CN100388348C - 液晶显示器gamma曲线与色温自动测量和校正方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种液晶显示器GAMMA曲线校正与色温自动调整方法及系统，该系统包括系统主机、探测器、彩色分析仪、视频标准信号源、数据接口及系统测量和校正软件，可对LCD、高清晰背投等多种用途的电视、电脑显示器及TN、STN、DSTN、TFT等多种结构液晶显示器进行GAMMA曲线校正和白平衡调整，以便提高液晶显示器的视频图像显示质量。系统主机集多种视频信号源、GAMMA曲线与色温自动测量和校正软件及数据接口于一体，系统参数可选择手工或自动设置，系统配置简单，GAMMA校正和白平衡调整软件调用方便，可快速完成对液晶显示器的GAMMA曲线与色温的自动测量和校正，并直观检验校正效果。应用于科研、生产、质检和维修部门，高精度、快速、直观地完成液晶显示器产品GAMMA曲线校正和白平衡调整。
Description
所属领域
本发明专利涉及视频显示设备测量和校正技术，尤其适用采用GAMMA曲线与色温测量和校正的LCD、高清晰度背投等多种用途的电视、电脑显示器以及TN(扭曲向列型)、STN(超扭曲向列型)、DSTN(双层超扭曲向列型)、TFT(薄膜晶体管型)等多种结构的液晶显示器，用于上述产品在生产、检测和维修过程中的GAMMA曲线与色温自动测量和校正的方法及系统。
背景技术
目前，液晶显示器应用范围广阔，已进入社会各个领域和走进千家万户，显示器的型式包括台式和笔记本电脑显示器、工业电子屏、台式电视机、背投和等离子电视机等。以矩阵LCD液晶显示器显像原理为例，它是基于将液晶置于两片导电玻璃之间，两个电极间电场的驱动效应，引起液晶分子扭曲向列，控制光源的透射与遮蔽而形成明暗的影像显示，借助于彩色滤光片可显示彩色影像。
众所周知，液晶显示器件的电光转换特性由玻璃基板、液晶材料和浓度、驱动电路所决定，与驱动电压有关。如图1所示，当驱动电压在驱动电压阈值V1和饱和电压值V2之间时，液晶显示器件的透光率与驱动电压才有较好的线性。而符合人眼视觉的电光特性如图2所示，人眼视觉观赏对暗场的亮度变化敏感，能分辨灰度的细微变化，而对亮场的光度变化不敏感，灰度分辨率差。由于LCD电光转换特性与符合人眼视觉的电光特性有很大差异，LCD不能保证重现景物的灰度等级，若R、G、B三基色的电光转换曲线不相同(或离散)，如图3，不能重现白场的颜色，则会出现白平衡误差。因此，液晶显示器的电光转换特性必须经过校正，以便符合人眼视觉的电光特性。液晶显示器的电光转换特性一般采用人工调试校正，凭借调试人员的视觉和经验进行调试和校正。
现有的液晶显示器校正技术：公开号为2002-123232的日本专利《Device And Method For Correcting GAMMA Voltage And Video Data OfLiquid Crystal Display Device》，GAMMA校正系统未采用白平衡测量和调整；公开号为05-298604的日本专利《GAMMA Characteristic CorrectingMethod For Liquid Crystal Display Device And Liquid Crystal DisplayDevice》，校正液晶显示器灰阶特性的方法采用辉度计。
现有技术存在下列缺陷：
(1)人眼评价液晶显示器各个灰阶的亮度及颜色，受到操作人员的水平、经验和环境等因素的制约，人工校正液晶显示器的GAMMA曲线和白平衡，不能保证产品的灰阶重现和白平衡调整的性能；
(2)校正液晶显示器灰阶特性的系统采用辉度计，不能同时测量和校正红、绿、兰三色的GAMMA曲线，GAMMA校正的效率低，而且校正效果差。
(3)采用不具有白平衡测量和调整功能的GAMMA校正系统，无法在校正液晶显示器灰阶特性后再作白平衡测量和调整，因而不能进一步直观检验GAMMA曲线校正效果；
(4)随着液晶显示技术的不断发展，现有技术的GAMMA曲线校正系统，需要视频信号源的规格更多，采用分离的视频信号源的硬件系统，配置较复杂，操作不简捷。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明专利提出一种液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正方法及系统。系统主机集视频信号源、GAMMA曲线与色温自动测量和校正软件与信号处理机于一体，系统配置简单，GAMMA校正和白平衡调整软件调用方便，可快速完成对液晶显示器的GAMMA曲线与色温的自动测量和校正，并直观检验GAMMA曲线校正效果。
本发明采用的技术方案是：
液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正方法，液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正方法包括下列步骤：
(1)首先建立液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正系统，该系统包括系统主机、探测器、彩色分析仪、视频信号源、数据接口及系统测量和校正软件，系统主机预装有操作系统；
(2)将被测液晶显示器接入液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正系统；
(3)系统具有可供选择的测量和校正的方式：GAMMA曲线测量和校正、白平衡测量和调整；若选择GAMMA曲线测量和校正，转步骤(4)；若选择白平衡测量和调整，转步骤(5)；
(4)GAMMA曲线测量和校正：
a.启动系统GAMMA曲线测量和校正程序；
b.通信状态自检：
检查系统主机与I2C总线接口板及彩色分析仪的通信状态，以便确认系统工作正常；
c.设置相关参数：
①选择测量和校正的灰阶，有8、16、32、64、128、256阶可供选择；
②选择视频信号模式：有AV模式、VGA模式，可供选择；
③设置符合人眼的GAMMA校正理论准曲线；
d.用线性GAMMA校正系数C(K，I)＝I，I＝1～256个灰阶；K＝R、G、B三色，更新被测液晶显示器的GAMMA表；
e.系统主机控制信号根据设定的灰阶数，按“步距”变化测试信号，接收彩色分析仪对每一灰阶颜色的测量数据结果并进行计算处理，得到被测液晶显示器的红、绿、蓝三色输出光强度L(K，I)，及实际的GAMMA曲线送监视器显示；
系统主机按下列公式计算得到信号转换系数A(K，I)：
L(K，I)＝A(K，I)C(K，I)/I (1)
式中：I为256个灰阶的输入信号，I＝1～256；
K为RGB分量，K＝R、G、B；
L(K，I)为被测液晶显示器的红、绿、蓝三色输出光强度；
C(K，I)为被测液晶显示器RGB分量在GAMMA校正表中的数据；
f.根据设置符合人眼的GAMMA校正理论曲线测出实际的GAMMA曲线，由公式(1)按步距插值计算，对每一灰阶值下的RGB红绿蓝三色信号计算GAMMA校正系数C(K，I)；
g.用新的GAMMA校正系数C(K，I)更新被测液晶显示器的GAMMA校正表；
h.重复e.、f.、g.三过程，将被测液晶显示器的GAMMA曲线校正到理论曲线值；
i.通过监视器显示的GAMMA校正效果图，确认对被测液晶显示器GAMMA曲线测量和校正的结果；
(5)白平衡测量和调整：
a.启动系统白平衡测量调整程序；
b.选择自动调整或人工调整；
1)设置调整参数：
①选择测量通道；
②选择白平衡调整工艺；
③设定标准白场色坐标及允许调整误差；
④设置标准白场的亮度值及允许调整误差；
2)自动调整的I2C参数设置：
①调整合格的白平衡参数值的存储地址；
②预置三枪亮场和暗场的RGB初始值；
③设置白平衡参数的可调节数值取值范围；
④选择调整时限；
c.系统主机控制白场信号源产生亮场或暗场全白信号，并接收彩色分析仪传来的测量结果色坐标x，y值，亮度Y数值，并显示与信号标准的误差值；
d.根据显示的误差值，手工或自动调整亮场或暗场的色坐标和亮度；
e.亮场和暗场的误差值均合格后，完成白平衡测量和调整。
所述方法构成的液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正系统，包括系统主机、探测器、彩色分析仪、视频信号源、数据通信接口及系统测量和校正软件，在于：
(1)所述的系统主机为工业控制机或PC机；
(2)所述的探测器为带有光学成像镜头的色度探测器；
(3)所述的视频信号源，包括：视频VGA和AV信号源，其中视频信号来自独立的视频信号源或视频信号源插件板；
(4)所述的数据接口，包括：系统总线接口、串行通信接口；
(5)所述的系统测量和校正软件，包括：GAMMA曲线测量和校正软件以及色温测量和调整软件，软件加载在系统主机上。
所述的液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正系统，在于：所述的视频信号源插件板包括VGA信号插件板和AV信号插件板，插入系统主机的插槽内。
所述的液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正系统，在于：所述的系统主机为配置有视频VGA和AV信号插件板及数据通信总线接口插件板的工业控制机或PC机，信号源插件板及数据通信总线接口插件板插入系统主机的插槽内。
所述的液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正系统，在于：被测液晶显示器的类型包括TN(扭曲向列)型、STN(超扭曲向列)型、DSTN(双层超扭曲向列)型的无源矩阵LCD、TFT(薄膜晶体管)型有源矩阵LCD。
所述的液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正系统，在于：被测液晶显示器与探测器的距离L固定在0～140mm之间。
本发明的实质性效果：
(1)系统主机带有测量GAMMA曲线及白平衡调整的视频信号源插件板，多种信号源能产生所视频需信号，便于在不同信号环境下，对液晶显示器进行综合校准，而且便于系统小型化和整机化。
(2)系统带有色温测量及校准系统，对GAMMA校正后色温的实际效果可以测量，测量快捷，效果直观。
(3)工作软件具有强的适配性，可使用各种类型的彩色分析仪对多种类型的液晶显示器进行GAMMA曲线和白平衡的测量与校正。
(4)系统能测量不同灰阶下的色品坐标和亮度，对GAMMA校正的效果可直观的检测。
(5)采用彩色分析仪，接收RGB三色灰阶视频信号，同时测量及校正RGB三色的GAMMA曲线。
本发明提出一种液晶显示器GAMMA曲线校正与色温自动调整方法及系统，该系统包括系统主机、探测器、彩色分析仪、视频标准信号源、数据接口及系统测量和校正软件，可实现对LCD、高清晰度背投电视等多种用途的电视、电脑显示器以及TN、STN、DSTN、TFT等多种结构液晶显示器进行GAMMA曲线校正和白平衡调整，以便提高液晶显示器的视频图像显示质量。系统主机集多种视频信号源和数据接口于一体，系统参数可选择采用手工或自动设置，应用于科研、生产、质检和维修部门，高精度、快速、直观地完成液晶显示器GAMMA曲线校正和白平衡调整。
附图说明
图1为液晶显示器LCD电光特性的示意图；
图2为符合人眼视觉的电视电光特性示意图；
图3为未经校正液晶显示器的RGB三色GAMMA曲线示意图；
图4为本发明液晶显示器GAMMA曲线与色温测量和自动校正系统实施例框图之一；
图5为本发明液晶显示器GAMMA曲线与色温测量和自动校正系统实施例框图之二；
图6为本发明液晶显示器GAMMA曲线自动测量和校正流程简图；
图7为本发明液晶显示器白平衡自动测量和调整流程简图；
图8为本发明实施例液晶显示器GAMMA曲线校正前效果图。
具体实施方式
下面结合附图4至附图9详细描述本发明的液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正方法及系统实施例的工作过程。
图4给出的本发明液晶显示器GAMMA曲线与色温测量和自动校正系统实施例框图之一，液晶显示器GAMMA曲线与色温测量和自动校正系统由带监视器的计算机13、探测器11、彩色分析仪12、视频信号源14、数据通信接口15及系统测量和校正软件构成，其中的视频信号源14和数据通信接口15为独立的设备或器件；被测液晶显示器16的视频输入端连接视频信号源14的输出端，视频信号源14的控制端连接计算机13的控制接口，探测器11从被测液晶显示器16显示屏上拾取颜色信号，探测器11输出端接在彩色分析仪12的输入端，彩色分析仪12的输出端加在计算机13的数据通信口，计算机13的信号输出经数据通信接口15接到被测液晶显示器16的GAMMA校正表数据存储器输入端。
图5提供本发明液晶显示器GAMMA曲线与色温测量和自动校正系统第二个实施例框图，该系统由CM-7L彩色分析仪51及其标配的视频信号探测器52和系统主机53组成，被测液晶显示器为54。系统主机53以带监视器534的工控机531为主机，集总线接口插件板532和视频信号源插件533以及GAMMA校正软件535和白平衡自动调整软件536为一体，总线接口插件板532和视频信号源插件533分别插入工控机531主板的插件槽内，工控机531主板与总线接口插件板532和视频信号源插件533分别建立通信和控制连接。总线接口插件板532采用具有多主通信功能的Philips I2C总线接口插件板，视频信号源插件533包括带输出端子的AV信号插件板和VGA信号插件板，总线接口插件板532的通信接口和视频信号源插件533的视频输出端子分别连接到被测液晶显示器54的显示芯片串行传输口和视频输入端子。视频信号探测器52是带光学成像镜头的高精度色度传感器，CM-7L彩色分析仪51的信号输入端接入视频信号探测器52的，CM-7L彩色分析仪51的RS232串行输出口接入工控机531的RS232串行输入口；被测液晶显示器54与视频信号探测器52之间的测量距离应保持在0至140mm之间的任一值。
下面结合图6和图7描述本发明实施例之二液晶显示器GAMMA曲线与色温测量和自动校正系统对被测液晶显示器GAMMA曲线自动测量和校正流程和白平衡自动测量和调整的流程：
系统各设备开机，软件开始运行。首先主机531发送自检控制信号到总线接口板53，询问总线接口板是否工作正常。当总线接口板返回信号后，表示主机与总线板之间通信正常，如果一定时间内总线板没有响应，则表示主机与总线板之间未建立通信，在监视器534界面上提示。总线通信正常后，进入参数设置界面，人工或自动设置总线参数；信号阶数和变化步距。
在测量模式下，首先系统主机531控制视频信号源533发送全黑信号至被测液晶显示器件54，测量液晶显示器的色坐标x，y和亮度Y，按照1931CIE色度坐标系统，把所测参数转换为颜色的三刺激值，然后，按照设置的“步距”变化灰阶信号，增加信号的亮度，再次测量并记录信号的色坐标x，y和亮度Y值，数据处理，计算校正数据。重复上述的步骤，直到灰阶信号变化至最大值，完成测量。把所测的一组数据作归一化处理后，以输入信号强度为X轴，输出的三刺激值为Y轴，绘出被测液晶显示器GAMMA曲线，并显示在监视器54上。在完成测量模式测量后，自动转入校正模式。首先设置符合人眼的GAMMA理论曲线，然后，按照设置的参数，再测量出液晶显示器件的实际GAMMA曲线后，调用计算模块，参照GAMMA理论曲线，计算出新的GAMMA表校正数据后，调用串口通信模块，把计算出来的新的GAMMA表数据写入到液晶显示器件的E2PROM中。最后可以重新测量一下在新的校正数据修正下的液晶显示器件的GAMMA曲线。比较一下理想曲线和实测曲线的拟合情况。
完成液晶显示器GAMMA曲线校正后，启动系统白平衡测量和调整程序。选择自动调整或人工调整，系统进入白平衡测量模式。
首先设置调整参数：
①选择测量的主通道和辅助通道。有0～29共计30个主通道提供选择，可为每种型号的液晶显示器设定一个主通道。有1～6共计6个辅助通道提供选择。每个辅助通道对应一种色温，可设置对应辅助通道的参数。
②选择白平衡调整工艺。有红枪固定、绿枪固定、蓝枪固定三种工艺，可视被测液晶显示器的型号选择不同的调整工艺。
③设定标准白场色坐标及允许调整误差。设定亮场和暗场的色坐标x、y，允许的CIE1931色度系统下的x、y偏差值，或允许的JND偏差。颜色空间可以选择CIE1931xyz空间，或CIE1964uv均匀颜色空间，及CIE1976u’v’均匀颜色空间。
④设定标准白场亮度Y及允许调整误差。
自动调整的I2C参数设置：
①器件地址和存储地址、数据取值范围。
②预置三枪亮场和暗场的RGB初始值。预置值为十六进制数，根据标准彩色显示器内存中的相应值确定。
③选择合适的调整时间限值。
完成总线参数设置后将设置参数保存在当前辅助通道内。并将当前通道的参数传递到选择过的0～29中的一个主通道。
调整时，系统主机通过I2C接口传送初始值：亮场激励R，G，B值，暗场截止R，G，B值，控制白场信号源产生亮场或暗场全白信号，接收彩色分析仪传来的测量结果x，y，Y数据，并显示与标准间的误差量。
根据亮场测量值和设定的标准值间的误差，自动或手工调整亮场的色坐标和亮度，通过I2C接口传送新的亮场激励R，G，B值，测量得到一组彩色分析仪传来的测量结果x，y，Y数据。
判断亮场调整合格后，切换到暗场测试信号测量。测试调整过程同亮场。
亮场和暗场的测量值均合格后，显示亮场和暗场的测量结果，并将调整合格的亮场激励R，G，B值和暗场截止R，G，B值送被测液晶显示器E2PROM存储。
完成白平衡测量和调整。若调整超过时限，则结束调整，并提示“超时”。
图8和图9给出了本发明实施例液晶显示器GAMMA曲线校正前的效果图和GAMMA曲线校正和白平衡自动调整后的效果图。
Claims (8)
1.液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正方法，液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正方法包括下列步骤：
(1)首先建立液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正系统，该系统包括系统主机、探测器、彩色分析仪、视频信号源、数据接口及系统测量和校正软件，系统主机预装有操作系统；
(2)将被测液晶显示器接入液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正系统；
(3)系统具有可供选择的测量和校正的方式：GAMMA曲线测量和校正、白平衡测量和调整；若选择GAMMA曲线测量和校正，转步骤(4)；若选择白平衡测量和调整，转步骤(5)；
(4)GAMMA曲线测量和校正：
a.启动系统GAMMA曲线测量和校正程序；
b.通信状态自检：
检查系统主机与I2C总线接口板及彩色分析仪的通信状态，以便确认系统工作正常；
c.设置相关参数：
①选择测量和校正的灰阶及其变化“步距”，有8、16、32、64、128、256阶可供选择；
②选择视频信号模式：有AV模式、VGA模式，可供选择；
③设置符合人眼的GAMMA校正理论曲线；
d.用线性GAMMA校正系数C(K，I)＝I，I＝1～256个灰阶；K＝R、G、B三色，更新被测液晶显示器的GAMMA表；
e.系统主机控制信号根据设定的灰阶数，按“步距”变化测试信号，接收彩色分析仪对每一灰阶颜色的测量数据并进行计算处理，得到被测液晶显示器的红、绿、蓝三色输出光强度L(K，I)，及实际的GAMMA曲线送监视器显示；
系统主机按下列公式计算得到信号转换系数A(K，I)：
L(K，I)＝A(K，I)C(K，I)/I (1)
式中：I为256个灰阶的输入信号，I＝1～256；
K为RGB分量，K＝R、G、B；
L(K，I)为被测液晶显示器的红、绿、蓝三色输出光强度；
C(K，I)为被测液晶显示器RGB分量在GAMMA校正表中的数据；
f.根据设置符合人眼的GAMMA校正理论曲线测出实际的GAMMA曲线，由公式(1)按步距插值计算，对每一灰阶值下的RGB红绿蓝三色信号计算GAMMA校正系数C(K，I)；
g.用新的GAMMA校正系数C(K，v)更新被测液晶显示器的GAMMA校正表；
h.重复e.、f.、g.三过程，将被测液晶显示器的GAMMA曲线校正到理论曲线值；
i.通过监视器显示的GAMMA校正效果图，确认对被测液晶显示器GAMMA曲线测量和校正的结果；
(5)白平衡测量和调整：
a.启动系统白平衡测量调整程序；
b.选择自动调整或人工调整；
1)设置调整参数：
①选择测量通道；
②选择白平衡调整工艺；
③设定标准白场色坐标及允许调整误差；
④设置标准白场的亮度值及允许调整误差；
2)自动调整的I2C参数设置：
①调整合格的白平衡参数值的存储地址；
②预置三枪亮场和暗场的RGB初始值；
③设置白平衡参数数值取值范围；
④选择调整时限；
c.系统主机控制白场信号源产生亮场或暗场全白信号，并接收彩色分析仪传来的测量结果色坐标x，y值，亮度Y数值，并显示与标准白场的误差值；
d.根据显示的误差值，手工或自动调整亮场或暗场的色坐标和亮度；
e.亮场和暗场的误差值均合格后，完成白平衡测量和调整。
2.如权利要求1所述方法构成的液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正系统，包括系统主机、探测器、彩色分析仪、视频信号源、数据通信接口及系统测量和校正软件，其特征在于：
(1)所述的系统主机为工业控制机或PC机；
(2)所述的探测器为带有光学成像镜头的色度探测器；
(3)所述的视频信号源，包括视频VGA和AV信号源，其中视频信号来自视频信号源插件板或独立的视频信号源；
(4)所述的数据通信接口，包括：系统总线接口、串行通信接口，；
(5)所述的系统测量和校正软件，包括：GAMMA曲线测量和校正软件以及色温测量和调整软件，软件加载在系统主机上。
3.如权利要求2所述的液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正系统，其特征在于：所述的视频信号源插件板包括VGA信号源插件板和AV信号源插件板，插入系统主机的插槽内。
4.如权利要求2或3所述的液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正系统，其特征在于：所述的系统主机为配置有视频VGA和AV信号源插件板及数据通信总线接口插件板的工业控制机或PC机，信号源插件板及数据通信总线接口插件板插入系统主机的插槽内。
5.如权利要求2或3所述的液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正系统，其特征在于：被测液晶显示器的类型包括TN(扭曲向列)型、STN(超扭曲向列)型、DSTN(双层超扭曲向列)型的无源矩阵LCD、TFT(薄膜晶体管)型有源矩阵LCD。
6.如权利要求4所述的液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正系统，其特征在于：被测液晶显示器的类型包括TN(扭曲向列)型、STN(超扭曲向列)型、DSTN(双层超扭曲向列)型的无源矩阵LCD、TFT(薄膜晶体管)型有源矩阵LCD。
7.如权利要求2或3所述的液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正系统，其特征在于：被测液晶显示器与探测器的距离L固定在0～140mm之间。
8.如权利要求5所述的液晶显示器GAMMA曲线与色温自动测量和校正系统，其特征在于：被测液晶显示器与探测器的距离L固定在0～140mm之间。
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