CN200966122Y - Led显示的伽玛校正装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种显示系统伽玛校正装置，用于对显示系统进行伽玛校正，包括：伽玛容器，存储与期望伽玛曲线相关的参数；以及伽玛曲线计算模块，其连接至伽玛容器，根据参数定制出伽玛曲线，并将原图像值代入伽玛曲线计算出调节值，使显示系统输出调节值。

Description

LED显示的伽玛校正装置

技术领域

本实用新型涉及显示领域，更具体而言，涉及用于显示系统的伽玛校正装置，尤其是用于LED显示系统的伽玛校正装置。

背景技术

在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，简称LED(Light Emitting Diode)。

LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关，目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。由于LED工作电压低(仅1.5-3V)，能主动发光且有一定亮度，亮度又能用电压(或电流)调节，本身又耐冲击、抗振动、寿命长(10万小时)，所以在大型的显示设备中，目前尚无其他的显示方式与LED显示方式匹敌。

图1是示出了一种传统氮化物半导体发光器件的平面图。图1所示的传统氮化物半导体发光器件10是这样制成的，即，首先按顺序在蓝宝石衬底(未示出)上形成n型氮化物半导体层12、有源层(未示出)、p型氮化物半导体层14、以及欧姆接触层15，并蚀刻一部分有源层、p型氮化物半导体层14、和欧姆接触层15，以形成台面结构，然后暴露出n型氮化物半导体层12的部分上表面。此外，传统氮化物半导体发光器件10在n型氮化物半导体层12的暴露的上表面中具有n电极17，以及在欧姆接触层15的上表面上具有p电极16。n电极17和p电极16通过丝焊或倒装焊接而电连接到外部电极，并被注入电流，由此，在有源层中产生光。

把红色和绿色的LED放在一起作为一个像素制作的显示屏叫做双色屏或彩色屏；把红、绿、蓝三种LED管放在一起作为一个像素的显示屏叫三色屏或全彩屏。

无论用LED制作单色、双色或三色屏，欲显示图像需要构成像素的每个LED的发光亮度都必须调节，其调节的精细程度就是显示屏的灰度等级。灰度等级越高，显示的图像就越细腻，色彩也越丰富，相应的显示控制系统也越复杂。一般256级灰度的图像，颜色过渡已十分柔和，而16级灰度的彩色图像，颜色过渡界线十分明显。所以，彩色LED屏当前都要求做成256级灰度的。

LED电子显示屏是集光电及计算机技术于一体的高技术产品，LED显示屏可依据下列条件分类：

使用环境：LED显示屏按使用环境分为室内LED显示屏和室外LED显示屏。

显示颜色：LED显示屏按显示颜色分为单基色LED显示屏(含伪彩色LED显示屏)，双基色LED显示屏和全彩色(三基色)LED显示屏。按灰度级又可分为16、32、64、128、256级灰度LED显示屏等。

显示性能：LED显示屏按显示性能分为文本LED显示屏、图文LED显示屏，计算机视频LED显示屏，电视视频LED显示屏和行情LED显示屏等。行情LED显示屏一般包括证券、利率、期货等用途的LED显示屏。

基本发光点：非行情类LED显示屏中，室内LED显示屏按采用的LED单点直径可分为Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、Φ8mm、和Φ10mm等显示屏；室外LED显示屏按采用的像素直径可分为Φ19mm、Φ22mm和Φmm26等LED显示屏。行情类LED显示屏中按采用的数码管尺寸可分2.0cm(0.8inch)、2.5cm(1.0inch)、3.0cm(1.2inch)、4.6cmm(1.8inch)、5.8cm(2.3inch)、7.6cm(3inch)等LED显示屏。

图2是示出了一种传统LED显示屏系统的方框图。

由以上结构框图可见，LED显示屏系统200主要包括以下部分：

LED显示屏体和扬声器，包括视频显示屏体202、条屏204、和扬声器203；

制作主机及配套设备，包括计算机206、键盘鼠标208、扫描仪210、网络适配器212；

控制主机及通讯系统，包括控制器及通讯卡214；

视频接口卡，包括视频卡216；以及

视频音频信号源，包括DVD、VCD、有线电视等各种视频音频设备218。

整个系统以计算机为控制和处理中心，采用计算机软件和硬件技术，来实现LED显示屏体播放视频音频，使系统能方便显示各种图文信息，扫描仪可将各种图片、手稿等输入，视频图像由多媒体卡采集，并且电脑可进一步创作，录像、电视可直接播映，使屏体显示更为丰富多彩。无论在机场、车站、广场、陈列室、演讲厅、企业办公室等地方，LED电子显示屏都能发挥出极大的作用。

LED显示屏作为一种新兴的显示媒体，随着大规模集成电路和计算机技术的高速发展，得到了飞速发展，它与传统的显示媒体—多彩霓虹灯、像素管电视墙、四色磁翻板相比较，以其亮度高、动态影像显示效果好、故障低、能耗少、使用寿命长、显示内容多样、显示方式丰富、性能价格比高等优势，作为新一代的显示媒体，已广泛应用于各行各业。特别是灰度显示屏以其现代化的姿态用于企事业单位形象宣传和公共场所信息显示，已成为无可替代的显示媒体。

此外，照明光源用LED也是其发展的一个重要方向。由于普通冷阴极管和日光灯管的使用寿命一般在2万小时左右，而LED的寿命可以达到8万小时，又有高亮度，低功耗等独特优势，使得LED光源具有光明的前景。

下面将描述LED显示的伽玛校正技术。需要注意的是，本文所给的效果图是彩图经黑白打印机打印出来的效果图，虽然不能真实地反映彩色信息，但是基本上能够反映本文所涉及的伽玛校正所体现的效果。

一个物理设备所产生光的强度(Intensity)通常并不与其原始信号成线性关系，比如传统的CRT(阴极射线管)与施加电压的响应为：光的强度(用符号Y表示)与施加电压(用符号V表示)为Y＝V^2.5的幂函数关系。这个幂函数的系数值(如上面的2.5)就叫做Gamma(伽玛，符号为γ，上面例子中γ＝2.5)。图3示出了不同介质相对于输入视频源的光强度曲线。

从图3可知，LED的输出光强度与输入的视频信号成线性关系，而CRT的光强度与输入视频成非线性关系。

在现实情况中，通常由CCD或CMOS图像传感器等物理设备所产生的影像亮度与投射到光敏二极管的光强成正比，另外视频摄像设备固有的伽玛系数为0.45；且由于人眼对亮度具有的非线性视觉感应特点，故当在CRT、TV、LCD等介质上生成和显示数字影象时，Gamma就是很重要的因素。在一个视频系统中，光的亮度(数据信号)通过伽玛校正(Gamma Correction)，将其转换成非线性视频信号。

在闪光模式下拍摄一小块退色动物软骨组织样本得到的图片，经过不同伽玛系数校正后的效果不相同。当γ＝0.45时，校正后的图片，暗区域的亮度得到提高，而且整体的亮与暗区域之间的对比度(contrast)下降了；当γ提高到2.5，校正后的图片，此时压制了暗区域，而增强了亮区域，此时图片暗区域的细节减少，但图片整体对比度(contrast)大大提高。当伽玛校正系数为1.0时，其暗区域不如γ＝0.45亮，对比度不如γ＝2.5。

依照人眼对光的非线性视觉感应特点，亮度(Luminance)参数用来衡量光的能量大小。在很多情况下，人眼在显微镜下观测到的非常微弱的影像很难被电影胶片、摄影机或CCD成像仪捕获，这是因为人眼具有低振幅(low-amplitude)和模糊特性(dimfeatures)，其能很好地对微弱影像做出响应。但那些线性的影像设备就没有能力正确地恢复影像本身的亮度差异(differences inluminance)，特别是在动态响应范围方面，这些线性影像设备提供的差异恢复更差。非线性的幂函数能更接近地模拟人眼的对影像亮度的响应。

显然这就存在一个问题，LED的输出光强度与输入的视频信号成线性关系，与人眼对光的非线性视觉感应特点是不一致的，因此导致LED的视觉对比度变差。

从图3可知，LED的显示曲线几乎为线性的，因此如果影像数据如果没有合适的伽玛系数校正，影像将会缺少对比度(也就是图像看起来退色，不鲜艳)。在LED显示中，任何γ＜1的校正，都会导致影像缺少对比度。

图4显示了一条8bit，γ＝3的校正曲线(Y＝X³，X∈{0，1，2...254，255}，Y∈{0，1，2...254，255})。可以利用该伽玛校正曲线来校正LED显示的图像。两幅经过不同伽玛系数校正后的LED影像，一幅为γ＝1，另一幅为γ＝3。通过对比可以发现，γ＝1的影像对比度较差。

然而，现有技术中，并没有考虑针对LED显示系统的不同物理特性来定制相应的伽玛曲线，从而影响显示视觉效能(如视觉灰度不够、对比度降低、亮度过高等等)。

另外，外界环境对LED伽玛系数也有影响。

在实际应用中，LED显示的伽玛系数要根据应用环境来决定，因为在不同亮度背景(环境下)，同一影像给人会有不同的对比度感观。通过不同亮度背景下的对比度比较，可以发现，一个已经正确地校正的图像显示在一个灰暗的背景下时，一种叫做共时对衬(simultaneous contrast)的主观影响会导致对比度的下降。

经过同样伽玛系数校正后的区域放在不同的亮度环境下，例如在亮环境下与在灰暗环境下，可以分辨出，在灰暗环境下，因为人眼的共时对衬的主观影响，看起来显得对比度下降了。

现有技术中，LED显示没有考虑外界环境对LED伽玛系数的影响，所以导致在一定的环境背景中，LED显示对比度下降。

影响LED伽玛系数的还有伽玛校正空间(Gamma CorrectionSpace)。

如果LED显示系统将8bit的输入颜色(红、绿、蓝)数据转成8bit的输出，那么0代表黑色，255代表白色，其余颜色位于1-254之间，如果是经过伽玛系数调整(比如γ＝3)后，在低灰度部分，可表现的颜色数量将大大地减少(见图4)。这会在视觉上导致将相近的颜色合并到同一颜色块中，这样一定范围内的颜色输入最后只转换到同一个颜色输出。

通常在模拟设备中，颜色的缺失并不会很明显地观察到，因为其从0-255间可以有无穷的亮度等级表现。但在LED显示中，为了提高影像的保证度，必须保证颜色的数量，并且尽量拉大颜色见的亮度差异，这样就需要提高伽玛校正空间(Gamma CorrectionSpace)。图5显示了校正空间为1024的8bit伽玛校正曲线(Y＝X³，X∈{0，1，2...254，255}，Y∈{0，1，2...254，255...1022，1023})。

然而在现有技术中，由于伽玛校正空间过小(通常都小于1024级)，而灰度等级往往为256级，所以导致在过小伽玛校正空间里只能做小伽玛系数的伽玛校正，这样的伽玛校正能力，不足以对图像做逼真表达；如果在过小的伽玛校正空间里做大的伽玛系数校正，则会损失灰度，造成图像的灰度缺失现象。

总之，在现有技术中，对于LED显示系统视觉对比度的调节即使采用了调节伽玛系数的方法，但因为其伽玛校正空间不足以及伽玛系数不能灵活改变的缺点，所以也就存在伽玛系数的调节不能适应LED显示系统的物理特性、不能适应外界环境的变化，以及伽玛校正空间不足等问题。

因此，人们需要LED显示的伽玛校正解决方案，能够解决上述相关技术中的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在提供了用于显示系统的伽玛校正装置，尤其是用于LED显示系统的伽玛校正装置，以解决上述相关技术中的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种显示系统伽玛校正装置，用于对显示系统进行伽玛校正，包括：伽玛容器，存储与期望伽玛曲线相关的参数；以及伽玛曲线计算模块，其连接至伽玛容器，根据参数定制出伽玛曲线，并将原图像值代入伽玛曲线计算出调节值，使显示系统输出调节值。

在上述的显示系统伽玛校正装置中，参数由用户预先设置。

在上述的显示系统伽玛校正装置中，还包括专家参数包，其至少包括以下一种：光学环境参数、显示系统本身参数，参数利用专家参数包来设置。

在上述的显示系统伽玛校正装置中，还包括环境感应模块，参数利用环境感应模块所响应的外界环境的光学状况来设置。

在上述的显示系统伽玛校正装置中，伽玛容器为存储器。

在上述的显示系统伽玛校正装置中，伽玛曲线包括幂函数，参数包括：伽玛系数，为幂函数的幂；调制参数，为幂函数的系数。

在上述的显示系统伽玛校正装置中，参数包括曲线类型参数，其限定伽玛曲线计算模块定制何种类型的伽玛曲线。

在上述的显示系统伽玛校正装置中，伽玛曲线包括： $G_{\mathrm{aen}}\left[i\right]=\underset{k=0}{\overset{k=G_{\mathrm{stl}}}{\mathrm{\Σ}}}(\left(\stackrel{G_{\ln d}\left[k\right]=1}{\mathrm{\Σ}}{2}^{G_{\mathrm{ext}}}\right)\×G_{\mathrm{adj}}),$ 其中，G_ext表示步长控制参数，G_ext∈[0，1，2，3]；G_adj表示步伐调制系数，G_adj∈(0，1]；G_lnd[k]表示步伐结束标志，G_lnd[k]＝1，表示当前步伐计算完成；以及G_stl表示步伐计算长度，当容器中某单元值为0时，该单元的序号值就为G_stl。

在上述的显示系统伽玛校正装置中，伽玛容器与伽玛曲线计算模块集成在集成芯片上。

在上述的显示系统伽玛校正装置中，显示系统包括：LED显示系统、等离子体显示系统、液晶显示系统、投影显示系统、OLED显示系统、背投影显示系统、或CRT显示系统。

通过上述技术方案，本实用新型实现了如下技术效果：

本实用新型通过采用伽玛容器和伽玛曲线计算模块来定制伽玛曲线，以定制的伽玛曲线来对LED显示系统进行伽玛校正，从而解决了伽玛系数的调节不能适应LED显示系统的物理特性、不能适应外界环境的变化，以及伽玛校正空间不足等问题。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是示出了一种传统氮化物半导体发光器件的平面图；

图2是示出了一种传统LED显示屏系统的方框图；

图3示出了不同介质相对于输入视频源的光强度曲线；

图4显示了一条8bit，γ＝3的校正曲线(Y＝X³，X∈{0，1，2...254，255}，Y∈{0，1，2...254，255})；

图5显示了校正空间为1024的8bit伽玛校正曲线(Y＝X³，X∈{0，1，2...254，255}，Y∈{0，1，2...254，255...1022，1023})；

图6示出了根据本实用新型的LED显示系统伽玛校正装置1000；

图7示出了根据本实用新型的LED显示系统伽玛校正方法；

图8示出了根据本实用新型的一个实施例的LED显示伽玛校正装置进行伽玛曲线计算的流程图；

图9显示了两种亮度调制方法对灰度空间的影响，范围A示出了本实用新型的曲线亮度调节方法，范围B示出了常规灰度亮度调节方法；

图10显示了不同阀值对曲线的影响，其中图10(a)的阀值比图10(b)的阀值大；

图11显示了在相同参数下，不同的容器内容，经过LED控制芯片计算后的伽玛曲线。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。

本实用新型提出对于LED显示系统视觉对比度的调节采用调节伽玛系数的方法，并且提出了通过定制伽玛曲线来调节伽玛系数，从而解决伽玛系数的调节不能适应LED显示系统的物理特性、不能适应外界环境的变化，以及伽玛校正空间不足等问题。

图6示出了根据本实用新型的LED显示系统伽玛校正装置1000，其包括：

伽玛容器1002，其存储有与期望伽玛曲线相关的参数；以及

伽玛曲线计算模块1004，其连接至伽玛容器1002，根据参数定制出伽玛曲线，并将原图像值代入伽玛曲线计算出调节值，使显示系统输出调节值。

显然，伽玛容器1002可用诸如RAM等存储芯片来实现，而伽玛曲线计算模块1004也可以驻留在这些芯片中，所以本实用新型可以用集成芯片来实现。

图7示出了根据本实用新型的LED显示系统伽玛校正方法，其包括以下步骤：

步骤S1102，存储与期望伽玛曲线相关的参数；以及

步骤S1104，根据参数定制出伽玛曲线，并将原图像值代入伽玛曲线计算出调节值，使显示系统输出调节值。

在上述的LED显示系统伽玛校正装置和方法中，期望的伽玛曲线可以由用户定制，用户可以根据LED显示系统的物理参数(例如LED性能)，外界环境的光学状况(例如环境亮度、光学透明度)等来定制该期望的伽玛曲线，从而实现LED显示系统的伽玛校正能够响应于LED显示系统的物理参数和外界环境的光学状况等。

可选地，上述的LED显示系统伽玛校正装置和方法中可包括环境感应模块和环境感应步骤，从而能够响应于外界环境的光学状况来定制期望的伽玛曲线，进而实现响应于环境变化的视觉对比度。

可选地，上述的LED显示系统伽玛校正装置和方法中可包括专家参数包，对LED显示系统的物理参数等做出设置，从而能够响应于LED显示系统的物理参数来定制期望的伽玛曲线，进而实现响应于LED显示屏变化的视觉对比度。

具体来说，本实用新型提供了一种伽玛容器(例如256×8容量的存储器)，其中存储有与预定的伽玛曲线相关的参数，然后提供一种伽玛曲线计算模块，其根据伽玛容器里的参数计算出伽玛曲线，并输出计算结果以对LED显示系统做伽玛调整。在这个过程里面，涉及到两个非常重要的指标，伽玛校正空间以及伽玛曲线系数值。

常规上，伽玛校正空间取决于灰阶级别，而在本实用新型中，可选地，伽玛容器1002的存储空间决定了伽玛校正空间。因为灰阶级数往往很有限，所以导致伽玛校正空间太小(例如，常见的256级灰阶)，从而造成中间亮度缺失，从而降低了对比度。但与之相对的是，伽玛容器1002的存储空间可以很容易地远远大于灰阶级数，假定伽玛容器为256×8的RAM，则其能决定伽玛曲线一些最大指标：最大伽玛曲线步伐256，最大伽玛曲线步长256(28)，最大伽玛曲线空间65536(256×256)。(注意：上面的最大伽玛曲线和最大伽玛空间是针对伽玛校正空间扩展参数G_est＝1时，详细见下文阐述)。从而极大地扩展了伽玛校正空间，进而确保了中间亮度不缺失，不降低LED显示系统的视觉对比度。

另外，伽玛容器1002里的参数可以涉及伽玛曲线的类型(即函数形式)，以及涉及该伽玛曲线的系数(即伽玛曲线系数值)。例如，在一个实施例中，伽玛容器1002里的参数包括第一字段，其值为1，则表示要定制幂函数；以及第二字段，其值为2，则曲线系数为2，即曲线为2次幂函数曲线。伽玛曲线计算模块1004读取了第一字段中的1和第二字段中的2之后，即可定制伽玛曲线Y＝X²。在该定制曲线中，将原色值代入X，计算出的Y即为新色值。

根据本实用新型的一个实施例，可以通过专门的伽玛曲线工具软件，根据用户期望的各种伽玛曲线，来生成伽玛曲线参数包；然后将定制的伽玛参数包写入伽玛容器中，从而用于伽玛曲线计算模块完成伽玛曲线的定制。

下面将结合图8来具体描述根据本实用新型的伽玛容器以及伽玛计算的一个实施例。

图8示出了根据本实用新型的一个实施例的LED显示伽玛校正装置进行伽玛曲线计算的流程图。

在图8中，参数G_est代表伽玛校正空间扩展参数，其意义值为1、2、4、8；伽玛校正空间(G_spa)与步长控制参数的关系公式如下：

$G_{\mathrm{spa}}=\left(\underset{0}{\overset{G_{\mathrm{stp}}}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{con}}\right)\×G_{\mathrm{est}},$ 其中G_stp为曲线步伐数目，G_con代表对应伽玛容器里的曲线数值，在本文中，G_stp∈[0，1，2...254，255]，G_con∈[1，2，3...254，255]，G_est∈[1，2，4，8]。(公式1)

G_adj表示步长调制参数，其用来对整体曲线做调制，这样芯片就可以根据调制后的参数，实现伽玛曲线保持不变情况，不损失灰度等级的亮度调整。经过该参数调制后，整个曲线的伽玛空间长度并没有变化，只是减少了伽玛空间的工作时间(G_wrk)。该参数与G_spa的关系为：G_wrk＝G_spa×G_adj，G_adj∈[0.25，1]。(公式2)

针对上面的逻辑框图，可以给出各个子模块的计算公式：

●扩展步长计算器

扩展步长值用符号G_est代替，其与步长控制参数G_ext的关系为：G_est＝2G_ext，G_ext∈[0，1，2，3]。(公式3)

●步长计算器

步长值用符号G_lst代替，该计算器公式为：

$G_{\mathrm{lst}}\left[i\right]=\stackrel{G_{\mathrm{lst}}\left[i\right]=G_{\mathrm{con}}\left[i\right]\×G_{\mathrm{est}}}{\mathrm{\Σ}{G}_{\mathrm{est}}}$ (公式4)；当G_lst[i]＝G_con[i]×G_est时候，G_lnd[i]＝1，表示当前步长计算完毕。其中i为当前曲线步伐数，i∈[0，1，2...G_stl]，G_stl为步伐计算长度，其由伽玛容器的步伐长度标界决定，当G_con[i]＝0时(所以容器内的值0又称为伽玛曲线步伐的阀值标志)，此时i值就为步伐阀值G_stl。

●步伐和曲线累加

当步长计算器每次停止累加时，步伐计数器就加1。曲线步伐计算公式为： $G_{\mathrm{stp}}\underset{\‾}{\underset{\‾}{G\ln d=}}1G_{\mathrm{stp}}+1$ (公式5)。另外曲线的累积长度为： $G_{\mathrm{len}}\left[i\right]=\underset{k=0}{\overset{k=i}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{lst}}\left[k\right]$ (公式6)，i值的定义见步长计算器部分描述，以下雷同。

●步长调制器

步伐调制是将当前步伐对应容器的步伐长度乘以一个调制系数G_adj，调制后的步长为G_lad[i]＝G_lst[i]×G_adj(公式7)，G_adj∈(0，1]

●步长比较器和曲线调制

将经过调制后的步长与当前实际步长做比较，比较后的结果用来对计算出来的伽玛曲线做调制。经过调制后的曲线跟以前的曲线，具有一定的线性比例关系。

原始计算曲线的公式(由公式6、公式4以及公式3导出)为： $G_{\mathrm{len}}\left[i\right]=\underset{k=0}{\overset{k=i}{\mathrm{\Σ}}}\left(\stackrel{G_{\ln d}\left[k\right]=1}{\mathrm{\Σ}{2}^{G_{\mathrm{ext}}}}\right)$ (公式8)。调制后的曲线公式为：

$G_{\mathrm{aen}}\left[i\right]=\underset{k=0}{\overset{k=i}{\mathrm{\Σ}}}(\left(\stackrel{G_{\ln d}\left[k\right]=1}{\mathrm{\Σ}{2}^{G_{\mathrm{ext}}}}\right)\×G_{\mathrm{adj}})$ (公式9)。

●G_adj对曲线的影响分析

根据上面公式(8)和公式(9))可知，曲线调制参数是在每个步伐长度上做一个系数乘积，所以调整后的曲线跟原曲线基本保证同样的曲率走势。如果原始的伽玛曲线为Y＝X²(X∈[0，255]，伽玛系数为2)，调制参数G_adj＝0.5，则理论上同一灰度在调制后的亮度为调制前亮度的1/2，但是由 $Y=\frac{1}{2}{X}^2$ 可以做如下演变：

$Y=\frac{1}{2}{X}^2->Y={\left(\frac{\sqrt{2}}{2}X\right)}^2->Y=Z^2(Z=\frac{\sqrt{2}}{2}X=0.707X)$ (公式10)

由此可知，经过G_adj＝0.5的系数调制后，同样的灰度数据(X)亮度降低一半；而调制后的亮度，并不等于调制前1/2灰度数据

的亮度，而相等于调制前

灰度数据的亮度；同样保持了亮度与灰度的非线性关系。

另外根据公式(9)可知，经过调制后，所有灰度数据均得到了亮度调制；在较低灰度部分，调制后的亮度值得到保证，以免其被调制得过低，影响灰度表现能力和亮度保证。

图8所示出的实施例在实际应用中，当同一影像经过曲线调制系数0.8的伽玛曲线调制后，除了整体亮度下降外，其灰度，对比度等均未损失。

本实用新型通过支持通过曲线调制参数来调节显示亮度，其特点是调制前后，很好地保持伽玛系数、所有灰度均得到了亮度调制、所有灰度均保证被表现(即在减少亮度情况下，保证伽玛系数、保证灰度“一致性”亮度调节、以及不减少灰度表现)。

其他通过对灰度数据做调制来实现亮度调整的方法，其最大缺点就是造成了灰度损失、亮度调节空间有限。还是以伽玛曲线为Y＝X²(X∈[0，255]，伽玛系数为2)为例。如果对灰度数据做0.5的调制，则有如下计算过程：

$Y={\left(\frac{1}{2}X\right)}^2=\frac{1}{4}{X}^2=Z^2(Z=0.5\×X,Z\∈[\mathrm{0,127}\left]\right)$ (公式11)

从公式(11)可以看出，0.5的调制系数，带来的亮度调制比例为0.25，因此调制系数与调制亮度不成线性比例关系；并且调制后灰度表现空间减少一半，即如果一幅图像灰度层次为256，则调制后，灰度层次只剩一半，则会大大影响显示效果。

图9显示了两种亮度调制方法对灰度空间的影响，范围A示出了本实用新型的曲线亮度调节方法，范围B示出了常规灰度亮度调节方法。箭头1代表原始灰度空间；箭头2代表通过灰度调节亮度后的灰度空间；箭头3则代表曲线调节亮度后的灰度空间，其没有任何灰度空间损失。

根据本实用新型的实施例，图像在调制系数为0.8的灰度亮度调节后，带来较大的灰度损失、人为加大图像的对比度带来图像细节的损失。

在上面公式中，步伐值i有一个阀值参数G_stl，其代表了容器内曲线最大阀值步数。对相同的容器内容，不同的阀值参数产生的曲线一样，只是阀值大的对应曲线范围大，阀值小对应曲线范围小。图10显示了不同阀值对曲线的影响，其中，图10(a)的阀值比图10(b)的阀值大。

当曲线计算达到阀值部分时，曲线就不再计算，步伐也不在增加，体现在影像显示上，凡是影像中高于阀值参数的像素亮度，都会被削平到阀值对应的亮度。其好处在于，某些在A/D转换或传输过程中产生的高灰度污染离散像素可以得到抑制(如电视信号的零星高亮雪花或图片亮背景污染等)。

根据本实用新型的实施例，被高灰度离散污染的影像在经过阀值消平抑制后，图片看起来很柔和。

由上面可知，曲线的伽玛系数取决于伽玛容器中的内容，所以通过更新容器中不同的内容，可以获得不同的伽玛系数。至于说伽玛系数的作用，在上面已有较多描述，在后面还会涉及到。图11显示了在相同参数下，不同的容器内容，经过LED控制芯片(对应于伽玛曲线计算模块1004)计算后的伽玛曲线。

根据本实用新型的一个实施例，经过本实用新型的芯片控制显示后的影像效果有显著区别，当伽玛系数γ＝2时的图像显得比伽玛系数γ＝3时的图像更加鲜明。

由于该容器可以定制内容，故计算后的伽玛空间大小也是可以根据具体应用改变的，伽玛空间的作用在上面已经描述。本实用新型的LED控制芯片动态适应行扫描长度，因此在不同的应用中，可以根据实际级联长度，确定更合适的行长度，根据该行长度，来定制相应的伽玛空间大小。另外在实际应用中，至少保证伽玛空间为12bit(即4096)，通常推荐都在13bit以上(即8192)，具体伽玛空间大小，用户可以根据实际应用决定。

前文对伽玛调整技术(G-Gamma)做了详尽的介绍，根据里面所阐述的功能，本实用新型的应用特点非常丰富，比如对环境亮度和透明度的自适应亮度调整、伽玛系数调整、以及针对不同影像来源或品质，选择不同的伽玛系数等。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型实现了如下技术效果：

本实用新型通过采用伽玛容器和伽玛曲线计算模块来定制伽玛曲线，以定制的伽玛曲线来对LED显示系统进行伽玛校正，从而解决了伽玛系数的调节不能适应LED显示系统的物理特性、不能适应外界环境的变化，以及伽玛校正空间不足等问题。

显然，虽然本文是围绕LED显示系统来描述的本实用新型，但本领域的技术人员很容易将本实用新型应用到其他显示系统中，例如等离子体显示系统、液晶显示系统、投影显示系统、OLED显示系统、背投影显示系统、或CRT显示系统等。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种显示系统伽玛校正装置，用于对显示系统进行伽玛校正，其特征在于，包括：

伽玛容器，存储与期望伽玛曲线相关的参数；以及

伽玛曲线计算模块，其连接至所述伽玛容器，根据所述参数定制出伽玛曲线，并将原图像值代入所述伽玛曲线计算出调节值，使所述显示系统输出所述调节值。

2.根据权利要求1所述的显示系统伽玛校正装置，其特征在于，所述参数由用户预先设置。

3.根据权利要求1所述的显示系统伽玛校正装置，其特征在于，还包括专家参数包，其至少包括以下一种：光学环境参数、显示系统本身参数，所述参数利用所述专家参数包来设置。

4.根据权利要求1所述的显示系统伽玛校正装置，其特征在于，还包括环境感应模块，所述参数利用所述环境感应模块所响应的外界环境的光学状况来设置。

5.根据权利要求1所述的显示系统伽玛校正装置，其特征在于，所述伽玛容器为存储器。

6.根据权利要求1所述的显示系统伽玛校正装置，其特征在于，所述伽玛曲线包括幂函数，所述参数包括：伽玛系数，为所述幂函数的幂；调制参数，为所述幂函数的系数。

7.根据权利要求1所述的显示系统伽玛校正装置，其特征在于，所述参数包括曲线类型参数，其限定所述伽玛曲线计算模块定制何种类型的伽玛曲线。

8.根据权利要求1所述的显示系统伽玛校正装置，其特征在于，所述伽玛曲线包括：

$G_{\mathrm{aen}}\left[i\right]=\underset{k=0}{\overset{k=\mathrm{Gstl}}{\mathrm{\Σ}}}(\left(\stackrel{G\ln d\left[k\right]=1}{\mathrm{\Σ}}{2}^{\mathrm{Gext}}\right)\×\mathrm{Gadj}),$

其中，G_ext表示步长控制参数，G_ext∈[0，1，2，3]；

G_adj表示步伐调制系数，G_adj∈(0，1]；

G_lnd[k]表示步伐结束标志，G_lnd[k]＝1，表示当前步伐计算完成；以及

G_stl表示步伐计算长度，当容器中某单元值为0时，该单元的序号值就为G_stl。

9.根据权利要求1所述的显示系统伽玛校正装置，其特征在于，所述伽玛容器与所述伽玛曲线计算模块集成在集成芯片上。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的显示系统伽玛校正装置，其特征在于，所述显示系统包括：LED显示系统、等离子体显示系统、液晶显示系统、投影显示系统、OLED显示系统、背投影显示系统、或CRT显示系统。

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