CN101093656B - 利用环境光作为背光的装置以及校正其中彩色的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种利用环境光作为背光的装置和一种校正所述装置中的彩色的方法。所述装置包括彩色校正矩阵生成器和彩色校正器。所述彩色校正矩阵生成器产生第一彩色校正矩阵，所述第一彩色校正矩阵用于当环境光被用作背光时，将第二彩色转换矩阵校正为用于原始背光的第三彩色转换矩阵。所述彩色校正器利用所述第一彩色校正矩阵来校正彩色。

Description

利用环境光作为背光的装置以及校正其中彩色的方法

本申请要求于2006年3月14日在韩国知识产权局提出的韩国专利申请No.10-2006-0023571的优先权，在此引入其全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及一种利用环境光作为背光的装置和校正该装置中彩色的方法，并且尤其涉及一种用于校正当环境光变化并且该环境光被用作背光时所产生的彩色失真的装置和方法。

背景技术

诸如个人数据助手(PDA)、便携式媒体播放机(PMP)和笔记本电脑的便携式设备用于具有例如阳光或人造光的环境光的地方。使用者通常在环境光比背光明亮的地方使用这些便携式设备。明亮的环境光会降低该便携式设备显示器的可视性，并产生彩色失真致使降低图像质量。用于校正这些问题的背光的性能受到限制，并且电池的性能也受到限制。因此，不能保证充分的图像质量，并且便携式设备不能长时间用于环境光存在的诸如户外的环境中。

为了解决这个问题，已经提议了当诸如阳光的自然光和诸如人造光的外部光足够明亮时利用环境光作为背光以增加显示可视性的技术。当环境光被用作背光时，这些技术不用背光或少用背光来延长电池消耗时间。然而，即使这些技术也造成彩色失真，因为光的量或光的色温由于天气的变化、时间的消逝、便携式设备使用场所的变化、周围光的变化和/或物体或便携式设备周围的人而改变。

发明内容

本发明提供一种利用环境光作为背光的装置，和校正该装置中彩色的方法，其校正由于输入便携式设备中的环境光的变化引起的彩色失真以表现正确的彩色。

根据本发明的一个方面，提供一种利用环境光作为背光的装置，该装置包括：彩色校正矩阵生成器，产生彩色校正矩阵Mc，该彩色校正矩阵Mc当环境光被用作背光时，将彩色转换矩阵M’校正为用于原始背光的彩色转换矩阵M；以及彩色校正器，利用该彩色校正矩阵Mc来校正彩色。该彩色转换矩阵M’和M将RGB彩色空间(color space)转换为XYZ彩色空间，并且该彩色转换矩阵M是当环境光不被用作背光时的矩阵。

该彩色校正矩阵生成器可包括：环境光传感器，感测环境光；模拟-数字转换器，将该感测到的环境光转换为数字信号；光谱估计器，利用该数字信号来估计环境光的光谱分布；以及彩色校正矩阵计算器，利用该估计的光谱分布来计算用于环境光的彩色转换矩阵M_环境，该彩色转换矩阵M_环境将RGB彩色空间转换为XYZ彩色空间，并且利用该彩色转换矩阵M_环境和该彩色转换矩阵M来计算该彩色校正矩阵Mc。

该彩色校正矩阵计算器可将该彩色转换矩阵M与该彩色转换矩阵M_环境相加以获得彩色转换矩阵M’，并且将该彩色转换矩阵M乘以该彩色转换矩阵M’的逆矩阵M’^-1以获得该彩色校正矩阵Mc。

用于原始背光的该彩色转换矩阵M可被存储为预定值。

该彩色校正器可将该彩色校正矩阵Mc乘以线性RGB信号以产生已校正的RGB信号。

该环境光传感器可包括至少两个传感器，并且当该至少两个传感器任意一个不是XYZ传感器时，将该感测的环境光转换为XYZ信号。

该装置还可包括：去伽马(de-gamma)单元，接收非线性RGB信号并且将该非线性RGB信号转换为线性RGB信号；伽马单元，对从该彩色校正器输出的已校正的RGB信号进行伽马校正；以及显示单元，显示该伽马校正了的RGB信号。

该装置还可包括广播信号处理器，处理接收到的广播信号以产生该非线性RGB信号。

根据本发明的另一个方面，提供一种校正利用环境光作为背光的装置中的彩色的方法，该方法包括：产生彩色校正矩阵Mc，当环境光被用作背光时，该彩色校正矩阵Mc将彩色转换矩阵M’校正为用于原始背光的彩色转换矩阵M；以及利用该彩色校正矩阵Mc来校正彩色。该彩色转换矩阵M’和M将RGB彩色空间转换为XYZ彩色空间，并且该彩色转换矩阵M是当环境光不用作背光时的矩阵。

附图说明

通过参考附图详细描述本发明的示范性实施例，本发明的上述和其它方面将变得更加显而易见，其中

图1A和1B示出了根据本发明的示范性实施例的利用环境光作为背光的装置的外观；

图2是根据本发明的示范性实施例的利用环境光作为背光的装置的方框图；

图3是根据本发明的示范性实施例的包括利用环境光作为背光的装置的系统的方框图；

图4示出了阳光的光谱分布；

图5示出了信道光谱透射率；

图6示出了彩色匹配函数；

图7是根据本发明的示范性实施例的彩色校正方法的流程图；以及

图8是根据本发明的另一示范性实施例的彩色校正方法的流程图。

具体实施方式

下面将参考示出了本发明的示范性实施例的附图更充分地描述本发明。然而，本发明可以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为局限于在此所阐述的示范性实施例；更合适的是，提供这些实施例以便该公开的内容将是详尽且完整的，并且这些实施例将向本领域的普通技术人员充分地传达本发明的思想。所有这些附图中，相同的附图标记涉及相同的元件。

图1A和1B示出了根据本发明的示范性实施例的利用环境光作为背光的装置100的外观。参考图1A，装置100包括主体101、显示面板102和接收用户输入的用户输入接收器103。参考图1B，主体101和面板102能够以如下方式彼此分开：面板102的一侧提高而另一侧以铰接方式固定到主体101。

如图1A中所示，在日落之后或者在环境光暗淡的黑暗场所，装置100如同一般便携式设备一样利用其背光来显示图像。如图1B中所示，在环境光104足够明亮的场所，装置100利用环境光104代替其背光或利用环境光104和其背光两者来显示图像。环境光104被反射板105反射，并且输入到面板102以用作背光。根据这个结构，装置100利用比背光明亮的环境光作为背光以提高在环境光明亮的周围环境中的可视性。

然而，当由于天气的变化、时间的消逝、设备使用场所的变化、周围光的变化以及该设备周围的物体或人们而引起光量变化或光的色温改变时，环境光不均匀地输入至面板。这产生了彩色失真。因此，需要校正彩色失真。

图2是根据本发明的示范性实施例利用环境光作为背光的装置200的方框图。参考图2，装置200包括彩色校正矩阵生成器210和利用由彩色校正矩阵生成器210所产生的彩色校正矩阵来校正彩色的彩色校正器220。

彩色校正矩阵生成器210产生彩色校正矩阵Mc，该彩色校正矩阵Mc用于在环境光被用作背光时将彩色转换矩阵M’校正为用于原始背光的彩色转换矩阵M。在本说明书中，彩色转换矩阵是指用于将RGB彩色空间转换为XYZ彩色空间的矩阵。用于原始背光的彩色转换矩阵M是指当环境光不被用作背光时的彩色转换矩阵。

具体来说，彩色校正矩阵生成器210利用用于环境光的彩色转换矩阵M_环境和用于原始背光的彩色转换矩阵M产生彩色校正矩阵Mc，该彩色转换矩阵M_环境将环境光的RGB彩色空间转换为XYZ彩色空间。

现在将详细解释产生彩色校正矩阵的方法。

CIE 3极值(pole value)X、Y和Z与一般显示设备中的监控器的线性RGB之间的关系式如下：

【方程式1】

$\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right)=M\·\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right)$

用于原始背光的彩色转换矩阵M是3×3矩阵，并且其由显示设备的特性确定。当用作背光的环境光改变时，矩阵M改变，导致对于相同的RGB值有不同的XYZ值，并产生彩色失真。如下所示

【方程式2】

$\left(\begin{array}{c}{X}^{\′}\\ Y^{\′}\\ Z^{\′}\end{array}\right)=M^{\′}\·\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right)$

此处，M’表示当环境光用作背光或用作背光的环境光改变时的彩色转换矩阵。当环境光和背光被一起使用时，矩阵M’通过将彩色转换矩阵M与用于环境光的彩色转换矩阵M_环境相加而获得，这被如下表示。

【方程式3】

M′＝M+M_环境

当原始背光关闭且环境光用作背光时，矩阵M’变为彩色转换矩阵M_环境，如方程式4所表示。

【方程式4】

M′＝M_环境

为了即使在当环境光改变时，对于相同的RGB也值获得相同的XYZ值，将M’乘以M’^-1M。当在RGB信号被传送至显示设备之前，RGB信号被乘以M’^-1M，然后被传送至显示设备时，X1＝X，Y1＝Y并且Z1＝Z，这被如下表示。

【方程式5】

$\left(\begin{array}{c}{X}^{\′}\\ Y^{\′}\\ Z^{\′}\end{array}\right)=M^{\′}{M}^{\′-1}M\·\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right)$

方程式1和方程式5能够重新整理为方程式6。

【方程式6】

$\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right)\⇒M^{\′-1}M\·\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right)$

由于M是已知的，从而获得了反映环境光特性的彩色转换矩阵M’，然后RGB值被乘以M’^-1M并被传送至显示设备以校正环境光已经改变时的彩色失真。

如方程式3和4所表示的，为了获得彩色转换矩阵M’，应该计算用于环境光的彩色转换矩阵M_环境。M_环境可通过方程式7来计算。

【方程式7】

此处，S(λ)是表示环境光的光谱分布的函数，

和

是彩色匹配函数，以及τ_R(λ)、τ_G(λ)和τ_B(λ)是显示面板的信道光谱透射率。

环境光的光谱分布能够如下估计。

当环境光被感测到并且X、Y和Z被确定时，能够获得彩色坐标和色温。当环境光的色温已知时，环境光的光谱分布能够被估计以获得S(λ)。

图4示出了阳光的光谱分布。当环境光为阳光时，环境光的光谱分布能够被利用图4的光谱分别来估计。此外，诸如室内光的其它环境光的光谱分布能够利用相似的方法被估计。

图5中所示的信道光谱透射率通过显示设备的特性来确定，并且如图6中所示的彩色匹配函数是CIE确定的值。因此，M_环境能够利用方程式7而得知。另外，M’能够利用方程式3和4计算。此外，RGB值被乘以M’^-1M并被传送至显示设备以校正彩色失真。

参考附图2更加详细地解释产生前述的彩色校正矩阵的彩色校正矩阵生成器210。彩色校正矩阵生成器210包括环境光传感器211、模拟-数字转换器213、环境光光谱估计器215和彩色校正矩阵计算器217。

环境光传感器211感测存在于利用环境光作为背光的装置周围的环境光，并将感测到的环境光传送至模拟-数字转换器213。环境光传感器211能够包括至少两个传感器。当用不同于XYZ传感器的传感器，例如RGB传感器，感测环境光时，环境光传感器211将感测到的环境光转换为XYZ信号。

模拟-数字转换器213将从环境光传感器211传来的环境光转换为数字信号。环境光光谱估计器215利用该数字信号估计环境光的光谱分布。环境光光谱估计器215预先存储关于为了估计环境光的光谱所需要的光谱分布的数据，并因此响应于环境光的类型的光谱分布能够被估计。例如，关于响应于用作环境光的光类型的光谱分布的数据能够被预先存储在房间中的环境光光谱估计器215中。

彩色校正矩阵计算器217根据方程式7利用预先存储的彩色匹配函数、响应于显示设备的特性的信道光谱透射率以及由环境光光谱估计器215估计的光谱分布来计算用于环境光的彩色转换矩阵M_环境。然后，彩色校正矩阵计算器217利用彩色转换矩阵M_环境和用于原始背光的彩色转换矩阵M来计算彩色校正矩阵Mc。

具体来说，彩色校正矩阵计算器217将彩色转换矩阵M加至彩色转换矩阵M_环境以获得彩色转换矩阵M’。如方程式4所表示，当原始背光关闭并且仅环境光用作背光时，彩色转换矩阵M_环境将成为彩色转换矩阵M’。彩色校正矩阵计算器217将彩色转换矩阵M乘以彩色转换矩阵M’的逆矩阵M’^-1以获得彩色校正矩阵Mc。彩色转换矩阵M可作为预定值存储在彩色校正矩阵计算器217中。

彩色校正器220接收线性RGB信号并且将接收到的线性RGB信号乘以彩色校正矩阵Mc，以产生已校正的RGB信号，由此校正彩色。已校正的RGB信号被传送至输出单元(未示出)。RGB信号能够以如下方式产生：将存储在存储介质中的数据进行处理或者将广播信号进行处理并输入彩色校正器220。

图3是具有广播接收功能的显示系统300的方框图，该系统包括根据本发明的示范性实施例的利用环境光作为背光的装置330。参考图3，显示系统300包括广播信号处理器310、去伽马单元320、利用环境光作为背光的装置330、伽马单元340和显示单元350。

广播信号处理器310处理接收的广播信号以产生非线性RGB信号。广播信号处理器310的结构取决于广播信号的类型。例如在数字多媒体广播信号的情况下，广播信号处理器310可包括调谐并解调通过由使用者选择的特定信道输入的广播信号以输出传输流的调谐器、将从该调谐器输出的传输流解多路复用到视频传输流和音频传输流中的解多路复用器，以及接收该视频传输流和该音频传输流并将其解码以输出视频和音频信号的解码器。解码信号能够被生成为非线性RGB信号。

去伽马单元320接收非线性RGB信号并将其转换为线性RGB信号。

如图2中所示，利用环境光作为背光的装置330包括彩色校正矩阵生成器210和彩色校正器220，并且产生彩色校正矩阵Mc，该彩色校正矩阵生成器210具有环境光传感器211、模拟-数字转换器213、环境光光谱估计器215和彩色校正矩阵计算器217。装置330将彩色校正矩阵Mc乘以从去伽马单元320输出的线性RGB信号以校正彩色。

伽马单元340伽马校正该从彩色校正器220输出的已校正的RGB信号。显示单元350显示伽马校正了的RGB信号。即使当环境光改变时，使用者也能够看到利用装置330校正了彩色的广播节目。

图7是根据本发明的示范性实施例的彩色校正方法的流程图。操作S710中，图2的彩色校正矩阵生成器210产生彩色校正矩阵Mc，该彩色校正矩阵Mc将在环境光被用作背光时的彩色转换矩阵M’校正为用于原始背光的彩色转换矩阵M。为了产生彩色校正矩阵Mc，能够使用下面的方法。

首先，环境光被感测并且转换为数字信号。利用数字信号来估计环境光的光谱分布，并且利用估计的光谱分布来计算彩色转换矩阵M_环境。利用用于环境光的彩色转换矩阵M_环境和用于原始背光的彩色转换矩阵M来计算彩色校正矩阵Mc。彩色校正矩阵Mc能够通过如下产生：将彩色转换矩阵M与彩色转换矩阵M_环境相加以产生彩色转换矩阵M’，并将彩色转换矩阵M乘以彩色转换矩阵M’的逆矩阵M’^-1。

操作S720中，彩色校正器220利用彩色校正矩阵Mc来校正彩色。

图8是根据本发明的另一示范性实施例的彩色校正方法的流程图。参考图8，操作S810中，处理接收到的广播信号以产生非线性RGB信号。操作S820中，将非线性RGB信号转换为线性RGB信号。操作S830中，产生彩色校正矩阵Mc，该彩色校正矩阵Mc在环境光被用作背光时将彩色转换矩阵M’校正为用于原始背光的彩色转换矩阵M。操作S830能够与操作S810和S820并行执行。

操作S840中，将彩色校正矩阵Mc乘以线性RGB信号以产生已校正的RGB信号，由此校正彩色。操作S850中，将已校正的RGB信号进行伽马校正。操作S860中，将伽马校正了的RGB信号显示在显示设备上。

本发明也能被实施为计算机可读记录介质上的计算机可读编码。计算机可读记录介质是能够存储可被计算机系统在之后读取的数据的任意数据存储设备。计算机可读记录介质的例子包括只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储设备以及载波(诸如通过互联网传输的数据)。计算机可读记录介质也能够通过联网的计算机系统传播以便计算机可读编码以分布方式存储和运行。

如上所述，根据利用环境光作为背光的装置以及校正该装置中彩色的方法，当被用作背光的环境光改变时产生的彩色失真能够被校正。

虽然本发明参考其示范性实施例已经被特别地示出和描述，本领域普通技术人员将会理解其中可进行形式和细节方面的各种改变而不偏离由随附的权利要求所限定的本发明的精神和范围。

Claims (14)

1.一种利用环境光作为背光的装置，所述装置包括：

彩色校正矩阵生成器，产生第一彩色校正矩阵，所述第一彩色校正矩阵用于在环境光被用作背光时，将第二彩色转换矩阵校正为用于原始背光的第三彩色转换矩阵；以及

彩色校正器，利用所述第一彩色校正矩阵来校正彩色，

其中，所述第二彩色转换矩阵和第三彩色转换矩阵将RGB彩色空间转换为XYZ彩色空间，并且所述第三彩色转换矩阵是当环境光不被用作背光时用于原始背光的矩阵，

其中所述彩色校正矩阵生成器包括：

环境光传感器，感测环境光；

模拟-数字转换器，将所述感测的环境光转换为数字信号；

光谱估计器，利用所述数字信号来估计环境光的光谱分布；以及

彩色校正矩阵计算器，利用所述估计的光谱分布来计算用于环境光的第四彩色转换矩阵，并且利用所述第四彩色转换矩阵和所述第三彩色转换矩阵来计算所述第一彩色校正矩阵，所述第四彩色转换矩阵将用于环境光的RGB彩色空间转换为XYZ彩色空间。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述彩色校正矩阵计算器将所述第三彩色转换矩阵与所述第四彩色转换矩阵相加以获得所述第二彩色转换矩阵，并且将所述第三彩色转换矩阵乘以所述第二彩色转换矩阵的逆矩阵以获得所述第一彩色校正矩阵。

3.如权利要求1所述的装置，其中，用于原始背光的所述第三彩色转换矩阵被存储为预定值。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述彩色校正器将所述第一彩色校正矩阵乘以线性RGB信号以产生已校正的RGB信号。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述环境光传感器包括至少两个传感器，并且如果所述至少两个传感器之一不是XYZ传感器，则将所述感测的环境光转换为XYZ信号。

6.如权利要求1所述的装置，还包括：

去伽马单元，接收非线性RGB信号并且将所述非线性RGB信号转换为线性RGB信号；

伽马单元，对从所述彩色校正器输出的已校正的RGB信号进行伽马校正；以及

显示单元，显示所述伽马校正了的RGB信号。

7.如权利要求6所述的装置，还包括广播信号处理器，所述广播信号处理器处理接收到的广播信号以产生所述非线性RGB信号。

8.一种用于对利用环境光作为背光的装置中的彩色进行校正的方法，所述方法包括：

产生第一彩色校正矩阵，所述第一彩色校正矩阵用于在环境光被用作背光时，将第二彩色转换矩阵校正为用于原始背光的第三彩色转换矩阵；以及

利用所述第一彩色校正矩阵来校正彩色，

其中，所述第二彩色转换矩阵和第三彩色转换矩阵将RGB彩色空间转换为XYZ彩色空间，并且所述第三彩色转换矩阵是当环境光不被用作背光时用于原始背光的矩阵，

其中，所述产生所述第一彩色校正矩阵包括：

感测环境光；

将所述感测的环境光转换为数字信号；

利用所述数字信号来估计环境光的光谱分布；

利用所述估计的光谱分布来计算用于环境光的第四彩色转换矩阵，所述第四彩色转换矩阵将用于环境光的RGB彩色空间转换为XYZ彩色空间；以及

利用所述第四彩色转换矩阵和所述第三彩色转换矩阵来计算所述第一彩色校正矩阵。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述计算所述第一彩色校正矩阵包括：

将所述第三彩色转换矩阵与所述第四彩色转换矩阵相加以获得所述第二彩色转换矩阵；以及

将所述第三彩色转换矩阵乘以所述第二彩色转换矩阵的逆矩阵以获得所述第一彩色校正矩阵。

10.如权利要求8所述的方法，其中，用于原始背光的所述第三彩色转换矩阵被存储为预定值。

11.如权利要求8所述的方法，其中，所述校正彩色包括将所述第一彩色校正矩阵乘以线性RGB信号以产生已校正的RGB信号。

12.如权利要求8所述的方法，其中，所述感测环境光还包括如果是利用XYZ传感器以外的传感器来感测环境光，则将所述感测的环境光转换为XYZ信号。

13.如权利要求8所述的方法，还包括：

接收非线性RGB信号并将所述非线性RGB信号转换为线性RGB信号；

对所述校正彩色中产生的已校正RGB信号进行伽马校正；以及

显示所述伽马校正了的RGB信号。

14.如权利要求13所述的方法，还包括处理接收到的广播信号以产生所述非线性RGB信号。

Images