专利名称：用于校准与显示器耦合的颜色测量装置的方法和设备的制作方法
用于校准与显示器耦合的颜色测量装置的方法和设备交叉引用相关申请本申请要求2007年11月29日提交的美国临时专利申请序列号No. 60/991，115 的权益，该申请通过全文引用方式被合并于本申请中。
背景技术：
彩色显示器，诸如液晶显示器，在它们的寿命期间往往遭受颜色偏移，因而必须按 规定时间间隔再校准(如使用比色计或其他颜色测量装置)以给出正确的彩色。然而，对 显示器进行颜色测量的常规技术往往非常昂贵。举例说，一种常规技术涉及使用分光辐射 谱仪(spectroradiometer)( 一种在约30种或更多种波长上测量光的装置，这里这些测量 可组合成国际照明委员会(CIE)XYZ三色激励值)。但是，分光辐射谱仪的光谱通道数目造 成它的使用昂贵。另一种常规技术涉及使用三色激励比色计(一种在三个通道中测量通过 滤波器的光的装置，这些滤波器的效率接近CIE颜色匹配函数和5(λ))。然 而，三色激励比色计的特有滤波器的设计造成它的使用也昂贵。
发明内容
一种用于校准专供特定构造和型号的发光显示器使用的测试颜色测量装置的方 法的一个实施例包含测量该测试颜色测量装置的至少四个通道的初始光谱灵敏度；使该 光谱灵敏度线性回归以达到与CIE颜色匹配函数的最小二乘方最佳拟合；用参考颜色测量 装置测量显示器上测试颜色的CIE三色激励值；用测试颜色测量装置测量显示器上的CIE 三色激励值；使用有可变拟合系数的非线性函数，把由测试颜色测量装置测量的CIE三色 激励值变换到已经由参考颜色测量装置测量的CIE三色激励值；以及存储初始拟合系数 值，这些初始拟合系数值给出由测试颜色测量装置测量的CIE三色激励值和由参考颜色测 量装置测量的CIE三色激励值的最小二乘方最佳拟合。因为该校准是专门对特定构造和型 号的发光显示器的(即，该颜色测量装置被校准只用于特定发光显示器-或发光显示器类 型)，有鉴于该颜色测量装置将不必针对两个或更多个不同显示器(或显示器类型)之间的 差别，因此被该颜色测量装置所作测量显现出改进的精度。
本发明的教导能够通过考虑下面结合附图的详细说明而被立刻理解，附图中图1是说明适合供本发明使用的系统的一个实施例的示意图；图2是说明用于校准显示器耦合的颜色测量装置的方法的一个实施例的流程图； 和图3是用一般用途计算装置实施该校准方法的高级方框图。为便于理解，只要可能，已经用相同参考数字标记各图共有的相同单元。
具体实施例方式在一个实施例中，本发明是一种用于校准显示器耦合的颜色测量装置，诸如被耦 合到液晶显示器(LCD)的比色计的方法和设备。工厂已校准的显示器上颜色测量装置的校 准能使颜色测量装置从该显示器记录正确的比色值，又当显示器呈现颜色偏移时该正确的 比色值本身能使颜色测量装置正确地再校准该显示器。本发明的实施例都假定显示器的 颜色能够借助通过多个滤波器来测量显示器而被精确地测量，这里被使用的滤波器的准确 数量小于分光辐射谱仪的光谱通道数量，但足够地多以致单独的滤波器光谱不必十分接近 (ΠΕ3^λ)，和Μλ)颜色匹配函数。这种技术不如常规的颜色测量技术那么昂贵。被 用于这些测量的显示器耦合的颜色测量装置涉及两步处理。图1是说明适合供本发明使用的系统一个实施例的示意图。该系统包含诸如LCD 电视机的显示器100和被耦合到显示器100的诸如比色计的颜色测量装置102。颜色测量装置102包括多个通道，这里每一通道还包括滤波器/检测器对。在一个 实施例中，颜色测量装置包括至少四个通道。虽然在图1中颜色测量装置102被画成相对 于显示器100是在外部，但在替换的实施例中，颜色测量装置102被嵌入到显示器100中。 在这种情形中，颜色测量装置102可以包括被多个集成颜色滤波器和检测器面向的单个硅
-H-· I I心片。按照本发明的实施例，显示器100是工厂已校准的。其后，显示器100的工厂校准 设置被用于校准颜色测量装置102。因此，当显示器100在将来呈现颜色偏移时，显示器耦 合的颜色测量装置102能够被用于用显示器特有的颜色数据再校准该显示器100。一种用 于校准供显示器100使用的颜色测量装置102的方法的一个实施例参考图2更详细讨论。图2是说明用于校准显示器耦合的颜色测量装置的方法200的一个实施例的流程 图。该颜色测量装置例如可以被耦合到LCD，如在图1中所示。方法200开始于步骤202然后前进到步骤204，这里方法200测量颜色测量装置各 通道的光谱灵敏度( λ )。在一个实施例中，光谱灵敏度是用诸如与单色仪耦合的白光可 调谐光源推导出的。在这样的情形下，在测量颜色测量装置各通道的光谱灵敏度之前，必须 首先校准(如离线)可调谐光源，因为该可调谐光源很可能在每一波长上有未知的光谱发 射。在一个实施例中，可调谐光源的校准涉及用已校准光源的效率使可调谐光源的输出归 一化。在一个实施例中，建立一组41个数(如按IOnm增量的380nm到780nm)。该组数包 括加权因子W(X) =Ρ_/Ρ(λ)，这里Ρ(λ)是来自波长λ上可调谐光源的功率，而Pmax是 Ρ(λ)在波长λ范围内的极大值。在一个实施例中，函数Ρ(λ)是由主分光辐射谱仪测量 的。在一个实施例中，假定可调谐光源已被适当校准，颜色测量装置各通道的光谱灵 敏度是通过测量光谱灵敏度(例如用可调谐光源)然后以加权因子W(X)乘这些测量值推 导出的。在步骤206，方法200借助使颜色测量装置推导出的通道灵敏度fi ( λ )线性回归 以达到与CIE XYZ颜色匹配函数(即1931CIE系统的〒(λ)，JJ(λ)和7(λ))的最小二乘 方最佳拟合来校准颜色测量装置。线性回归允许计算给出最小二乘方最佳拟合的初始拟合 系数Cxi，Cyi和Czi的导数。例如，求Cxi的导数是通过首先把均方残余光谱取为 这里
按10nm增量被计算。 在一个实施例中，EQN. 1对IXD应用要用加权函数W( λ )修改如下 这里加权函数W(X)表示要与比色计耦合的显示器(或显示器类型/型号)的特 征。就是说，加权函数W(X)是专供该颜色测量装置使用的显示器或显示器类型(构造和 型号)所特有的。在一个实施例中(如用于LCD或LED)，WU)是来自背景灯的光谱功率 分布乘以全白状态中LCD三个颜色滤波器的总和。在另一个实施例中，WU)是来自LCD背 景灯(如发光二极管(LED)或荧光灯)的光谱功率分布。为求解最小二乘方问题，令EQN. 1 或EQN. 2中Fx对Cxi的偏导数为零，然后把得到的线性系统对Cxi求解。Cyi和Czi用类似的 方程式导出。除了矩阵各元素要被倒置以及右手侧矢量是现在被W2U)加权的波长总和 外，EQN. 2的最小二乘方问题的解类似于EQN. 1的解(见附录A)。由于比色计将经常测量 同一显示器这一事实，使特定函数W2U)的引入成为可能，因此能使函数W2U)适合该显 示器的要求(在一个实施例中，是LCD的显示器白色)。因此，步骤204-206可以看作校准的第一级，得到的第一级输出是初始拟合系 数Cxi，Cyi和czi。然而，因为颜色测量装置各通道中引入的多个滤波器与颜色匹配函数 (λ), 3 (λ)和可以不完全匹配，有必要在一些实施例中引入步骤208-210所体现的 第二级校准以便改善初始拟合系数Cxi，Cyi和Czi。因此，在可选步骤208(以虚框画出)中，方法200用主(参考)颜色测量装置，诸 如分光辐射谱仪，对一组已知测试颜色校准显示器(即，要么是待测试的显示器要么是另 一个相同构造和型号的显示器)。在一个实施例中，该组已知测试颜色包括26种测试颜色。 显示器的校准为主颜色测量装置产生一组目标X，Y，和Z三色激励值。然后在可选步骤210 (以虚框画出)中，方法200用被校准显示器上提供的该组测 试颜色对与初始拟合系数Cxi，Cyi和Czi关联的初始X，Y和Z三色激励进行二次(二阶多项 式)回归。这一步产生被改进(最后)的X，Y和Z三色激励值。具体说，方法200非线性 地变换从步骤206导出的初始X，Y和Z三色激励值以改进与步骤208中从被校准显示器测 量的目标Χ，Υ和Z三色激励值的一致性。由于比色计将经常测量同一显示器这一事实使上 述非线性变换中特定系数值的使用更为有效，从而使这些系数值适合该显示器(在一个实 施例中，是LCD)的要求。例如，假设步骤206中对颜色j导出的初始X，Y，和Z三色激励值是X」，Yj和Zj (这 里j = 1，M ；而M是在该组测试颜色中的测试颜色数)。还假设步骤208中导出的目标X， Y和Z三色激励值是XTj，Ytj和ZTj。因此步骤208的目的是找到产生与相应量的XTj，Ytj,和 ZTj的最小二乘方最佳拟合的27个常数(改进的拟合系数)kxi，kyi和kzi(i = 1,8)Xfj = 1 χ1Χ」+1 χ2Υ」+1 χ3Ζ」+1 χ4Χ」Υ」+1 χ5Χ」Ζ」+1 χ6Υ」Ζ」+1 χ7Χ/+1 χ8Υ/+1 χ9Ζ/=
Zfj = kzlXJ+kz2YJ+kz3ZJ+kz4XJYJ+kx5XJZJ+kz6YJZJ+kz7X/+kz8Y/+kz9Z/这里，这些表达式对被测量的X，Y和Z三色激励值是非线性的，但对拟合系数kxi， kyi和kzi是线性的。因此，人们能够容易地对拟合系数求解。在一个实施例中，方法200从M个测试颜色定义颜色测量装置测量的X，Y，X三色 激励值的一个MX 9矩阵D。D的第j行矢量是Dj = [Xj Yj Zj XjYj XjZj Xj2 Yj2 Zj2](EQN. 3)在一个实施例中，方法200定义一个待求解的改进的拟合系数3X9矩阵C 在一个实施例中，方法200定义目标X，Y，和Z三色激励值的一个MX 3矩阵B，它 的第j行由下式给出Bj = [XTJ Ytj Ztj](EQN. 5)于是最小二乘方问题是找出C，以便尽可能接近B = DCt(EQN. 6)这里T代表矩阵转置。C的解是把D的伪逆矩阵应用于EQN. 6的两边Ct = (DtD) -1DtB(EQN. 7)在步骤212，方法200为颜色测量装置/显示器对存储拟合系数(即，或者如果只 实施一级校准，是初始拟合系数，或者如果实施两级校准，是改进的拟合系数)。在一个实施 例中，拟合系数被存储在显示器中。方法200然后在步骤214终止。拟合系数的存储能让它们在将来用显示器上的颜色测量装置进行校准时被用作 查阅表。给定从EQN. 7计算的矩阵C，其后由显示器上颜色测量装置测量的任何颜色的改进 的三色激励值(Xf，Yf和Zf)可从初始三色激励值(如在步骤206中导出的X，Y和Z)用下 式计算[Xf Yf Zf] = [X Y Z XY XZ YZ X2 Y2 Z2] Ct(EQN. 8)被应用于反射式样本的扫描器(如在Jon Y. Hardeberg的“Acquisition and Reproduction of Color Images :Colorimetric and Multispectral Approaches,，，第3章 中所说明的。该书由巴黎的Ecole Nationale Superieure de Telecommunications在 1999 年出版第一版(法语)，第二版(英语)由佛罗里达Parkland的Universal Publishers在 2001年出版，该书被通过全文引用合并到本说明书中)，方法200从二阶回归所获得的精度 在两个到三个CIELAB ΔΕ值之间。当人们使用有多于三个通道的颜色测量装置(作为扫 描器的替代物)执行步骤204-206然后测量在其控制中只用3个自由度进行固有设计的显 示器时，甚至可获得更高的精度。即使扫描器或颜色测量装置是线性度受步骤210的二阶 多项式回归损害的完全的线性装置，以上所述仍然成立。在一个实施例中，令二阶多项式回归中的常数项为零，留下27个待定系数。这样 做保留黑色点独立于测试颜色，事实上是给予黑色非常高的加权。这样做能够证明对显示 器应用是有利的。在本发明的一个实施例中，颜色测量装置不仅与显示器耦合，而且实际上被嵌入 在显示器中。例如，颜色测量装置可以被嵌入诸如蜂窝电话键盘或膝上型计算机那样的铰接式显示器系统的屏幕相反表面中，以便当合上铰链时，在实际上周围无光的环境中能够 出现测量和校准过程。在另一个实施例中，颜色测量装置被耦合到铰接式显示器，但不嵌入 其中。在又另一个实施例中，颜色测量装置被固定于显示器的固定托架(如独立应用的显 示器情形)。图3是用一般用途计算装置300实施该校准方法的高级方框图。在一个实施例中， 一般用途计算装置300包括处理器302，存储器304，校准模块305和各种输入/输出(I/O) 装置306，诸如显示器，键盘，鼠标，调制解调器，网络连接等等。在一个实施例中，至少一个 I/O装置是存储装置(如盘驱动器，光盘驱动器，软盘驱动器)。应当理解，校准模块305能 够作为经通信信道与处理器耦合的物理装置或子系统被实现。另外，校准模块305能够用一种或多种软件应用程序(或甚至是软件和硬件的组 合，例如用专用集成电路(ASIC))体现，这里软件从存储媒体(如I/O装置306)装入并被 一般用途计算装置300的存储器304中的处理器302操作。此外，软件可以在两个或更多 个类似于一般用途计算装置300的计算装置上以分布或分区方式运行。这样，在一个实施 例中，用于校准供这里参照前面
的显示器使用的颜色测量装置的校准模块305能 够被存储在计算机可读媒体或载体上(如RAM，磁的或光的驱动器或软盘等等)。应当理解，虽然没有明确说明，这里描述的方法的一个或多个步骤可以按特定应 用要求而包含存储、显示和/或输出步骤。换句话说，本方法中讨论的任何数据、记录、字 段、和/或中间结果能够按特定应用要求而被存储、显示、和/或输出到另一个装置。再有， 附图中的限定确定操作或涉及决定的步骤或方框，不一定要求实施确定操作的两个分支。 换句话说，确定操作的一个分支能够被认为是可选的步骤。虽然结合本发明教导的各种实施例已经在这里出示并详细说明，但本领域的熟练 人员能够容易设计许多别的变化的却仍然结合这些教导的实施例。
权利要求
一种用于校准专供特定构造和型号的发光显示器使用的测试颜色测量装置的方法，包括测量该测试颜色测量装置的至少四个通道的初始光谱灵敏度；使该初始光谱灵敏度线性回归以达到与国际照明委员会(CIE)颜色匹配函数的最小二乘方最佳拟合；用参考颜色测量装置测量发光显示器上一组已知测试颜色的CIE三色激励值；用测试颜色测量装置测量发光显示器上的CIE三色激励值；使用有可变拟合系数的非线性函数，把由测试颜色测量装置测量的CIE三色激励值变换到由参考颜色测量装置测量的CIE三色激励值；和存储一组初始拟合系数值，该组初始拟合系数值给出由测试颜色测量装置测量的CIE三色激励值和由参考颜色测量装置测量的CIE三色激励值的最小二乘方最佳拟合。
2.权利要求1的方法，其中测量初始光谱灵敏度是用已经被离线校准的可调谐光源进 行的。
3.权利要求1的方法，其中测量初始光谱灵敏度包括 测量光谱灵敏度；和以一组加权因子乘该光谱灵敏度。
4.权利要求1的方法，其中的初始拟合系数值被存储在发光显示器中。
5.权利要求1的方法，其中该测试颜色测量装置被耦合到发光显示器。
6.权利要求5的方法，其中的发光显示器是液晶显示器。
7.权利要求5的方法，其中该测试颜色测量装置被嵌入在发光显示器中。
8.权利要求1的方法，其中的非线性函数是二次回归。
9.权利要求1的方法，其中该线性回归是用某种类型的发光显示器所特有的加权函数 进行的。
10.一种含有用于校准专供特定构造和型号的发光显示器使用的测试颜色测量装置的 可执行程序的计算机可读存储媒体，这里该程序执行的步骤为测量该测试颜色测量装置的至少四个通道的初始光谱灵敏度； 使该初始光谱灵敏度线性回归以达到与国际照明委员会(CIE)颜色匹配函数的最小 二乘方最佳拟合；用参考颜色测量装置测量发光显示器上一组已知测试颜色的CIE三色激励值； 用测试颜色测量装置测量发光显示器上的CIE三色激励值；使用有可变拟合系数的非线性函数，把由测试颜色测量装置测量的CIE三色激励值变 换到由参考颜色测量装置测量的CIE三色激励值；和存储一组初始拟合系数值，该组初始拟合系数值给出由测试颜色测量装置测量的CIE 三色激励值和由参考颜色测量装置测量的CIE三色激励值的最小二乘方最佳拟合。
11.权利要求10的计算机可读存储媒体，其中测量初始光谱灵敏度是用已经被离线校 准的可调谐光源进行的。
12.权利要求10的计算机可读存储媒体，其中测量初始光谱灵敏度包括 测量光谱灵敏度；和以一组加权因子乘该光谱灵敏度。
13.权利要求10的计算机可读存储媒体，其中的初始拟合系数值被存储在发光显示器中。
14.权利要求10的计算机可读存储媒体，其中该测试颜色测量装置被耦合到发光显示ο
15.权利要求14的计算机可读存储媒体，其中的发光显示器是液晶显示器。
16.权利要求14的计算机可读存储媒体，其中该测试颜色测量装置被嵌入在发光显示 器中。
17.权利要求9的计算机可读存储媒体，其中的非线性函数是二次回归。
18.权利要求10的计算机可读存储媒体，其中该线性回归是用某种类型的发光显示器 所特有的加权函数进行的。
19.一种系统，包括 发光显示器；和专供该发光显示器使用的测试颜色测量装置，该测试颜色测量装置至少包括四个通 道，其中该测试颜色测量装置通过如下步骤被校准，以便供发光显示器使用 测量该测试颜色测量装置的至少四个通道的初始光谱灵敏度； 使该初始光谱灵敏度线性回归以达到与国际照明委员会(CIE)颜色匹配函数的最小 二乘方最佳拟合；用参考颜色测量装置测量发光显示器上一组已知测试颜色的CIE三色激励值； 用测试颜色测量装置测量发光显示器上的CIE三色激励值；使用有可变拟合系数的非线性函数，把由测试颜色测量装置测量的CIE三色激励值变 换到由参考颜色测量装置测量的CIE三色激励值；和存储一组初始拟合系数值，该组初始拟合系数值给出由测试颜色测量装置测量的CIE 三色激励值和由参考颜色测量装置测量的CIE三色激励值的最小二乘方最佳拟合。
20.权利要求19的系统，其中该测试颜色测量装置被嵌入在发光显示器中。
全文摘要
用于校准与发光显示器结合的测试颜色测量装置的方法的一个实施例，包含测量该测试颜色测量装置的至少四个通道的初始光谱灵敏度；使该光谱灵敏度线性回归以达到与CIE颜色匹配函数的最小二乘方最佳拟合；用参考颜色测量装置测量显示器上测试颜色的CIE三色激励值；用测试颜色测量装置测量显示器上CIE三色激励值；使用有可变拟合系数的非线性函数，把由测试颜色测量装置测量的CIE三色激励值变换到已经由参考颜色测量装置测量的CIE三色激励值；以及存储初始拟合系数值，这些初始拟合系数值给出由测试颜色测量装置测量的CIE三色激励值和由参考颜色测量装置测量的CIE三色激励值的最小二乘方拟合。
文档编号H04N9/24GK101911710SQ200880123449
公开日2010年12月8日 申请日期2008年11月26日 优先权日2007年11月29日
发明者B·莱维, C·K·默尔, C·沙农, M·H·布里尔 申请人:数据色彩控股股份公司