CN102063888B - 色彩管理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种色彩管理方法及装置，该方法包括：从外部设备输入的图像信号中获取RGB值；根据RGB值和预先存储的系统转换矩阵及标准转换矩阵按照公式计算出对应的红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率；根据计算出的红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率产生控制显示装置的红色、绿色和蓝色像素对应的驱动电压和/或光源亮度的控制信号，从而控制所述显示装置进行色彩显示。本发明的色彩管理方案能使显示装置准确还原再现色彩信息，有效解决显示装置的色彩失真的问题。

Description

色彩管理方法及装置

技术领域

本发明涉及色彩管理技术，尤其涉及一种色彩管理方法及装置。

背景技术

随着各种新兴数字彩色图像输入、输出设备，如彩色扫描仪、数码照相机、显示装置、彩色打印机等的广泛应用，彩色图像在各种设备之间的传输和复制再现过程中色彩失真的问题也日益引起人们的关注。

为了解决色彩信息在不同设备间传递时的失真问题，人们推出了根据各个图像设备的色彩再现特性校正图像数据的色彩管理模块(Color Management Module，简称CMM)技术，所谓的CMM技术就是从源设备色彩空间向任意目标设备色彩空间进行色彩转换的技术，可准确地传递色彩。现在己经推出的CMM产品主要有：“Adobe CMM”，“Agfa CMM”，“Apple CMM”，“HeidelbergCMM”，“Imation CMM”，“Kodak CMM”和“X-Rite CMM”等。色彩管理的内容包括设备定标、特征描述和色彩转换。设备定标是保证系统正常工作的前提；设备特征的描述是对不同设备的色彩表达能力及所呈现的色彩范围的描述；色彩转换是在一致条件下将一个设备的色彩空间转换到另一个设备的色彩空间，在不同的色彩空间之间建立对映的色彩映射。

而色彩空间可分成如下三类：红绿蓝(Red Green Blue，简称RGB)型色彩空间/计算机图形色彩空间，主要用于电视机和计算机的色彩显示系统，例如，“HIS”、“HSL”和“HSV”等色彩空间，而通用色彩标准(standard RedGreen Blue，简称sRGB)色彩空间则是标准RGB色彩空间，用于计算机、互联网等多媒体系统与设备的色彩数据标准化交流；“XYZ”型色彩空间/国际照明委员会(International Commission on Illumination，简称CIE)色彩空间，是与设备无关的色彩空间，例如，“CIE 1931 XYZ”、“L^*a^*b”、“L^*u^*v”和“LCH”等色彩空间；“YUV”型色彩空间/电视系统色彩空间，通过压缩色度信息以有效地播送彩色电视图像，例如，“YUV”、“YIQ”和“SMPTE-240MY′PbPr”等色彩空间，而逐行倒相(Phase Alternating Line，简称PAL)和美国国家电视标准委员会(National Television Standards Committee，简称NTSC)电视制式的电视信号分别使用“YUV”色彩空间和“YIQ”色彩空间。

图1为现有技术中三基色发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)背光与sRGB色彩空间和NTSC电视制式的“YIQ”色彩空间的色域比较图，色域是色彩表现能力，也是色彩空间所包含的色彩范围。横坐标表示红色(X)，纵坐标表示绿色(Y)，其中，VA代表人眼的可视区域，sRGB代表用于计算机、互联网等多媒体系统与设备的sRGB色彩空间，RGB LED代表三基色LED背光的色域，NTSC代表NTSC电视制式的“YIQ”色彩空间。从图1中可以看出三基色LED背光的色域，已经远远超过了sRGB色彩空间和NTSC电视制式的“YIQ”色彩空间的色域。

现有技术为了将输入的图像信号的色彩空间向显示装置的色彩空间转换，从而在显示装置上呈现色彩，所提供的色彩管理方法包括传统的查找表法或神经网络算法。例如利用“阶调矩阵模型”或“矩阵查找表模型”实现sRGB、“YUV”或“YIQ”等色彩空间向显示装置的RGB色彩空间的转换计算，而后基于该显示装置的色彩空间的RGB值来呈现色彩。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：目前三基色LED背光的色域已经远远超过了sRGB色彩空间、“YIQ”色彩空间、“YUV”色彩空间等的色域，而输入的色彩信号的色域小于再现该色彩信号的显示装置的色域时，无法全部发挥显示装置的色彩表现能力，同时使输入的色彩信号的色彩空间与显示装置的色彩空间的匹配过程中出现两者之间的错误。因此在日常看到的三基色LED背光电视经常会发现色彩过度鲜艳，尤其是红色区域失真比较厉害，无法准确再现色彩的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种色彩管理方法及装置，以实现显示装置准确还原再现色彩信息，有效解决显示装置的色彩失真的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种色彩管理方法，包括：

从外部设备输入的图像信号中获取红绿蓝RGB值；

根据所述RGB值和预先存储的系统转换矩阵及标准转换矩阵按照如下公式计算出对应的红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率：

$\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]}^{-1}*M*\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$

其中， $\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$ 代表所述RGB值， $\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]$ 代表所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率， $\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]$ 代表所述系统转换矩阵，为所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率与目标系统的三刺激值之间的转换矩阵，M代表所述标准转换矩阵，为所述三刺激值与所述RGB值之间的转换矩阵，所述系统转换矩阵和标准转换矩阵中的各矩阵点元素为设定常数；

根据计算出的所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率产生控制显示装置的红色、绿色和蓝色像素对应的驱动电压和/或光源亮度的控制信号，从而控制所述显示装置进行色彩显示。

本发明还提供一种色彩管理装置，包括：

输入部，用于从外部设备输入的图像信号中获取红绿蓝RGB值；

基础矩阵存储部，用于储存系统转换矩阵以及标准转换矩阵，其中，所述系统转换矩阵为红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率与目标系统的三刺激值之间的转换矩阵，所述标准转换矩阵为所述三刺激值与所述RGB值之间的转换矩阵，所述系统转换矩阵和标准转换矩阵中的各矩阵点元素为设定常数；

校正部，用于根据所述RGB值和所述系统转换矩阵及标准转换矩阵按照如下公式计算出对应的所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率：

$\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]}^{-1}*M*\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$

其中， $\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$ 代表所述RGB值， $\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]$ 代表所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率， $\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]$ 代表所述系统转换矩阵，M代表所述标准转换矩阵；

控制部，用于根据计算出的所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率产生控制显示装置的红色、绿色和蓝色像素对应的驱动电压和/或光源亮度控制信号，从而控制显示装置进行色彩显示。

由以上技术方案可知，本发明利用输入的图像信号的RGB值和预先存储的系统转换矩阵及标准转换矩阵，计算出显示装置的红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率，并且通过控制信号，实时调节显示装置的红色、绿色和蓝色像素对应的驱动电压和/或光源亮度。由于在本发明中，显示装置根据输入的图像信号的RGB值显示色彩，而不是为了色彩空间的转换将输入的RGB值进行改变并根据该变化的RGB值显示色彩，因此克服了显示装置的色域大于输入信号的色域时，因色彩空间的转换而出现的偏离原输入色彩的问题，以实现显示装置准确还原再现输入的色彩信号。

附图说明

图1为现有技术中三基色LED背光与sRGB色彩空间和NTSC电视制式的“YIQ”色彩空间的色域比较图；

图2为本发明实施例一提供的色彩管理方法的流程图；

图3为本发明实施例二提供的色彩管理方法中确定系统转换矩阵方法的流程图；

图4为本发明实施例三提供的色彩管理装置的构成图。

图中：

100-输入部    200-基础矩阵存储部

300-校正部    400-控制部

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例一

图2为本发明实施例一提供的色彩管理方法的流程图，具体步骤包括：

步骤10、从外部设备输入的图像信号中获取RGB值 $\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right];$

步骤20、根据RGB值 $\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$ 和预先存储的系统转换矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]$ 及标准转换矩阵M按照公式(1)计算出对应的红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率 $\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]:$

$\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]}^{-1}*M*\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，系统转换矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]$ 为红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率 $\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]$ 与目标系统的三刺激值 $\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$ 之间的转换矩阵，所谓目标系统即CIE采用的“CIE-XYZ”系统；标准转换矩阵M为三刺激值 $\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$ 与RGB值 $\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$ 之间的转换矩阵，其中，系统转换矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]$ 中的各矩阵点元素C_R、C_G、C_B、L_R、L_G、L_B、M_R、M_G和M_B，以及标准转换矩阵M中的各矩阵点元素为设定常数，可以是根据经验值或计算值预先设定的；

步骤30、根据计算出的红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率 $\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]$ 产生控制显示装置的红色、绿色和蓝色像素对应的驱动电压和/或光源亮度的控制信号，从而控制显示装置进行色彩显示；

在步骤30中，可以根据计算出的红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率，分别产生控制显示装置的红色、绿色和蓝色像素的控制信号，所谓与像素对应的驱动电压是施加在像素两端的电场电压，对应可控制像素所呈现的灰度等级，所谓像素对应的光源亮度的控制信号是对光源亮度进行控制，例如光源亮度的控制信号可以是控制显示装置的红色、绿色和蓝色的LED亮度的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)信号。

对于液晶显示装置，上述驱动电压输入至液晶面板的数据驱动电路，数据驱动电路将对应像素的驱动电压提供给像素，从而控制该像素的光透过率，使液晶显示装置的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素按照控制信号实时地改变光透过率，以此达到准确再现色彩信息的目的。

对于三基色LED背光显示装置，上述光源亮度的控制信号输入至三基色LED背光模组的光源驱动部，光源驱动部将具有一定的PWM值的PWM信号提供给光源部，从而控制红色LED、绿色LED和蓝色LED的亮度，使三基色LED背光显示装置的红色像素、绿色像素和蓝色像素，按照控制信号实时地改变光透过率，以此达到准确再现色彩信息的目的。

对于上述三基色LED背光显示装置，也可以综合调节红色LED、绿色LED和蓝色LED的PWM值和红色像素、绿色像素和蓝色像素驱动电压值，使三基色LED背光显示装置的红色像素、绿色像素和蓝色像素，按照控制信号实时地改变光透过率，以此达到准确再现色彩信息的目的。

对于阴极射线管(Cathode Ray Tube，简称CRT)显示装置，可通过伽马电路的控制来实时地改变红色像素、绿色像素和蓝色像素的光透过率，以此达到准确再现色彩信息的目的。

在上述技术方案的基础上，为了校正仪器和系统间产生的误差，在利用公式(1)计算出红色、绿色和蓝色像素光透过率时，可引入误差校正矩阵，将计算出的红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率与误差校正矩阵相乘，以进行误差校正。即上述公式(1)可替换为用如下公式(2)来计算红色、绿色和蓝色像素光透过率：

$\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}x1& x2& x3\\ y1& y2& y3\\ z1& z2& z3\end{array}\right]{\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]}^{-1}*M*\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]---\left(2\right)$

其中，误差校正矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}x1& x2& x3\\ y1& y2& y3\\ z1& z2& z3\end{array}\right]$ 中的各矩阵点元素x1、x2、x3、y1、y2、y3、z1、z2和z3为设定常数，这些设定常数可以通过系统实际测试结果确定。具体方法是，将RGB值为 $\left[\begin{array}{c}255\\ 0\\ 0\end{array}\right]$ 时对应的三刺激值的实际测试值设为 $\left[\begin{array}{c}{X1}^{\′}\\ {Y1}^{\′}\\ {Z1}^{\′}\end{array}\right],$ 将RGB值为 $\left[\begin{array}{c}0\\ 255\\ 0\end{array}\right]$ 时对应的三刺激值的实际测试值设为 $\left[\begin{array}{c}{X2}^{\′}\\ {Y2}^{\′}\\ {Z2}^{\′}\end{array}\right],$ 将RGB值为 $\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 255\end{array}\right]$ 时对应的三刺激值的实际测试值设为 $\left[\begin{array}{c}{X3}^{\′}\\ {Y3}^{\′}\\ {Z3}^{\′}\end{array}\right],$ 此时，由于RGB值为 $\left[\begin{array}{c}255\\ 0\\ 0\end{array}\right]$ 时对应的 $\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]$ 为 $\left[\begin{array}{c}1\\ 0\\ 0\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{c}0\\ 255\\ 0\end{array}\right]$ 时对应的 $\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]$ 为 $\left[\begin{array}{c}0\\ 1\\ 0\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 255\end{array}\right]$ 时对应的 $\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]$ 为 $\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\end{array}\right],$ 因此根据公式(3)分别计算出三刺激值的理论值 $\left[\begin{array}{c}X1\\ Y1\\ Z1\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{c}X2\\ Y2\\ Z2\end{array}\right]$ 和 $\left[\begin{array}{c}X3\\ Y3\\ Z3\end{array}\right],$

$\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]---\left(3\right).$

由于上述三刺激值的实际测试值 $\left[\begin{array}{c}{X}^{\′}\\ Y^{\′}\\ Z^{\′}\end{array}\right]$ 和理论值 $\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$ 之间满足关系式 $\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}x1& x2& x3\\ y1& y2& y3\\ z1& z2& z3\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}{X}^{\′}\\ Y^{\′}\\ Z^{\′}\end{array}\right],$ 因此得到矩阵方程 $\left[\begin{array}{c}X1\\ Y1\\ Z1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}x1& x2& x3\\ y1& y2& y3\\ z1& z2& z3\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}{X1}^{\′}\\ {Y1}^{\′}\\ {Z1}^{\′}\end{array}\right],$ 矩阵方程 $\left[\begin{array}{c}X2\\ Y2\\ Z2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}x1& x2& x3\\ y1& y2& y3\\ z1& z2& z3\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}{X2}^{\′}\\ {Y2}^{\′}\\ {Z2}^{\′}\end{array}\right]$ 和矩阵方程 $\left[\begin{array}{c}X3\\ Y3\\ Z3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}x1& x2& x3\\ y1& y2& y3\\ z1& z2& z3\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}{X3}^{\′}\\ {Y3}^{\′}\\ {Z3}^{\′}\end{array}\right],$ 通过三个矩阵方程可以求出误差校正矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}x1& x2& x3\\ y1& y2& y3\\ z1& z2& z3\end{array}\right].$

实施例二

图3为本发明实施例二提供的色彩管理方法中确定系统转换矩阵方法的流程图。为了确定上述系统转换矩阵，在进行步骤20之前，还可以包括以下步骤：

步骤1、采用色度仪分别测量显示装置的红光谱曲线IR(λ)、绿光谱曲线IG(λ)和蓝光谱曲线IB(λ)，具体可以是将显示装置灰阶分别调至(255，0，0)、(0，255，0)和(0，0，255)，而后用色度仪分别测量各色光谱曲线，可以从380nm到780nm每隔1nm或5nm或10nm进行光谱测试获取光谱曲线；

步骤2、根据红光谱曲线IR(λ)、绿光谱曲线IG(λ)和蓝光谱曲线IB(λ)确定系统转换矩阵。

步骤2中的具体确定方法如下，显示装置的红色像素光透过率T_r等于红色像素的实际透过亮度与红色像素在(255，0，0)时的透过亮度之比，绿色像素光透过率T_g等于绿色像素的实际透过亮度与绿色像素在(0，255，0)时的透过亮度之比，蓝色像素光透过率T_b等于蓝色像素的实际透过亮度与蓝色像素在(0，0，255)时的透过亮度之比。

目标系统，即“CIE-XYZ”系统计算三刺激值的公式(4)如下：

其中，X、Y和Z分别表示三刺激值，k＝683lm/W，λ表示波长，

为光源光谱，x(λ)，y(λ)，z(λ)为设定的标准观察者曲线。

由于

因此将公式(4)积分或者求和可得出如下公式(5)：

$\left\{\begin{array}{c}k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IR}\left(\mathrm{\λ}\right)*T_r+\mathrm{IG}\left(\mathrm{\λ}\right)*T_g+\mathrm{IB}\left(\mathrm{\λ}\right)*T_b]*\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)=X\\ k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IR}\left(\mathrm{\λ}\right)*T_r+\mathrm{IG}\left(\mathrm{\λ}\right)*T_g+\mathrm{IB}\left(\mathrm{\λ}\right)*T_b]*\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)=Y\\ k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IR}\left(\mathrm{\λ}\right)*T_r+\mathrm{IG}\left(\mathrm{\λ}\right)*T_g+\mathrm{IB}\left(\mathrm{\λ}\right)*T_b]*\stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)=Z\end{array}\right.---\left(5\right)$

公式(5)展开变形后得到公式(6)

$\left\{\begin{array}{c}k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IR}\left(\mathrm{\λ}\right)*{\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)]*T}_r+k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IG}\left(\mathrm{\λ}\right)*{\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)]*T}_g+k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IB}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{x}{\left(\mathrm{\λ}\right)]*T}_b=X\\ k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IR}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)]*T_r+k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IG}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)]*T_g+k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IB}\left(\mathrm{\λ}\right)*{\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)]*T}_b=Y\\ k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IR}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)]*T_r+k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IG}\left(\mathrm{\λ}\right)*{\stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)]*T}_g+k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IB}\left(\mathrm{\λ}\right)*{\stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)]*T}_b=Z\end{array}\right.---\left(6\right)$

公式(6)为红色、绿色和蓝色像素光透过率与三刺激值之间的转换公式，即等效于上述公式(3)，公式(6)中的参数对应系统转换矩阵中的各矩阵点元素，因此C_R＝k*Δλ∑[IR(λ)*x(λ)]，C_G＝k*Δλ∑[IG(λ)*x(λ)]，C_B＝k*Δλ∑[IB(λ)*x(λ)]，L_R＝k*Δλ∑[IR(λ)*y(λ)]，L_G＝k*Δλ∑[IG(λ)*y(λ)]，L_B＝k*Δλ∑[IB(λ)*y(λ)]，M_R＝k*Δλ∑[IR(λ)*z(λ)]，M_G＝k*Δλ∑[IG(λ)*z(λ)]，M_B＝k*Δλ∑[IB(λ)*z(λ)]，其中k＝683lm/W，Δλ＝5nm或Δλ＝10nm，x(λ)、y(λ)和z(λ)为标准观察者曲线，可查表获得具体值。在本实施例中，波长λ的取值范围是380nm至780nm。

在上述各实施例中，从外部设备输入的图像信号满足sRGB色彩空间，或者PAL、NTSC电视制式的色彩空间。

因此，在上述方案的基础上，当识别到图像信号为PAL电视制式时，确定标准转换矩阵M为 $\left[\begin{array}{ccc}0.430& 0.342& 0.178\\ 0.222& 0.707& 0.071\\ 0.020& 0.130& 0.939\end{array}\right].$

当识别到图像信号为NTSC电视制式时，确定标准转换矩阵M为

$\left[\begin{array}{ccc}0.607& 0.174& 0.200\\ 0.299& 0.578& 0.114\\ 0.000& 0.066& 1.116\end{array}\right].$

当识别到图像信号为sRGB色彩空间时，确定标准转换矩阵M为

$\left[\begin{array}{ccc}0.4124& 0.3576& 0.1805\\ 0.2126& 0.7152& 0.0722\\ 0.0193& 0.1192& 0.9505\end{array}\right].$

但是，在本发明中输入的图像信号并不限于满足以上电视制式，也可以是影视工程师协会(Society of Motion Picture and Television Engineers，简称SMPTE)的SMPTE-C电视制式或其他标准电视制式，此时相应地改变标准转换矩阵的M值即可，例如输入的图像信号为SMPTE-C电视制式时，M值为 $\left[\begin{array}{ccc}0.3935& 0.3653& 0.1916\\ 0.2124& 0.7011& 0.0866\\ 0.0187& 0.1119& 0.9582\end{array}\right].$

本发明的色彩管理方法可以使液晶显示装置、LED显示装置或CRT显示装置准确再现sRGB色彩空间或者PAL、NTSC或SMPTE-C等电视制式的色彩空间，能有效解决显示装置色彩失真的问题。

本发明的色彩管理方法与传统的查找表法或神经网络算法不同，通过输入的图像信号的RGB值实时调节屏幕的红色、绿色和蓝色像素的光透过率，该色彩管理方法使用的算法更简单，并且通过硬件就可以实现，电路控制易实现，精确度高。

实施例三

图4为本发明实施例三提供的色彩管理装置的构成图，该色彩管理装置包括：输入部100、基础矩阵存储部200、校正部300和控制部400。

其中，输入部100用于从外部设备输入的图像信号中获取RGB值；

基础转换矩阵存储部200用于储存系统转换矩阵以及标准转换矩阵，系统转换矩阵为红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率与目标系统的三刺激值之间的转换矩阵，所谓目标系统可以是“CIE-XYZ”系统；标准转换矩阵M为三刺激值与RGB值之间的转换矩阵，其中系统转换矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]$ 中的各矩阵点元素C_R、C_G、C_B、L_R、L_G、L_B、M_R、M_G和M_B为设定常数，标准转换矩阵M中的各矩阵点元素也为设定常数；

校正部300用于根据RGB值和系统转换矩阵及标准转换矩阵按照公式(7)计算出对应的红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率：

$\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]}^{-1}*M*\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]---\left(7\right)$

其中， $\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$ 代表RGB值， $\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]$ 代表红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率；

控制部400用于根据计算出的红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率产生控制显示装置的红色、绿色和蓝色像素对应的驱动电压和/或光源亮度控制信号，从而控制显示装置进行色彩显示。

本发明的色彩管理装置，在包括上述输入部、转换矩阵及标准转换矩阵存储部、校正部和控制部的基础上，还可以包括误差校正矩阵存储部，用于储存误差校正矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}x1& x2& x3\\ y1& y2& y3\\ z1& z2& z3\end{array}\right],$ 其中，误差校正矩阵中的各矩阵点元素x1、x2、x3、y1、y2、y3、z1、z2和z3为设定常数，这些常数的确定方法可参见上述实施例所述。此时，校正部用于进一步将计算出的红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率与误差校正矩阵相乘，以进行误差校正。即上述公式(7)可以替换为执行下述公式(8)，

$\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}x1& x2& x3\\ y1& y2& y3\\ z1& z2& z3\end{array}\right]{\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]}^{-1}*M*\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]---\left(8\right).$

上述误差校正矩阵能校正仪器和系统间产生的误差。

在上述方案的基础上，本发明的色彩管理装置还可以包括转换矩阵生成模块，该转换矩阵生成模块包括：

色度仪，用于分别测量显示装置的灰阶分别为(255，0，0)、(0，255，0)和(0，0，255)时的红光谱曲线IR(λ)、绿光谱曲线IG(λ)和蓝光谱曲线IB(λ)；

计算单元，用于根据红光谱曲线IR(λ)、绿光谱曲线IG(λ)和蓝光谱曲线IB(λ)确定系统转换矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right].$ 具体的确定方法可参见上述实施例所述。

对于液晶显示装置，上述控制部的驱动电压控制信号可以通过改变红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素的驱动电压来实时地调节红色、绿色和蓝色子像素的光透过率，从而达到准确再现色彩信息的目的。

对于三基色LED背光显示装置，上述控制部的光源亮度控制信号可以通过改变红色像素、绿色像素和蓝色像素的亮度来实时地改变红色、绿色和蓝色像素光透过率，从而达到准确再现色彩信息的目的，光源亮度控制信号可以为PWM。

对于上述三基色LED背光显示装置，上述控制部的控制信号也可以通过综合调节红色LED、绿色LED和蓝色LED的亮度值和红色像素、绿色像素和蓝色像素驱动电压值，来实时地改变红色、绿色和蓝色像素光透过率，从而达到准确再现色彩信息的目的。

对于CRT显示装置，可通过伽马电路的控制来实时地改变红色像素、绿色像素和蓝色像素的光透过率，以此达到准确再现色彩信息的目的。

本发明的色彩管理装置，根据从外部设备输入的图像信号的RGB值，实时地调节显示装置的红色、绿色和蓝色像素电压和/或光源亮度，从而液晶显示装置、LED显示装置或CRT显示装置准确再现sRGB色彩空间或者PAL、NTSC或SMPTE-C等电视制式的色彩空间，能有效解决显示装置色彩失真的问题。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种色彩管理方法，其特征在于，包括：

从外部设备输入的图像信号中获取红绿蓝RGB值；

采用色度仪分别测量显示装置的红光谱曲线IR(λ)、绿光谱曲线IG(λ)和蓝光谱曲线IB(λ)；

根据所述红光谱曲线IR(λ)、绿光谱曲线IG(λ)和蓝光谱曲线IB(λ)确定系统转换矩阵： $\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right];$

其中， $C_R=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IR}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ $C_G=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IG}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ $C_B=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IB}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ $L_R=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IR}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ $L_G=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IG}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ $L_B=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IB}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ $M_R=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IR}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ $M_G=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IG}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ $M_B=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IB}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ 其中，k＝683lm/W，Δλ＝5nm或Δλ＝10nm，λ表示波长，

为设定的标准观察者曲线；

根据所述RGB值和预先存储的系统转换矩阵及标准转换矩阵按照如下公式计算出对应的红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率：

$\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]}^{-1}*M*\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$

其中， $\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$ 代表所述RGB值， $\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]$ 代表所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率， $\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]$ 代表所述系统转换矩阵，为所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率与目标系统的三刺激值之间的转换矩阵，

M代表所述标准转换矩阵，为所述三刺激值与所述RGB值之间的转换矩阵，所述系统转换矩阵和标准转换矩阵中的各矩阵点元素为设定常数；根据计算出的所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率产生控制显示装置的红色、绿色和蓝色像素对应的驱动电压和/或光源亮度的控制信号，从而控制所述显示装置进行色彩显示。

2.根据权利要求1所述的色彩管理方法，其特征在于，在根据所述RGB值和预先存储的系统转换矩阵及标准转换矩阵按照公式计算出对应的所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率之后，还包括：

将计算出的所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率 $\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]$ 与误差校正矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}x1& x2& x3\\ y1& y2& y3\\ z1& z2& z3\end{array}\right]$ 相乘，以进行误差校正，其中，所述误差校正矩阵中的各矩阵点元素为设定常数；

$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}x1& x2& x3\\ y1& y2& y3\\ z1& z2& z3\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}{X}^{\′}\\ Y^{\′}\\ Z^{\′}\end{array}\right];$ 其中，X、Y和Z分别表示三刺激值的理论值；X’、Y’和Z’分别表示三刺激值的实际测试值。

3.根据权利要求1或2所述的色彩管理方法，其特征在于，根据计算出的所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率产生控制显示装置的红色、绿色和蓝色像素对应的光源亮度的控制信号包括：

根据计算出的所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率分别产生控制所述显示装置的红色、绿色和蓝色的发光二极管亮度的脉冲宽度调制信号。

4.根据权利要求1或2所述的色彩管理方法，其特征在于，在根据所述RGB值和预先存储的系统转换矩阵及标准转换矩阵按照公式计算出对应的红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率之前，还包括：当识别到所述图像信号为逐行倒相电视制式时，确定所述标准转换矩阵为 $\left[\begin{array}{ccc}0.430& 0.342& 0.178\\ 0.222& 0.707& 0.071\\ 0.020& 0.130& 0.939\end{array}\right].$

5.根据权利要求1或2所述的色彩管理方法，其特征在于，在根据所述RGB值和预先存储的系统转换矩阵及标准转换矩阵按照公式计算出对应的红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率之前，还包括：

当识别到所述图像信号为美国国家电视标准委员会电视制式时，确定所述标准转换矩阵为 $\left[\begin{array}{ccc}0.607& 0.174& 0.200\\ 0.299& 0.587& 0.114\\ 0.000& 0.066& 1.116\end{array}\right].$

6.根据权利要求1或2所述的色彩管理方法，其特征在于，在根据所述RGB值和预先存储的系统转换矩阵及标准转换矩阵按照公式计算出对应的红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率之前，还包括：

当识别到所述图像信号为通用色彩标准色彩空间时，确定所述标准转换矩阵为 $\left[\begin{array}{ccc}0.4124& 0.3576& 0.1805\\ 0.2126& 0.7152& 0.0722\\ 0.0193& 0.1192& 0.9505\end{array}\right].$

7.一种色彩管理装置，其特征在于，包括：

输入部，用于从外部设备输入的图像信号中获取红绿蓝RGB值；

基础矩阵存储部，用于储存系统转换矩阵以及标准转换矩阵，其中，所述系统转换矩阵为红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率与目标系统的三刺激值之间的转换矩阵，所述标准转换矩阵为所述三刺激值与所述RGB值之间的转换矩阵，所述系统转换矩阵和标准转换矩阵中的各矩阵点元素为设定常数；

转换矩阵生成模块，所述转换矩阵生成模块包括：

色度仪，用于分别测量显示装置的红光谱曲线IR(λ)、绿光谱曲线IG(λ)和蓝光谱曲线IB(λ)；

计算单元，用于根据所述红光谱曲线IR(λ)、绿光谱曲线IG(λ)和蓝光谱曲线IB(λ)确定系统转换矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right];$ $C_R=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IR}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ $C_G=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IG}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ $C_B=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IB}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ $L_R=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IR}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ $L_G=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IG}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ $L_B=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IB}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ $M_R=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IR}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ $M_G=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IG}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ $M_B=k*\mathrm{\Δ\λ\Σ}[\mathrm{IB}\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)],$ 其中，k＝683lm/W，Δλ＝5nm或Δλ＝10nm，λ表示波长，

为设定的标准观察者曲线；

校正部，用于根据所述RGB值和所述系统转换矩阵及标准转换矩阵按照如下公式计算出对应的所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率：

$\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]}^{-1}*M*\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$

其中， $\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$ 代表所述RGB值， $\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]$ 代表所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率， $\left[\begin{array}{ccc}{C}_R& C_G& C_B\\ L_R& L_G& L_B\\ M_R& M_G& M_B\end{array}\right]$ 代表所述系统转换矩阵，M代表所述标准转换矩阵；

控制部，用于根据计算出的所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率产生控制显示装置的红色、绿色和蓝色像素对应的驱动电压和/或光源亮度控制信号，从而控制显示装置进行色彩显示。

8.根据权利要求7所述的色彩管理装置，其特征在于，还包括：误差校正矩阵存储部，用于储存误差校正矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}x1& x2& x3\\ y1& y2& y3\\ z1& z2& z3\end{array}\right],$ 且用于将计算出的所述红色像素光透过率、绿色像素光透过率和蓝色像素光透过率 $\left[\begin{array}{c}{T}_r\\ T_g\\ T_b\end{array}\right]$ 与误差校正矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}x1& x2& x3\\ y1& y2& y3\\ z1& z2& z3\end{array}\right]$ 相乘，以进行误差校正，其中，所述误差校正矩阵中的各矩阵点元素为设定常数；

$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}x1& x2& x3\\ y1& y2& y3\\ z1& z2& z3\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}{X}^{\′}\\ Y^{\′}\\ Z^{\′}\end{array}\right];$ 其中，X、Y和Z分别表示三刺激值的理论值；X’、Y’和Z’分别表示三刺激值的实际测试值。

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