TWI540566B - 顯示器及其亮度、色彩補償方法與系統 - Google Patents

顯示器及其亮度、色彩補償方法與系統 Download PDF

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Description

顯示器及其亮度、色彩補償方法與系統
本發明是有關於一種顯示器，且特別是有關於一種顯示器及其亮度、色彩補償方法與系統。
現行液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)大多使用以發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)做為光源的背光模組，此背光模組依照其入光方式主要可區分為直下式與側入式。LED的製造屬於半導體製程，需經過磊晶與填充螢光粉等製程，而磊晶與螢光粉的調製無可避免會導致所製造的LED有電壓、亮度、色度上的差異。因此，LED都會依照電壓差異值、亮度差異值、色度差異值三大類來區分並製作成LED燈條(Light Bar)。其中，由於不同顆LED彼此間的亮度、色度都不會相同，當此亮度、色度差異大於人眼可分辨之範圍時，顯示器即會被判定畫面品味有問題。此外，液晶面板本身也會有亮度與色度上的差異，因此將背光模組與液晶面板組裝成液晶顯示模組(LCD Module，LCM) 後，就會凸顯出不同區域間亮度與色度上的差異。
目前雖有針對亮度與色度作補償的技術，但其所使用技術是透過專屬的補償電路或硬體迴路來補償液晶面板的亮度、色度等色彩參數，加上對背光模組中各個區域的LED電流/電壓進行控制，才能達到補償效果。
本發明提供一種顯示器及其亮度、色彩補償方法與系統，可在不增加電路或硬體迴路的條件下，補償顯示器的亮度、色彩不均(mura)。
本發明的顯示器亮度、色彩補償方法適於補償顯示器的亮度、色彩不均。此方法是利用影像擷取裝置擷取顯示器顯示一均勻畫面的影像，並計算所擷取影像中多個像素值的亮度或色彩分佈，以決定用以調整顯示器亮度或色彩的目標值。接著，以此目標值為基準，利用上述的像素值計算顯示器之多個畫素的增益值並建立一個增益表來記錄這些增益值。然後，將此增益表寫入顯示器。顯示器即查詢此增益表中記錄的畫素增益值，據以產生一個透明層而疊加於所要顯示的目前畫面，並將此目前畫面輸出至顯示面板顯示。
在本發明的一實施例中，上述的計算所擷取影像中像素值的亮度或色彩分佈，以決定用以調整顯示器色彩的目標值的步驟包括選擇亮度或色彩分佈中所有像素值的特徵值做為用以調整 顯示器亮度或色彩的目標值，其中此特徵值包括最小值或平均值。
在本發明的一實施例中，上述的目標值為基準，利用像素值計算顯示器之畫素的增益值的步驟包括計算目標值與各個像素值的比值，以做為顯示器中對應畫素的增益值。
在本發明的一實施例中，上述顯示器查詢增益表中記錄的畫素增益值，據以產生透明層而疊加於所要顯示之目前畫面的步驟包括由顯示器利用螢幕顯示(on screen display，OSD)技術產生透明的螢幕顯示層以疊加於所要顯示之目前畫面。
在本發明的一實施例中，上述顯示器查詢增益表中記錄的畫素增益值，據以產生透明層而疊加於所要顯示之目前畫面的步驟包括使用畫素增益值計算透明層的多個像素值，並將時間衰減函數導入所計算的像素值，以產生像素值隨時間變化的透明層，並將此透明層疊加於所要顯示的目前畫面。
本發明的顯示器亮度、色彩補償系統包括顯示器、影像擷取裝置及處理裝置。其中，影像擷取裝置用以擷取顯示器顯示一均勻畫面的影像。處理裝置耦接顯示器及影像擷取裝置，用以計算影像中多個像素值的亮度或色彩分佈，以決定用以調整顯示器亮度或色彩的目標值，並以此目標值為基準，利用上述的像素值計算顯示器之多個畫素的增益值並建立記錄這些增益值的增益表以寫入顯示器。其中，顯示器查詢增益表中記錄的畫素增益值，據以產生一透明層而疊加於所要顯示的目前畫面，並將此目前畫面輸出至顯示面板顯示。
在本發明的一實施例中，上述的處理裝置包括選擇亮度或色彩分佈中所有像素值的特徵值做為用以調整顯示器亮度或色彩的目標值，其中此特徵值包括最小值或平均值。
在本發明的一實施例中，上述的處理裝置包括計算目標值與各個像素值的比值，以做為顯示器中對應畫素的增益值。
本發明的顯示器包括具有多個畫素的顯示面板、儲存單元及處理單元。其中，儲存單元用以記錄一個增益表，此增益表中記錄顯示面板各個畫素的增益值。處理單元耦接顯示面板及儲存單元，其中包括畫面接收模組、螢幕顯示模組及畫面疊加模組。畫面接收模組會接收目前畫面。螢幕顯示模組會查詢增益表中記錄的畫素增益值，據以產生一個透明層。畫面疊加模組則會將透明層疊加於目前畫面，並將疊加後的目前畫面輸出至顯示面板顯示。
在本發明的一實施例中，上述的螢幕顯示模組包括使用畫素增益值計算透明層的多個像素值，並將一個時間衰減函數導入所計算的像素值，以產生像素值隨時間變化的透明層。
本發明的顯示器亮度、色彩補償方法，適用於具有顯示面板與儲存單元的顯示器。此方法先存取儲存單元中所記錄的增益表，以查詢此增益表中記錄的顯示面板之多個畫素的增益值，據以產生透明層，然後將此透明層疊加於顯示器所要顯示的目前畫面，最後再將此目前畫面輸出至顯示面板顯示。
在本發明的一實施例中，上述查詢增益表中記錄的顯示 面板之畫素的增益值，據以產生透明層的步驟包括使用所述畫素的增益值計算透明層的多個像素值，並將一個時間衰減函數導入所計算的像素值，以產生像素值隨時間變化的透明層。
基於上述，本發明的顯示器及其亮度、色彩補償方法與系統藉由擷取顯示器畫面以計算適於補償顯示器中各個畫素的增益值，並將記錄這些增益值的增益表寫入顯示器中。待顯示器要顯示畫面時，即可藉由讀取此增益表而利用螢幕顯示技術產生透明的螢幕顯示層來覆蓋在所要顯示的畫面上，從而達到補償顯示器亮度、色彩不均的目的。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10‧‧‧顯示器亮度，色彩補償系統
12、40‧‧‧顯示器
14‧‧‧影像擷取裝置
16‧‧‧處理裝置
32、34、36‧‧‧影像
42‧‧‧顯示面板
44‧‧‧儲存單元
46‧‧‧處理單元
462‧‧‧畫面接收模組
464‧‧‧螢幕顯示模組
466‧‧‧畫面疊加模組
50‧‧‧視訊畫面層
52‧‧‧螢幕顯示層
56‧‧‧字幕層
58‧‧‧透明層
60、70‧‧‧曲線
72‧‧‧趨勢線
S202~S210‧‧‧本發明一實施例之顯示器亮度，色彩補償方法的步驟
圖1是依照本發明一實施例所繪示之顯示器亮度、色彩補償系統的示意圖。
圖2是依照本發明一實施例所繪示之顯示器亮度、色彩補償方法的流程圖。
圖3是依照本發明一實施例所繪示之顯示器亮度、色彩補償方法的範例。
圖4是依照本發明一實施例所繪示之顯示器的方塊圖。
圖5是依照本發明一實施例所繪示之產生透明螢幕顯示層的 範例。
圖6是依照本發明一實施例所繪示之顯示器亮度隨時間變化的關係圖。
圖7是依照本發明一實施例所繪示之隨時間補償顯示器亮度、色彩變異的範例。
本發明利用拍攝系統將液晶顯示模組(LCD Module，LCM)的整個畫面擷取下來，經由演算法產生整個畫面亮度與色度的反補償增益表(Gain Table)，並將此增益表寫入顯示器中。藉此，顯示器每次在顯示畫面時，即可經由韌體讀取各個畫素的增益值，並利用螢幕顯示(on screen display，OSD)技術產生透明的螢幕顯示層而疊加於所要顯示的畫面上。藉此，即可在不增加額外硬體的情況下，補償顯示器的亮度、色彩不均(mura)。
圖1是依照本發明一實施例所繪示之顯示器亮度、色彩補償系統的示意圖。請參照圖1，本實施例的顯示器亮度、色彩補償系統10包括顯示器12、影像擷取裝置14及處理裝置16三個部分，其功能分述如下：顯示器12例如是採用液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)、發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)、場發射顯示器(Field Emission Display，FED)或其他種類面板做為顯示面板，以及採用發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)做為 背光模組的螢幕或電視。顯示器12可接收外部輸入的畫面，以在顯示面板上顯示畫面。
影像擷取裝置14例如是包含光學定焦鏡頭或光學變焦鏡頭，以及電荷耦合元件(Charge Coupled Device；CCD)或互補金氧半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor；CMOS)元件等感光元件的相機或攝影機，而可用以擷取顯示器12所顯示畫面的影像。
處理裝置16例如是具有運算功能的電腦、工作站或伺服器，其例如是透過通用非同步收發傳輸器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)、通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)、網路埠(RJ45)等傳輸介面分別耦接至顯示器12與影像擷取單元14，而可接收影像擷取單元44所擷取的影像，並分析該影像以建立用以補償顯示器12亮度、色彩的增益表。處理裝置16還會透過上述傳輸介面，將所建立的增益表寫入顯示器12的記憶體中，以供顯示器12據以補償其所顯示畫面的亮度、色彩。
詳言之，圖2是依照本發明一實施例所繪示之顯示器亮度、色彩補償方法的流程圖。請同時參照圖1及圖2，本實施例的方法適用於上述圖1的顯示器亮度、色彩補償系統10，以下即搭配圖1中顯示器亮度、色彩補償系統10的各項裝置，說明本實施例之顯示器亮度、色彩補償方法的詳細步驟：首先，利用影像擷取裝置14擷取顯示器12顯示一均勻畫面的影像(步驟S202)。所述均勻畫面例如是全白、全黑、灰階 或其他可供區分亮度或色彩均勻度的畫面，而可用以做為補償顯示器12亮度或色彩不均的依據。影像擷取裝置14在擷取影像後，例如會透過上述的傳輸介面將影像傳送至處理裝置16，以供處理裝置16分析用以補償顯示器12亮度及/或色彩的增益值。
接著，由處理裝置16計算所擷取影像中多個像素值的亮度或色彩分佈，以決定用以調整顯示器12亮度或色彩的目標值(步驟S204)。上述的亮度、色彩分佈例如是亮度值分佈或色度值分佈，在此不設限。其中，處理裝置16例如會選擇亮度、色彩分佈的一個特徵值做為用以調整顯示器12亮度、色彩的目標值，此特徵值例如是所有像素值中的最小值或是平均值，在此不設限。
然後，處理裝置16將以上述的目標值為基準，利用所擷取影像中的像素值來計算顯示器12之多個畫素的增益值，並建立一個增益表來記錄這些增益值(步驟S206)。其中，處理裝置16例如會分別計算上述目標值與所擷取影像中各個像素值的比值，以做為顯示器12中對應畫素的增益值。
舉例來說，圖3是依照本發明一實施例所繪示之顯示器亮度、色彩補償方法的範例。請參照圖3，本實施例中影像32是影像擷取裝置擷取顯示器顯示全白畫面所得到的影像。而經由計算影像32的亮度分佈，可找出其所有像素值中的最大值(例如471.67)及最小值(例如284.47)。其中，由於在全白畫面下，影像訊號只能向下調整。若欲使補償後的畫面均勻，需以較低的亮度做為目標值來產生增益表。本實施例是以影像32的所有像素值 中的最小值(例如284.47)做為目標值，產生像素值為284.47的影像34，並將影像32中的各個像素值(即目標值)除以影像34中對應像素的像素值，而得到各個像素的增益值(繪示如影像36)。
回到圖2的流程，在建立增益表之後，處理裝置16即透過傳輸介面將此增益表寫入顯示器12的記憶體中(步驟S208)。藉此，顯示器12在每次被開啟時，即會查詢此增益表中記錄的畫素增益值，據以產生一個透明層而疊加於所要顯示之目前畫面上，並將疊加後的目前畫面輸出至顯示面板顯示(步驟S210)。其中，顯示器12例如是利用螢幕顯示技術來產生透明的螢幕顯示層而疊加於所要顯示之目前畫面上，以補償顯示器12的亮度或色度不均。
詳細來說，圖4是依照本發明一實施例所繪示之顯示器的方塊圖。請參照圖4，本實施例的顯示器40例如是電視或螢幕，其中包括顯示面板42、儲存單元44及處理單元46，其功能分述如下：顯示面板42例如是液晶顯示器面板、發光二極體面板、場發射顯示器面板或其他種類顯示器的面板，而用以顯示顯示器12所接收的畫面。
儲存單元44例如是唯讀記憶體(read only memory，ROM)、可程式化ROM(programmable ROM，PROM)、電可程式化ROM(electrically programmable ROM，EPROM)、電可抹除可程式化ROM(electrically erasable and programmable ROM， EEPROM)、快閃記憶體(flash memory)等非揮發性記憶體、硬碟或固態硬碟(Solid State Disk，SSD)，在此不設限。儲存單元44係用以儲存上述實施例中由處理裝置16所寫入的增益表。
處理單元46例如是一個系統單晶片(System-on-a-chip，SoC)，其中例如包括中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device，PLD)或其他類似裝置或上述裝置的組合，其可用以執行顯示器40的亮度、色彩補償。
處理單元46中包括畫面接收模組462、螢幕顯示模組464及畫面疊加模組466，這些模組例如是配置在處理單元46內的硬體電路或是載入處理單元46的韌體，而執行對於顯示器40所接收的畫面的亮度、色彩補償。
詳言之，畫面接收模組462會接收外部裝置輸入顯示器40而預備要在顯示面板42上顯示的目前畫面。此畫面例如可進一步經由處理單元46進行亮度、色彩空間(color space)轉換、解析度縮放(scaling)、亮度與對比度調整等處理，以符合顯示面板42的顯示規格。
螢幕顯示模組464會查詢儲存在儲存單元44的增益表，以找出其中記錄的畫素增益值，而據以產生一個透明層。其中， 螢幕顯示模組464例如是利用螢幕顯示技術來產生透明的螢幕顯示層。此透明層中各個像素的像素值例如是以所有像素值的極大值(例如255)減去此極大值與像素增益值的乘積，藉此補償顯示器12的亮度、色彩不均。
舉例來說，圖5是依照本發明一實施例所繪示之產生透明螢幕顯示層的範例。請參照圖5，本實施例係在顯示器所顯示的視訊畫面層50上利用螢幕顯示技術疊加用以顯示參數調整介面的螢幕顯示層52、用以顯示字幕的字幕層54以及用以補償顯示器亮度、色彩不均的透明層56。藉由將透明層56覆蓋在視訊畫面層50上，即可補償因顯示器亮度或色度差異所造成的亮度、色彩不均。
需說明的是，顯示器在持續顯示畫面一段時間，顯示面板達到一定的熱平衡後，其畫面品味會產生些微變化，此變化也會造成顯示器所顯示畫面的亮度、色彩不均。舉例來說，圖6是依照本發明一實施例所繪示之顯示器亮度隨時間變化的關係圖。由圖6中所繪示顯示器經過30分鐘後所量測到之亮度與樣本標準差的關係曲線60可知，顯示器的亮度有些微遞減的趨勢。
針對上述變化，本發明進一步導入時間衰減(decay)函數，針對時間與亮度產生變異的區域進行補償。以圖4的顯示器40為例，其螢幕顯示模組464在產生透明層時，除了會使用增益表中所記錄的畫素增益值來計算透明層的像素值外，還會將時間衰減函數導入所計算的像素值，以產生像素值隨時間變化的透明 層。最後，再由畫面疊加模組466將此透明層疊加於顯示器40所要顯示之畫面。藉此，可補償顯示器40隨時間所產生之亮度與色度的變異。
舉例來說，圖7是依照本發明一實施例所繪示之隨時間補償顯示器亮度、色彩變異的範例。請參照圖7，本實施例是依照顯示器亮度隨時間變化的曲線70，計算一條趨勢線72，並求得趨勢線72的斜率，再依此斜率對透明層中各個畫素的像素值進行補償。
綜上所述，本發明的顯示器及其亮度、色彩補償方法與系統藉由預先建立顯示器亮度與色度的反補償增益表並寫入顯示器中，顯示器可直接藉由韌體讀取增益表中的畫素增益值，並利用螢幕顯示技術產生透明的螢幕顯示層覆蓋在所要顯示的畫面上，從而補償顯示器的亮度、色彩不均。此外，藉由將時間衰減函數導入透明層中各像素值的計算，並據以產生像素值隨時間變化的透明層，而可補償顯示器隨時間所產生之亮度與色度的變異。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
S202~S210‧‧‧本發明一實施例之顯示器色彩補償方法的步驟

Claims (9)

  1. 一種顯示器亮度、色彩補償方法，適於補償一顯示器的亮度、色彩不均(mura)，該方法包括下列步驟：利用一影像擷取裝置擷取該顯示器顯示一均勻畫面的一影像；計算所擷取影像中多個像素值的一亮度或色彩分佈，以決定用以調整該顯示器亮度或色彩的一目標值；以該目標值為基準，利用所述像素值計算該顯示器之多個畫素的增益值，並建立一增益表以記錄所述增益值；寫入該增益表於該顯示器；以及該顯示器查詢該增益表中記錄的所述畫素的所述增益值，據以產生一透明層而疊加於所要顯示之一目前畫面，並輸出該目前畫面至一顯示面板顯示，其中該顯示器包括：使用所述畫素的所述增益值計算該透明層的多個像素值；以及導入一時間衰減函數於所計算的所述像素值，以產生所述像素值隨時間變化的該透明層，並疊加該透明層於所要顯示之該目前畫面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的顯示器亮度、色彩補償方法，其中計算所擷取影像中所述像素值的該亮度或色彩分佈，以決定用以調整該顯示器亮度或色彩的該目標值的步驟包括：選擇該亮度或色彩分佈中所述像素值的一特徵值做為用以調 整該顯示器亮度或色彩的該目標值，其中該特徵值包括一最小值或一平均值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的顯示器亮度、色彩補償方法，其中該目標值為基準，利用所述像素值計算該顯示器之所述畫素的增益值的步驟包括：計算該目標值與各所述像素值的一比值，以做為該顯示器中對應畫素的該增益值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的顯示器亮度、色彩補償方法，其中該顯示器查詢該增益表中記錄的所述畫素的所述增益值，據以產生該透明層而疊加於所要顯示之該目前畫面的步驟包括：該顯示器利用螢幕顯示(on screen display，OSD)技術產生透明的一螢幕顯示層以疊加於所要顯示之該目前畫面。
  5. 一種顯示器亮度、色彩補償系統，包括：一顯示器；一影像擷取裝置，擷取該顯示器顯示一均勻畫面的一影像；一處理裝置，耦接該顯示器及該影像擷取裝置，計算該影像中多個像素值的一亮度或色彩分佈，以決定用以調整該顯示器亮度或色彩的一目標值，並以該目標值為基準，利用所述像素值計算該顯示器之多個畫素的增益值，並建立記錄所述增益值的一增益表以寫入該顯示器，其中該顯示器查詢該增益表中記錄的所述畫素的所述增益值，據 以產生一透明層而疊加於所要顯示之一目前畫面，並輸出該目前畫面至一顯示面板顯示，其中該顯示器包括使用所述畫素的所述增益值計算該透明層的多個像素值，並導入一時間衰減函數於所計算的所述像素值，以產生所述像素值隨時間變化的該透明層，並疊加該透明層於所要顯示之該目前畫面。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的顯示器亮度、色彩補償系統，其中該處理裝置包括選擇該亮度或色彩分佈中所述像素值的一特徵值做為用以調整該顯示器亮度或色彩的該目標值，其中該特徵值包括一最小值或一平均值。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的顯示器亮度、色彩補償系統，其中該處理裝置包括計算該目標值與各所述像素值的一比值，以做為該顯示器中對應畫素的該增益值。
  8. 一種顯示器，包括：一顯示面板，具有多個畫素；一儲存單元，記錄一增益表，該增益表中記錄各所述畫素的一增益值；以及一處理單元，耦接該顯示面板及該儲存單元，包括：一畫面接收模組，接收一目前畫面；一螢幕顯示模組，查詢該增益表中記錄的所述畫素的所述增益值，據以產生一透明層，其中包括使用所述畫素的所述增益值計算該透明層的多個像素值，並導入一時間衰減函數於所計算的所述像素值，以產生所述像素值隨時間變化的該透明層；以及 一畫面疊加模組，疊加該透明層於該目前畫面，並輸出疊加後的該目前畫面至該顯示面板顯示。
  9. 一種顯示器亮度、色彩補償方法，適用於具有一顯示面板與一儲存單元的一顯示器，該方法包括下列步驟：存取該儲存單元中所記錄的一增益表，以查詢該增益表中記錄的該顯示面板之多個畫素的增益值，據以產生一透明層，其中包括：使用所述畫素的所述增益值計算該透明層的多個像素值；以及導入一時間衰減函數於所計算的所述像素值，以產生所述像素值隨時間變化的該透明層；疊加該透明層於該顯示器所要顯示之一目前畫面；以及輸出該目前畫面至該顯示面板顯示。
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