CN102291554A - 屏幕亮度与色度均匀性调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种屏幕亮度与色度均匀性调节方法，将计算出的各个像素点的亮度补偿系数及色度补偿系数烧录到光机，实现对屏幕亮度与色度的调节。在计算亮度补偿系数时，充分考虑了引起屏幕暗边暗角现象的余弦四次方定律，极大地提高了大屏幕拼接墙中单个屏幕的亮度均匀性。在计算色度补偿系数时，色度的调节从所见即所得的角度考虑，通过降低偏色区域所偏颜色的像素值来校正屏幕偏色情况。

Description

屏幕亮度与色度均匀性调节方法

技术领域

本发明涉及屏幕显示技术领域，特别涉及一种屏幕亮度与色度均匀性调节方法。

背景技术

大屏幕拼接墙是由多个小屏幕以及投影仪(图像控制器)构成的大屏幕显示系统，一般用于一个画面的超大屏幕显示以及多个画面的多窗口显示。单个屏幕的显示品质直接影响整墙显示效果。目前，屏幕显示品质主要存在暗边暗角及局部偏色问题，特别在显示带有白色背景的图片或画面时，暗边暗角及局部偏色现象尤为突出，严重影响了拼接墙的显示效果。

发明内容

本发明提出了一种屏幕亮度与色度均匀性调节方法，调节屏幕亮度与色度，使屏幕亮度均匀、色度一致。

本发明一种屏幕亮度与色度均匀性的调节方法，包括步骤：

向屏幕输送白色画面；

分别计算屏幕上每个像素点的三原色亮度补偿系数和三原色色度补偿系数；

将所述每个像素点三原色的亮度补偿系数和三原色色度补偿系数烧录到光机，

每个像素点的单色亮度补偿系数的计算方法包括步骤：

按照像素点分布将屏幕平均划分为m*n等份，每份各取一个像素点，得到m*n个像素点，所述m、n与屏幕分辨率及亮度调节精度相适应；

在所述m*n个像素点中，假设屏幕中心处像素点的亮度为p，设定屏幕边角处像素点相比屏幕中心处像素点的亮度下降比例为q，所述q与用户需求相适应；

根据所述p、q值，运用余弦四次方定律计算所述m*n个像素点中各个像素点的亮度self，并从中找出亮度最小值min；

计算所述m*n个像素点中每个像素点的亮度补偿系数α，计算公式如下：

$\mathrm{\α}=\frac{\min }{\mathrm{self}}$

根据所述m*n个像素点的亮度补偿系数α，采用双线性插值法，计算屏幕上其他像素点的亮度补偿系数，

每个像素点单色色度补偿系数的计算方法包括步骤：

观察屏幕偏色情况，从屏幕边沿一点至另一点画定偏色区域与非偏色区域的边界线，设定偏色区域内偏色最严重边角处像素点的色度补偿系数为k，所述边界线为直线或折线，所述k与屏幕偏色情况相适应；

按照像素点分布将屏幕平均划分为i*j等份，每份各取一个像素点，得到i*j个像素点，所述i、j与屏幕分辨率及色度调节精度相适应；

先以所述i*j个像素点中属于偏色区域的像素点为对象，按照下述偏色区域色度补偿系数计算方法计算偏色区域内各像素点的色度补偿系数，再以除所述i*j个像素点外且属于偏色区域的像素点为对象，根据所述i*j个像素点中属于偏色区域的像素点的色度补偿系数，采用双线性插值法计算偏色区域内各像素点的色度补偿系数，

所述偏色区域色度补偿系数计算方法为：将偏色区域内的像素点分为偏色最严重边角处像素点、边界线上像素点、边沿线上像素点和内部像素点四类，根据偏色最严重边角处像素点的色度补偿系数计算另三类像素点的色度补偿系数，

所述边界线上像素点的色度补偿系数r的计算方法为：当所述边界线的两个端点位于屏幕上相邻两条边沿线时，r的计算公式为：r＝k+(a-1)·d，当r＞1时，r＝1，a表示所述边界线上像素点的个数，所述d表示与像素点间距相适应的系数；当所述边界线的两个端点位于屏幕上非相邻两条边沿线时，前述r的计算公式中m的取值为非相邻边沿线所夹边沿线对应像素点排数的一半，

所述边沿线上像素点的色度补偿系数s_u的计算方法为：以所述偏色最严重边角处像素点作为第一像素点，对所述边沿线上像素点依次进行编号，s_u的计算公式为：s_u＝k+(2^u-1-1)·d，u＝2，3，...b，当s_u＞1时，s_u＝1，所述b表示所述边沿线上像素点的个数，

所述内部像素点的色度补偿系数t_x，y的计算公式为：t_x，y＝k+(2^x-1-1)·d+(2^y-1)·d，当t_x，y＞1时，t_x，y＝1，所述x表示所述内部像素点所在的行数，所述y表示所述内部像素点所在的列数，

非偏色区域像素点的色度补偿系数默认为1。

优选地，所述m的取值为12，所述n的取值为16，所述i的取值为12，所述j的取值为16，所述d的取值为0.01。

优选地，偏色区域边沿线与所述边界线交点处的像素点属于所述边界线像素点。

本发明亮度与色度均匀性调节方法，在计算各个像素点的亮度补偿系数时，首先运用余弦四次方定律计算出一部分像素点的亮度，将这部分像素点的亮度与其中亮度最小值比较得出各自的亮度补偿系数，再运用双线性插值法计算其他像素点的亮度补偿系数。所得各个像素点的亮度补偿系数充分考虑了引起屏幕暗边暗角现象的余弦四次方定律，极大地提高了大屏幕拼接墙中单个屏幕的亮度均匀性。色度的调节从所见即所得的角度考虑，通过降低偏色区域所偏颜色的信号量来校正屏幕偏色情况。在计算各个像素点的色度补偿系数时，同样先计算出偏色区域内部分像素点的色度补偿系数，再运用双线性插值法计算偏色区域内其他像素点的色度补偿系数。计算过程中用运用到的公式都是根据经验总结得来，使得调节效果简单高效。

附图说明

图1是余弦四次方定律的原理示意图；

图2是本发明亮度与色度均匀性调方法的流程示意图；

图3是本发明单色亮度补偿系数计算方法的流程示意图；

图4是双线性插值法中插值点与192点异行异列的示意图；

图5是双线性插值法中插值点与192点同行或同列的示意图；

图6是本发明单色色度补偿系数计算方法的流程示意图；

图7是偏色区域呈三角形情况下的屏幕像素点分布示意图；

图8是偏色区域呈不规则图形情况下的屏幕像素点分布示意图；

图9是三角形偏色区域像素点分布示意图。

具体实施方式

当屏幕显示白色图片时，会看见明显的暗边暗角及偏色现象。

如图1所示，与镜头光轴平行的入射光，聚焦在画面中心部分成像，假设他的亮度为I₀，与光轴不平行、成任意角θ入射的光在像平面上的亮度为I_e，则I₀与I_e之间的关系如下式所示：

I_e＝I₀cos⁴θ                       (1)

该公式称为余弦四次方定律。由此定律可知，屏幕上距离中心点越远的地方，光的能量越小，这是引起屏幕暗边暗角现象的主要原因。

白光是通过红、绿、蓝三种光按一定比例混合而成，且红、绿、蓝三种光的投射中心点应该重合，但是实际应用中，光机的红、绿、蓝三种光投射中心点可能会不重合，从而引起白屏上出现局部偏色现象。

本发明分别计算亮度补偿系数和色度补偿系数，对暗边暗角现象及局部偏色现象进行调节，从而提升屏幕亮度及颜色的均匀性。在计算亮度补偿系数时，考虑了余弦四次方定律对屏幕亮度均匀性的影响；在计算色度补偿系数时，不考虑红、绿、蓝三种光源投射中心点不重合对局部偏色现象的影响，只从所见即所得方面考虑，即从实际观察到的效果对光源信号量进行修改，局部偏什么色说明什么光源的信号量较大，则需要降低该光源在此区域的信号量，即通过与一个小于1的色度补偿系数相乘来降低初始像素值。下面结合附图详细解释本发明。

本发明一种屏幕亮度与色度均匀性的调节方法，如图2所示，包括步骤：

步骤1、向屏幕输送白色画面。

步骤2、分别计算屏幕上每个像素点的三原色亮度补偿系数和三原色色度补偿系数。

步骤3、将所述每个像素点三原色的亮度补偿系数和三原色色度补偿系数烧录到光机。

步骤3中，将补偿系数烧录到光机，即用像素点的一种颜色下的像素初始值乘以该颜色下的补偿系数。对于任意一个像素点，三种颜色下的色度补偿系数是不同的，需要在步骤2分别计算三种颜色下的色度补偿系数，但三种颜色下的亮度补偿系数是相等的，因此在步骤2只需计算一种颜色下的亮度补偿系数。

如图3所示，每个像素点的单色亮度补偿系数的计算方法包括步骤：

步骤S1、按照像素点分布将屏幕平均划分为m*n等份，每份各取一个像素点，得到m*n个像素点，所述m、n与屏幕分辨率及亮度调节精度相适应。

屏幕分辨率越高，像素点越多，运用余弦四次方定律一个个计算众多像素点的亮度是不现实的。本步骤的目的即选出一部分像素点，先计算出这部分像素点的亮度补偿系数，再运用双线性插值法计算其他像素点的亮度补偿系数。所选的像素点数过大将增加工作量，过小将降低亮度补偿系数的准确度、使调节效果过于粗糙。因此，m、n的取值需要在屏幕分辨率和调节精度间平衡，且从平分后的每个区域中所取的像素点应该是处于同一位置的像素点。

步骤S2、在所述m*n个像素点中，假设屏幕中心处像素点的亮度为p，设定屏幕边角处像素点相比屏幕中心处像素点的亮度下降比例为q，所述q与用户需求相适应。

根据余弦四次方定律，p为该屏幕上亮度最大值，p*q为该屏幕上亮度最小值。亮度调节的实质是调低高亮度使其与低亮度平齐，从而实现亮度一致，但亮度不能无限制的调低，调节后的屏幕亮度应该在用户接受范围内。

步骤S3、根据所述p、q值，运用余弦四次方定律计算所述m*n个像素点中各个像素点的亮度self，并从中找出亮度最小值min。

根据p、q及公式(1)可算出光源到屏幕中心与光源到屏幕边角的夹角θ，根据θ值及屏幕中心到屏幕边角的距离可算出光源到屏幕中心的距离。据此，屏幕上任意点的亮度均可由公式(1)计算得出。

步骤S4、计算所述m*n个像素点中每个像素点的亮度补偿系数α，计算公式如下：

$\mathrm{\α}=\frac{\min }{\mathrm{self}}---\left(2\right)$

由上式(2)可知，每个像素点的亮度乘上其亮度补偿系数后，将与边角处像素点的亮度相等。

步骤S5、根据所述m*n个像素点的亮度补偿系数α，采用双线性插值法，计算屏幕上其他像素点的亮度补偿系数。下面以m取12，n取16，m*n＝192为例，具体介绍双线性插值法，其中提及的点代表像素点。

1)当插值点与192点异行或异列时

如图4所示，点a为与192点异行异列的亮度插值目标点，要求得点a的亮度补偿系数值，需要先在X方向进行插值得到点a正上方a″点和正下方a′点(两个点与192点在同一行上)的亮度补偿系数值。假设与点a(x，y)距离最近的四个192点从左到右、从上到下的亮度补偿系数分别为K_R1、K_R2、K_R3、K_R4，

像素点位置从左到右、从上到下分别为：(x₁，y₁)、(x₂，y₁)、(x₁，y₂)、(x₂，y₂)，则点a正上方点的亮度补偿系数K_Ra″为：

$K_{R{a}^{\′\′}}=\frac{x_2-x}{x_2-x_1}\·K_{R1}+\frac{x-x_1}{x_2-x_1}\·K_{R2}---\left(3\right)$

点a正下方点的亮度补偿系数值K_Ra′为：

$K_{R{a}^{\′}}=\frac{x_2-x}{x_2-x_1}\·K_{R3}+\frac{x-x_1}{x_2-x_1}\·K_{R4}---\left(4\right)$

其次在y方向进行插值，得到点a的亮度补偿系数值K_Ra为：

$K_{\mathrm{Ra}}=\frac{y_2-y}{y_2-y_1}\·K_{R{a}^{\′\′}}+\frac{y-y_1}{y_2-y_1}\·K_{{\mathrm{Ra}}^{\′}}---\left(5\right)$

2)当插值点与192点同列或同行时

点b、c分别为与192点同列、同行的亮度补偿系数插值目标点。其双线性亮度补偿系数插值示意图如图5所示：

对于点b，直接进行y轴插值，得到b点的亮度补偿系数值K_Rb为：

$K_{\mathrm{Rb}}=\frac{y_2-y}{y_2-y_1}\·K_{R1}+\frac{y-y_1}{y_2-y_1}\·k_{R3}---\left(6\right)$

对于点c，直接进行X轴插值，得到c点的亮度补偿系数值K_Rc为：

$K_{\mathrm{Rc}}=\frac{x_2-x}{x_2-x_1}\·K_{R1}+\frac{x-x_1}{x_2-x_1}\·K_{R2}---\left(7\right)$

运用以上公式即可将屏幕上除192个像素点外的其他像素点的亮度补偿系数求出来。

色度补偿系数的计算从所见即所得角度考虑，将实际观察效果与光源信号量分布情况相关联，局部偏什么色说明什么光源的信号量较大，需要降低该光源在此区域的信号量值。

如图6所示，每个像素点单色色度补偿系数的计算方法包括步骤：

步骤T1、观察屏幕偏色情况，从屏幕边沿一点至另一点画定偏色区域与非偏色区域的边界线，设定偏色区域内偏色最严重边角处像素点的色度补偿系数为k，所述边界线为直线或折线，所述k与屏幕偏色情况相适应。

确定了待计算的偏色颜色后，计算屏幕上各个像素点在该颜色下的色度补偿系数前，需要先确定偏色区域和偏色轻重。根据实际观察到的情况，在偏色区域与非偏色区域间画出一条边界线，凭经验设定偏色最严重的边角处的像素点需要的色度补偿系数。边界线起于屏幕的一条边沿线，止于另一条边沿线，为了便于计算，边界线的形状应该采用一条直线或几根直线组成的折线。非偏色区域像素点不需要调节色度，或者说其色度补偿系数为1。

步骤T2、按照像素点分布将屏幕平均划分为i*j等份，每份各取一个像素点，得到i*j个像素点，所述i、j与屏幕分辨率及色度调节精度相适应。

出于与亮度补偿系数计算方法同样的考虑，此步骤对屏幕进行了划分，并从各份取了一个代表点，各代表点排列成一个矩阵。步骤T2也可以放在步骤T1之前，两者的先后不影响计算结果。

步骤T3、以所述i*j个像素点中属于偏色区域的像素点为对象，按照下述偏色区域色度补偿系数计算方法计算偏色区域内各像素点的色度补偿系数。

步骤T4、以除所述i*j个像素点外且属于偏色区域的像素点为对象，根据所述i*j个像素点中属于偏色区域的像素点的色度补偿系数，采用双线性插值法计算偏色区域内各像素点的色度补偿系数。

步骤T5、非偏色区域像素点的色度补偿系数默认为1。

当i取12，j取16，i*j＝192时，屏幕上各像素点的分布如图7、8所示。图7、8还分别示出了两种偏色区域和两种边界线，图9是图7偏色区域的详细图示。

所述偏色区域色度补偿系数计算方法为：将偏色区域内的像素点分为偏色最严重边角处像素点、边界线上像素点、边沿线上像素点和内部像素点四类，根据偏色最严重边角处像素点的色度补偿系数计算另三类像素点的色度补偿系数。为方便计算，边沿线与边界线的交点处的像素点定义为边界点上像素点。如图9所示，偏色最严重边角处像素点个数为1，边界线上像素点个数为5，两条边沿线上像素点个数为6，内部像素点个数为3。

由余弦四次方定律可知，偏色区域内，同行或同列的像素点，其偏色轻重是渐进式的，即距离屏幕中心越近的像素点偏色越轻，或者说距离边沿线越近的像素点偏色越严重，边角处像素点的偏色情况是最严重的。色度补偿系数大小与偏色轻重成反比，通过对大量数据的分析，发明人总结出了计算除偏色最严重边角处像素点外另三类像素点的色度补偿系数的计算公式。下面分别进行详述。

所述边界线上像素点的色度补偿系数r的计算方法为：

当所述边界线的两个端点位于屏幕上相邻两条边沿线时，如图9所示，r的计算公式为：

r＝k+(a-1)·d                       (8)

当r＞1时，r＝1，a表示所述边界线上像素点的个数，所述d表示与像素点间距相适应的系数。

当所述边界线的两个端点位于屏幕上非相邻两条边沿线时，如图8所示，式(8)中r的计算公式中m的取值为非相邻边沿线所夹边沿线对应像素点排数的一半。如图8所示，边界线两个端点起止于两条长边边沿线，所夹边线沿线为短边，短边边沿线对应的像素点排数为12，因此，m的取值为6。

所述边沿线上像素点的色度补偿系数s_u的计算方法为：以所述偏色最严重边角处像素点作为第一像素点，对所述边沿线上像素点依次进行编号，则边沿线上各像素点的色度补偿系数s_u与偏色最严重边角处像素点的色度补偿系数k之间的关系如下：

s_u＝k+(2^u-1-1)·d，u＝2，3，...b    (9)

当s_u＞1时，s_u＝1，所述b表示所述边沿线上像素点的个数。

如图9所示，偏色最严重边角处像素点编号为1，与其处于同一边沿线上的第二行的像素点编号为2，依次向下，与其处于另一边沿线上的第二列的像素点编号也是2，依次向右。对边沿线上各像素点进行编号只是为了相互区分，他们的色度补偿系数与偏色最严重边角处像素点的色度补偿系数之间的关系不受编号方式的影响。

对于偏色区域内部的某一像素点，其色度补偿系数t_x，y可以是以其所在行并处于边沿线上的像素点为第一像素点，按照公式(9)计算所得的结果t_x，也可以是以该像素点所在列并处于边沿线上的像素点为第一像素点，按照公式(9)计算所得的结果t_y，x表示该像素点所在行数，y表示该像素点所在列数。通过下面的公式推导可以得知两种方法的计算结果是相等的。

在行方向上，上述内部像素点是第y像素点，在列方向上，上述内部像素点是第x像素点。假设上述内部像素点所在行的第一像素点的色度补偿系数为k_x，所在列的第一像素点的色度补偿系数为k_y，则套用公式(9)，t_x、t_y的公式如下：

t_x＝k_x+(2^y-1-1)·d   (10)

t_y＝k_y+(2^x-1-1)·d   (11)

上述内部像素点所在行列的第一像素点的色度补偿系数k_x、k_y满足公式(9)：

k_x＝k+(2^x-1-1)·d    (12)

k_y＝k+(2^y-1-1)·d    (13)

将式(13)带入式(11)，将式(14)带入式(12)后，得到以下关系：

t_x，y＝t_x＝t_y＝k+(2^x-1-1)·d+(2^y-1-1)·d    (14)

当t_x，y＞1时，令t_x，y＝1。

如图7、8所示，当i取12，j取16，i*j＝192时，d的取值优选地取0.01。

按照以上方法求出偏色区域内所有像素点在三种颜色下的色度补偿系数。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种屏幕亮度与色度均匀性的调节方法，其特征在于，包括步骤：

向屏幕输送白色画面；

分别计算屏幕上每个像素点的三原色亮度补偿系数和三原色色度补偿系数；

将所述每个像素点三原色的亮度补偿系数和三原色色度补偿系数烧录到光机，

每个像素点的单色亮度补偿系数的计算方法包括步骤：

按照像素点分布将屏幕平均划分为m*n等份，每份各取一个像素点，得到m*n个像素点，所述m、n与屏幕分辨率及亮度调节精度相适应；

在所述m*n个像素点中，假设屏幕中心处像素点的亮度为p，设定屏幕边角处像素点相比屏幕中心处像素点的亮度下降比例为q，所述q与用户需求相适应；

根据所述p、q值，运用余弦四次方定律计算所述m*n个像素点中各个像素点的亮度self，并从中找出亮度最小值min；

计算所述m*n个像素点中每个像素点的亮度补偿系数α，计算公式如下：

$\mathrm{\α}=\frac{\min }{\mathrm{self}}$

根据所述m*n个像素点的亮度补偿系数α，采用双线性插值法，计算屏幕上其他像素点的亮度补偿系数，

每个像素点单色色度补偿系数的计算方法包括步骤：

观察屏幕偏色情况，从屏幕边沿一点至另一点画定偏色区域与非偏色区域的边界线，设定偏色区域内偏色最严重边角处像素点的色度补偿系数为k，所述边界线为直线或折线，所述k与屏幕偏色情况相适应；

按照像素点分布将屏幕平均划分为i*j等份，每份各取一个像素点，得到i*j个像素点，所述i、j与屏幕分辨率及色度调节精度相适应；

先以所述i*j个像素点中属于偏色区域的像素点为对象，按照下述偏色区域色度补偿系数计算方法计算偏色区域内各像素点的色度补偿系数，再以除所述i*j个像素点外且属于偏色区域的像素点为对象，根据所述i*j个像素点中属于偏色区域的像素点的色度补偿系数，采用双线性插值法计算偏色区域内各像素点的色度补偿系数，

所述偏色区域色度补偿系数计算方法为：将偏色区域内的像素点分为偏色最严重边角处像素点、边界线上像素点、边沿线上像素点和内部像素点四类，根据偏色最严重边角处像素点的色度补偿系数计算另三类像素点的色度补偿系数，

所述边界线上像素点的色度补偿系数r的计算方法为：当所述边界线的两个端点位于屏幕上相邻两条边沿线时，r的计算公式为：r＝k+(a-1)·d，当r＞1时，r＝1，a表示所述边界线上像素点的个数，所述d表示与像素点间距相适应的系数；当所述边界线的两个端点位于屏幕上非相邻两条边沿线时，前述r的计算公式中m的取值为非相邻边沿线所夹边沿线对应像素点排数的一半，

所述边沿线上像素点的色度补偿系数s_u的计算方法为：以所述偏色最严重边角处像素点作为第一像素点，对所述边沿线上像素点依次进行编号，s_u的计算公式为：s_u＝k+(2^u-1-1)·d，u＝2，3，...b，当s_u＞1时，s_u＝1，所述b表示所述边沿线上像素点的个数，

所述内部像素点的色度补偿系数t_x，y的计算公式为：t_x，y＝k+(2^x-1-1)·d+(2^y-1)·d，当t_x，y＞1时，t_x，y＝1，所述x表示所述内部像素点所在的行数，所述y表示所述内部像素点所在的列数，

非偏色区域像素点的色度补偿系数默认为1。

2.根据权利要求1所述的屏幕亮度与色度均匀性调节方法，其特征在于，所述m的取值为12，所述n的取值为16，所述i的取值为12，所述j的取值为16，所述d的取值为0.01。

3.根据权利要求1或2所述的屏幕亮度与色度均匀性调节方法，其特征在于，偏色区域边沿线与所述边界线交点处的像素点属于所述边界线像素点。

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