專利名稱：液晶顯示器伽馬校正的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影顯示器，并更具體涉及LCD板投影儀和對(duì)液晶投影儀、顯示器等進(jìn)行的伽馬校正。
背景技術(shù)：
多年來(lái)，諸如計(jì)算機(jī)和電視機(jī)之類的顏色成像系統(tǒng)使用陰極射線管(CRT)產(chǎn)生“運(yùn)動(dòng)”顏色圖像。不過(guò)，對(duì)用于輕重量應(yīng)用、如便攜式計(jì)算機(jī)以及用于大屏幕電視機(jī)的低能耗成像系統(tǒng)的需要激發(fā)了多種替代產(chǎn)品的發(fā)展，具體包括液晶顯示器(LCD)投影儀。近來(lái)的LCD投影儀的操作如下將白光分成原色成分(通常為紅、藍(lán)和綠)，根據(jù)從輸入數(shù)據(jù)信號(hào)得出的顏色信息單獨(dú)調(diào)制原色成分，然后將經(jīng)過(guò)調(diào)制的顏色信息投射到觀察屏上，產(chǎn)生所需的全顏色圖像。應(yīng)當(dāng)注意，LCD投影儀通常使用一個(gè)或多個(gè)LCD板來(lái)調(diào)制原色成分。高級(jí)LCD投影儀僅使用一個(gè)LCD板調(diào)制器，稱作單板式LCD投影儀。
LCD板由夾在兩塊板之間的液晶材料組成。這兩塊板包括多個(gè)結(jié)構(gòu)，如導(dǎo)線、電極和開關(guān)元件，這些結(jié)構(gòu)與液晶材料相互作用，從而形成處于m個(gè)水平行與n個(gè)垂直列的矩陣中的多個(gè)圖像元素(像素)。在硅上液晶(LCoS)面板的情形中，一塊板為具有有源矩陣的硅片，其中每個(gè)像素可單獨(dú)尋址。施加于像素上的電壓，使處于該像素處的液晶材料發(fā)生相位改變，改變通過(guò)該像素的光偏振矢量。通過(guò)改變電壓，可控制像素處的光偏振態(tài)。通過(guò)采用偏振濾光片，在亮和暗極限之間控制來(lái)自像素的光。將亮與暗極限之間的光強(qiáng)稱作灰度等級(jí)。
極其需要精確地產(chǎn)生所需顏色圖像的成像系統(tǒng)。遺憾的是，難以精確地產(chǎn)生顏色圖像。這是由于多種因素造成的，如觀察者的非線性視覺(jué)，白光源沒(méi)有產(chǎn)生最佳色譜，諸如棱鏡、偏振片、濾光片和透鏡之類的光學(xué)元件產(chǎn)生的光失真，LCD板調(diào)制器的固有限制，以及處理無(wú)限范圍的可能顏色時(shí)能力有限的電子子系統(tǒng)。
LCD板調(diào)制器與電子子系統(tǒng)的局限性在伽馬校正區(qū)域中是重疊的。一般假設(shè)將要在CRT上顯示顏色圖像，將輸入數(shù)據(jù)信號(hào)格式化，其中CRT是一種具有顯著的非線性亮度-電壓變換響應(yīng)的裝置。在CRT顯示器上，輸入數(shù)據(jù)信號(hào)將產(chǎn)生分別根據(jù)冪律函數(shù)、如L＝kV2.2而變的紅、綠和藍(lán)光輸出或亮度值，其中k為常數(shù)，L為亮度，V為電壓。指數(shù)2.2通常稱作顯示器的灰度。這種亮度-電壓冪律函數(shù)是顯示器所需的性質(zhì)。不過(guò)，LCD板調(diào)制器并不遵從該冪律函數(shù)。從而，為了產(chǎn)生所需的亮度，LCD投影儀通常包括伽馬校正，一般以伽馬查尋表的形式，每種原色(RGB)一個(gè)表格。將伽馬查尋表與LCD顯示器的非線性亮度-電壓變換響應(yīng)(稱作LCD板的B-V響應(yīng))結(jié)合在一起，產(chǎn)生所需的冪律函數(shù)。
遺憾的是，在單板式LCD/LCoS投影儀中，在高幀速地連續(xù)掃描多種顏色時(shí)，施加在液晶像素上的模擬電壓不僅取決于由伽馬表格確定的電壓，而且在較小的程度上還取決于為先前驅(qū)動(dòng)的顏色而施加在像素上的電壓。這種殘留顏色依賴性也稱作顏色串?dāng)_，產(chǎn)生的B-V響應(yīng)使所顯示圖像中顏色不精確。特別是，希望單板式投影儀中所有三個(gè)顏色數(shù)據(jù)通道都滿足顯示器中的冪律曲線要求，從而對(duì)于所有灰度驅(qū)動(dòng)電平(即為了產(chǎn)生中間灰度圖像，提供給投影儀的R，G和B數(shù)據(jù)值彼此相等)，理想情況下在所有灰度驅(qū)動(dòng)電平時(shí)三種顏色光輸出的比率將相等，并且可在顯示器上實(shí)現(xiàn)所需的灰度等級(jí)跟蹤特性。不過(guò)，由于單板式LCD/LCoS顯示器中顏色驅(qū)動(dòng)電壓的相互依存性，不能進(jìn)行完美的冪律跟蹤，從而不能實(shí)現(xiàn)良好的灰度等級(jí)跟蹤。
因此，盡管伽馬表格是有益的，不過(guò)其不能產(chǎn)生高質(zhì)量單板式LCD/LCoS投影儀中所需的顏色性質(zhì)和灰度等級(jí)跟蹤。其一個(gè)原因是伽馬表格不包含精確地補(bǔ)償顏色串?dāng)_的表格數(shù)值。伽馬表格數(shù)值沒(méi)有產(chǎn)生所需結(jié)果的一個(gè)原因是，還沒(méi)有用于確定精確補(bǔ)償顏色串?dāng)_的伽馬表格數(shù)值的方法。
從而，用于產(chǎn)生伽馬校正值的一種新方法是有益的。將施加的(RGB)數(shù)字像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成伽馬校正(RGB)值以補(bǔ)償以前所顯示的顏色的伽馬表格也是有益的。更有益的是根據(jù)LCD板的B-V性質(zhì)并用以前所顯示的顏色進(jìn)行伽馬補(bǔ)償?shù)膯伟迨絃CD投影儀。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決這些問(wèn)題中的一個(gè)或多個(gè)，本文中所述的產(chǎn)生伽馬校正值的方法，使用原始、線性導(dǎo)出的三色伽馬值產(chǎn)生三色圖像，測(cè)量三色圖像，并得出圖像的亮度-電壓(B-V)特性。然后，執(zhí)行計(jì)算過(guò)程，其中計(jì)算出新的三色伽馬校正值，由所獲得的圖像的特性產(chǎn)生預(yù)定的冪律響應(yīng)，使用這些新計(jì)算出的伽馬校正值用于產(chǎn)生新的三色圖像，并測(cè)量所產(chǎn)生的這些三色圖像，得到圖像的亮度-數(shù)據(jù)特性。重復(fù)該計(jì)算過(guò)程直至伽馬校正值產(chǎn)生滿足預(yù)定冪律性質(zhì)的亮度-數(shù)據(jù)特性為止。
在本發(fā)明另一方面，本文中披露的對(duì)LCD顯示器進(jìn)行伽馬校正的方法包括，將原始、線性導(dǎo)出的RED、GREEN和BLUE伽馬值存儲(chǔ)到RED、GREEN和BLUE伽馬表格中。使用LCD板，利用線性導(dǎo)出的伽馬值產(chǎn)生RED、GREEN和BLUE圖像。測(cè)量圖像性質(zhì)，得到該LCD板的亮度-電壓(B-V)特性。使用這些性質(zhì)確定產(chǎn)生預(yù)定冪律響應(yīng)的RED、GREEN和BLUE伽馬校正值。保存伽馬校正值，并使用LCD板，利用該伽馬校正值產(chǎn)生新圖像。測(cè)量圖像性質(zhì)，并使用新的測(cè)量結(jié)果得出LCD板的亮度-數(shù)據(jù)特性。確定、保存和使用新的伽馬校正值產(chǎn)生圖像，并測(cè)量其性質(zhì)。重復(fù)該過(guò)程直至獲得產(chǎn)生滿足預(yù)定冪律性質(zhì)的LCD板亮度-數(shù)據(jù)特性的最終伽馬校正值為止。然后保存最終的伽馬校正值以備將來(lái)使用。
在本發(fā)明另一方面，本文中公開的投影儀包括一組將像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對(duì)于相關(guān)原色的伽馬校正數(shù)據(jù)的三原色伽馬表格；根據(jù)來(lái)自三原色伽馬表格的伽馬校正數(shù)據(jù)有選擇地調(diào)制輸入光束的LCD板調(diào)制器；有選擇地將三原色光束提供給LCD板調(diào)制器的光源；輸入系統(tǒng)，用于為每個(gè)原色伽馬表格產(chǎn)生原色數(shù)字像素?cái)?shù)據(jù)；以及成像系統(tǒng)，通過(guò)來(lái)自LCD板調(diào)制器的調(diào)制輸入光束，在觀察屏上產(chǎn)生圖像。通過(guò)上面所述的一種方法確定每個(gè)三原色伽馬表格中的伽馬校正數(shù)據(jù)。


在附圖中圖1表示本發(fā)明實(shí)施例可使用的單板式LCD投影儀；圖2表示諸如圖1投影儀的單板式LCD投影儀的信號(hào)流程；圖3表示根據(jù)本發(fā)明確定用于單板式LCD投影儀的伽馬校正值的方法；以及圖4表示特定算法如何確定伽馬校正值。
具體實(shí)施例方式
圖1表示每種原色具有一個(gè)伽馬表格的單板式LCD投影儀8。單板式LCD投影儀8包括控制投影儀整體操作的控制器10。在初始化過(guò)程中，控制器10從存儲(chǔ)器12取回伽馬校正數(shù)據(jù)?？刂破?0通過(guò)數(shù)據(jù)總線17，將RED伽馬校正數(shù)據(jù)發(fā)送給RED伽馬表格14、將GREEN伽馬校正數(shù)據(jù)發(fā)送給GREEN伽馬表格16，將BLUE伽馬校正數(shù)據(jù)發(fā)送給BLUE伽馬表格18。隨后將更詳細(xì)地說(shuō)明伽馬校正數(shù)據(jù)的確定過(guò)程。
控制器10還通過(guò)總線15控制數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)20的操作，并通過(guò)數(shù)據(jù)總線17控制光源21的操作。數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)20將線路22上的輸入數(shù)據(jù)信號(hào)(如電視信號(hào)或來(lái)自計(jì)算機(jī)的信號(hào))轉(zhuǎn)變成8位(或者如果應(yīng)用需要的話更多位，并提供給顯示器)顏色圖像信號(hào)RIN、GIN和BIN，這些信號(hào)表示將要產(chǎn)生的顏色圖像。RIN施加給RED伽馬表格14，GIN施加給GREEN伽馬表格16，BIN施加給BLUE伽馬表格18。
根據(jù)來(lái)自存儲(chǔ)器12的伽馬校正數(shù)據(jù)，RED伽馬表格14將RIN轉(zhuǎn)換成總線24上經(jīng)過(guò)伽馬校正的RED數(shù)據(jù)，GREEN伽馬表格16將GIN轉(zhuǎn)換成總線26上經(jīng)過(guò)伽馬校正的GREEN數(shù)據(jù)，BLUE伽馬表格18將BIN轉(zhuǎn)換成總線28上經(jīng)過(guò)伽馬校正的BLUE數(shù)據(jù)。在控制器10的整體控制下，經(jīng)過(guò)伽馬校正的RED、GREEN和BLUE數(shù)據(jù)通過(guò)從輸入系統(tǒng)20引出的總線107，有選擇地控制LCD板調(diào)制器30的操作。
控制器10控制光源21，使RED光R，GREEN光G和BLUE光B連續(xù)施加給LCD板調(diào)制器30。在第一顏色子幀中，將RED光R施加給LCD板調(diào)制器30，從而根據(jù)經(jīng)過(guò)伽馬校正的RED數(shù)據(jù)調(diào)制RED光R，產(chǎn)生已調(diào)光束34。已調(diào)光束34通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)48，光學(xué)系統(tǒng)48在觀察屏50上掃描已調(diào)光束34。在下一顏色子幀中，GREEN光G施加給LCD板調(diào)制器30，LCD板調(diào)制器30根據(jù)經(jīng)過(guò)伽馬校正的GREEN數(shù)據(jù)調(diào)制GREEN光G，產(chǎn)生已調(diào)光束34。在下一顏色子幀中，BLUE光B施加給LCD板調(diào)制器30，LCD板調(diào)制器30根據(jù)經(jīng)過(guò)伽馬校正的BLUE數(shù)據(jù)調(diào)制BLUE光B，產(chǎn)生已調(diào)光束34。通過(guò)在RED、GREEN和BLUE之間快速地切換，觀察者在觀察屏50上看到全顏色圖像。在有些單板式投影結(jié)構(gòu)中，三色子幀按照空間偏移的方式同時(shí)施加給LCD板調(diào)制器。從而，在某些給定方向，光條或光帶在面板上滾動(dòng)。在任何情況下，當(dāng)子幀以高幀速在面板上掃描時(shí)，觀察者都能看到全顏色圖像。
圖2更詳細(xì)地說(shuō)明了向LCD板調(diào)制器30施加經(jīng)過(guò)伽馬校正的顏色數(shù)據(jù)。為了方便，圖2具體說(shuō)明了施加經(jīng)過(guò)伽馬校正的RED數(shù)據(jù)，不過(guò)對(duì)于其他顏色進(jìn)行同樣的處理。首先，計(jì)數(shù)器102在線路104上接收來(lái)自精確時(shí)鐘(為了清楚起見圖中未示出)的定時(shí)信號(hào)。作為響應(yīng)，計(jì)數(shù)器102產(chǎn)生將要施加給RED伽馬表格14的256個(gè)數(shù)字值序列。這256個(gè)時(shí)鐘周期合起來(lái)相當(dāng)于對(duì)于顯示板一行的驅(qū)動(dòng)時(shí)間。在單板式顯示器的情形中，在任何時(shí)刻由用于單種顏色的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)面板的每一行，并且在顯示幀期間內(nèi)，在適當(dāng)時(shí)刻按照依次的方式，使用用于三種顏色中每一種的驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)所有行。如上所述，RED伽馬表格14存儲(chǔ)用于RED數(shù)據(jù)的伽馬校正表格數(shù)值。
還參照?qǐng)D2，RED伽馬校正表格14將來(lái)自計(jì)數(shù)器102的數(shù)字值映射成具有固定分辨率的例如13位的經(jīng)過(guò)伽馬校正的RED數(shù)值序列(8192個(gè)可能數(shù)值中的一個(gè))。經(jīng)過(guò)伽馬校正的RED數(shù)值被輸入數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)106，其中數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器106是LCD調(diào)制器30的一部分。DAC106將經(jīng)過(guò)伽馬校正的RED數(shù)值序列轉(zhuǎn)換成將要施加給列驅(qū)動(dòng)器108(為了清楚僅表示出三個(gè)，實(shí)際上將有例如1280個(gè)列驅(qū)動(dòng)器108，一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器用于顯示器中的一列)的離散的模擬電壓。列驅(qū)動(dòng)器108將來(lái)自DAC106的模擬電壓施加給LCD板的各列。對(duì)于某一特定列，當(dāng)計(jì)數(shù)器102達(dá)到用于該列的所需紅數(shù)值時(shí)，總線107上從輸入系統(tǒng)20施加給開關(guān)矩陣109的信號(hào)，使開關(guān)110斷開該列(用電容128表示對(duì)于該列給定行上的像素)與其列驅(qū)動(dòng)器108。由列驅(qū)動(dòng)器108施加的電壓保持在電容128上，直至由用于下一種顏色子幀的特定顏色數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)所述給定行為止。其他列(和用電容129，130等表示的給定行的像素)繼續(xù)充電，直至達(dá)到其預(yù)定值，此時(shí)它們與其相關(guān)的行驅(qū)動(dòng)器108斷開。
選擇由電容128保持的模擬電壓以便產(chǎn)生特定灰度等級(jí)。如前面所述，線路22上的輸入信號(hào)(參見圖1和2)可以基于用于CRT的亮度-電壓變換(即為此進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償)。輸入系統(tǒng)20將其輸入信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字像素RGB數(shù)據(jù)。不過(guò)，LCD調(diào)制器30的響應(yīng)與CRT極其不同。不進(jìn)行伽馬校正的話，數(shù)字像素RGB數(shù)據(jù)不適合于驅(qū)動(dòng)LCD調(diào)制器30。RED、GREEN和BLUE伽馬表格14、16和18的任務(wù)是將數(shù)字像素RGB數(shù)據(jù)校正成模擬電壓值，以便對(duì)于所有灰度等級(jí)產(chǎn)生正確的亮度輸出，伽馬表格14、16和18將來(lái)自輸入系統(tǒng)20的數(shù)字像素RGB數(shù)值轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)值，由DAC 106產(chǎn)生模擬電壓，該DAC106在觀察屏50上產(chǎn)生指定的顏色和亮度。從而，伽馬表格補(bǔ)償LCD調(diào)制器30的非線性光電響應(yīng)，產(chǎn)生嚴(yán)格定義的RGB亮度和顏色分布。
可使用單步方法產(chǎn)生伽馬表格。首先，在假設(shè)LCD的模擬電壓與像素?cái)?shù)據(jù)成線性正比的條件下，用從線性轉(zhuǎn)移函數(shù)得出的數(shù)字值填充特定的伽馬表格。然后，通過(guò)使用線性紅、綠和藍(lán)數(shù)字?jǐn)?shù)值，對(duì)于紅、綠和藍(lán)色中的每一種測(cè)量LCD的B-V響應(yīng)，來(lái)確定通常稱作亮度-電壓曲線(B-V曲線)的LCD的非線性光電響應(yīng)。希望總體響應(yīng)遵從冪律函數(shù)，即顯示器應(yīng)當(dāng)根據(jù)冪律曲線(有些類似L＝V2.2)輸出定義的紅、綠和藍(lán)亮度值，實(shí)際函數(shù)取決于LCD板調(diào)制器30。接下來(lái)，根據(jù)冪律曲線，將測(cè)得的B-V曲線反轉(zhuǎn)，即對(duì)于256個(gè)已知或希望的亮度值，每一個(gè)相當(dāng)于一個(gè)特定的8位數(shù)值，確定產(chǎn)生所需模擬電壓的伽馬校正查尋表(通常通過(guò)內(nèi)插法)，并存儲(chǔ)(在諸如存儲(chǔ)器12中)以備將來(lái)使用。
不過(guò)，對(duì)于單板式LCD投影儀，顯然該單步方法對(duì)于目前工藝水平、高質(zhì)量成像是不夠的。實(shí)際上，在非理想情況下，LCD板顯示器在理想情況下計(jì)算出的或希望的亮度-數(shù)據(jù)冪律曲線與由該單步方法產(chǎn)生的伽馬校正表格所產(chǎn)生的測(cè)得亮度-數(shù)據(jù)曲線之間發(fā)生偏離。這種偏離是由于LCD板的時(shí)間動(dòng)態(tài)性所引起的，其中液晶改變其取向/扭曲所需的時(shí)間取決于所施加的模擬電壓。施加于液晶像素上的模擬電壓不僅取決于伽馬表格決定的電壓，而且在較小程度上還取決于對(duì)于先前被驅(qū)動(dòng)顏色施加于該像素上的電壓。由于單板式LCD投影儀以遠(yuǎn)快于多板式LCD投影儀的速度掃描，所以每種顏色的驅(qū)動(dòng)時(shí)間相當(dāng)短，且亮度響應(yīng)的上升/下降時(shí)間是總驅(qū)動(dòng)時(shí)間中的重要部分。從而，這些問(wèn)題在單板式LCD投影儀中更加明顯，導(dǎo)致所顯示的圖像顏色不精確。
根據(jù)本發(fā)明，可按照一種迭代方式獲得更精確的伽馬表格。使用原始的、線性導(dǎo)出的RED、GREEN和BLUE伽馬表格數(shù)值產(chǎn)生灰度圖像(即相等的R、G和B數(shù)據(jù)值)，然后測(cè)量顯示器輸出的RED、GREEN和BLUE亮度圖像，以得到顯示器的亮度-數(shù)據(jù)特性。接下來(lái)，計(jì)算新的一組RED、GREEN和BLUE伽馬校正查尋表數(shù)值，以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)牧炼?數(shù)據(jù)冪律響應(yīng)。之后，使用新計(jì)算出的伽馬校正值產(chǎn)生新的灰度圖像，再次測(cè)量該新的灰度圖像，以確定RED、GREEN和BLUE亮度-數(shù)據(jù)特性。然后確定亮度-數(shù)據(jù)響應(yīng)中的誤差，并使用其來(lái)計(jì)算新的與所希望的冪律響應(yīng)更匹配的RED、GREEN和BLUE伽馬校正值。使用新計(jì)算出的伽馬校正值產(chǎn)生圖像、測(cè)量圖像以找出亮度-數(shù)據(jù)響應(yīng)，并使用誤差得出新伽馬校正值的過(guò)程繼續(xù)迭代進(jìn)行，直至顯示器的亮度-數(shù)據(jù)特性與所希望的冪律特性匹配，且直至顯示器的灰度等級(jí)跟蹤滿足所需的性能級(jí)別為止。
本發(fā)明的原理還使諸如圖1中所示的單板式LCD投影儀具有改進(jìn)的伽馬校正。通過(guò)使用保存通過(guò)迭代方法產(chǎn)生的伽馬校正值的RED、GREEN和BLUE伽馬表格，有利于實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的伽馬校正。迭代方法包括使用LCD板調(diào)制器，利用原始的、線性導(dǎo)出的RED、GREEN和BLUE伽馬數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖像。然后，測(cè)量RED、GREEN和BLUE圖像，以得到LCD板調(diào)制器的亮度-數(shù)據(jù)特性。接下來(lái)，計(jì)算可產(chǎn)生適當(dāng)冪律響應(yīng)的RED、GREEN和BLUE伽馬校正值。然后，使用LCD板調(diào)制器，利用新計(jì)算出的伽馬校正值產(chǎn)生新圖像，再次測(cè)量新圖像以確定RED、GREEN和BLUE亮度-數(shù)據(jù)特性。之后確定亮度-數(shù)據(jù)響應(yīng)中的誤差，并使用其來(lái)計(jì)算與所需的冪律響應(yīng)更加匹配的、新的RED、GREEN和BLUE伽馬校正值。使用LCD板調(diào)制器，利用新計(jì)算出的伽馬校正值產(chǎn)生圖像，測(cè)量該圖像以獲得亮度-數(shù)據(jù)響應(yīng)，并使用誤差得出新的伽馬校正值的過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，直至顯示器的亮度-數(shù)據(jù)響應(yīng)特性與所需的冪律特性匹配，且直至顯示器的灰度等級(jí)跟蹤滿足所需的性能級(jí)別為止。有利的是，將產(chǎn)生可接受亮度-數(shù)據(jù)響應(yīng)特性的伽馬校正值保存在諸如存儲(chǔ)器12中以備將來(lái)使用。
現(xiàn)在詳細(xì)參照?qǐng)D3，圖3說(shuō)明了方法200，其根據(jù)本發(fā)明確定用于伽馬表格(如圖1中的伽馬表格14、16和18)的伽馬校正值。如圖所示，該方法開始于步驟202，繼而在步驟204利用線性導(dǎo)出的伽馬值填充RED、GREEN和BLUE伽馬表格。然后，在步驟206使用線性灰度圖像數(shù)值測(cè)量LCD板調(diào)制器(參見圖1)的光度(亮度)和顏色性質(zhì)。
一起使用光度(亮度)和顏色性質(zhì)測(cè)量(對(duì)于每個(gè)顏色通道有效地測(cè)量板的亮度-數(shù)據(jù)響應(yīng))以及DAC106(參見圖2)的性質(zhì)，以得出LCD板調(diào)制器的B-V響應(yīng)。在步驟208，根據(jù)得到的B-V響應(yīng)，計(jì)算出新的一組伽馬校正值，并將其填充到RED、GREEN和BLUE伽馬表格中。從而，最初，方法200與單步方法類似。不過(guò)，與單步方法不同的是，使用步驟208中計(jì)算出的伽馬校正值產(chǎn)生LCD板上的新灰度圖像。在步驟210，按照與步驟206的測(cè)量方法相似的方式，測(cè)量新圖像的亮度和顏色特征。之后，在步驟212判斷LCD板是否被伽馬校正到可接受的限度內(nèi)。主觀上，有益地設(shè)定可接受限度，使LCD板的伽馬校正足夠精確，從而受過(guò)專門訓(xùn)練的觀察者能看到LCD板所產(chǎn)生的高質(zhì)量信息。客觀上，通過(guò)確定用于比較對(duì)于所有三種顏色顯示器的測(cè)得亮度-數(shù)據(jù)響應(yīng)與理想或所需冪律亮度-數(shù)據(jù)響應(yīng)的誤差判據(jù)，來(lái)設(shè)定可接受限度。
如果確定結(jié)果為伽馬校正并非處于可接受限度內(nèi)，則方法200按照迭代方式返回步驟208，以便計(jì)算和裝入新的RED、GREEN和BLUE伽馬校正值到表格中。最好，基于步驟212中得到的誤差來(lái)計(jì)算新的RED、GREEN和BLUE伽馬校正值。即，用于獲得新伽馬表格數(shù)值的算法使用步驟210中獲得的測(cè)量結(jié)果與所需冪律響應(yīng)之間的誤差。然后，使用新計(jì)算出的伽馬校正值來(lái)驅(qū)動(dòng)LCD板(步驟208)，并進(jìn)行新的亮度和顏色測(cè)量(步驟210)。進(jìn)行新一次確定，確定LCD板是否被伽馬校正到步驟212設(shè)定的可接受的限度內(nèi)。如果沒(méi)有，則重復(fù)該過(guò)程。不過(guò)，如果步驟212中判斷為L(zhǎng)CD板30被伽馬校正到可接受范圍內(nèi)，則在步驟214終止方法200。
應(yīng)當(dāng)注意，與單步方法相比，方法200不需要附加的或新設(shè)備。不過(guò)，基于步驟212中確定的誤差計(jì)算伽馬校正值的新算法是有益的。該算法取決于被伽馬校正的具體系統(tǒng)，本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮到所希望的結(jié)果、可用測(cè)量設(shè)備、所選擇的接受標(biāo)準(zhǔn)以及被伽馬校正的具體系統(tǒng)之后，易于得到該算法。不過(guò)，為了在其他方面有所幫助，將描述對(duì)于本發(fā)明的受讓人有益的一種方法。
應(yīng)當(dāng)注意，最終的伽馬表格使用理想的冪律響應(yīng)提供從灰度等級(jí)(G)到歸一化亮度(Ld)的所需轉(zhuǎn)移函數(shù)Ld(G)＝(G/255)γ(1)
盡管理論上公式1是正確的，不過(guò)實(shí)際上，對(duì)于灰度等級(jí)0(暗態(tài))亮度不會(huì)為0。這是由于對(duì)于每個(gè)R、G或B通道反差值有限的原因。從而，實(shí)際上，使用公式2Ld(G)＝L0+L1(G/255)γ(2)其中L0和L1分別為對(duì)于任何顏色用于構(gòu)模最小亮度和亮度動(dòng)態(tài)范圍的偏移量和增益因子。
實(shí)際上，測(cè)得的亮度響應(yīng)偏離所需的冪律響應(yīng)。不過(guò)，上述迭代伽馬表格更新方法補(bǔ)償了該偏離。首先，將表示為g0(x)的初始伽馬表格數(shù)值裝入伽馬表格中，其中下標(biāo)0表示迭代次數(shù)。下一組伽馬表格數(shù)值為g1(x)，等等。初始伽馬表格數(shù)值是線性和單調(diào)的。將測(cè)得的以灰度等級(jí)G(x)為函數(shù)的顯示器的亮度輸出寫作Lm(x)，而將所需的亮度函數(shù)寫作Ld(x)。
利用裝入表格中的g0(x)，測(cè)量對(duì)于范圍從0到255的一組至少25個(gè)灰度等級(jí)G(x)(可等間隔)的亮度響應(yīng)Lm(x)。例如灰度等級(jí)可以為0、10、20、30、...、240、250和255。亮度響應(yīng)或者是針對(duì)一種顏色(紅、綠或藍(lán))，或者針對(duì)根據(jù)可使用的一種顏色測(cè)量結(jié)果確定紅、綠和藍(lán)亮度成分的測(cè)量裝置。將每種顏色的最大亮度歸一化，使灰度等級(jí)G(255)處函數(shù)Lm(x)達(dá)到最大值1.0。
圖4表示對(duì)于單種顏色，以范圍從0到255的灰度等級(jí)為函數(shù)的伽馬表格曲線gn(x)以及歸一化Lm(x)和歸一化Ld(x)曲線。示出的四個(gè)步驟(步驟1到步驟4)概括了從當(dāng)前的迭代更新伽馬曲線的算法步驟，從而使亮度-數(shù)據(jù)曲線測(cè)量過(guò)程中的下一次迭代與所需的亮度-數(shù)據(jù)曲線更精確地匹配。通過(guò)比較Lm(x)與Ld(x)，找出伽馬表格數(shù)值結(jié)果與所需冪律的“擬合”估計(jì)值。理想情況下，這兩個(gè)曲線應(yīng)當(dāng)重疊，不過(guò)如前面所述，預(yù)計(jì)在某些或者所有灰度等級(jí)處存在某些誤差。
為了更新伽馬表格，從而提高擬合性，描述圖4中所示的四個(gè)步驟。首先從0到255中選擇一個(gè)灰度等級(jí)(例如，G＝128)。使用公式2的所需冪律函數(shù)計(jì)算對(duì)于該灰度等級(jí)的所需歸一化光輸出，表示為L(zhǎng)d(圖4中示為步驟1的結(jié)果)。
然后，使用測(cè)得的亮度-數(shù)據(jù)曲線Lm(x)，通過(guò)反向插值方法，計(jì)算產(chǎn)生來(lái)自用于選定灰度等級(jí)G的當(dāng)前伽馬表格的所需光輸出Ld的灰度等級(jí)Gd。反向插值意味著測(cè)得的亮度是自變量，計(jì)算出的灰度等級(jí)Gd是因變量。該插值方法從Lm(x)曲線插入值Ld，以計(jì)算Gd。如圖4中步驟2所示。應(yīng)當(dāng)注意的是，由于插值，計(jì)算出的灰度等級(jí)Gd不必是整數(shù)值；從而優(yōu)選具有0和255之間的浮點(diǎn)表示。注意，對(duì)于反向插值而言函數(shù)Lm(x)必須是單調(diào)的，以適當(dāng)?shù)仄鹱饔?。不過(guò)，如果適當(dāng)選擇原始表格數(shù)值g0(x)，則亮度函數(shù)Lm(x)將是單調(diào)的。這表明在使用當(dāng)前的伽馬表格時(shí)，灰度等級(jí)G所需的光輸出等于灰度等級(jí)Gd產(chǎn)生的光，在數(shù)學(xué)上Ld(G)＝Lm(Gd)m對(duì)于我們的例子而言，如果在步驟1中選擇了G＝128，則由對(duì)于灰度等級(jí)Gd的伽馬表格項(xiàng)實(shí)際產(chǎn)生灰度等級(jí)G＝128所需的光輸出；該數(shù)值與128的灰度等級(jí)數(shù)值稍有不同，不過(guò)根據(jù)測(cè)量結(jié)果與所需冪律的擬合誤差，可更大或更小。
之后，對(duì)于所計(jì)算出的灰度等級(jí)Gd，使用當(dāng)前加載的伽馬表格找到用于下一次迭代的伽馬表格數(shù)值一圖4上部象限中的曲線gn(x)代表當(dāng)前加載的伽馬表格。通過(guò)將電壓值gn(x)插入當(dāng)前伽馬表格，從而對(duì)于灰度等級(jí)Gd，尋找出更新的伽馬表格項(xiàng)，如Vd所示。如圖4中步驟3所示。這種插值相當(dāng)簡(jiǎn)單，因?yàn)楫?dāng)前的伽馬表格項(xiàng)是單調(diào)的，從而所需要的僅是使用伽馬表格中最接近計(jì)算出的灰度等級(jí)Gd的項(xiàng)插入新項(xiàng)。可使用線性內(nèi)插或低階多項(xiàng)式/仿樣內(nèi)插法進(jìn)行該計(jì)算。
然后，圖4中步驟4指定該伽馬表格項(xiàng)Vd，從而形成用于灰度等級(jí)G的下一次迭代伽馬表格gn+1(x)。
概括而言，步驟1到4說(shuō)明了假設(shè)現(xiàn)有伽馬表格為gn(x)，所需亮度-數(shù)據(jù)曲線為L(zhǎng)d(x)且對(duì)于現(xiàn)有伽馬表格而言表示亮度-數(shù)據(jù)測(cè)量的曲線為L(zhǎng)m(x)，則對(duì)于某一選定的灰度等級(jí)G如何計(jì)算更新的伽馬表格項(xiàng)Vd。如果對(duì)于從0到255的所有灰度等級(jí)重復(fù)步驟1到4，則對(duì)于每個(gè)灰度等級(jí)可計(jì)算新的伽馬表格項(xiàng)，從而產(chǎn)生新伽馬表格曲線gn+1(x)。該新的伽馬表格曲線，當(dāng)加載到投影儀的電子設(shè)備中時(shí)，與前一伽馬表格相比將提供與所需亮度-數(shù)據(jù)曲線更精確的匹配。然后重復(fù)該過(guò)程，產(chǎn)生滿足誤差判據(jù)的伽馬表格。
此處給出的實(shí)施例和例子用于解釋本發(fā)明和其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域技術(shù)人員能制造和使用本發(fā)明。不過(guò)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，上面的描述和例子僅用于說(shuō)明和示例的作用。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可以想到其他實(shí)施例和其等效方式，以及本發(fā)明的其他方面、目的和優(yōu)點(diǎn)。例如，盡管上面使用三原色光進(jìn)行描述，不過(guò)其普遍方案也適用于使用更多色光的系統(tǒng)。從而，可通過(guò)對(duì)附圖、說(shuō)明書和所附權(quán)利要求的研究得到本發(fā)明的原理。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生伽馬校正值的方法，包括(a)使用原始的、線性導(dǎo)出的伽馬值產(chǎn)生針對(duì)一種顏色的灰度等級(jí)圖像；(b)測(cè)量該灰度等級(jí)圖像；(c)獲得灰度等級(jí)圖像的亮度-電壓(B-V)特性；(d)根據(jù)得到的灰度等級(jí)圖像特性計(jì)算產(chǎn)生預(yù)定響應(yīng)的新伽馬校正值；(e)使用步驟(d)中新計(jì)算出的伽馬校正值產(chǎn)生新灰度等級(jí)圖像；(f)測(cè)量步驟(e)中產(chǎn)生的灰度等級(jí)圖像；(h)根據(jù)步驟(f)的測(cè)量結(jié)果得到灰度等級(jí)圖像的亮度-數(shù)據(jù)特性；以及(i)重復(fù)步驟(d)到(h)，直至伽馬校正值產(chǎn)生滿足預(yù)定特性的亮度-數(shù)據(jù)特性為止。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(i)還包括重復(fù)步驟(d)到(h)，直至圖像的灰度等級(jí)跟蹤滿足預(yù)先確定的性能級(jí)別為止。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(d)包括使用亮度-數(shù)據(jù)特性中的誤差來(lái)計(jì)算新伽馬校正值。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述顏色為一種原色。
5.一種對(duì)LCD顯示器進(jìn)行伽馬校正的方法，包括(a)將原始的、線性導(dǎo)出的RED、GREEN和BLUE伽馬值存儲(chǔ)到RED、GREEN和BLUE伽馬表格中；(b)使用LCD板，利用原始的、線性導(dǎo)出的RED、GREEN和BLUE伽馬值產(chǎn)生RED、GREEN和BLUE灰度等級(jí)圖像；(c)測(cè)量步驟(b)中產(chǎn)生的RED、GREEN和BLUE灰度等級(jí)圖像；(d)獲得LCD板的亮度-電壓(B-V)特性；(e)使用所得到的LCD板特性計(jì)算產(chǎn)生預(yù)定冪律響應(yīng)的RED、GREEN和BLUE伽馬校正值；(f)將步驟(e)中計(jì)算出的RED、GREEN和BLUE伽馬校正值存儲(chǔ)到RED、GREEN和BLUE伽馬表格中；(g)使用具有步驟(f)中存儲(chǔ)的RED、GREEN和BLUE伽馬校正值的RED、GREEN和BLUE伽馬表格，在LCD板上產(chǎn)生新的RED、GREEN和BLUE灰度等級(jí)圖像；(h)測(cè)量步驟(g)中產(chǎn)生的RED、GREEN和BLUE灰度等級(jí)圖像；(i)根據(jù)步驟(h)中得到的測(cè)量結(jié)果得出LCD板的亮度-數(shù)據(jù)特性；以及(j)重復(fù)步驟(e)到(i)，直到獲得能產(chǎn)生滿足預(yù)定冪律特性的LCD板亮度-數(shù)據(jù)特性的最終伽馬校正值為止；并且(k)存儲(chǔ)最終伽馬校正值以備將來(lái)使用。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中步驟(j)還包括重復(fù)步驟(e)到(i)，直至LCD板的灰度等級(jí)跟蹤滿足預(yù)定的性能級(jí)別為止。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中步驟(e)包括使用LCD板的亮度-數(shù)據(jù)特性中的誤差，計(jì)算新的RED、GREEN和BLUE伽馬校正值。
8.一種投影儀，包括一組至少三個(gè)顏色伽馬表格，每個(gè)表格將像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對(duì)于相關(guān)顏色的伽馬校正數(shù)據(jù)；LCD板調(diào)制器，用于根據(jù)來(lái)自所述至少三個(gè)顏色伽馬表格的伽馬校正數(shù)據(jù)有選擇地調(diào)制輸入光束；光源，有選擇地將至少三束彩色光束施加給該LCD板調(diào)制器；輸入系統(tǒng)，產(chǎn)生用于所述至少三個(gè)顏色伽馬表格中每一個(gè)的顏色數(shù)字像素?cái)?shù)據(jù)；以及成像系統(tǒng)，通過(guò)來(lái)自LCD板調(diào)制器的調(diào)制輸入光束在觀察屏上產(chǎn)生圖像；其中通過(guò)以下步驟確定所述至少三個(gè)顏色伽馬表格的每一個(gè)中的伽馬校正數(shù)據(jù)(a)使用原始的、線性導(dǎo)出的顏色伽馬值產(chǎn)生灰度等級(jí)圖像；(b)測(cè)量所產(chǎn)生的灰度等級(jí)圖像；(c)得到所產(chǎn)生灰度等級(jí)圖像的亮度-電壓(B-V)特性；(d)根據(jù)得到的所產(chǎn)生的灰度等級(jí)圖像特性計(jì)算產(chǎn)生預(yù)定響應(yīng)的新伽馬校正值；(e)使用步驟(d)中新計(jì)算出的伽馬校正值來(lái)產(chǎn)生新的灰度等級(jí)圖像；(f)測(cè)量步驟(e)中產(chǎn)生的灰度等級(jí)圖像；(h)根據(jù)步驟(f)的測(cè)量結(jié)果得到亮度特性；(i)重復(fù)步驟(d)到(h)，直至伽馬校正值產(chǎn)生滿足預(yù)定特性的亮度-數(shù)據(jù)特性為止；和(j)將針對(duì)至少三種顏色中每一種的伽馬校正值保存在其相關(guān)的伽馬表格中。
9.如權(quán)利要求8所述的投影儀，其中步驟(i)還包括重復(fù)步驟(d)到(h)，直至伽馬校正值產(chǎn)生滿足預(yù)定性能級(jí)別的灰度等級(jí)跟蹤為止。
10.如權(quán)利要求8所述的投影儀，其中步驟(d)包括使用亮度-數(shù)據(jù)特性中的誤差來(lái)計(jì)算新伽馬校正值。
11.如權(quán)利要求8所述的投影儀，其中所述至少三個(gè)伽馬表格為RED、GREEN和BLUE。
12.如權(quán)利要求8所述的投影儀，其中所述預(yù)定的響應(yīng)為冪律響應(yīng)。
13.如權(quán)利要求8所述的投影儀，其中控制器控制所述光源。
14.如權(quán)利要求8所述的投影儀，還包括由輸入數(shù)據(jù)信號(hào)產(chǎn)生數(shù)字像素?cái)?shù)據(jù)的輸入系統(tǒng)。
15.如權(quán)利要求14所述的投影儀，其中所述輸入數(shù)據(jù)信號(hào)為電視信號(hào)。
16.如權(quán)利要求14所述的投影儀，其中所述輸入數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)自計(jì)算機(jī)。
17.如權(quán)利要求8所述的投影儀，其中所述LCD板調(diào)制器包括數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器。
18.如權(quán)利要求17所述的投影儀，其中所述LCD板調(diào)制器還包括利用模擬信息驅(qū)動(dòng)線路的驅(qū)動(dòng)器。
19.如權(quán)利要求18所述的投影儀，其中所述LCD板調(diào)制器還包括開關(guān)矩陣。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述成像系統(tǒng)包括將光投射到屏幕上的光學(xué)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于單板式LCD/LCoS投影儀的伽馬校正方法。使用原始的、線性導(dǎo)出的伽馬值產(chǎn)生灰度等級(jí)顏色圖像(如RED、GREEN和BLUE)。通過(guò)測(cè)量和計(jì)算來(lái)確定投影儀的亮度－電壓性質(zhì)。計(jì)算和使用新伽馬校正值產(chǎn)生新灰度等級(jí)顏色圖像，測(cè)量新灰度等級(jí)顏色圖像以確定其亮度－數(shù)據(jù)響應(yīng)。使用相對(duì)所需(冪律)響應(yīng)的誤差來(lái)計(jì)算改進(jìn)的伽馬校正值。重復(fù)所述的使用新計(jì)算的伽馬校正值產(chǎn)生灰度等級(jí)顏色圖像，測(cè)量灰度等級(jí)顏色圖像以得出其亮度－數(shù)據(jù)響應(yīng)，并使用誤差得出新伽馬校正值的過(guò)程，直至顯示器的亮度－數(shù)據(jù)特性與所需響應(yīng)匹配，并且直至顯示器的灰度等級(jí)跟蹤滿足所需性能級(jí)別為止。還給出了包含伽馬校正值的LCD投影儀的教導(dǎo)。
文檔編號(hào)G09G3/20GK1777927SQ200480010481
公開日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2004年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月18日
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