TWI388220B - 可降低色偏之影像處理方法 - Google Patents

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Description

可降低色偏之影像處理方法
本發明相關於一種液晶顯示器之影像處理方法，尤指一種可降低液晶顯示器色偏之影像處理方法。
由於液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)具有低輻射、體積小及低耗能等優點，因此逐漸取代傳統的陰極射線管(cathode ray tube,CRT)顯示器，廣泛地應用在筆記型電腦、個人數位助理(personal digital assistant,PDA)、平面電視，或行動電話等資訊產品上。
不同角度的光線在入射液晶層後會產生的不同的相位差值(retardation)，亦即光線的偏折係數會隨著觀察角度而變，因此液晶顯示器在正視和側視時之光線穿透率並不相同。一般會針對正視的條件進行色彩追蹤(color tracking)，使得液晶顯示器能達到最佳顯示效果。然而，不同視角會造成光線的亮度差異，當不同色光(例如紅色光、綠色光及藍色光)在側視時各以不同亮度比例混色之後，所顯示的顏色和正視時並不相同，此種差異稱為色偏(color shift)現象。色偏現象讓液晶顯示器無法在側視時達到最佳顯示品質，為了能提供大視角的高顯示品質畫面，如何減少正視與側視液晶顯示器時之色偏是業界所致力的課題之一。
請參考第1圖，第1圖說明了液晶顯示器在正視時之特性曲線。在第1圖中，橫軸代表灰階值(gray scale)，縱軸代表光穿透率，R、G、B分別代表紅綠藍三原色在正視時之特性曲線。先前技術中，一般只針對三原色中之兩原色來做低色偏校正，亦即只對色偏較明顯的藍色及綠色做轉換，而不更改紅色之原始灰階值。透過執行色彩追蹤，R、G、B可分別調整為最佳化曲線，使得液晶顯示器能達到最佳顯示效果。
請參考第2圖，第2圖說明了液晶顯示器在側視時之特性曲線。在第2圖中，橫軸代表灰階值，縱軸代表光穿透率，R’、G’、B’分別代表紅綠藍三原色在側視時之特性曲線。由於光偏折係數會隨角度而變，即使在相同灰階值，不同顏色在側視與正視之光穿透率會不同，因而造成不同程度的色偏。如第2圖所示，當灰階值接近0或255時，側視與正視之常態化光穿透率之差較小，但在中間調(灰階值約100～150)差異極大。由於側看的R’、G’、B’特性曲線無法調整至最佳化，當顯示無彩度的顏色時，在側看視角會產生混色不正確而造成偏紅的現象，因此會影響液晶顯示器之顯示品質。
美國專利第6,661,488號”Vertically-alligned(VA)liquid crystal display device”中提出一種解決正視與側視液晶顯示器時之色偏的方法。此先前技術在製程上作更動，在液晶層厚度固定的條件下，使紅、綠、藍畫素有不同的大小設計，並在各色層上製作不同厚度的樹脂層，使得紅、綠、藍畫素各有不同的晶胞間隙(cell gap)，以降低色偏現象。然而，在各色層上製作不同厚度的樹脂層需要極高精密度，製程繁複且不易控制，可能會大幅增加生產成本或降低良率。
美國專利公開號2006/0215081”Vertically aligned mode liquid crystal display with differentiated B cell gap”中提出另一種解決正視與側視液晶顯示器時之色偏的方法。此先前技術同樣在製程上作更動，透過改變紅、綠、藍各色層之膜厚，使得紅、綠、藍畫素各有不同的晶胞間隙，以降低色偏現象。然而，變更各色層之膜厚可能會降低色飽和度，或是造成光穿透率不足的問題。
前述先前技術透過改變液晶顯示器的製程上來降低色偏現象，但可能會因為製程繁複而增加生產成本或降低良率，或是造成光穿透率不足的問題。
本發明提供一種可降低色偏之影像處理方法，其包含依據一預定階調特性來產生一預定影像；量測該預定影像在正視時之一第一色度座標；量測該預定影像在側視時之一第二色度座標；依據該第一色度座標和該第二色度座標之間的差異來調整該預定階調特性以產生一修正階調特性；依據該修正階調特性來產生一修正影像；以及判斷該修正影像在側視時之色彩特性是否實質上等於該預定影像在正視時之色彩特性。
色彩空間是使用一組值(通常使用3個或4個值)或者顏色成分來表示顏色的抽象數學模型，在數位影像處理中常使用三原色(RGB)色彩空間，分別以獨立的通道來處理紅綠藍三原色(primary color)。依據實際使用設備系統能力的不同，RGB色彩空間有各種不同的實現方法，在標準顯示裝置中最常用的是24位元實現方法，亦即紅色通道R、綠色通道G和藍色通道B各可提供8位元之灰階值或者256組灰階的資料。當三原色之色彩通道灰階值疊合在一起時，影像便會以24位元的真彩色(true color)來顯示，亦即能顯示224 種顏色。舉例來說，若驅動液晶顯示器之色彩通道灰階值(R，G，B)分別為(255,0,0)、(0,255,0)、(0,0,255)和(255,255,255)，液晶顯示器會分別顯示純紅、純綠、純藍和純白影像。換而言之，透過改變驅動液晶顯示器之色彩通道灰階值(R，G，B)即可顯現不同顏色的影像。
調配一特定顏色所需要的紅、綠、藍三原色的數量，稱為RGB三刺激值(tristimulus values)。色彩量測學(colorimetry)以三刺激值(X,Y,Z)來模擬人眼對色彩的感覺，並將三刺激值轉換為使用上較容易的色彩座標，例如CIE色度圖。CIE色度圖中之色度坐標(x,y,z)所反映的是三原色各自在三刺激值總量中的相對比例，反應出具相同顏色/彩度但不同亮度之顏色的共同特徵。不同色度座標之間的轉換均為熟習技藝者所理解，本發明並不限定採用哪一種色度座標，在此使用CIE色度座標(x,y,z)來說明本發明之實施例。
色彩通道灰階值(R，G，B)和CIE色度座標(x,y,z)之間可互相轉換，若使用256組數位色彩通道灰階值(255,255,255)、(254,254,254)、...與(0,0,0)來驅動液晶顯示器，所顯示之256個灰階的色度座標值由(x255 ,y255 ,z255 )、(x254 ,y254 ,z254 )、...與(x0 ,y0 ,z0 )來表示，色彩通道灰階值和色度座標值之間的關係即為液晶顯示器之階調特性。如前所述，一般會針對正視的條件對液晶顯示器進行色彩追蹤，因此在正視時配色正常的影像，在側視時卻會產生色偏，色度座標也會偏離預定值。本發明首先使用一預定階調特性來驅動液晶顯示器，再分別量測顯示影像在正視時之色度座標為(x,y,z)和在側視時之色度座標為(x’,y’,z’)。本發明依據正視時之色度座標(x,y,z)和側視時之色度座標(x’,y’,z’)之間的差異來調整預定階調特性，並判斷以調整後之階調特性來驅動液晶顯示器時，是否能解決側視時所產生之色偏。
請參考第3圖，第3圖為本發明一實施例中一色彩調整方法之示意圖。第3圖顯示了一CIE色度圖，依據CIE色度座標(x,y,z)之特性，紅、黃、綠、藍、與白等色彩分別位於橢圓區域之右下角、右上角、左上角、左下角、與中央部分。由於側視時所產生之色偏，色度座標(x,y,z)和色度座標(x’,y’,z’)並未重合，本發明可依據兩者之間的差異來調整預定階調特性。
本發明一實施例中可調整色度座標(x’,y’,z’)之紅色成分，例如可將預定階調特性之紅色色彩通道灰階值R範圍從原本的0～255調整到0～240，亦即將原先紅色色彩通道灰階值R=240時之色度座標值x255 ，當作調整後新紅色色彩通道灰階值R=255時之色度座標值x255 ’，再將原色度座標值x0 ～x240 展延以對應出新色度座標值x0 ’～x255 ’。本發明亦可調整色度座標(x’,y’,z’)之其它顏色成分，例如可將預定階調特性之藍色色彩通道灰階值B範圍從原本的0～255調整到0～230，亦即將原先藍色色彩通道灰階值B=230時之色度座標值z230 ，當作調整後新藍色色彩通道灰階值B=255時之色度座標值z255 ’，再將原色度座標值z0 ～z230 展延以對應出新色度座標值z0 ’～z255 ’。
為了判斷是否能有效降低側視時的色偏現象，本發明再次使用調整後之階調特性來驅動液晶顯示器，以量測顯示影像在側視時之色度座標為(x’,y’,z’)，並判斷調整後是否能降低正視時之色度座標(x,y,z)和側視時之色度座標(x’,y’,z’)之差異。
或者，在使用調整後之階調特性來驅動液晶顯示器後，本發明可針對液晶顯示器在側視時之影像量測其透射率-灰階值之特性，並判斷紅綠藍三原色在側視時之特性曲線是否重合。請參考第4圖，第4圖說明了本發明使用調整後之階調特性來驅動液晶顯示器時在側視時之特性曲線。在第4圖中，橫軸代表灰階值，縱軸代表光穿透率，R”、G”、B”分別代表紅綠藍三原色在側視時之特性曲線。如第4圖所示，本發明之影像處理方法可將紅綠藍三原色之特性曲線調至最佳化，亦即在高色調、低色調和中間調(灰階值約100～150)時互相重疊，因此能解決因側看視角而造成的色偏現象。
請參考第5圖，第5圖為本發明第一實施例中一影像處理方法之流程圖。第5圖之流程圖包含下列步驟：
步驟510：依據一預定階調特性來驅動一液晶顯示器以顯示一預定影像；
步驟520：量測此預定影像在正視時之一第一色度座標；
步驟530：量測此預定影像在側視時之一第二色度座標；
步驟540：依據第一和第二色度座標之間的差異來調整預定階調特性以產生一修正階調特性；
步驟550：依據修正階調特性來驅動液晶顯示器以顯示產生一修正影像；
步驟560：量測此修正影像在側視時之一第三色度座標；
步驟570：判斷第一和第三色度座標之間的差異是否小於一預定值；若第一和第三色度座標之間的差異小於預定值，執行步驟590；若第一和第三色度座標之間的差異不小於預定值，執行步驟580；
步驟580：依據第一和第三色度座標之間的差異來調整修正階調特性；執行步驟550；
步驟590：依據修正階調特性來驅動液晶顯示器。
請參考第6圖，第6圖為本發明第二實施例中一影像處理方法之流程圖。第6圖之流程圖包含下列步驟：
步驟610：依據一預定階調特性來驅動一液晶顯示器以顯示一預定影像；
步驟620：量測此預定影像在正視時之一第一色度座標；
步驟630：量測此預定影像在側視時之一第二色度座標；
步驟640：依據第一和第二色度座標之間的差異來調整預定階調特性以產生一修正階調特性；
步驟650：依據修正階調特性來驅動液晶顯示器以顯示產生一修正影像；
步驟660：量測相關於此修正影像之一紅色特性曲線、一藍色特性曲線和一綠色特性曲線；
步驟670：在一預定階調區域內，判斷紅色、藍色和綠色特性曲線之間的差異是否小於一預定值；若紅色、藍色和綠色特性曲線之間的差異小於預定值，執行步驟690；若紅色、藍色和綠色特性曲線之間的差異不小於預定值，執行步驟680；
步驟680：依據紅色、藍色和綠色特性曲線之間的差異來調整修正階調特性；執行步驟650；
步驟690：依據修正階調特性來驅動液晶顯示器。
前述本發明實施例同時調整色度座標(x’,y’,z’)之紅色成分和藍色成分，將預定階調特性之紅色色彩通道灰階值R範圍和藍色色彩通道灰階值B範圍從原本的0～255分別調整到0～240和0～230。然而，本發明亦可僅調整色度座標(x’,y’,z’)之單一顏色成分，或是同時調整色度座標(x’,y’,z’)之多個顏色成分。
本發明可依據影像在正視時和側視時色度座標之間的差異來調整階調特性，使得液晶顯示器之顯示影像在側視時之色彩特性實質上(substantially)等於在正視時之色彩特性，因此能提供大視角的高顯示品質畫面。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
R、G、B、R’、G’、B’、R”、G”、B”．．．特性曲線
510～590、610～690．．．步驟
第1圖為先前技術之液晶顯示器在正視時特性曲線之示意圖。
第2圖為先前技術之液晶顯示器在側視時特性曲線之示意圖。
第3圖為本發明一實施例中一色彩調整方法之示意圖。
第4圖為本發明之液晶顯示器在側視時特性曲線之示意圖。
第5圖為本發明第一實施例中一影像處理方法之流程圖。
第6圖為本發明第二實施例中一影像處理方法之流程圖。
R”、G”、B”．．．特性曲線

Claims (8)

  1. 一種可降低色偏(color shift)之影像處理方法，其包含：依據一預定階調特性來產生一預定影像；量測該預定影像在正視時之一第一色度座標；量測該預定影像在側視時之一第二色度座標；依據該第一色度座標和該第二色度座標之間的差異來調整該預定階調特性以產生一修正階調特性；依據該修正階調特性來產生一修正影像；量測該修正影像在側視時之一紅色色彩特性曲線、一綠色色彩特性曲線和一藍色色彩特性曲線；以及判斷該紅色色彩特性曲線、該綠色色彩特性曲線和該藍色色彩特性曲線是否重合，以判斷該修正影像在側視時之色彩特性是否實質上(substantially)等於該預定影像在正視時之色彩特性。
  2. 如請求項1所述之影像處理方法，其另包含：當該修正影像在側視時之色彩特性實質上等於該預定影像在正視時之色彩特性時，依據該修正階調特性來驅動一顯示裝置。
  3. 如請求項1所述之影像處理方法，其另包含：當該修正影像在側視時之色彩特性實質上不等於該預定 影像在正視時之色彩特性時，依據該修正影像在側視時之色彩特性和該預定影像在正視時之色彩特性兩者之間的差異來調整該修正階調特性。
  4. 如請求項1所述之影像處理方法，其中判斷該修正影像在側視時之色彩特性是否實質上等於該預定影像在正視時之色彩特性係包含：量測該修正影像在側視時之一第三色度座標；以及判斷該第三色度座標和該第一色度座標之間的差異是否小於一預定值。
  5. 如請求項1所述之影像處理方法，其中該紅色色彩特性曲線係相關於該修正影像在側視時紅色光線透射率和灰階值之關係，該綠色色彩特性曲線係相關於該修正影像在側視時綠色光線透射率和灰階值之關係，而該藍色色彩特性曲線係相關於該修正影像在側視時藍色光線透射率和灰階值之關係。
  6. 如請求項1所述之影像處理方法，其中判斷該紅色色彩特性曲線、該綠色色彩特性曲線和該藍色色彩特性曲線是否重合係判斷該紅色色彩特性曲線、該綠色色彩特性曲線和該藍色色彩特性曲線是否在一預定階調範圍內重 合。
  7. 如請求項1所述之影像處理方法，其中產生該修正階調特性係包含：針對一色彩通道調整其色彩通道灰階值和色度座標值之對應關係。
  8. 如請求項1所述之影像處理方法，其中產生該修正階調特性係包含：針對複數組色彩通道分別調整相對應色彩通道灰階值和相對應色度座標值之對應關係。
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