CN1324902C - 色彩校正的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种色彩校正的方法，是由色彩测量系统分别选取显示器显示光源的复数组灰阶值及灰阶表现值，分别对各色光的选取资料作数值计算，求得曲线契合(curve fitting)各区间内灰阶值数据的契合曲线函数，利用此契合曲线函数获得区间内灰阶值的契合灰阶表现值，并制成一对照表，又为了将一归一化的影像灰阶资料的伽玛曲线对应至一预设的目标曲线，对应时先将二曲线对数化，通过该对照表求得修正灰阶讯号，将此修正灰阶讯号输出以供显示器呈现灰阶分布状态，适合用于各式显示器，尤其是液晶显示器。

Description

色彩校正的方法

技术领域

本发明涉及一种色彩校正的方法，特别是一种将影像资料的原始灰阶表现值分布状态分配的色彩校正方法，其方法是以一区间契合曲线函数取得契合灰阶表现值，并制成一对照表，藉此对照表快速取得修正灰阶讯号以提供显示器调整灰阶分布状态，特别适合用于液晶显示器的色彩影像处理。

背景技术

液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称LCD)属于光电产品中平面显示器的一种，拥有体积小、质量轻、厚度薄、耗电低、不闪烁、无辐射等众多优点；在显示器的影像处理技术上，受液晶分子的本身的性质影响，诸如黏滞系数、介电常数以及弹性系数等，会有响应时间过久与残影现象的问题，因此需以改良的驱动方式改善影像品质，其中又以主动矩阵型(Active Matrix)驱动方式最具产业应用价值，此种驱动方式是在原本配置画素的电极交叉处加上一个主动(Active)素子，目前最热门的TFT(Thin Film Transistor)技术就是属于其中一种，特别是TFT型液晶显示器于液晶面板上原本配置画素的电极交叉处，再加上一个对向电极，并且在此三个电极的交叉处放置薄膜状的主动素子。

LCD面板的每个像素(Pixel)可产生红光(Red)、绿光(Green)和蓝光(Blue)三原色，简称RGB，事实上液晶本身没有颜色，颜色是光通过LCD面板所设的滤色片而产生的，并且以控制光线通过像素的量来控制色彩的亮度，亮度的程度和彩色滤色片无关，一般称的为″灰阶值″(Gray level)。在液晶显示器内部，灰阶值由驱动组件产生电压驱动，一个8位的驱动组件可产生256个灰阶电压，而中间色度则在驱动组件中产生中间电压值，然而液晶的光传输为非线性，因此必须修正电压以得到均匀色度分布特性，电压与像素亮度的输入输出关是近似于一曲线函数：光输出＝输入电压γ，其参数以γ(gamma)表示，若将灰阶值与亮度(或称灰阶表现值)的对应关是显示于坐标上则呈一曲线，称为”伽玛曲线”(gamma curve)，如第1A图所示，当输入灰阶资料分为RGB三色光时，伽玛曲线会如第1B图所示，一般会将此伽玛曲线的原始灰阶数据归一化(normalized)，得到三色光的曲线起点与终点相同的伽玛曲线，如图1C所示，一般而言，影像的色彩修正是根据此归一化伽玛曲线。

对一包含驱动方式的驱动芯片而言，要使显示器面板呈现最佳色彩表现，也就是最佳的伽玛曲线状态，必须先由色彩测量系统或装置将面板的灰阶表现值测量出，并将原始灰阶资料交与驱动芯片处理；习知技术中，对于一色光为8位显示的显示器面板，色彩测量系统必须测量768个灰阶表现值，才能得到伽玛曲线，十分费时，因此本案的发明人以一新颖有效的色彩修正方法，将色彩测量时间大为缩短，进而使色彩产生速度更快、更丰富。

另外，对液晶显示器而言，一个8位的控制器能生产256个明暗层次，若像素上的每个原色能显示256个色度变化，则每个像素就能够显示256×256×256种色彩，也就是16,777,216种颜色，但这并不能满足人的眼睛对色彩变化的要求，显示器画面于动态显示时虽然看不出色彩变化的差异，但是静态显示时，人眼就会明显察觉出灰阶变化不够平顺，为了解决此一问题，于是发展出图框速率控制(Frame Rate Control，FRC)技术，方法即是于一个图像显示花费的时间内细分成数个图框资料，当影像资料的切换过程中较暗和较亮色度间切换时，像素可在切换过程中产生中间色度，使灰阶值更平滑地呈现，也使色彩表现更为丰富。影像色彩切换过程中若相邻两像素同时开启或关闭明暗，就会产生一种闪烁现象(flicker phenomenon)，使人产生不舒服感，因此为了消除此种现象，必须使两像素产生不同的灰阶值，产生的方法是将原始伽玛曲线的原始灰阶值对应至一目标曲线而得的，目标曲线是根据液晶显示器面板的特性而建立，或是设定RGB伽玛曲线其中的一作为目标曲线，再以对应后得到的修正灰阶讯号以FRC技术处理，于显示器上呈现灰阶状态；以往的习知技术中，色彩处理方式会如第2图所示的步骤方法，经由一色光的伽玛曲线的原始灰阶值经步骤一会对应至一目标曲线上的灰阶表现值，也就是步骤二所指向的亮度，此亮度可由原始伽玛曲线的灰阶值为128.5所表现，也就是步骤三的方法，然而此灰阶值介于128与129之间，因此需将运算位从8位提升至9位，以线性内插法求得到相对应的灰阶表现值，若产生的中间灰阶值位于128.5与129之间或128与128.5之间，则运算位就必须提升至10位以上，对硬件资源而言是一负担，而且以线性内插法运算无法快速又准确对应至目标函数。

有鉴于此，本发明对上述的缺点加以改进，以一新颖的色彩校正方法使影像数据处理速度更快，色彩呈现更丰富。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种色彩校正的方法，以快速获得影像资料的灰阶表现值，降低色彩测量时间。

本发明的另一目的是提供一种色彩校正的方法，以快速获得影像修正后的灰阶表现值，使液晶显示器能依此修正灰阶讯号分布灰阶状态，使显示器的色彩呈现更为丰富，并且不降低影像的分辨率。

为了达到上述目的，本发明的色彩校正方法分别对各色光的选取资料作数值计算，求得曲线契合(curve fitting)每区间内灰阶值数据的契合曲线函数，利用此契合曲线函数获得区间内灰阶值的契合灰阶表现值，并制成一对照表，将输入的影像灰阶资料归一化后得一伽玛曲线，将此伽玛曲线对应至一预设的目标曲线，对应时先将二曲线对数化，通过对照表求得一修正灰阶讯号，将修正灰阶讯号以FRC技术处理，以供显示器呈现灰阶分布状态，尤其适合用于各式液晶显示器。

下面结合附图以具体实例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1A是习知的伽玛曲线的示意图；

图1B是不同色光的原始伽玛曲线的示意图；

图1C是不同色光的归一化后伽玛曲线的示意图；

图2是习知的伽玛曲线对应至目标曲线的方法示意图；

图3是本发明的色彩校正的方法的输入灰阶值求得目标函数曲线的目标灰阶表现值的步骤示意图；

图4是本发明的色彩校正的方法与习知技术的方法比较的示意图；

图5是本发明的色彩校正的方法的建立各色光灰阶值的契合灰阶表现值对照表的流程图；

图6是本发明的色彩校正的方法的建立各色光灰阶值的原始灰阶资料讯号与修正灰阶讯号对照表的流程图。

具体实施方式

以液晶显示器为例，为了校正液晶显示器面板的亮度呈现状态，会输入不同色光的灰阶值，再以一色彩测量装置或系统测量液晶显示器面板的灰阶表现值，以此得到如图1B所示各色光的伽玛曲线图，经归一化后如图1C所示，在本发明中，并不对各色光的256个灰阶值及灰阶表现值作处理，而是仅取N组灰阶数据计算伽玛曲线，N为正整数且最小值为2、最大值为显示器所能显示的灰阶值范围的最大值，因此N值越小，测量速度越快，但是准确度越不准确；N值越大，测量时间增长，但是准确度可提高；以RGB三色光为显示光源的显示器为例，其最佳的选取总数为30组，分别如下：

红光的测量灰阶值为：0，31，63，95，127，159，191，207，223，239，255；

绿光的测量灰阶值为：31，63，95，127，159，191，207，223，239，255；

蓝光的测量灰阶值为：30，63，96，129，162，195，215，235，255；

测量上述灰阶值(P)的灰阶表现值(Q)后，每n组归为一区间，n为正整数且大于等于2、小于等于N，若每2个测量灰阶资料为一区间，取区间内灰阶值与灰阶表现值的最大者，取对数后相除，得到一伽玛参数函数(a)：

$r=\frac{{\log Q}_{\max }}{\log P_{\max }}---\left(a\right)$

依据此伽玛参数以一幂函数Q＝aP^r+b曲线契合(curve fitting)区间内所有选取数据，以求得系数a、b值，使各区间得一契合曲线函数并储存，利用各色光每区间的契合曲线函数，获得区间内各灰阶值的契合灰阶表现值并制成一对照表(lookup table)，可供后续色彩处理或校正使用。

若每3组灰阶资料归为一区间，同样取相邻二区间灰阶值与灰阶表现值的最大值代入(a)式，求得一伽玛参数，以此参数以一多项式Q＝aP^r+bP+c曲线契合区间内所有选取数据，以求得系数a、b和c值，使各区间得一契合曲线函数并储存。

若每n组灰阶资料归为一区间，n为大于等于2、小于等于N的正整数时，同样先取相邻二区间灰阶值与灰阶表现值的最大值代入(a)式，求得一伽玛参数，将此参数以一多项式(b)：

$Q=\underset{m=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_m{P}^{r_m}+a_{1}P+a_0---\left(b\right)$

曲线契合区间内所有选取数据，而求得函数的系数a_m、a₁以及a₀，并且令每一多项式的a_n-1＝0，r_m的值由各区间内灰阶值所决定，求法为将区间内相邻灰阶值与灰阶表现值的最大值代入函数(a)得到的伽玛参数；以n＝4为例，Q＝a₄P^r4+a₂P^r2+a₁P+a₀，其中红光的一区间包含灰阶值207、223、239及255，则r₄由灰阶值255及其灰阶表现值代入伽玛参数函数(a)所决定，r₂由灰阶值239及其灰阶表现值所决定，r₁由灰阶值223及其灰阶表现值所决定，再将4个灰阶值与灰阶表现值代入Q函数，解出各系数即可得到该区间的契合曲线函数，利用各色光每区间的契合曲线函数，获得区间内各灰阶值的契合灰阶表现值制成一对照表，以供后续色彩处理的使用。

上述的步骤可由如图5的流程图表示，经由执行该步骤可建立一完整的对照表，换言之，该对照表是由在不同伽玛参数下、不同灰阶值与相对应的灰阶表现值所构成，经实验数据比较得知，此种方法所得到的伽玛曲线和测量得到的伽玛曲线两者的误差小于测量装置的容许范围，因此可得知，此种曲线契合的色彩校正方法不仅有效地降低测量显示器的时间，亦获得精准度高的测量值，此种色彩校正的方法适用于各式显示器，例如液晶显示器、投影机、电浆显示器等等。

另外，当影像的原始灰阶资料讯号输入显示器后，假设此影像资料的伽玛曲线为参数为r的函数：Y＝X^r(c)，其中X、Y为灰阶讯号的灰阶值与灰阶表现值，欲将此伽玛曲线函数对应至一预设的目标曲线函数Y_t＝X_t ^r′(d)，其中Y_t为目标灰阶表现值，r’为目标曲线的伽玛参数，使显示器可依修正后的灰阶讯号处理色彩表现，方法为将函数(c)(d)取对数，并令X_t＝X，得到函数：

logY＝rlogX(c’)；及

logY_t＝r′logX(d’)；

上述两式经联立运算得到函数(e)：

$\log \mathrm{Yt}=\frac{r^{\′}}{r}\log Y---\left(e\right)$

由函数(e)可求得目标灰阶表现值Y_t，若以坐标表示则如图3所示，对数坐标轴分别为灰阶值及灰阶表现值，函数(c’)(d’)的数值形成斜率分别为r及r’的直线，当影像资料的灰阶值X_in输入后，经步骤一及步骤二，可得到目标灰阶表现值Y_t，再经步骤三，即以一斜率为-r’的直线求得横轴上的X_out，以X_out为初始过渡灰阶值X_n参看上述的对照表，求得相对应的过渡灰阶表现值Y_n；将Y_n与Y_t做比较，若两者的差值小于一容许误差值，则以Y_n值取代Y_t值，以过渡灰阶值X_n取代目标灰阶值X_t，否则重复上述步骤，直到Y_n与Y_t的差值小于一容许误差值，接着将表现目标灰阶值X_t的修正灰阶讯号输出，以一FRC技术将修正灰阶讯号表现出来，上述步骤的流程图如图6所示，经由该步骤所得到的灰阶值准确度可依据上述对照表所提供的不同伽玛参数下、不同灰阶值与相对应的灰阶表现值决定，不受硬件资源限制，因此可表现的色彩层次更为丰富，而原始灰阶资料讯号与修正灰阶讯号可对应制成一对照表提供显示器作为依据呈现灰阶分布状态。

请参阅图4，以9位的装置可以线性内插法处理128.5的灰阶值表现，但是若灰阶值为128.7则会被归为接近值128.5，而以128.5来输出并呈现该值的表现，反观本案的方法可直接以灰阶值128.7资料由后续的FRC技术处理，得到准确的灰阶值输出。

因此，本发明具有以下的优点：

1、本发明的色彩校正方法使显示器色彩测量时间缩短，且误差小于测量装置的容许范围。

2、本发明的色彩校正方法使色彩的表现层次更为丰富，且不减低画面的分辨率，使显示器的色彩鲜艳有立体感。

Claims (11)

1、一种色彩校正的方法，包括以下步骤：

(1)由色彩测量系统测量显示器显示光源的灰阶值p与灰阶表现值q；

(2)将灰阶值与灰阶表现值归一化，并选取N组灰阶值P与灰阶表现值Q，N为正整数，最小值为2、最大值为显示器所能显示的灰阶值范围的最大值；

(3)将上述步骤的选取值每n组归为一区间，n为正整数且大于等于2、小于等于N；

(4)将每区间的灰阶值P与灰阶表现值Q取对数后相除，得到伽玛参数： $r=\frac{\log Q}{\log P},$ 分别依据此伽玛参数以一函数曲线契合区间内所有选取数据，使各区间得一契合曲线函数；

(5)利用各色光每区间的契合曲线函数，获得区间内各灰阶值的契合灰阶表现值，并将灰阶值与契合灰阶表现值的对应数值序列制成一对照表；

(6)将影像的原始灰阶资料归一化，分别得到各色光包含灰阶值X与灰阶表现值Y的灰阶讯号的伽玛曲线，伽玛曲线函数为Y＝X^r，r为伽玛参数；

(7)将伽玛曲线函数为Y＝X^r的影像灰阶讯号对应至一预设的目标曲线函数 $Y_t=X_t^{r^{\′}},$ 即令X_t等于X，经迭代法逼近求得一修正灰阶讯号，其步骤为：

(a)分别将伽玛曲线函数及目标曲线函数对数化，因此 $\log \mathrm{Yt}=\frac{r^{\′}}{r}\log Y,$ 由此求得目标灰阶表现值Y_t；

(b)以一过渡灰阶值X_n参看该对照表，求得相对应的过渡灰阶表现值Y_n；

(c)将过渡灰阶表现值Y_n与目标灰阶表现值Y_t比较，若两者差值小于一容许误差值，则以Y_n取代Y_t值，并以该过渡灰阶值X_n取代目标灰阶值X_t，否则重复上述(a)、(b)步骤；

(d)将包含目标灰阶值X_t的修正灰阶讯号输出；以及

(8)将修正灰阶讯号输出，使显示器依据修正灰阶讯号呈现灰阶分布状态。

2、如权利要求1所述的色彩校正的方法，其中显示光源是为红绿蓝三色光。

3、如权利要求1所述的色彩校正的方法，其中各区间取相邻灰阶值与灰阶表现值的最大值，以求得伽玛参数，即 $r=\frac{\log Q_{\max }}{\log P_{\max }}.$

4、如权利要求1所述的色彩校正的方法，其中所述的契合曲线函数是以伽玛参数为依据的多项式 $Q=\underset{m=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_m{P}^{r_m}+a_{1}P+a_0,$ n为大于等于2、小于等于N的正整数，a_m、a₁以及a₀为此函数的系数，并且令每一多项式的a_n-1＝0，r_m的值由各区间内灰阶值所决定。

5、一种色彩校正的方法，包括以下步骤：

(1)由色彩测量系统测量显示器显示光源的灰阶值p与灰阶表现值q；

(2)将灰阶值与灰阶表现值归一化，并选取N组灰阶值P与灰阶表现值Q，N为正整数，最小值为2、最大值为显示器所能显示的灰阶值范围的最大值；

(3)将上述步骤的选取值每n组归为一区间，n为正整数且大于等于2、小于等于N；

(4)将每区间的灰阶值P与灰阶表现值Q取对数后相除，得到伽玛参数： $r=\frac{\log Q}{\log P},$ 分别依据此伽玛参数以一函数曲线契合区间内所有选取数据，使各区间得一契合曲线函数；

(5)利用各色光每区间的契合曲线函数，获得区间内各灰阶值的契合灰阶表现值，并将灰阶值与契合灰阶表现值的对应数值序列制成一对照表。

6、如权利要求5所述的色彩校正的方法，其中各区间取相邻灰阶值与灰阶表现值的最大值，以求得伽玛参数，即 $r=\frac{\log Q_{\max }}{\log P_{\max }}.$

7、如权利要求5所述的色彩校正的方法，其中所述的契合曲线函数是以伽玛参数为依据的多项式 $Q=\underset{m=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_m{P}^{r_m}+a_{1}P+a_0,$ n为大于等于2、小于等于N的正整数，a_m、a₁以及a₀为此函数的系数，并且令每一多项式的a_n-1＝0，r_m的值由各区间内灰阶值所决定。

8、如权利要求5所述的色彩校正的方法，其中该光源为红绿蓝三色光，其中：

红光的测量灰阶值为：0，31，63，95，127，159，191，207，223，239，255；绿光的测量灰阶值为：31，63，95，127，159，191，207，223，239，255；蓝光的测量灰阶值为：30，63，96，129，162，195，215，235，255。

9、如权利要求5所述的色彩校正的方法，其中显示器是液晶显示器。

10、如权利要求5所述的色彩校正的方法，其中显示器是投影机。

11、如权利要求5所述的色彩校正的方法，其中显示器是等离子显示器。

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