CN101521001A - 显示装置的色彩校正方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种显示装置的色彩校正方法，适用于调整显示装置的输出色彩。此色彩校正方法的步骤是首先，于显示装置的面板上显示多种图像，并测量该多种图像的色度值及亮度值，以取得显示装置的色彩显示特性。其次，依据色彩显示特性，产生相对应的色彩矩阵，其中该色彩矩阵是位于CIE XYZ的线性色彩空间中。随后，将色彩矩阵与增益矩阵进行运算，以输出一输出矩阵。接着，调整增益矩阵，使得输出矩阵与目标矩阵实质上相同。最后，参考调整后的增益矩阵中所得到的元素值，来设定显示装置，以校正显示装置的输出色彩。

Description

显示装置的色彩校正方法及装置

技术领域

本发明是关于一种色彩校正方法，尤指一种显示装置的色彩校正方法及其相关的色彩校正装置。

背景技术

随着科技的日新月异，市面上的显示装置已朝多元化发展，常见者如映像管电视、液晶屏幕、等离子体电视及背投影电视等。由于各种设备的成像原理不尽相同，所表现的色彩是有所差异。因此，如何提高显示装置的色彩重现效能为设计者经常思及的课题。针对显示装置的图像信号色彩重现的信号处理包括以下两个主要项目。

首先，各种显示装置具有独特的色彩显示特性，其显示的红色、绿色及蓝色三原色图像的色坐标于色彩空间中建构出特定的色域(Color gamut)范围。为了使每一显示装置输入的图像信号所成像的色外貌达到正确性与一致性，因此，必须配合显示装置的色彩显示特性，利用色域对应的方式，使显示装置所显示的图像呈现相同的色外貌。

其次，传输至显示装置的图像信号，其灰阶值与信号强度通常存在着非线性的关系，这种现象称为Gamma特性。此Gamma特性可通过呈非线性曲线的函数表示。当输入的图像像素数据信号为x，图像像素的亮度是呈现xγ，γ为Gamma指数值，此γ值是随图像信号所对应的规格改变。为使重现的图像像素与原图像信号的强度成线性关系，显示装置通常具有图像处理单元以对图像信号进行Gamma校正。一般而言，Gamma校正有两种方法。一是使用数字信号处理(DSP，Digital Signal Processing)的方式，以灰阶函数式计算出与输入值相对应的灰阶值。二是使用查找表(Look-up table)以得到与输入值相对应的灰阶值。查找表是预先将转换前后的灰阶值算好，建表于固件或硬件中，当需要进行Gamma校正时，可直接利用输入值对应找出输出值。

请参阅图1，该图为已知技术的显示装置1的系统架构示意图。如图1所示，图像源S将图像信号输入至显示装置1，此图像信号是先经由图像处理单元10进行信号转换处理，再输出至面板16显示。图像处理单元10包括Gamma转换模块12以及色域对应模块14。Gamma转换模块12以及色域对应模块14是分别执行图像信号的Gamma转换以及色域对应程序。Gamma转换模块12以及色域对应模块14所执行的图像信号转换所需的参数是于显示装置1组装完成之后，通过色彩校正程序加以设定。

在先前技术中，色彩校正程序包括驱动显示装置1于面板16上显示全白色图像，并测量该全白色图像的色度值及亮度值，以取得显示装置1的Gamma特性及色域范围，接着，经由所测量到的色度值及亮度值，来设定该Gamma转换模块的参数及色域范围的参数。设定完参数后，再次驱动显示装置1于面板16上显示全白色图像，并测量该全白色图像的色度值及亮度值，以确认是否达到目标的色温范围，若已达到目标的色温范围，则完成设定显示装置1的参数设定，倘若尚未达到目标的色温范围，则继续设定显示装置1中所需设定的参数，直到显示装置1的色温达到该目标的色温范围为止。然而，此种色彩校正程序是针对全白色图像进行非线性RGB增益调整，会使得最后只有全白色图像达到目标的色温范围，而其余的灰阶则无法达到目标的色温范围。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种显示装置的色彩校正(Color correction)方法及相关色彩校正装置，其通过执行色适应程序(Chromatic adaptationprocess)，来调整显示装置的色彩特性，使得显示装置所输出的画面色温符合预定要求。

本发明是提供一种显示装置的色彩校正方法，适用于调整显示装置的输出色彩，该显示装置具有图像处理单元用以控制该输出色彩，该色彩校正方法包括下列步骤：显示至少一图像信号于该显示装置的面板上；测量该图像信号以取得色彩矩阵，其中该色彩矩阵是位于线性空间中；于该线性空间中，将该色彩矩阵与增益矩阵进行运算，以输出一输出矩阵；调整该增益矩阵，使得该输出矩阵与目标矩阵实质上相同；以及依据该增益矩阵，设定该图像处理单元以校正该显示装置的输出色彩。

本发明还提供一种色彩校正装置，适用于调整显示装置的输出色彩，该显示装置具有图像处理单元用以控制该输出色彩，该色彩校正装置包括：色度计，用来测量该显示装置所显示的至少一图像信号；显示特性计算模块，用来计算该色度计所测量的该图像信号，以产生色彩矩阵，其中该色彩矩阵是位于线性空间中；色适应计算模块，用来于该线性空间中，将该色彩矩阵与增益矩阵进行运算，以输出一输出矩阵；调整单元，用来调整该增益矩阵使得该输出矩阵与目标矩阵实质上相同；以及设定模块，用来依据该增益矩阵，设定该图像处理单元以校正该显示装置的输出色彩。

以上的概述与接下来的详细说明及附图，皆是为了能进一步说明本发明为达成预定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本发明的其它目的及优点，将在后续的说明及图式中加以阐述。

附图说明

图1为已知技术的显示装置的系统架构示意图；

图2为本发明所揭示的色彩校正装置对显示装置进行色彩校正的第一实施例的系统架构示意图；

图3为本发明所揭示的色彩校正方法的第一实施例的步骤流程图；

[附图标号说明]

1、3：显示装置

10、30：图像处理单元

12、32：Gamma转换模块

14、34：色域对应模块

16、36：面板

2：色彩校正装置

20：色度计

22：显示特性计算模块

24：色适应计算模块

241：色适应矩阵决定单元

243：调整单元

245：色彩空间转换/计算单元

26：设定模块

28：控制模块

S：图像源

具体实施方式

首先，请参阅图2，该图为本发明所揭示的色彩校正装置2对显示装置3进行色彩校正(Color correction)的第一实施例的系统架构示意图。色彩校正装置2适用于调整显示装置3的输入输出图像信号的转换关系，以使显示装置3所输出的画面色彩与色温符合预定要求。

如图2所示，显示装置3具有面板36以及图像处理单元30。由外部输入显示装置3的图像信号，将先经过图像处理单元30进行信号转换处理，再输出至面板36显示。图像处理单元30又包括Gamma转换模块32以及色域对应模块34。Gamma转换模块32以及色域对应模块34是分别执行图像信号的Gamma转换以及色域(Color gamut)对应程序。上述Gamma转换模块32以及色域对应模块34所执行的图像信号转换关系(Conversion relation)是于显示装置3组装完成之后，通过色彩校正装置2对显示装置3进行色彩校正程序加以设定。

色彩校正装置2具有控制模块28，控制模块28是依据预定的程序来驱动显示装置3，使显示装置3于面板36上显示多种色彩的图像，所述的多种色彩的图像包括全白色图像、全红色图像、全绿色图像以及全蓝色图像。图2中，色彩校正装置2具有色度计(Colorimeter)20，用以接收面板36所显示的全白色图像、全红色图像、全绿色图像以及全蓝色图像，以测量该等图像的色度值(Chromatic value)以及亮度值(luminance)等光学特性。

图2中，色彩校正装置2包括显示特性计算模块22、色适应计算模块24以及设定模块26，色适应计算模块24又包括色适应矩阵决定单元241、调整单元243以及色彩空间转换/计算单元245。附带一提的是，色彩校正装置2可通过计算机系统来实施，其中的显示特性计算模块22、色适应计算模块24、设定模块26以及控制模块28可利用软件搭配计算机系统运算控制资源来实现其功能。按，色彩校正装置2的各个模块所执行的功能将配合色彩校正方法详述于下。

接着，请参阅图3，该图为本发明所揭示的色彩校正方法的第一实施例的方法步骤流程图。其中相关的系统架构请同时参阅图2。如图3所示，此色彩校正方法包括下列步骤。

首先，控制模块28驱动显示装置3于面板36上显示多种图像，色度计20接收并测量该多种图像的色度值及亮度值，以取得显示装置3的色彩显示特性，所述的色彩显示特性包括面板36的色域(Color gamut)范围以及灰阶(Gamma)表现(步骤S300)。

依据一实施例，步骤S300还包括下列步骤：

第一，控制模块28驱动显示装置3于面板36上显示全白色图像。色度计20接收并测量该全白色图像的色度值以及亮度值，并将测量值输出至显示特性计算模块22，以取得显示装置3的色域范围。

第二，控制模块28驱动显示装置3于面板36上显示全红色图像、全绿色图像以及全蓝色图像所有灰阶的图像。色度计20接收并测量该全红色图像、该全绿色图像以及该全蓝色图像所有灰阶图像的色度值以及亮度值，并将测量值输出至显示特性计算模块22，以取得显示装置3的灰阶表现。

其次，显示特性计算模块22依据步骤S300所取得的色彩显示特性，产生色彩矩阵，以便以该色彩矩阵表示所取得的色彩显示特性(步骤S302)。所述的色彩矩阵是位于CIE XYZ的线性色彩空间中，用以表示图像信号经过图像处理单元30的色彩显示状态。在此，以矩阵[XYZ]表示所述的色彩矩阵。接着，显示特性计算模块22再将色彩矩阵输出至色适应计算模块24之中。

以一实施例来说，假设该色彩矩阵是在显示装置3的背光源为色温6500k(D65)的条件下所得到，接着，色适应计算模块24进行色适应程序(ColorAdaptation Process)，将色彩矩阵[XYZ]与增益矩阵进行运算，以输出一输出矩阵[X₁Y₁Z₁](步骤S304)。又，在执行色适应程序中，可通过调整增益矩阵中的矩阵元素，使得输出矩阵[X₁Y₁Z₁]实质上等于目标色温(例如：色温5000K，D50)所对应的目标矩阵[X_tY_tZ_t]。另外，所述的色适应程序还包括下列三个步骤：

第一，色适应计算模块24以转换矩阵(Conversion matrix)将该色彩矩阵转换到IPT LMS色彩空间，以得到第一色彩转换矩阵[LMS]，所进行的数学转换如式(1)所示：

$\left[\begin{array}{c}L\\ M\\ S\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0.8951& 0.2664& -0.1614\\ -0.7502& 1.7135& 0.0367\\ 0.0389& -0.0685& 1.0296\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

又，式(1)中，转换矩阵为BradfordMatrix。本案发明人利用BradfordMatrix将色彩矩阵由CIE XYZ色彩空间转换到IPT LMS色彩空间。

第二，将所得到的第一色彩转换矩阵与色适应矩阵(Color adaptationmatrix)进行运算，以得到第二色彩转换矩阵，所进行的数学转换如式(2)所示。

$\left[\begin{array}{c}L\′\\ M\′\\ S\′\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\frac{L_{\mathrm{CT}}}{L_{D65}}& 0& 0\\ 0& \frac{M_{\mathrm{CT}}}{M_{D65}}& 0\\ 0& 0& \frac{S_{\mathrm{CT}}}{S_{D65}}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}L\\ M\\ S\end{array}\right]\·\·\·\·\·\·\left(2\right)$

此色适应矩阵是将初始色温值D65所对应的第一色彩转换矩阵[LMS]，调整为目标色温值D50所对应的第二色彩转换矩阵[L’M’S’]。如式(2)所示，色适应矩阵包括初始色温值D65的LMS分布比例(L_D65，M_D65，S_D65)，以及目标色温值的LMS分布比例(L_CT，M_CT，S_CT)。此处的(L_D65，M_D65，S_D65)与(L_CT，M_CT，S_CT)可通过查阅已知数据来取得。

第三，通过反转换矩阵(Inverse conversion matrix)，将该第二色彩转换矩阵[L’M’S’]转换回CIE XYZ色彩空间，以得到输出矩阵[X₁Y₁Z₁]，其中该反转换矩阵为Bradford Matrix的反矩阵。

以上第一步骤至第三步骤所进行的数学转换可归纳为式(3)，其中矩阵A与矩阵BM是分别代表色适应矩阵与转换矩阵(亦即Bradford Matrix)。

$\left[\begin{array}{c}{X}_1\\ Y_1\\ Z_1\end{array}\right]={\left[\mathrm{BM}\right]}^{-1}\left[A\right]\left[\mathrm{BM}\right]\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]\·\·\·\·\·\·\left(3\right)$

依据本发明的一实施例，设置于色彩校正装置2内部的色适应矩阵决定单元241是用以配合储存增益矩阵([BM]^-1*[A]*[BM])。而色彩空间转换/计算单元245是耦接于色适应矩阵决定单元241。色彩空间转换/计算单元245将色彩矩阵以转换矩阵BM转换至IPT XYZ色彩空间，产生第一色彩转换矩阵，并将第一色彩转换矩阵与色适应矩阵A进行运算，以产生第二色彩转换矩阵，最后，再将第二色彩转换矩阵以反转换矩阵BM^-1转换回CIE XYZ色彩空间，以得到输出矩阵。

接着，色彩空间转换/计算单元245判断该输出矩阵[X₁Y₁Z₁]是否与预定的目标矩阵[X_tY_tZ_t]相同，倘若不相同时，则通过设置于色适应计算模块24中的调整单元243来调整色适应矩阵A中的矩阵元素，直至所输出矩阵[X₁Y₁Z₁]与预定的目标矩阵[X_tY_tZ_t]相同(步骤S306)。依据本发明的一实施例，色彩空间转换/计算单元245判断输出矩阵[X₁Y₁Z₁]与该目标矩阵[X_tY_tZ_t]是否相同，亦可通过将[X₁Y₁Z₁]转换为Y_xy的表示法来判断，换言之，由色适应程序所输出矩阵[X₁Y₁Z₁]具有一对应的Y_xy值(为常数)，而目标矩阵[X_tY_tZ_t]亦具有另一对应的Y_xy值，因此，可通过比较此二Y_xy的差值是否小于临界值或相等，以决定输出矩阵[X₁Y₁Z₁]与预定的目标矩阵[X_tY_tZ_t]是否相同。所述输出矩阵[X₁Y₁Z₁]与该目标矩阵[X_tY_tZ_t]是否相同的判断方法仅为一范例，藉以阐述本发明，但本发明不以此为限。此外，色彩矩阵转换至Y_xy的过程为本领域技术人员所知悉，故在此不另作赘述。

最后，设定模块26与控制模块28再依据色适应计算模块24内部调整完成的增益矩阵([BM]^-1*[A]*[BM])的矩阵元素，来设定显示装置3的图像处理单元30(步骤S308)。依据本发明的一实施例，图像处理单元30包括色域对应模块34以及Gamma转换模块32。当增益矩阵已由色适应程序中调整好，设定模块26参考调整好的增益矩阵，即可决定出色域对应关系与Gamma反转换关系，再通过控制模块28分别对色域对应模块34与Gamma转换模块32进行参数设定与调整，使显示装置3依据设定于图像处理单元30中的参数，将图像信号显示于面板36上。

再者，当图像处理单元30被设定完成后，将再次显示全白的图像信号于该显示装置3的面板36上，并测量此全白的图像信号的输出色温是否达到目标色温(例如：色温5000K，D50)，或是否与该目标色温的色温差小于预定的范围，以决定是否继续调整该显示装置3。若该色温差不小于该预定范围时，则可重复上述的色适应程序，继续调整增益矩阵中的色适应矩阵A，并依据调整后的增益矩阵再次地设定图像处理单元30，直至输出图像信号的色温达到目标色温或小于该预定的范围。

通过上述实例，当可知悉本发明所提供的色彩校正方法及色彩校正装置是于线性空间中，通过执行色适应程序，以使显示装置所输出的所有图像(即RGB在任何的灰阶值的情形下)均符合色彩与色温要求。如此一来，便可解决已知技术中，仅于非线性空间(例如，RGB的色彩空间)单纯地调整RGB的增益值，致使唯有全白画面通过色彩测试，而其余灰阶下的画面可能无法通过测试的问题。

惟，以上所述，仅为本发明的具体实施例的详细说明及图式而已，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以所述的权利要求范围为准，任何本领域技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化戋修饰皆可涵盖在所述本发明所界定的权利要求范围。

Claims (15)

1.一种显示装置的色彩校正方法，适用于调整显示装置的输出色彩，该显示装置具有图像处理单元用以控制该输出色彩，该色彩校正方法包括下列步骤：

显示至少一图像信号于该显示装置的面板上；

测量该图像信号以取得色彩矩阵，其中该色彩矩阵是位于线性空间中；

于该线性空间中，将该色彩矩阵与增益矩阵进行运算，以输出一输出矩阵；

调整该增益矩阵，使得该输出矩阵与目标矩阵实质上相同；以及

依据该增益矩阵，设定该图像处理单元以校正该显示装置的输出色彩。

2.根据权利要求1所述的色彩校正方法，还包括下列步骤：

设定该图像处理单元后，重复地输出该图像信号，并测量该图像信号的输出色温；

判断该输出色温与目标色温的色温差是否小于预定范围；以及

若该色温差不小于该预定范围时，则调整该增益矩阵，并依据该调整后的增益矩阵设定该图像处理单元，以校正该显示装置的输出色彩。

3.根据权利要求1所述的色彩校正方法，其中该线性空间为CIE XYZ色彩空间，该色彩矩阵与该增益矩阵进行运算还包括下列步骤：

以转换矩阵将该色彩矩阵转换到IPT LMS色彩空间，并产生第一色彩转换矩阵；

将该第一色彩转换矩阵与色适应矩阵进行运算，以产生第二色彩转换矩阵；以及

以反转换矩阵将该第二色彩转换矩阵转换回CIE XYZ色彩空间，并产生该输出矩阵。

4.根据权利要求3所述的色彩校正方法，其中该转换矩阵为BradfordMatrix。

5.根据权利要求3所述的色彩校正方法，其中调整该增益矩阵方式是对该色适应矩阵矩阵的LMS比例作调整。

6.根据权利要求1所述的色彩校正方法，其中测量该图像信号以取得该色彩矩阵，还包括下列步骤：

测量该图像信号，以取得该显示装置的色彩显示特性，其中该色彩显示特性包括该面板的色域以及灰阶(Gamma)表现；以及

依据该色彩显示特性，产生该色彩矩阵，其中该色彩矩阵是与该图像信号的色度值与亮度值相对应。

7.根据权利要求1所述的色彩校正方法，其中该显示装置的该图像处理单元包括色域对应模块以及Gamma转换模块。

8.根据权利要求1所述的色彩校正方法，其中该图像信号为全白画面。

9.一种色彩校正装置，适用于调整显示装置的输出色彩，该显示装置具有图像处理单元用以控制该输出色彩，该色彩校正装置包括：

色度计，用来测量该显示装置所显示的至少一图像信号；

显示特性计算模块，用来计算该色度计所测量的该图像信号，以产生色彩矩阵，其中该色彩矩阵是位于线性空间中；

色适应计算模块，用来于该线性空间中，将该色彩矩阵与增益矩阵进行运算，以输出一输出矩阵；

调整单元，用来调整该增益矩阵使得该输出矩阵与目标矩阵实质上相同；以及

设定模块，用来依据该增益矩阵，设定该图像处理单元以校正该显示装置的输出色彩。

10.根据权利要求9所述的色彩校正装置，其中该色彩校正装置还包括控制模块，该控制模块是用以驱动该显示装置的面板，使得该面板上显示该图像信号。

11.根据权利要求9所述的色彩校正装置，其中该图像信号包括全白色图像、全红色图像、全绿色图像以及全蓝色图像，以及所有灰阶的该全红色图像、该全绿色图像以及该全蓝色图像。

12.根据权利要求9所述的色彩校正装置，其中该色彩矩阵是符合CIE XYZ色彩空间，该色适应计算模块包括：

色适应矩阵决定单元，用来储存该增益矩阵，其中该增益矩阵包括转换矩阵、色适应矩阵以及反转换矩阵；以及

色彩空间转换/运算单元，是耦接于该色适应矩阵决定单元，用来根据该转换矩阵，将该色彩矩阵转换到IPT LMS色彩空间，以产生第一色彩转换矩阵，并将该第一色彩转换矩阵与该色适应矩阵进行运算，以产生第二色彩转换矩阵，再根据该反转换矩阵，将该第二色彩转换矩阵转换回该CIE XYZ色彩空间，以产生该输出矩阵。

13.根据权利要求12所述的色彩校正装置，其中该转换矩阵为BradfordMatrix。

14.根据权利要求12所述的色彩校正装置，其中该调整单元是对该色适应矩阵的LMS比例作调整。

15.根据权利要求9所述的色彩校正装置，其中该显示装置的该图像处理单元包括色域对应模块以及Gamma转换模块。

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