專利名稱：液晶顯示器gamma曲線與色溫自動測量和校正方法及系統的制作方法
所屬領域本發明專利涉及視頻顯示設備測量和校正技術，尤其適用采用GAMMA曲線與色溫測量和校正的LCD、高清晰度背投等多種用途的電視、電腦顯示器以及TN(扭曲向列型)、STN(超扭曲向列型)、DSTN(雙層超扭曲向列型)、TFT(薄膜晶體管型)等多種結構的液晶顯示器，用于上述產品在生產、檢測和維修過程中的GAMMA曲線與色溫自動測量和校正的方法及系統。
背景技術：
目前，液晶顯示器應用范圍廣闊，已進入社會各個領域和走進千家萬戶，顯示器的型式包括臺式和筆記本電腦顯示器、工業電子屏、臺式電視機、背投和等離子電視機等。以矩陣LCD液晶顯示器顯像原理為例，它是基于將液晶置于兩片導電玻璃之間，兩個電極間電場的驅動效應，引起液晶分子扭曲向列，控制光源的透射與遮蔽而形成明暗的影像顯示，借助于彩色濾光片可顯示彩色影像。
眾所周知，液晶顯示器件的電光轉換特性由玻璃基板、液晶材料和濃度、驅動電路所決定，與驅動電壓有關。如圖1所示，當驅動電壓在驅動電壓閾值V1和飽和電壓值V2之間時，液晶顯示器件的透光率與驅動電壓才有較好的線性。而符合人眼視覺的電光特性如圖2所示，人眼視覺觀賞對暗場的亮度變化敏感，能分辨灰度的細微變化，而對亮場的光度變化不敏感，灰度分辨率差。由于LCD電光轉換特性與符合人眼視覺的電光特性有很大差異，LCD不能保證重現景物的灰度等級，若R、G、B三基色的電光轉換曲線不相同(或離散)，如圖3，不能重現白場的顏色，則會出現白平衡誤差。因此，液晶顯示器的電光轉換特性必須經過校正，以便符合人眼視覺的電光特性。液晶顯示器的電光轉換特性一般采用人工調試校正，憑借調試人員的視覺和經驗進行調試和校正。
現有的液晶顯示器校正技術公開號為2002-123232的日本專利《Device And Method For Correcting GAMMA Voltage And Video Data OfLiquid Crystal Display Device》，GAMMA校正系統未采用白平衡測量和調整；公開號為05-298604的日本專利《GAMMA Characteristic CorrectingMethod For Liquid Crystal Display Device And Liquid Crystal DisplayDevice》，校正液晶顯示器灰階特性的方法采用輝度計。
現有技術存在下列缺陷(1)人眼評價液晶顯示器各個灰階的亮度及顏色，受到操作人員的水平、經驗和環境等因素的制約，人工校正液晶顯示器的GAMMA曲線和白平衡，不能保證產品的灰階重現和白平衡調整的性能；(2)校正液晶顯示器灰階特性的系統采用輝度計，不能同時測量和校正紅、綠、蘭三色的GAMMA曲線，GAMMA校正的效率低，而且校正效果差。
(3)采用不具有白平衡測量和調整功能的GAMMA校正系統，無法在校正液晶顯示器灰階特性后再作白平衡測量和調整，因而不能進一步直觀檢驗GAMMA曲線校正效果；(4)隨著液晶顯示技術的不斷發展，現有技術的GAMMA曲線校正系統，需要視頻信號源的規格更多，采用分離的視頻信號源的硬件系統，配置較復雜，操作不簡捷。
發明內容
為了克服現有技術的上述缺點，本發明專利提出一種液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正方法及系統。系統主機集視頻信號源、GAMMA曲線與色溫自動測量和校正軟件與信號處理機于一體，系統配置簡單，GAMMA校正和白平衡調整軟件調用方便，可快速完成對液晶顯示器的GAMMA曲線與色溫的自動測量和校正，并直觀檢驗GAMMA曲線校正效果。
本發明采用的技術方案是液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正方法及系統，液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正方法包括下列步驟(1)首先建立液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正系統，該系統包括系統主機、探測器、彩色分析儀、視頻信號源、數據接口及系統測量和校正軟件，系統主機預裝有操作系統；(2)將被測液晶顯示器接入液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正系統；(3)系統具有可供選擇的測量和校正的方式GAMMA測量和校正、白平衡測量和調整；(4)GAMMA曲線測量和校正a.啟動系統GAMMA曲線測量和校正程序；b.設置相關參數①選擇測量和校正的灰階，有8、16、32、64、128、256階可供選擇；②選擇視頻信號模式有AV模式、VGA模式，可供選擇；③設定GAMMA校正標準曲線；c.通信狀態自檢檢查系統主機與I2C總線接口板及彩色分析儀的通信狀態，以便確認系統工作正常；d.用線性GAMMA校正數據C(K，I)＝I，(I＝1～256個灰階；K＝R、G、B三色)，更新被測液晶顯示器的GAMMA表；e.系統主機控制信號根據設定的灰階數，按“步距”變化測試信號，接收彩色分析儀對每一灰階顏色的測量數據結果并進行計算處理，得到被測液晶顯示器的紅、綠、藍三色輸出光強度L(K，I)，及實際的GAMMA曲線送監視器顯示；系統主機按下列公式計算得到信號轉換系數A(K，I)L(K，I)＝A(K，I)C(K，I)/I(1)式中I為256個灰階的輸入信號，I＝1～256；K為RGB分量，K＝R、G、B；L(K，I)為被測液晶顯示器的紅、綠、藍三色輸出光強度；C(K，I)為被測液晶顯示器RGB分量在GAMMA校正表中的數據；f.根據設定的標準GAMMA曲線，由公式1按步距插值計算，對每一灰階值下的RGB紅綠藍三色信號計算GAMMA校正系數C(K，I)；g.用新的GAMMA校正系數C(K，I)更新被測液晶顯示器的GAMMA校正表；h.重復e.、f.、g.三過程，將被測液晶顯示器的GAMMA曲線校正到標準曲線值；i.通過監視器顯示的GAMMA校正效果圖，確認對被測液晶顯示器GAMMA曲線測量和校正的結果；(5)白平衡測量和調整a.啟動系統白平衡測量調整程序；b.選擇自動調整或人工調整；1)設置調整參數①選擇測量通道；②選擇白平衡調整工藝；③設定標準白場色坐標及允許誤差；④設置標準白場的亮度值及允許誤差；2)自動調整的I2C參數設置①存儲地址；②預置三槍亮場和暗場的RGB初始值；③取值范圍；
④調整時限；c.系統主機控制白場信號源產生亮場或暗場全白信號，并接收彩色分析儀傳來的測量結果x，y，Y數據，并顯示與信號標準的誤差值；d.根據顯示的誤差值，手工或自動調整亮場或暗場的色坐標和亮度；e.亮場和暗場的誤差值均合格后，完成白平衡測量和調整。
所述方法構成的液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正系統，包括系統主機、探測器、彩色分析儀、視頻信號源、數據通信接口及系統測量和校正軟件，在于(1)所述的系統主機為工業控制機或PC機；(2)所述的探測器為帶有光學成像鏡頭的色度探測器；(3)所述的視頻信號源，包括視頻VGA和AV信號源，可為獨立的信號源或信號源插件板；(4)所述的數據接口，包括系統總線接口、串行通信接口；(5)所述的系統測量和校正軟件，包括GAMMA曲線測量和校正軟件以及色溫測量和調整軟件，軟件加載在系統主機上。
所述的液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正系統，在于所述的系統配置的視頻信號插件板包括VGA信號插件板和AV信號插件板，插入系統主機的插槽內。
所述的液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正系統，在于所述的系統主機為配置有視頻VGA和AV信號插件板及數據通信總線接口插件板的工業控制機或PC機，信號源插件板及數據通信總線接口插件板插入系統主機的插槽內。
所述的液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正系統，在于被測液晶顯示器的類型包括TN(扭曲向列)型、STN(超扭曲向列)型、DSTN(雙層超扭曲向列)型的無源矩陣LCD、TFT(薄膜晶體管)型有源矩陣LCD。
所述的液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正系統，在于被測液晶顯示器與探測器的距離L固定在0～140mm之間。
本發明的實質性效果(1)系統主機帶有測量GAMMA曲線及白平衡調整的視頻信號源插件板，多種信號源能產生所視頻需信號，便于在不同信號環境下，對液晶顯示器進行綜合校準，而且便于系統小型化和整機化。
(2)系統帶有色溫測量及校準系統，對GAMMA校正后色溫的實際效果可以測量，測量快捷，效果直觀。
(3)工作軟件具有強的適配性，可使用各種類型的彩色分析儀對多種類型的液晶顯示器進行GAMMA曲線和白平衡的測量與校正。
(4)系統能測量不同灰階下的色品坐標和亮度，對GAMMA校正的效果可直觀的檢測。
(5)采用彩色分析儀，接收RGB三色灰階視頻信號，同時測量及校正RGB三色的GAMMA曲線。
本發明提出一種液晶顯示器GAMMA曲線校正與色溫自動調整方法及系統，該系統包括系統主機、探測器、彩色分析儀、視頻標準信號源、數據接口及系統測量和校正軟件，可實現對LCD、高清晰度背投電視等多種用途的電視、電腦顯示器以及TN、STN、DSTN、TFT等多種結構液晶顯示器進行GAMMA曲線校正和白平衡調整，以便提高液晶顯示器的視頻圖像顯示質量。系統主機集多種視頻信號源和數據接口于一體，系統參數可選擇采用手工或自動設置，應用于科研、生產、質檢和維修部門，高精度、快速、直觀地完成液晶顯示器GAMMA曲線校正和白平衡調整。
圖1為液晶顯示器LCD電光特性的示意圖；圖2為符合人眼視覺的電視電光特性示意圖；圖3為未經校正液晶顯示器的RGB三色GAMMA曲線示意圖；
圖4為本發明液晶顯示器GAMMA曲線與色溫測量和自動校正系統實施例框圖之一；圖5為本發明液晶顯示器GAMMA曲線與色溫測量和自動校正系統實施例框圖之二；圖6為本發明液晶顯示器GAMMA曲線自動測量和校正流程簡圖；圖7為本發明液晶顯示器白平衡自動測量和調整流程簡圖；圖8為本發明實施例液晶顯示器GAMMA曲線校正前效果圖。
具體實施例方式
下面結合附圖4至附圖9詳細描述本發明的液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正方法及系統實施例的工作過程。
圖4給出的本發明液晶顯示器GAMMA曲線與色溫測量和自動校正系統實施例框圖之一，液晶顯示器GAMMA曲線與色溫測量和自動校正系統由帶監視器的計算機13、探測器11、彩色分析儀12、視頻信號源14、數據通信接口15及系統測量和校正軟件構成，其中的視頻信號源14和數據通信接口15為獨立的設備或器件；被測液晶顯示器16的視頻輸入端連接視頻信號源14的輸出端，視頻信號源14的控制端連接計算機13的控制接口，探測器11從被測液晶顯示器16顯示屏上拾取顏色信號，探測器11輸出端接在彩色分析儀12的輸入端，彩色分析儀12的輸出端加在計算機13的數據通信口，計算機13的信號輸出經數據通信接口15接到被測液晶顯示器16的GAMMA校正表數據存儲器輸入端。
圖5提供本發明液晶顯示器GAMMA曲線與色溫測量和自動校正系統第二個實施例框圖，該系統由CM-7L彩色分析儀51及其標配的視頻信號探測器52和系統主機53組成，被測液晶顯示器為54。系統主機53以帶監視器534的工控機531為主機，集總線接口插件板532和視頻信號源插件533以及GAMMA校正軟件535和白平衡自動調整軟件536為一體，總線接口插件板532和視頻信號源插件533分別插入工控機531主板的插件槽內，工控機531主板與總線接口插件板532和視頻信號源插件533分別建立通信和控制連接。總線接口插件板532采用具有多主通信功能的Philips I2C總線接口插件板，視頻信號源插件533包括帶輸出端子的AV信號插件板和VGA信號插件板，總線接口插件板532的通信接口和視頻信號源插件533的視頻輸出端子分別連接到被測液晶顯示器54的顯示芯片串行傳輸口和視頻輸入端子。視頻信號探測器52是帶光學成像鏡頭的高精度色度傳感器，CM-7L彩色分析儀51的信號輸入端接入視頻信號探測器52的，CM-7L彩色分析儀51的RS232串行輸出口接入工控機531的RS232串行輸入口；被測液晶顯示器54與視頻信號探測器52之間的測量距離應保持在0至140mm之間的任一值。
下面結合圖6和圖7描述本發明實施例之二液晶顯示器GAMMA曲線與色溫測量和自動校正系統對被測液晶顯示器GAMMA曲線自動測量和校正流程和白平衡自動測量和調整的流程系統各設備開機，軟件開始運行。首先主機531發送自檢控制信號到總線接口板53，詢問總線接口板是否工作正常。當總線接口板返回信號后，表示主機與總線板之間通信正常，如果一定時間內總線板沒有響應，則表示主機與總線板之間未建立通信，在監視器534界面上提示。總線通信正常后，進入參數設置界面，人工或自動設置總線參數；信號階數和變化步距。
在測量模式下，首先系統主機531控制視頻信號源533發送全黑信號至被測液晶顯示器件54，測量液晶顯示器的色坐標x，y和亮度Y，按照1931CIE色度坐標系統，把所測參數轉換為顏色的三刺激值，然后，按照設置的“步距”變化灰階信號，增加信號的亮度，再次測量并記錄信號的色坐標x，y和亮度Y值，數據處理，計算校正數據。重復上述的步驟，直到灰階信號變化至最大值，完成測量。把所測的一組數據作歸一化處理后，以輸入信號強度為X軸，輸出的三刺激值為Y軸，繪出被測液晶顯示器GAMMA曲線，并顯示在監視器54上。在完成測量模式測量后，自動轉入校正模式。首先設置符合人眼的GAMMA理論曲線，然后，按照設置的參數，再測量出液晶顯示器件的實際GAMMA曲線后，調用計算模塊，參照GAMMA理論曲線，計算出新的GAMMA表校正數據后，調用串口通信模塊，把計算出來的新的GAMMA表數據寫入到液晶顯示器件的E2PROM中。最后可以重新測量一下在新的校正數據修正下的液晶顯示器件的GAMMA曲線。比較一下理想曲線和實測曲線的擬合情況。
完成液晶顯示器GAMMA曲線校正后，啟動系統白平衡測量和調整程序。選擇自動調整或人工調整，系統進入白平衡測量模式。
首先設置調整參數①選擇測量的主通道和輔助通道。有0～29共計30個主通道提供選擇，可為每種型號的液晶顯示器設定一個主通道。有1～6共計6個輔助通道提供選擇。每個輔助通道對應一種色溫，可設置對應輔助通道的參數。
②選擇白平衡調整工藝。有紅槍固定、綠槍固定、藍槍固定三種工藝，可視被測液晶顯示器的型號選擇不同的調整工藝。
③設定標準白場色坐標及允許調整誤差。設定亮場和暗場的色坐標x、y，允許的CIE1931色度系統下的x、y偏差值，或允許的JND偏差。顏色空間可以選擇CIE1931xyz空間，或CIE1964uv均勻顏色空間，及CIE1976u’v’均勻顏色空間。
④設定標準白場亮度Y及允許調整誤差。
自動調整的I2C參數設置①器件地址和存儲地址、數據取值范圍。
②預置三槍亮場和暗場的RGB初始值。預置值為十六進制數，根據標準彩色顯示器內存中的相應值確定。
③選擇合適的調整時間限值。
完成總線參數設置后將設置參數保存在當前輔助通道內。并將當前通道的參數傳遞到選擇過的0～29中的一個主通道。
調整時，系統主機通過I2C接口傳送初始值亮場激勵R，G，B值，暗場截止R，G，B值，控制白場信號源產生亮場或暗場全白信號，接收彩色分析儀傳來的測量結果x，y，Y數據，并顯示與標準間的誤差量。
根據亮場測量值和設定的標準值間的誤差，自動或手工調整亮場的色坐標和亮度，通過I2C接口傳送新的亮場激勵R，G，B值，測量得到一組彩色分析儀傳來的測量結果x，y，Y數據。
判斷亮場調整合格后，切換到暗場測試信號測量。測試調整過程同亮場。
亮場和暗場的測量值均合格后，顯示亮場和暗場的測量結果，并將調整合格的亮場激勵R，G，B值和暗場截止R，G，B值送被測液晶顯示器E2PROM存儲。
完成白平衡測量和調整。若調整超過時限，則結束調整，并提示“超時”。
圖8和圖9給出了本發明實施例液晶顯示器GAMMA曲線校正前的效果圖和GAMMA曲線校正和白平衡自動調整后的效果圖。
權利要求
1.液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正方法及系統，液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正方法包括下列步驟(1)首先建立液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正系統，該系統包括系統主機、探測器、彩色分析儀、視頻信號源、數據接口及系統測量和校正軟件，系統主機預裝有操作系統；(2)將被測液晶顯示器接入液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正系統；(3)系統具有可供選擇的測量和校正的方式GAMMA測量和校正、白平衡測量和調整；(4)GAMMA曲線測量和校正a.啟動系統GAMMA曲線測量和校正程序；b.設置相關參數①選擇測量和校正的灰階及其變化“步距”，有8、16、32、64、128、256階可供選擇；②選擇視頻信號模式有AV模式、VGA模式，可供選擇；③設定GAMMA校正標準曲線；c.通信狀態自檢檢查系統主機與I2C總線接口板及彩色分析儀的通信狀態，以便確認系統工作正常；d.用線性GAMMA校正數據C(K，I)＝I，(I＝1～256個灰階；K＝R、G、B三色)，更新被測液晶顯示器的GAMMA表；e.系統主機控制信號根據設定的灰階數，按“步距”變化測試信號，接收彩色分析儀對每一灰階顏色的測量數據并進行計算處理，得到被測液晶顯示器的紅、綠、藍三色輸出光強度L(K，I)，及實際的GAMMA曲線送監視器顯示；系統主機按下列公式計算得到信號轉換系數A(K，I)L(K，I)＝A(K，I)C(K，I)/I (1)式中I為256個灰階的輸入信號，I＝1～256；K為RGB分量，K＝R、G、B；L(K，I)為被測液晶顯示器的紅、綠、藍三色輸出光強度；C(K，I)為被測液晶顯示器RGB分量在GAMMA校正表中的數據；f.根據設定的標準GAMMA曲線，由公式1按步距插值計算，對每一灰階值下的RGB紅綠藍三色信號計算GAMMA校正系數C(K，I)；g.用新的GAMMA校正數據C(K，I)更新被測液晶顯示器的GAMMA校正表；h.重復e.、f.、g.三過程，將被測液晶顯示器的GAMMA曲線校正到標準曲線值；i.通過監視器顯示的GAMMA校正效果圖，確認對被測液晶顯示器GAMMA曲線測量和校正的結果；(5)白平衡測量和調整a.啟動系統白平衡測量調整程序；b.選擇自動調整或人工調整；1)設置調整參數①選擇測量通道；②選擇白平衡調整工藝；③設定標準白場坐標及允許誤差；④設置標準白場的亮度值及允許誤差；2)自動調整的I2C參數設置①存儲地址；②預置三槍亮場和暗場的RGB初始值；③取值范圍；④調整時限；c.系統主機控制白場信號源產生亮場或暗場全白信號，并接收彩色分析儀傳來的測量結果x，y，Y數據，并顯示與標準白場的誤差值；d.根據顯示的誤差值，手工或自動調整亮場或暗場的色坐標和亮度；e.亮場和暗場的誤差值均合格后，完成白平衡測量和調整。
2.如權利要求1所述方法構成的液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正系統，包括系統主機、探測器、彩色分析儀、視頻信號源、數據通信接口及系統測量和校正軟件，其特征在于(1)所述的系統主機為工業控制機和PC機；(2)所述的探測器為帶有光學成像鏡頭的色度探測器；(3)所述的視頻信號源，包括視頻VGA和AV信號源，可為信號源插件板或獨立的信號源；(4)所述的數據通信接口，包括系統總線接口、串行通信接口，；(5)所述的系統測量和校正軟件，包括GAMMA曲線測量和校正軟件以及色溫測量和調整軟件，軟件加載在系統主機上。
3.如權利要求2所述的液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正系統，其特征在于所述的系統配置的視頻信號插件板包括VGA信號插件板和AV信號插件板，插入系統主機的插槽內。
4.如權利要求2或3所述的液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正系統，其特征在于所述的系統主機為配置有視頻VGA和AV信號插件板及數據通信總線接口插件板的工業控制機或PC機，信號源插件板及數據通信總線接口插件板插入系統主機的插槽內。
5.如權利要求4所述的液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正系統，其特征在于所述的系統主機為配置有視頻VGA和AV信號插件板及數據通信總線接口插件板的工業控制機或PC機，信號源插件板及數據通信總線接口插件板插入系統主機的插槽內。
6.如權利要求2或3或5所述的液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正系統，其特征在于被測液晶顯示器的類型包括TN(扭曲向列)型、STN(超扭曲向列)型、DSTN(雙層超扭曲向列)型的無源矩陣LCD、TFT(薄膜晶體管)型有源矩陣LCD。
7.如權利要求6所述的液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正系統，其特征在于被測液晶顯示器的類型包括TN(扭曲向列)型、STN(超扭曲向列)型、DSTN(雙層超扭曲向列)型的無源矩陣LCD、TFT(薄膜晶體管)型有源矩陣LCD。
8.如權利要求2或3或5或7所述的液晶顯示器GAMMA曲線與色溫自動測量和校正系統，其特征在于被測液晶顯示器與探測器的距離L固定在0～140mm之間。
全文摘要
本發明提出一種液晶顯示器GAMMA曲線校正與色溫自動調整方法及系統，該系統包括系統主機、探測器、彩色分析儀、視頻標準信號源、數據接口及系統測量和校正軟件，可對LCD、高清晰背投等多種用途的電視、電腦顯示器及TN、STN、DSTN、TFT等多種結構液晶顯示器進行GAMMA曲線校正和白平衡調整，以便提高液晶顯示器的視頻圖像顯示質量。系統主機集多種視頻信號源、GAMMA曲線與色溫自動測量和校正軟件及數據接口于一體，系統參數可選擇手工或自動設置，系統配置簡單，GAMMA校正和白平衡調整軟件調用方便，可快速完成對液晶顯示器的GAMMA曲線與色溫的自動測量和校正，并直觀檢驗校正效果。應用于科研、生產、質檢和維修部門，高精度、快速、直觀地完成液晶顯示器產品GAMMA曲線校正和白平衡調整。
文檔編號G09G3/20GK1845232SQ20051005020
公開日2006年10月11日 申請日期2005年4月8日 優先權日2005年4月8日
發明者姚軍, 張永強 申請人:浙江大學