CN114138851A - 单片lcd投影系统的配置方法、投影系统、电子设备及可读介质 - Google Patents

单片lcd投影系统的配置方法、投影系统、电子设备及可读介质 Download PDF

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CN114138851A CN202111474429.0A CN202111474429A CN114138851A CN 114138851 A CN114138851 A CN 114138851A CN 202111474429 A CN202111474429 A CN 202111474429A CN 114138851 A CN114138851 A CN 114138851A
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肖健升
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Abstract

本发明涉及投影显示技术领域，尤其是涉及一种单片LCD投影系统的配置方法、投影系统、电子设备及可读介质，包括以下步骤：根据投影系统所需的光通量及色域要求，建立光通量约束条件和色域约束条件；将数据库中的光源光谱数据和CF膜透过率数据进行匹配，得到若干组光通量值及色域面积值；在所述若干组光通量值及色域面积值中，筛选并输出符合所述光通量约束条件和色域约束条件的匹配结果。本发明使单片LED投影的色域、光效达到理想值，且更贴合实际生产活动。

Description

单片LCD投影系统的配置方法、投影系统、电子设备及可读 介质
技术领域
本申请涉及投影显示技术领域，尤其是涉及一种单片LCD投影系统的配置方法、投影系统、电子设备及可读介质。
背景技术
现有的单LCD投影中，彩色显示的原理与液晶显示屏的彩色显示原理相同，均是采用白光照明结合RGB子像素空间调节的方式。
相关技术中，由于LTPS LCD屏在工作时透过率低，为了提升单LCD投影的光通量，典型的做法是将RGB CF膜的透过率均调整为宽谱通过。然而，由于单片LCD投影系统中不同色光的相互干扰，具有过于重叠的透过率数据的CF膜会使系统色彩表现变差。目前应用于单片投影系统的光源、CF膜匹配方法较少，光谱优化与CF膜优化已有一些研究，谱型优化多采用遗传算法，约束型算法等。
在实践过程中，发明人发现该技术中至少存在如下问题：
目前的谱型优化算法的优点是计算灵活、精确、节省算力，但可能存在陷入极值从而无法得出最优解的情况；另一方面，由于实际生产条件的限制，优化出的条件可能无法完全应用到生产环境中。类似的问题还存在于LED光谱的优化中，现有的研究多采用峰值波长及带宽作为约束条件，这对研究照明产业的发展趋势是有益的。但对实际生产活动中光谱、CF膜谱线调整的作用是有限的。除此之外，现有的方法大多只采用光效(光通量)或色域作为约束标准，但在LCD系统的实际生产过程中，在CF膜固定或LED固定的情况下，光通量和色域会相互矛盾、相互影响，无法同时满足。因此，建立一种灵活、实际的单片LCD投影系统的配置方法是有必要的。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供一种单片LCD投影系统的配置方法、投影系统、电子设备及可读介质，使单片LED投影的色域、光效达到理想值，且更贴合实际生产活动。
第一方面，本申请提供的一种单片LCD投影系统的配置方法，采用如下的技术方案：
一种单片LCD投影系统的配置方法，包括以下步骤：
根据投影系统所需的光通量及色域要求，建立光通量约束条件和色域约束条件；
将数据库中的光源光谱数据和CF膜透过率数据进行匹配，得到若干组光通量值及色域面积值；
在所述若干组光通量值及色域面积值中，筛选并输出符合所述光通量约束条件和色域约束条件的匹配结果。
在一些实施方式中，还包括以下步骤：
若无法筛选出所述符合光通量约束条件和色域约束条件的匹配结果，则建立CF膜透过率或光源光谱的初始模型；
根据所述初始模型，得到随初始模型参数变化的若干组光通量值及色域面积值；
在所述随初始模型参数变化的若干组光通量值及色域面积值中，筛选并输出符合所述光通量约束条件和色域约束条件的优化后的光源光谱数据和CF膜透过率数据。
在一些实施方式中，所述光通量约束条件的目标函数为：
Figure BDA0003391696480000021
其中，
Figure BDA0003391696480000031
表示投影系统光通量，
Figure BDA0003391696480000032
表示投影系统RGB三通道对应三色光的光通量，
Figure BDA0003391696480000033
表示投影系统所需的光通量要求；
所述色域约束条件的目标函数为
Figure BDA0003391696480000034
其中，
Figure BDA0003391696480000035
Figure BDA0003391696480000036
Figure BDA0003391696480000037
Figure BDA0003391696480000038
S表示投影系统色域面积，xi、yi(i＝R,G,B)为色坐标，S(E)表示选定的标准色域面积，n表示色域覆盖率要求。
在一些实施方式中，所述色坐标的计算方法如下：
得到投影系统RGB三通道对应色光的三刺激值，如下所示：
Figure BDA0003391696480000039
其中，Xi、Yi、Zi(i＝R,G,B)分别为投影系统RGB三通道对应色光的三刺激值，Ki(i＝R,G,B)为RGB三通道的占空比，TR、TG、TB为RGB子像素的透过率函数，RLED、GLED、BLED为RGB三种颜色LED的光源光谱函数，Xλ、Yλ、Zλ为标准观察者光谱三刺激值函数；
得到色坐标(xi,yi)，如下所示：
Figure BDA00033916964800000310
在一些实施方式中，所述CF膜透过率的初始模型的表达式如下：
Figure BDA00033916964800000311
其中，T为CF膜透过率函数，K、L、M为可变常数。
在一些实施方式中，所述CF膜透过率的初始模型的表达式如下：
Figure BDA0003391696480000041
其中，T为CF膜透过率函数，ai、bi、ci(i＝R,G,B)为可变常数。
在一些实施方式中，所述光源光谱的初始模型的表达式如下：
Figure BDA0003391696480000042
其中，y为光源光谱函数，x、μi、σi(i＝R,G,B)为可变常数。
第二方面，本申请提供的一种单片LCD投影系统，采用如下的技术方案：
一种单片LCD投影系统，包括光源和带CF膜的单片LCD液晶屏，所述投影系统应用上述技术方案的方法进行光源和CF膜的匹配。
第三方面，本申请提供了一种电子设备，采用如下的技术方案：
一种电子设备，包括：
至少一个处理器；
存储装置，用于存储至少一个计算机程序；
当所述至少一个计算机程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述智慧密码变更实现方法。
第四方面，本申请提供了一种计算机可读介质，采用如下的技术方案：
一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述智慧密码变更实现方法。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.可以根据色域与光通量的双重标准将现有数据库中已有的CF膜与光源进行匹配，贴合实际生产情况，在保证LCD投影亮度的情况下扩大色域范围。
2.在数据库中不存在合适组合时，根据实际生产情况可以通过建立初始模型来进行进一步的优化处理，从而得到优化的光源光谱数据或者CF膜透过率数据；初始模型可以根据实际情况进行调整，从而提供较为贴近生产实际的选型指导。
附图说明
图1为本申请实施例提供的流程示意图一；
图2为本申请实施例提供的流程示意图二；
图3为本申请实施例提供的优化前(左图)、后(右图)的CF膜透过率示意图；
图4为本申请实施例提供的优化前(左图)、后(右图)的光源光谱示意图；
图5为本申请实施例提供的电子设备的示意框图。
具体实施方式
以下结合附图1至5对本申请作进一步详细说明。
在CIE1931色品图中，波长为700nm～770nm的光谱色，色品点重合在一起，表明它们具有相同的色坐标。在亮度相同时，表观颜色相同。波长为540nm～700nm的光谱色品轨迹为一段直线段，说明这一段上代表的任何光谱色，均可以用波长540nm与波长700nm的光谱色以一定的比例混合产生。光谱色色品轨迹波长380nm～540nm对应的是一段曲线。光谱色色品轨迹开口端770nm和380nm色品点连线上各色品点代表的颜色，不是光谱色，而是波长770nm和380nm色品色的混合色。光谱色的饱和度最高，白光的饱和度最低。在色品图上，色品点靠近光谱色色品的颜色，饱和度高，越靠近白光色品点，颜色的饱和度越低。色品图可以表示颜色混合，颜色M和颜色N的混合色的色品点，在颜色M和颜色N的色品点连线上，具体位置取决于两种颜色的比例。
一个显示系统的色彩还原能力受到光源的限制：目前彩色图像均是采用RGB三原色叠加而成，因此三原色对应的色品点就限制了显示系统能实现的最大色彩空间，即色域。1990年，国际电信联盟将Rec.709作为HDTV的统一色彩标准，其对应的色品坐标分别为R(0.64,0.33)、G(0.30,0.60)、B(0.15,0.06)。REC.2020是国际电信联盟于2012年8月提出的(UHD 4K)高清电视标准，这个是目前正在不断普及的UHD4K电视的标准。广色域DCI-P3，色域范围介于Rec.709和Rec.2020之间，较Rec.709能够展现更多红色和绿色，其色彩覆盖范围是Rec.709的126％。
对于单LCD投影使用的典型光源是使用蓝光LED激发黄色荧光粉的方案。对于纯蓝色图，蓝场中会有较多的绿色光透过；对于纯绿色图，绿场中会有较多的蓝光和红光透过；对于纯红色图，红场中会有较多的蓝光透过。在不同颜色的透过率谱条件下，单LCD可以实现的色域与REC.709色域的重合度约为60％，即色彩表现较差。
由于LCD屏幕的透过率较低，厂商通常采用具有较宽带宽透过率谱的CF膜，这限制了色域的提升。为了使系统具有较高的出射光通量及较大的色域，需要对CF膜透射率和光源出射光谱进行匹配及优化。本申请实施例公开了一种单片LCD投影系统的配置方法，可以根据需要的亮度与色域标准输出符合条件的光源和CF膜的配置组合，在数据库中不存在符合条件的组合时，再根据CF膜/LED光谱的初始模型，输出符合条件的优化谱线。
如图1所示，本申请实施例中，可以实施以下步骤：
101、根据投影系统所需的光通量及色域要求，建立光通量约束条件和色域约束条件。
投影系统的光通量及色域必须同时满足以下两个约束条件：
投影系统光通量
Figure BDA0003391696480000071
≥投影系统所需的光通量要求
Figure BDA0003391696480000072
投影系统色域面积S≥投影系统所需的色域要求n*S(E)。
102、将数据库中的光源光谱数据和CF膜透过率数据进行匹配，结合标准观察者光谱三刺激值得到若干组光通量值及色域面积值。
在投影系统中，光线从LED出射后照在LCD屏幕上，透过液晶分子以及CF膜的RGB三色膜后在屏幕上合成出想要的颜色。按此逻辑，首先计算1931CIE-XYZ下投影系统RGB的三刺激值，然后计算色坐标(xi,yi)。如下所示：
Figure BDA0003391696480000073
其中，Xi、Yi、Zi(i＝R,G,B)分别为投影系统RGB三通道对应色光的三刺激值，Ki(i＝R,G,B)为RGB三通道的占空比，TR、TG、TB为RGB子像素的透过率函数，RLED、GLED、BLED为RGB三种颜色LED的光源光谱函数，Xλ、Yλ、Zλ为标准观察者光谱三刺激值函数；
色坐标(xi,yi)的表达式如下：
Figure BDA0003391696480000074
投影系统光通量表达式：
Figure BDA0003391696480000075
其中，
Figure BDA0003391696480000076
表示投影系统光通量；
Figure BDA0003391696480000077
表示投影系统RGB三通道对应三色光的光通量，即通过CF膜RGB三通道所对应的光通量。
可通过投影系统的三刺激值得到各色光的光通量，在1931CIE-XYZ标准色度系统中刺激值Y等于光通量，即
Figure BDA0003391696480000081
投影系统色域面积表达式为：
Figure BDA0003391696480000082
其中，
Figure BDA0003391696480000083
Figure BDA0003391696480000084
Figure BDA0003391696480000085
Figure BDA0003391696480000086
S表示投影系统色域面积，xi、yi(i＝R,G,B)为色坐标。
103、在所述若干组光通量值及色域面积值中，筛选并输出符合所述光通量约束条件和色域约束条件的匹配结果。
所述光通量约束条件的目标函数为：
Figure BDA0003391696480000087
其中，
Figure BDA0003391696480000088
表示投影系统光通量，
Figure BDA0003391696480000089
表示投影系统所需的光通量要求；
所述色域约束条件的目标函数为
Figure BDA00033916964800000810
其中，
Figure BDA00033916964800000811
Figure BDA00033916964800000812
Figure BDA00033916964800000813
Figure BDA00033916964800000814
S表示投影系统色域面积，xi、yi(i＝R,G,B)为色坐标，S(E)表示选定的标准色域面积，n表示色域覆盖率要求；
本申请中，可以选取多种色域标准，例如，Rec.709、DCI-P3、Rec.2020等色域标准。
实施例1，光通量要求为200lm，色域要求为80％Rec.709；
光通量约束条件为：光通量
Figure BDA0003391696480000091
色域约束条件为：色域面积S≥0.80*S709。
实施例2，光通量要求为180lm，色域要求为75％DCI-P3；
光通量约束条件为：光通量
Figure BDA0003391696480000092
色域约束条件为：色域面积S≥0.75*SDCI-P3。
实施例3，光通量要求为150lm，色域要求为70％Rec.2020；
光通量约束条件为：光通量
Figure BDA0003391696480000093
色域约束条件为：色域面积S≥0.70*S2020。
根据上述计算过程可得出任一组合下对应的光通量及色域面积，并将该数据与光通量及色域的双重约束条件进行比较，筛选并输出符合约束条件的匹配结果。数据库中包含多个LED光源品类和CF膜品类，以及对应的光源光谱数据和CF膜透过率数据，将多个光源光谱数据和多个CF膜透过率数据分别一一进行匹配，得到若干组匹配结果；匹配结果是否符合要求的判断依据是基于设定的目标函数，本实施例中为光通量和色域。根据匹配结果去得到对应的光源品类和CF膜品类的组合，匹配结果可以有多个，根据实际生产情况决定使用哪个组合。
如图2所示，本申请实施例中，还可以实施以下步骤：
104、若无法筛选出所述符合光通量约束条件和色域约束条件的匹配结果，则建立CF膜透过率或光源光谱的初始模型。
当光源品类受限定时，选择确定的光源光谱数据，并建立CF膜透过率的初始模型，得到优化的CF膜透过率数据；当CF膜品类受限定时，选择确定的CF膜透过率数据，并建立光源光谱的初始模型，得到优化的光源光谱数据。具体如下：
如当生产过程受到光源的限制较多时，可以选择光效高的LED光源，并建立CF膜透过率的初始模型，对CF膜透过率谱线进行优化。CF膜透过率的初始模型如下：
CF膜透过率的常数分段函数模型如下：
Figure BDA0003391696480000101
或者，CF膜透过率的二次项函数模型如下：
Figure BDA0003391696480000102
其中，T为CF膜透过率函数，K、L、M为可变常数，ai、bi、ci(i＝R,G,B)为可变常数。考虑到实际生产中的CF膜及LED的生产工艺，两式中的参数也应加以限制。目前采用的CF膜材料很难超过80％的透过率。
当生产过程中受到的CF透过率函数限制更大，即设计受屏幕供应限制较大时，可以建立光源光谱的初始模型，对LED光源光谱进行优化。光源光谱的初始模型如下：
Figure BDA0003391696480000103
其中，y为光源光谱函数，x、μi、σi(i＝R,G,B)为可变常数。本申请实施例中，可取x轴坐标间隔为1nm的数值，对应y轴数值组成一个矩阵。
105、根据所述初始模型，得到随初始模型参数变化的若干组光通量值及色域面积值。根据选定的光源光谱数据及CF膜透过率的初始模型，或选定的CF膜透过率数据及光源光谱的初始模型，将初始模型中由不同参数的随机组合决定的光谱函数，结合标准观察者光谱三刺激值计算得到对应的若干组光通量值及色域面积值。计算的原理同步骤102。
106、在所述随初始模型参数变化的若干组光通量值及色域面积值中，筛选并输出符合所述光通量约束条件和色域约束条件的优化后的光源光谱数据和CF膜透过率数据。其筛选的原理同步骤103。
当数据库中不存在合适的光源光谱数据或CF膜透过率数据，则生成上述的带有设定参数的初始模型，得出符合约束条件的优化结果：即选定的光源光谱数据及优化后的CF膜透过率数据，或选定的CF膜透过率数据及优化后的光源光谱数据。去厂商处寻找对应品类，或指导厂商进行生产，例如LED这种技术相对成熟、光谱可调的器件。
如图3所示，为CF膜初始模型优化前后的谱图，其中左图表示优化前，右图表示优化后。
如图4所示，为光源光谱初始模型优化前后的谱图，其中左图表示优化前，右图表示优化后。
表1为优化前后光源光谱对应的色域与光效(光通量)的对比数据。
Figure BDA0003391696480000111
本申请实施例中，提出了根据已有的LED光谱数据及色域、亮度的要求，对数据库中的光学元件进行组合，使得在保证LCD投影亮度的情况下扩大色域范围；还提出了在数据库中无法得到符合约束条件的元件组合时，可根据已有的LED光谱数据及色域、亮度的要求，对CF膜透过率与光源光谱进行优化，使得在保证LCD投影亮度的情况下扩大色域范围。优化前的数据是随机的，最终会通过循环对比得到最优解，最优解可能会有多个。在LCD投影系统中，在CF膜固定或LED固定的情况下，光通量和色域基本上相互矛盾。尤其是在最优解附近，这种情况极为明显。因此若得到多个最优解，则根据实际生成情况来决定使用哪个最优解组合。
如图5所示，在一些可能的实施方式中，根据本申请实施方式的电子设备20可以至少包括至少一个处理器201、以及至少一个存储装置202。其中，所述存储装置202存储有至少一个计算机程序203，当所述计算机程序203被所述处理器201执行时，使得所述处理器201执行本说明书上述技术方案中描述的根据本申请各种具体实施方式的方法中的步骤。
在一些可能的实施方式中，本申请的各个方面还可以实现为一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被电子设备的处理器执行时用于实现本说明书上述技术方案中描述的根据本申请各种具体实施方式的方法中的步骤。
需要说明的是：上述的介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以是但不限于：电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于：电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、有线、光缆、RF等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户电子设备上执行、部分在用户电子设备上部分在远程电子设备上执行、或者完全在远程电子设备或服务器上执行。在涉及远程电子设备的情形中，远程电子设备可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户电子设备，或者，可以连接到外部电子设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
所属技术领域的技术人员能够理解，本申请的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本申请的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单片LCD投影系统的配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据投影系统所需的光通量及色域要求，建立光通量约束条件和色域约束条件；
将数据库中的光源光谱数据和CF膜透过率数据进行匹配，得到若干组光通量值及色域面积值；
在所述若干组光通量值及色域面积值中，筛选并输出符合所述光通量约束条件和色域约束条件的匹配结果。
2.根据权利要求1所述的单片LCD投影系统的配置方法，其特征在于，还包括以下步骤：
若无法筛选出所述符合光通量约束条件和色域约束条件的匹配结果，则建立CF膜透过率或光源光谱的初始模型；
根据所述初始模型，得到随初始模型参数变化的若干组光通量值及色域面积值；
在所述随初始模型参数变化的若干组光通量值及色域面积值中，筛选并输出符合所述光通量约束条件和色域约束条件的优化后的光源光谱数据和CF膜透过率数据。
3.根据权利要求1或2所述的单片LCD投影系统的配置方法，其特征在于：
所述光通量约束条件的目标函数为：
Figure FDA0003391696470000011
其中，
Figure FDA0003391696470000012
表示投影系统光通量，
Figure FDA0003391696470000013
表示投影系统RGB三通道对应三色光的光通量，
Figure FDA0003391696470000014
表示投影系统所需的光通量要求；
所述色域约束条件的目标函数为
Figure FDA0003391696470000015
其中，
Figure FDA0003391696470000016
Figure FDA0003391696470000017
Figure FDA0003391696470000021
Figure FDA0003391696470000022
S表示投影系统色域面积，xi、yi(i＝R,G,B)为色坐标，S(E)表示选定的标准色域面积，n表示色域覆盖率要求。
4.根据权利要求3所述的单片LCD投影系统的配置方法，其特征在于：所述色坐标的计算方法如下：
得到投影系统RGB三通道对应色光的三刺激值，如下所示：
Figure FDA0003391696470000023
其中，Xi、Yi、Zi(i＝R,G,B)分别为投影系统RGB三通道对应色光的三刺激值，Ki(i＝R,G,B)为RGB三通道的占空比，TR、TG、TB为RGB子像素的透过率函数，RLED、GLED、BLED为RGB三种颜色LED的光源光谱函数，Xλ、Yλ、Zλ为标准观察者光谱三刺激值函数；
得到色坐标(xi,yi)，如下所示：
Figure FDA0003391696470000024
5.根据权利要求2所述的单片LCD投影系统的配置方法，其特征在于：所述CF膜透过率的初始模型的表达式如下：
Figure FDA0003391696470000025
其中，T为CF膜透过率函数，K、L、M为可变常数。
6.根据权利要求2所述的单片LCD投影系统的配置方法，其特征在于：所述CF膜透过率的初始模型的表达式如下：
Figure FDA0003391696470000026
其中，T为CF膜透过率函数，ai、bi、ci(i＝R,G,B)为可变常数。
7.根据权利要求2所述的单片LCD投影系统的配置方法，其特征在于：所述光源光谱的初始模型的表达式如下：
Figure FDA0003391696470000031
其中，y为光源光谱函数，x、μi、σi(i＝R,G,B)为可变常数。
8.一种单片LCD投影系统，包括光源和带CF膜的单片LCD液晶屏，其特征在于：所述投影系统应用权利要求1至7中任一项所述的方法进行光源和CF膜的匹配。
9.一种电子设备，其特征在于：包括
至少一个处理器；
存储装置，用于存储至少一个计算机程序；
当所述至少一个计算机程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。
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