专利名称：利用非线性取样的影像信号灰度系数补偿方法
技术领域：
本发明涉及一种数字显示设备的灰度系数校正方法，具体地说是一种使用非线性取样的影像信号灰度系数添写方法，可确保对低光区(low light)、加亮区(high light)灰度的最佳非线性取样的影像信号灰度系数添写的一种方法。
背景技术：
近年来，a/v市场急剧膨胀，由此引发的消费者对影像画质的评价标准不断提高，甚至对画面中细小部分也能进行评价的爱好者迅速膨胀。
因此，对影像画质起决定性作用的灰度系数校正技术领域也日益被人们所关注，所有企业都致力于独立技术的开发工作。
现在，数字显示设备中灰度系数的校正主要是搜索通过显示设备的v-t(voltage transmittance)信号曲线，并搜索以该曲线为区域进行添写的曲线，然后调整到合适的灰度系数曲线的一种方式。
下面，结合附图，对传统技术校正显示设备的灰度系数的方法进行说明。
图1是普通液晶显示设备的v-t曲线图，图2是液晶显示设备的灰度系数校正曲线图。
此外，图3是传统技术对于搜索灰度系数校正曲线的方法流程图，图4是通过图3表示的传统技术搜索的灰度系数校正曲线图。
图1表示lcd的v-t曲线。仔细观察图1就会发现，v-t曲线本身是非线性(non-linear)的，特别是液晶显示设备(liquid crystal显示；lcd)本身不能绝对的显示低光区(low light)部分与加亮区(high light)部分。如果具有图1所示的曲线形态的影像信号不经过任何程序直接通过的话，低光区部分的影像将黑得无法识别，加亮区部分也将发生过亮等现象。
因此，为了使这种lcd特性曲线转换成线性(linear)灰度系数曲线(或我们需要的灰度系数曲线)，应该使其通过v-t曲线逆函数所对应的灰度系数校正曲线。
v-t曲线逆函数所对应的灰度系数校正曲线如图2所示。
即，图2的灰度系数校正曲线表示的是通过lcd的信号转换成线性灰度系数曲线(或者我们所需要的灰度系数曲线)的灰度系数校正曲线。
图2的曲线大体上可分为低亮区、中亮区、加亮区等3部分，通常情况下，灰度系数校正曲线的中亮区部分呈现为线性特性，低亮区部分与加亮区部分为突起状曲线。
具有这种形态特征的灰度系数校正曲线，与lcd的自身特性有直接关系。
由于lcd的v-t曲线中间灰度表现出线性特性，所以在通过线性灰度系数校正曲线时转换成了线性灰度系数曲线(或我们需要的灰度系数曲线)。
但是，低光区部分的lcd v-t曲线则因为相对于输入信号几乎没有亮度变化量，所以为了确保低光区部分的灰度系数曲线能够转换成为线性曲线，应该强制性插入数据。
与上面不同，加亮区部分的lcd v-t曲线则在输入信号发生微弱变化时，输出变化也会十分明显，为了使加亮区部分的灰度系数曲线转换成为线性曲线，应该强制性插入数据，确保输入信号发生变化时亮度也不会发生明显的变化。
这种传统技术的灰度系数校正曲线搜索方法如图3所示，图3列举的是输入8比特数字信号时的情况，因为是用来说明勾画灰度曲线的，所以忽略了白平衡校正。
传统技术的灰度系数校正曲线的搜索方法是先输入白色信号(255/255white)，然后测定灰度。(s301)在黑色信号(0/255 black)输入完成后测定灰度。(s302)测得的白色信号-黑色信号(white-black)的灰度设为100％后，实施(s303)灰度系数校正曲线数据的调整阶段。
图3中虚线表示的部分是调整灰度系数校正曲线数据阶段，测定不同阶段的灰度，调整灰度系数校正曲线数据(y16n)，直至达到与事先指定的灰度(图3中以2.2灰度系数曲线为例。)时为止。
首先，输入16n/255信号后，测定灰度(l16n)。(n＝0，1，2，..，15 &16n＝255)(s304)即，从黑色到白色将输入信号分为16个阶段进行灰度测定，l16n是(white-black)按照100％换算得出的值。
另外，把测得的灰度值(l16n)与事先设定的灰度值进行比较，看是否一致。(s305)这里，事先设定的灰度值是以8比特数据信号和2.2灰度系数曲线为例的，具体计算方法如下用(数学式1)进行计算。
如果比较结果显示测得的灰度值与事先设定的灰度值不一致的话，判定两个值中哪一个值较大(s307)，如果事先设定的灰度值的确较大，则应该增加rgb数据值(y16n)。(s308)如果事先设定的灰度值不大，而测得的灰度值较大时，则应该降低(s309)rgb数据值(y16n)。(s310)此外，前面的s305阶段中，比较结果显示，事先设定的灰度值与测得的灰度值一致的话，求出对应条件下的rgb数据值y(l16n)，判断是否(s306)n＝16，以加“1”的方式逐渐增加n值，直到n＝16时为止。反复实施上述灰度系数校正曲线数据(y16n)调整阶段。(s312)在这一阶段中求出8比特数字数据相对的灰度值y255＝y(l255)，将(s313)y16n值记录在存储器中。(s314)随后，对y16n以外的值进行校正(interpolation)。
如果用传统技术方法搜索灰度系数校正曲线，将得到如图4所示的灰度系数校正曲线。
仔细观察图4就会发现，低光区部分与加亮区部分都未能完全显示出来。
这是因为输入的视频信号是按照一定的标准间隔来接收、求出灰度系数后校正数据的，而其间的值则是用线性校正方式求出数据的缘故。
因为这种传统技术的显示设备灰度系数校正方法在中间灰度的lcd特性是线性的，所以即便采用这种校正方式，实际搜索到的灰度系数校正曲线与理想的灰度系数校正曲线相比仍会有很大的差异，对于低光区灰度部分与加亮区灰度部分而言，因为其lcd特性是以曲线形态表现的，如果实施校正，将会产生与理想的灰度系数校正曲线有较大差异等问题。
发明内容
本发明的目的是为解决上述传统技术中的问题而开发的。本发明的目的在于提供一种利用非线性取样的影像信号灰度系数校正方法，这种方法采用非线性取样形式确保了低光区、加亮区灰度的画质达到最佳效果。
本发明的目的是这样实现的，本发明中使用的取样影像信号灰度系数校正方法包括如下几个阶段分别测定白色信号的灰度与黑色信号的灰度，并求出灰度差的阶段；对根据不同输入信号比特数输入的信号标准进行灰度测定，测得的灰度按照求出的灰度差以100％的标准进行折算的阶段；把对输入信号的信号标准进行分别换算的灰度值(ln)与已经设定的灰度值进行比较，如果两个值不一致，则应该增加或减少rgb数据值(yn)，确保在两个值保持一致的条件下求出并保存rgb数据值(yn)的阶段；搜索rgb数据值(yn)的偏差值，把偏差值按照大小顺序进行线性取样，并存储在存储器中等阶段。
本发明的效果是本发明采用非线性取样的影像信号灰度系数校正方法对诸如lcd等非线性数码显示设备的灰度系数(添写＝>校正)过程中，可以使用理想的灰度系数校正曲线，对于变化量较大的输入信号的灰度系数校正方式，可以得到最接近理想的灰度系数校正曲线的灰度系数校正曲线。
它可以完全显示低光区部分与加亮区部分，大大提高影像效果。
图1是普通液晶显示设备的v-t曲线图表。
图2是液晶显示设备的灰度系数校正曲线图表。
图3是搜索传统技术的灰度系数校正方法的流程图。
图4是图3表示的传统技术下搜索的灰度系数校正曲线图。
图5是本发明方法的搜索灰度系数校正曲线方法的流程图。
图6是图5表示的本发明方法搜索到的灰度系数校正曲线图。
图7是本发明的灰度系数校正曲线的搜索偏差取样一览表。
下面将参照附图通过实例对发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。
具体实施例方式
例1图5表示的是本发明中的灰度系数校正曲线搜索方法流程图，图6是图5所显示的本发明搜索的灰度系数校正曲线图表，图7是旨在搜索本发明中灰度系数校正曲线偏差的取样表。
本发明作为影像信号灰度系数校正方法的一种，是在使用v-t曲线为非线性(non-linear)曲线的显示设备中确保低光区灰度、加亮区灰度最佳化的一种方法。
特别是把线性校正方法所引发的误差范围最小化，可大大提高低光区灰度与加亮区灰度下的画质。
本发明中使用非线性取样影像信号灰度系数校正方法大体具有如下3个特征首先，在读取输入信号的亮度过程中，将输入信号的标准间隔按照非线性加以输入。
其次，为了确保将输入信号的标准间隔按照非线性加以输入，利用理想的灰度系数校正曲线偏差值，对偏差值较大的部分进行精确的调整。
再次，在对偏差值较大的部分进行精确的调整后，还包括校正剩余值的过程。
这样，本发明并不是在定量增加输入图像信号标准的同时测定输出亮度，求出灰度系数校正曲线的方法，而是先求出理想的灰度系数校正曲线，利用理想的灰度系数校正曲线偏差，对偏差变化量较大的输入信号进行灰度系数校正的方法。
因为lcd的v-t(voltage-transmittance)曲线是非线性的，如果将输入的电压(voltage)转换成非线性输入的话，可将其特性转换成线性的。
为了输入确保输出亮度具有线性特性的电压，需要求出理想的灰度系数校正曲线。
这里所说的理想灰度系数校正曲线是指，旨在确保按照可以显示输入电压的水平进行输入，读取可能输入的亮度，形成线性灰度系数曲线(或我们所需要的灰度系数曲线)而强制认可的r，g，b数据值。
在本发明的实施事例中，把需要的灰度系数曲线假设为2.2灰度系数曲线，输入电压标准假设为8比特。
图6表示的是在这种条件下搜索到的理想的灰度系数校正曲线及利用本发明中的非线性取样方式的灰度系数校正曲线。
本发明中的灰度系数校正方法的详细说明如下图5是以8比特数字的输入信号为例进行说明，因为是勾画灰度曲线的说明，所以可以忽略白平衡校正。
因为假定了输入电压标准为8比特，输入电压从0至255为标准。
首先，输入白色信号(255/255 white)后测定灰度。(s501)其次，输入黑色信号(0/255 black)后测定灰度。(s502)把测得的白色信号-黑色信号(white-black)的灰度设为100％后，(s503)调整灰度系数校正曲线数据的阶段。
图5中虚线指示的部分表示的是调整灰度系数校正曲线数据阶段，测定输入信号(从black到white；n/255)的灰度(ln)。(最初n＝0，1，2，..，255)(s504)随后把测得的灰度值(ln)与事先设定的灰度值进行比较，看是否一致。(s505)在这里，事先设定的灰度值是以8比特数据信号及2.2灰度系数曲线为例的，所以可以按照如下方式进行计算。用(数学式2)来计算。
如果测得的灰度值同事先设定的灰度值比较结果不一致的话，断定两个值中哪一个值较大(s508)，如果事先设定的灰度值较大的话，则应该增加rgb数据值(yn)。(s509)如果事先设定的灰度值不大的话，断定测得的灰度值较大，则应该降低(s510)rgb数据值(yn)。(s511)此外，在上述s505阶段中的比较结果显示事先设定的灰度值与测得的灰度值一致的话，求出对应条件下的rgb数据值(yn)(s506)，并把该值临时记录在存储器中。(s507)判断是否是n＝255，以加“1”的方式逐渐增加n值，直到n＝255时为止。反复实施上述灰度系数校正曲线数据(y16n)调整阶段。(s513)在这里，n值不是255时，按照不同阶段，与调整数据(yn)相比，重新实施对应阶段操作时，可以停止对应阶段的反复操作。
实施完这个数据(yn)调整过程后，找出数据(yn)偏差值。(s514)这种搜索数据(yn)偏差值的方法具有与2次微分灰度系数校正曲线方法相同的效果。
此外，按照数据(yn)偏差值的大小顺序分阶段举例，以16-阶段取样(s515)，把偏差值较大的数据(yn)记录在存储器中。(s516)假定这种输入信号为8比特，以本发明中的非线性取样方式校正时如图6所示，输入非线性电压后进行校正得到的灰度系数校正曲线与理想的灰度系数校正曲线几乎相同。
尤其是在低光区灰度与加亮区灰度，可以充分显示灰度特性。
图7表示的是搜索偏差值的方法，对于所有的lcd面板而言，搜索到理想的灰度系数校正曲线将需要很长一端时间，因此采用下述方法搜索灰度系数校正曲线。
首先，从n＝0开始，按顺序求出理想的灰度系数校正曲线，偏差达到特定的极限值(threshold)，即理想的灰度系数校正曲线的偏差值几乎不发生变化的输入水平时，停止调整，记录下该值后，从n＝255开始反向求出理想的灰度系数校正曲线。
如果理想的灰度系数校正曲线偏差值又达到了特定的极限值，则停止调整，对与已经找到的输入标准相反的输入标准进行灰度系数校正曲线搜索的方法。
图7的一览表中(y’)是灰度系数校正曲线的偏差，即任意两个地点的偏差值，(y”n)是灰度系数校正曲线的偏差值，也就是偏差值的变化量。
从(y”n)较大的值开始，按顺序进行取样。
如果使用这种方法，因为没有必要将256输入标准全部读取，所以可以节约大量时间。
因为它是表示中亮区灰度lcd的v-t曲线线性特性的，所以采用上述方法搜索灰度系数校正曲线时，不会发生与整体灰度系数校正曲线相比有较大误差的情况。
另一种方法是求出几个lcd面板的灰度系数校正曲线，求出调整的输入标准平均值，适用于其他lcd的方法。
lcd根据厂家及面板大小的不同，v-t曲线比较接近，所以可以使用这种方法。
权利要求
1.一种使用非线性取样的影像信号灰度系数校正方法，其特征在于由下述的几个阶段构成分别测定白色信号灰度与黑色信号灰度，求出灰度差的阶段；对根据输入信号比特输入的信号标准分别测定灰度，把测得的灰度与上述求出的灰度差按照100％的标准进行换算的阶段；把对上述输入信号的信号标准分别换算得出的灰度值ln与事先设定的灰度值进行比较，看是否一致，如果不一致的话，则应该增加或减少rgb数据值yn，确保在两个值一致的条件下求出、并存储rgb数据值yn的阶段；搜索上述rgb数据值yn的偏差值，按照偏差值从大到小的顺序，进行非线性取样、记录在存储器的阶段。
2.根据权利要求1中所述的影像信号灰度系数校正方法，其特征在于已经设定的灰度值是从理想的灰度系数曲线中算出的灰度值。
3.根据权利要求1中所述的影像信号灰度系数校正方法，其特征在于上述数据yn的偏差值搜索阶段是从最低输入信号标准开始，按顺序求出灰度系数校正曲线，在灰度系数校正曲线偏差值几乎达到不变的极限值threshold后，停止调整，并记录下该数值的阶段。
4.根据权利要求1中所述的影像信号灰度系数校正方法，其特征在于上述数据yn的偏差搜索阶段是从最高输入信号标准开始，按顺序求出灰度系数校正曲线，在偏差值达到特定的极限值后停止调整，并记录下该数值的阶段。
5.根据权利要求1中所述的影像信号灰度系数校正方法，其特征在于对上述偏差值按照从大到小的顺序进行非线性取样阶段是按照偏差值从大到小的顺序对rgb数据值全部取样，或对rgb数据值中的部分按照偏差值从大到小的顺序进行取样的阶段。
全文摘要
本发明将涉及一种显示设备在校正灰度系数时，使用确保低光区、加亮区灰度的达到最佳画质效果的非线性取样影像信号灰度系数的校正方法。它包括下面几个阶段分别测定白色信号的灰度与黑色信号的灰度，并计算出灰度差的阶段；依据输入信号比特数输入的输入信号标准测出灰度，将测得的灰度与计算出的灰度差作为100％的基准进行换算的阶段；分别对输入信号的信号标准进行换算，把灰度值(ln)与已经设定的灰度值进行比较，如果两个值不一致，则应该增加或减少rgb数据值(yn)，确保在两个值保持一致的条件下求出并保存rgb数据值(yn)的阶段；搜索rgb数据值(yn)的偏差值，其中偏差值按照从大到小的顺序进行非线性取样，并存储在存储器中等几个阶段。本发明可以提高影像画质，使低光区灰度与加亮区灰度都能够完善的加以显示。
文档编号h04n5/57gk1627357sq20031011904
公开日2005年6月15日 申请日期2003年12月12日 优先权日2003年12月12日
发明者李沈鸿 申请人:乐金电子(沈阳)有限公司