颜色传感器对LED显示内容的监测方法。播放控制终端播放随机的颜色序列在LED显示屏某一处，由颜色传感器对该处进行实时监测并得到相应的RGB取值序列，将该序列和随机序列进行对比输出结果。

该方法利用颜色传感器对LED显示屏特定位置的颜色进行实时监测。首先，播放控制终端会生成一个随机的颜色序列，并将其通过LED显示在特定位置。然后，颜色传感器将对该位置的颜色进行感知，并输出相应的RGB取值序列。接下来，将该输出序列与随机序列进行比较，如果一致，则LED播放内容被认为正常；如果不一致，则表示LED 播放内容存在异常。

由于颜色传感器对LED显示屏的特定位置进行实时监测，因此能够及时发现异常情况。如果LED显示内容发生改变或被篡改，颜色传感器会立即感知到，并输出不一致的RGB取值序列，从而触发异常检测。颜色传感器具有较高的精确性和可靠性，可以准确感知LED显示屏的颜色。通过将实际输出序列与预期随机序列进行对比，可以判断LED播放内容是否正常。

当LED显示正常时，某一颜色传感器对一组既定颜色序列的取值如表1所示。在这种情况下，颜色传感器的RGB取值能够与预设的颜色序列相匹配。然而，当LED显示异常时，由于显示内容不再受终端控制器控制，颜色传感器的RGB取值会变得杂乱无章。在这种情况下，由于未知的显示内容无法与既定的颜色序列对应，颜色传感器的RGB取值将失去规律性。因此，通过颜色传感器对LED显示内容的监测方法能有效满足对外部异常的监测。

2 图像处理算法

2.1 RGB取值优化

长时间使用LED时，温度会有一定程度的升高，而温度变化会影响颜色传感器对颜色序列的取值，影响监测准确率。

因为准确率随时间的变化基本呈现线性关系，本文提出了颜色传感器与温度传感器的结合应用，通过线性回归模型进一步提高监测准确率[5-6]。

试验验证该方法能有效减小温度对颜色传感器的影响，取值正确率在24小时内大于98%，满足监测外部异常的使用要求。

2.2 白平衡优化

白平衡是指在摄影、摄像、显示等领域中，为了准确还原图像中的颜色，调整相机或显示设备的色温和色彩偏差，以使白色成为真正的白色，从而达到更加真实自然的色彩效果。白平衡是通过调整相机或显示设备的参数，消除不同光源的色温影响，使得图像中的白色看起来真实自然。因为不同光源的色温不同，比如日光灯的色温和白炽灯的色温就有很大的区别，如果不进行白平衡调整，那么会导致图像中的白色变得发黄或发蓝，影响整个图像的色彩效果[7-8]。

白平衡作为图像处理的其中一个环节，对于提升图像质量具有显著作用。它能有效消除由色温差异引起的色彩偏差，使图像色彩更加均衡和准确。通过精确调整白平衡，可以确保图像中的白色呈现准确无误，同时使RGB值的分配更加精准，进一步提升图像的真实性。

为了满足LED屏幕根据环境变化智能调整白平衡参数的需求，本节提出了一种基于颜色传感器采集的RGB数值进行自适应白平衡优化的方法。该方法旨在通过智能化调整，进一步提升LED显示内容异常状态的监测准确率。图2为实际某使用环境中颜色传感器获取白色的RGB值的误差值序列。

200次试验验证结果如图3所示。

由图3可见，采用线性回归模型与白平衡方法相结合的方式，优化颜色传感器的RGB取值，在200次试验中，该方法的取值误差率小于0.01%，有效提升了颜色传感器RGB取值的准确率。

4 结束语

针对LED在信息安全方面面临的严峻挑战，以及传统监测手段在外部监测方面的不足，本文创新性地提出了一种基于颜色传感器的监测方法，用于监测既定颜色序列。该方法通过实时获取颜色传感器的RGB值与既定RGB序列值进行对比，准确输出LED 的播放状态（正常或异常）。为了进一步提升监测的准确率，本文还引入了线性回归模型与白平衡方法相结合的技术，以优化颜色传感器的RGB取值。试验结果表明，该方法能够满足对LED外部异常的监测需求，且在24小时内的监测正确率高于99%。