一种准确显示色彩的监视器的制作方法

本实用新型涉及监视器显示技术领域，尤其涉及一种准确显示色彩的监视器。

背景技术：

目前，监视器输入的是基于某一标准的视频信号，通常此类的标准包括色域、色温和Gamma。例如高清视频信号的色域范围为Rec.709，色温D65（6500K），Gamma为2.4。

然而，普监视器所使用的LCD面板通常存在以下问题：

1、监视器色域范围与标准色域不一致，无法准确显示符合标准色域的图像的色彩；

2、监视器的色域与标准色域一致，但是与输入图像的色域不一致，直接显示图像会导致色彩失真；

3、监视器的色温与图像的色温不一致，直接显示图像会导致色偏；

4、监视器的Gamma与图像的Gamma不匹配，直接显示图像会导致失真；

并且，普通监视器所使用的视频处理器通常无法支持上述色彩校正与匹配功能，往往存在明显的色彩失真，使用上存在较大的缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种准确显示色彩的监视器。

本实用新型采用的技术方案是：

一种准确显示色彩的监视器，其包括视频处理器、FPGA、LCD面板和通信接口，视频处理器通过通信接口与一PC主机通信连接，PC主机的视频输出端连接视频处理器的输入端，视频处理器的输出端连接FPGA，FPGA连接LCD面板，LCD面板与一分光仪连接，分光仪的输出端连接PC主机的数据输入端；

分光仪用于对LCD面板的色彩进行测量并用于校色的3D LUT数据，

PC主机用于视频的输出以及通过通信接口转发3D LUT数据至视频处理器，

视频处理器用于对输入视频的常规处理，

FPGA用于基于3D LUT数据对常规处理后视频的色彩处理并输出符合指定配置的视频，

LCD面板用于显示经FPGA处理的视频。

进一步地，通信接口包括Rs232接口、USB接口和LAN接口。

进一步地，常规处理包括图像截取、图像缩放和图像成帧。

进一步地，FPGA包括依次设置的前置3D LUT处理模块、3x1D LUT 线性Gamma转换模块、CSC色域转换模块、LCD Gamma转换模块、3D LUT处理模块、

前置3D LUT处理模块用于将输入的非标准图像映射到标准色域中，

3x1D LUT 线性Gamma转换模块用于对输入图像的Gamma进行匹配并将输入图像转换成线性图像；

CSC色域转换模块用于对输入图像进行色域、色温变换；

LCD Gamma转换模块用于将输入的线性图像转换成与校正的LCD相匹配的非线性图像；

3D LUT处理模块用于将指定的色域、色温以及Gamma的图像数据重新映射后的图像数据输出显示到LCD 面板。

进一步地，CSC色域转换模块采用CIE色度学进行色域转换。

进一步地，PC主机上预装有校色软件，校色软件驱动分光仪对LCD面板进行测量，分光仪输出用于校色的3D LUT数据至PC主机。

本实用新型采用以上技术方案，相较于现有技术具有如下优点：1.本实用新型与传统的单纯使用视频处理芯片的监视器相比，通过增加FPGA，实现了色彩校正与匹配功能，可以准确显示图像色彩；2.本实用新型所增加的FPGA所使用3D LUT处理模块与LCD面板一起组成经校正的LCD，使监视器能与具体的色域相匹配，准确显示该色域的色彩；3.本实用新型具有的两级Gamma设置模块，以及CSC色域转换模块，实现了基于CIE色度学的色域、色温转换，能够对与校正后的监视器具有不同色域、色温、Gamma的输入图像进行匹配，准确显示不同色域、色温、Gamma的输入图像的色彩；4.本实用新型具有的前置3D LUT处理模块能够匹配摄像机厂商的自定义信号编码，准确显示不同摄像机的图像信号。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明；

图1为本实用新型一种准确显示色彩的监视器的结构示意图；

图2为本实用新型一种准确显示色彩的监视器的FPGA的结构示意图。

具体实施方式

如图1或2所示，本实用新型公开了一种可灵活准确显示色彩的监视器，一种准确显示色彩的监视器，其包括视频处理器101、FPGA 102、LCD面板103和通信接口，视频处理器101通过通信接口与一PC主机通信连接，PC主机的视频输出端连接视频处理器101的输入端，视频处理器101的输出端连接FPGA 102，FPGA 102连接LCD面板103，LCD面板103与一分光仪连接，分光仪的输出端连接PC主机的数据输入端；

分光仪用于对LCD面板103的色彩进行测量并用于校色的3D LUT数据，

PC主机用于视频的输出以及通过通信接口转发3D LUT数据至视频处理器101，

视频处理器101用于对输入视频的常规处理，

FPGA 102用于基于3D LUT数据对常规处理后视频的色彩处理并输出符合指定配置的视频，

LCD面板103用于显示经FPGA 102处理的视频。

进一步地，通信接口包括Rs232接口、USB接口和LAN接口。

进一步地，常规处理包括图像截取、图像缩放和图像成帧。

进一步地，FPGA 102包括依次设置的前置3D LUT处理模块201、3x1D LUT 线性Gamma转换模块202、CSC色域转换模块203、LCD Gamma转换模块204、3D LUT处理模块205、

前置3D LUT处理模块201用于将输入的非标准图像映射到标准色域中，

3x1D LUT 线性Gamma转换模块202用于对输入图像的Gamma进行匹配并将输入图像转换成线性图像；

CSC色域转换模块203用于对输入图像进行色域、色温变换；

LCD Gamma转换模块204用于将输入的线性图像转换成与校正的LCD相匹配的非线性图像；

3D LUT处理模块205用于将指定的色域、色温以及Gamma的图像数据重新映射后的图像数据输出显示到LCD 面板。

进一步地，CSC色域转换模块203采用CIE色度学进行色域转换。

进一步地，PC主机上预装有校色软件，校色软件驱动分光仪对LCD面板103进行测量，分光仪输出用于校色的3D LUT数据至PC主机。

下面就本实用新型具体的工作原理做详细说明：

基于本实用新型的监视器可实现如下功能：

1、色彩校正

本实用新型的监视器需要先进行校色才能准确匹配指定色域、色温以及Gamma。为实现校色，需准备一台Host PC,该PC连接有专业分光仪，并安装第三方校色软件。校色时，使用专业的分光仪对LCD面板103进行测量，并由第三方校色软件对测量数据进行处理，得到用于校色的3D LUT（Look-Up-Table，查找表）。然后Host PC通过通信接口（Rs232，USB或者LAN）将3D LUT数据传输至监视器的视频处理器101上，再由视频处理器101将3D LUT数据传输到FPGA 102的 3D LUT处理模块205中，3D LUT（Look-Up-Table，查找表）处理模块205将使用该配置表将指定的色域、色温以及Gamma的图像数据（例如Rec.709，D65，Gamma 2.4）进行重新映射，使重新映射后的图像数据准确显示到LCD 面板103上。此时，模块205和LCD面板103一起，组成校正的LCD，用以准确显示指定色域、色温以及Gamma的图像。

2、Gamma匹配

本实用新型的监视器可以对输入图像进行Gamma匹配，对输入图像的色域匹配需首先完成步骤1的色彩校正，即监视器需首先匹配指定色域、色温以及Gamma。在此基础上，如果输入图像与校正的LCD的色域、色温是匹配的，但是Gamma不匹配，则需要对输入图像进行Gamma匹配。

本实用新型的监视器通过使用FPGA 102中的3x1D LUT 线性Gamma转换模块202与LCD Gamma转换模块204实现输入图像与校正的LCD之间的Gamma匹配。假设图像的匹配Gamma是n，校正的LCD匹配的Gamma是m。则输入图像的Gamma为1/n。首先在模块202中配置与之相匹配的Gamma为n的3x1D数据表，将输入图像转换成Gamma为1的线性图像。然后在模块204中配置Gamma为1/m的数据表，将线性图像转换成Gamma为1/m的非线性图像，与校正后的LCD的Gamma为m相匹配。

3、色域匹配

本实用新型的监视器可以对输入图像进行色域匹配，对输入图像的色域匹配需首先完成步骤1的色彩校正，即监视器需首先匹配指定色域、色温以及Gamma。在此基础上，如果输入图像与校正的LCD的Gamma、色温是匹配的，但是色域不匹配，则需要对输入图像进行色域匹配。需要区分的是，输入图像的色域可以分为两种，一种是标准色域，另一种是非标准色域，输入图像采用各个摄像机厂商特定的图像编码。

第一种情况：对于输入图像为标准色域的情况，本实用新型的监视器通过使用FPGA 102中的模块202线性Gamma 转换模块与模块204 LCD Gamma转换模块以及CSC色域转换模块203一起实现输入图像与校正的LCD之间的色域匹配。首先通过模块202对输入图像的Gamma进行匹配，将输入图像转换成线性图像；然后使用CSC色域转换模块，采用基于CIE色度学的处理方法进行色域变换，将基于输入图像的色域的线性RGB转换成基于校正的LCD的色域的线性RGB值；最后使用模块204，将经过203得到的线性图像转换成与校正的LCD相匹配的非线性图像，完成输入图像与校正的LCD之间的色域匹配。

第二种情况：对于输入图像为非标准色域的情况，本实用新型的监视器首先通过将各个摄像机厂商的特定的图像转换数据（通常是3D LUT）配置到FPGA 102的前置3D LUT处理模块201中，将输入图像映射到标准色域中。如果映射后的标准色域与校正后的LCD的色域相匹配（例如，在步骤1中LCD校正至Rec.709色域，当摄像机厂商提供的转换数据是将图像编码转换成Rec.709色域，那么使用摄像机厂商提供的转换数据对图像进行映射后，其色域与校正后的LCD的色域直接匹配），则直接完成色域匹配；如果映射后的标准色域与校正后的LCD的色域不匹配（例如，步骤1中的LCD校正至Rec.709之外的标准色域，而摄像机厂商提供的转换数据将图像编码转换成Rec.709色域，则映射后图像色域与矫正后的LCD色域不匹配），则按照色域匹配的第一种情况进行后续色域匹配处理，完成色域匹配功能。

4、色温匹配

本实用新型的监视器通过使用FPGA 102中的3x1D LUT Gamma 设置模块202与模块204以及CSC色域转换模块203一起实现输入图像与校正的LCD之间的色温匹配，其实现方式与色域匹配的第一种情况的实现方式相同，其不同的地方在于：同色温的不同色域之间使用CIE色度学进行色域转换时，其三基色的坐标不同，白点坐标相同；而同色域不同色温之间使用CIE色度学进行色温转换时，其三基色坐标相同，白点坐标不同。因此，由三基色和白点共同决定的RGB到XYZ，XYZ到RGB转换的矩阵系数不同。因此，色温匹配实现方式与色域匹配的实现方式相同，不同的是配置到模块203的系数不同。

本实用新型采用以上技术方案，相较于现有技术具有如下优点：1.本实用新型与传统的单纯使用视频处理芯片的监视器相比，通过增加FPGA，实现了色彩校正与匹配功能，可以准确显示图像色彩；2.本实用新型所增加的FPGA所使用3D LUT处理模块与LCD面板一起组成经校正的LCD，使监视器能与具体的色域相匹配，准确显示该色域的色彩；3.本实用新型具有的两级Gamma设置模块，以及CSC色域转换模块，实现了基于CIE色度学的色域、色温转换，能够对与校正后的监视器具有不同色域、色温、Gamma的输入图像进行匹配，准确显示不同色域、色温、Gamma的输入图像的色彩；4.本实用新型具有的前置3D LUT处理模块能够匹配摄像机厂商的自定义信号编码，准确显示不同摄像机的图像信号。