CN1191517C - 提高led显示屏显示品质的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高LED显示屏显示品质，并且使其更接近自然界各种颜色的方法，技术方案是：确定LED色空间变换参数矩阵A、C_C的系数，其中A为LED灯的色坐标变换系数矩阵，c_c为XYZ制转换为RGB基色制的变换系数矩阵，将参数矩阵A*c_c的系数输入到系数矩阵加载控制芯片；通过色空间变化芯片中运算公式实现LED显示屏色坐标变换，计算出相应型号LED灯组成的显示屏在白平衡状态下R、G、B的配色比例关系。提高LED显示屏显示品质的装置，技术方案是：其特征是在数字R、G、B输入单元与LED显示单元之间设置有数字色空间变换处理单元。

Description

提高LED显示屏显示品质的方法

技术领域

本发明属于LED显示屏控制装置领域，尤其是一种提高LED显示屏显示品质，使其更接近自然颜色的方法。

背景技术

在目前的LED显示屏系统中，所采用的LED灯与彩色电视机的颜色存在较大差异，例如用日本NICHIA公司546LED灯与标准NTSC53RGB/C显示基色的对照：

       日本NICHIA公司LED灯(取均值)

	X	Y	Z
				R	0.7	0.3	0.00
G	0.18	0.69	0.13
				B	0.13	0.07	0.80

                 NTSC53RGB

	X	Y	Z
				R	0.67	0.33	0.00
G	0.21	0.71	0.08
				B	0.14	0.08	0.78

LED灯的基色坐标与电视机显示的基色坐标存在差异，我们把LED显示屏按色温为6500K左右配置时的白平衡坐标为(0.313，0.329，0.358)，同电视机的白平衡是一致的，但是我们看到，虽然LED显示屏在白平衡时与电视机(或监视器)效果是一致的。但显示其他颜色时，由于基色坐标存在差异，必然导致LED灯混成其他颜色时与电视机(监视器)有差异，也就是我们所说的“色偏”。

为解决这一问题，提高LED显示屏的显示品质，使LED显示屏达到与电视机(或监视器)相同的显示效果，目前存在许多方法，例如在2001年7月4日公开的专利申请号为00137057.X的专利申请文件，和在1999年3月3日公开的专利申请号为98102914.0的专利申请文件中，均提供了解决LED显示屏“色偏”的问题。但是，上述解决方案均需要复杂的硬件电路来实现，而且LED显示屏的显示品质仍然不是很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高LED显示屏显示品质，并使其接近自然界的颜色的方法；

本发明的技术方案是：提高LED显示屏显示品质的方法，其特征是包括下列步骤：(1)、确定LED色空间变换所需要的参数矩阵A、C_c，其中A为LED灯的色坐标变换系数矩阵，C_c为电视机或监视器由XYZ制转换为RGB基色制的变换系数矩阵，C_c根据电视机或监视器的显示制式来确定，其具体表示如下：

$c_c=\left[\begin{array}{ccc}{L}_R{X}_R/Y_R& L_G{X}_G/Y_G& L_B{X}_B{Y}_B\\ L_R& L_G& L_B\\ L_R{Z}_R/Y_R& L_G{Z}_G/Y_G& L_B{Z}_B/Y_B\end{array}\right]$

上式中，L代表相对亮度，X、Y、Z代表色坐标值，下标R、G、B、C分别代表红绿蓝和白色状态；

$L_R=\frac{Y_R}{Y_C}*\frac{X_C*(Y_G-Y_B)-Y_C*(X_G-X_B)+X_G*Y_B-X_B*Y_C}{\mathrm{\Δ}}$

$L_G=\frac{Y_G}{Y_C}*\frac{X_C*(Y_B-Y_R)-Y_C*(X_B-X_R)+X_B*Y_R-X_R*Y_B}{\mathrm{\Δ}}$

L_B＝1-L_R-L_G

Δ＝X_R*(Y_G-Y_B)+X_G*(Y_B-Y_R)+X_B*(Y_R-Y_G)

A由LED灯的结构确定，具体表示如下：

$A=\left[\begin{array}{ccc}{L}_{\mathrm{RLED}}{X}_{\mathrm{RLED}}/Y_{\mathrm{RLED}}& L_{\mathrm{GLED}}{X}_{\mathrm{GLED}}/Y_{\mathrm{GLED}}& L_{\mathrm{BLED}}{X}_{\mathrm{BLED}}{Y}_{\mathrm{BLED}}\\ L_{\mathrm{RLED}}& L_{\mathrm{GLED}}& L_{\mathrm{BLED}}\\ L_{\mathrm{RLED}}{Z}_{\mathrm{RLED}}/Y_{\mathrm{RLED}}& L_{\mathrm{GLED}}{Z}_{\mathrm{GLED}}/Y_{\mathrm{GLED}}& L_{\mathrm{BLED}}{Z}_{\mathrm{BLED}}/Y_{\mathrm{BLED}}\end{array}\right]$

上式中，L代表相对亮度，X、Y、Z代表色坐标值，下标R_LED、G_LED、B_LED、C_LED分别代表LED红、绿、蓝和白色状态；

$L_{\mathrm{RLED}}=\frac{Y_{\mathrm{RLED}}}{Y_{\mathrm{CLED}}}*\frac{X_{\mathrm{CLED}}*(Y_{\mathrm{GLED}}-Y_{\mathrm{BLED}})-Y_{\mathrm{CLED}}*(X_{\mathrm{GLED}}-X_{\mathrm{BLED}})+X_{\mathrm{GLED}}*Y_{\mathrm{BLED}}-X_{\mathrm{BLED}}*Y_{\mathrm{CLED}}}{\mathrm{\Δ}}$

$L_{\mathrm{GLED}}=\frac{Y_{\mathrm{GLED}}}{Y_{\mathrm{CLED}}}*\frac{X_{\mathrm{CLED}}*(Y_{\mathrm{BLED}}-Y_{\mathrm{RLED}})-Y_{\mathrm{CLED}}*(X_{\mathrm{BLED}}-X_{\mathrm{RLED}})+X_{\mathrm{BLED}}*Y_{\mathrm{RLED}}-X_{\mathrm{RLED}}*Y_{\mathrm{BLED}}}{\mathrm{\Δ}}$

L_BLED＝1-L_RLED-L_GLED

Δ＝X_RLED*(Y_GLED-Y_BLED)+X_GLED*(Y_BLED-Y_RLED)+X_BLED*(Y_RLED-Y_GLED)

(2)将参数矩阵A*CC的系数输入到系数矩阵加载控制芯片；(3)读取R、G、B亮度值，R、G、B分别代表红色、绿色和蓝色；(4)通过色空间变换芯片，运算下述公式实现LED显示屏色坐标变换，计算出相应型号LED灯组成的显示屏在白平衡状态下R、G、B的配色比例关系：

$\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{LED}}\\ G_{\mathrm{LED}}\\ B_{\mathrm{LED}}\end{array}\right]=A^{-1}{c}_c\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$

其中，R、G、B分别代表红色、绿色和蓝色亮度值，R_LED、G_LED、B_LED、分别代表红色LED灯、绿色LED灯和蓝色LED灯的亮度值。

还包括色空间变换芯片根据LED配色比例关系输出到LED显示屏。

本发明的效果是：通过分析LED显示屏与电视机(或监视器)的显示差异，不管是LED显示屏或电视机(监视器)，它们的显示源和我们要得到的结果都应是一样的，差异只是中间过程，也就是说他们都是以同一RGB基色信号为基础的，我们追求的只是显示出来的效果(即R、G、B)基色也是一样的，根据以上原则进行理论推导。就能够解决LED显示屏存在的“色偏”问题，从而提高LED显示屏的显示品质，使LED显示屏具有与电视机(或监视器)相同的显示效果。

此种方法除了可以对LED显示屏进行处理外，也可以应用到LED显示屏的每一个LED灯(像素)上。

本发明的工作原理是：在电视机或监视器中，由XYZ制向RGB基色制转换公式为：

$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=C_c\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$

其中，R、G、B分别代表红色、绿色和蓝色亮度值。

$c_c=\left[\begin{array}{ccc}{L}_R{X}_R/Y_R& L_G{X}_G/Y_G& L_B{X}_B{Y}_B\\ L_R& L_G& L_B\\ L_R{Z}_R/Y_R& L_G{Z}_G/Y_G& L_B{Z}_B/Y_B\end{array}\right]$

式中，L代表相对亮度，X、Y、Z代表色坐标值，下标R、G、B、C分别代表红绿蓝和白色状态；

$L_R=\frac{Y_R}{Y_C}*\frac{X_C*(Y_G-Y_B)-Y_C*(X_G-X_B)+X_G*Y_B-X_B*Y_C}{\mathrm{\Δ}}$

$L_G=\frac{Y_G}{Y_C}*\frac{X_C*(Y_B-Y_R)-Y_C*(X_B-X_R)+X_B*Y_R-X_R*Y_B}{\mathrm{\Δ}}$

L_B＝1-L_R-L_G

Δ＝X_R*(Y_G-Y_B)+X_G*(Y_B-Y_R)+X_B*(Y_R-Y_G)

对于某种制式的电视机或显示器来说，C_c是个常量系数。例如对于PAL制式和N制式的电视机来说，C_c是不同常量系数。通理可推出LED灯的色坐标变换公式

$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=A\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{LED}}\\ G_{\mathrm{LED}}\\ B_{\mathrm{LED}}\end{array}\right]$

若想让二者显示效果一致，必须让二者在色坐标上是一致的，即：

$A=\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{LED}}\\ G_{\mathrm{LED}}\\ B_{\mathrm{LED}}\end{array}\right]=C_c\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$

于是就导出了进入LED显示屏前色坐标变换公式：

$\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{LED}}\\ G_{\mathrm{LED}}\\ B_{\mathrm{LED}}\end{array}\right]=A^{-1}{C}_c\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$

根据以上公式，就可以计算出各种型号LED灯组成的显示屏在白平衡状态下R、G、B配色比例关系，计算出LED显示屏进行色空间变换的系数矩阵，通过硬件电路实现LED显示屏的色空间变换，从而提高LED的显示品质。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中数字色空间处理单元结构示意图；

图3是本发明的数字色空间处理芯片的软件程序框图。

具体实施方式

图1中，实现所述的提高LED显示屏显示品质的方法的装置，其特征是在数字R、G、B输入单元1与LED显示单元2之间设置有数字色空间变换处理单元3。

图2中，所述的数字色空间变换处理单元为色空间变换芯片4和系数矩阵加载控制芯片5组成，系数矩阵加载控制芯片5与色空间变换芯片4相连。所述的色空间变换芯片4为Fairchild公司的数字色空间变换专用芯片TMC2272A，所述的系数加载控制芯片5为FPGA芯片。

图3中，数字色空间处理芯片工作过程包括下列步骤：(1)读取输入到FPGA芯片中的LED色空间变换参数矩阵A*C_c的系数，其中A为LED灯的色坐标变换系数矩阵，由LED灯的结构确定，C_c为XYZ制转换为RGB基色制的变换系数矩阵，C_c根据电视机或监视器的显示制式来确定，具体表示如下：

$c_c=\left[\begin{array}{ccc}{L}_R{X}_R/Y_R& L_G{X}_G/Y_G& L_B{X}_B{Y}_B\\ L_R& L_G& L_B\\ L_R{Z}_R/Y_R& L_G{Z}_G/Y_G& L_B{Z}_B/Y_B\end{array}\right]$

上式中，L代表相对亮度，X、Y、Z代表色坐标值，下标R、G、B、C分别代表红绿蓝和白色状态；

$L_R=\frac{Y_R}{Y_C}*\frac{X_C*(Y_G-Y_B)-Y_C*(X_G-X_B)+X_G*Y_B-X_B*Y_C}{\mathrm{\Δ}}$

$L_G=\frac{Y_G}{Y_C}*\frac{X_C*(Y_B-Y_R)-Y_C*(X_B-X_R)+X_B*Y_R-X_R*Y_B}{\mathrm{\Δ}}$

L_B＝1-L_R-L_c

Δ＝X_R*(Y_G-Y_B)+X_G*(Y_B-Y_R)+X_B*(Y_R-Y_G)

 A具体表示如下：

$A=\left[\begin{array}{ccc}{L}_{\mathrm{RLED}}{X}_{\mathrm{RLED}}/Y_{\mathrm{RLED}}& L_{\mathrm{GLED}}{X}_{\mathrm{GLED}}/Y_{\mathrm{GLED}}& L_{\mathrm{BLED}}{X}_{\mathrm{BLED}}{Y}_{\mathrm{BLED}}\\ L_{\mathrm{RLED}}& L_{\mathrm{GLED}}& L_{\mathrm{BLED}}\\ L_{\mathrm{RLED}}{Z}_{\mathrm{RLED}}/Y_{\mathrm{RLED}}& L_{\mathrm{GLED}}{Z}_{\mathrm{GLED}}/Y_{\mathrm{GLED}}& L_{\mathrm{BLED}}{Z}_{\mathrm{BLED}}/Y_{\mathrm{BLED}}\end{array}\right]$

上式中，L代表相对亮度，X、Y、Z代表色坐标值，下标RLED、GLED、BLED、CLED分别代表LED红、绿、蓝和白色状态；

$L_{\mathrm{RLED}}=\frac{Y_{\mathrm{RLED}}}{Y_{\mathrm{CLED}}}*\frac{X_{\mathrm{CLED}}*(Y_{\mathrm{GLED}}-Y_{\mathrm{BLED}})-Y_{\mathrm{CLED}}*(X_{\mathrm{GLED}}-X_{\mathrm{BLED}})+X_{\mathrm{GLED}}*Y_{\mathrm{BLED}}-X_{\mathrm{BLED}}*Y_{\mathrm{CLED}}}{\mathrm{\Δ}}$

$L_{\mathrm{GLED}}=\frac{Y_{\mathrm{GLED}}}{Y_{\mathrm{CLED}}}*\frac{X_{\mathrm{CLED}}*(Y_{\mathrm{BLED}}-Y_{\mathrm{RLED}})-Y_{\mathrm{CLED}}*(X_{\mathrm{BLED}}-X_{\mathrm{RLED}})+X_{\mathrm{BLED}}*Y_{\mathrm{RLED}}-X_{\mathrm{RLED}}*Y_{\mathrm{BLED}}}{\mathrm{\Δ}}$

L_BLED＝1-L_RLED-L_GLED

Δ＝X_RLED*(Y_GLED-Y_BLED)+X_GLED*(Y_BLED-Y_RLED)+X_BLED*(Y_RLED-Y_GLED)

将A、C_c的系数分别输入到计算机中，通过计算机MATLAB工具软件计算A*C_c，将A*C_c通过计算机运算后的系数矩阵输入到FPGA芯片中。

(2)通过色空间变换芯片，运算下述公式实现LED显示屏色坐标变换，根据所述公式，计算出相应型号LED灯组成的显示屏在白平衡状态下R、G、B的配色比例关系，

$\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{LED}}\\ G_{\mathrm{LED}}\\ B_{\mathrm{LED}}\end{array}\right]=A^{-1}{C}_c\left[\begin{array}{c}{R}_{-\mathrm{in}}\\ G_{-\mathrm{in}}\\ B_{-\mathrm{in}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{R}_{-\mathrm{out}}\\ G_{-\mathrm{out}}\\ B_{-\mathrm{out}}\end{array}\right]$

其中，R、G、B分别代表红色、绿色和蓝色，T_LED、G_LED、B_LED分别代表红色LED灯、绿色LED灯和蓝色LED灯亮度值，R_-in、G_-in、B_-in分别代表红色、绿色和蓝色亮度值，R_-out、G_-out、B_-out分别代表红色、绿色和蓝色的亮度值。在LED显示屏系统中，R、G、B的亮度值对应R、G、B的灰度值，色空间变换芯片根据LED配色比例关系输出到LED显示屏上。

Claims (1)

1、一种提高LED显示屏显示品质的方法，其特征是包括下列步骤：

—确定LED色空间变换所需要的参数矩阵A、C_C，其中A为LED灯的色坐标变换系数矩阵，C_C为电视机或监视器由XYZ制转换为RGB基色制的变换系数矩阵，CC根据电视机或监视器的显示制式来确定，其具体表示如下：

$c_c=\left[\begin{array}{ccc}{L}_R{X}_R/Y_R& L_G{X}_G/Y_G& L_B{X}_B{Y}_B\\ L_R& L_G& L_B\\ L_R{Z}_R/Y_R& L_G{Z}_G/Y_G& L_B{Z}_B/Y_B\end{array}\right]$

上式中，L代表相对亮度，X、Y、Z代表色坐标值，下标R、G、B、C分别代表红、绿、蓝和白色状态；

$L_R=\frac{Y_R}{Y_C}*\frac{X_C*(Y_G-Y_B)-Y_C*(X_G-X_B)+X_G*Y_B-X_B*Y_C}{\mathrm{\Δ}}$

$L_G=\frac{Y_G}{Y_C}*\frac{X_C*(Y_B-Y_R)-Y_C*(X_B-X_R)+X_B*Y_R-X_R*Y_B}{\mathrm{\Δ}}$

L_B＝1-L_R-L_G

Δ＝X_R*(Y_G-Y_B)+X_G*(Y_B-Y_R)+X_B*(Y_R-Y_G)

A由LED灯的结构确定，具体表示如下：

$A=\left[\begin{array}{ccc}{L}_{\mathrm{RLED}}{X}_{\mathrm{RLED}}/Y_{\mathrm{RLED}}& L_{\mathrm{GLED}}{X}_{\mathrm{GLED}}/Y_{\mathrm{GLED}}& L_{\mathrm{BLED}}{X}_{\mathrm{BLED}}{Y}_{\mathrm{BLED}}\\ L_{\mathrm{RLED}}& L_{\mathrm{GLED}}& L_{\mathrm{BLED}}\\ L_{\mathrm{RLED}}{Z}_{\mathrm{RLED}}/Y_{\mathrm{RLED}}& L_{\mathrm{GLED}}{Z}_{\mathrm{GLED}}/Y_{\mathrm{GLED}}& L_{\mathrm{BLED}}{Z}_{\mathrm{ELED}}/Y_{\mathrm{BLED}}\end{array}\right]$

上式中，L代表相对亮度，X、Y、Z代表色坐标值，下标RLED、GLED、BLED、CLED分别代表LED红、绿、蓝和白色状态；

$L_{\mathrm{RLED}}=\frac{Y_{\mathrm{ELED}}}{Y_{\mathrm{CLED}}}*\frac{X_{\mathrm{CLED}}*(Y_{\mathrm{GLED}}-Y_{\mathrm{BLED}})-Y_{\mathrm{CLED}}*(X_{\mathrm{GLED}}-X_{\mathrm{BLED}})+X_{\mathrm{GLED}}*Y_{\mathrm{BLED}}-X_{\mathrm{BLED}}*Y_{\mathrm{CLED}}}{\mathrm{\Δ}}$

$L_{\mathrm{GLED}}=\frac{Y_{\mathrm{GLED}}}{Y_{\mathrm{CLED}}}*\frac{X_{\mathrm{CLED}}*(Y_{\mathrm{BLED}}-Y_{\mathrm{RLED}})-Y_{\mathrm{CLED}}*(X_{\mathrm{BLED}}-X_{\mathrm{RLED}})+X_{\mathrm{BLED}}*Y_{\mathrm{RLED}}-X_{\mathrm{RLED}}*Y_{\mathrm{BLED}}}{\mathrm{\Δ}}$

L_BLED＝1-L_RLED-L_GLED

Δ＝X_RLED*(Y_GLED-Y_BLED)+X_GLED*(Y_BLED-Y_RLED)+X_BLED*(Y_RLED-Y_GLED)

—将参数矩阵A*C_C的系数输入到系数矩阵加载控制芯片；

—读取R、G、B亮度值，R、G、B分别代表红色、绿色和蓝色；

—通过色空间变换芯片，运算下述公式实现LED显示屏色坐标变换，计算出相应型号LED灯组成的显示屏在白平衡状态下R、G、B的配色比例关系：

$\left[\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{LED}}\\ G_{\mathrm{LED}}\\ B_{\mathrm{LED}}\end{array}\right]=A^{-1}{c}_c\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]$

其中，R、G、B分别代表红色、绿色和蓝色亮度值，R_LED、G_LED、B_LED、分别代表红色LED灯、绿色LED灯和蓝色LED灯的亮度值；

—色空间变换芯片根据LED配色比例关系输出到LED显示屏。