CN103765503A - 使用经基于光谱的色度校准的彩色相机的显示器的快速校准 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于使用经基于光谱的色度校准的彩色相机来校准显示器的系统和方法。确切地说，所讨论的为系统和方法，所述系统和方法用于将彩色校准图案图像显示在显示单元上；利用具有多个图像传感器的彩色相机捕获所述彩色校准图案图像，其中每一个图像传感器经配置以捕获预定光的颜色；将来自所述彩色校准图案的一组颜色的一组参考绝对XYZ坐标与使用所述经色度校准的相机所捕获的一组经测量XYZ颜色坐标进行比较；以及基于所述参考坐标与所述经测量坐标之间的比较校准所述显示单元。

Description

使用经基于光谱的色度校准的彩色相机的显示器的快速校准

技术领域

本发明的一方面涉及电子显示器的校准，并且确切地说，涉及利用彩色相机进行电子显示器的校准的方法和系统。

背景技术

用于移动电话、计算机，以及平板电脑等的电子显示器可以在色调响应、彩色响应以及背光调制响应中显示出大量的可变性。这主要是由于用于显示器的制造的各种光学组件的特征的可变性导致的，包含LED背光的光谱能量分布(SPD)的可变性。

因此，通常校准生产线上制造的每一个电子显示器，从而每一个显示器在使用期间提供准确的色调响应、彩色响应以及背光调制响应。然而，使用光谱仪或色差计的显示器特征化以及校准会导致两个基本缺陷。第一，这些色差计仅可以基于显示器上的单个点(通常在面板中心)产生校准数据。第二，因为显示屏可能需要分别校准以具有针对多种不同颜色的准确响应，其中一次仅对于一种颜色进行校准，所以进行所需的测量通常花费大量的时间。例如，使用光学研究PR-655光谱仪，针对液晶显示器(LCD)的红/绿/蓝色调响应每数字输入电平可能占用15秒，所述光谱仪一次仅测量一个光波长。对于每通道6位LCD显示器，单个显示器的整个校准过程可能占用总计约48分钟，所述显示器需要基于不同形状和颜色的192个测试图案进行评估以及校准。

发明内容

一些实施例可以包括用于校准显示单元的方法。所述方法可以包括将彩色校准图案图像显示在显示单元上。所述方法可以进一步包括利用具有多个图像传感器的彩色经色度校准相机来捕获显示在显示单元上彩色校准图案图像，其中每一个图像传感器经配置以捕获预定的光的颜色。所述方法可以进一步包括将来自彩色校准图案的一组颜色的一组参考绝对XYZ坐标与使用经色度校准的相机所捕获的一组经测量XYZ颜色坐标进行比较，以及基于参考坐标与经测量坐标之间的比较校准显示单元。在其他实施例中，所述方法可以进一步包括确定一组颜色的参考绝对XYZ坐标与经测量XYZ颜色坐标之间的比较是否在可接受颜色误差内。在一些实施例中，可接受颜色误差可以小于1CIEDE2000单位。在其他实施例中，所述方法可以进一步包括执行彩色相机的基于光谱的校准。在一些实施例中，彩色校准图案图像可以进一步包括多个单色图像。在其他实施例中，所述方法可以在少于5秒中执行。

其他实施例可以包括用于校准显示单元的系统，所述系统包括经配置以捕获不同图像传感器上的红、绿，以及蓝颜色的彩色相机，其中每一个图像传感器经配置以捕获预定的光的颜色。所述系统可以进一步包括经配置以在被校准的显示单元上产生彩色图案图像的面板驱动器。所述系统可以进一步包括经配置以设置校准值以调节被显示在显示器上的颜色的校准模块。在其他实施例中，所述系统可以进一步包括比较模块，所述比较模块经配置以将一组测试颜色的一组参考绝对XYZ坐标与使用经色度校准的相机所捕获的对应组经测量XYZ颜色坐标进行比较，以及确定是否达到可接受的颜色误差。在一些实施例中，可接受颜色误差可以小于1个CIE DE2000单位。在其他实施例中，所述系统可以进一步包括图像捕获模块，所述图像捕获模块经配置以在捕获显示单元上的彩色图案图像之前以光谱方式校准彩色相机。

其他实施例可以包含含有处理器可执行指令的非暂时性计算机可读媒体，所述指令可用于使处理器将彩色校准图案图像显示在显示单元上；利用具有多个图像传感器的彩色相机捕获显示在显示单元上的彩色校准图案图像，其中每一个图像传感器经配置以捕获预定的光的颜色；将一组颜色的参考绝对XYZ坐标与使用经色度校准的相机所捕获的一组经测量XYZ颜色坐标进行比较；以及基于参考坐标与经测量坐标之间的比较校准显示单元。其他实施例进一步包括可执行指令，所述指令可用于使处理器确定一组颜色的参考绝对XYZ坐标与经测量XYZ颜色坐标之间的比较是否在可接受颜色误差内。其他实施例进一步包括可执行指令，所述指令可用于使处理器执行彩色相机的基于光谱的校准。

附图说明

所揭示的方面将在下文中结合附图进行描述，所述附图经提供用于图示而非限制所揭示的方面，其中相同的标号指示相同的元件。

图1为描绘了本发明的一个实施例的图像分析系统的示意图。

图2为描绘了实施本发明的一些有效实施例的装置的框图。

图3为描绘了在校准过程的一个实施例中的所利用的过程的流程图。

图4为描绘了用以校准彩色相机的工程的一个实施例的流程图。

具体实施方式

本文中所揭示的实施方案提供了用于使用彩色相机校准显示单元的系统、方法以及设备。确切地说，本文中所描述的一些实施例并入了以光谱方式校准的彩色相机以捕获显示在显示单元上的彩色校准图案的图像，以及对显示单元应用校准调节。一个实施例包含一次将超过一种校准图案显示在显示单元上。其他实施例包含在获取显示在显示单元上的校准图案的图像之前执行彩色相机的基于光谱的校准。所属领域的技术人员将认识到，这些实施例可以用硬件、软件、固件，或其任何组合来实施。

因此，一个实施例可以包含用于快速校准电子显示器的系统。在此实施例中，具有三电荷耦合装置(3CDD)的彩色相机等的彩色相机用于评估在被测试的电子显示器上显示的颜色测试图案。在此实施例中，图像分析系统被连接到3CCD相机以及显示器上，并且在显示器上输出一系列单色、或彩色测试图案。因为3CCD相机具有用于三个红、绿以及蓝色带的三个不同图像传感器，所以它可以同时分别测量三个RGB带的颜色响应。这去除了具有单个拜耳型(Bayer-type)RGB颜色传感器(所述传感器要求RGB颜色插值)的相机的RGB通道之间存在的较大色串扰。同样，与使用具有一组机械色轮滤光器的单个传感器相比，希望3CCD相机在捕获图像以及提供颜色测量方面快得多。

在以下描述中，给出具体的细节以提供对各实例的彻底了解。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践各实例。例如，电子组件/装置可以在框图中示出，以便不以不必要的细节使实例模糊。在其他实例中，此类组件、其他结构以及技术可以详细示出以进一步说明实例。

还应注意，各实例可以描述为一个过程，所述过程被描绘为流程图、流程图表、有限状态图、结构图，或框图。尽管流程图可以将操作描述为顺序过程，但许多操作可以并行、或同时执行，并且过程可以被重复。此外，操作顺序可以被重新布置。当其操作完成时，过程终止。过程可以对应于方法、函数、步骤、子例程、子程序，等等。当过程对应于软件函数时，其终止对应于所述函数到调用函数或主函数的返回。

所属领域的技术人员将理解，信息以及信号可以使用多种不同的技术以及方法中的任一种来表示。举例来说，可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或其任何组合来表示在以上描述中始终参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号及芯片。

在本发明的背景下，术语“校准”指代在整个动态范围内测量单独的红、绿，以及蓝色调响应。例如，在24位显示器上，校准指代对于每一个RGB通道测量至少16个等级。希望显示器的校准进一步包括执行色调响应以及灰度跟踪校正，从而使在所有灰度级处，平均颜色误差不超过两个CIE DE2000单位。显示器的校准可以进一步包括执行对至少18种测试颜色的颜色误差测量，从而使平均颜色误差小于一个CIE DE2000单位。

此揭示的技术可以适用于多种不同的显示装置，包含背光装置(通常也称为透射显示器)、前光显示器、反射显示器以及自发光显示器，诸如LDE以及OLED装置。示例性装置包含数字电视、无线通信装置、个人数字助理(PDA)、笔记本或台式计算机、数码相机、摄像机、数字媒体播放器、视频游戏装置、移动电话或卫星无线电话、只能手机、平板电脑或具有显示器的任何装置。

本文中所揭示的技术可以适用于具有亮度、色度和/或背光调节能力的任何类型的显示器。这些技术可以应用经计算的校准参数并且其后进行不同的调节以校准显示器，以便将形成真实世界颜色的准确呈现的显示器提供给使用者。具体地说，对于显示器中的不同设置可以产生并且应用不同的颜色校正矩阵，以便实现对于装置的希望的调节。本文中所描述的调节可以处理由于不同的背光设置导致的色度移位以及颜色通道间串扰。串扰可以由一个颜色通道对另一个颜色通道的影响引起，并且串扰在不同背光设置中可能不同。本文中所描述的用于处理串扰的技术可以适用于背光显示装置、具有亮度调节能力的其他类型的显示器，并且甚至用于具有静态亮度输出的显示装置。一股而言，RGB串扰可能由至少两个因素导致：光学(例如，RGB滤光器)串扰以及电RGB串扰。

在一个实例中，此揭示描述了使用背光调制的显示装置的颜色校正技术。背光等级的变化可以导致显示器的颜色输出的光谱移位。在另一实例中，此揭示涉及用于在非背光显示装置中校正颜色的颜色校正技术。

颜色响应通常可以指代响应于给定组颜色输入数据的显示器颜色输出。更确切地说，颜色响应可以指代响应于颜色图像数据指定颜色通道的像素值，由颜色通道(例如，红(R)、绿(G)以及蓝(B))的组合产生的显示器颜色输出。此揭示的技术可以应用色调调节以及颜色调节两者。色调调节基本上可以调节亮度上的不准确，而颜色调节可以调节色度上不准确。如上文所提到，颜色调节可以处理由于不同的背光设置导致的颜色移位以及颜色通道之间的串扰两者，所述串扰在不同的背光设置处可能不同。色调调节以及颜色调节都可以包括对颜色分量的调节，例如，用于驱动显示器的R、G、B值。

在一些实例中，校准可以包括基于经校准显示器的色调响应，确定对不同颜色通道的适当伽马校正。伽马校正可以经选择以产生所希望的不同颜色通道中的每一者的色调或亮度输出。随后，显示器颜色响应的校准可以在不同的背光等级处执行。在一些实例中，可以参考一组校准颜色值来校准颜色响应，所述校准颜色值可以被布置为色标，例如，众所周知的麦克贝思色卡测试图中提供的色标等。

图1描绘了显示单元显示器特征化以及校准(DCC)系统110的一个实施例的示意图，所述系统包含连接到显示单元112上的图像分析系统110以及彩色相机114。彩色相机114可以是以光谱方式校准的，从而它可以测量颜色并且提供绝对XYZ颜色坐标。图像分析系统110可以为诸如台式个人计算机等的静止装置，或者它可以为移动单元。多个应用可以供使用者用在图像分析系统110上。

如图1中所示，图像分析系统110将需要校准的显示单元112连接到彩色相机114上。因为显示单元112与彩色相机114进行电通信，所以如下文所讨论，可以启动反馈环路，从而使图像分析系统110适当地校准显示单元112。彩色相机可以以色度方式校准，从而经捕获图像中的RGB值通过数值处理映射到XYZ绝对颜色坐标上。校准图案中的测试颜色具有基于假定的色域映射到RGB坐标上的XYZ绝对坐标。在测试颜色被显示在显示单元112上并且图像被彩色相机114捕获之后，测试颜色的RGB值从经捕获图像中抽取。随后，通过由图像分析系统110进行的数值处理，测试颜色的XYZ坐标被计算出。随后，颜色误差被定义在经计算XYZ坐标与测试颜色的参考XYZ坐标之间。

显示器特征化以及校准(DCC)可以经执行(例如，通过装置制造商)以确定特定显示面板和/或装置的适当颜色校正矩阵。在一些实例中，可以对一股类型的装置(例如，特定的型号)执行DCC。在其他实例中，可以对单独的装置执行DCC。因此，DCC可以在装置制造的时候执行。在一个实施例中，DCC产生用于颜色以及伽马校正的数据，并且随后所产生的数据通过装置处理器被存储在每一个对应的装置中以供使用，以便当显示器被使用者使用时，执行颜色校正以及伽马校正。在一个实施例中，显示器校准数据作为矩阵被存储在与显示单元112相关联的存储器中。校正可以考虑由于不同背光等级导致的色度移位，以及通道之间的串扰，所述串扰也可能受不同背光等级的影响。

DCC可以考虑显示器色调响应以及显示器颜色响应。特征化以及校准可以在不同的显示器操作条件下执行，例如，固定背光等级以及可变背光等级。DCC可以包含通过测量的显示器特征化、通过伽马以及颜色校正矩阵的校准，以及通过线性以及颜色误差检查的验证。

因此，在一个实施例中，系统具有四个主要组件。第一组件为捕获准确的RGB颜色图像的相机，其中RGB值随后通过电子系统(诸如个人计算机)中的数值处理被映射到绝对颜色坐标上。第二组件为电子系统，诸如个人计算机，所述个人计算机充当主机并且通过第一接口控制相机，并且显示器/显示处理器使用第二接口来校准。第三组件为显示处理器芯片，诸如由高通公司(加州圣地亚哥)制造的那些芯片，所述显示处理器芯片在图像被呈现在显示器上之前处理图像。此显示处理器还可以用于直接在显示装置内产生测试颜色或测试图案。因此，可能不必要通过所连接的系统分开产生测试颜色/图案并且随后将其上传到显示器。这可以在显示器校准过程中节省大量的时间。最后的组件为被测试的显示单元。通常，显示屏幕以及图形处理器被集成在单个装置中，诸如手机或平板电脑。

图2描绘了具有一组组件的图像分析系统110的高级框图，所述组件包含具有彩色相机输入/输出115的处理器120、面板驱动器123以及显示单元输入/输出125。工作存储器105以及存储器130也与处理器120通信。

处理器120可以是通用处理单元或专门针对成像应用而设计的处理器。如图所示，处理器120连接到存储器130以及工作存储器105。在所图示的实施例中，存储器130存储图像捕获模块140、比较模块145、显示器校准模块150、用户接口模块160，以及操作系统155。这些模块可以包含配置处理器120以执行各种图像处理以及装置管理任务的指令。工作存储器105可以被处理器120用来存储存储器130的模块中含有的处理器指令的工作集。替代地，工作存储器105还可以被处理器120用来存储在图像分析系统110的操作期间产生的动态数据。

如上文所提及，处理器120被存储在存储器130中的若干模块配置。图像捕获模块140包含配置处理器120以利用彩色相机114捕获图像的指令。因此，处理器120，连同图像捕获模块140、彩色相机114，以及工作存储器105，表示一个用于使用彩色相机捕获彩色图像的装置。比较模块145提供配置处理器120以比较从所捕获的校准测试图案的图像中抽取的测试颜色的RGB值，并且通过数值处理计算测试颜色的XYZ坐标的指令。随后测量所计算出的XYZ坐标与测试颜色的参考XYZ坐标之间的颜色误差。显示器校准模块150含有如果经测量颜色误差不在可接受颜色误差界限内，则将校准变化应用到显示器上的指令。用户接口模块160包含配置处理器120以在运行图像分析系统110时，将信息显示在使用者可接近的电子显示器上的指令。

操作系统模块155配置处理器120以管理系统110的存储器以及处理资源。例如，操作系统模块155可以包含用于处理显示器125或彩色相机115等的硬件资源的装置驱动器。因此，在一些实施例中，上文所讨论的校准模块中含有的指令可以不直接与这些硬件资源交互，而是通过标准子例程或位于操作系统组件155中的API进行交互。操作系统155内的指令随后可以直接与这些硬件组件交互。

尽管图2描绘了包括分开的组件以包含处理器、彩色相机、面板驱动器、显示器，以及存储器的装置，但是所属领域的技术人员将认识到，这些分开的组件可以用多种方式组合以实现特定的设计目标。例如，在一个替代实施例中，存储器组件可以与处理器组件组合以节省成本并且改进性能。

另外地，尽管图2图示了两个存储器组件，其包含包括若干模块的存储器组件130以及包括工作存储器的单独存储器105，但是所属领域的技术人员将认识到利用不同存储器架构的若干实施例。例如，设计可以将ROM或静态RAM存储器用于处理器指令的存储，所述指令实施存储器130中含有的模块。可替代地，处理器指令可以在系统启动时从磁盘存储装置中读出，所述磁盘存储装置被集成到装置100中或通过外部装置端口被连接。随后，可以将处理器指令加载到RAM中以便于由处理器执行。例如，工作存储器105可以是RAM存储器，其中指令在由处理器120执行之前被加载到工作存储器105中。

图3为图示了数值处理以及显示器校准过程300的流程图，所述流程图提供了在一个实施例中显示器校准如何能够作用的概述。过程300在起始块305开始，并且随后当分开的RGB测试图案通过面板驱动器123被显示在显示单元上时，转移到块310。过程300随后移动到块315，其中指令指示彩色相机捕获RGB测试图案的分开的图像映射。在此实施例中，三个分开的平面红、绿，以及蓝测试图案被显示出并且被相机捕获。因为相机事先经完全色度校准，所以三个分开捕获的图像示出了被校准面板的亮度和色度的不均匀性。因此，这些三个图像表示被校准的显示单元的亮度/色度不均匀性。

过程300随后移动到块320，其中指令指示单色或彩色测试图案通过面板驱动器123显示在显示单元上。在一个实施例中，面板驱动器123直接与在容纳测试中的电子显示器的装置中的图形处理器通信。过程300随后移动到块325，其中图2的图像捕获模块140内的指令指示彩色相机捕获显示单元的图像。过程300随后移动到块327，其中图2的比较模块145内的指令比较从所捕获的校准测试图案的图像以及分开的RGB测试图像中所抽取的测试颜色的RGB值，并且通过数值处理计算测试颜色或颜色的XYZ坐标以补偿显示单元的亮度和色度不均匀性。

块315中产生的三个图像映射被应用到块325中的经捕获图像中以补偿亮度/色度不均匀性，并且因此将块325中由相机捕获的图像中的每一个像素的RGB值转换成绝对XYZ坐标。过程300随后移动到块330，其中指令指示数值处理以将所捕获的测试图案的图像的每一个像素的RGB值转换成经计算XYZ坐标。过程300随后移动到判定块335，其中指令经执行以确定是否所有的校准图案都已经被操作。如果并不是所有校准图案都已经在显示单元上示出，那么过程300随后返回到块310并且重复如上文所描述的过程。如果所有校准测试图案都已经显示，那么过程300移动到块340，其中指令将校准图案中显示的测试颜色的参考XYZ坐标与从所捕获的测试图案图像中获取的测试颜色的经计算XYZ坐标进行比较。

在块340内，数值处理(例如，回归)被应用到两组XYZ坐标上：来自一组校准图案的所有测试颜色的参考XYZ坐标以及相同组测试颜色的经计算/测量XYZ坐标。随后测量所计算出的XYZ坐标与测试颜色的参考XYZ坐标之间的颜色误差。此步骤产生一组校准数据。产生两组校准数据：用于伽马校正(也即，亮度/色调/灰度跟踪校正)的校准数据以及用于色度校正(也即，颜色校正)的校准数据。

过程300随后移动到块345，其中校准变化被应用到显示单元上。例如，校准变化可以通过将校准表存储到显示单元中的存储器中来应用。一旦所有的校准变化都已经应用到显示单元上，过程300就移动到块350并且过程300结束。在所描述的实施例中，所有的测试颜色被显示并且其XYZ坐标被计算，并且随后希望一次将所有的经计算测试颜色与参考测试颜色比较以产生采用一组校准数据的形式的用于显示单元的校准的所有所需校正。对于亮度，校正将产生3个1D查找表(LUT)，并且对于色度，校正产生3×11多项式颜色校正矩阵。

确定经捕获图像是否在特定显示装置的可接受颜色误差内可以通过若干种方法来执行。例如，显示器的颜色响应可以通过测量相对应的输入参考线性颜色值的参考颜色输出来进行。在一个实例中，所谓的麦克贝思色卡测试图的颜色被用作装置的输入而作为校准图案。麦克贝思色卡图具有24种参考颜色，所述参考颜色包含18种颜色和6种消色差中性色(白色、灰色，以及黑色)。在其它实例中，更加精确的结果可以通过利用较大数目的参考颜色来获得，例如，具有108种参考颜色的色卡。随后使用彩色相机获得颜色测量。

对于每一种颜色，由显示器产生的颜色误差、或显示器的颜色响应中的误差的量可以基于经测量输出颜色与对应的输入颜色参考之间的差值来确定，所述输入颜色参考由麦克贝思色卡图或其他色卡参考指示。如国际照明委员会(或国际照明委员会(CIE))所指明，人眼通常可以检测到超过2delta e(CIE)的颜色差值。例如，如果其间的差值为2deltae(CIE)或更小，那么一种颜色的两个色度对于人眼可以看起来一样。在显示器的特征化或校准期间，输入与输出参考颜色之间的差值的量可以确定。输入和输出参考颜色可以用其RGB分量来表示。

为了校准显示装置(其中颜色误差不在可接受范围内)，系统可以通过众所周知的方法确定图表中所有颜色的颜色校正矩阵，所述方法诸如最小均方误差(MSE)方法。

3CCD相机的颜色校正可以基于光谱数据以及处理。下文讨论3CCD相机的颜色校正矩阵计算的一个实例。麦克贝思色卡图(24种参考颜色的组)可以用于进行颜色校准。24种颜色的光谱数据基于麦克贝思色卡图的20个样本。这些光谱数据基于380nm-730nm的范围。

在给定照明源下的24种颜色的经积分R/G/B值可以使用以下方程来计算：

R＝∑(I(λ)*R(λ)*S_R(λ))

G＝∑(I(λ)*R(λ)*S_G(λ))

B＝∑(I(λ)*R(λ)*S_B(λ))

在这些方程中，I(λ)表示照明源的光谱能量分布(SPD)，R(λ)表示每一种颜色的光谱反射因素(SRF)，并且表示S(λ)表示对于特定颜色通道的相机的光谱响应(SR)。麦克贝思色卡图中的19号颜色表示具有～90％反射指数的反射表面。此颜色可以用作用于按比例缩放经积分RGB值的参考。

以上三个方程的积分和求和是对可见的波长范围(λ：360nm到720nm-10nm波长分辨率)进行的。

在给定照明源下的24种颜色的经积分CIE三刺激值X/Y/Z可以使用以下方程来计算：

X＝∑(I(λ)*R(λ)*x(λ))

Y＝∑(I(λ)*R(λ)*y(λ))

Z＝∑(I(λ)*R(λ)*z(λ))

如先前所指出，I(λ)表示照明源的光谱能量分布(SPD)并且R(λ)表示每一种颜色的光谱反射因素(SRF)。此外，x(λ)、y(λ)以及z(λ)表示颜色匹配函数。

对于每一个通道，定义具有17项的三阶多项式模型以将相机RGB值映射到CIE三刺激值X/Y/Z：

X＝k₀₀R+k₀₁G+k₀₂B+k₀₃RG+k₀₄GB+k₀₅BR+k₀₆R²+k₀₇G²+k₀₈B²+k₀₉RGB+k₀₁₀R²G+k₀₁₁R²B+k₀₁₂G²B+k₀₁₃G²B+k₀₁₄B²R+k₀₁₅B²G+k₀₁₆

Y＝k₁₀R+k₁₁G+k₁₂B+k₁₃RG+k₁₄GB+k₁₅BR+k₁₆R²+k₁₇G²+k₁₈B²+k₁₉RGB+k₁₁₀R²G+k₁₁₁R²B+k₁₁₂G²B+k₁₁₃G²B+k₁₁₄B²R+k₁₁₅B²G+k₁₁₆

Z＝k₂₀R+k₂₁G+k₂₂B+k₂₃RG+k₂₄GB+k₂₅BR+k₂₆R²+k₂₇G²+k₂₅B²+k₂₉RGB+k₂₁₀R²G+k₂₁₁R²B+k₂₁₂G²B+k₂₁₃G²B+k₂₁₄8²R+k₂₁₅8²G+k₂₁₆

此处，k_ij表示多项式模型的17个系数；R、G和B表示相机经积分RGB响应；以及X、Y和Z表示CIE三刺激值。应注意，尽管这是具有所有2和3阶项的非线性模型，但其解答是基于线性回归的。最小平方误差(LSE)方法用于求解51(3×17)个未知系数k_ij。

以上方程可以重新布置并且如下文所示以矩阵形式表示：

$\left|\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right|=\left|\begin{array}{ccc}k00& ...& k016\\ ...& ...& ...\\ k20& ...& k216\end{array}\right|*\left|D\right|$

其中矩阵[D]的转置被定义为：

[D]^T＝[R G B RG GB BR R² G² B²RGB R²G R²B G²R G²BB²R B²G 1]

为了求解51个未知系数，需要最小17种参考颜色。然而，更高数目的参考颜色可以用于获得更加准确的[3×17]颜色校正/映射矩阵的计算。麦克贝思色卡图提供24种参考颜色(所述参考颜色中的6种是消色差的)。

对于颜色误差估计，可以应用颜色误差度量DE2000。为了建立颜色校正/映射矩阵的最佳多项式，测试以下八种情况：

上表中的数据指出具有17项的三阶多项式模型(由3×17矩阵表示)为3CCD相机提供准确的颜色校正。也就是说，对于此实例，最大颜色误差在1个DE2000CIE单位以下，而平均颜色误差为约DE2000CIE单位的1/3。

本发明的各方面不限于执行颜色校正的特定方式，或经存储RGB值系数的特定大小的矩阵。例如，如上文所示，系统的实施例使用3×17多项式颜色校正来以光谱方式校准3CCD相机。在一些实例中，校正值可以表示为提供颜色校正RGB值(R_ci。G_ci。B_cie)的系数值。系数可以用于线性或多项式回归方程中以从输入RGB值(R_d G_d B_d)中获得颜色校正RGB值。系数可以被存储为3乘N矩阵，其中N为3或更多。当N为3时，线性回归可以用于从输入RGB值中获得颜色校正RGB值。以下实例等式可以表示3乘4矩阵的一个实例，所述矩阵在颜色校准期间可以被解出，并且随后在装置的操作过程中应用(基于所解出的系数k的值)于颜色调节或校正。

R_cie＝k_rr*R_d+k_rg*G_d+k_rb*B_d

G_cie＝k_gr*R_d+k_gg*G_d+k_gb*B_d

B_cie＝k_br*R_d+k_bg*G_d+k_bb*B_d

其中ki系数表示基于上文所讨论的经执行校准的颜色校正系数。R_d、G_d、B_d表示显示器RGB值，并且R_ci。、G_ci。、B_ci。表示颜色校正值。每一个系数仅与单通道贡献，或者红(R)、绿(G)，以及蓝(B)通道中的每一者的贡献相关联。因此，k_rr为与红色通道对颜色校正红色通道值的贡献相关联的系数，k_rg与绿色通道对颜色校正红色通道值的贡献相关联，并且k_rb与蓝色通道对颜色校正红色通道值的贡献相关联。

类似地，k_gr、k_gg，以及k_gb分别是与红色、绿色，以及蓝色通道对颜色校正绿色通道值的贡献相关联的系数，并且k_br、k_bg，以及k_bb分别是与红色、绿色，以及蓝色通道对颜色校正蓝色通道值的贡献相关联的系数。

此外，关于来自所产生的校准图案的输入参考颜色，由彩色相机所测量的显示装置的输出的实验测量可以用于以实验方式确定所需系数。此外，在校准过程期间，对于装置的多个不同背光设置中的每一者，可以解出不同组系数。这样，对于装置的多个不同背光设置中的每一者，可以定义不同的颜色校正矩阵(然而如果相同的调节适合于两个背光设置，那么这些设置可以应用相同的矩阵)。矩阵可以存储在与显示装置相关联的存储器中。

显示面板的颜色响应的特征化以及校准的验证随后可以通过以下操作执行：输入参考颜色(例如，麦克贝思图的颜色)、应用在特征化以及校准过程期间确定的适当的颜色校正矩阵，并且测量相对应的颜色输出。

图4为图示在图2的图像捕获模块140的一个实施例内运行的相机校准过程500的流程图。此过程用于校准用于捕获电子显示器上的图像的相机，因此已知相机将读取显示器上的准确的颜色测量。过程500在起始块505开始并且转移到块510，其中彩色相机上的所有内部自动或自适应处理特征被禁用。过程500随后移动到块515，其中指令合乎需要地将彩色相机的白平衡设置到6500K。过程500随后移动到块520，其中彩色相机的伽马被关闭。过程500随后移动到块525，其中彩色相机的视频增益被设置为零。过程500随后移动到块530，其中指令指示彩色相机捕获一组参考光谱图像。使用单色器和积分球，一组具有预定义波长(从380nm到720nm)的平场可以在3CCD相机的视野中产生。过程500随后移动到块535，其中指令指示彩色相机捕获对应一组黑色偏移参考图像。过程500随后移动到块540，其中指令通过从对应的光谱图像中减去黑色偏移图像来确定参考光谱图像与黑色偏移图像之间的差值。此时，3CCD相机的RGB光谱响应被建立为3CCD相机的色度校准的第一部分。在块543中，3CCD相机的色度校准过程继续颜色误差矩阵的计算，如上文所描述。过程500随后移动到块545，其中指令确定三个颜色R、G，以及B的CIE经积分三刺激值。过程500随后移动到块555并且结束。

上述过程500图示了用于校准显示单元的彩色相机的基于光谱的校准的一个实施例。为了在显示单元的校准中获得较高程度的准确性，优选的是基于光谱方法执行相机的色度校准，如过程500中所图示。

在一个实施例中，显示单元的亮度和色度不均匀性在显示单元的校准之前确认。例如，如果两个红色色标显示在显示器的中心和角落上，那么两个色标可能不具有相同的亮度和相同的绝对颜色坐标XYZ。因此，希望在使用经光谱校准的相机测量同一经显示校准图案内的多种颜色之前确认显示器的不均匀性。

如上文所讨论，彩色相机可以具有三个分开的红、绿以及蓝CCD传感器。因此，合乎需要地，通道间不存在RGB颜色串扰，所述颜色串扰将导致不准确的颜色测量。此外，可以建立相机设置，使得RGB透镜下降是最少的并且无关紧要的。

在一个实施例中，三个分开的红、绿以及蓝测试图案显示在显示单元上，并且三个图像由经光谱校准的彩色相机捕获。由于上文所描述的彩色相机的特征和设置，三个图像示出了三个红色、绿色以及蓝色通道的亮度和色度空间不均匀性。任何由经光谱校准的彩色相机所捕获的在显示单元上显示的所产生校准测试图案的连续图像随后可以使用上文所讨论的亮度和色度不均匀性图像来校正或补偿。当校准测试图案包含多种颜色时，每一种颜色将处在显示单元上的不同位置处并且因此显示单元的亮度和色度不均匀性将影响所显示的颜色。亮度和色度不均匀性图像的使用使系统能够校正所述组测试颜色的经测量亮度和色度，并且因此使得同时产生一组颜色的准确颜色测量。

所属领域的技术人员将进一步了解，结合本文中所揭示的实施方案描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和过程块可以实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件与软件的这种可互换性，上文已关于各种说明性组件、块、模块、电路和块的功能性大体上对其进行说明。所述功能性是实施为硬件还是软件取决于特定应用及施加于整个系统的设计约束。所属领域的技术人员可针对每一特定应用以不同方式来实施所描述的功能性，但所述实施方案决定不应被解释为会导致脱离本发明的范围。所属领域的技术人员将认识到一个部分或一部分可包括小于或等于整体的内容。例如，像素集合的一个部分可能是指那些像素的子集合。

可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文中所描述的功能的任何组合来实施或执行结合本文中所揭示的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块及电路。通用处理器可为微处理器，但在替代实施例中，处理器可为任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或一个以上微处理器与DSP核心的联合，或任何其他此配置。

结合本文中揭示的实施方案描述的方法或过程的块可以直接体现在硬件中、通过处理器执行的软件模块中或所述两者的组合中。软件模块可驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可换磁盘、CD-ROM，或本领域中已知的任何其它形式的非暂时存储媒体中。示例性计算机可读存储媒体耦合到处理器上，从而处理器可从计算机可以从计算机可读存储媒体中读取信息，并且向计算机可读存储媒体写入信息。在替代方案中，存储媒体可与处理器成一体式。处理器及存储媒体可驻留于ASIC中。ASIC可能驻留在用户终端、相机或其他装置中。在替代实施例中，处理器和存储媒体可作为离散组件驻留于用户终端、相机或其他装置中。

提供对所揭示的实施方案的前述描述，是为了使得所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。所属领域的技术人员将容易明白对这些实施方案的各种修改，且本文中所定义的一股原理可在不偏离本发明的精神或范围的情况下应用于其他实施方案。因此，本发明并不意欲限于本文中所示出的实施方案，而是应符合与本文中所揭示的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (20)

1.一种用于校准显示单元的电子方法，所述方法包括：

将彩色校准图案图像显示在显示单元上；

利用彩色经色度校准的相机捕获显示在所述显示单元上的所述彩色校准图案图像，所述相机具有多个图像传感器，其中每一个图像传感器经配置以捕获预定颜色的光；

将来自所述彩色校准图案中的一组颜色的一组参考绝对XYZ坐标与使用所述经色度校准的相机所捕获的一组经测量XYZ颜色坐标进行比较；以及

基于所述参考坐标与所述经测量坐标之间的所述比较校准所述显示单元。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括确定所述一组颜色的参考绝对XYZ坐标与所述经测量XYZ颜色坐标之间的所述比较是否在可接受颜色误差内的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其中可接受颜色误差小于1个CIE DE2000单位。

4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括执行对所述彩色相机的基于光谱的校准的步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述彩色校准图案图像包括多个单色图像。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法可以在少于5秒内执行。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述经色度校准的相机包括经配置以捕获红、绿以及蓝光的分开的图像传感器。

8.根据权利要求1所述的方法，其中将彩色校准图案图像显示在显示单元上包括指令所述显示单元中的图形处理器显示预选的像素颜色。

9.一种用于校准显示单元的系统，其包括：

经配置以捕获分开的图像传感器上的红色、绿色，以及蓝色的彩色相机，其中每

一个图像传感器经配置以捕获预定颜色的光；

经配置以在被校准的显示单元上产生颜色图案图像的面板驱动器；以及经配置以设置校准值以调节在所述显示器上示出的所述颜色的校准模块。

10.根据权利要求9所述的系统，其进一步包括比较模块，所述比较模块经配置以将一组测试颜色的一组参考绝对XYZ坐标与使用经色度校准的相机捕获的对应一组经测量XYZ颜色坐标进行比较，并且确定是否获得可接受的颜色误差。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述可接受颜色误差小于1个DE2000CIE单位。

12.根据权利要求10所述的系统，其进一步包括图像捕获模块，所述图像捕获模块经配置以在捕获显示单元上的颜色图案图像之前以光谱方式校准彩色相机。

13.根据权利要求10所述的系统，其中所述彩色相机包括3CCD相机。

14.根据权利要求10所述的系统，其中所述面板驱动器经配置以与被校准的所述显示单元中的图形处理器进行通信。

15.根据权利要求10所述的系统，其中所述校准模块经配置以将校准系数的矩阵存储在所述显示单元中。

16.一种非暂时性计算机可读媒体，其含有处理器可执行指令，所述指令当被执行时执行一种方法，所述方法包括：

将彩色校准图案图像显示在显示单元上；

利用具有多个图像传感器的彩色相机捕获显示在所述显示单元上的所述彩色校准图案图像，其中每一个图像传感器经配置以捕获预定颜色的光；

将一组颜色的参考绝对XYZ坐标与使用所述经色度校准的相机捕获的一组经测量XYZ颜色坐标进行比较；以及

基于所述参考坐标与所述经测量坐标之间的所述比较校准所述显示单元。

17.根据权利要求16所述的计算机可读媒体，其进一步含有处理器可执行指令，所述指令当被执行时执行一种方法，所述方法为确定所述一组颜色的参考绝对XYZ坐标与使用经色度校准的相机捕获的所述经测量XYZ颜色坐标是否在可接受颜色误差内。

18.根据权利要求16所述的计算机可读媒体，其进一步含有处理器可执行指令，所述指令在被执行时执行一种方法，所述方法为执行所述彩色相机的基于光谱的校准。

19.根据权利要求16所述的计算机可读媒体，其中所述计算机可读媒体包括用于通过将校准系数的矩阵存储在所述显示单元中来校准所述显示单元的指令。

20.一种用于校准显示单元的系统，其包括：

用于将彩色校准图案图像显示在显示单元上的装置；

用于利用具有多个图像传感器的彩色相机捕获显示在所述显示单元上的所述彩色校准图案图像的装置，其中每一个图像传感器经配置以捕获预定颜色的光；

用于将一组颜色的参考绝对XYZ坐标与使用所述经色度校准的相机捕获的一组经测量XYZ颜色坐标进行比较的装置；以及

用于基于所述参考坐标与所述经测量坐标之间的所述比较校准所述显示单元的装置。

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