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TWI701950B - 顯示器的影像調校裝置及其校正方法 - Google Patents

顯示器的影像調校裝置及其校正方法 Download PDF

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TWI701950B
TWI701950B TW108116842A TW108116842A TWI701950B TW I701950 B TWI701950 B TW I701950B TW 108116842 A TW108116842 A TW 108116842A TW 108116842 A TW108116842 A TW 108116842A TW I701950 B TWI701950 B TW I701950B
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王威鵬
黃清閔
李慈暉
彭娟苓
黃啓洲
李蕙君
古美娟
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鈺緯科技開發股份有限公司
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Abstract

一種顯示器的影像調校裝置，包括：微控制器，接收電訊號並對電訊號進行自我調校程序；微處理外部靈活匯流排，與微控制器連接，並且將經由自我調校程序後的電訊號傳送至影像處理模組；影像接收模組，由影像接收介面接收影像訊號；影像處理模組，對影像訊號進行影像調校處理，使得顯示器輸出影像訊號時，影像訊號符合色溫標準、Gamma值、均勻度及色域標準；以及影像輸出模組，與顯示器連接，將已進行自我調校程序的電訊號及經過影像調校處理的影像訊號傳送至顯示器，使得顯示器根據自我調校程序後的電訊號進行調校，並且輸出經過影像調校處理的影像訊號。

Description

顯示器的影像調校裝置及其校正方法
本發明有關於顯示器技術領域，特別是有關於利用外接於顯示器的影像調校裝置對各種形態的顯示器進行影像調校。
目前市面上醫療顯示器、一般顯示器、大型液晶電視牆、或是投影屏幕等顯像設備，都是為了呈現色彩影像給使用者，而在影像色彩的正確度往往都有所偏差，色彩的偏差可能會造成使用者在觀看顯示幕時的不舒適。又，如果是用於醫療層面的顯示器，如果顯示的影像有色彩的偏差可能會造成醫生的錯誤判斷。
因此，上述的顯像設備需要透過一個標準的影像規範來規範這些色彩影像，而目前對於影像的調校方式有硬體調校及軟體調校兩種方式。硬體調校是將調校裝置是直接設置於顯像設備內，在顯像設備出廠時即附有調校裝置；而軟體調校則是將調校的軟體安裝在電腦內，再與顯像設備連接之後，由已安裝有調校的軟體的電腦端來對顯像設備進行調校；或是將軟體以程式的方式寫入顯像設備的韌體內，即內建在顯像設備的控制晶片或是顯像設備的主機板內，來對顯像設備進行影像的校正。然而這些調校裝置或是安裝在電腦或是 在顯像設備的韌體內的調校軟體都只能針對單一且特定的顯像設備進行調校，而各個顯像設備都具有各自的調校方式並無法統一。舉例來說，A廠牌的顯像設備中的調校軟體或是調校裝置不一定能用於調校B廠牌的顯像設備。
此外，每一個廠牌的顯示器面板在製作時也存在著些微差異，即使物理特性稍有出入，呈現最大亮度也不一致。再經過Gamma校正、色溫補償之後的亮度更加明顯，而對於使用頻率高且需要精準色相的醫療體系，更需要維持高標準基準值以便提供醫生作為正確判斷依據。
根據現有技術的缺陷，本發明主要的目的在於提供一種外接於顯示器的影像調校裝置，可以與各種形態、可輸出影像的顯像設備連接，影像調校裝置與可輸出影像的影像設備之間不需要透過任何中間媒介例如電腦或是軟體連接，透過外接式影像調校裝置可以對任何廠牌或是任何型態的顯示器進行調校，以解決現有技術中，不同廠牌、相同類型的顯示器或是各種類型的顯示器其輸出的色彩影像不一致的技術問題。
本發明的再一目的是在於利用外接式的影像調校裝置對於連接的各種類型的顯示器自動自我調校完畢，使得每一個顯示器所輸出的影像符合色溫、Gamma值、均勻度及色域的標準範圍。
本發明的又一目的是在於外接式的影像調校裝置可以使用在沒有影像調校裝置的顯示器，利用光感測器感測顯示器當前的光訊號，並由光感測器將此光訊號轉換成電訊號，並經由影像調校裝置的微處理器對具有紅、綠、 藍、白光的電訊號進行校正，使得校正後的電訊號讓顯示器輸出可以符合色溫值、亮度值、Gamma值、均勻度及色域值。
根據上述目的，本發明提供一種顯示器的影像調校裝置，包括：微控制器，接收電訊號，並對電訊號進行自我調校程序；微處理外部靈活匯流排，與處理器連接，並且將經由自我調校程序後的電訊號傳送至影像處理模組；影像接收模組，由影像接收介面接收影像訊號；影像處理模組，對影像訊號進行影像調校處理，使得顯示器輸出影像訊號時，影像訊號符合色溫標準、Gamma值、均勻度及色域標準；以及影像輸出模組，與顯示器連接，將已進行自我調校程序的電訊號及經過影像調校處理的影像訊號傳送至顯示器，使得顯示器根據自我調校程序後的電訊號進行調校，並且輸出經過影像調校處理的影像訊號。
10:影像調校裝置
110:影像接收模組
120:影像處理模組
1202:Gamma校正單元
1204:色域對應轉換矩陣單元
1206:反Gamma校正單元
1208:色溫校正單元
1210:均勻度校正單元
1212:微處理外部靈活匯流排
1214:視控調整單元
130:影像傳送模組
140:微控制器
14042:計算函數模組
14044:補償函數模組
150:連接模組
160:無線傳輸模組
170:EDID暫存器
20:可以輸出影像的設備
30:顯示器
302W:全白量測方塊
302R:全紅量測方塊
302G:全綠量測方塊
302B:全綠量測方塊
40、42:光感測器
步驟70~步驟80:影像調校裝置進行自我調校程序的步驟
步驟742~步驟748:顯示器進行均勻度校正的各步驟
步驟762~步驟768:Gamma校正的進一步步驟
步驟768-1~步驟768-5:Gamma校正運算處理的進一步步驟
步驟782~步驟786:對顯示器進行色溫及色域值的調校步驟
步驟802~步驟806:對顯示器進行反Gamma校正運算的步驟
步驟806-1~步驟806-2:對顯示器進行色域對應轉換矩陣運算的進一步步驟
圖1是根據本發明所揭露的技術，表示外接式的影像調校裝置分別與顯示器及可輸出影像的設備連接的示意圖。
圖2是根據本發明所揭露的技術，表示外接式的影像調校裝置分別與顯示器及可輸出影像的設備連接的另一實施例的示意圖。
圖3是根據本發明所揭露的技術，表示影像調校裝置的方塊示意圖。
圖4是根據本發明所揭露的技術，表示影像調校裝置進行自我調校程序的步驟流程圖。
圖5A是根據本發明所揭露的技術，表示依據顯示器的解析度將顯示畫面分成16個量測點的示意圖。
圖5B是根據本發明所揭露的技術，表示依據顯示器的解析度將顯示畫面分成28個量測點的示意圖。
圖6是根據本發明所揭露的技術，表示顯示器進行均勻度校正的各步驟流程圖。
圖7是根據本發明所揭露的技術，表示進行亮度與色度的均勻度校正量測步驟中，於顯示器上的各點的量測方塊顯示全白畫面、全紅畫面、全綠畫面、全藍畫面的示意圖。
圖8是根據本發明所揭露的技術，表示進行Gamma校正的進一步的步驟流程圖。
圖9是根據本發明所揭露的技術，表示Gamma校正運算處理的進一步的步驟流程圖。
圖10是根據本發明所揭露的技術，表示對顯示器進行色溫校正運算的進一步的步驟流程圖。
圖11是根據本發明所揭露的技術，表示對顯示器進行反Gamma校正運算的步驟流程圖。
圖12是根據本發明所揭露的技術，表示對顯示器進行色域對應轉換矩陣運算的進一步的步驟流程圖。
首先請參考圖1。圖1表示外接式的影像調校裝置分別與顯示器及可輸出影像的設備連接的示意圖。在圖1中，外接式的影像調校裝置10(以下則稱為影像調校裝置10)分別與可以輸出影像的設備20及顯示器30連接。其中，可以輸出影像的設備20指的是可以輸出影像的設備例如攝影機，手機、平板電腦、 投影機、桌上型電腦、或筆記型電腦；顯示器30可以是任何一家廠牌的顯示器或是顯像設備。
在本發明的實施例中，影像調校裝置10可以利用有線的方式分別與顯示器及可輸出影像的設備20連接。以有線為例，在外接式的影像調校裝置10與可輸出影像的設備20之間可以利用串列數位介面(SDI)、高畫質多媒體介面(HDMI,high definition multimedia interface)、VGA埠或是顯示埠(Display port)等連接通訊格式來彼此連接，因此在影像調校裝置10的這一端的連接埠可以有多種連接端子讓使用者來選擇，以避免使用者在配對連接埠上的限制及選擇的限制。而上述的連接方式為眾所皆知的連接通訊格式不再此多加陳述。
在外接式的影像調校裝置10與顯示器30之間，同樣可以利用上述連接埠來彼此連接，亦可以避免使用者在配對連接埠上的限制及選擇的限制，並且提高使用者在使用上的選擇性。
而在圖1中，影像調校裝置10更包含與光感測器40連接，且光感測器40是設置在顯示器30的螢幕(即輸出影像的面板端)的前方；於另一實施例則是如圖2所示，光感測器42是內建於影像調校裝置10內。無論是如圖1中，光感測器40以外掛的方式與影像調校裝置10連接，或是如圖2，光感測器40是內建於影像調校裝置10內，其目的都是為了要偵測該顯示器30的用以偵測顯示器30的光訊號，並將光訊號轉換成電訊號，其中光訊號內包含了紅(red)、綠(green)、藍(blue)、白(white)光的波長光值接著，再經由影像調校裝置10的微控制器(MCU,Microcontroller Unit)(如圖3所示)進行處理，計算出所要的色溫值、亮度值及Gamma值，使得顯示器30在輸出影像訊號時，在顯示器30上所顯示的影像資料 的色溫標準、Gamma值、均勻度及色域標準能符合顯示器30的色溫值、亮度值、Gamma值及對比值。
接著請參考圖3，並且同時配合圖1及圖2來說明。圖3表示外接式的影像調校裝置的方塊示意圖。在圖3中，影像調校裝置10主要包括影像接收模組(image receiver)110、影像處理模組(image processing module)120、影像傳送模組(image transmitter)130、微控制器(Microcontroller Unit)140、連接模組150及無線傳輸模組160，以下針對各個模組的功能(function)進行說明。
影像接收介面110，用以接收由可輸出影像的設備20所輸出的影像訊號，其中可輸出影像的設備20可以是由攝/錄像設備、內視鏡、影像播放設備、行動裝置、個人電腦、或終端電腦所傳送的影像資料，其影像資料可以是動態的影片格式或是靜態的相片格式。
影像處理模組(image processing module)120，用以接收由影像接收介面110所傳送的影像訊號，並且對此影像訊號進行處理。影像處理模組120至少包括Gamma校正單元(Gamma correction unit)1202、色域對應轉換矩陣單元(Gamut mapping matrix unit)1204、反Gamma校正單元(De Gamma correction unit)1206、色溫校正單元(color temperature correction unit)1208、均勻度校正單元(uniformity correction unit)1210、微處理外部靈活匯流排(FB BUS)1212以及視控調整單元(on-screen displaying unit)1214，上述各個單元之間彼此以電性連接或是以訊號傳送的方式彼此連接，其連接的方式並未如上述所限制。
Gamma校正單元1202，又可以稱為Gamma非線性化(Gamma nonlinearity)、Gamma編碼(Gamma encoding)或是只是單純稱為Gamma。Gamma校正單元1202是用來針對影像訊號(影片格式或是相片格式)或是影像系統裡對 於光線輝度(luminance)或是三色刺激值(tristimulus values)所進行的非線性的運算或是反運算，當影像訊號經過Gamma校正單元1202之後，可以使得影像訊號符合Gamma標準。
色域對應轉換矩陣單元(Gamut mapping matrix unit)1204，在本發明的實施例特別指的是3x3色域對應轉換矩陣單元，是將經過Gamma校正單元1202校正後的影像訊號進行色域對應轉換，使得該影像訊號符合色域標準。
反Gamma校正單元1206，用以將顯示器30的電訊號中的非線性Gamma曲線校正成線性的Gamma曲線。
色溫校正單元1208，用以將顯示器30的電訊號中的色溫值校正，使得顯示器30在輸出影像資料時可以符合色溫標準。
均勻度校正單元1210，主要是針對顯示器30的色度及亮度的均勻度進行校正，使得顯示器30在輸出資料時其顯示器30符合色度及亮度的均勻度標準。
微處理外部靈活匯流排1212，與微控制器130連接，用以將微控制器130處理後的電訊號傳送至影像處理模組120。
視控調整單元1214，用以調整影像在顯示器30的各個設定值例如色溫值、Gamma值、亮度值及對比值，使用者可以利用此視控調整單元1214調整上述顯示器30的顯示設定值並且可以儲存在影像調校裝置10的儲存單元(未在圖中表示)，其中影像調校裝置10的儲存單元可以是PROM、EEPROM或是快閃記憶體(Flash memory)，此外影像調校裝置10的儲存單元亦可以儲存顯示器30的廠商名稱及序號。
影像傳送模組130，用以將影像訊號傳送至顯示器30。
微控制器140，用以接收由光感測器40所傳送的電訊號，並對此電訊號進行自我調校程序，其中電訊號由外接於影像調校裝置10的光感測器40(如圖1所示)或是內建於影像調校裝置10的光感測器42(如圖2所示)偵測顯示器30當前的光訊號所得到，並且將此光訊號進行處理並轉換成電訊號。在本發明的實施例中，微控制器140至少包括動作控制模組(action controller)1402以及調校控制模組(calibration controller)1404，其中動作控制模組1402用以接收外部輸入指令，並且進行動作指令的下達及控制影像調校裝置10的自我調校流程，其中外部輸入指令是由使用者透過外部裝置(未在圖中表示)例如鍵盤，當動作控制模組1402接收到由外部裝置所輸入的外部輸入指令之後，即會進行動作指令的下達及控制影像調校裝置10的自我調校流程。
調校控制模組(calibration controller)1404又至少包括計算函數模組(calculation function module)14042以及補償函數模組(compensate function)14044。計算函數模組14042，將光感測器40、42偵測到的顯示器30的光訊號轉換成電訊號之後，對此電訊號進行Gamma校正曲線函數運算、色溫函數運算以及色域對應轉換矩陣參數運算，在此對電訊號進行Gamma校正曲線函數運算、色溫函數運算以及色域對應轉換矩陣參數運算的目的是為了要將顯示器30的上述Gamma校正曲線、色溫以及色域等數值對應要輸出在顯示器影像訊號的Gamma校正曲線、色溫以及色域。
補償函數模組14044，對該電訊號進行均勻補償運算及反Gamma校正運算，同樣的，補償函數模組14044是將光感測器40、42所偵測到的顯示器30的光訊號轉換成電訊號之後，進行均勻補償運算及反Gamma校正運算，使得顯示器30的上述亮度及色度的均勻度可以與要輸出在顯示器30的影像訊號的均 勻度相對應以及電訊號中非線性曲線校正成Gamma曲線能與由反Gamma校正單元1206所校正的線性的Gamma曲線匹配。
連接模組150，用以與外部電子裝置連接，其中連接模組150可以是通用序列匯流排(USB,Universal serial Bus)、RJ45及/或RS232，要說明的是，影像調校裝置10可以利用序列匯流排(USB,Universal serial Bus)與電腦連接亦可以作為擴充槽與其他的攝影器材、數位電視、遊戲設備進行連接。
無線傳輸模組160，與顯示器30以無線方式連接或是與其他電子設備以無線通訊方式連接。
因此，根據上述，本發明的影像調校裝置1的調校流程步驟請參考圖4。在陳述圖4的步驟流程的同時，也一併配合圖1至圖3。在圖4中，首先步驟70：由影像調校裝置10透過介面(未在圖中表示)讀取顯示器30的延伸顯示能力識別(EDID，extended display identification data)(以下簡稱EDID)。在步驟70中，先由影像調校裝置10透過介面例如串列數位介面(12G-SDI)、高畫質多媒體介面(HDMI，high definition multimedia interface)或是顯示埠(DP，display port)來讀取顯示器30的EDID，並且將讀取的數值儲存於影像調校裝置10內的EDID暫存器170，並且傳送至與影像調校裝置10的影像輸入模組110連接的可輸出影像的設備20，使其可以送出符合顯示器30解析度大小的圖像資料。
於步驟72：視控調整單元選擇進入自動自我調校流程。
於步驟74：對顯示器30進行均勻度調校步驟。
於步驟76：對顯示器30進行Gamma調校步驟。
於步驟78：對顯示器30進行色溫及色域值的調校步驟。
於步驟80：對顯示器進行反Gamma校正運算步驟。
接著請參考圖6，圖6是根據步驟74針對顯示器的均勻度調校步驟做進一步說明。
步驟742：針對顯示器進行均勻度校正。在此步驟中，是利用均勻度校正單元1210來達成，其目的是為了解決顯示器30的整體畫面因面板背光強度不均勻及色度不均勻的問題。在此步驟中，均勻度校正單元1210依據顯示器30的解析度將顯示畫面分成16或是28個量測點，其可以處理的解析度最小為640x480，最大可以達4K2K。當解析度小於或是等於2560x2048，則由均勻度校正單元1210將顯示器30的顯示畫面分成16個量測點，如圖5A所示；於另一實施例中，若是解析度大於2560x2048，則均勻度校正單元1210將顯示器30的顯示畫面分成28個量測點，如圖5B所示。
於步驟744：進行亮度與色度的均勻度校正量測步驟。首先進行均勻度校正流程：由影像調校裝置10送出全黑影像至顯示器30，使得顯示器30的畫面為全黑畫面如圖7所示。圖7是根據圖5A或是圖5B中的編號1的位置打出一量測方塊302W為全白，其RGB值為(4096,4096,4096)，此時須要將外接或是內建於顯示器30內的光感測器40、42的收光面置於此方塊內，再由視控調整單元1214控制後續動作。而在此方塊會陸續顯示全紅畫面302R，其RGB值為(4096,0,0)、全綠畫面302G，其RGB值為(0,4096,0)、全藍畫面302BB，其RGB值為(0,0,4096)。由光感測器40、42感測量測值，因此量測方塊會依據由圖5A或是圖5B的編號1跳至編號2，重覆顯示全白畫面302W、全紅畫面302R、全綠畫面302G、全藍畫面302B的量測方塊，依據上述顯示方式，在顯示完全白302W、全紅302R、全綠302G、全藍302B量測方塊302之後會依序下一個編號繼續顯示直到編號16或是編號28位置而結束量測，如圖7所示。
接著步驟746：進行亮度與色度的均勻度校正運算處理。於此步驟中是以顯示器30的解析度為2560x2048的16個量測點來舉例說明。首先針對顯示器30亮度不均及色度不均的缺陷，用光感測器40、42經由均勻度校正單元1210將顯示器30畫面畫分成16個量測點，而這16個量測點為各區域的R、G、B、W四個亮度值，可以決定最終的目標亮度為多少，其目標亮度可為最大亮度、平均亮度或是最小亮度。以目標亮度為最小亮度而言，此調校方法的目標亮度是得到的16個量測點中之最小亮度x100/95，其數學式可以表示成：目標亮度=(最小亮度×100)/95，式(1)，使得平均亮度誤差在95%以上，經過上述式(1)運算之後，得到各區域亮度和目標亮度的比例關係及各區域色度及目標色度的比例 關係，如式(2)所示：
Figure 108116842-A0305-02-0013-4
，式(2)，其中Lmax 為16個量測點的最大亮度值，Lmin為16個量測點的最小亮度值。
緊接著，步驟748：將各編號量測得到的亮度值進行內插法計算以得到每兩個編號的內插值，利用內插值計算所有像素的補償比例值並且得到最後經過亮度及色度均勻度校正之後的影像值，使得顯示器的亮度不均及色度不均可以做校正處理。在此步驟中，由前述圖5A或是圖5B中的各個編號所量測到的亮度值進行內插法的計算，可以得到兩個編號的內插值，其中運算方式可以採用縱向的三次曲線插補法(Cubic spline interpolation)，因此，由編號1及編號5量測得到的亮度值經過計算以得到編號1和編號5的內插值為683個值、由編號9和編號13的亮度值可以內插得到682個內插值、由編號2及編號6測量得到的亮度值內插可以得到683個值、編號6及編號10量測得到的亮度值內插可得到683個值、編號10及編號14量測得到的亮度值內插可得到682個值，以此類推，其餘編 號位置一樣使用三次曲線差補法得到內插值，因此會得到4x2048個縱向內插值。同樣的，將編號1和編號2經過橫向三次曲線插補法，計算得到其內插值為426個值、由編號2及編號3量測得到的亮度值內插可以得到426個值，以此類推，可以得到1280x1280個內插值，其中各編號的RGB的內插補法如式(3)至式(14)所列：編號1的R內插補法：U(Ri)=R_A1x 3+R_B1x 2+R_C1x+R_D1，式(3)
編號2的R內插補法：U(Ri)=R_A2x 3+R_B2x 2+R_C2x+R_D2，式(4)
編號3的R內插補法：U(Ri)=R_A3x 3+R_B3x 2+R_C3x+R_D3，式(5)
編號4的R內插補法：U(Ri)=R_A4x 3+R_B4x 2+R_C4x+R_D4，式(6)
編號1的G內插補法：U(Gi)=G_A1x 3+G_B1x 2+G_C1x+G_D1，式(7)
編號2的G內插補法：U(Gi)=G_A2x 3+G_B2x 2+G_C2x+G_D2，式(8)
編號3的G內插補法：U(Gi)=G_A3x 3+G_B3x 2+G_C3x+G_D3，式(9)
編號4的G內插補法：U(Gi)=G_A4x 3+G_B4x 2+G_C4x+G_D4，式(10)
編號1的B內插補法：U(Bi)=B_A1x 3+B_B1x 2+B_C1x+B_D1，式(11)
編號2的B內插補法：U(Bi)=B_A2x 3+B_B2x 2+B_C2x+B_D2，式(12)
編號3的B內插補法：U(Bi)=B_A3x 3+B_B3x 2+B_C3x+B_D3，式(13)
編號4的G內插補法：U(Bi)=B_A4x 3+B_B4x 2+B_C4x+B_D4，式(14)
其他的編號位置一樣使用內插補法得到各內插值。
接著，根據上述三次曲線插補法計算所得到1280x1280個補償比 例值，每兩個像素(pixel)使用1個補償比例值，其中1個補償比例值包含3個次像素(sub pixel)補償比例值，各為RGB補償比例值，將補償比例值與輸入影像做運算得到最後經過亮度及色度均勻度校正之後的影像值透過影像傳送模組130傳 送至顯示器30，使得顯示器30的亮度不均及色度不均可以做校正處理，其中影像值的計算方式如下式(15)~式(17)所列： Pixel R Data Out=Pixel R Data In×U(Ri)，其中i為第i個像素，式(15)。
Pixel G Data Out=Pixel G Data In×U(Gi)，其中i為第i個像素，式(16)。
Pixel B Data Out=Pixel B Data In×U(Bi)，其中i為第i個像素，式(17)。
接著，針對前述步驟76：影像調校裝置10對顯示器30進行Gamma調校步驟做進一步說明。於此步驟的目的是為了讓顯示器30符合Gamma規範，例如：Gamma 1.8、Gamma 2.0、Gamma 2.2、Gamma 2.4或是Gamma DICOM等Gamma曲線。並針對步驟76進一步以圖8來說明，表示顯示器30進行Gamma校正的進一步步驟流程圖。
步驟762：進入Gamma校正流程。
步驟764：由影像調校裝置10送出至顯示器30顯示為全黑畫面。
步驟766：於顯示器30畫面正中央打出一量測方塊為全白畫面、全黑畫面、全紅畫面、全綠畫面及全藍畫面進行量測。全白畫面，其RGB值為(4096,4096,4096)，此時需要將光感測40、42的(收光面)感測光的那一面置於此全白方塊(即色彩方塊)內，此量測方塊(全白畫面)內的影像值會由全黑，RGB值為(0,0,0)陸續往上增加，即會由RGB(0,0,0)依序增加為RGB(64,64,64)、RGB(128,128,128)...，直到RGB值增加為RGB(4096,4096,4096)白色64階變化。因此，依據上述，如圖7所示，紅色64階變化則是由RGB(0,0,0)依序增加為RGB(64,0,0)、RGB(128,0,0)...直到RGB(4096,0,0)。綠色64階變化則是由RGB(0,0,0)依序增加為RGB(0,64,0)、RGB(0,128,0)...直到RGB增加為RGB(0,4096,0)。藍色64 階變化則是由RGB(0,0,0)依序增加為RGB(0,0,64)、RGB(0,0,128)...直到RGB增加為RGB(0,0,4096)為止，以結束量測。
接著步驟768：Gamma校正運算處理，由量測值建立顯示器的亮度特徵曲線。其中步驟768進一步的步驟流程如圖9所示，其包括： 步驟768-1：通過光感測器40、42進行回饋控制調整顯示器30的背光至適當的亮度，其中亮度必需要大於DICOM中規範的最低亮度。
步驟768-2：由顯示器30打出32階灰階測試畫面，由光感測器40、42量測並記錄以當作參考的亮度，藉此以建立顯示器30的亮度特徵曲線。
步驟768-3：根據顯示器30的顯示晶片的需求，採用三次曲線插補法將上述的參考亮度進行插補，以獲得顯示器30的顯示晶片所需要的亮度參考表(luminance reference table)。
步驟768-4：將目標Gamma值根據Gamma公式如式(18)求出各階所需的亮度值，並在亮度參考表中取出最接近的對應階數，並將其填入Gamma表(Gamma table中。
Figure 108116842-A0305-02-0016-5
，式(18)，其中x=0.1,...n-1；n為亮度參考表 的大小。
步驟768-5：顯示器30載入步驟768-3所調整出來的Gamma表，並重新測量一次灰階曲線以驗證調校結果是否正確，以完成顯示器30的Gamma值校正。
接下來對步驟78：對顯示器30進行色溫及色域值的調校步驟做進一步說明。於步驟78：影像調校裝置10對顯示器30進行色溫及色域值的調校步驟的目的是為了讓顯示器30輸出影像時其符合色溫規範，其中色溫規範可以是 5400K、6500K、7300K、8200K或是9300K等色溫。其中步驟78進一步的步驟流程如圖10所示，其步驟流程包含：
步驟782：於先前在Gamma量測流程中取得顯示器30的Gamma量測值。
步驟784：利用光感測器40、42進行回饋控制以調整顯示器30的背光至適當的亮度，其中亮度必須要大於DICOM中規範的最低亮度。
步驟786：調整暫存器中的顯示器30的R Gain、G Gain、B Gain由影像處理模組例如FPGA載入，並再一次測量確認顯示器30的色度空間座標(x,y)及亮度γ值是否落入誤差容許範圍中，以完成顯示器30的色溫調整。顯示器30顯示全白的測試畫面，由光感測器40、42利用轉換矩陣測量出顯示器40、42目前的色度空間座標(x,y)及亮度γ值、暫存器(未在圖中表示)的顯示器30的R、G、B的增益(Gain)值(以下稱R Gain、G Gain及B Gain)，其中R Gain與色溫對應的色座標(x,y)中的x成正比例、G Gain與y成正比例、B Gain與x、y成反比例。另外，R Gain、G Gain及B Gain與顯示器30的亮度γ值之間滿足下列式(19)：
γ=0.299×R Gain+0.587×G Gain+0.114×B Gain，式(19)
於步驟80：對顯示器進行反Gamma校正運算。此步驟的目的是因為顯示器30通常都帶有非線性曲線Gamma，對顯示器30進行反Gamma校正運算則是將顯示器30校正成線性的Gamma曲線，其中步驟80進一步如圖11來說明其步驟流程。
步驟802：於先前在Gamma量測流程中取得顯示器30的反Gamma量測值。
步驟804：經由64階各點量測值進行插補，以建立顯示器30的亮度特徵曲線(monitor Gamma)，並將所需目標Gamma曲線根據Gamma求出各點的亮度值。
於步驟806：對顯示器30進行色域對應轉換矩陣運算。於此步驟的目的在於讓顯示器30輸出影像時符合色域規範，例如：標準紅綠藍色彩空間(sRGB)、Adobe RGB或是由國際電信聯盟(ITU)所制定的標準Rec.709、Rec.2020、SMPTE-C或是DCI色域，其中步驟806進一步包括如圖12所示的步驟流程。
步驟806-1：於先前在Gamma量測流程中取得顯示器30的反Gamma量測值。
步驟806-2：對反Gamma量測值進行色域校正運算，其運算如下列式(20)所示：
Figure 108116842-A0305-02-0018-2
由式(20的矩陣可以得到如式(21)的計算公式
Figure 108116842-A0305-02-0018-3
因此，本發明中的顯示器30經由光感測器40、42量測得到的光訊號經轉換為電訊號並且經過上述影像調校裝置10的自我調校步驟對顯示器30進行校正之後，由顯示器30所輸出的影像資料可以符合色溫、Gamma值、均勻度及色域的標準範圍。此外，本發明所揭露的影像調校裝置10可以適用於各種不同廠牌的顯示器30，由於影像調校裝置10是透過光感測器40、42感測顯示器的光訊號來針對個別的顯示器30的色溫、Gamma值、均勻度及色域等來調校，因此不同的顯示器30在經過調校後，其顯示出來的影像資料不會因為不同廠牌的顯示器30而由過深或是過淺的色彩及/或灰階的呈現，也可以讓使用者輸入相同的影像資料時，例如攝錄影機，經由本發明的影像調校裝置10對於使用不同廠 牌顯示器30例如View Sonic或是Sony所輸出的影像可具有相同的色溫、Gamma值、均勻度及色域標準。
10:影像調校裝置
110:影像接收模組
120:影像處理模組
1202:Gamma校正單元
1204:色域對應轉換矩陣單元
1206:反Gamma校正單元
1208:色溫校正單元
1210:均勻度校正單元
1212:微處理外部靈活匯流排
1214:視控調整單元
130:影像傳送模組
140:微控制器
14042:計算函數模組
14044:補償函數模組
150:連接模組
160:無線傳輸模組
170:EDID暫存器
20:可以輸出影像的設備
30:顯示器
302:量測方塊
42:光感測器

Claims (9)

  1. 一種顯示器的影像調校裝置，包括：一光感測器，用以將一光訊號轉換為一電訊號；一微控制器，用以接收該電訊號，並對該電訊號進行一自我調校程序；一微處理外部靈活匯流排，與該微控制器連接，並且將經由該自我調校程序後的該電訊號傳送至該影像處理模組；一影像接收模組，由一影像接收介面接收一影像訊號；該影像處理模組，對該影像訊號進行一影像調校處理，並使得該顯示器輸出該影像訊號時，該影像訊號符合一色溫標準、一Gamma值、一均勻度及一色域標準；以及一影像輸出模組，與該顯示器連接，用以將已進行該自我調校程序的該電訊號及經過該影像調校處理的該影像訊號傳送至該顯示器，使得該顯示器根據經由該自我調校程序的該電訊號進行一調校，並且輸出經過該影像調校處理的該影像訊號；其中該影像處理模組還包括一均勻度校正單元，該自我調校程序還包括一均勻度調校流程，該均勻度調校流程包括以下步驟：透過該均勻度校正單元將該顯示器的顯示畫面分為多個量測點；透過該影像調校裝置輸出一全黑影像於該顯示器，並於各該量測點依序輸出一全白方塊、一全紅方塊、一全藍方與一全綠方塊，以及透過該光感測器依序量測每個該量測點的該全白方塊、該全紅方塊、該全藍方塊與該全綠方塊的亮度值； 進行一亮度與色度的均勻度校正處理運算，得到各該量測點的最大亮度值以及最小亮度值；將各該量測點量測得到的各該亮度值進行內插法計算以得到每兩個該量測點的一內插值；根據各該內插值計算所有像素的補償比例值，以得到多個影像值；以及透過該些影像值進行該顯示器的亮度及色度校正。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的顯示器的影像調校裝置，其中該光感測器設置在該影像調校裝置內或是外接於該影像調校裝置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的顯示器的影像調校裝置，其中該影像訊號由一攝/錄像設備、一內視鏡、一影像播放設備、一行動裝置、一個人電腦、或一終端電腦所提供。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的顯示器的影像調校裝置，其中該微控制器包括：一動作控制模組，接收一外部輸入指令，並執行該外部輸入指令的一動作；一計算函數模組，對該電訊號進行一Gamma校正函數運算、一色溫函數運算及一色域對應轉換矩陣參數運算；以及一補償函數模組，對該電訊號進行一亮度/色度均勻補償函數及一反Gamma校正運算。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的顯示器的影像調校裝置，其中該外部輸入指令是由一外部裝置產生。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的顯示器的影像調校裝置，其中該外部裝置可以是鍵盤。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的顯示器的影像調校裝置，更包含一連接模組與該處理器連接，其中該連接模組可以是一USB連接端、一RJ45連接端及/或RS232連接端。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的顯示器的影像調校裝置，更包含一快閃記憶體用以儲存相對應於該顯示設備的該解析度的該色溫標準、該Gamma值、該均勻度及該色域標準的該亮度值及/或該對比值。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的顯示器的影像調校裝置，其中對該影像訊號的該光線輝度及/或該三色刺激值運算是利用一非線性運算或是一非線性反運算達成。
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