CN102332242A - 用于改善背光lcd显示器的色彩和亮度均匀性的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于改善背光液晶显示器上显示的图像的色彩和亮度均匀性的方法和系统。在一个例子中，计算校正图并将其应用到LCD像素值上。在另一例子中，除了LCD像素值外还校正背光源部件的电压设置。对于有效的硬件执行，可使用函数表示网格数据转换，该转换与将测量值转换为校正值相关。在另一特定典型实施例中，背光源通过多个LED提供。在另一典型实施例中，显示器由多个OLED组成，在此光源和显示器面板是一致的。

Description

用于改善背光LCD显示器的色彩和亮度均匀性的系统和方法

技术领域

在此所述的实施例总的涉及电子图像和视频处理，更具体地说，涉及背光LCD面板的色彩和亮度非均匀性的校正。

背景技术

发光二极管(LED)是由基于p-n结中的电子和空穴的自发性复合辐射可见和不可见光(覆盖电磁波频谱的红外到紫外范围)的特殊材料制成。通常将前向偏置电压应用到p-n节以加速电子-空穴复合并产生足够的亮度。发射光的波长(以及色彩)取决于半导体带隙的能量。早期的LED发射低亮度的红光。近期才出现具有大能量带隙进以使得LED发射绿光的新半导体材料，随后出现了具有大能量带隙进以使得LED发射蓝光的新半导体材料。此外，在LED的亮度和能效增加方面的进步促使了白LED的发明。

液晶显示器(LCD)通常用于TV面板和计算机显示器，使用液晶(LC)的光调制特性。LC是传送单元(transmissive element)。他们仅能传导而不能直接发射光。因此，LCD面板自己不能产生光而需要外部照明机制才可见。按照惯例，在LCD面板之后放置冷阴极荧光灯(CCFL)以提供照明。最近，随着HD TV和高频视频内容的进步，在电视产业中出现了LED背光LCD面板(LED backlit LCD panel)以取代CCFL背光LCD。有两种LED背光技术，白LED背光和红/绿/蓝(RGB)LED背光。白LED(在笔记本和膝上型屏幕中广泛使用)实际上是结合有黄磷光体的蓝LED，用以提供白光感知。在这种情况下，光谱曲线在绿色和红色部分具有很大的中断。RGD LED由红、绿和蓝LED组成。可控制RGD LED产生不同的白色色温(temperatures of white)。RGB LED可向屏幕提供巨大的色域。来自三个不同LED的背光可产生与LCD像素自身中的色彩滤波器精密匹配的色彩光谱。这样，可收窄LCD色彩滤波器的带通以使得每个色彩分量仅允许非常窄的谱带通过LCD。这可提高显示器的功效，因为当显示白色时，极少量的光被阻断。并且实际的红、绿和蓝点可进一步显现使得显示器能够重现更逼真的色彩。这两种类型的LED背光均可安排成阵列以照明屏幕。

相比白炽光源，LED表现出很多优点，包括更大的色域、更高的发光效率、更深的黑电平(black level)(更高的对比度)、更低的能耗(减少光的浪费)、更长的使用寿命、改善的稳健性、更小的尺寸、更快的切换响应和更佳的耐用性和可靠性。考虑到更低成本和能量、更低的环境影响(绿色)和更薄的显示器，产业上已经通过从旧的CCFL背光到更有效和灵活的LED背光的快速转变着手大力改良背光技术。美国专利6,888,529公开了这样的系统的示例，在该系列中RGB LED阵列或组(bank)由特定电路驱动以将光提供给显示器的每个像素。可通过直接通过该驱动电路控制各个色彩分量以从源调节强度和色彩内容。

然而LED源仍有一些缺陷。最主要的缺陷是由于LED是离散光源，因此其增加了色彩和亮度的不均匀性。由于LED制造过程以及LED老化(不同的LED以不同的速率老化)的差异，其均匀性与CCFL背光相比显著较低。与少量(10阶)的CCFL管相比，宽频TV需要大量的(100阶)LED用于显示，每个单个LED具有不同的亮度级。即使对这些光源进行拣选和分级，在装置和装置之间这些光源仍能有高达+/-10％的亮度差异。此外，三种单独的红、绿和蓝光源的使用意味着显示器的白点可像LED老化一样以不同的速率移动。白LED同样会发生老化，白LED老化伴随着几百K的色温变化。白LED还面临更高温度的蓝色偏移。结果，与传统光源相比，他们需要更准确的电流和热管理，因此其构建更贵。实际上，如果不能获得一定级别的均匀性，生产的显示器将会是废品，这将给制造商带来损失。

近年来，有机发光二级管(OLED)已经取代LCD在TV屏幕和其他显示器中使用。与LC单元不同，OLED是其中存在响应电流发光的有机半导体化合物的发射型场致发光层的有源单元。该层是位于两个电极之间的薄膜，其中一个电极通常是透明的。该有机化合物是允许OLED直接用作显示器像素的小分子或聚合物。这样，OLED显示器无需背光运行。换句话说，该背光和调制器面板是相同的。

通常，来自显示器、LCD、OLED或其他器件的图像是色彩和亮度的空间变化图案(spatial varying pattern)，其意在与输入信号的图案匹配。如果输入信号是空间恒定的，那么期望显示器对其的再现在色彩和亮度上也是恒定的。这称作色彩和亮度均匀性要求，这是显示器的准确色彩再现的重要要求。LCD面板具有几个其他部件，包括用于朝着前方引导和均匀分发光的光导、散射器。虽然这些部件有助于改善均匀性，但是随着面板厚度日趋减小的趋势，他们的设计更加复杂化并将导致效率降低。需要色彩和亮度调节的替代方法以更有效和经济的方式克服上述缺陷。

已有某些现有技术的解决方案主要用于通过在感应或可视化输出信号以后控制源电压以改善背光质量。这些解决方案主要致力于背光面板而不是实际观察到图像的LC面板的均匀性，因此其效果有限。例如，US2007/0200513公开了一种响应温度和电压变化来控制LED驱动的器件。US 2006/0007097公开了LED背光LCD设备的背光调节方法。辉度测量传感器通过与薄膜器件一起设置在基板上，作为面板上的像素与LCD面板集成。这些现有技术并未致力于解决观察者将要观察到的非均匀性。此外，并没有提供调节信号的色度的解决方案。

本发明的一个或多个方面的目的在于提供用于改善LCD的色彩和亮度均匀性的电子单元，该电子单元致力于同时调节背光源和LC光调制器。本发明的全部方面涉及可不考虑光源应用的调制器。

在一个实施例中，LED提供背光。本发明不光致力于解决由于LED老化导致的非均匀性，还通过具有较少的单元和容忍不满足阈值并将被丢弃的单元有助于制造商节省成本。该教导也可用于由多个CCPL管组成的传统的CCFL背光源。

在另一个实施例中，激光二极管(LD)用作背光源。当用于背光LCD面板时，LD以LED类似的方式工作。其主要差别是光的生成。在此电子和空穴的复合是激励产生而不是自发产生的，这当然是通常激光发光的必须条件。LD的波谱比LED要窄地多，从而可产生更明确限定的色彩。

在此光源部件和相关附图主要示出了作为典型实施例的直射LED背光系统。然而，如其所述，只要显示的光是有关的，本发明可以用于侧光式(edge-lit)LED，LD和CCFL以及OLED(LED为直射LED的特殊情况)。

发明内容

在此所述的实施例在一个方面中提供了用于通过研究来自显示器的可测量的物理输出和有效地创建校正图(correction map)以修正显示器的像素值，来改善背光液晶显示器(LCD)的色彩和亮度均匀性的方法。此外，还可在相同的方案中修正光源的部件的电压控制。

在此所述的实施例在另一个方面中进一步提供了用于改善背光液晶显示器(LCD)的色彩和亮度均匀性的系统。所述系统包括用于在显示器上显示多个参考输入图像的图像生成器；用于测量显示的图像的均匀性的图像捕获装置，所述显示的图像的均匀性由物理可测量量表征；用于从测量数据生成全局显示(global display)相应函数和创建校正网格数据图以使得所述响应函数变成横跨所述显示器的恒定值的处理器，以及用于将所述校正网格数据图转换成函数形式并将所属校正函数应用到输入信号的第二处理器。可使用不同的技术，如LED，CCFL和激光二极管组生成所述背光源。

在此所述的实施例在另一个方面中进一步提供了用于改善有机LED(OLCD)的色彩和亮度均匀性的系统和方法。这是特殊LED的例子，其中所述背光源和所述显示器本质上是一个集成单元，使亮度和色彩非均匀性问题甚至更加相关。

附图说明

为了更好地理解在此所述的这些实施例和/或相关实施，以及更清楚地显示它们是怎样生效的，可参考仅以示例的方式示出的附图，在这些附图中示出了至少一个典型实施例和/或相关实施，附图中：

图1示出了直射LED照明(1-A)和CCFL照明(1-B)源的LCD面板背光。虽然LED示出为RGB，白LED也可用。对于OLED，背光和显示面板是一样的；

图2示出了两种类型的LED背光，直射和侧光式；

图3示出了示范性现有技术色彩和亮度校正系统；

图4示出了本发明中用于色彩和亮度非均匀性校正的步骤；

图5示出了本发明中色彩和亮度非均匀性校正系统的概视图；

图6是在示范性实验中、在校正前测量的灰电平192的三个刺激值(stimulus value)XYZ的2D等高线图；

图7是在示范性实验中、在校正前测量的灰电平192的像素位置的函数的三个刺激值XYZ的3D等高线图；

图8是在示范性实验中、在校正前测量的灰电平192色度值(x_c，y_c)的2D等高线图；

图9示出了为所述示范性实验选择的显示器上的7×7网格点图；

图10是用于纯灰、红、绿和蓝电平(Blue level)的、图9的网格点的测量的三刺激值Y的图表；

图11是用于纯灰、红、绿和蓝电平的、图9的网格点的测量的三刺激值X的图表；

图12是用于纯灰、红、绿和蓝电平的、图9的网格点的测量的三刺激值Z的图表；

图13是作为灰电平192的背光电压设置的函数的、图9的测量的三刺激值XYZ的图表。该电压值处于归一化范围内；

图14是作为灰电平255(纯白色)的背光电压设置的函数的、图9的测量的三刺激值XYZ的图表。该电压值处于归一化范围内；

图15是作为背光电压设置和灰电平信号的函数的三刺激值Y(亮度)的3D图表；

图16是测量的灰电平和从对应的测量的RGB级的和计算的三刺激值之间的差别(Δ)；

图17是具有包括的叠加校正的三刺激值Z的图表；

图18是用于三刺激值Y(亮度)的计算的像素响应函数的图表；

图19是用于灰电平255(纯白色)的、用于XYZ三刺激值的计算的背光响应函数的图表。该电压值处于归一化范围内；

图20是作为像素位置函数的、用于灰电平192的校正RGB值的3D图表；每个R、G和B是标示为单独的平面，其右上方示出有说明；

图21是作为像素位置函数的、用于灰电平255的校正RGB值的3D图表；每个R、G和B是标示为单独的平面，其右上方示出有说明；

图22是在校正后、测量的灰电平192的三刺激值的2D等高线图；

图23是在校正后、测量的灰电平192的色度值(x_c，y_c)的2D等高线图；

图24是校正前后、横跨像素位置计算的、给定可感知的色彩差别测量时的ΔE*uv值。还示出了具有高于可感知和低于不可感知的值的恒定值“2”表面，在右上方示出了3个表面的说明；以及

图25示出了适合环境光和温度的存储校正系数选择。

应了解，为了说明的简化和清楚，图中示出的单元并不需要按规定比例绘制。例如，相对其他单元，某些单元的尺寸可能被夸大以使其更加清楚。此外，被认为合适的是，在图中，附图标记可重复以指代对应或类似的单元。

具体实施方式

应了解，为了使得读者能透彻理解在此所述的典型实施例，对大量特定细节进行了描述。

然而，本领域技术人员应该理解，在此所述的这些实施例和/或实施可以无需这些特定细节即可实现。在其他例子中，众所周知的方法、程序和部件并未详细描述，以避免模糊在此所述的这些实施例和/或实施。此外，该说明并不能视为限制在此所述的这些实施例的范围，而是描述在此所述的各个实施例和/或实施的结构和操作。

图1示出了典型了LCD系统，其从色彩和亮度来看处于高级(high level)，并可被看作光源(也可称为背光面板)10或11，以及光调制器16显示器。该背光面板，如图1-A所示，由多个红、绿和蓝(RGB) LED 12组成，在该例子中，该面板称为LED-面板。在低成本消费型显示器中，3 RGB LED通常被单个白LED取代。或，该光源可由如图1-B中示出的多个CCFL管13或激光二极管(未示出)组成。光源发出的光具有强度分布14，该强度分布14取决于光源的类型、单元数量等，并通常由制造者提供。光调制器是LCD面板16，为液晶层。当在其前方加入RGB滤波器层时，该液晶层由形成RGB像素18的LC阵列组成。光源10和光调制器16是可变部件。光源可通过应用不同的电压给LED 12改变(调制)，且该光调制器可通过应用不同的输入(数字图像)信号给LC像素18改变。在LCD显示器系统中存在附加的固定部件，如通常是固定的光导和光散射器，他们可看作是光源的一部分。偏振光阀、滤色镜甚至可选传感器都可以是固定的，并看作是光调至器的一部分。

图1是进一步可用于平板显示器，该平板显示器并不具备背光面板，如OLED，在此光调制器面板中的有机化合物自身发射不同量的光以响应输入信号。在以下的讨论中，该典型实施例可通过将背光面板设置成一致来进行处理。

图2示出了两种常用类型的LED背光机构。一个是直射LED背光20，在此LED是面向前方并且是在观察方向直射照亮LCD面板。该LED面板也可是侧光式背光30，在此LED是垂直于观察方向的。需要附加光学器件，如反射棱镜以将发射光朝着LCD面板改向。这使得侧光式背光更有利于减少系统厚度。在图2的典型实施例中，LED定位于面板的底部朝向上方。然而，在实践中，LED可位于两边，底部和顶部或任意一侧。在这两种典型情况下，LED示出为三个(RGB)组，以产生白光，虽然该示出的方法也可用于白LED。

均匀性被定义成响应平台输入信号组的横跨显示器的亮度和色彩差异。平台信号或电平是1，在此给全部像素(x，y)分配恒定的数字RGB值：

(R(x，y)，G(x，y)，B(x，y))＝(R₀，G₀，B₀)，对于所有的(x，y)                   (1)

在此，R(x，y)是指像素位置(x，y)的R(红)分量值，G(x，y)和B(x，y)分别是指像素位置(x，y)的G(绿)分量值和B(蓝)分量值。该像素位置(x，y)是整数值，意指列x和行y，以及显示器的分辨率W×H的范围，在此W是水平分辨率且H是垂直分辨率：

0＜＝x＜＝(W-1)且0＜＝y＜＝(H-1)                                              (2)

然而，在此处公开的数学公式中，(x，y)被允许包括任何实数。像素色彩值(R₀，G₀，B₀)是[0，2^bn-1]中的整数取值，在此b_n是显示器的位深度，例如8，10等。在内部计算(internal computation)中，可允许色彩值为任何实数值，且当作为信号输入到显示器中时，可调节到允许的整数范围。

亮度和色彩的均匀性可以可测量物理量的形式定义。定义各种不同的可测量量来描述亮度和色彩。最广泛使用的是国际发光照明委员会(CIE)XYZ三刺激值，从该三刺激值可计算其他的相关量。该Y分量是辉度值，在本领域中表示为L，其通常称作亮度或强度，并具有单位堪/m²(cd/m²)。

对获得均匀显示来说，最小化辉度差异是最关键的。X和Z分量是正确定义色彩所需的附加色彩量，他们的测量单位也是cd/m²。用于显示的色彩，具有分解的辉度，以色度值的形式比XYZ的形式更易理解。色度分量(x_c，y_c)是以下公式所给出的衍生量(derived quantity)：

$x_c=\frac{X}{X+Y+Z}$

$y_c=\frac{Y}{X+Y+Z}---\left(3\right)$

Z_c＝1-x_c-y_c

因为在色彩科学中，(x，y)通常用于色度值，该c下标是包含在符号内以区分色度值和空间像素坐标。Z-色度z_c不是自变量因此并不使用。在CIE色度图上将色彩色度值作为坐标标示，并定义色彩的纯色层面，并将亮度或辉度的分量去耦。这样XYZ和x_cy_cY可看作完全定义任何显示的色彩的亮度和纯色方面的两个正交系统。因此，XYZ通常是测定量，x_cy_cY通常是用于描述颜色的量。显示器中RGB原色的典型的色度值(x_c，y_c)，对于R邻近(0.640，0.330)，对于G邻近(0.300，0.600)，对于B邻近(0.150.0.060)。纯白的色度(或灰电平)也可称为色温或白点。大多数色彩测量器械报告XYZ值和色度值。

因此，在该空间均匀性或非均匀性中，对于在特定电平(平台信号)测量的分量M＝{X，Y，Z，x_c，y_c}可定义成：

％均匀性＝100＊(1-(M_max-M_min)/M_max)

％非均匀性＝100-％均匀性                                            (4)

在此，M_max和M_min是在特定的电平、横跨显示器中全部像素(也就是全部(x，y))的测量的分量的最大值和最小值。特别地，给出辉度(亮度)均匀性如下：

％辉度均匀性＝100＊(1-(Y_max-Y_min)/Y_max)

                                               (5)

％辉度非均匀性＝100＊(Y_max-Y_min)/Y_max

在实践中，与每个像素形成对比，可通过在像素子集测量M来计算均匀性。此处使用的术语均匀性和非均匀性应理解为它们仅为两种不同的观点。

对于任何平台信号，理想的均匀显示器将具有相同的横跨全部像素的测量XYZ值。这将是横跨全部电平的100％均匀，这在实践中是不可能获得的。校正技术的目标是改善均匀性使其处于可接受的限度内。例如，在消费型显示器中，对于纯白(对于8位，级R₀＝G₀＝B₀＝255)，＞＝70％的灰度均匀度通常看作是足够的。在其他分量中的均匀性并不考虑。本方法提供以有效方式提供获得横跨多级的更高的均匀性的工具，其对于专业显示器来说是必须的，并且可用于提高消费型显示器的标准。此外，对辉度和色度的均匀性都进行了处理。因为色温或白点是色度值的子集。一旦色度处理完成后，色温和白点校正自动完成。

一旦非均匀性被量化并获得后，他们可电子校正。未决的专利申请11/649,765描述了一种用于应用色彩和几何校正的硬件系统。图3示出了色彩校正系统100并且其部件在此结合引用。

LCD显示器中的非均匀性的来源可分类成两组：a)来源于背光面板(光源)中的非均匀性；b)来源于LC面板(光调制器)中的非均匀性。这意味着非均匀性校正可通过调节背光面板或LC面板的变量控制来进行，或者在最常见的例子中，通过调节背光面板和LC面板的变量控制来处理。

在LCD背光的典型情况中，背光面板的可变控制是应用到LED的电压。其他的部件，如散射器是固定的并且不可变的。我们将这些电压表示为矢量

$\stackrel{\mathrm{\ρ}}{V}=\left[\begin{array}{c}{V}_1\\ V_2\\ M\\ V_L\end{array}\right]---\left(6\right)$

其中，V_i是第i个LED的电压，L是LED的总数量。如果将公共电压应用到全部的LED上，那么全部的分量将具有相同的值。该概念和数学式将应用到具有i个管的CCFL和LD背光面板。

LC面板的可变控制是单个像素数字RGB值，其为输入数字信号自身。以下符号将可交替地使用以指示像素值：

(R(x，y)，G(x，y)，B(x，y))，或

$\stackrel{\→}{C}(x,y)=(C_1(x,y),C_2(x,y),C_3(x,y)),\left\{\mathrm{1,2,3}\right\}=\{R,\mathrm{CB}\}---\left(7\right)$

如果使用平台电平，接着像素位置相关性将下降：

(R，G，B)，或 $\stackrel{\→}{C}=(C_1,C_2{C}_3)---\left(8\right)$

图4示出了本发明的一个实施例，其中表明并在此解释了用于非均匀性校正方法40的步骤。在第一步骤41，在一个或多个背光(电压)设置测量显示器的均匀性以响应一个或多个平台信号组

所述显示器的均匀性由任何一个或多个可测量物理量M_i∈{X，Y，Z，x_c，y_c}表征。42中该测量的数据表示为：

如前所述，由于非均匀性，测量值取决于像素位置(x，y)、背光源的该平台信号

和电压信号对于每个背光设置，在测量步骤中，全部的光源分量通常设置成公共值。如果只有亮度被校正，那么仅辉度值M_i＝Y将被测量。对于均匀显示，M_i对于所有的像素都将是恒定的，并独立于(x，y)。非均匀性校正的目的是将该一般可变量变成仅取决于输入信号和背光电压的空间恒定值

从步骤42测量的数据，在步骤43重建显示器对任意RGB信号的响应。该响应在步骤44中表示为函数，该函数将要用来计算该校正。每个物理量具有其自身的响应，允许测量数据写作如下函数：

在重新校准阶段45，确定具有均匀测量所需的信号

和电压

的校正。

其寻找恒量的解决方案：

在此，

是新信号或新像素值，这是由于(x，y)中的非均匀性变化，并还依赖于输入像素值。

是LED的新电压设置，其也可取决于像素值。然而，如将要示出的，可使得

像素值独立。该解决方案本质上是在多个变量中计算倒数：

因此，非均匀性校正可写作：

的计算是在已知为网格点的

参数空间中的坐标子集完成的。例如，(x，y)可为1920×1080分辨率显示器中17×17像素位置子集。其中有用于此的各种理由：

1)测量数据可仅在离散点可用。

2)为了加速处理，仅测量点子集。

3)非均匀性差异是平滑的且可从点子集准确测量。

4)该测量点通常被认为与LED几何对应，因此使用更小的子集，因为LED的数量比像素分辨率小得多。

5)准确计算反解(以变量形式)是不可能的，并且必须数字地完成，因此通过使用点的子集显著减少计算时间。

这样，在步骤46，该计算提供校正网格数据。在校正重建阶段47，将步骤46中获得的校正网格数据转换成函数形式，这样其可应用到全部的像素位置和色彩值。与等式(11)类似，在步骤48可获得校正函数：

$V_i^{\′}=F_V(i,V_i,\stackrel{\mathrm{\ρ}}{C})---\left(15\right)$

该函数F_v在第i个LED、给定其初始电压和输入像素值以提供新电压电平。该校正函数F_c是指如像素校正图或像素图的缩写，校正函数F_v是指如背光校正图或背光图的缩写。校正函数的格式可由将该校正应用到显示器的硬件确定。通用硬件有效格式在美国专利7,324,706中有所描述，在此使用多项式表面函数形式(polynomial surface functional form)来表示数据点组。

在最终步骤49，可使用硬件电路将该校正图应用到输入信号和背光控制。该硬件评价该地图并发送新像素值给显示器控制器，发送新电压值给背光控制器。未决的专利申请11/649,765描述了用于在像素图级应用色彩校正的硬件系统100(图3)。由于高效的函数形式可在低成本FPGA中实施类似的系统。对于背光调节，相同的硬件可用于评价背光图并提供新电压值给LED。

非均匀性校正方法40的步骤提供了高效准确的校正LCD显示器中亮度和色彩非均匀性的方法。图5示出了本发明的实施例的概图，如采用该方法的典型系统。该系统包括捕获装置52，如捕获并提供参考图像51的可测量特征的色度计，该参考图像51通常是平台电平，由输入图像生成器58创建并在LCD面板50上显示。处理单元(可以是嵌入式处理器或在计算机上独立运行的软件)54针对该待定值分析该测量值并生成校正网格数据，该校正网格数据包括可校正非均匀性的新像素值图和LED电压设置。硬件处理器56，如专利申请11/649,765中描述的一个，实施和应用该校正到输入图像并递交到显示器50。在此非常详细地介绍该系统的每个部件的功能。

物理量41的测量通常是使用色度计或分光辐射度计执行的。这些装置52形成两种形式：亮度计类型和2D成像照相机类型。分光辐射度计通常是在给定点或像素测量物理量的点亮度计。可测量特定像素或可测量特定像素的定义邻域中的平均值。分光辐射度计是非常准确的装置，并通常在校准色度计中使用。色度计可作为点亮度计或2D成像照相机使用，在该点亮度计中，可在单个点或在该单个点附近执行测量。在后一形式中，在2D(x，y)位置空间中同时测量极大量的像素。用户可指定测量的像素位置。通常点的规则网格，表示为N_y行乘N_x列，是从2D照相机影像中提取并用于计算的。与点亮度计类似，该照相机在测量像素的小定义邻域上执行平均。在优选实施例中，将2D成像照相机类型的色度计用于测量，因为通过定义，非均匀性是在2D(x，y)位置的测量。另外，色度计的像素邻域平均处理使得其自身能良好地表征非均匀性，因为视觉感知并不检测单个像素(除了“断裂(broken)”像素)，而是在邻域像素上平均。点亮度计能用作点的2D网格的准确测量。然而，这需要在整个显示器上物理移动点亮度计，并且除非测量少量的点，否则这将浪费时间。可使用多个点亮度计，但是这将是昂贵的。无论如何，该方法与任何特定测量仪器无关，仅需要测量在x和y方向上采样的数据点的网格。2D和点色度计能测量所有的相关物理量，如XYZ三刺激值。在以下的典型讨论中，该术语照相机是指2D色度计。

该测量过程进一步需要选择一组将要输入显示器的平台参考信号51(也可称作信号电平或电平)。可使用商业上可获的工具，如测试图样发生器制造或提供所需电平组。将要测量的电平的数量和他们的对应像素值，取决于几个因素，包括：

1)非均匀性所在的电平将要表征。在最常见的例子中，在纯白RGB＝(255，255，255)计算和校正非均匀性，其中需要测量更少量的电平。

2)校正的类型，这是仅需要亮度校正、仅需要色彩校正或是同时需要亮度和色彩校正。

3)校正的准确性。如果所需的均匀性是非常高的，需要捕获更多的电平。

4)显示器非均匀性特性。取决于显示器的非均匀性有多差，如果在纯白仅校正亮度，可能需要很多电平。

5)整个校正过程的速度。在制造环境中，取决于生产产率，速度是最重要的因素。测量很多电平可能是不切实际的。

这些因素不仅确定参考电平，还影响在测量阶段后的步骤中使用的方法和优化。

通过使用色彩叠加原则，可在数量上较大程度地降低参考电平。在XYZ值方面，该原则规定在附加色彩系统(如LCD)中两个独立色彩源的组合产生的色彩具有的三刺激值为两个源的三刺激值之和。在等式中

新色彩＝色彩1+色彩2

色彩1：(X₁，Y₁，Z₁)，色彩2：(X₂，Y₂，Z₂)                     (16)

新色彩：(X，Y，Z)＝(X₁+X₂，Y₁+Y₂，Z₁+Z₂)

LCD上显示的图像由3个独立色彩分量R，G和B组成。该叠加原则意味着任何色彩(R，G，B)的三刺激值可通过增加R、G和B分量的三刺激值来计算：

X_{(R，G，Ｂ)}＝X_R+X_G+X_B

Y_(R，G，B)＝Y_R+Y_G+Y_B                                       (17)

Z_(R，G，B)＝Z_R+Z_G+Z_B

因此，显示器的非均匀性可通过测量纯红、纯绿和纯蓝的电平来完全表征，纯意味着剔除了其他分量(像素值0)。任何组合色彩，包括灰电平，可通过单个分量(R，G，B)的合适和来获得。使得N_C，C＝{R，G，B}，表示分量C的纯电平量。在最常见的校正横跨全部像素色彩值的亮度和色彩的例子中，接下来要测量的电平：

纯红电平：(R，G，B)＝(R_i，0，0)，i＝1...N_R

纯绿电平：(R，G，B)＝(0，G_j，0)，j＝1...N_G

纯蓝电平：(R，G，B)＝(0，0，B_k)，k＝1...N_B    (18)

$0\≤R_i,G_j,B_k\≤2^{b_n}-1$

b_n指示位量(如8)。在实践中，当剔除两个分量产生纯色(通过设置像素值为0)，通过剔除的液晶和他们的滤波器，从背光中连续漏光。这通过小但是不可忽略的数量破坏等式(18)。该漏光是指如黑电平补偿。当全部的像素都设置成0时(R＝G＝B＝0)测量漏出的光量。为了校正黑电平补偿，作为叠加原则的测试，也测量纯灰电平，在此(R＝G＝B)。实际上，如果仅完成辉度校正，通常仅足以测量纯灰电平。因此，纯灰度的N_W量可增加到参考电平用于测量纯灰电平：(R，G，B)＝(W_l，W_l，W_l)，l＝1...N_W

$0\≤W_l\≤2^{b_n}-1---\left(19\right)$

W_l指示分配给每个色彩分量用于纯灰电平的公共像素值，在最常见的情形中，将要测量的电平组，总结如：

测量信号电平：                                             (20)

i＝1...N_R；j＝1...N_G；k＝1...N_B；l＝1...N_W

实际上，可根据上面讨论的因素测量更小的子集。

除了不同电平的数据，也需要在不同背光电压设置的测量数据。原则上，每个LED的电压降单独变化，且测量三刺激点扩展函数(PSF)。这样，PSF是指单个LED在(x，y)空间中光的扩展。在实践中，改变各个LED并确定三刺激值在电压和(x，y)空间中的变化是非常难并且耗时的。作为替代，对于全部的LED，可将电压设置改变到公共值，且测量三刺激量以确定电压相关性。这本质上忽略PSF中包含的(x，y)相关性。不同的电压设置由以下内容指示：

测量电压设置：

V_si，i＝1...N_V                                               (21)

在第i设置：V₁＝V₂＝...＝V_L＝V_si

对于给定电压，将相同的设置应用到全部LED。该公共电压Vsi是指如公共或初始背光设置。这需看作如背光控制，其确定全部电压的公共状态(common state)。这样的控制通常在显示器OSD中提供。在(21)中，电压设置成与控制相等，但是该控制通常为归一化量，与LED电压直接成比例。可改变该LED电压以在非均匀性区域内提供更高或更低的光强(辉度)，如将在以下所述。可也改变他们以调节RGB LED的色彩均匀性。然而在实践中，这是不可靠的，因为色度校正更精细，要求更精确的控制。因此，彩色校正可以由像素图进行更好的处理。在实践中，在电压变化方面，RGB LED可看作与白LED处于同一地位的单元。我们使用这来简化下列等式，虽然该方法容易扩展以具有单独的RGB电压控制。

为了生成背光校正图，必须知晓PSF函数，其规定了来自单个LED的光在(x，y)空间内展开。单个LED将照亮很多像素且通过背光校正图改变其电压降，将会影响很多像素。可通过开启单个LED到其最大值和捕获(x，y)中的强度变化，在背光面板测量PSF函数。该PSF也可通过合适的数学模型(如高斯)模拟。或，在没有PSF函数的情况下，可使用迭代方法来计算背光校正图。将讨论这两种情况。在一个实施例中，PSF是给定的(提供的，估计的或是直接测量的)。在另一实施例中，PSF是未知的。在RGB LED背光的典型例子中，来自三个LED的光组合以形成具有广阔光谱分布、入射到LC面板上的白光。如果单个LED并没有被单独调节以改变白光的色度，单个PSF，与白LED PSF类似，可用于描述3LED的联合作用。这与从电压调节观点将它们看作一体类似。

对于图5中示出的具体系统，该测量通过以下步骤执行：输入图像生成器58在给定背光(电压)设置下、输入在(20)中的每个电平给显示器50，并使得照相机52捕获显示器输出。如图5所示，照相机52放置在显示器50的前面，定位成尽可能大地捕获整个显示器到其传感器上。该照相机像用户一样准确观察显示器，这样照相机提供的非均匀性测量匹配可被用户感知的非均匀性测量。这意味着当图像是被用户的视觉系统感知时，本发明在最终点校正整个显示器系统的非均匀性，而不去考虑非均匀性的来源(LED，散射器、LC面板等等)。校正在显示器的输出的最终图像在获得高质量显示是非常关键的。重复该过程用于(21)的全部背光设置。

对于照相机捕获的图像，本质上可提取该物理量用于全部像素。虽然照相机的分辨率限制能够准确测量的像素数量，但该数量是远大于通常获取的数据点的数量的。全部的色度计装备有用于提取数据用于任何用户指定网格点组的软件。数据可用于全部像素，但是小得多的子集通常用于计算，因为均匀性是光滑改变的函数(smoothly varying function)，其在大量像素上改变并且不基于每个像素成分(pixel basis)。获得测量数据的像素位置，取N_y行乘N_x列的规则网格，可表示为：

在测量的a列，b行的像素：(x_a，y_b)，a＝1...N_x，b＝1...N_y    (22)

在一个典型设置中，出于说明的目的，使用辐射成像有限公司(RadiantImaging Inc)的2D色度计PM-1423F。测量数据42，部分的以不同的图表显示。全部的三刺激值量都使用单位cd/m²。图6示出了在默认背光设置为0、对于电平(192，192，192)(也就是中-高灰电平)、测量的横跨显示器的XYZ三刺激值(Y也称作辉度L)。该显示器是1920×1080分辨率，x坐标范围是[0，1920]，且y坐标范围是[0，1080]。显示器的原点是左上方，其x坐标水平增加到右方，且y坐标垂直增加到底部。该电压设置是“归一化”(也就是线性成比例和移位)-16到+16的无单位范围，其-16对应于近0伏。图7示出了相同数据的3D图表。图8示出了在相同电平横跨屏幕的色度值(xc，yc)的2D等高线图。为了使该图表更加清楚，该等高线被去除。对于全部的电平，可以获得2D/3D图表。图10示出了背光设置为0、8W(灰度)、横跨屏幕的7×7像素位置的子集(网格点)的R，G和B电平的辉度(Y)值的图表。(在计算中实际上使用更大数量的网格点，但是在图表中为了清楚起见，仅示出较小的子集)。如图9所示，该网格点位置，从中央开始在x和y相等间隔，叠加到显示器的图像上。在该典型数据中，该电平取(对于8位显示)：

测量电平：{32，64，96，128，160，192，224，255}                  (23)

对于给定电平，在不同像素的测量值可看作彼此垂直移置(displaced)(也就是，像素的Y不同)。如果没有非均匀性，对于给定电平，全部像素点将是一致的。图11和12示出了用于三刺激值X和Z的相同数据。应注意，X，Y和Z的最高贡献分别来自于R，G和B分量，如从三刺激响应分布曲线图所预料的。另外，数据平均跟随幂定律函数形式(power law functional form)。如从不同的图表所见，在亮度和色彩中，该显示器具有横跨所有电平的非均匀性，表征为XYZ或x_cy_cY中的变化。在中-灰电平(192，192，192)，辉度和色彩中的均匀性以及对应的非均匀性，在表1中示出。

表1-校正前的均匀性统计数据

物理量	％均匀性	％非均匀性	平均
				三刺激值X	57.56	42.44	37.53cd/m2
三刺激值Y(辉度)	58.73	41.27	40.58cd/m2
				三刺激值Z	52.07	47.93	52.12cd/m2
**色度xc	93.85	6.15	0.2882
				**色度yc	91.03	8.97	0.3119

三刺激值中的非均匀性是非常大的，横跨显示器的辉度仅58.73％均匀。

色度坐标的非均匀数量是易误解的(因此，**标记)，并像是建议色彩是均匀的。因为色度值是～0.3阶(order)，即使在非均匀性显著时，从等式(4)计算的％均匀值偏大。对于色度，0.02阶的变化可见。因此，考虑三刺激值更加准确，在此X和Z中的非均匀性将导致色彩中的可感知的显著的非均匀性。在类似的方式中，可在全部测量电平计算非均匀值。特定的测量显示器在辉度和色彩中具有极大量的非均匀性，其以LCD显示器为代表。在此，来自示例实验的数据用于参照图5详细描述本发明的各个实施例。

改变背光电压设置，在同一7×7像素位置、对于灰电平192和255的三刺激值，示例结果可分别从图13和14的图表中可见。该电压控制可设置到[0，8，16]。如(21)中所讨论的，将相同的设置应用到全部的LED。对于给定设置的像素位置，再将非均匀性看作是垂直移置的三刺激值。与横跨像素值的差异不同(图10-12)，电压空间中的差异看来是非常线性的。这是LCD背光单元的公共行为，并且可用于简化响应计算。图15示出了辉度Y的差异，其作为像素值(用于纯灰电平)和背光设置的函数-这些点由网格(mesh)连接。像素空间中的功率形式(power form)和来自电压空间的线性清楚可见。

物理测量完成后，下一步是重建显示器响应43和确定响应函数44。这本质上意指转换离散测量网格数据42到函数形式(11)，这样可为全部电平、全部LED电压设置和全部像素位置计算校正。首先定义不同响应函数44，每个物理量XYZ，具有独立响应函数44(i＝X，Y，Z)：

响应函数44可解耦到两个分量。如图1中所示，从LCD显示器上的构造(architecture)，背光面板10和LC面板16连续作用。背光面板10为光源，产生前向入射(front incident)到LC面板16上的光，接着，采用像素值修正这些光，最后的响应是来自背光的光和像素修正的乘积。这意味着，该响应可写成背光响应

和像素响应

的乘积，其中前者取决于电压而后者取决于电平：

此外，(25)的乘积形式意味着可在固定电压研究该响应，接着在电压参数中功能性连接这些固定电压的响应。该连接可在校正阶段做出。这样，在给定电压，每个数据集所需的响应如下：

为每个

的设置计算的

此外，通过利用每个像素在LCD显示器中单独运作并且不受邻近像素的影响的事实，可进一步缩减。在给定像素的校正仅取决于在该像素的响应。因此，可为全部像素单独计算该响应和校正。响应的(x，y)相关性可随着对在每个测量像素位置计算的下列步骤的理解而降低：

计算每个测量像素位置(x_a，y_b)和每个

设置                                            (27)

接下来，可采用叠加原则来进一步简化响应形式。根据等式(17)任何RGB色彩的XYZ响应是R，G和B的分量响应和。使得

为测量量i∈{X，Y，Z}的响应函数44，这是应用纯电平j∈{R，G，B}的结果。接着(27)意味着：

-红分量响应函数

-绿分量响应函数                                (28)

-蓝分量响应函数

这样简化了响应函数44的确定以寻找9函数

其遵循图10-12中第2-第4图表所描述的数据。这些响应在固定的背光设置并且可称作像素响应，因为他们依赖像素色彩电平。在仅需要灰电平(W＝R＝G＝B)的辉度校正中，(28)简化为单个函数：

函数(29)将遵循图10的第一图表中的灰电平数据。仅灰电平的辉度校正是LCD显示器中非均匀性校正的公共需求，特别是当关注速度和成本的时候。在本发明的统一方法中，仅辉度校正是在相同的方案中处理。与灰电平Y响应类似，X和Z的函数为定义的

然而这些在实践中很少使用。如上所述，在像素相关性后，将电压相关性纳入考虑。这需要背光(电压)相关性，也就是，该函数表示图13-14中在特定电平的数据。该背光响应可表示为：

-背光设置的X响应

-背光设置的Y响应                                    (30)

-背光设置的Z响应

虽然像素响应是在固定电压，但是背光响应确是在固定色彩电平。对于最常见的校正，仅使用纯白的背光响应(图14)或使用少量的灰电平的背光响应。与像素响应类似，该背光响应是在每个像素位置(x_a，y_b)确定的。

响应函数44到(28)的简化取决于叠加等式(17)的有效性。给定叠加误差，漏光产生的黑电平是破坏该等式的一个因素。偏差(discrepancy)的可能来源是显示器RGB原色或照相机滤波器与理想状态间的差异。因此，在计算响应之前，调节这些实际差异是非常重要的。为了调节黑阶或其他因素，在每个电平，将R，G和B的XYZ测量值的和与同一灰阶(R＝G＝B＝W)的XYZ测量值进行比较，这些由于非理想行为产生的差别，叫做Δ叠加(ΔX_S，...)，为：

ΔX_S＝X_W-(X_R+X_G+X_B)

ΔY_S＝Y_W-(Y_R+Y_G+Y_B)                                            (31)

ΔZ_S＝Z_W-(Z_R+Z_G+Z_B)

在平均多个测量像素以后，图16中可见三刺激值的差别。总的来说，除了高电平的Y和Z以外，与理想特性的偏差是非常小的。当计算纯R，G和B响应时，其他的2像素分量是剔除的(设置为0)，然而光仍然从剔除的液晶中漏出。在增加这三个响应之后，与计算对应的灰电平的例子相比，漏光(也称作黑电平)被不正确地增加了6倍。对于辉度Y，纯灰度实际上比和的值更大，这是可以理解的，因为全部的波道(channel)同时为0，记录的强度可能稍高。为了校正叠加错配，通过该Δ调节测量数据以确保R，G，B和W数据的匹配。该校正可写作：

X_i(校正的)＝X_i-r_XiΔX_S

Y_i(校正的)＝Y_i-r_YiΔY_S

Z_i(校正的)＝Z_i-r_ZiΔZ_S                                  (32)

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{r}_{\mathrm{Xi}}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{r}_{\mathrm{Xi}}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{r}_{\mathrm{Zi}}=1,i=R,G,B$

r-因数确定叠加校正在R，G和B分量中的扩展，并可是可编程的。将

他们全部设为0意味着不对叠加误差进行校正。例如，可采用下列扩展：

r_XR＝1，r_XG＝r_XB＝0

$r_{\mathrm{YR}}=r_{\mathrm{YG}}=r_{\mathrm{YB}}=\frac{1}{3}---\left(33\right)$

r_ZR＝r_ZG＝0，r_XB＝1

该扩展是基于下列事实，X和Z分别朝着R和B更为加权(moreweighted)，而Y更关于G对称。图17中示出对于三刺激值Z，具有应用的黑电平补偿校正的数据。可能的是，该校正导致XYZ负值-这些可约等于0或可采用替换的扩展来避免负值。以下将采用其来完成校正(33)。

已定义了各种响应，可使用数据建模的方法来计算函数44。与本发明相关的两个主要方法是：数据拟合或内插；以及使用已知数学模型来表示数据。然而，应理解，任何数据建模方法都可以使用。

在第一方法中，通过响应函数44拟合和内插该数据点。拟合是优选的，因为它更不容易收到测量误差的影响。如果已知数据是非常准确的，可使用内插。在当前的典型讨论中，“最小二乘法拟合”方法用于建模数据。商业软件包可用于执行最小二乘法拟合。拟合常用的基是多项式基。在本发明的示例性说明中，对数据做立体(三次)多项式拟合，但是在等式中次数是通用的(表示为d)。拟合方法的变形是使用一系列的拟合函数；也就是，响应由不同的拟合局部表示。分段线性函数仅仅是例子。因为在给定电平的校正是局部的(可认为变化较小)，最好地表示该响应的函数可在不同电平修正。不需要使用全局函数。对于一电平(如255)，第一多项式效果最佳，但对于另一电平(如192)，可使用不同的多项式。

第二方法采用基于已知显示器特性的特定模型。如果仅少量数据点可用或该数据点是不可靠的时，该方法特别有用。对于LCD显示器，强度被认为按照幂定律作用。这使得可在最红、绿、蓝或白时、从少至一个测量电平估计响应函数44。如果在最白W_max(255)的辉度是Y_max，那么，可使用幂定律函数估计响应函数(29)：

$F_Y^W\left(W\right)=Y_{\max }{\left(\frac{W}{W_{\max }}\right)}^{\mathrm{\γ}}---\left(34\right)$

幂值，称作伽马γ，约为2.2。实际系统偏移等式(34)，因此如果准确的数据可用，优选使用拟合。然而，由于速度和有限测量的限制，等式(34)或类似数学模型通常是最佳的解决方案。在(34)中，在所有像素的Y_max的差异中固有非均匀性。可增加可变黑电平补偿Y₀到(34)中的模型，这给出与W＝255和W＝0匹配的模型。

这两种方法也可组合使用。可校正一个电平，使用拟合可获得更好的结果，且在另一电平，幂定律是最佳的。

假定有足够的数据可用，可实施第一方法的三次拟合以确定响应函数44。对于典型实施例的7×7像素位置，这些已经在图18中、在辉度(三刺激值Y)的测量数据的上方图示出了。灰度响应函数

位于该第一图表上，红响应函数位于下一图表上，以顺时针的顺序如此等等。响应函数44可写作：

$F_i^R\left(R\right)={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Rn}}^i{R}^n$

$F_i^G\left(G\right)={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Gn}}^i{G}^n$

$F_i^B\left(B\right)={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Bn}}^i{B}^n---\left(35\right)$

$F_Y^W\left(W\right)={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Wn}}^Y{W}^n$

这些函数可在每个测量像素位置(x_a，y_b)计算。类似地，背光响应函数通过拟合图13-14中的数据生成。电平255的该三刺激值XYZ的背光响应在图19中示出。因为该相关性是线性的，可使用线性多项式。该响应函数可写作：

$F_X^V\left(V\right)=a_{V1}^{X}V+a_{V0}^X$

$F_Y^V\left(V\right)=a_{V1}^{Y}V+a_{V0}^Y---\left(36\right)$

$F_Z^V\left(V\right)=a_{V1}^{Z}V+a_{V0}^Z$

量

是线性拟合系数。这些响应也可在全部的测量像素位置计算。

图18中示出的全局响应全部是像素值的严格单调函数(随着像素值的增加而增加)，具有数学正倒数。然而，全局单调函数可以是不可能的，因为底层数据(underlying data)不是单调的。对于LCD显示器，这确实会发生，特别是在低电平或高电平时，数据可能不是单调的。捕获数据中的困难也将导致非单调数据。图17中的Z三刺激数据示出了这样的非单调性。根据与函数值相关的非单调程度，可使得计算校正变得困难并导致错误结果。如果非单调性成为问题，将有可能的解决方案。一个是与全局地定义响应函数相反，在RGB空间中局部地定义响应函数，在此其是单调的，接着解决在已校正的电平的邻域的校正。假如校正值在该单调邻域内，这是可接受的。第二可能的解决方案是，移位和缩放该全局响应函数以使其单调。如果移位/缩放不会使得响应显著偏离真实值，这是可接受的。例如对于R取Z三刺激值，使得响应的全局最大和全局最小值表示为Z_max和Z_min，分别在R_Zmax和R_Zmin出现。由下式给出移位和缩放的响应函数

${\tilde{F}}_Z^R\left(R\right)=F(R\left(\frac{R_{Z\max }-R_{Z\min }}{R_{\max }}\right)+R_{Z\min })$

${\tilde{F}}_Z^R\left(0\right)=Z_{\min }---\left(37\right)$

${\tilde{F}}_Z^R\left(R_{\max }\right)=Z_{\max }$

在该例子中，R_max＝255，最大8位位值。这假定在全局最大/最小值之间没有局部最大/最小值，通常情况也是这样的。在0和R_max函数(37)可通过如下归一化到Z₀和Z₁的值：

${\tilde{F}}_Z^R\left(R\right)=\left(\frac{Z_1-Z_0}{Z_{\max }-Z_{\min }}\right)(F(R\left(\frac{R_{Z\max }-R_{Z\min }}{R_{\max }}\right)+R_{Z\min })-Z_{\min })+Z_0$

${\tilde{F}}_Z^R\left(0\right)=Z_0---\left(38\right)$

${\tilde{F}}_Z^R\left(R_{\max }\right)=Z_1$

有些时候，这在计算中用于将R＝0处的数据引到0。在下文中，如果需要的话，可构思执行任何非单调性的调节并使用相同的符号。

响应函数(35)和(36)对于全部电平和背光设置全面表征显示器。下一步骤，该重校准阶段45，将使用这些响应来构建校正网格46。该校正网格46在每个测量点提供一组新的RGB值，这将导致物理量或响应在(x，y)中恒定，也就是在整个显示器上是均匀的。测量值将仅取决于电平

和背光设置

(见等式(10))。

该均匀值查找是从测量数据计算的。最常见的选择是取平均值，最小值或最大值。使M_ab表示在像素位置(x_a，y_b)的任何测量量{X，Y，Z，x_c，y_c}，接着可将所需均匀量写作：

平均值： $\stackrel{\‾}{M}\frac{1}{N_x\×N_y}\underset{a=1}{\overset{N_x}{\mathrm{\Σ}}}\underset{b=1}{\overset{N_y}{\mathrm{\Σ}}}{M}_{\mathrm{ab}}$

最小值： $\stackrel{\‾}{M}=\min \left(\right\{M_{\mathrm{ab}}\},a=1...N_x,b=1...N_y)---\left(39\right)$

最大值： $\stackrel{\‾}{M}=\max \left(\right\{M_{\mathrm{ab}}\},a=1...N_x,b=1...N_y)$

为每个电平

和电压

计算这些量，然而为了使该符号简单，并未明白地显示该相关性。在示出的例子中，将使用平均值和最小值。条符号(barnotation)

将表示通过校正寻找的均匀值。

对于固定电压，重校准步骤45说明如下。假设固定电平

(或对于灰电平的辉度校正，

)，基于位置找出新像素值(或W′)，这将产生与位置无关的均匀响应。应注意，正在校正的电平无需是已被测量(18)的电平，因为在(35)中已经计算全部RGB值的响应。在数学术语中，需要求解非线性等式的下列系统：

I)全体电平的辉度+色彩校正

(R，G，B)→(R′，G′，B′)

R′＝R+Δ_R，G′＝G+Δ_G，B′＝B+Δ_B                                       (40)

$\stackrel{\‾}{X}={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Rn}}^X{R}^{\′n}+{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Gn}}^X{G}^{\′n}+{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Bn}}^X{B}^{\′n}$

$\stackrel{\‾}{Y}={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Rn}}^Y{R}^{\′n}+{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Gn}}^Y{G}^{\′n}+{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Bn}}^Y{B}^{\′n}---\left(41\right)$

$\stackrel{\‾}{Z}={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Rn}}^Z{R}^{\′n}+{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Gn}}^Z{G}^{\′n}+{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Bn}}^Z{B}^{\′n}$

II)仅灰电平的辉度校正：

W→W′                       (42)

$\stackrel{\‾}{Y}={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Wn}}^Y{W}^{\′n}---\left(43\right)$

(x，y)空间相关性是固有的，其中系数取决于(x，y)，也就是，对于每个像素位置(x_a，y_b)，求解上述系统。新值(R’，G’，B’)被认为不是显著不同于(R，G，B)的。符号(Δ_R，Δ_G，Δ_B)表示像素值的改变，在该方面，等式系统可以是用该符号表示并且求解。对于LCD，报告辉度和色度(x_cy_cY)而不是XYZ是标准操作。这两种描述是等同的并且可通过等式(3)在两者之间转换。类似地，以x_cy_cY形式的表达式是：

${\stackrel{\‾}{x}}_c=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{m=1}^3{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{mn}}^X{\left(C_m^{\′}\right)}^n}{\underset{i=X,Y,Z}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\Σ}}_{m-1}^3{\mathrm{\Σ}}_{n-0}^d{d}_{\mathrm{mn}}^i{\left(C_m^{\′}\right)}^n}$

${\stackrel{\‾}{y}}_c=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{m=1}^3{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{mn}}^Y{\left(C_m^{\′}\right)}^n}{\underset{i=X,Y,Z}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\Σ}}_{m-1}^3{\mathrm{\Σ}}_{n-0}^d{d}_{\mathrm{mn}}^i{\left(C_m^{\′}\right)}^n}---\left(44\right)$

$\stackrel{\‾}{Y}={\mathrm{\Σ}}_{m=1}^3{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{mn}}^Y{\left(C_m^{\′}\right)}^n$

在此，m＝1，2，3指数(index)分别对应于R，G和B，C₁′＝R′，C′₂＝G′且C′₃＝B′，，且使用(3)类似定义到(39)。在使用平均数的情况下，一个具有

${\stackrel{\‾}{x}}_c=\frac{1}{N_x\×N_y}\underset{a=1}{\overset{N_x}{\mathrm{\Σ}}}\underset{b=1}{\overset{N_y}{\mathrm{\Σ}}}\frac{X_{\mathrm{ab}}}{X_{\mathrm{ab}+Y_{\mathrm{ab}}+Z_{\mathrm{ab}}}}$

${\stackrel{\‾}{y}}_c=\frac{1}{N_x\×N_y}\underset{a=1}{\overset{N_x}{\mathrm{\Σ}}}\underset{b=1}{\overset{N_y}{\mathrm{\Σ}}}\frac{Y_{\mathrm{ab}}}{X_{\mathrm{ab}+Y_{\mathrm{ab}}+Z_{\mathrm{ab}}}}---\left(45\right)$

(45)的右手侧的表达式可看作色度值的响应函数，然而，他们并不遵循分量RGB色度形式的叠加(增加)原则。因此，在此介绍的方法(其中响应函数是以XYZ的形式和后来计算的色度定义)是更有效和易处理的方法。等式(41)和(44)定义了三个非线性等式的系统，该系统需要对(R′，G′，B′)求解。一旦对全部位置、电平和电压做出计算，这将给出校正网格46。

可直接以XYZ三刺激值的形式写出替换公式((41)和(43)的)。首先定义响应函数的反函数：

$f_c^X\≡{\left(F_X^c\right)}^{-1},$ $f_c^Y\≡{\left(F_Y^c\right)}^{-1},$ $f_c^Z\≡{\left(F_Z^c\right)}^{-1},$ c＝R，G，B                                   (46)

有响应函数(35)的反函数，且可通过取反(35)计算或通过拟合RGB电平作为测量XYZ的函数，替代测量XYZ作为RGB电平的函数。同样适用符号(C＝R，G，B)：

X_C：在电平

分量C的测量X值

X′_Ｃ：为了均匀性在电平C分量C的所需X值

Y_C：在电平

分量C的测量Y值

Y′_C：为了均匀性在电平C分量C的所需Y值                (47)

Z_C：在电平分量C的测量Z值

Z′_Ｃ：为了均匀性在电平C分量C的所需Z值

等式(41)的系统变成：

$\stackrel{\‾}{X}=X_R^{\′}+X_G^{\′}+X_B^{\′}$

$\stackrel{\‾}{Y}=Y_R^{\′}+Y_G^{\′}+Y_B^{\′}$

$\stackrel{\‾}{Z}=Z_R^{\′}+Z_G^{\′}+Z_B^{\′}$

$0=f_R^X\left(X_R^{\′}\right)-f_R^Y\left(Y_R^{\′}\right)$

$0=f_R^Y\left(Y_R^{\′}\right)-f_R^Z\left(Z_R^{\′}\right)---\left(48\right)$

$0=f_G^X\left(X_G^{\′}\right)-f_G^Y\left(Y_G^{\′}\right)$

$0=f_G^Y\left(Y_G^{\′}\right)-f_G^Z\left(Z_G^{\′}\right)$

$0=f_B^X\left(X_B^{\′}\right)-f_B^Y\left(Y_B^{\′}\right)$

$0=f_B^Y\left(Y_B^{\′}\right)-f_B^Z\left(Z_B^{\′}\right)$

这是9个未知(X′_C，Y′_C，Z′_C)的9个非线性等式的系统。最后6组等式强加该限制(实际独立变量仍是RGB)，因此反响应必须是相等。求解(48)，给出新的RGB值为：

$R^{\′}=f_R^X\left(X_R^{\′}\right)=f_R^Y\left({Y^{\′}}_R\right)=f_R^Z\left({Z^{\′}}_R\right)$

$G^{\′}=f_G^X\left(X_G^{\′}\right)=f_G^Y\left({Y^{\′}}_G\right)=f_G^Z\left({Z^{\′}}_G\right)$

$B^{\′}=f_B^X\left(X_B^{\′}\right)=f_B^Y\left({Y^{\′}}_B\right)=f_B^Z\left({Z^{\′}}_B\right)$

与(48)类似，也可获得以色度坐标的形式的等式。因为该公式隐藏RGB相关性，优选换做与(41)和(43)共同使用。然而，应注意，两者是等同的。

等式(41)描述了3个变量中3个非线性等式的系统，并且可使用已知的非线性数字优化程序求解。然而，对于实时计算，这不容易实施。通过使用合适的线性模拟，可将(41)转换成可快速求解的线性系统。回到(41)需要对正在校正的每个电平求解。期望新值是在正在校正的电平的邻区。特别的，(Δ_R，Δ_G，Δ_B)将很小，且在Δ中响应函数将局部模拟为线性函数。这样，对于校正电平(R，G，B)，展开该响应如下：

$F_i^R\left(R^{\′}\right)={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Rn}}^i{(R+{\mathrm{\Δ}}_R)}^n\≈{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Rn}}^i{R}^n(1+n\frac{{\mathrm{\Δ}}_R}{R})={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Rn}}^i{R}^n+{\mathrm{\Δ}}_R{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Rn}}^i{R}^{n-1}n$

$F_i^G\left(G^{\′}\right)={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Gn}}^i{(R+{\mathrm{\Δ}}_G)}^n\≈{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Gn}}^i{G}^n(1+n\frac{{\mathrm{\Δ}}_G}{G})={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Gn}}^i{G}^n+{\mathrm{\Δ}}_G{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Gn}}^i{G}^{n-1}n---\left(50\right)$

$F_i^B\left(B^{\′}\right)={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Bn}}^i{(R+{\mathrm{\Δ}}_B)}^n\≈{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Bn}}^i{B}^n(1+n\frac{{\mathrm{\Δ}}_B}{B})={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Bn}}^i{B}^n+{\mathrm{\Δ}}_B{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Bn}}^i{B}^{n-1}n$

接着等式(41)变成等式的3×3线性系统：

其中：

$\stackrel{\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\Δ}}=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ}}_R\\ {\mathrm{\Δ}}_G\\ {\mathrm{\Δ}}_B\end{array}\right)$

$X={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Rn}}^X{R}^n+{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Gn}}^X{G}^n+{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Bn}}^X{B}^n$

$Y={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Rn}}^Y{R}^n+{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Gn}}^Y{G}^n+{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Bn}}^Y{B}^n$ (52)

$Z={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Rn}}^Z{R}^n+{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Gn}}^Z{G}^n+{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Bn}}^Z{B}^n$

${\stackrel{\mathrm{\ρ}}{b}}_{\mathrm{XYZ}}=\left(\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{X}-X\\ \stackrel{\‾}{Y}-Y\\ \stackrel{\‾}{Z}-Z\end{array}\right),$ $A_{\mathrm{XYZ}}=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Rn}}^X{R}^{n-1}n& {\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Gn}}^X{G}^{n-1}n& {\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Bn}}^X{B}^{n-1}n\\ {\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Rn}}^Y{R}^{n-1}n& {\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Gn}}^Y{G}^{n-1}n& {\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Bn}}^Y{B}^{n-1}n\\ {\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Rn}}^Z{R}^{n-1}n& {\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Gn}}^Z{G}^{n-1}n& {\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Bn}}^Z{B}^{n-1}n\end{array}\right)$

这通过逆矩阵A求解，给出新RGB值如下：

${\stackrel{\mathrm{\ρ}}{C}}^{\′}=\stackrel{\mathrm{\ρ}}{C}+\stackrel{\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\Δ}}=\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right)+A_{\mathrm{XYZ}}^{-1}{\stackrel{\mathrm{\ρ}}{b}}_{\mathrm{XYZ}}---\left(53\right)$

也可计算基于等式(44)的色度的线性模拟，在此(44)变成：

在此

${\mathrm{\Δx}}_c={\stackrel{\‾}{x}}_c-\frac{X}{X+Y+Z}$

${\mathrm{\Δy}}_c={\stackrel{\‾}{y}}_c-\frac{X}{X+Y+Z}$

$\mathrm{\ΔY}=\stackrel{\‾}{Y}-Y$

I＝X+Y+Z， $I_m=\underset{i,X,Y,Z}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{mn}}^i{\left(m\right)}^{n-1}n,m=R,G,B---\left(55\right)$

$I_{\mathrm{Xm}}={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{mn}}^X{\left(m\right)}^{n-1},I_{\mathrm{Ym}}={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{mn}}^Y{\left(m\right)}^{n-1}n$

${\stackrel{\mathrm{\ρ}}{b}}_{\mathrm{xyY}}=\left(\begin{array}{c}-{\mathrm{\Δx}}_c\×I^2\\ -{\mathrm{\Δy}}_c\×I^2\\ \mathrm{\ΔY}\end{array}\right)$

$A_{\mathrm{xyY}}=\left(\begin{array}{ccc}({\mathrm{I\Δx}}_c+X)I_R-I_{\mathrm{XR}}I& \left(I{\mathrm{\Δx}}_c+X\right)I_G-I_{\mathrm{XG}}I& ({\mathrm{I\Δx}}_c+X)I_B-I_{\mathrm{XB}}I\\ ({\mathrm{I\Δx}}_c+Y)I_R-I_{\mathrm{YR}}I& ({\mathrm{I\Δx}}_c+Y)I_G-I_{\mathrm{YG}}I& ({\mathrm{I\Δx}}_c+Y)I_B-I_{\mathrm{YB}}I\\ {\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Rn}}^Y{R}^{n-1}n& {\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Gn}}^Y{G}^{n-1}n& {\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{Bn}}^Y{B}^{n-1}n\end{array}\right)$

A_xyY和

中的全部量是已知的，并且通过逆矩阵再次获得该解：

${\stackrel{\mathrm{\ρ}}{C}}^{\′}=\stackrel{\mathrm{\ρ}}{C}+\stackrel{\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\Δ}}=\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right)+A_{\mathrm{xyY}}^{-1}{\stackrel{\mathrm{\ρ}}{b}}_{\mathrm{xyY}}---\left(56\right)$

不管是基于(53)的解XYZ还是基于(56)的解x_cy_cY都可用。由于实际上和从

计算的色度值通常将不是相同的，获得的RGB值将稍有不同。

推得的等式提供亮度和色彩的全校正。如果对于灰电平，仅亮度要被校正，这对于很多消费型显示器常常是足够的，那么将简化重校准步骤44以仅求解(43)。这是单个变量中的单个非线性等式且可使用标准多项式开方算法求解。或，可拟合W作为Y的函数，这是与(46)类似的反响应

并通过评估

直接读取W’值。需要注意单一性并找出定义域外的解。如果响应是如在(34)中，可获得进一步的简化，接着，可获得重校准步骤44的显式公式：

$W^{\′}=W_{\max }{\left(\frac{\stackrel{\‾}{Y}}{Y_{\max }}\right)}^{\frac{1}{\mathrm{\γ}}}---\left(57\right)$

对于速度至关重要且数据有限的场景，等式(57)提供了校正灰电平辉度的快速模拟解。

可在每个像素位置(x_a，y_b)为每个电平计算(56)的解。对于每个校正电平，这在(x，y)空间中提供了一组网格点，叫做校正网格46，其表示为：

下标是指这是在位置(x_a，y_b)、输入色彩(电平)

的校正RGB值。对于纯电平辉度校正，类似地具有校正网格：

{W′_Wab}                                               (59)

(59)中的下标W指示灰电平(W，W，W)。对于每个校正电平，(x，y)空间上的每个分量(RGB)将图示为2D表面。在实践中，大多数(＞90％)的亮度和色彩校正集中在校正灰电平。这样图6-8中的说明是用于灰电平，也就是(192，192，192)。对于相同的LED显示器，图20和21示出了对于31×31均匀空间点，在灰电平192和195的校正R，G和B网格。该R表面具有‘o’标记，G表面没有标记，B表面具有标记‘·。平均值将用作均匀性计算。电平192的表面形状与图7中示出的XYZ表面相比，我们看出RGB表面本质上与XYZ表面“反转”。

在至此描述的典型实施例中，全部的计算都在应用到全部光源部件(例如，单个LED)的固定背光设置中执行，也叫做公共或初始背光设置。因此，该校正是纯像素校正，没有任何数字信号值被修正。如果这足以获得所需的均匀性，那么无需调节背光电压。对于电平192(图20)，这是足够的，因为全部的新像素值是位于8位[0...255]范围内的。然而，对于电平255，如图21所示，纯像素校正需要许多远离中央的像素，这些像素具有位于8位(＞255)范围外的数值。这对应于显示器没有那么亮的区域。因为，对于8位显示器(这些值将削减到255)这是不可能的，通过仅调节高灰电平的像素值实现均匀性校正是不可能的。一个解决方案是在(39)中对均匀量取最小值。如果使用x_cy_cY处理，那么仅需要辉度Y的最小值。这将使得像素值降低以匹配那些更低亮度的像素。如果亮度损耗不大的话，该解决方案是可接受的。然而如果平均亮度维持在高灰电平，必须要调节背光。类似的问题也可能发生在低灰电平，特别是0电平，在此校正网格可发送某些小于0的像素值，对于LCD显示，这又是不可能的。这将对应于显示器上更亮的区域。在这一情形下，可能的解决方案是以增加黑电平为代价在(39)中取最大值。增加黑电平不是优选的，因为其会降低对比度。另一可能是在校正中忽略黑电平，但这也不是理想的方案。然而，由于采用单个LED控制，黑电平和校正可通过调暗LED获得。将LED从255和0对电平进行调解将产生背光校正，在此LED具有其自己的电压修正-“电压校正网格”。如果单个LED是不可调的，仅可实现全局背光调节，那么电压校正可基于为获得均匀性在电平255或0所需的最大改变(考虑所有范围外的像素)。首先考虑局部LED控制的一般情况。

在背光调节的例子中，需要进行在此具体描述的背光校正。该校正是在特定电压电平V做出的，其也称作输入或全局背光设置，或简要(simply)背光设置，也可为某些归一化单位。将公共电压V应用到全部像素。在背光设置V，为灰电平255和0确定像素校正(58或59作为模拟值)。如果没有像素值在范围外，那么背光校正是一致的，也就是电压并没有从V进行修正。应注意，这将取决于从(39)使用了什么均匀性度量。从计算值(58)，识别那些RGB分量值位于范围外的点。这些点被标记为(以8位值为例)：

电平

这样下列点中的一个或多个点：

电平 $\stackrel{\mathrm{\ρ}}{C}=\left(\mathrm{255,255,255}\right):(x_{\stackrel{\‾}{a}}^{255},y_{\stackrel{\‾}{b}}^{255})\∈\{(x_a,y_b),a=1...N_x,b=1...N_y\}---\left(60\right)$

这样下列点中的一个或多个任意点：

在计算式(60)中也使用所需的均匀性电平，对于电平0和255，分别标记为

对于其他量，也是这样标记。电平0和255的位置通常不相同(coincide)。

接着，对于(60)中识别的像素，背光响应函数(36)(在图19中示出)，用于确定所需的电压。可通过求解下列方程给出所需电压：

$\mathrm{At}(x_{\stackrel{\‾}{a}}^0,y_{\stackrel{\‾}{b}}^0):{\stackrel{\‾}{Y}}^0=F_Y^V\left(V\right)$

$\mathrm{At}(x_{\stackrel{\‾}{a}}^{255},y_{\stackrel{\‾}{b}}^{255}):{\stackrel{\‾}{Y}}^{255}=F_Y^V\left(V\right)---\left(61\right)$

电压的增加将导致辉度的增加，并且色度的变化很小，因此我们在确定新电压电平时仅考虑Y值。其解，表示为

是

$V_{\stackrel{\‾}{a}\stackrel{\‾}{b}}^0=\frac{{\stackrel{\‾}{Y}}^0-a_{V0\stackrel{\‾}{a}\stackrel{\‾}{b}}^Y}{a_{V1\stackrel{\‾}{a}\stackrel{\‾}{b}}^Y}$

$V_{\stackrel{\‾}{a}\stackrel{\‾}{b}}^{255}=\frac{{\stackrel{\‾}{Y}}^{255}-a_{V0\stackrel{\‾}{a}\stackrel{\‾}{b}}^Y}{a_{V1\stackrel{\‾}{a}\stackrel{\‾}{b}}^Y}---\left(62\right)$

注意到响应函数取决于像素位置，且我们已经增加了附加标记到函数系数上以指明这一点。当分别求解

和

时，电平0和255的背光响应也需要用到。如果电平0和255的位置相同(这是很少见的)，可取平均值或其他组合，这取决于校正的特殊性(如在0的校正更重要，或在255最小化亮度损失等等)。全套电压调节为：

修正电压：

在 $(x\frac{0}{a},y\frac{0}{b}):V_{\stackrel{\‾}{a}\stackrel{\‾}{b}}=V_{\stackrel{\‾}{a}\stackrel{\‾}{b}}^0$

在 $(x\frac{255}{a},y\frac{255}{b}):V_{\stackrel{\‾}{a}\stackrel{\‾}{b}}=V_{\stackrel{\‾}{a}\stackrel{\‾}{b}}^{255}$

对于某些如果

使用以下中的一个：

对于大多数校正，两组位置不需要相同。

的位置已经纳入电平0和255的考虑，并写作

并去除0和255下标了。

值(63)提供了特定像素位置所需的电压设置。通常，这不需要与LED位置相对应。像素分辨率数值远大于LED分辨率，也就是，LED的数量。单个LED，结合散射效应，点亮很多像素。LED电压为V_i，i＝1...L(见(6))-使得这些LED的位置为(x_Li，y_Li)，i＝1...L。通过主要平均最靠近LED位置的全部

来给LED分配电压值。根据平均的类型，可获得电压校正的不同“平滑”。讨论了少许这样的方法。

对于每个调节的电压位置

最接近的LED，采用简单的平均方法并分配

给它。LED可从不同的位置获得多个分配(assignment)，表示为N_Vi。从位置

分配给LEDi的电压标记为

使用的最后电压是这些的平均值，给出下列校正：

V_i→V′_i，i＝1...L

$V_i^{\′}=\frac{1}{N_{\mathrm{Vi}}}\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{Vi}}}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{V}}_{\mathrm{ij}}---\left(64\right)$

${\tilde{V}}_{\mathrm{ij}}\∈\left\{V_{\stackrel{\‾}{a}\stackrel{\‾}{b}}\right\}$

不被以上影响的LED将保持其原电压值V。如果像素位置(x_a，y_b)采样达到LED的分辨率级别且定位成与LED位置相似，那么来自各个

的分配数量将本质上为1。在这种情况下，在为每个LED选择最接近的

时，上述平均变得非常重要，也就是没有和。实际上，在背光校正的计算中，采样的像素位置可与LED位置的某些子组保持较小的对应(small correspondingwith)。这可加速计算。(64)上的变形是根据到LED的距离分配权重a_ij“

$V_i^{\′}=\frac{1}{N_{\mathrm{Vi}}}\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{Vi}}}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}{\tilde{V}}_{\mathrm{ij}}$

                             (65)

α_ij权重取决于 $\left|\right|(x_j^i,y_j^i)-(x_{\stackrel{\‾}{a}},y_{\stackrel{\‾}{b}})\left|\right|$

对于每个

替代拾取最近的LED，可取具有合适权重的最近的n个LED-这本质上是(65)的变形。

可从LED的角度计算电压。对于每个LED，在某一距离内，取合适的

的加权和：

$V_i^{\′}=\underset{d\≤D}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\α}\left(d\right)\×V_{\stackrel{\‾}{a}\stackrel{\‾}{b}}$

α(d)权重取决于 $d=\left|\right|(x_{\mathrm{Li}},y_{\mathrm{Li}})-(x_{\stackrel{\‾}{a}},y_{\stackrel{\‾}{b}})\left|\right|---\left(66\right)$

这些方法全部是不同类型的平均。

稍有不同的方法是在(x，y)上内插或拟合

值的平滑函数。这给出2D电压表面(可在(X_Li，y_Li)评估)以在第I个LED确定电压。如果该函数表示为F_OV(x，y)，其具有：

V＝F_OV(x，y)：拟合或内插到

V′_i＝F_OV(x_Li，y_Li)                                     (67)

拟合比内插更加优选，因为其包括平滑。

计算该校正电压值{V′_i}，用于特定起始背光设置V。每个背光设置将具有使用上述步骤计算的不同校正电压组。通常地，该计算在(21)中的电压值组中完成，且在电平间内插校正。也可能将相同的相对校正用于全部背光设置。背光设置V_si，i＝1...N_V的校正电压组可使用更早的矢量符号来表示：

${\stackrel{\mathrm{\ρ}}{V}}_i=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{si}}\\ V_{\mathrm{si}}\\ M\\ V_{\mathrm{si}}\end{array}\right],$ ${\stackrel{\mathrm{\ρ}}{V}}_i^{\′}=\left[\begin{array}{c}{V}_{i1}^{\′}\\ V_{i2}^{\′}\\ M\\ V_{\mathrm{iL}}^{\′}\end{array}\right],i=1...N_V---\left(68\right)$

在此，V′_ij表示对于在(x_Lj，y_Lj)的第j个LED，背光设置V＝V_si，从(64)-(67)中的一个方法获得的校正电压。这样，该校正等于对于初始电压V＝V_si，在第j个LED处V′_ij-V_si的变化。如果有RGB LED，这三个将应用相同的校正，确保背光校正仅调节亮度且并不引入赝色(color artifacts)。

理论上，背光校正也可随着输入像素电平而改变。然而，范围外条件(outof range condition)(60)主要是由最大和最小灰电平确定的。由于单调响应(monotonic responses)，色彩电平将位于一范围中，该范围由该范围内的最高和最低电平提供。其他电平不需要单独考虑以测试范围外条件。这样，虽然电平0和255用于确定其自身的校正，但是电压校正与色彩电平独立。这意味着，对于均匀性校正，在固定的背光设置，可一次调节电压且在输入像素值变化时，电压不再变化(除非全局背光改变)。接着，像素校正(58)可独自管理所需的内容相关性变化。具有独立于色彩电平的背光校正的好处是均匀性校正将不会与其他LCD显示器特征(如局部调暗、高动态范围成像)相互干扰。这些特征全部是内容(色彩电平)相关的，且与非均匀性校正(如果该非均匀性校正是色彩相关的话)竞争。

典型实施例中的背光讨论集中在LED能单独调节的例子中，也就是直射背光配置的例子中。然而，如前所述，该方法也可用于可单独控制的CCFL管或侧射式LED。主要的变化是调节LED或管将影响更大数量的像素，且这需要在平均中纳入考虑。如果局部调节是复杂的，其可能是处于基于侧射式背光或管的背光中，可使用全局校正值V′，可能的选择是：

该选择再次由校正的特征规定。

应了解，大量的变化是可能的，且取决于校正需求和上述因素(计算速度、正在校正的电平数量等等)，不同的组合将提供适合不同标准的最佳结果。特别地，如果需要最小均匀量的极快速辉度校正的话，背光校正可被整个略过。

由于LED(CCFL是更有限的)的有限分辨率，背光校正(68)提供用于亮度均匀性的粗略校正。仅背光校正不足以获得高水平的均匀性，特别地，其不能提供色彩均匀性校正。粗略还意味着LED的变化比像素值的变化更显著。这是指一旦依照(68)调节LED，需要使用(35)重新计算像素校正。为了使得该过程快速有效，在背光校正计算之前的第一像素校正，可作为使用近似值(34)的、对于少量点的、仅测量电平0和255的粗略估计(roughestimate)。一旦计算出背光校正并调节LED，接着将使用(35)，以更多的电平做出更详细的计算(detailed calculated)。如果需要的话，可在进行到详细计算之前，重复近似像素校正和背光校正以确保W′全部位于范围内。

本发明的重要益处是其在同一框架中统一了需要校正的全部关键部件，也就是背光光源和像素。这两个部件以相互依赖的方式影响均匀性，因此必须同时处理以获得最佳结果。

此处介绍的用于生成背光校正的方法并不依赖于已知的PSF LED和/或任何散射体。其使用一个或多个简单的迭代确定背光校正，接着确定精确匹配像素校正。这在实践中非常有益，因为PSF和散射器效应非常难以精确确定。本方法对于制造流程也非常具有实用性，在此通常由不同的供应商提供的各个光学/电子部件(LED，散射器、覆层)的细节也不需要知晓。该校正也可在某些背光控制可用的领域中应用-大多数显示器允许全局背光设置控制。

在一个实施例中，在PSF可用的较少见情况下，可使用数学方法。虽然在实践中，上述介绍的更“经验”的方法更有价值，但其在此用公式表示。依照等式(25)，该响应分成背光分量和像素分量：

对于背光校正，仅考虑辉度响应。电压相关性仅在背光响应中出现。响应分量

独立于电压-这与全响应不相同，全响应是基于固定背光色设置的测量数据。特别地，

随着电压变化，而

是恒定的，该分量

将称作基本像素响应，该基本像素响应可如在(35)中表示，以下给出其表示：

$F_Y^P(x,y,\stackrel{\mathrm{\ρ}}{C})={\mathrm{\Σ}}_{m=1}^3{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{\stackrel{\‾}{a}}_{\mathrm{mn}}^Y(x,y){\left(C_m\right)}^n$

$\stackrel{\mathrm{\ρ}}{C}=(C_1,C_2,C_3)\≡(R,G,B)---\left(71\right)$

这仍将确定定义响应的系数

通过将该系数写作(x，y)的函数更清楚地表示空间相关性。

现回到

使得P_i(x，y)为第i个LED的归一化PSF，包括散射器或任何其他部件的影响。这是，P_i(x，y)是在像素面板的PSF入射，其经过散射器等，此时仅第i个LED是点亮的。现在，假设P_i(x，y)是已知的。具有电压V_i的第i个LED对背光响应的贡献是：

$F_{Y,i}^L(x,y,V_i)=V_i{P}_i(x,y)---\left(72\right)$

这假定电压相关性是线性的，如LCD显示器所期望、并在图19中示出的。该背光响应是全部LED的和：

接着，全响应变为：

这表示在任何像素位置(x，y)和任何LED电压值，任何RGB输入的完整辉度响应。如上所述，这很少是推理的已知量。

依据分量响应(35)，可从上述测量数据确定固定电压值的全响应，为

包含该上标

指明这是在特定电压计算的。该测量响应必须等于(74)，并给出下列约束方程式：

${\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{V}_i{P}_i(x,y)\×{\mathrm{\Σ}}_{m=1}^3{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{\stackrel{\‾}{a}}_{\mathrm{mn}}^Y(x,y){\left(C_m\right)}^n={\mathrm{\Σ}}_{m=1}^3{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{a}_{\mathrm{mn}}^{Y\stackrel{\mathrm{\ρ}}{V}}(x,y){\left(C_m\right)}^n---\left(75\right)$

系数重写为

以示出他们取决于位置(x，y)和应用电压

在每个位置，存在单独的等式(75)，并且该等式(75)需要独立求解。除了

系数外，在(75)中全部的量是已知的。对于全部的

都需要保持该等式，这仅是在每个(C_m)ⁿ项的系数都相等时才是可能的。这给出

的解如下：

${\stackrel{\‾}{a}}_{\mathrm{MN}}^y(x,y)=\frac{a_{\mathrm{mn}}^{Y\stackrel{\mathrm{\ρ}}{V}}(x,y)}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{V}_i{P}_i(x,y)}---\left(76\right)$

在确定

后，全响应(74)为已知函数，且可用于解决背光校正。

原则上，(74)提供了像素和背光校正的解决方案，该校正(包括X和Z三刺激响应)是下列方程的解：

$\stackrel{\‾}{X}={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{V}_i{P}_i(x,y)\×{\mathrm{\Σ}}_{m=1}^3{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{\stackrel{\‾}{a}}_{\mathrm{mn}}^X(x,y){\left(C_m\right)}^n$

$\stackrel{\‾}{Y}={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{V}_i{P}_i(x,y)\×{\mathrm{\Σ}}_{m=1}^3{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{\stackrel{\‾}{a}}_{\mathrm{mn}}^Y(x,y){\left(C_m\right)}^n---\left(77\right)$

$\stackrel{\‾}{Z}={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{V}_i{P}_i(x,y)\×{\mathrm{\Σ}}_{m=1}^3{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^d{\stackrel{\‾}{a}}_{\mathrm{mn}}^Z(x,y){\left(C_m\right)}^n$

其约束为：

$0{\≤C}_m\≤2^{b_n}-1,m=1...3$

V_i∈[V₀-δ，V₀+δ]，i＝1...N_L                       (78)

该第一约束表示，像素值位于范围[0，255]内，且第二约束表示电压值的解也位于相同的有效范围内。等式(77)是等式的非线性系统，且在每个位置(x_a，y_b)作为独立等式存在。这样，我们具有3×N_x×N_y+N_L变量中的3×N_x×N_y非线性等式系统，该3×N_x×N_y来自每个位置的不同C_m值。这是将要求解的复杂系统，特别是在时间约束的条件下。替换地，以上介绍的有效的两步方法也可在此应用。首先，在辉度约束的基础上为灰电平0和255计算(56)的解(或采用(57)为近似值)。这些可表示为

和

在这些位置，

和

落在有效范围外，具有限幅的(clipped)

和

$C_m^0<0\&DoubleRightArrow;C_m^0=0$

$C_m^{255}>255\&DoubleRightArrow;C_m^{255}=255---\left(79\right)$

如果这些值在范围内，那么不需要限幅。指示考虑这些限幅的值作为

和接着，通过求解下式子，将这些调节值用于求解校正LED电压V′_i值：

${\stackrel{\&OverBar;}{Y}}^0={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{N_L}{V}_i^{\&prime;}{P}_i(x,y)\&times;{\mathrm{\&Sigma;}}_{m=1}^3{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^d{\stackrel{\&OverBar;}{a}}_{\mathrm{mn}}^Y(x,y){\left({\stackrel{\&OverBar;}{C}}_m^0\right)}^2$

${\stackrel{\&OverBar;}{Y}}^{255}={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{N_L}{V}_i^{\&prime;}{P}_i(x,y)\&times;{\mathrm{\&Sigma;}}_{m=1}^3{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^d{\stackrel{\&OverBar;}{a}}_{\mathrm{mn}}^Y(x,y){\left({\stackrel{\&OverBar;}{C}}_m^{255}\right)}^n---\left(80\right)$

如前所知，可为每个初始背光设置V计算独立的V′_i值组；回望这一点，在计算

和

时，将公共电压应用到全部的LED中。使用(68)中的相同符号，为初始设置V_sj(在此，j是设置指数，i是LED指数)写入校正电压：

$V_{\mathrm{ji}}^{\&prime;}=V_{\mathrm{sj}}+{\mathrm{\&Delta;}}_{\mathrm{ji}}^V---\left(81\right)$

接着，可从下式计算校正背光电压：

${\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{N_L}{\mathrm{\&Delta;}}_{\mathrm{ji}}^V{P}_i(x_a,x_b)={\stackrel{\&OverBar;}{Y}}^0{\left({\mathrm{\&Sigma;}}_{m=1}^3{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^d{\stackrel{\&OverBar;}{a}}_{\mathrm{mn}}^Y(x_a,y_b){\left({\stackrel{\&OverBar;}{C}}_m^0\right)}^n\right)}^{-1}-V_{\mathrm{sj}}{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{N_L}{P}_i(x_a,y_b)$

${\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{N_L}{\mathrm{\&Delta;}}_{\mathrm{ji}}^V{P}_i(x_a,x_b)={\stackrel{\&OverBar;}{Y}}^{255}{\left({\mathrm{\&Sigma;}}_{m=1}^3{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^d{\stackrel{\&OverBar;}{a}}_{\mathrm{mn}}^Y(x_a,y_b){\left({\stackrel{\&OverBar;}{C}}_m^{255}\right)}^n\right)}^{-1}-V_{\mathrm{sj}}{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{N_L}{P}_i(x_a,y_b)---\left(82\right)$

a＝1...N_x，b＝1...N_y

与(77)不同，现在这是等式的线性系统，其更易于求解。每个位置(x_a，y_b)存在一对这样的等式，因此(x，y)被(x_a，y_b)取代，给出N_L变量

(应注意，每个第j个设置分别处理)中的2×N_x×N_y等式线性系统。先前提到的标准方法，同时处理背光校正和像素校正在等式(82)中是非常清楚的。仅(82)中的两个等式中的一个可使用，例如如果在255的校正更为严格，那么仅第二等式可使用。

对于LCD，可使用其他优化以使得求解(82)更为简单。点的数量，以及等式的数量可减少，这样变量

的数量将比等式的数量多。这确保通常有解存在。这一简化总是可能的，因为LED寻找的粗略亮度改良在很大区域内变化。如果变量和等式的数量是相同的，那么一个具有矩形矩阵系统。可使该位置与LED对应，这通过减少邻近LED的相关作用简化该矩阵。在特定位置的LED的作用可限制到最近的LED。这使得(82)进入“块对角”(“block-diagonal)型格式(以来自仅3个LED的作用为例)：

$\left(\begin{array}{ccccccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}& 0& 0& 0& \mathrm{\&Lambda;}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}& 0& 0& 0& \mathrm{\&Lambda;}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}& 0& 0& 0& \mathrm{\&Lambda;}\\ 0& 0& a_{43}& a_{44}& a_{45}& 0& \mathrm{\&Lambda;}\\ 0& 0& a_{53}& a_{54}& a_{55}& 0& \mathrm{\&Lambda;}\\ 0& 0& a_{63}& a_{64}& a_{65}& 0& \mathrm{\&Lambda;}\\ M& M& M& M& M& M& O\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;}}_{j1}\\ {\mathrm{\&Delta;}}_{j2}\\ {\mathrm{\&Delta;}}_{j3}\\ {\mathrm{\&Delta;}}_{j4}\\ {\mathrm{\&Delta;}}_{j5}\\ {\mathrm{\&Delta;}}_{j6}\\ M\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ b_3\\ b_5\\ b_5\\ b_6\\ M\end{array}\right)---\left(83\right)$

可使用众所周知的数学方法求解这一系统。所需的校正越粗略，可做出的简化越多。仅最近的LED可用于极大地简化(82)。

如上所示，当PSF为已知时，可简化背光校正计算以求解(82)中的系统。在实践中，PSF计算是非常复杂且通常是难以实现的，在该情况下，迭代法提供更快的、可实现的替代方案来确定背光校正。

在重校准阶段45的末期，像素校正和背光校正是已知的。该像素校正

作为一组校正像素值，用于点(x_a，y_b)的整个栅格上的电平

和公共背光设置V_sj。背光校正

作为取决于公共背光设置V_sj的校正LED电压组提供。该数据概述如下：

像素校正：

背光校正：

$\stackrel{\mathrm{\&rho;}}{V}=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{sj}}\\ V_{\mathrm{sj}}\\ M\\ V_{\mathrm{sj}}\end{array}\right]\&DoubleRightArrow;{\stackrel{\mathrm{\&rho;}}{V}}^{\&prime;}=\left[\begin{array}{c}{V}_{j1}^{\&prime;}\\ V_{j2}^{\&prime;}\\ M\\ V_{\mathrm{jL}}^{\&prime;}\end{array}\right],j=1...N_V---\left(84\right)$

指数j指示开始的公共背光设置。

重建的下一阶段将该网格数据转换成函数形式48。对于像素校正，这为全部电平、全部像素位置和背光设置提供新的像素值。对于该背光校正，这将在任何给定的公共背光设置提供新LED电压值。构建函数形式本质上是指使用某些拟合或内插方法将处于不同空间的离散点的数据转换到连续函数。这与从一组点构建(35)中的响应类似。函数形式也取决于下一和最后应用阶段的硬件。具有非常有效的硬件执行的通用形式，已经在7,324,706中介绍了。在此介绍和概括了通式。

全部独立变量的范围被划分成区域，并且在每个区域中将单独的函数拟合或内插到数据(84)中。与响应函数类似，拟合是优选的，且使用多项式基。像素校正首先考虑。以像素位置开始，将像素空间(x，y)划分成2D小块(patch)，且在每个小块上的(x_a，y_b)将多项式拟合到

网格点。函数的连续性确保横跨小块。该小块数量和拟合可调，这样多项式非常精确地表示网格点。如果每个小块上网格点的数量等于多项式系数的数量，那么拟合变成内插函数。多种软件程序可用于拟合和内插(例如MATLAB样条工具箱)。(x，y)中拟合的结果是下列函数形式：

$R_{\stackrel{\mathrm{\&rho;}}{C}j}^{\&prime;}(x,y)={\mathrm{\&Sigma;}}_{m=0}^{d_x}{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^{d_y}{a}_{\stackrel{\mathrm{\&rho;}}{C}\mathrm{jmn}}^R{x}^m{y}^n$

$G_{\stackrel{\mathrm{\&rho;}}{C}j}^{\&prime;}(x,y)={\mathrm{\&Sigma;}}_{m=0}^{d_x}{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^{d_y}{a}_{\stackrel{\mathrm{\&rho;}}{C}\mathrm{jmn}}^G{x}^m{y}^n---\left(85\right)$

$B_{\stackrel{\mathrm{\&rho;}}{C}j}^{\&prime;}(x,y)={\mathrm{\&Sigma;}}_{m=0}^{d_x}{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^{d_y}{a}_{\stackrel{\mathrm{\&rho;}}{C}\mathrm{jmn}}^B{x}^m{y}^n$

在此，d_x和d_y是x和y中的多项式次数。应注意(x，y)的拟合消除了ab指数，且将离散相关性变成了连续相关性。电平和背光设置上的离散相关性依旧保持不变。使用为不同电平计算的校正网格(58)在像素值空间(RGB)中完成下一拟合，所述不同电平是均匀的。RGB空间还划分成小块，且在每个小块上拟合多项式。在此，小块实际上是3D立方，因为RGB空间是3D的。拟合结果是函数形式：

$R_j^{\&prime;}(x,y,R)={\mathrm{\&Sigma;}}_{r=0}^d{\mathrm{\&Sigma;}}_{s=0}^d{\mathrm{\&Sigma;}}_{t=0}^d{\mathrm{\&Sigma;}}_{m=0}^{d_x}{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^{d_y}{a}_{\mathrm{jmnrst}}^R{x}^m{y}^n{R}^r{G}^s{B}^t---\left(86\right)$

公共次数(common degree)d用作RGB拟合。对于G和B可找到类似的形式。通过仅考虑灰电平，对于均匀性校正的最常见例子，(86)可简化成：

$R_j^{\&prime;}(x,y,R)={\mathrm{\&Sigma;}}_{t=0}^d{\mathrm{\&Sigma;}}_{m=0}^{d_x}{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^{d_y}{a}_{\mathrm{jmnt}}^R{x}^m{y}^n{R}^t---\left(87\right)$

我们使用(88)来简化该符号。这仅有的离散相关性保持是位于背光设置上。通过将背光控制划分成1D小块并在每个这些小块上拟合在此消除。这给出：

$R^{\&prime;}(x,y,R,V)={\mathrm{\&Sigma;}}_{k=0}^{d_V}{\mathrm{\&Sigma;}}_{t=0}^d{\mathrm{\&Sigma;}}_{m=0}^{d_x}{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^{d_y}{a}_{\mathrm{mntk}}^R{x}^m{y}^n{R}^t{V}^k$

$G^{\&prime;}(x,y,G,V)={\mathrm{\&Sigma;}}_{k=0}^{d_V}{\mathrm{\&Sigma;}}_{t=0}^d{\mathrm{\&Sigma;}}_{m=0}^{d_x}{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^{d_y}{a}_{\mathrm{mntk}}^G{x}^m{y}^n{G}^t{V}^k---\left(88\right)$

$B^{\&prime;}(x,y,B,V)={\mathrm{\&Sigma;}}_{k=0}^{d_V}{\mathrm{\&Sigma;}}_{t=0}^d{\mathrm{\&Sigma;}}_{m=0}^{d_x}{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^{d_y}{a}_{\mathrm{mntk}}^B{x}^m{y}^n{B}^t{V}^k$

V在(90)中再次用于背光控制，该背光控制可能在某些归一化单元中。等式(88)以通式的形式写出，但是通过使用线性多项式(d＝1)或其他优化，实际上，可将其更加简化。又，如果相同校正用于全部背光设置，那么(88)中的V相关性被消除。

背光校正函数以同一方式打开。使用(68)中计算的数据将该电压数据拟合为背光控制函数，i为LED指数：

$V_i^{\&prime;}\left(V\right)={\mathrm{\&Sigma;}}_{j=0}^{d_L}{a}_j^i{V}^j,i=1...N_L---\left(89\right)$

该函数取值需要满足：

V′(V_sj)＝V_ji，j＝1...N_V，i＝1...N_L                      (90)

该背光校正应该被看成给出校正LED电压以响应背光设置或控制，其可为开始公共电压或某些与公共电压相关的归一化量。等式(88)和(89)给出最终的像素校正图和用于均匀性校正过程的该背光校正图。他们重写如下：

$V_i^{\&prime;}=F_{\mathrm{Vi}}\left(V\right)={\mathrm{\&Sigma;}}_{j=0}^{d_L}{a}_j^i{V}^j$

${\stackrel{\mathrm{\&rho;}}{a}}_{\mathrm{mntk}}=\left(\begin{array}{c}{a}_{\mathrm{mntk}}^R\\ a_{\mathrm{mntk}}^G\\ a_{\mathrm{mntk}}^B\end{array}\right),i=1...N_L---\left(91\right)$

(91)中的第一表达式需要被理解为在右侧的、评估的分量形式的(component-wise)(例如单独用于R，G和B)。这为系数组方面的校正提供了非常紧凑的形式，该可方便地存储并且可在硬件中评估多项式。

最后阶段49包括使用合适的硬件平台将校正图应用到LCD显示器上。由于高度紧凑的表示，可使用FPGA轻易地应用该图。FPGA设计基本上由乘法器和加法器组成，所述乘法器和加法器评估用于输入RGB信号和背光控制的上述函数。未决的专利申请11/649,765描述了一种在FPGA或ASIC中执行的硬件架构100，用于在固定背光设置中应用像素校正。该架构可用于背光图的评估以及背光控制上像素图的附加函数相关性。对于在具体实施例(图6-8)中使用的显示器，基于系统100的FPGA用于应用校正。该三刺激值XYZ和使用在此描述的方法均匀性校正后在相同电平(192，192，192)下的色度图表在图21-22中示出。与图6和8中的对应图表相比，均匀性的改善清楚可见。表2中示出了校正以后的统计数据。

表2-校正前的非均匀性统计数据

最后两列给出了均匀性和非均匀性中的百分比变化。在校正以后均匀性显著改善了，辉度从58.73％均匀性上升到91.31％均匀性。这对应着均匀性上升了58％，也就是＞1.5X。相等地，非均匀性看起来下降了79％。类似的改进也可从X和Z三刺激量看出，特别地，Z均匀性增加了1.67倍，这是色度均匀性的关键。色度坐标也示出了非均匀性的较大减少，更重要地，(x_c，y_c)中的Δ模拟为(％非均匀性X平均值)现在小于0.01，使得感知的色度均匀性横越显示器。为了进一步验证这一点，在感知CIE L*u*v*空间计算距离

其是色彩区别的可感知性测量。≤1的距离被看作是不可感知的(两种色彩将看起来是一样的)，在此，≥2附近的值被看作是可感知的，虽然应注意，这是大概的。在实践中，该范围外的色彩差别可能或可能不能被感知。为了获得

的估计，生成下列“可感知表面”。对于每个像素(假定在(x₀，y₀))，计算

的L*u*v*值和全部其他像素之间的

这些

值，总共WxH(显示器分辨率)，全部平均并分配给像素(x₀，y₀)。对于全部像素，重复该过程，并总计为全部可能像素对组合计算距离。这在(x，y)空间中提供

表面，指示像素和其他像素之间的平均可感知色彩距离。校正前后的

表面在图24中示出。示出值为2的平面以作参考。在校正前，多个像素具有接近4的值，在此，在校正以后，全部像素都≤1。图24清楚地示出了采用该校正后色彩均匀性的改进。已经使用(39)中的平均度量用于该校正，可预料平均值不会改变。这可通过将表格1和2中的第三列进行比较验证，这进一步提供了对(50)中的线性模拟的支持。

等式(91)的校正的紧凑特性，也就是仅需要存储系数

意味着任何可以影响均匀性的外部变量都可通过存储与这些变量相关的特定系数组校正。在图25中所示的例子，可计算该校正用于不同环境光电平或不同温度62。当环境光改变时，可将合适的系数组64加载到处理器66且应用到显示器68。环境光系数组的计算如前所述地精确，其区别仅在于测量值。另一常见外部变量是光源部件的环境温度，特别是LED响应已知随着温度改变。可计算不同校正并将其应用到不同环境温度。这些校正的计算如上，但是现在在特定监控的温度作出。

本发明提供了极大改进背光LCD显示器中亮度和色彩均匀性的准确有效的方法。因为该校正是在显示器的输出完成的，也就是观众看到的，其校正全部源的非均匀性。通过采用三刺激值，可精确考虑观察者所感知的均匀性。该具体方法为统一框架中的像素和光源提供校正图。各个实施例提供了不同的优化，这些优化可用于基于特定标准(如计算速度、校正类型等)使该方法简单化。

虽然上述描述提供了实施例的例子，应当理解，在不脱离上述实施例的精神和操作原则的情况下，上述实施例的某些特征和/或功能是可以修改的。因此，以上对本发明的优选实施例的描述的目的是为了举例说明及描述，本领域技术人员应当了解，可在不脱离后附的权利要求所定义的本发明的保护范围的情况下，对其作出任何修改和变化。

Claims (57)

1.一种用于通过多个光源部件改善液晶显示器背光的色彩和亮度均匀性的方法，其特征在于，所述方法包括：

为全部光源部件设置至少一个公共背光电压；

对于所述至少一个背光电压设置的每一个，显示多个参考输入图像，所述参考输入图像具有对于至少一个信号电平，横跨所述显示器的、预定的平台RGB像素值；

在所述显示器上选定的网格点组测量显示器均匀性以响应所述多个参考输入图像，所述均匀性由至少一个三刺激值、辉度和色度分量表征；

从测量的均匀性数据生成显示响应函数，所述显示响应函数为所述显示器的每个像素的R，G和B分量的响应和；

计算像素校正网格数据图，所述像素校正网格数据图在每个所述至少一个信号电平产生全部像素的恒定均匀性值；

将所述像素校正网格数据图转换成一组系数表示的函数形式；和

将像素校正函数应用到输入信号和显示器，用于全部像素位置和色彩值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述响应函数进一步取决于背光电压设置，且所述校正网格数据包括应用到背光源部件的背光校正图。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述像素图在所述背光校正的应用之后重新生成，且迭代所述背光和像素校正直到获得所需的均匀度。

4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述背光响应函数表示成线性函数。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述背光校正是使用每个光源部件的三刺激点扩散函数(PSF)获得。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述PSF是作为光源部件的规范提出的。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述PSF是使用数学模型近似取得的。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述PSF是直接测量的。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考输入图像是仅用于亮度校正的多个纯灰电平。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述光源部件是发光二极管(LED)。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光源部件是冷阴极荧光灯(CCFL)管。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光源部件是激光二极管(LD)。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考输入图像是纯红、纯绿和纯蓝电平的多个电平。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述参考输入图像进一步包括多个纯灰电平，执行所述多个纯灰电平以补偿RGB分量的LCD黑电平偏移。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用多项式拟合到测量网格点获得该显示器响应函数。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述多项式是三次函数。

17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过内插所述测量网格点数据获得所述显示器响应函数。

18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过按照幂定律建模所述函数估计所述显示器响应函数。

19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述响应函数是拟合到所述测量网格点邻域的多个局部多项式，这样所述局部拟合是单调函数。

20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，将所述响应函数移位和按比例缩放以使所述函数单调。

21.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述响应函数的恒定均匀性值是设置成平均测量值的。

22.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于高信号电平，在校正的像素值位于允许的比特范围之上时，所述响应函数的恒定均匀性值是设置成最小测量值。

23.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于低信号电平，在校正的像素值位于允许的比特范围之下时，所述响应函数的恒定均匀性值是设置成最大测量值。

24.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于数个像素校正图，多个所述系数组是对应于数个环境温度的设置计算和存储的。

25.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于数个像素校正图，多个所述系数组是对应于数个环境光的设置计算和存储的。

26.一种用于改善背光液晶显示器的色彩和亮度均匀性的电子系统，其特征在于，所述系统包括：

由像素阵列组成的显示器面板，每个所述像素由可控数字RGB值表征；

由多个光源部件组成的背光源面板，每个所述光源部件由可调电压控制表征；

用于在显示器上显示多个参考输入图像的图像生成器单元；

用于在显示器上选定的网格点组测量显示器均匀性以响应所述多个参考输入图像的图像捕获和测量单元，所述均匀性由三刺激值、辉度和色度分量中的至少一个表征；

第一处理构件，用于从测量的均匀性数据生成显示响应函数，并计算像素校正网格数据图，所述像素校正网格数据图在每个所述至少一个信号电平产生全部像素的恒定均匀性值；以及

第二处理构件，用于将所述像素校正网格数据图转换成由一组系数表示的函数形式；和将像素校正函数应用到输入信号和显示器，用于全部像素位置和色彩值。

27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述响应函数还取决于所述背光电压设置，且所述校正网格数据包括应用于所述背光电压控制的背光校正。

28.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，每个所述光源部件是发光二极管(LED)。

29.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，所述LED部件设置在直射背光架构中。

30.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，所述LED部件设置在侧射式背光架构中。

31.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述光源部件是冷阴极荧光灯(CCFL)管。

32.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述光源部件是激光二极管(LD)。

33.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述第一处理构件和第二处理构件是集成到一个处理器中的。

34.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述第一处理构件是在计算机系统上运行的软件工具。

35.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述第二处理构件集成到显示器中。

36.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述捕获设备是二维(2D)照相机。

37.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述捕获设备是点亮度计。

38.一种用于改善有机LED显示器(OLED)的色彩和亮度均匀性的电子系统，其特征在于，所述系统包括：

由像素阵列组成的显示器面板，每个所述像素为OLED部件并由可控数字RGB值表征；

用于在显示器上显示多个参考输入图像的图像生成器单元；

用于在显示器上选定的网格点组测量显示器均匀性以响应所述多个参考输入图像的图像捕获和测量单元，所述均匀性由至少一个三刺激值、辉度和色度分量表征；

第一处理构件，用于从测量的均匀性数据生成显示响应函数，并计算像素校正网格数据图，所述像素校正网格数据图在每个所述至少一个信号电平产生全部像素的恒定均匀性值；以及

第二处理构件，用于将所述像素校正网格数据图转换成一组系数表示的函数形式；和将像素校正函数应用到输入信号和显示器，用于全部像素位置和色彩值。

39.根据权利要求38所述的系统，其特征在于，所述第一处理构件和所述第二处理构件集成在一个显示器中。

40.根据权利要求38所述的系统，其特征在于，所述第二处理构件集成在所述显示器中。

41.根据权利要求38所述的系统，其特征在于，所述捕获设备是二维(2D)照相机。

42.根据权利要求38所述的系统，其特征在于，所述捕获设备是点亮度计。

43.一种用于改善有机LED显示器(OLED)的色彩和亮度均匀性的方法，其特征在于，所述方法包括：

在显示器上显示多个参考输入图像，所述参考输入图像具有对于至少一个信号电平来说、预定的平台RGB像素值；

在显示器上选定的网格点组测量显示器均匀性以响应所述多个参考输入图像，所述均匀性由至少一个三刺激值、辉度和色度分量表征；

从测量的均匀性数据生成显示响应函数，所述显示响应函数为所述显示器的每个像素的R，G和B分量的响应和；

计算像素校正网格数据图，所述像素校正网格数据图在每个所述至少一个信号电平产生全部像素的恒定均匀性值；

将所述像素校正网格数据图转换成一组系数表示的函数形式；以及

将像素校正函数应用到输入信号和显示器，用于全部像素位置和色彩值。

44.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，所述参考输入图像仅仅是亮度校正的多个纯灰度电平。

45.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，所述参考输入图像是纯红、纯绿和纯蓝电平的多个电平。

46.根据权利要求45所述的方法，其特征在于，所述参考输入图像进一步包括多个纯灰电平，执行所述多个纯灰电平以补偿RGB分量的LCD黑电平偏移。

47.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，使用多项式拟合到测量网格点获得该显示器响应函数。

48.根据权利要求47所述的方法，其特征在于，所述多项式是三次函数。

49.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，通过内插所述测量网格点数据获得所述显示器响应函数。

50.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，通过按照幂定律建模所述函数估计所述显示器响应函数。

51.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，所述响应函数是拟合到所述测量网格点邻域的多个局部多项式，这样所述局部拟合是单调函数。

52.根据权利要求47所述的方法，其特征在于，将所述响应函数移位和按比例缩放以使所述函数单调。

53.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，所述响应函数的恒定均匀性值是设置成平均测量值的。

54.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，对于高信号电平，在校正的像素值位于允许的比特范围之上时，所述响应函数的恒定均匀性值是设置成最小测量值。

55.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，对于低信号电平，在校正的像素值位于允许的比特范围之下时，所述响应函数的恒定均匀性值是设置成最大测量值。

56.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，对于数个像素校正图，多个所述系数组是对应于数个环境温度的设置计算和存储的。

57.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，对于数个像素校正图，多个所述系数组是对应于数个环境光的设置计算和存储的。

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