CN103093737B - 一种用于调整显示设备颜色白平衡的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于调整显示设备颜色白平衡的装置和方法，装置包括：遥控器，用于无线发送采样或调整的指令；采样模块，用于采集显示设备的颜色信息；主控模块，用于根据遥控器的指令驱动采样模块并根据采样模块采集的颜色信息发送相应的颜色白平衡调整指令；信号转换模块，用于接收主控模块的颜色白平衡调整指令，然后转换成显示设备可识别的格式发送至显示设备。本发明采用颜色传感器自动、客观的采集显示设备在屏幕上输出的颜色信息，而后自动处理并向显示设备发送调整指令，可以方便快捷的调整显示设备的颜色白平衡。

Description

一种用于调整显示设备颜色白平衡的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种显示设备的检测和校准装置，尤其涉及一种用于调整显示设备颜色白平衡的装置及方法。

背景技术

由于电路上的差异和液晶显示屏单体上存在的差异，会导致每台显示设备的颜色显示不一致，因此需要在使用前调整到标准值。尤其是在用多个显示设备拼接成屏幕墙时，不同显示器的色差问题尤为明显，即使单色画面也会出现马赛克一样的情况。

另外由于信号线的衰减，以及矩阵分配器的误差，所以在屏幕墙拼接完成后还需要将屏幕的白平衡调整到一致的状态。

以往技术采用的是在屏幕拼接完成之后，拼接人员肉眼进行主观判断，通过使用遥控器调整工厂数据来调整显示设备的白平衡。但安装人员全部手动调整，凭借眼睛主观判断，误差很大。并且用于拼接屏幕墙的显示器的遥控接收窗在背部，所以一般需要两人配合完成，工作量大且调整精度不高，费时费力。

发明内容

本发明提供一种使用传感器自动判断显示设备的颜色、亮度，在一定误差范围内实现白平衡自动调整的装置。

一种用于调整显示设备颜色白平衡的装置，包括：

遥控器，用于无线发送采样或调整的指令；

采样模块，用于采集所述的显示设备的颜色信息；

主控模块，用于根据所述的遥控器的指令驱动所述的采样模块并根据所述的采样模块采集的颜色信息发送相应的颜色白平衡调整指令；

信号转换模块，用于接收所述的主控模块的颜色白平衡调整指令，然后转换成所述的显示设备可识别的格式发送至所述的显示设备。

作为优选，所述的信号转换模块和主控模块之间采用无线通讯。一般情况采样模块与主控模块之间采用有线方式连接。

所述的采样模块为至少两个颜色传感器，均接入主控模块，作为优选所述的颜色传感器带有壳体，所述的壳体表面设有吸盘，便于吸附在显示设备表面。

本发明所述的显示设备为现有的各类视频输出设备，如显示器等，一般具有平滑的表面，尤其是立置时，带有吸盘的颜色传感器更易吸附和固定。

所述的主控模块包括第一中央控制器、分别与第一中央控制器连接的第一无线传输电路和电源，其中所述的采样模块接入所述的第一中央控制器，第一无线传输电路分别与所述的遥控器和信号转换模块无线通讯。

所述的信号转换模块包括第二中央控制器、分别与第二中央控制器连接的第二无线传输电路和电源，其中所述的第二无线传输电路分别与所述的第一无线传输电路和显示设备无线通讯。

第一中央控制器和第二中央控制器可以采用现有的单片机，第一无线传输电路和第二无线传输电路可以采用现有的无线收发电路或芯片。

作为优选，所述的信号转换模块带有壳体，信号转换模块的壳体表面设有吸盘，便于吸附在显示设备表面。信号转换模块中的电路部分安装在壳体内，当然要保留必要的引线。

作为优选，所述的主控模块带有壳体，主控模块的壳体表面设有吸盘，便于吸附在显示设备表面。主控模块中的电路部分安装在壳体内，当然要保留必要的引线。

采样模块、信号转换模块、主控模块的电路部分安装在各自的带有吸盘的壳体内，可以根据需要吸附在显示设备的正面、背面，便于安装使用，另外吸盘的数量和规格并没有严格要求，至少保证相应的模块可以稳固的吸附。

本发明装置中操作者利用遥控器无线发送采样或调整的指令，采样时主控模块根据遥控器的指令驱动采样模块采集显示设备的颜色信息，调整时主控模块根据遥控器的指令驱动采样模块采集显示设备的颜色信息，而后与标准的颜色信息相比较，再根据预定的调整策略发送具体的颜色白平衡调整指令，信号转换模块接收主控模块的颜色白平衡调整指令，然后转换成显示设备可识别的格式发送至显示设备。

本发明采用颜色传感器自动、客观的采集显示设备在屏幕上输出的颜色信息，而后自动处理并向显示设备发送调整指令，可以方便快捷的调整显示设备的颜色白平衡。

本发明还提供了一种用于调整显示设备颜色白平衡的方法，包括如下步骤：

(1)利用颜色传感器分别采集标准显示设备所输出的标准高亮颜色信息和标准低亮颜色信息；

一般情况下灰度值等于纯白场的30％的可以认为是低亮画面，灰度值等于纯白场的70％的可以认为是高亮画面。

(2)以循环的方式依次执行操作(a)和操作(b)，直至显示设备所输出的高亮颜色信息和低亮颜色信息，分别与标准高亮颜色信息和标准低亮颜色信息相符合：

a)利用颜色传感器分别采集待调整的显示设备所输出的高亮颜色信息和低亮颜色信息，并分别与标准高亮颜色信息和标准低亮颜色信息比较，根据比较得到的差异计算得到颜色白平衡调整指令；

b)将颜色白平衡调整指令转换成显示设备可识别的格式发送至显示设备，显示设备根据可识别的颜色白平衡调整指令自动的调整颜色白平衡。

作为优选，通过遥控器发送步骤(1)中采集标准显示设备所输出的标准高亮颜色信息和标准低亮颜色信息的指令。

作为优选，所述的颜色传感器至少两个，其中至少一个用于采集高亮颜色信息，至少一个用于采集标准低亮颜色信息。

作为优选，所述的颜色传感器通过吸盘吸附安装在显示设备的屏幕表面。

作为优选，步骤(2)中将颜色白平衡调整指令转换成显示设备可识别的格式后，通过无线方式发送至显示设备。

本发明方法可以采用本发明的用于调整显示设备颜色白平衡的装置来实施，或采用具有类似功能的装置来实现。

本发明方法采用颜色传感器自动、客观的采集显示设备在屏幕上输出的颜色信息，而后自动处理并向显示设备发送调整指令，可以方便快捷的调整显示设备的颜色白平衡。

附图说明

图1为本发明一种用于调整显示设备颜色白平衡的装置的结构框图；

图2为将RGB色度空间的颜色信息转换为XYZ色度系统时的色匹配函数，图中的X₁₀(λ)、Y₁₀(λ)、Z₁₀(λ)为色匹配函数；

图3为将XYZ色度系统的颜色信息转换为米制明度时的关系示意图。

具体实施方式

参见图1，显示设备以显示器为例，本实施例一种用于调整显示设备颜色白平衡的装置，包括：

A)遥控器，用于无线发送采样或调整的指令。

B)采样模块，用于采集显示设备的颜色信息；采样模块为两个颜色传感器，一个用于采集标准高亮颜色信息，另一个用于采集标准低亮颜色信息，颜色传感器带有壳体，壳体表面设有吸盘，便于吸附在显示设备表面。

本实施例中颜色传感器使用可编程颜色传感器TCS3200，它可以把光信号转换为电信号，将可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上还集成了红绿蓝(RGB)三种滤光器。颜色传感器的输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与主控模块相连，不再需要A/D转换电路。

当入射光投射到颜色传感器上时，通过光电二极管控制引脚的不同组合，可以选择不同的滤波器，即选择R、G、B、W其中一个通路；经过电流到频率转换器后输出不同频率的方波(占空比是50％)，不同的颜色和光强对应不同频率的方波；还可以通过输出定标控制引脚选择不同的输出比例因子，对输出频率范围进行调整，以适应不同的需求，本实施例使用2％输出。

C)主控模块，用于根据遥控器的指令驱动采样模块并根据采样模块采集的颜色信息发送相应的颜色白平衡调整指令；

主控模块包括第一中央控制器(单片机At89C52)、分别与第一中央控制器连接的第一无线传输电路和电源，其中两个颜色传感器均采用有线方式接入第一中央控制器，第一无线传输电路分别与遥控器和信号转换模块无线通讯。

主控模块带有壳体，主控模块的壳体表面设有吸盘，便于吸附在显示设备表面。

D)信号转换模块，用于接收主控模块的颜色白平衡调整指令，然后转换成显示设备可识别的格式发送至显示设备。信号转换模块包括第二中央控制器(单片机At89C52)、分别与第二中央控制器连接的第二无线传输电路和电源，其中第二无线传输电路分别与第一无线传输电路和显示设备线通讯。

信号转换模块带有壳体，信号转换模块的壳体表面设有吸盘，便于吸附在显示设备表面。

可相互通讯的第一无线传输电路和第二无线传输电路均采用无线发射接收模块(PTR2000RF)，此模块使用nRF401UHF无线收发芯片，采样FSK调制解调技术，天线接口设计为PCB形式的差分天线。具有小型低耗，抗干扰能力强的优点。

利用本发明装置调整显示设备颜色白平衡时，将两个颜色传感器利用吸盘吸附在标准显示设备或显示设备的屏幕表面(正面)，利用吸盘将主控模块也吸附在标准显示设备或显示设备的屏幕表面，利用吸盘将信号转换模块吸附在待调整的显示设备的背面。

调整过程如下：

(1)采用遥控器向主控模块发出采样指令，主控模块驱动利用两个颜色传感器分别采集标准显示设备所输出的标准高亮颜色信息和标准低亮颜色信息，步骤(1)的主要目的是采集标准数据，以供参照。

(2)采用遥控器向主控模块发出调整指令，以循环的方式依次执行操作(a)和操作(b)，直至显示设备所输出的高亮颜色信息和低亮颜色信息，分别与标准高亮颜色信息和标准低亮颜色信息相符合：

a)利用颜色传感器分别采集待调整的显示设备所输出的高亮颜色信息和低亮颜色信息，并分别与标准高亮颜色信息和标准低亮颜色信息比较，若与步骤(1)的标准数据之间的误差在可接受范围内则认为显示设备无需调整(即无需再执行操作(b))，若与步骤(1)的标准数据之间的误差不在可接受范围内，则进行调整，调整时先计算得到颜色白平衡调整指令；

b)将颜色白平衡调整指令转换成显示设备可识别的格式发送至显示设备，显示设备根据可识别的颜色白平衡调整指令自动的调整颜色白平衡。

综合操作(a)和操作(b)来看，步骤(2)是一个多次循环调整的过程，以下对该多次循环调整的过程做详细说明：

比较时，首先确定允许的误差，本发明采用米制明度进行误差可接受范围的设定，由于颜色传感器采集的信息是包含红、绿、蓝和亮度信息的RGB颜色空间信息，而RGB颜色空间信息与米制明度之间的转换方法可以利用现有技术，如红、绿、蓝和亮度的值转化为CIEl931-XYZ色度系统。转换为XYZ色度系统时的色匹配函数可参见图2。然后再将XYZ色度系统转化为CIE(国际照明委员会)推出的米制明度，即CIEl976均匀颜色空间L^*、u^*、v^*，将XYZ色度系统的颜色信息转换为米制明度时的关系可参见图3。具体关系如下：

$\left\{\begin{array}{cc}{L}^{*}=116{(Y/Y_0)}^{1/3}-16,& Y/Y_0>0.01\\ u^{*}=13L\×(u^{,}-{u_0}^{,})& \\ v^{*}=13L\×(v^{,}-{v_0}^{,})& \end{array}\right\}$

式中： $u^{,}=\frac{4X}{X+15Y+3Z}$ 相应： ${u_0}^{,}=\frac{4X_0}{X_0+15Y_0+3Z_0}$ $V^{,}=\frac{9Y}{X+15Y+3Z}$ ${V_0}^{,}=\frac{9Y_0}{X_0+15Y_0+3Z_0}$

颜色信息转换为米制明度后，色坐标由四个参数关联变成两个参数关联。本实施例中误差可接受范围采用米制明度表示，高亮：U±6，V±6，L±20；低亮：U±6，V±6，L±5；通过以上的转换关系也可以将米制明度下误差可接受范围转换为RGB颜色空间中蓝、绿、红、亮度数值的误差可接受范围。

确定允许的误差范围后，调整过程分为两个阶段，单独调整和交叉调整，需要说明的是单独调整和交叉调整均包括了高亮颜色信息和低亮颜色信息的调整，在任何阶段的任何一次调整中，都是经历了一次操作(a)和操作(b)，即历经信息的采集、比较、颜色白平衡调整指令的确定和发送以及显示设备的颜色白平衡的调整。

其中颜色白平衡调整指令确定后将其转为RS232格式，通过无线方式发至信号转换模块；信号转换模块接收指令并解调后在转成红外代码，发送至显示设备，显示设备根据指令自动的调整颜色白平衡。

单独调整包含至少三个循环过程(本实施例中采用四次循环过程)，每个循环过程中在显示设备所输出的颜色信息(泛指高亮颜色信息和低亮颜色信息)中的蓝(蓝色通道数值)、绿(绿色通道数值)、红(红色通道数值)、亮度这四个数值中任意排序且每次择一，根据其与标准颜色信息(对应的指标准高亮颜色信息和标准低亮颜色信息)中对应的差值进行调整，使误差处于预定范围内。

以显示设备所输出的高亮颜色信息为例，低亮颜色信息采用相同的调整方法，仅仅是调整时参照的对象不同。例如首先选择显示设备所输出的高亮颜色信息中的蓝颜色通道的数值，根据与标准高亮颜色信息中的蓝颜色通道的数值的差值进行调整，使两者误差处于预定范围内。再依次调整绿、红、亮度颜色信息。当然在调整红颜色通道的数值时，有可能导致蓝颜色通道的数值又偏离了标准高亮颜色信息中的蓝颜色通道的数值。

作为优选单独调整中的各个循环过程中，蓝、绿、红、亮度这四个数值的排序各不相同，例如在第一次循环时按照蓝、绿、红、亮度的顺序依次调整，而第二次循环时按照红、绿、蓝、亮度的顺序依次调整，第三次循环时按照绿、红、蓝、亮度的顺序依次调整，第四次循环时按照亮度、绿、蓝、红的顺序依次调整，

完成单独调整后再进行交叉调整，交叉调整时不再考虑亮度，仅针对蓝、绿、红三个数值进行调整，交叉调整具体过程如下：

(I)对比显示设备所输出的颜色信息(泛指高亮颜色信息和低亮颜色信息)中的红色通道数值与标准颜色信息(对应的指标准高亮颜色信息和标准低亮颜色信息)中的红色通道数值，根据差值进行调整，且每次调整的步长为1(数值加1或减1)，且最多调整六次；每次调整后均分别对比显示设备所输出的颜色信息中的蓝、绿、红数值与标准颜色信息中对应的数值，若误差均处于预定范围内则停止调整，即完成交叉调整，否则继续调整，直至调整六次后执行步骤(II)；

(II)按照红色通道数值的调节方式调节绿色通道数值，但且最多调整一次，调整后分别对比显示设备所输出的颜色信息中的蓝、绿、红数值与标准颜色信息中对应的数值，若误差均处于预定范围内则停止调整，即完成交叉调整，否则执行步骤(III)；

(III)按照红色通道数值的调节方式调节蓝色通道数值，但且最多调整两次；每次调整后均分别对比显示设备所输出的颜色信息中的蓝、绿、红数值与标准颜色信息中对应的数值，若误差均处于预定范围内则停止调整，即完成交叉调整，否则返回步骤(I)。

在交叉调整过程中可见，红、绿、蓝三种颜色通道数值的调整极限步长之比为6∶1∶2，即每次步骤(I)至步骤(III)的循环中红色通道数值最多调整六次，绿色通道数值，最多调整一次，蓝色通道数值，最多调整两次。直至完成交叉调整。

效果评测

利用本实施例方法对屏幕墙(一个标准显示屏、五个待调整的显示屏)的调整结果，五个待调整的显示屏均参照标准显示屏进行调整，调整所需时间以及调整后结果如下表：

利用本实施例方法对显示屏进行颜色白平衡调整和现有的人工调整的效果对比如下表：

项目	现有技术	本发明	效果
				调整精度	以人眼主观判断	颜色传感器采集判断	精确度实现质的提升
需要人力	2人	0人(自动调整)	降低100％
				调整时间	15min/set	1min/set	降低93％

遥控位置	背后遥控	正面遥控	便捷操作
				调整方法	手动调整	自动调整

表中可以看出，本发明不仅节省人力而且提高了效率，并且调整结果更加客观准确。

Claims (10)

1.一种用于调整显示设备颜色白平衡的装置，其特征在于，包括:

遥控器，用于无线发送采样或调整的指令；

采样模块，用于采集显示设备的颜色信息，包括采集标准显示设备的标准高亮颜色信息与标准低亮颜色信息以及采集待调整的显示设备的高亮颜色信息与低亮颜色信息；

主控模块，用于根据所述的遥控器的指令驱动所述的采样模块，并在米制明度设定的误差范围内分别比较所述的采样模块采集的标准显示设备的标准高亮颜色信息与标准低亮颜色信息以及待调整显示设备的高亮颜色信息与低亮颜色信息后，发送相应的颜色白平衡调整指令；

信号转换模块，用于接收所述的主控模块的颜色白平衡调整指令，然后转换成所述待调整的显示设备可识别的格式发送至所述待调整的显示设备。

2.如权利要求1所述的用于调整显示设备颜色白平衡的装置，其特征在于，所述的信号转换模块和主控模块之间采用无线通讯。

3.如权利要求2所述的用于调整显示设备颜色白平衡的装置，其特征在于，所述的采样模块为至少两个颜色传感器，均接入主控模块。

4.如权利要求3所述的用于调整显示设备颜色白平衡的装置，其特征在于，所述的颜色传感器带有壳体，所述的壳体表面设有吸盘。

5.如权利要求1～4任一项所述的用于调整显示设备颜色白平衡的装置，其特征在于，所述的主控模块包括第一中央控制器、分别与第一中央控制器连接的第一无线传输电路和电源，其中所述的采样模块接入所述的第一中央控制器，第一无线传输电路分别与所述的遥控器和信号转换模块无线通讯。

6.如权利要求5所述的用于调整显示设备颜色白平衡的装置，其特征在于，所述的信号转换模块包括第二中央控制器、分别与第二中央控制器连接的第二无线传输电路和电源，其中所述的第二无线传输电路分别与所述的第一无线传输电路和显示设备无线通讯。

7.如权利要求6所述的用于调整显示设备颜色白平衡的装置，其特征在于，所述的信号转换模块带有壳体，信号转换模块的壳体表面设有吸盘。

8.如权利要求7所述的用于调整显示设备颜色白平衡的装置，其特征在于，所述的主控模块带有壳体，主控模块的壳体表面设有吸盘。

9.一种用于调整显示设备颜色白平衡的方法，其特征在于，包括如下步骤:

(1)利用颜色传感器分别采集标准显示设备所输出的标准高亮颜色信息和标准低亮颜色信息；

(2)以循环的方式依次执行操作a)和操作b)时，直至待调整的显示设备所输出的高亮颜色信息和低亮颜色信息，在米制明度设定的误差范围内分别与标准高亮颜色信息和标准低亮颜色信息相符合；

a)利用颜色传感器分别采集待调整的显示设备所输出的高亮颜色信息和低亮颜色信息，并在米制明度设定的误差范围内分别与标准高亮颜色信息和标准低亮颜色信息比较，根据比较得到的差异计算得到颜色白平衡调整指令；

b)将颜色白平衡调整指令转换成所述待调整的显示设备可识别的格式发送至待调整的显示设备，待调整的显示设备根据可识别的颜色白平衡调整指令自动的调整颜色白平衡。

10.如权利要求9所述的用于调整显示设备颜色白平衡的方法，其特征在于，所述的颜色传感器通过吸盘吸附安装在显示设备的屏幕表面。