CN101009852A - 拼接墙颜色管理***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拼接墙颜色管理***,其特征在于:PC机,色度探头***,探头自动定位***,显示***全部通过接口***进行互联;其中色度探头***和探头自动定位***之间采取机构连接;显示***中还设置有控制***。还公开了一种拼接墙颜色管理***的控制方法。该装置及方法具有精度高,速度快,对仪器的兼容性好等特点,可对目前拼接显示***的基色一致性、灰阶平滑度、色温一致性、白场、暗场等显示特性进行校正。
Description
技术领域
本发明涉及拼接墙颜色管理***及其控制方法。
背景技术
颜色管理***是为解决拼墙领域颜色、灰阶一致性的问题,并提供一套自动颜色校正的颜色算法,提高现有人工调整显示质量的效率,最终达到取而代之的目的。
在拼接显示***领域图像的显示质量是一个关键性指标,而颜色管理***就是针对显示质量进行控制的,每个拼接显示***公司都有自己的颜色控制技术,但很多公司是利用算法进行颜色拟合的方式进行校正,结果计算结果和实际相差很大。
由于在拼接墙***中各组成部分的固有参数不同,必然导致各显示设备的显示效果不同。
以上这些***问题导致所用的拼接显示***制造商都必须提供多种调整手段对拼接显示***中每台显示设备进行单独调整,使其显示效果一致。
发明内容
本发明为解决以上技术问题,提供了一套拼接墙颜色管理***及其控制方法,具有精度高,速度快,对仪器的兼容性好等特点。
为了解决以上技术问题,拼接墙颜色管理***包括Gamma自动切换模块、灰阶自动校正算法、DCC矩阵处理模块、DCC自动校正算法、静态扩散处理模块、探头***等组成。可对拼接显示***的基色一致性、灰阶平滑度、色温一致性、白场、暗场等显示特性进行校正。
颜色管理***附属于拼接墙***,其拼接墙***主要包括显示***、接口***、探头自动定位***、探头***、PC机***。***中的模块都是标准设计,可用在DLP、LCD、PDP等拼接***中。
显示***提供信号显示功能,是颜色管理***最要的控制对象,Gamma自动切换模块、DCC矩阵处理模块、静态扩散处理模块,都在此结构当中。
接口***实现指令转换和通讯的功能,负责将PC***的控制指令转换成显示***能接受的控制指令。
探头自动定位***由接口控制,运载探头***在拼接显示***中作整墙测试动作。
探头***负责采集显示***的光信号。
上位机***负责运行灰阶自动校正算法、DCC自动校正算法、其他功能控制等。
颜色管理***使用屏前检测方式,PC机通过接口控制运动机构,结构如图1所示。
颜色管理***的***包括Gamma自动切换模块、灰阶自动校正算法、DCC矩阵处理模块、DCC自动校正算法、静态扩散处理模块、探头***、探头采样算法组成。
颜色管理***中Gamma自动切换模块、DCC矩阵处理模块、静态扩散处理模块为***的硬件结构处理图像信号输出给显示***进行图像显示;然后探头***将光信号转换XYZ数字信号,输入到PC机的控制软件中、软件中的DCC自动校正算法、灰阶自动校正算法计算出一系列参数通过硬件接口传输给控制***修改Gamma自动切换模块、DCC矩阵处理模块的控制参数,实现颜色管理***的闭环控制,***结构如图2所示。
下面对颜色管理***的各部分分别进行说明:
Gamma自动切换模块:
Gamma自动切换模块,解决图像中间色调,它控制着照片的中间层次,校正显示器的非线性显示特性,特别解决含白段的***灰阶色温漂移的现象,Gamma自动切换模块对图像信号进行处理,模块中使用两套Gamma曲线查找表,利用专用函数对信号进行判断并自动切换两套Gamma曲线查找表。
DCC矩阵处理模块:
DCC矩阵处理模块,解决***R、G、B单色不一致的现象,DCC矩阵处理模块对图像信号进行处理,模块中使用3×3的系数矩阵进行运算,重新得到一个新的信号值。其光学原理是将显示***多台显示设备不同的色域三角形调整成为一致。
静态扩散处理模块:
静态扩散模块用于将显示设备的显示灰度提高2bit以上。静态扩散模块以四个以上的像数点为一个调节单位,将输入的信号进行三维(两维空间一维时间)扩散后,可使显示设备的灰度分辨率提高2bit以上,这样可以克服因经过伽玛校正后在暗场出现的灰阶突变问题。经静态扩散模块扩散后的信号将送到显示设备进行显示。
色度探头***:
色度探头***使用Color Sensor(颜色传感器)作为检测核心部件。探头的原始输出数据符合CIE-1931标准的XYZ三个刺激值,通过光同步电路及去抖电路,将模拟输出信号经10Bit ADC高速采样转化为数字信号,并通过单片机的算法变换为XYZ,经过数值转换算法转换成Yxy、色温值,通过红外接口输出到外部。
DCC自动校正算法:
DCC自动校正算法的本质是一种PID控制算法,它通过将探头***检测的XYZ光学信号进行解耦,然后用PID控制器,对DCC的矩阵参数进行调整,直到探头***检测的XYZ值和我们设计的目标值相同。
灰阶自动校正算法:
灰阶自动校正算法是PID控制算法加拟合算法,它通过将探头***检测的XYZ光学信号进行解耦,然后用PID控制器,对Gamma曲线查找表调整点参数进行调整,直到探头***检测的XYZ值和我们设计的目标值相同,然后使用拟合方法对其余参数进行运算,完成整个Gamma曲线查找表的计算工作。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的描述。
图1为拼接墙的结构图。
图2为拼接墙的颜色管理***结构图。
图3为DCC自动校正模块结构图。
图4为灰阶下的R、G、B的Gamma曲线。
图5为灰阶自动校正模块结构图。
图6为FPGA信号处理结构。
图7为色度探头电路原理方框图。
图8为色度探头运动机构图。
图9为探头自动定位***电路原理方框图。
具体实施方式
拼接墙颜色管理***是根据对显示设备的显示特性的研究进行算法设计,控制算法包括:显示输出方程、DCC算法、DCC自动校正算法、灰阶自动校正算法、静态扩散处理算法、探头采样算法组成。拼接墙颜色管理***硬件包括:Gamma自动切换模块、DCC矩阵处理模块、色度探头***。
显示输出方程和DCC算法、DCC自动校正算法三个算法配合解决拼接显示***的基色一致性问题;灰阶自动校正算法解决灰阶平滑度、色温一致性、白场、暗场校正问题;静态扩散处理算法是提升颜色表现能力使灰阶过度更平滑。
下面分别对各种算法进行详细说明:
显示输出方程:
通过实验分析DCC校正输入和光学信号XYZ之间是线性关系。
得到显示输出方程为:
显示输出方程
r、g、b为比例常数
DCC算法:
调整RGB三基色顶点实现色彩、亮度一致,其实是通过DCC中RGB三个通道混合系数调整RGB三基色顶点的位置,DCC算法如下式所示。
XR、XG、XB:RGB通道信号(10比特位)。
RR、GG、BB、RG、RB、GB、GR、BR、BG:基色调整系数
YR、YG、YB:RGB信号输出。
DCC自动校正算法:
DCC自动校正算法包括DCC自动校正算法、人工亮度微调算法。
1、DCC自动校正算法
DCC自动校正算法是一种PID控制算法,在色彩控制使用PID控制器控制。实现PID控制必须先对其进行解耦。而且根据显示输出方程的不同(不同机芯参数不同),解耦函数、PID控制器参数可调。
DCC自动校正模块结构见图3,解耦矩阵的目的是将红段、绿段、蓝段的影响从光学XYZ中分离出来。然后用PID控制进行监控。
解耦矩阵:
XL、YL、ZL为输入光学信号,XrYrZr、XgYgZg、XbYbZb为红、绿、蓝段输出XYZ输出信号。R、G、B为分配比例系数。
数字PID控制器:
使用增量式PID控制算法。
2、人工亮度微调控制算法:
由于屏幕存在视角差的问题,而DDC自动校正算法中的色度探头***只进行局部中心检测,使人眼在观察各屏幕时感觉亮度不一致。
通过观察,XYZ到Yxy转换公式可知:
当要提升亮度Y值时必然导致x,y改变,办法是同时在分式上下乘以一个比例系数a,使Y变化但色坐标不变。
而由于乘以一个比例系数a后X、Z也会改变,那么怎样一个方法使X、Y、Z都同时改变了。通过分析,分析显示输出方程的矩阵可知道。
X、Y、Z都乘以一个系数,就等价于RR、RG、RB都乘以一个系数,将自动校正好的DCC参数都乘以一个系数就能保证对亮度进行调整,但色坐标保持不变。
DCC自动校正的实现:
测试拼墙***每个显示单元在DCC为900、0、0系数校正下的色坐标三角形和亮度值,通过计算内切色坐标三角形,确定调整的目标值(XYZ)。然后通过PID控制器实时监控分配差值信号,不断调整DCC的值,逐步逼近控制,达到的目标值。达到预设的目标精度。
精度计算公式是:
1、控制流程(软件程序)
a)设置多屏DCC值为[900,0,0]
b)检测多屏的色坐标三角形。
c)计算内切色坐标三角形,得到目标XYZ值。
d)设置多屏DCC值为[1023,0,0]
e)检测多屏的XYZ最大值。
f)输入目标XYZ值,得到红、绿、蓝段XYZ目标分配值。
g)设置多屏DCC值为[900,0,0],计算出XYZ分配值。
h)根据分配差值信号,PID算法计算输出新的DCC值。
i)检测多屏的XYZ值,计算出XYZ分配值。
j)是否满足***设定条件,不满足跳回(h)。
k)满足条件退出校正。
l)完成三基色校正后,利用人工亮度微调的方法进行再DCC调整。
2、硬件实现方法:
DDC自动校正功能由DCC算法、DDC自动校正算法、DDC人工亮度微调控制算法组成。
DCC算法在控制***的FPGA中实现;DDC自动校正算法、DDC人工亮度微调控制算法由PC机中的软件实现。
灰阶自动校正算法:
灰阶校正是应用Gamma曲线对灰阶的色温和亮度进行调整,此调整方法对于人工调整和自动调整都适用。
灰阶色温调整方法如下,如果灰阶在暗场时色温偏低,则利用蓝色Gamma曲线将暗场蓝色亮度提升从而达到色温的提升;灰阶在亮场时色温偏高,则利用红色Gamma曲线将亮场红色亮度提升从而达到色温的降低。
灰阶的亮度控制可以对R、G、B三条Gamma曲线按比例上升、下降亦可实现。
从图4可见,B的Gamma曲线由于不同显示设备的光学特性不同,则曲线特性也不同,如果在单色下依然使用这条曲线进行校正显示的话,即使经过DCC校正出来的亮度也都会不一致的。现在为解决这个问题,我们使用白段分离控制的方法。
灰阶自动校正算法包括:Gamma自动切换算法、灰阶自动校正算法、Gamma曲线拟合算法。
1、Gamma自动切换算法
利用Min(R、G、B)函数比较器,对信号进行检测。如果没用白段时所有机芯使用同一个Gamma校正表,但当有白段加入时机芯就会使用白段Gamma校正表进行色温、亮度控制。这样就可以保证R、G、B、C、Y、M的一致性。同时灰阶色温也可控制。
2、灰阶自动校正算法
灰阶自动校正算法是在DCC自动校正算法的基础上修改了解耦矩阵,因为两个算法最大的区别在于白段是否有加入影响颜色特性,这时被控对象由原来的DCC矩阵系数变为R、G、B的Gamma表调整点系数。
从图5可见,解耦矩阵的目的将红段、绿段、蓝段、白段的影响从光学XYZ中分离出来。然后用PID控制进行监控。
解耦矩阵:
XL、YL、ZL为输入光学信号,XrYrZr、XgYgZg、XbYbZb、XwYwZw为红、绿、蓝、白段输出XYZ输出信号。R、G、B为分配比例系数。
数字PID控制器:
使用增量式PID控制算法。
3、Gamma曲线拟合算法:
由于每种单色Gamma曲线由256个取样点组成,而将256都进行校正时间很长,而且效果和拟合算法计算的结果相差不多,所以在工程应用中我们只对其中3个点进行灰阶校正,其余点用拟合方式产生。
Gamma曲线拟合算法使用一维的三次多项式插值算法实现。
灰阶自动校正的实现:
精度计算公式是:
1、控制流程(软件程序)
a)将所有屏幕的白段调整到最大值(255),检测亮度最大值的屏幕。
b)人工调整最大亮度屏幕的色温。匹配RGB颜色比例。
c)自动调整白段的亮度值调整DCC值和White Peaking值,使各屏幕的亮度值一致。
d)将DCC复位,测量各屏幕白段的曲线结构和色坐标,即将各屏WhitePeaking值下的纯自信号下的颜色XYZ,减去White Peaking为0时的XYZ。
e)计算最小亮度曲线(目标屏幕的目标曲线)并分段取得对应的亮度和色坐标值。即白段越早加入的显示设备亮度越低。
f)用其他屏幕各段对应白段减去目标屏幕各段对应的总亮度输出值,就可得到各屏幕对应的补偿RGB对应值XYZ。
g)分段自动校正(利用自动基色校正算法)。
h)测量灰度信号对应的总亮度值,利用减去各屏对应的白段XYZ值,得到RGB XYZ值。
i)将RGB值代入解耦方程和目标值对比。
j)如果相同将调整好的DCC值存入DCC查找表内。
k)完成三个采样点运算后、其余的函数点使用Gamma曲线拟合算法产生,填入Gamma表中。
2、硬件信号处理结构
灰阶自动校正功能由Gamma自动切换算法、灰阶自动校正算法、Gamma曲线拟合算法组成。
如图6所示,Gamma自动切换算法在控制***的FPGA中实现,利用Min(R、G、B)函数比较器,对信号进行检测。如果没用白段时所有机芯使用同一个Gamma校正表,但当有白段加入时机芯就会使用白段Gamma校正表进行色温、亮度控制。这样就可以保证R、G、B、C、Y、M的一致性,同时灰阶色温也可控制。具体结构如下:
a)RGB信号输入到两组Gamma查找表的得到两组校正后的数据。
b)将校正后的数据输入到求出Min(RGB)比较器中,Min(RGB)比较器监控单色Gamma校正数据,如果数据超过设定值时输出白段Gamma校正数据,否则输出单色Gamma校正数据。
灰阶自动校正算法、Gamma曲线拟合算法由PC机中的软件实现。
下面对探头***及探头自动定位***进行说明:
色度探头***:
如图7所示,色度探头***使用Color Sensor(颜色传感器)作为检测核心部件。探头的原始输出数据符合CIE-1931标准的XYZ三个刺激值,通过光同步电路及去抖电路,将模拟输出信号经10Bit ADC高速采样转化为数字信号,并通过单片机的算法变换为XYZ,经过数值转换算法转换成Yxy、色温值,通过红外接口输出到外部。
在色度探头***电路中使用模拟XYZ信号输出的色度探头,信号输出后使用高倍放大系数运放电路对信号进行放大,然后经过滤波电路将信号噪声滤除,输入到A/D转换中进行信号数模转换,将数据传给MCU。
红外接收发送器具备两个功能一个是数据通讯,另一个是同步信号输出。同步输出的信号传给MCU,MCU根据这个同步信号对A/D转换模块进行采样,这样就可以产生比较稳定的测量数值。
在MCU内部程序将XYZ数值转化成Yxy和色温信号通过红外接收发送器输出到显示***。
探头采样算法:
如图7,探头采样算法指的是色度探头***中MCU里“去极值平均滤波算法”,然后将XYZ数据转化为“Yxy”和“色温”数据,是一种数据分析算法。
采样使用去极值平均滤波算法完成数据采集,然后得到较稳定的一个XYZ光学信号值,然后将XYZ信号转换成Yxy信号和色温信号输出。
探头自动定位***:
如图8所示,探头自动定位***使用轨道结构,使用步进电机进行运动控制,可以使用软件设定,每个屏幕的测试点坐标。
在软件发出坐标指令后,探头***自动运行到目标位置,目标位置包含X横轴坐标,Y纵轴坐标。
如图9所示,在探头自动定位***电路使用光电旋转编码器对X轴、Y轴路程进行监控。电机控制电路使用专用的步进电机控制集成实现。
PC机软件发出位置指令后,MCU首先对X轴进行控制,利用光电旋转编码器输出X轴的数据进行监控,看是否到达目标位置,到达就停止步进电机运行;MCU再对Y轴进行控制,利用光电旋转编码器输出Y轴的数据进行监控,看是否到达目标位置,到达就停止步进电机运行,完成探头***的定位。
本实施例的方法的流程为:
1.探头***自动定位
探头自动定位***,具备自动运动结构,在软件发出坐标指令后,探头***自动运行到目标位置,目标位置包含X横轴坐标,Y纵轴坐标。
2.人工暗场调整
人工方式调整暗场系数,使输入信号为全黑时各投影***的颜色一致。在***中由于漏光特性决定了全黑信号输入时画面还有暗光,但每台显示设备的光学性能不一致导致暗光颜色不一致。
3.进行DCC自动校正功能
DCC自动校正功能,将拼接显示***多台显示设备不同的色域三角形自动调整成为一致,使打R、G、B、C、Y、M单色下各画面颜色保持一致。
4.人工亮度微调
DCC自动校正功能完成后,由于屏幕可视角不同,探头***和人眼特性的差别,导致DCC自动校正功能调整出来的颜色,人眼看起来还存在微小的不一致现象。这样就必须使用亮度微调功能进行亮度微调。
5.进行灰阶自动校正功能
Gamma自动切换模块,解决图像中间色调,它控制着画面的中间层次,校正显示器的非线性显示特性,特别解决含白段的***灰阶色温漂移的现象。
6.人工gamma曲线微调
由于屏幕可视角不同,探头***和人眼特性的差别,使各屏幕的灰阶有差别,微调PC机软件的gamma曲线,修正灰阶自动校正功能产生的gamma曲线,使整墙,灰阶更平滑一致。
Claims (10)
1、一种拼接墙颜色管理***,其特征在于:PC机通过接口***与显示***进行互联,PC机通过接口***与探头自动定位***互联;所述的探头自动定位***上设置有色度探头***;显示***中还设置有控制***。
2、如权利要求1所述的拼接墙颜色管理***,其特征在于所述的控制***由以下模块组成:
(a)Gamma自动切换模块,用于解决图像中间色调,控制照片的中间层次,校正显示器的非线性显示特性,解决含白段的***灰阶色温漂移的现象,Gamma自动切换模块中使用两套Gamma曲线查找表,利用专用函数对信号进行判断并自动切换两套Gamma曲线查找表;
(b)DCC矩阵处理模块,解决***R、G、B单色不一致的现象,DCC矩阵处理模块对图像信号进行处理,模块中使用3×3的系数矩阵进行运算,重新得到一个新的信号值;其光学原理是将显示***多台显示设备不同的色域三角形调整成为一致;
(c)静态扩散处理模块,静态扩散模块用于将显示设备的显示灰度提高2bit以上;经静态扩散模块扩散后的信号将送到显示设备进行显示。
3、如权利要求1所述的拼接墙颜色管理***,其特征在于:所述的色度探头***使用颜色传感器作为检测核心部件;探头的原始输出数据符合CIE-1931标准的XYZ三个刺激值,通过光同步电路及去抖电路,将模拟输出信号经10Bit ADC高速采样转化为数字信号,并通过单片机的算法变换为XYZ,经过数值转换算法转换成Yxy、色温值,通过红外接口输出。
4、如权利要求1所述的拼接墙颜色管理***,其特征在于:所述的探头自动定位***使用轨道结构,使用步进电机进行运动控制,使用软件设定每个屏幕的测试点坐标。
5、如权利要求1所述的拼接墙颜色管理***,其特征在于:所述的接口***实现指令转换和通讯的功能,负责将PC机***的控制指令转换成显示***能接受的控制指令。
6、如权利要求1所述的拼接墙颜色管理***,其特征在于:所述的探头自动定位***由接口控制,运载探头***在显示***中作整墙测试动作。
7、如权利要求1所述的拼接墙颜色管理***,其特征在于:所述的探头***负责采集显示***的光信号。
8、如权利要求1所述的拼接墙颜色管理***,其特征在于:所述的PC机***负责运行灰阶自动校正算法、DCC自动校正算法。
9、一种拼接墙颜色管理***的控制方法,其特征在于包含以下顺序的步骤:
(a)探头***自动定位;
(b)人工暗场调整;
(c)进行DCC自动校正功能;
(d)人工亮度微调;
(e)进行灰阶自动校正功能;
(f)人工Gamma曲线微调。
10、一种如权利要求9所述的拼接墙颜色管理***的控制方法,其特征在于达到调整色彩的效果需要通过以下方法实现:
显示输出方程和DCC算法、DCC自动校正算法三个算法配合解决显示***的基色一致性问题;灰阶自动校正算法解决灰阶平滑度、色温一致性、白场、暗场校正问题;静态扩散处理算法是提升颜色表现能力使灰阶过度更平滑;
(a)显示输出方程为:
其中,r、g、b为比例常数;
(b)DCC算法:
其中,XR、XG、XB:为10比特位的RGB通道信号,
RR、GG、BB、RG、RG、GB、GR、BR、BG:基色调整系数。YR、YG、YB:RGB信号输出;
(c)DCC自动校正算法,包括DCC自动校正算法、人工亮度微调算法:
(i)DCC自动校正算法是一种PID控制算法,在色彩控制使用PID控制器控制,实现PID控制必须先对其进行解耦,而且根据显示输入输出方程的不同,解耦函数、PID控制器参数可调;
解耦矩阵:
其中,XL、YL、ZL为输入光学信号,XrYrZr、XgYgZg、XbYbZb为红、绿、蓝段输出XYZ输出信号;R、G、B为分配比例系数;
数字PID控制器:
使用增量式PID控制算法;
(ii)人工亮度微调算法,将自动校正好的DCC参数都乘以一个微调参数;
(d)灰阶自动校正算法包括:Gamma自动切换算法、灰阶自动校正算法、Gamma曲线拟合算法;
(i)Gamma自动切换算法:利用Min(R、G、B)函数比较器,对信号进行检测;没用白段时机芯会使用单色Gamma校正表,对色温、亮度进行控制;有白段加入时机芯就会使用白段Gamma校正表,对色温、亮度进行控制;
(ii)灰阶自动校正算法:
解耦矩阵:
其中,XL、YL、ZL为输入光学信号,XrYrZr、XgYgZg、XbYbZb、XwYwZw为红、绿、蓝、白段输出XYZ输出信号;R、G、B为分配比例系数;
数字PID控制器:
使用增量式PID控制算法;
(iii)Gamma曲线拟合算法:使用一维的三次多项式插值算法实现;
(e)静态扩散处理算法:
静态空间扩散模块分别将加法器输出的10bit信号进行三维扩散后变为8bit信号,然后经输出缓冲器后送到显示设备的相应的输入口。红绿蓝输出使能寄存器分别控制红绿蓝信号,如果某个输出使能寄存器为逻辑1,则对应颜色的通道输出经空间扩散后的信号,否则输出0;
(f)探头采样算法:
采样使用去极值平均滤波算法完成数据采集,然后得到较稳定的一个XYZ光学信号值,然后将XYZ信号转换成Yxy信号和色温信号输出。
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