CN105072428A - 一种投影仪的自动色彩校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种投影仪的自动色彩校正方法，其包括步骤：采集投影仪所投射的图像；然后对图像进行灰度表现分析和色彩表现分析，获得投影仪的灰度表现曲线和色彩表现曲线；通过上述表现曲线，经过算法计算投射图像对应的校准曲线；使用校准曲线改变图像的投射参数，达到投影仪的自动色彩校正。本发明通过对投影仪颜色的色彩校正进行调节，就可以使得整个显示系统的画面层次感和表现力明显增强，观众可包容在巨大的画面中，身临其境地感受画面带来的冲击感，从而更加强了观众观影体验感，也使观影效果更加逼真、动感。

Description

一种投影仪的自动色彩校正方法

技术领域

本发明涉及观影和色彩校正领域，尤其涉及一种投影仪的自动色彩校正方法。

背景技术

高分辨率的、亮度的显示系统在科学计算的可视化、工业设计、虚拟制造、娱乐、军事仿真等领域得到了越来越多的应用。然而，在使用多个投影仪组建大屏幕投影时，一般会发现投影仪所投射的画面在亮度或者色彩上存在问题。影响投影画面品质的原因可能如下：

(1)、视频源：视频源本身品质的原因；使用的色彩超出投影仪能力，如过度饱和色等；色彩亮度不足或过亮等亮度问题；色彩对比度不足或过度；偏色等。

(2)、投影仪：设置原因导致偏色、亮度、对比度等不正确；本身固有偏色；本身固有的能力不足，如亮度不足等。

(3)、投影幕：增益不足；对比度能力不足，无法反应细微亮度差；局部色阶会出现爆色；偏色。

针对上述情况，现有技术一般是采取在安装过程中合理设置投影仪的设置、视频源的设置(如显卡)的正确色彩调整，以确保正确输出画面。但是在实际过程中，无法保证这点。一是维护人员的素质因素无法正确设置；二是人为的忽略或调整不便等无法频繁调节。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种投影仪的自动色彩校正方法，旨在解决现有技术中投影仪所投射的画面在亮度、对比度、偏色上存在的问题。

本发明的技术方案如下：

一种投影仪的自动色彩校正方法，其中，包括步骤：

A、采集投影仪所投射的图像；

B、然后对图像进行灰度表现分析和色彩表现分析，获得投影仪的灰度表现曲线和色彩表现曲线；

C、通过最小二乘法对步骤B中所获得的灰度表现曲线进行曲线拟合，得到灰度表现曲线对应的拟合曲线，然后对拟合曲线一头的低部分和另一头的高部分进行纠偏，得到灰度表现曲线对应的灰度校准曲线；

通过最小二乘法对步骤B中所获得的色彩表现曲线进行曲线拟合，得到色彩表现曲线对应的色彩校准曲线；

D、使用灰度校准曲线和色彩校准曲线改变图像的投射参数，达到投影仪的自动色彩校正。

所述的投影仪的自动色彩平衡方法，其中，所述步骤A之后还包括步骤：取出图像的色阶部分，得到参考图像。

所述的投影仪的自动色彩平衡方法，其中，所述步骤B中的灰度表现分析具体包括步骤：

B1、将参考图像的灰度分割成N个色阶，获取每个色阶的亮度值；

B2、然后依次将每个色阶的亮度值连接起来，获得灰度表现曲线。

所述的投影仪的自动色彩平衡方法，其特征在于，所述步骤B1中，通过在每一色阶的测量点周围取多个像素的平均值为相应色阶的亮度值。

所述的投影仪的自动色彩校正方法，其中，所述步骤B中的色彩表现分析包括步骤：

B1’、在CIELab颜色空间下通过等效圆的方法检测参考图像是否偏色；

B2’、若参考图像偏色时，对偏色部分进行纠偏处理直至不偏色时，得到当前的色彩表现曲线。

所述的投影仪的自动色彩平衡方法，其中，所述色彩表现分析包括红、绿、蓝三原色色彩表现分析。

有益效果：本发明通过对投影仪颜色的色彩校正进行调节，就可以使得整个显示系统的画面层次感和表现力明显增强，观众可包容在巨大的画面中，身临其境地感受画面带来的冲击感，从而更加强了观众观影体验感，也使观影效果更加逼真、动感。

附图说明

图1为本发明一种投影仪的自动色彩校正方法较佳实施例的流程图。

图2为本发明一种投影仪的自动色彩校正方法的测量装置示意图。

图3为图1步骤S200中灰度表现分析的具体流程图。

图4为本发明一种投影仪的自动色彩校正方法的灰度标准示意图。

图5为本发明一种投影仪的自动色彩校正方法的灰度投影示意图。

图6为本发明一种投影仪的自动色彩校正方法的多点测量示意图。

图7为本发明一种投影仪的自动色彩校正方法的灰度表现曲线图。

图8为图1步骤S200色彩表现分析的具体流程图。

图9为本发明一种投影仪的自动色彩校正方法的投影结果投影示意图。

具体实施方式

本发明提供一种投影仪的自动色彩校正方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明一种投影仪的自动色彩校正方法较佳实施例的流程图，如图所示，其包括步骤：

S100、采集投影仪所投射的图像；

S200、然后对图像进行灰度表现分析和色彩表现分析，获得投影仪的灰度表现曲线和色彩表现曲线；

S300、通过最小二乘法对步骤S200中所获得的灰度表现曲线进行曲线拟合，得到灰度表现曲线对应的拟合曲线，然后对拟合曲线一头的低部分和另一头的高部分进行纠偏，得到灰度表现曲线对应的灰度校准曲线；

通过最小二乘法对步骤S200中所获得的色彩表现曲线进行曲线拟合，得到色彩表现曲线对应的色彩校准曲线；

S400、使用灰度校准曲线和色彩校准曲线改变图像的投射参数，达到投影仪的自动色彩校正。

本发明通过对投影仪颜色的色彩校正进行调节，就可以使得整个显示系统的画面层次感和表现力明显增强，观众可包容在巨大的画面中，身临其境地感受画面带来的冲击感，从而更加强了观众观影体验感，也使观影效果更加逼真、动感。

图2为本发明一种投影仪的自动色彩校正方法的测量装置示意图。如图所示，本发明测量装置包括：金属幕1、投影仪2、采集设备3、电脑4。其中，投影仪2一般采用索尼的专业剧院型，且有多个型号；采集设备3为高清工业摄像头或单反相机等优质图像采集设备，如采集设备3可以为佳能的600D以上单反相机。

所述步骤S100具体包括步骤：使用采集设备采集投影仪所投射的图像，并在采集前预先调节采集设备的ISO参数。为了避免环境光的影响，本发明在采集图像前，选择在一个黑暗的环境进行采集。另外，本发明还对采集设备预先做一些设定，例如，预先调节采集设备的基本参数，自动白平衡，评价测光，并关闭自动校准功能，以免自动校正影响测量结果；且预先调节采集设备的ISO等参数，以避免采集设备的ISO影响采集效果。

进一步地，本发明还多次采集图像，以得到用于分析的图像。采取多次采集可最大可能地避免采集设备的ISO导致的采集问题。

所述步骤S100之后还包括步骤：取出图像的色阶部分，得到参考图像。另外，本发明还取出图像的白色部分和背景部分。本发明将图像分成三部分，首先取出图像中间的白色部分，所述白色部分用于采集设备对焦和颜色参考；然后取出图像的色阶部分，所述色阶部分用于获取亮度/对比度；最后取出图像的背景部分，且所述背景部分需颜色鲜艳，颜色多，以尽量突出色阶部分。再确保图像为正常采集后，以此采集到的参考图像进行分析。

所述步骤S200中，本发明对图像进行灰度表现分析和色彩表现分析，获得投影仪的灰度表现曲线和色彩表现曲线。其中，所述灰度表现针对的是投影仪的亮度方面。由于投影仪本身的设置以及灯泡的使用情况，都会影响投射图像的亮度/对比度，因此，本发明采取对图像的灰度表现进行分析，然后对投影仪图像的灰度进行修正，以达到投影仪的亮度/对比度正常投影。而所述色彩表现分析针对的是偏色方面，一般投影仪都有偏色现象，特别是不同的类型、不同的品牌及不同使用时间的投影仪都存在一定的色彩偏差。因此，本发明采取对图像的色彩表现进行分析，然后对投影仪图像的色彩进行修正，以达到投影仪的色彩正常投影。此外，本发明所述色彩表现分析指的是对红、绿、蓝三原色做定性分析，获得各个投影仪在红、绿、蓝上的色彩表现。

本发明经四次采集，取出图像的中间的白色部分和色阶部分，所述色阶部分分成红、绿、蓝、灰四种。然后分别对红、绿、蓝、灰进行灰度表现分析和色彩表现分析。

具体地，如图3所示，所述步骤S200中的灰度表现分析具体包括步骤：

S201、将参考图像的灰度分割成N个色阶，获取每个色阶的亮度值；

S202、然后依次将每个色阶的亮度值连接起来，获得灰度表现曲线。

具体地，如图4和图5所示，本发明采取将图像的灰度分割成N色阶，每色阶为一个色块，而一个色块为一个测量单元。其中，N的大小没有一定的限定，在N的数值越大时，获得的灰度表现曲线越精确。通常在N的数值为16色阶时，所得到的灰度表现曲线能满足要求。

在确定色阶的数值后，通过测量获取每个色阶的亮度值。考虑到采集设备采集图像的色彩噪声问题，以及现场光源的局部不一致问题，本发明采取在测量点周围取多个像素的平均值为亮度值。例如，在测量点周围取9或16个等多个像素平均值作为每个色阶的亮度值。

为了进一步屏蔽色彩噪声的干扰及现场光源的局部不一致问题，本发明还采用多点测量的方法，例如，如图6所示，其分别为对参考图像采用4点、5点、9点测量的方法。然后对每个测量点的亮度值取平均值，所得的该平均值即为色阶的亮度值。最后，依次将每个色阶的亮度值连接起来，得到灰度表现曲线。

本发明所述步骤S300中，通过最小二乘法对步骤S200中所获得的灰度表现曲线进行曲线拟合，得到灰度表现曲线对应的拟合曲线，然后对拟合曲线一头的低部分和另一头的高部分进行纠偏，得到灰度表现曲线对应的灰度校准曲线。具体地，图7为本发明一种投影仪的自动色彩平衡方法的灰度表现曲线图，由所述灰度表现曲线图发现，存在一些测量值的区间小于投射的亮度区间，一些测量值接近直线表现，及一些测量值严重偏离直线的情况。针对上述问题，本发明通过最小二乘法对灰度表现曲线进行曲线拟合。最小二乘法(又称最小平方法)是一种数学优化技术，它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。最小二乘法还可用于曲线拟合。

例如，给定数据点pi(xi,yi)，其中i＝1,2,…,m。求近似曲线y＝φ(x)，并且使得近似曲线与y＝f(x)的偏差最小。近似曲线在点pi处的偏差δi＝φ(xi)‐y，i＝1,2,...,m。设(x1,y1),(x2,y2),...(xk,yk)为输入样本，且所述xi本身是一个向量。

假设拟合多项式为：

y＝a₀+a₁x+...+a_kx^k，

则通过使用下面的最小平方差拟合方法：

可得：

$R^2\≡\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\[y_i-(a_0+a_1{x}_i+...+a_k{x}_i^k){\]}^2.$

拟合过程变成求上式的最小值，以此对系数a0,a1....求偏导数，使其为零，最后可得K+1组方程：

$-2\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\[y-(a_0+a_{1}x+...+a_k{x}^k)\]=0$

.......................

$-2\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\[y-(a_0+a_{1}x+...+a_k{x}^k)\]x^k=0.$

移项，表示成矩阵为：

对范德蒙矩阵进行化简的到：

即XA＝Y，所以系数向量A＝(X‘X)‐1X’Y,其中X'表示转置，‐1是求逆矩阵。

我们给出一个直线的最小二乘法示列：实验得到了几个数据点我们取四个数据点(x,y)：(1,6)、(2,5)、(3,7)、(4,10)。我们希望找出一条和这四个点最匹配的直线y＝β₁+β₂x，即找出在某种“最佳情况”下能够大致符合如下超定线性方程组的β₁和β₂：

β₁+1β₂＝6

β₁+2β₂＝5

β₁+3β₂＝7

β₁+4β₂＝10

最小二乘法采用的手段是尽量使得等号两边的方差最小，也就是找出这个函数的最小值：

S(β₁，β₂)＝[6-(β₁+1β₂)]²+[5-(β₁+2β₂)]²

+[7-(β₁+3β₂)]²+[10-(β₁+4β₂)]²，

最小值可以通过对S(β₁，β₂)分别求β₁和β₂的偏导数，然后使它们等于零得到。

$\frac{\∂S}{\∂{\mathrm{\β}}_1}=0=8{\mathrm{\β}}_1+20{\mathrm{\β}}_2-56$

$\frac{\∂S}{\∂{\mathrm{\β}}_2}=0=20{\mathrm{\β}}_1+60{\mathrm{\β}}_2-154.$

如此就得到了一个只有两个未知数的方程组，很容易就可以解出：

β₁＝3.5

β₂＝1.4

也就是说直线y＝3.5+1.4x是最佳的。例如，如图9所述，由得到的该最佳匹配曲线发现0到32和240到250的范围内的值变化不明显，为了表现得更有层次感，本发明就用32到240的范围来表示0到255的范围。用Y＝ax+b的直线和最大值255、最小值32，求出一条新的直线Y1＝a1x+b1。通过上述方法可以分别得到亮度校准曲线和对比度校准曲线公式。

所述步骤S400中，使用灰度校准曲线改变图像的投射参数，达到投影仪的自动灰度校正。具体是根据上面计算出来的亮度校准曲线和对比度校准曲线公式，然后用原始值带入到公式中，得出最后要投影的值。

具体地，如图8所示，所述步骤S200中的色彩表现分析包括步骤：

S201’、在CIELab颜色空间下通过等效圆的方法检测参考图像是否偏色；

S202’、若参考图像偏色时，对偏色部分进行纠偏处理直至不偏色时，得到当前的色彩表现曲线。

本发明采取在CIELab颜色空间下进行色彩表现分析，具体是通过等效圆的方法应用如下公式来检测参考图像是否偏色。

$\begin{array}{cc}{d}_a=\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}a}{MN}& d_b=\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}b}{MN}\end{array}$

$D=\sqrt{d_a^2+d_b^2}$

$\begin{array}{cc}{M}_a=\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(a-d_a)}^2}{MN}& M_b=\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(b-d_b)}^2}{MN}\end{array}$

$M=\sqrt{M_a^2+M_b^2}$

K＝D/M

其中，上述公式中的M、N分别为参考图像的宽、高；a、b分别为CIELab颜色空间的a、b色度。da、db分别是a、b色度的平均值。在a-b色度平面上，等效圆的中心坐标为(da，db)，半径为M。等效圆的中心到a-b色度平面中性轴原点(a＝0，b＝0)的距离为D。然后由等效圆在a-b色度平面上的具体位置,来判断参考图像整体的偏色。具体地，若da>0，参考图像偏红,否则参考图像偏绿；若db>0，参考图像偏黄,否则参考图像偏蓝。并引入偏色因子K,K值越大，偏色越严重。当K值不大于1.5时，可以认为该参考图像是一张正常参考图像。

本发明所述色彩表现分析包括红、绿、蓝三颜色色彩表现分析。本发明以红颜色的测试为例，绿蓝的测试与红颜色的测试相同。本发明红色的测试方法又与灰度的测试方法一致，仍然采取多点测试，具体技术细节在前面的方法已有详述，故不再赘述。测量的数值，因为相机的色彩还原等原因以及投影仪本身的原因，不会是纯色，会有一定的色彩偏差。测量后获得三颜色色彩表现，同样可以通过最小二乘法及其拟合曲线法，得到图像对应的色彩校准曲线。

具体地，所述步骤S300中，通过最小二乘法对步骤S200中所获得的色彩表现曲线进行曲线拟合，得到色彩表现曲线对应的色彩校准曲线。具体地，偏色处理，根据上面公式中的K值可以判断是否偏色。哪种颜色偏多就要对哪种颜色进行衰减，衰减方法，进行逐步向下平移衰减；然后进行偏色判断，查看K值是否达到正常，即不偏色范围，这个步骤可能要进行多次处理。原始的偏色曲线可以通过上面的测量法和最小二乘拟合法得到，当进行逐步衰减到正常范围后，得到当前的某种颜色的色彩校准曲线及色彩校准曲线公式。

所述步骤S400具体包括步骤：使用色彩校准曲线改变图像的投射参数，达到投影仪的自动色彩校正。具体是，根据色彩校准曲线公式，修改最后投影的值，达到投影仪的自动色彩校正。

本发明通过对投影仪颜色之间的色彩校正进行调节，就可以使得整个显示系统的画面层次感和表现力明显增强，观众可包容在巨大的画面中，身临其境地感受画面带来的冲击感，从而更加强了观众观体验感，也使观影效果更加逼真、动感。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种投影仪的自动色彩校正方法，其特征在于，包括步骤：

A、采集投影仪所投射的图像；

B、然后对图像进行灰度表现分析和色彩表现分析，获得投影仪的灰度表现曲线和色彩表现曲线；

C、通过最小二乘法对步骤B中所获得的灰度表现曲线进行曲线拟合，得到灰度表现曲线对应的拟合曲线，然后对拟合曲线一头的低部分和另一头的高部分进行纠偏，得到灰度表现曲线对应的灰度校准曲线；

通过最小二乘法对步骤B中所获得的色彩表现曲线进行曲线拟合，得到色彩表现曲线对应的色彩校准曲线；

D、使用灰度校准曲线和色彩校准曲线改变图像的投射参数，达到投影仪的自动色彩校正。

2.根据权利要求1所述的投影仪的自动色彩平衡方法，其特征在于，所述步骤A之后还包括步骤：取出图像的色阶部分，得到参考图像。

3.根据权利要求2所述的投影仪的自动色彩平衡方法，其特征在于，所述步骤B中的灰度表现分析具体包括步骤：

B1、将参考图像的灰度分割成N个色阶，获取每个色阶的亮度值；

B2、然后依次将每个色阶的亮度值连接起来，获得灰度表现曲线。

4.根据权利要求3所述的投影仪的自动色彩平衡方法，其特征在于，所述步骤B1中，通过在每一色阶的测量点周围取多个像素的平均值为相应色阶的亮度值。

5.根据权利要求2所述的投影仪的自动色彩校正方法，其特征在于，所述步骤B中的色彩表现分析包括步骤：

B1’、在CIELab颜色空间下通过等效圆的方法检测参考图像是否偏色；

B2’、若参考图像偏色时，对偏色部分进行纠偏处理直至不偏色时，得到当前的色彩表现曲线。

6.根据权利要求5所述的投影仪的自动色彩平衡方法，其特征在于，所述色彩表现分析包括红、绿、蓝三原色色彩表现分析。