CN101743741B - 用于对显示器的伽马特性进行预测的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于对平均功率电平依赖性显示器进行伽马调整的方法和系统包括：应用显示器的多个平均功率电平(APL)值范围上的伽马控制函数。伽马控制函数包括用于对伽马控制函数进行重构的系数，在APL改变时，在系数之间执行插值，以对新APL的新伽马控制函数进行预测。
Description
技术领域
本发明总体上涉及显示技术，更具体地，涉及一种用于利用平均功率电平依赖性对显示系统的伽马特性进行预测的方法和系统。
背景技术
特定平板显示器(例如，等离子电视)具有根据输入内容而改变的动态行为。特别地，该动态行为的发生与伽马特性有关。一般对于显示器而言，伽马是定义了光强(亮度)和输入电压或数字输入值之间的比例的指数。即，由显示器产生的强度与输入电源或数字输入值的伽马次幂成正比。伽马的值根据显示器而改变。对于具有动态行为或平均功率电平依赖性的显示器而言，伽马特性根据内容的功率电平而改变，从而很难执行一般性的伽马校正。
表征显示器的传统方法是使用分光辐射度计来对显示器上的补片进行测量。对于伽马特性而言，对一系列补片进行测量。这样的过程称为斜坡(例如，灰度斜坡)：(红、绿、蓝)＝(0，0，0)、(32，32，32)、(64，64，64)、...、(224，224，224)、(255，255，255)。在测量之后，可以绘制伽马曲线。图1示出了针对典型伽马曲线(伽马＝2.5)的数字值而绘制的亮度值。从曲线导出的伽马可以被应用于补偿与输入至显示设备的内容的伽马间的失配。然而，伽马的这种特性仅针对于具有固定平均功率/图像电平(APL)的显示器，并且不一定代表了其他APL设置的伽马。可以为其他设置测量伽马特性，但由于需要附加测量并且附加测量的数目可能较多(即，多个APL)，上述方案是有局限性的。
此外，平板显示器通常显示出动态特征，例如，动态对比度和动态APL。由于亮度、对比度以及伽马适于实时输入内容，这种高级处理帮助显示器产生更加增强的图像质量。从校准的观点考虑，由于不同电平之间的显示器特性的差异(即，显示行为根据输入内容的平均功率/图像电平而动态改变)，将针对给定电平(例如，固定APL)导出的一个校准应用于显示状态的另一电平可能是不适用的。
发明内容
根据本发明原理的方法和系统提供了针对任意APL的伽马的精确估计。
在本发明的一个实施例中，一种用于对平均功率电平依赖性显示器进行伽马调整的系统和方法包括：对显示器的多个平均功率电平(APL)值范围上的伽马控制函数进行编程。伽马控制函数包括用于对伽马控制函数进行重构的系数。在APL改变时，在系数之间执行插值，以对新APL的新伽马控制函数进行预测。
在本发明的备选实施例中，一种用于对平均功率电平依赖性显示器进行伽马预测的方法，包括：对显示器的多个平均功率电平(APL)值范围上的伽马控制函数进行测量。针对伽马控制函数确定基本矢量和系数。在APL改变时，在系数之间执行插值，以对新APL的新伽马控制函数进行预测。
在本发明的备选实施例中，根据本发明的显示设备包括：屏幕，被配置为以平均电平显示输入内容。存储器被配置为针对多个任意平均功率电平(APL)，对用于重构伽马曲线的系数和基本矢量函数进行存储。传感器被配置为确定何时发生了APL改变或感测新的APL。处理器被配置为响应于传感器，在针对多个任意平均功率电平(APL)的所存储的系数之间进行插值，以根据新的APL提供新的伽马曲线。
附图说明
结合附图，通过考虑以下详细描述，可以更容易理解本发明的教导，附图中：
图1示出了示例伽马曲线；
图2示出了根据本发明实施例的用于确定平均功率电平的方法的流程图；
图3示出了根据本发明实施例的显示器上的补片，该补片代表显示器上大约15％的APL；
图4示出了根据本发明实施例的、每个颜色分量或通道的单独的曲线图，这些曲线图示出了针对不同APL所确定的多条伽马曲线；
图5示出了对10％APL的最大亮度级(图4曲线的最大亮度级)进行归一化的图4的曲线图；
图6示出了平均均方根误差与基本矢量或函数数量间关系的曲线图；
图7示出了针对每个颜色通道的基本矢量(基本函数)的相应曲线图；
图8示出了针对每个颜色通道的系数值与APL值关系的相应曲线；
图9示出了在100％APL处、测量的伽马曲线和重构的伽马曲线之间的伽马曲线的比较；
图10示出了在50％APL处、测量的伽马曲线和重构的伽马曲线之间的伽马曲线的比较；
图11示出了根据本发明实施例的、测量的伽马曲线和使用外推法在5％APL处重构的伽马曲线之间的伽马曲线的比较；以及
图12示出了根据本发明一个实施例的用于实现显示器或显示系统的伽马预测的系统的高层框图。
应当理解，附图仅出于示意本发明构思的目的，并不是用于示意本发明的唯一可能配置。为了便于理解，如果可能，使用相同的参考标记用来表示对附图而言共用的相同元件。
具体实施方式
有利地，本发明提供了一种用于对伽马特性进行预测的方法和系统。本实施例具体用于对具有平均功率(或图像)电平依赖性的显示器中的伽马特性进行预测。一种新颖的方法和系统提供了对显示系统的伽马特性的精确预测，这些显示系统是由根据输入内容通过不同功率电平驱动的。本实施例寻找针对给定平均功率电平(APL)的正确的伽马曲线。然后，根据显示APL改变来计算伽马。有利地，将更加适合的伽马校正应用于显示器上APL的改变，以移除APL依赖性。
尽管将在伽马调整的上下文内示意性地描述本实施例，但是本发明的具体实施例不应视为限制了本发明的范围。本领域技术人员将理解，并且通过本发明教导的获悉，本发明的构思还能够有利地被应用于对其他显示参数的调整。例如，本发明的构思可以被应用于在显示技术中采用的传递函数或其他非线性参数。
可以通过使用专用硬件以及能够与合适的软件相关联地执行软件的硬件来提供图中所示的各种元件的功能。在由处理器提供时，可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单处理器(其中一些可以是共享的)来提供该功能。此外，显式使用的术语“处理器”或“控制器”不应被解释为是排他性地指代能够执行软件的硬件，而可以隐含地包括但不限于：数字信号处理器(“DSP”)硬件、用于存储软件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)和非易失性存储器。此外，这里阐述本发明的原理、方面和实施例以及其具体示例的所有表述意在包括其结构和功能的等效物。此外，这样的等效物意在包括当前已知的等效物以及未来开发的等效物(即开发出的执行相同功能的任何元件，而不论其结构如何)。
因此，例如，本领域技术人员应理解，这里呈现的框图表示了实现本发明原理的示意系统组件和/或电路的概念视图。类似地，可以认识到，不论是否显式地示出了计算机或处理器，任何流程图、流程图表、状态转移图、伪代码等代表各种过程，所述过程可以被实质上地表示在计算机可读介质中，从而由计算机或处理器执行。
现在具体参照附图，在全部附图中，相同的参考数字表示类似或相同的元件。图2示出了根据本发明实施例的用于确定平均功率电平的方法的流程图。图2的方法200开始于框102，在框102处，针对多个平均功率电平(APL)识别和/或测量显示器的伽马特性。根据本发明的实施例，以多种方式来执行该测量。在一个实施例中，如框104所示，在多个不同APL处针对每个通道(例如，红(R)、绿(G)、蓝(B))来测量斜坡补片。在一个示例中，尽管可以对任何数目的APL进行测量并使其可用，但测量的APL数目为10。可以将APL定义为以显示屏幕为中心的补片的大小，这是由于补片的大小与显示器的驱动功率电平相关。例如，图3示出了显示器160上、代表显示器160上大约15％APL的补片150。通过改变补片的大小(例如，将APL改变至10％、20％、30％、......、100％APL)来测量若干伽马曲线。应当注意，补片150的大小越大(APL百分比越大)，总亮度越小。例如，这是当前可用平板显示器的典型特性。然后，方法200前进至步骤106。
在步骤106处，针对所测量的APL产生伽马曲线。例如，图4示出了根据本发明实施例的三幅曲线图170、180和190。每幅曲线图与不同的颜色通道(分别为R、G和B)相对应。每幅曲线图包括在10个不同APL(10％、20％...100％)处测量的10个伽马曲线。每条曲线分别由其自身的最大亮度进行归一化。然后，方法200前进至步骤108。
在步骤108处，针对公共基准对伽马曲线图进行归一化。例如，在一个实施例中，对于例如曲线170、180和190的每个APL，针对第一或最低APL(与给定通道的最大亮度相对应)对伽马曲线图进行归一化。图5示出了曲线图171、181和191，曲线图171、181和191是以10％APL的最大亮度(针对图4的所选APL的最大亮度值)归一化的曲线图170、180和190的归一化版本。执行归一化来确定不同APL的不同伽马特性的行为，然后导出最适当的方法来补偿差异(以下进行了更详细描述)。即，归一化将帮助使本发明的方法简化。然后，方法200前进至步骤110。
在步骤110处，对伽马控制函数(伽马曲线)进行分析，以确定每条曲线的分析函数。例如，在一个实施例中，可以实现主分量分析(PCA)，来针对每个通道分析10条曲线，并针对10条曲线提取作为基本矢量的本征矢量(V)和相应的系数(C)。PCA是已被应用于在数据中寻找模式的有用的统计技术。使用统计分析，用图5中的数据矩阵来确定本征矢量。对本征矢量进行提取。然后，方法前进至步骤111。
在步骤111处，可以使用与基本矢量相关联的系数来重构10条曲线中的每一条。例如，可以根据等式1(1)来表征仅使用两个基本矢量的重构，等式(1)如下：
Gr(d)＝C1V1(d)+C2V2(d) (1)
其中，Gr将重构的伽马函数示出为数字值(d)的函数，V1、V2是两个基本矢量，C1和C2是相应的系数。还可以设想到类似的版本。例如并如步骤112所示，可以确定重构所需的基本矢量的数目。通常，所使用的矢量越多，所获得的重构越好。然而，实际上，有限数目的基本矢量仍提供合理的重构。然后，方法200前进至步骤114。
在步骤114处，确定原始测量的伽马曲线和重构的伽马曲线之间的均方根误差(RMSE)。针对每个通道(R、G、B)，相对于基本矢量(基本函数)的数量来绘制这样的曲线。例如，图6示出了平均均方根误差与基本矢量或函数数量关系的曲线图。在一个实施例中，平均RMSE用来确定是否已正确选择了正确或所需数目的基本矢量。在本发明的各个实施例中，可以考虑步骤112和114是可选的，并且仅当关注精度时才予以执行。在本发明的又一备选实施例中，代替或除了上述平均RMSE方法以外，可以执行反馈精度校验。
再次参照图6，将平均RMSE值描述为针对每个通道(红、绿、蓝)的基本函数(基本矢量)数目的函数。计算10条原始测量的伽马曲线(图5)和具有相应数目的基本矢量的10条(根据方程1)重构的伽马曲线之间的RMSE。根据预期，RMSE随矢量的数目的增加而减小。仅利用两个矢量，RMSE值仍可以在0.004～0.005之间，这意味着重构仅与原始曲线偏离0.4～0.5％。这样一来，在本发明的一个实施例中，如果不关注精度，则所使用的基本矢量的数目可以是2个。
例如，图7示出了针对图6的每个颜色分量或通道的相应基本矢量(基本函数)的曲线图。参照图7，根据一个实施例，对于每个通道(R、G、B)，相对于数字值，分别在图172、182和192中，示意性绘制了基本矢量202和204的值。根据PCA本征矢量来确定基本矢量的值。
再次参照图2的方法200，该方法在步骤116处继续。在步骤116处，确定每条伽马曲线(根据期望非归一化或归一化的10条曲线)的系数。PCA为10条曲线中的每一条产生系数(根据本征值)。在所描述的实施例中，将两个基本矢量分别与一个系数(每条曲线总共两个系数)一起使用。然后，方法200前进至步骤118。
在步骤118处，可以将所确定的系数编程或存储在显示设备中，并用于调整不同并改变的APL的亮度。例如，图8示出了针对每个颜色通道的系数值与APL值间关系的相应曲线图。参照图8，针对每个通道，将两个基本矢量的系数(C1和C2)确定为APL的函数。在一个实施例中，为10个预定的APL中的每一个确定系数并进行绘制。在图8中，针对每个通道(R、G、B)示出了与两个基本矢量相关联的两个系数的系数曲线。红(230、231)、绿(232、233)和蓝(234、235)曲线图分别描绘了针对基本矢量V1和V2的系数C1和C2。两个系数240和242与两个基本矢量相对应。系数的曲线显示了十分平滑的曲线(接近单调递增或递减曲线)，从而线性插值方法或其他曲线拟合方法可以被用来拟合每条曲线。这里所描述的插值还包括外推。因此，可以提供分析函数，或针对任意APL大小的系数值而获得的查找表。即，一旦已知输入内容的APL，就可以导出来自图8的相应系数，并且可以将相应的系数与基本矢量相关联，以及在步骤120中使用等式(1)对相应的伽马曲线进行估计。然后，方法200前进至步骤122。
在步骤122处，对基于插值结果的重构的伽马曲线进行估计，并用来在任何APL处提供对任何数字值的亮度的调整。可以根据感测的或用户调整触发的APL改变来对伽马曲线进行重构。
在本发明的一个实施例中，步骤102-116可以被称为表征显示器。一旦执行了这些步骤，确定显示器的响应，然后相应地如步骤118对显示器进行编程。一旦用户对显示器进行操作以调整显示器的特性，就执行步骤120和122。
图9示出了在100％APL处、测量的伽马曲线和重构的伽马曲线之间的伽马曲线的比较。即，图9对于100％APL，分别针对红、绿和蓝，示出了示例的重构伽马曲线260、262、264。已观察到，在测量的伽马曲线266和重构或估计的伽马曲线268之间存在很小的差异。在图10中示出了针对50％APL的类似比较。为了进一步验证，针对5％APL对伽马曲线进行测量，并且通过外推从图8中导出相应系数。等式(1)还用来对如图11所示的曲线268进行预测。即，图11示出了根据本发明实施例的、测量的伽马曲线和使用外推在5％APL处重构的伽马曲线之间的伽马曲线的比较。与测量的伽马曲线266的非常接近的匹配(对于R，RMSE为0.005，对于G为0.0069，对于B为0.0062)肯定了根据本原理的方法非常精确，并可以用来对任意APL大小进行伽马估计。
图12示出了根据本发明一个实施例的用于实现显示器或显示系统的伽马预测的系统400的高层框图。系统400包括具有屏幕403的显示设备或显示系统402。显示设备402可以包括电视、计算机监控器、手持显示设备或任何其他适合的显示器。系统400优选地包括存储器404和处理器406。存储器404可以包括查找表、分析等式、能够根据APL级别交叉引用伽马曲线或函数的曲线图或其他特征。在一个实施例中，存储器404存储或定义用于伽马重构计算的系数409。例如，通过APL(功率)传感器408可以检测APL级别。APL传感器408对输入内容进行估计，以确定APL级别是否改变或已由例如用户进行了调整。相应地，假设APL改变，经由处理器406对输入内容进行修改。在本发明的一个实施例中，如上所述，在查找表中存储或使用分析等式计算得到的离散APL的系数409可以用来对新APL的伽马进行插值。这可以在显示设备402的操作期间动态地执行。
如上所述，基于在不同APL处的伽马效果的特性，可以将信息存储在存储器404中。更具体地，在本发明的一个实施例中，在给定显示器类型的制造和设计期间，可以根据输入内容中平均功率的电平来预测伽马曲线。例如，假设显示器中心上的测量补片的大小与APL相关，针对每个通道，使用斜坡补片来测量多个(在上述示例中，10个APL大小)不同APL大小(10％至100％)的伽马。如上所述，并根据本发明的各个实施例，可以对所测量的10条曲线应用主分量分析(PCA)或其他曲线分析方法，以确定基本矢量和系数。获得足以可靠地估计伽马的两个(或多个)基本矢量。然后，对于来自PCA的系数进行插值，以获得针对任意APL大小的系数。对于测试数据(5％APL)，使用RMSE来确定相对于原始测量的估计精度(例如，0.5％～0.7％精度或更好)。一旦已知系数，可以将系数存储在存储器404中，以支持伽马预测和针对显示设备404的调整。
在操作期间，显示设备402用于查看输入内容410。当输入内容发生APL改变时，或当用户进行调整时(例如，亮度或明亮度调整)，传感器408警告处理器406发生了改变。然后，处理器406使用在存储器404中存储的查找表、等式或其他方法，来基于APL对新伽马进行计算和/或插值。然后可以通过应用新伽马值来调整输入内容410。
已描述了一种用于对显示器的伽马特性进行预测的方法和系统的优选实施例(意在示意性并非限制性)。应当注意，本领域技术人员可以根据上述教导来进行修改和改变。从而应理解，可以在所公开的本发明具体实施例中进行所述改变，上述具体实施例落在由所附权利要求概括的本发明的范围和精神内。尽管以上内容针对本发明的各种实施例，但是，在不背离本发明的基本范围的前提下，可以想到本发明的其他和另外的实施例。
Claims (16)
1.一种用于对显示器的伽马特性进行预测方法，包括：
对显示器的多个平均功率电平的伽马特性进行测量，以确定相应的伽马控制函数；
针对多个平均功率电平的伽马控制函数，确定相应的基本矢量和系数；
在显示器的操作期间，响应于不同平均功率电平，在与已知平均功率电平相关联的系数之间进行插值，以针对不同的平均功率电平确定相应的系数和伽马控制函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过对斜坡补片进行测量来测量伽马特性。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，针对每个颜色通道来测量斜坡补片。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，针对每个颜色通道来测量伽马特性。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，使用主分量分析函数来确定所述系数。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，根据从所述测量导出的相应伽马曲线来确定所述伽马控制函数。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，针对公共基准，对所述伽马曲线进行归一化。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述公共基准包括最大亮度级。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：对所述伽马控制函数中的至少一个进行重构，以确定所述伽马控制函数中的至少一个的精度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述至少一个伽马控制函数重构为输入内容值、所确定的基本矢量和所确定的系数的函数。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述确定的系数应用于要显示的内容，以调整要显示的所述输入内容的亮度值。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，将所确定的系数和伽马控制函数存储在存储器中。
13.一种显示系统，包括：
显示装置，被配置为显示输入内容；
存储装置，被配置为存储针对多个平均功率电平的系数和伽马控制函数；
传感器，被配置为确定平均功率电平何时发生了改变或何时接收到了新的平均功率电平；以及
处理器，被配置为在显示器的操作期间，响应于传感器，并响应于由所述传感器确定的不同的平均功率电平，在与已知平均功率电平相关联的系数之间进行插值，以针对不同的平均功率电平确定相应的系数和伽马控制函数。
14.根据权利要求13所述的显示系统，其中，所述存储装置包括查找表，该查找表用于存储与平均功率电平相关联的伽马的相应值。
15.根据权利要求13所述的显示系统，其中，所存储的系数是通过对伽马控制函数使用主分量分析所确定的。
16.根据权利要求13所述的显示系统，其中，将所确定的相应系数和伽马控制函数应用于具有不同平均功率电平的输入内容，以调整输入内容的亮度值。
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