CN100341045C - 图像显示装置和图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是在节省存储容量的同时提供进行适当的色彩重现的图像显示装置、图像处理方法以及计算机可读介质。本发明的图像显示装置，用第一色彩校正装置110参考三维色彩校正表，以使图像显示装置的色彩特征和基于图像显示装置的色彩特征值的参考色彩特征相匹配，以及对输入图像数据进行期望的色彩校正，从而对输入图像数据进行期望的图像处理，以显示图像。然后，图像显示装置用第二色彩校正装置，参考一维色彩校正表根据应用环境进行灰度校正，并对输入的图像数据进行期望的色彩校正。

Description

图像显示装置和图像处理方法

技术领域

本发明涉及对输入图像进行期望的色彩校正的图像显示装置、图像处理方法、程序和存储介质。

背景技术

由于色彩重现的范围随图像显示装置，例如：投影仪的类型而不同，所以显示图像的色彩可能会改变。为避免这个问题，用一个称为色彩匹配的处理过程将图像处理单元的色彩特征和普通CRT显示器的色彩特征相匹配。

当采用图像显示装置，例如：投影仪时，重要的是重现作者想要的图像，即使在外界环境改变时也是如此。尤其是当不考虑外界照明的亮度或色彩或投影平面的色彩随外界环境的变化而改变时，就很难正确重现色彩。

色彩校正表通常用于根据外界环境进行色彩匹配和校正。

但是，由于存储容量的限制，图像显示装置，例如：投影仪很难在色彩校正表中储存大量数据。也就是说，由于每个投影仪差异很大，因此有必要存储与每台仪器相匹配的色彩校正表。

为了解决上述问题，本发明提供在节省存储容量的同时进行适当色彩重现的图像显示装置、图像处理方法、程序以及存储介质。

发明内容

根据本发明，对输入图像数据进行期望的图像处理，并显示图像的图像显示装置包括：第一色彩校正单元，基于所述图像显示装置的色彩特征值，参考为使所述图像显示装置的色彩特征与参考色彩特征相匹配之三维色彩校正表，以对所述输入图像数据施行期望的色彩校正；第二色彩校正单元，参考为对应使用环境而进行校正所述图像显示装置的色调特征之一维色彩校正表，对所述输入图像数据施行期望的色彩校正。

图像显示装置，根据所述对输入图像数据进行期望的图像处理并显示图像，由第一色彩校正单元基于所述图像显示装置的特征值，参考为使所述图像显示装置的色彩特征与参考色彩特征相匹配之三维色彩校正表，以对输入图像数据施行期望的色彩校正。由第二色彩校正单元参考为对应使用环境而进行校正图像的灰度等级之一维色彩校正表，对输入图像数据施行期望的色彩校正。

所述图像显示装置还包括第一重写单元，用于重写三维色彩校正表，以使第一色彩校正单元能根据周围环境来校正图像显示装置的色彩特征。

所述图像显示装置还包括第二重写单元，用于重写三维色彩校正表，以使第一色彩校正单元能根据特征值来校正三维色彩校正表中的格点数据。

在所述图像显示装置中，用于第二色彩校正单元的一维色彩校正表用来校正外界照明亮度的变化。

在所述图像显示装置中，用于第一色彩校正单元的三维色彩校正表用来校正投影平面上色彩的变化。

在所述图像显示装置中，用于第一色彩校正单元的三维色彩校正表用来校正外部照明色彩的变化。

所述图像显示装置还包括输入特征值的单元。

所述图像显示装置可以是投影仪。

在所述图像显示装置中，当特征值是参考特征值时，第二重写单元不重写格点数据。

在所述图像显示装置中，当参考由第一重写单元重写的三维色彩校正表进行期望的图像处理时，如果输入图像数据转换到色域外，则在保持每个色彩部分的变化率的同时，通过减小校正量来把所述输入图像数据转换到色域内。

根据本发明的对输入到显示装置的图像数据进行图像处理的图像处理方法包括：第一色彩校正步骤，其系基于图像显示装置的特征值，参考为使所述图像显示装置的色彩特征与参考色彩特征相匹配之三维色彩校正表，以对所述输入图像数据施行期望的色彩校正；第二色彩校正步骤，其系参考为对应使用环境而进行校正所述图像显示装置的色调特征之一维色彩校正表，对所述输入图像数据施行期望的色彩校正。

根据本发明的计算机可读介质具有对输入到显示装置的图像数据进行图像处理的由计算机执行的指令程序，该指令程序包括：第一色彩校正处理，其系基于图像显示装置的特征值，参考为使所述图像显示装置的色彩特征与参考色彩特征相匹配之三维色彩校正表，以对所述输入图像数据施行期望的色彩校正；第二色彩校正处理，其系参考为对应使用环境而进行校正所述图像显示装置的色调特征之一维色彩校正表，对所述输入图像数据施行期望的色彩校正。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的投影仪中的图像处理器的功能框图；

图2是根据本发明一个实施例的投影仪内第一色彩校正器110和第二色彩校正器120操作流程图；

图3是第一色彩校正表生成器112生成色彩校正表的流程图；

图4是存储在LUT数据存储单元114的LUT数据生成流程图；

图5是LUT数据生成过程；

图6是CRT色彩与投影仪色彩的对应关系；

图7是图3中步骤S10的照明色彩的校正量计算流程图；

图8是图3中步骤S12的屏幕色彩的校正量计算流程图；

图9是图3步骤S14的3D-LUT中值的转化流程图；

图10是本发明的一个实施例中第二色彩校正表生成器150重写/生成色彩校正表的流程图；

图11是第二色彩校正表生成器150计算校正曲线流程图；

图12是不同环境下的γ曲线显示图；

图13是不同环境下的归一化γ曲线图；

图14是不同环境下的归一化γ曲线在参考点Do重叠的状态图；

图15是校正后的输出特征的校正图表；

图16是调整校正曲线的校正量的图表；

图17是Dout和Din之间关系图表；

图18是校正曲线的近似过程图；

图19是通过改变Do值而得到的校正曲线示例图(1)；

图20是通过改变Do值而得到的校正曲线示例图(2)；

图21是第三色彩校正器130的色彩校正图；

图22是根据本发明一个实施例的用于投影仪的色彩校正表的生成(图2中步骤203的处理)流程图。

最佳实施方式

下面结合附图描述本发明的一个优选实施例。

第一实施例

系统结构：

图1示出了根据本发明的图像显示装置的第一实施例的投影仪内的图像处理器100的功能框图。除投影仪外，本发明的图像显示装置包括一个CRT和一个LCD显示器。

根据本发明的第一实施例，投影仪内的图像处理器100包括：第一色彩校正器，其作用是根据周围环境来校正投影仪的色彩特征以及根据由第一色彩校正表生成器112生成的色彩校正表(LUT)进行色彩匹配；第二色彩校正器120，其作用是基于由第二色彩校正表生成器150生成的色彩校正表，相应于周围环境来校正投影仪的色调特征；第三色彩校正器130，其作用是调整液晶光阀的输出特征；以及L/V(光阀)驱动单元140，其作用是驱动液晶光阀以投影要显示的图像。

另外，图像处理器100还包括：为投影仪输入γ值的γ值输入单元116；用于存储数据(转换值和LUT数据)和格点数据的LUT数据存储单元114，为了生成三维色彩校正表(3D-LUT)以根据周围环境进行色彩匹配和色彩特征校正，这两个单元在色彩校正表中是互相关联的；存储参考环境中投影仪输出特征信息的装置特征存储器160；测量屏幕上反射的投影仪和外部照明的光亮度的光学传感器170；第一色彩校正表生成器112，其作用是基于从γ值输入单元116输入的γ值、LUT数据存储单元114存储的数据、光学传感器170测得的色彩值以及装置特征存储器中存储的信息来生成三维色彩校正表，以根据周围环境进行色彩匹配和校正投影仪的色彩特征。

而且，图像处理器100还具有：第二色彩校正表生成器150，其作用是基于光学传感器170测得的色彩值和装置特征存储器中存储的信息，生成一维色彩校正表(1D-LUT)，以根据周围环境来校正色调特征。

在本发明的第一实施例的投影仪中，首先，第一色彩校正器110参考由第一色彩校正表生成器112生成的色彩校正表，根据周围环境，对由个人电脑或类似仪器提供的输入图像信号进行色彩匹配和色彩特征校正。其次，第二色彩校正器120参考由第二色彩校正表生成器150生成的色彩校正表，根据周围环境，对经过色彩匹配和色彩特征校正后的图像信号进行色调特征校正。然后，第三色彩校正器130考虑液晶光阀的输出特征，对经过色调校正后的图像信号进行调整。最后，L/V驱动单元根据调整后的模拟信号，驱动液晶光阀以投影图像进行显示。

图像处理器100的处理过程：

如色彩校正表生成过程和下述图像处理器100执行的图像处理过程这样的过程是由下述的投影仪20内的程序存储单元(未示出)存储的图像处理程序来实现的。程序存储单元构成存储图像处理程序的存储介质。图像处理程序本身也包含在本发明的范围内。

(1)第一色彩校正器110的色彩校正

参见图2，根据本发明的一个实施例，下面来描述投影仪内第一色彩校正器110的操作过程。

首先，在使用本发明的投影仪之前，预先生成色彩校正表，然后将其存储到LUT数据存储单元114(步骤203)。后面将参见图22详细描述色彩校正表的生成。

当开始使用本发明的投影仪时，由第一色彩校正表生成器112执行色彩校正表的生成/重写过程(步骤204)。后面将参见图3详细描述色彩校正表的生成/重写过程。

色彩校正表的生成/重写过程以后，根据由第一色彩校正器110校正后的图像信号，并参考重写的色彩校正表，来显示图像(步骤206)。如果图像显示没有结束(步骤208，否)，而且上次时间校正表的生成/重写过程结束后没有一定时间的流逝(步骤210，否)，那么步骤206的图像显示状态就继续。反之，如果图像显示没有结束(步骤208，否)，而且上次时间校正表的生成/重写过程结束后已经过了一定时间(步骤210，是)，那么就重复色彩校正表的生成/重写过程，以根据包含流逝时间在内的应用环境进行色调校正(步骤204)，然后显示图像(步骤206)。根据本发明，为了根据应用环境进行色调校正，每隔一定时间就要重写一次色彩校正表，因此，即使外部照明色彩或投影面色彩发生变化时也保证适当的色彩重现。

图像显示结束时，例如关闭投影仪电源(步骤208，是)，图像处理过程中止。

(1-0)色彩校正表的生成处理

参见图22，下面描述色彩校正表的生成过程(图2的步骤203)，根据本发明的实施例，该过程由投影仪来实现。

(1-0-1)测量参考环境中投影仪的输出特征

第一色彩校正表生成器112重写色彩校正表之前，首先在参考环境中测量RGBK的三色值。参考环境就是这样的情况：其中投影仪的输出光被投影到黑暗房间内的参考屏幕上。

当测得的颜色是(R，G，B)＝(255，0，0)时，把测量值赋给X_R0、Y_R0、和Z_R0；

当测得的颜色是(R，G，B)＝(0，255，0)时，把测量值赋给X_G0、Y_G0、和Z_G0；

当测得的颜色是(R，G，B)＝(0，0，255)时，把测量值赋给X_B0、Y_B0、和Z_B0；

当测得的颜色是(R，G，B)＝(0，0，0)时，把测量值赋给X_K0、Y_K0、和Z_K0。

根据这些测量值得到参考环境中投影仪的输出特征矩阵M₀，将其存储在装置特征存储器160中。参考环境中投影仪的输出特征矩阵M₀用下述公式来表示：

(表达式1)

$M_0=\left(\begin{array}{ccc}{X}_{R0}-X_{K0}& X_{G0}-X_{K0}& X_{B0}-X_{K0}\\ Y_{R0}-Y_{K0}& Y_{G0}-Y_{K0}& Y_{B0}-Y_{K0}\\ Z_{R0}-Z_{K0}& Z_{G0}-Z_{K0}& Z_{B0}-Z_{K0}\end{array}\right)$

(1-0-2)生成在参考环境中进行色彩匹配的3D-LUT

预先生成用于匹配投影仪的输出特征和预定色彩空间3D-LUT，并将其存储在LUT数据存储单元114中。生成3D-LUT的方法是任意的，当不需要匹配时，可用非转换的3D-LUT。用于色彩匹配的3D-LUT的输出值表示为：

{R(Rin，Gin，Bin)，G(Rin，Gin，Bin)，B(Rin，Gin，Bin)}，其中，Rin、Gin和Bin是输入值。

LUT数据生成实例

参见图4，下面描述LUT数据存储单元114中存储的LUT数据的生成。本实施例描述投影仪的色彩特征和CRT的色彩特征(参考色彩特征)相匹配的情况。

首先，得到CRT的输入值(RCGCBC)和输出色彩的颜色坐标(XcYcZc，Lc^*ac^*bc^*)的对应关系(S20)。通过从CRT实际显示色彩，并测量显示的色彩，来得到典型色彩的对应关系，然后，通过插值计算或类似的方法得到剩余色彩的对应关系。然后，求取投影仪的输入值(RpGpBp)和输出色彩的颜色坐标(XpYpZp，Lp^*ap^*bp^*)之间的对应关系(S22)。同样，通过从投影仪实际显示色彩，并测量显示的色彩，来得到典型色彩的对应关系，通过插值或类似的计算方法得到剩余色彩的对应关系。

其次，确定与CRT输出色彩(Lc^*ac^*bc^*)相对应的液晶投影仪的输出色彩(Lp^*ap^*bp^*)(S24)。通常，同一种色彩是互相关的(Lc^*＝Lp^*，ac^*＝ap^*，bc^*＝bp^*)。但是，当投影仪不能从CRT显示输出色彩(Lc^*ac^*bc^*)时，与那个色彩(例如有同样的色调，色彩坐标上的距离最近的色彩)相对较近的色彩是相关的，如图6所示。

最后，求取相应于单个RCGCBC值的RpGpBp值，根据从S20到S26得到的对应关系，来生成LUT数据(S28)，如图5所示。

在本实施例中，假定上述生成的LUT数据和格点数据预先被存储在LUT数据存储单元114中。

(1-1)由第一色彩校正表生成器112生成和重写色彩校正表

参见图3，基于本发明的实施例，下面描述投影仪中的第一色彩校正表生成器112生成和重写色彩校正表的过程(图2中步骤204的处理)。

(1-1-1)测量应用环境中投影仪的输出特征值

为了由第一色彩校正表生成器112生成和重写色彩校正表，首先在应用环境中测量投影仪的RGBK三色值。

当测得的颜色是(R，G，B)＝(255，0，0)时，把测量值赋给X_R、Y_R、和Z_R；

当测得的颜色是(R，G，B)＝(0，255，0)时，把测量值赋给X_G、Y_G、和Z_G；

当测得的颜色是(R，G，B)＝(0，0，255)时，把测量值赋给X_B、Y_B、和Z_B；

当测得的颜色是(R，G，B)＝(0，0，0)时，把测量值赋给X_K、Y_K和Z_K。

根据这些测量值得到投影仪在应用环境中的输出特征矩阵M，将其存储在装置特征存储器160中。应用环境中投影仪的输出特征矩阵M用下述公式来表示：

(表达式2)

$M=\left(\begin{array}{ccc}{X}_R-X_K& X_G-X_K& X_B-X_K\\ Y_R-Y_K& Y_G-Y_K& Y_B-Y_K\\ Z_R-Z_K& {\text{Z}}_G-Z_K& Z_B-Z_K\end{array}\right)$

(1-1-2)

测量应用环境中投影仪的输出特征后，首先要在第一色彩校正表生成器112生成和重写色彩校正表的过程中计算照明色彩的校正量(S10)和屏幕(投影平面)色彩的校正量(S12)，如图3所示。然后根据这些计算结果对三维色彩校正表中的值进行转换(S14)。下面详细描述S10到S14的每一个过程。

(1-1-2-1)计算照明色彩的校正量(S10)

参见图7，下面详细描述图3中S10计算照明色彩的校正量的过程。在这个过程中，通过校正投影仪R、G和B的每个色彩值的偏移量，来校正由照明色彩而引起的投影仪输出色彩特征的变化。更具体来说，先得到投影仪的照明色彩和白色之间的差值，然后根据这个差值来调整偏移量。

如图7所示，图3中S10计算照明色彩的校正量的过程中，首先用投影仪的RGB三色来描述照明色彩(S30)。用投影仪的R、G和B三色的组合来描述照明色彩(相应于投影仪的黑色在应用环境中被测得的值)时，照明色彩可以用下述公式来表示：

(表达式3)

$\left(\begin{array}{c}{r}_K\\ g_K\\ b_K\end{array}\right)=M^{-1}\left(\begin{array}{c}{X}_K\\ Y_K\\ Z_K\end{array}\right)$

然后，在图3的S10中计算照明色彩的校正量的过程中，读取3D-LUT中白色点的R、G和B值，求白色点的R、G和B值的亮度比(S32)。白色点rw₀、gw₀和bw₀的R、G和B值是：

rw₀＝{R(255，0，0)/255}^γ

gw₀＝{G(0，255，0)/255}^γ

bw₀＝{B(0，0，255)/255}^γ

γ值表示投影仪的输出灰度特征，其值由γ值输入单元116输入。

根据上述过程，在图3的S10计算照明色彩的校正量的过程中，求偏移校正量r₀、g₀和b₀(S34)。

如下述公式所示，求得r_K、g_K和b_K与rw₀、gw₀和bw₀的差值，作为偏移校正量：

(表达式4)

$\left(\begin{array}{c}{r}_0\\ g_0\\ b_0\end{array}\right)={\mathrm{\α}}_0\{g_k/g_{w0}\left(\begin{array}{c}{r}_{w0}\\ g_{w0}\\ b_{w0}\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}{r}_k\\ g_k\\ b_k\end{array}\right)\}$

在这个公式中，α₀是一个参数，用来调整校正程度，其合适值域是0.0～0.5。

这就结束了S10中的处理过程。

(1-1-2-2)计算屏幕色彩的校正量(S12)

参见图8，下面详细描述图3中S12计算色彩校正量的过程。在这个过程中，通过校正投影仪的R、G和B三色的每个色彩值的增益量，来校正由屏幕色彩而引起的投影仪输出色彩特征的变化。具体来说，得到一个增益，它是用于利用应用环境中的R、G和B三色来表示参考环境中投影仪的白色。

如图8所示，图3的S12中计算屏幕色彩校正量时，首先用应用环境中投影仪的R、G和B三色表示参考环境中投影仪的白色(rw，gw，bw)(S40)。也就是说，如果RGB的亮度重现的应用环境中的颜色与参考环境中投影仪的白色一样，那么就得到R、G和B的亮度比，如下所示：

(表达式5)

$\left(\begin{array}{c}{r}_w\\ g_w\\ b_w\end{array}\right)=M^{-}{M}_0\left(\begin{array}{c}{r}_{w0}\\ g_{w0}\\ b_{w0}\end{array}\right)$

然后，在图3的S12中计算屏幕校正量的过程中，就可以得到增益校正量r_G、g_G和b_G(S42)。从rw，gw和bw以及rw₀、gw₀和bw₀中求取增益校正量的公式如下：

r_G＝1+α_G{p_r/max(p_r，p_g，p_b)-1}，p_r＝rw₀/rw

g_G＝1+α_G{p_g/max(p_r，p_g，p_b)-1}，p_g＝gw₀/gw

b_G＝1+α_G{p_b/max(p_r，p_g，p_b)-1}，p_b＝bw₀/bw

上述公式中，α_G是一个参数，用来调整校正的程度，其合适值域是0.5～1.0。

然后结束S12的处理。

(1-1-2-3)转换三维色彩校正表(3D-LUT)中的值(S14)

参见图9，下面详细描述图3中S14的3D-LUT的值的转换过程。在这个过程中，相应于环境的变化，对LUT数据存储单元114中存储的3D-LUT的每个格点的输出值进行校正，以生成一个新的校正表。

如图9所示，从LUT数据存储单元114中存储的3D-LUT的每个格点上读取输出值，在图3的S14中3D-LUT值的转化过程中，将其转换成亮度值(S50)。转换后的亮度值(r)、(g)和(b)是：

r＝{R(Rin，Gin，Bin)/255}^γ

g＝{G(Rin，Gin，Bin)/255}^γ

b＝{B(Rin，Gin，Bin)/255}^γ

然后，在图3的S14中的3D-LUT值转换过程中进行环境校正(S52)。利用S10和S12中得到的校正量对3D-LUT中的值的增益和偏移量进行校正。校正后得到的值r’、g’和b’是：

r’＝r_Gr+r₀

g’＝g_Gg+g₀

b’＝b_Gb+b₀

然后，在图3的S14 3D-LUT值转换过程中，对色域外的色彩值进行处理(S54)。

在S52中得到的校正后的r’、g’和b’值可能会落在色域之外(例如r’＜0或r’＞1)。当校正后的值落在色域外时，通过调整校正量以使其处于色域内。当R、G和B互相关时，对校正量进行调整。具体来说，用下述公式来处理色域外的色彩值：

(表达式6)

$a_r=\left\{\begin{array}{cc}r/(r-r^{\&prime;})& (r^{\&prime;}<0)\\ 1& (0\&le;r^{\&prime;}\&le;1)\\ (1-r^{\&prime;})/(r^{\&prime;}-r)& (r^{\&prime;}>1)\end{array}\right.$

对a_g和a_b也进行同样的处理。

(表达式7)

$\left(\begin{array}{c}{r}^{\&prime;\&prime;}\\ g^{\&prime;\&prime;}\\ b^{\&prime;\&prime;}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}r\\ g\\ b\end{array}\right)+\min (a_r,a_g,a_b)\left(\begin{array}{c}{r}^{\&prime;}-r\\ g^{\&prime;}-g\\ b^{\&prime;}-b\end{array}\right)$

进一步，在图3的S143D-LUT值转换过程中，从3D-LUT求取环境校正后的输出值(S56)。相应于环境变化进行校正后的3D-LUT最终输出值R’(Rin，Gin，Bin)、G(Rin，Gin，Bin)和B(Rin，Gin，Bin)是：

R’(Rin，Gin，Bin)＝255(r”)^γ

G’(Rin，Gin，Bin)＝255(g”)^γ

G’(Rin，Gin，Bin)＝255(b”)^γ

最后，结束S14的处理，程序返回图2的步骤206。

(2)第二色彩校正器120的色彩校正过程(根据应用环境进行灰度校正)

参见图2，根据本发明的实施例的投影仪的第二色彩校正器120的操作过程与所述的第一色彩校正器的操作过程类似。下面结合图2描述第二色彩校正器120的操作过程。

本发明的投影仪启动时，第二色彩校正表生成器150生成/重写色彩校正表(步骤204)。参见图10，下面详细描述色彩校正表的生成/重写过程。第一色彩校正表生成器112生成/重写色彩校正表和第二色彩校正表生成器150生成/重写色彩校正表的过程可以是同步或独立进行的。

生成/重写色彩校正表后，根据由第二色彩校正器120参考重写的色彩校正表校正色彩后的图像信号进行图像显示(步骤206)。如果图像显示没有结束(步骤208，否)，而且上次时间校正表的生成/重写过程结束后还没有过去一定的时间(步骤210，否)，那么步骤206的图像显示状态就继续。反之，如果图像显示没有结束(步骤208，否)，而且上次时间校正表的生成/重写过程结束后已经过了一定时间(步骤210，是)，那么就生成/重写色彩校正表，以根据随时间过去进行灰度校正(步骤204)，然后显示图像(步骤206)。利用本发明，为了根据应用环境进行灰度校正，每隔一定时间就要重写一次色彩校正表，因此，外界照明的亮度发生变化时也保证了适当的色彩重现。

然后，当关闭投影仪电源而结束图像显示时(步骤208，是)，图像处理过程中止。

(2-1)第二色彩校正表生成器150生成/重写色彩校正表

参见图10，根据本发明的实施例，下面详细描述投影仪的第二色彩校正表生成器150生成/重写色彩校正表的过程(图2的步骤204)。

色彩校正表生成/重写时，在黑暗房间内投影仪(图像显示装置)20显示的是白色(灰度值R＝G＝B＝255)，光学传感器170测量从屏幕10反射的光的亮度，把测量结果预先存储在装置特征存储器160中。

其次，测量屏幕上从外部照明反射的光的亮度，这时投影仪没有输出(步骤222)。

接着计算校正曲线(步骤226)。下面将结合图11详细描述校正曲线的计算。然后根据计算得到的参考曲线生成新的一维色彩校正表。最后用新生成的一维色彩校正表取代色彩校正器120参考的一维色彩校正表(步骤228)。

计算校正曲线：

根据本发明的实施例，参见图11，下面描述投影仪的色彩校正表生成器150计算校正曲线的过程(图10步骤226的过程)。根据屏幕上用于投影仪白色输出值的反射光的亮度(其存储在装置特征存储器160中)，以及在图10的步骤222得到的测量值得到校正曲线。

校正曲线计算过程中，对不同环境下的γ曲线进行归一化(步骤230)。所有颜色W(白)、R(红)、G(绿)和B(兰)的校正曲线相同，因此，这里以W为例来计算校正曲线。对不同环境中(黑暗房间和照明环境中)的γ曲线做如下假定。“γ”表示所述投影仪的灰度特征。通过实际测量所述投影仪的灰度特征来得到γ的值，比较合适的是用平均值作为γ值。在本实施例中，使γ等于2.2。

黑暗房间内：

Fd(Din)＝Yw·Din^γ                (1)

照明环境中：

Fi(Din)＝Yw·Din^γ+Yi             (2)

不同环境中的γ曲线如图12所示。

上述公式中，F表示屏幕反射的总光亮度，Din表示通过归一化RGB数字输入值(灰度级0-255)而得到的归一化值0-1，Yw表示投影仪的白色亮度值，Yi表示照明亮度值。假设眼睛适应不同环境中投影仪输出白色时探测到的亮度(黑暗房间的Yw，照明环境中的Yw+Yi)，对上述公式(1)和(2)进行归一化。也就是说，对方程(1)和(2)归一化，以使每个不同环境中投影仪输出白色时，探测到的亮度(黑暗房间的Yw，照明环境中的Yw+Yi)是1。更具体地说：

黑暗房间内：

F’d(Din)＝Fd(Din)/Yw＝Din^γ             (3)

照明环境中：

F’i(Din)＝Fi(Din)/(Yw+Yi)＝(Yw·Din^γ+Yi)/(Yw+Yi)    (4)

不同环境中的归一化γ曲线如图13所示。

然后，γ曲线在参考点Do互相重叠(步骤232)。如图14所示，F’d(Din)沿F’轴方向只平移{F’i(Do)-F’d(Do)}以使F’d(Din)与F’i(Din)有相同值。更详细来说：

F”d(Din)＝F’d(Din)+{F’i(Do)-F’d(Do)}

         ＝F’d(Din)-F’d(Do)+F’i(Do)

如果使用公式(3)和(4)，得到：

F”d(Din)＝Din^γ-Do^γ+(Yw·Do^γ+Yi)/(Yw+Yi)      (5)

那么，利用公式(5)计算校正曲线(步骤234)。

如图14所示，在这个实施例中，形成校正曲线以使照明环境中γ曲线的输出值与黑暗房间内γ曲线的输出值在参考点Do附近相一致。

输出图像色彩的变化依赖于是否有外部照明，根据是否有外部照明通过校正输入灰度值，使得参考点Do附近的相对对比度(γ曲线的斜率)不变来消除这种变化。

这可以用下述公式来表示：

F’(Dout)＝F”d(Din)                   (6)

其中，Dout是校正后的输入灰度值。

用公式(4)和(5)替代公式(6)得到：

(Yw·Dout^γ+Yi)/(Yw+Yi)＝Diⁿγ-Do^γ+(Yw·Do^γ+Yi)/(Yw+Yi)

因此：

Dout＝[(1+Yi/Yw)Din^γ-(Yi/Yw)Do^γ]^1/γ        (7)

由于输出值的亮度范围有限制(0≤F”d(Din)≤1)，如图15所示，可以进行校正得到如图15所示的输出结果。

因此，当Dout＜0时，Dout＝0，

当Dout＞1时，Dout＝1。

通过改变灰度值Do使校正曲线有不同变化，在校正由照明引起的对比度的降低时，该灰度值Do是一个重要因素。通常，如果Do值很小，得到如图19所示的校正曲线，尽管改善了低灰度级区域的灰度，但是投影仪屏幕看起来是发白的，色调很浅。反之，如果Do值大，得到如图19所示的校正曲线，投影仪屏幕整体来看是发黑的，低灰度级区域的灰度进一步降低(这种称为低灰度级区域的塌陷非常明显)。通过设置合适的Do值，就可能使校正后的对比度更强，同时投影图像的整体亮度与校正前相比变化很小。实验估计的结果证明接近中间灰度级的Do值(0.25 Do 0.50等)比较合适。

而且，如图16所示，可以通过把校正量□F乘以α(0α≤1)来调整校正量。这是为了避免由于过校正而导致不自然的图像重现。调整校正量时，Dout的公式(7)就成为：

Dout＝[(1+αYi/Yw)Din^γ-(αYi/Yw)Do^γ]^1/γ       (7’)

因此，校正量乘以α相当于照明亮度Yi乘以α。

α值域最好是0.8α≤1。

然后近似(round)校正曲线(步骤236)。

图17显示了由公式(7)或(7’)表示的Dout和Din之间的关系。如图17所示，尽管为了强调整体对比度而建立了校正曲线，但是，由于图17的色彩校正曲线上在Dout＝0和Dout＝1附近没有灰度值，因此可以通过近似校正曲线来避免Dout＝0和Dout＝1附近没有灰度值的情况。

1)为减小校正量近似

首先，为了对没有灰度值的点Dout＝0或1进行近似，通过下述转换来减小校正量ΔD＝Dout-Din：

ΔD→ΔD-(ΔD)^β             (8)

根据上述转换，由于校正量的减小量随着校正量的增大而增加，如图18所示，从而近似了校正曲线。公式(8)中的β是表示近似程度的参数，当β＝0以及Dout＝Din且β＝∞时不进行近似。β值的优选值是1.5。图18中的曲线(1)显示了为减小校正量而进行近似时Dout和Din之间的关系。

(2)邻域平均法近似

由于图18的校正曲线(1)上有一锐角，因此还要对每个点求其邻域平均值。具体来说，计算33个点(Din×255＝0，8，16，...，255)的灰度数据，然后对各个点计算5个点，包括前两个点和后两个点的平均值。结果就得到一个在Dout＝0或1没有灰度值的校正曲线。

计算校正曲线时，四个参数-包括投影仪的γ值、参考点Do、校正量α以及近似参数β-都是必需的。通过调整这些参数值，可以用同样的计算方法得到不同的校正曲线。

(3)第三色彩校正器130中的色彩校正

参见图21，下面详细描述第三色彩校正器130的色彩校正过程。

如图21(a)所示确定投影仪的输出特征，如图21(b)所示测量液晶板的输入/输出特征。然后根据图21(a)和(b)得到如图21(c)所示的输入信号和液晶板的输入值之间的对应关系。

如图21(c)所示，参考表示输入信号和液晶板的输入值之间的对应关系的色彩校正表，第三色彩校正器130调整液晶板的输入值。预先存储每个投影仪的色彩校正表。

Claims (11)

1.一种图像显示装置，其系对输入图像数据进行期望的图像处理并显示图像的图像显示装置，包括：

第一色彩校正单元，其系基于所述图像显示装置的色彩特征值，参考为使所述图像显示装置的色彩特征与参考色彩特征相匹配之三维色彩校正表，以对所述输入图像数据施行期望的色彩校正；

第二色彩校正单元，其系参考为对应使用环境而进行校正所述图像显示装置的色调特征之一维色彩校正表，对所述输入图像数据施行期望的色彩校正。

2.根据权利要求1的图像显示装置，还包括：第一重写单元，用于重写所述三维色彩校正表，以使所述第一色彩校正单元根据周围环境来校正所述图像显示装置的色彩特征。

3.根据权利要求1或2的图像显示装置，还包括：第二重写单元，用于重写所述三维色彩校正表，以使所述第一色彩校正单元根据所述特征值来校正所述三维色彩校正表中的格点数据。

4.根据权利要求1或2的图像显示装置，其中用于所述第二色彩校正单元的一维色彩校正表被用来校正外部照明亮度的变化。

5.根据权利要求2的图像显示装置，其中用于所述第一色彩校正单元的三维色彩校正表被用来校正投影平面的色彩变化。

6.根据权利要求2的图像显示装置，其中用于所述第一色彩校正单元的三维色彩校正表被用来校正外部照明色彩的变化。

7.根据权利要求1或2的图像显示装置，还包括输入所述色彩特征值的单元。

8.根据权利要求1或2的图像显示装置，其中图像显示装置是投影仪。

9.根据权利要求2的图像显示装置，其中当所述特征值是参考特征值时，所述第二重写单元不重写格点数据。

10.根据权利要求2的图像显示装置，其中参考由第一重写单元重写的三维色彩校正表进行期望的图像处理时，如果所述输入图像数据转换到色域外，在保持每个色彩部分的变化率的同时，通过减小校正量来把所述输入图像数据转换到色城内。

11.一种对输入到图像显示装置的图像数据进行图像处理的图像处理方法，包括：

第一色彩校正步骤，其系基于图像显示装置的特征值，参考为使所述图像显示装置的色彩特征与参考色彩特征相匹配之三维色彩校正表，以对所述输入图像数据施行期望的色彩校正；

第二色彩校正步骤，其系参考为对应使用环境而进行校正所述图像显示装置的色调特征之一维色彩校正表，对所述输入图像数据施行期望的色彩校正。

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