專利名稱：顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)裝置及實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)裝置及實現(xiàn)方法，屬于顏色科學技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
(Background of the Invention)由計算機控制的顯示器和投影儀被廣泛使用，特別是投影儀技術(shù)的快速發(fā)展，其 應用范圍更廣，逐漸成為多媒體輸出的主要設(shè)備。在實際使用中，經(jīng)常出現(xiàn)投影儀投影在幕 布上的顏色和顯示器顯示的顏色相差很大，結(jié)果不僅造成美術(shù)上和視覺上的不舒服，更嚴 重時使內(nèi)容“不清晰”，降低了投影儀的使用效果。對一些要求投影與顯示顏色一致的應用， 兩種媒體的顏色一致更加重要。需要實現(xiàn)從顯示器到投影儀的顏色再現(xiàn)，即需要建立彩色 管理系統(tǒng)[1]。國際上，實現(xiàn)跨媒體顏色再現(xiàn)的彩色管理系統(tǒng)是顏色技術(shù)的一個研究熱點，其普 遍采用國際彩色聯(lián)盟(International Color Consortium, ICC)提出的彩色管理系統(tǒng)架構(gòu)， 包括設(shè)備校正、設(shè)備特征化、色彩空間轉(zhuǎn)換和色域映射，目前已經(jīng)考慮應用新型色貌模型 CIECAM02[2_3]。ICC架構(gòu)實現(xiàn)從顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)，可以采用儀器測量得到兩種設(shè)備 的特征化矩陣[5_7]，實現(xiàn)從依賴設(shè)備色空間到獨立設(shè)備色空間的轉(zhuǎn)換，再通過與設(shè)備無關(guān)的 色貌連接空間，得到兩種設(shè)備色空間變換矩陣，實現(xiàn)對投影儀的顏色校正。也可以采用一種 利用人眼視覺匹配顯示器到投影儀顏色的方法M，直接得到從顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)變 換矩陣。無論是采用儀器測量或人眼視覺匹配，最終得到顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)變換矩 陣，通過顏色再現(xiàn)變換矩陣對投影儀顏色校正，實現(xiàn)從顯示器到投影儀的顏色再現(xiàn)。校正 后的投影儀顏色驅(qū)動值不同于顯示器顏色驅(qū)動值，而一般計算機中使用的圖形加速卡(顯 卡)的顯存內(nèi)容同時輸出到顯示器和投影儀，具有相同的顏色驅(qū)動值，因此無法通過直接 修改顯存的方式實現(xiàn)顯示器到投影儀的顏色再現(xiàn)。為了實現(xiàn)從顯示器到投影儀的顏色再 現(xiàn)，本發(fā)明采用先進的FPGA技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了一個顯示器到投影儀的顏色再現(xiàn)裝置(以下 簡稱為“顏色再現(xiàn)裝置”)并給出了具體實施方案，從而實現(xiàn)了文獻[4]提出的人眼視覺匹 配實現(xiàn)顯示器到投影儀的顏色再現(xiàn)方法。參考文獻[1]Ingeborg Tastl, Miheer Bhachech, Nathan Moroney and Jack Holm, ICC ColorManagement and CIECAMO2, Hewlett-Packard Laboratories, Palo Alto, CA/USA, 2005.[2]N. Moroney, M. D. Fairchild, C. Li, M. R. Luo, R. W. G. Hunt and T. Newman, "TheCIECAM02Color Appearance Model，，，Proc. IS&T/SID IOth IS&T/SID ColorImaging Conference,2002.[3]TC8-01 :CIE Publication 159 :2004, A Colour Appearance Model for ColourManagement Systems :CIECAM02,2004.[4]Weijun Han, Junsheng Shi, Ping He and Lijun Yun. Color reproductionfromdesktop display to projector based on visual matching[J]. Chinese optics letters,2009,7(8) :748-752.[5]石俊生，云利軍等.CRT顯示器特性化精度及“黑點”的影響[J].光學學報， 2007，27 (2) 371-376. [6]Madar G, Kranicz B, Schanda J, Colour reproduction with different types ofprojectors, University of Veszprem,Laboratory of Colour and Mulimedia, Hungary, C0RM,2003[7]David R. ffyble, Colorimetric Characterization Models for LCD and DLPTMProjectors, Munsell Color Science Laboratory, CIS Industrial Associates Meeting, May 12-13，2003[8]EZ-USB FX2 Technical Reference Manual. Cypress Semiconductor Corp.2001[9]Cyclone Device Handbook Section I.Cyclone FPGA Family Data Sheet, 2008.[10]AD9883 Datasheet, Analog Devices Inc. ,2001.[11]ADV7125 Datasheet, Analog Devices Inc.,2002.[12]鄧春健，王琦，徐秀知等.基于FPGA和ADV7123的VGA顯示接口的設(shè)計和應 用[J].電子器件，2006，29 (4) 1325-1328.
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用先進的FPGA技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了一個顯示器到投影儀的顏色再現(xiàn)裝置， 實現(xiàn)了利用人眼匹配的顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)方法，從而達到投影儀上投影的顏色和顯 示器顯示的顏色基本一致的目的。本發(fā)明的顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)裝置，一端接PC機的VGA接口、另一端接投影 儀的VGA視頻輸入口，主要包括負責各個模塊的協(xié)調(diào)管理及內(nèi)部數(shù)據(jù)處理的FPGA主控模 塊，實現(xiàn)顏色再現(xiàn)裝置與PC機之間數(shù)據(jù)通信的USB通信接口模塊，用來將PC機輸出的VGA 模擬視頻信號解碼成對應的數(shù)字視頻信號、并將其輸入FPGA主控模塊進行相應處理的VGA 視頻解碼模塊，用來將FPGA主控模塊輸出的數(shù)字VGA視頻信號編碼為對應的模擬視頻信 號、并將其輸出給投影儀顯示的VGA視頻編碼模塊幾個部分。 本發(fā)明的顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)裝置中的FPGA主控模塊包括接收PC機傳來的 相關(guān)數(shù)據(jù)并將其存入查找表模塊中的USB接口模塊，用來存儲VGA視頻信號所有像素點經(jīng) 轉(zhuǎn)換后的R' G' B'值的查找表模塊，用來對查找表中讀取出的數(shù)據(jù)做求和運算的求和模 塊，用來產(chǎn)生與顯示器上相對應的9個色塊的顏色塊產(chǎn)生模塊，用來選擇是將內(nèi)部產(chǎn)生的9 個色塊送投影儀顯示、還是將查找表中讀取出的數(shù)據(jù)經(jīng)求和模塊運算后的數(shù)據(jù)送投影儀顯 示的通道選擇模塊幾個部分。本發(fā)明的顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)裝置的實現(xiàn)方法是基于FPGA利用查找表的方 式實現(xiàn)顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)的實現(xiàn)方法，具體包括如下步驟a.采用人眼視覺匹配幾塊顏色，獲取顯示器到投影儀的變換矩陣C ；b.利用a步驟獲取的變換矩陣C計算求得3張對應的查找表；
c.將3張查找表通過USB接口傳輸給顏色再現(xiàn)裝置d.切換到“使用”狀態(tài)，利用查找表的方式實現(xiàn)顯示器到投影儀的顏色再現(xiàn)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有無需外擴存儲器，成本低，操作簡單，計算量小，實時 性高的優(yōu)點。
圖1 顏色再現(xiàn)裝置硬件實現(xiàn)示意圖；圖2 顏色再現(xiàn)裝置硬件系統(tǒng)原理框圖；圖3 =FPGA內(nèi)部模塊結(jié)構(gòu)框圖；圖4 =RGB顏色匹配運算與數(shù)據(jù)通信界面；圖5 顯示器上顯示的色塊示意圖；圖6 =RGB顏色匹配與數(shù)據(jù)通信程序流程圖；圖7 =FPGA內(nèi)部功能程序流程具體實施例方式計算機顯存中圖像顏色的RGB同時在顯示器和投影儀上顯示，一般情況下兩者顯 示顏色的視覺感覺是不同的。而要實現(xiàn)投影儀再現(xiàn)顯示器顏色，則顯存RGB不能直接驅(qū)動 投影儀，而要變換成R' G' B'。基于此，本發(fā)明顯示器到投影儀的“顏色再現(xiàn)裝置”的基本思想是將計算量比較大 的運算(矩陣變換、最小二乘法等)放在PC機中，在人眼視覺匹配顯示器與投影儀顏色的 基礎(chǔ)上通過計算獲得所有顯示器像素點RGB的對應轉(zhuǎn)換值并形成三張查找表，再通過USB 通信的方式傳給“顏色再現(xiàn)裝置”。使用時，將PC機輸出的VGA視頻信號經(jīng)解碼后變換為數(shù) 字信號，并將該數(shù)字信號作為地址去訪問查找表取出相應的R' G' B'值，再經(jīng)適當?shù)淖?換經(jīng)編碼后最終輸出給投影儀顯示。圖1給出了“顏色再現(xiàn)裝置”的硬件連接示意圖，使用時一端接PC機的VGA接口， 另一端接投影儀的VGA視頻輸入口。圖2為“顏色再現(xiàn)裝置”硬件系統(tǒng)的原理框圖，主要包括FPGA主控模塊、USB通信 接口模塊、VGA視頻解碼模塊、VGA視頻編碼模塊幾個部分。其中FPGA主控模塊是整個系 統(tǒng)的核心，負責各個模塊的協(xié)調(diào)管理及內(nèi)部數(shù)據(jù)處理；USB通信接口模塊實現(xiàn)顏色再現(xiàn)裝 置與PC機之間的數(shù)據(jù)通信，主要用來接收PC機輸出的查找表信息并將其傳給FPGA主控模 塊；VGA視頻解碼模塊用來將PC機輸出的VGA模擬視頻信號解碼成對應的數(shù)字視頻信號， 并將其輸入FPGA主控模塊進行相應的處理；VGA視頻編碼模塊用來將FPGA主控模塊輸出 的數(shù)字VGA視頻信號編碼為對應的模擬視頻信號，并將其輸出給投影儀顯不。另外，F(xiàn)PGA主控模塊的內(nèi)部根據(jù)功能的不同又進一步劃分為幾個部分，分別為 USB接口模塊、查找表模塊、求和模塊、顏色塊產(chǎn)生模塊和通道選擇模塊，具體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。其中，USB接口模塊主要是接收PC機傳來的相關(guān)數(shù)據(jù)并將其存入查找表模塊中； 查找表模塊用來存儲VGA視頻信號所有像素點(即顯示器上顯示的像素點)經(jīng)轉(zhuǎn)換后的 R' G' B'值；求和模塊用來對查找表中讀取出的數(shù)據(jù)做求和運算；顏色塊產(chǎn)生模塊用來 產(chǎn)生與顯示器上相對應的9個色塊；通道選擇模塊用來選擇是將內(nèi)部產(chǎn)生的9個色塊送投影儀顯示，還是將查找表中讀取的數(shù)據(jù)經(jīng)求和模塊運算后的數(shù)據(jù)送投影儀顯示。圖7給出 了 FPGA內(nèi)部各模塊功能實現(xiàn)的程序流程圖，其中FIFO指的是FPGA內(nèi)部與PC機之間的通 信端口，當PC機通過USB接口把數(shù)據(jù)傳給“顏色再現(xiàn)裝置”時，該數(shù)據(jù)便會到達“顏色再現(xiàn) 裝置”上的USB通信接口模塊中的FIFO中，因此FPGA只要檢測該FIFO便可知道PC機是否 將查找表數(shù)據(jù)傳過來。根據(jù)文獻[4]提出的顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)原理，本發(fā)明在PC機端也開發(fā)了相 應的軟件來配合“顏色再現(xiàn)裝置”來實現(xiàn)該功能，其中圖4是實現(xiàn)顏色再現(xiàn)并完成所有對應 RGB像素點轉(zhuǎn)換以及和“顏色再現(xiàn)裝置”進行通信的主界面，圖5是顯示器上顯示的色塊示 意圖，用于調(diào)整實現(xiàn)利用人眼匹配顯示器與投影儀的顏色，其中圖5由圖4來調(diào)用，運行完 成后得到一組系數(shù)矩陣后又把得到的參數(shù)返回給圖4進行下一步操作，圖6給出了與圖4、 圖5對應的實現(xiàn)該顯示器到投影儀顏色匹配及數(shù)據(jù)通信的程序流程圖。其具體實現(xiàn)包括 “校正”和“使用”兩種狀態(tài)，下面給出詳細的實現(xiàn)過程。第1步采用人眼視覺匹配幾塊顏色，獲取顯示器到投影儀的變換矩陣C。設(shè)顯示器上顯示的像素點信息為RGB，校正后投影儀投在屏幕上的像素點信息為 R' G' B'，在投影儀與顯示器設(shè)置相同參考白和相同Y尸值情況下，通過顯示器和投影 儀的顏色特性化方程，以及CIEXYZ色空間色貌匹配得到R' G' B'與RGB的關(guān)系如下
其中顯示器和投影儀的顏色特性化方程為 "
權(quán)利要求
一種顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)裝置，其特征在于一端接PC機的VGA接口、另一端接投影儀的VGA視頻輸入口的顏色再現(xiàn)裝置主要包括負責各個模塊的協(xié)調(diào)管理及內(nèi)部數(shù)據(jù)處理的FPGA主控模塊，實現(xiàn)顏色再現(xiàn)裝置與PC機之間的數(shù)據(jù)通信的USB通信接口模塊，用來將PC機輸出的VGA模擬視頻信號解碼成對應的數(shù)字視頻信號、并將其輸入FPGA主控模塊進行相應處理的VGA視頻解碼模塊，用來將FPGA主控模塊輸出的數(shù)字VGA視頻信號編碼為對應的模擬視頻信號、并將其輸出給投影儀顯示的VGA視頻編碼模塊幾個部分。
2.權(quán)利要求1所述的顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)裝置，其特征在于FPGA主控模塊包括接 收PC機傳來的相關(guān)數(shù)據(jù)并將其存入查找表模塊中的USB接口模塊，用來存儲VGA視頻信號 所有像素點經(jīng)轉(zhuǎn)換后的R' G' B'值的查找表模塊，用來對查找表中讀取出的數(shù)據(jù)做求和 運算的求和模塊，用來產(chǎn)生與顯示器上相對應的9個色塊的顏色塊產(chǎn)生模塊，用來選擇是 將內(nèi)部產(chǎn)生的9個色塊送投影儀顯示、還是將查找表中讀取的數(shù)據(jù)經(jīng)求和模塊運算后的數(shù) 據(jù)送投影儀顯示的通道選擇模塊幾個部分。
3.權(quán)利要求1和所述的顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)裝置的實現(xiàn)方法，其特征在于基于 FPGA利用查找表的方式實現(xiàn)顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)的實現(xiàn)方法包括如下步驟a.采用人眼視覺匹配幾塊顏色，獲取顯示器到投影儀的變換矩陣C；b.利用a步驟獲取的變換矩陣C計算求得3張對應的查找表；c.將3張查找表通過USB接口傳輸給顏色再現(xiàn)裝置；d.切換到“使用”狀態(tài)，利用查找表的方式實現(xiàn)顯示器到投影儀的顏色再現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)裝置及實現(xiàn)方法，屬于顏色科學技術(shù)領(lǐng)域。顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)裝置由以下幾個部分構(gòu)成USB接口，VGA解碼器，F(xiàn)PGA模塊，VGA編碼器。顯示器到投影儀顏色再現(xiàn)裝置的實現(xiàn)方法為a.采用人眼視覺匹配幾塊顏色，獲取顯示器到投影儀的變換矩陣C；b.利用a步驟獲取的變換矩陣C計算求得3張對應的查找表；c.將3張查找表通過USB接口傳輸給顏色再現(xiàn)裝置；d.切換到“使用”狀態(tài)，利用查找表的方式實現(xiàn)顯示器到投影儀的顏色再現(xiàn)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有無需外擴存儲器，成本低，操作簡單，計算量小，實時性高的優(yōu)點。
文檔編號G09G5/06GK101968726SQ20101027126
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者云利軍, 余鴻飛, 王坤, 石俊生, 黃小喬 申請人:云南師范大學