8 彩色显示器亮度和对比度的最优化设置.pdf

兴 电 弓 抓 兴 第 1 8 卷 第 4 期2 0 0 7 年4 月J o u r n a l o f OPt o e l e c t r o n i c s L a s e rV o l 1 8N o 4 A p r 2 0 0 7 彩色显示器亮度和对比度的最优化设置关 张显斗 徐海松 王勇 浙江大学现代光学仪器国 家重点实验室 浙江杭州3 1 2 7 摘要 实验研究了彩色显示器亮度和对比度设置对显示器颜色特性的影响 将N es 彩色显示器的亮度和对比 度分别设置为最大 值的20 50 80和1 00 共16种组合 详细地测试和比 较了每种设置下显示器的 黑点亮度 白 点亮度 阶调再现曲线 T R C 通道可加性 色域和色品恒定性等颜色特性 实验结果表明 亮度设置对黑点 亮度影响明显 对比度设置主要影响的白点亮度 黑点对通道可加性 色域和色品恒定性影响很大 通过亮度 对比度设置使黑点亮度尽可能小 白场亮度达到使用要求 同时T R C不出现 横剪切 和 纵剪切 现象 则显示 器达到了最优化设置 关键词 彩色显示器 最优化设置 黑点 白 点 阶 调再现曲线 T R C 通道可加性 色域 色品恒定性 中图分类号 043 2 3文献标识码 A文章编号 1 0 0 5 一 0 0 8 6 2 0 0 7 0 4 一 0 4 0 不 0 4 御t l m 目B 对 沙t n 璐 朋d b n t n 姐 t set t i 侧 笋for b l or场s Pl a y s Z HANG 兀a n dou S ta t e KeyL 刁 比ra tory X 毛 J H ai song 从 叭N G Y o ng M d em OPt i cal lnst rumen ta t io n Zhej ia n g U ni vers i t y H a n g z h o u 3 1 0 0 2 7 C h i na A 加 t n 叹 t T h e rela ti onshi Pswered e ri v edb e t w e e n t heb ri g ht n e s s an d cont ra s t s etti眼 s a ll d th e c orre s l刀 n d i飞co l o r d l a r a c t e r is ti csofC R Tdis扭 ays 琢se tt lng t heb nghtne ssa n d cont rast ofa Nesoco lordis口 ayto20 50 80 朋 d lo re sP ec ti vely t o t 习 l y l 6 团 旧 u p s t h e bl a c k 卯intl u m 廿 la n c e w 拓 t e 卯intl unnnanc e t une re p r eductiv e c u rve T R C c h a n ll e l a d d it ivi ty co lo r g amu t a n d the cons t ant c l1 a nnelc h r o n u ti city u n d e r ea c 1 1 s e tti ngweremeas u red a n d c 0 n 1 p a r e d ind et all T h e e x I e 石 m e n t a 1 re s ul t s s h o w edt h a t t heb l ac k PO l n t was n 治 in l y a ft e c l edb y b 血1 l l n s s se t t il l g s a n d th e w hite 因 intb y cont ra sts e t 加9 5 T h e bl a ckpo l n t 抖 a 州 im po rt an t rolesinc l ann e l a d d iti vity colorg an u t a n d the cons t an t c h a r ln e 1 ch roIna tic it y 瑚l e ll the b l a ckpointl 恻 nancewas a s s 联1l l as因s s lb le the w hj t e 画n t l喇 nancen l e t t h e r e q u l r emen t oft hea p p l i cation w hi 1 e t heT R Cdi d not c ro s s t h e di s c r e t e int 电e r val u e a 滋 s o r l 叨 n ancea 劝 5 t hedi sPI即a c hi e v e d t h e b e s t s e t t i眼s wit h r es 伴ctt o b ri g ll t n e s s a n d 咖tr ast K 即w o n ls 浏Ord ispl即 印t i阳I Se廿 11兀 声 b la 改poin t w h ite阳im I L r e e P 土 犯 t ive c U r v e 下 日 C C l笼 们 阳l a 浏it iv ity 浏or卿1 1 J I 以 拍 以 即t c 比 拍 阳I c h r a rr 曰 t 1C ity 1 引言 显示器的亮度 对比 度设置对显示器的最低亮度 最高亮 度 阶 调再现曲 线 T R C 通道可加性 色域和色品恒定性等有 很大影响 而这些参数是显示器颜色管理的基本条件 l 一 3 瓜 az等人川认为 亮度和对比度设置影响显示器的色品恒定 性和色域 Ji诚nez 等圈通过C C I 对MU n s el l 色卡成像并在不 同设置的同一台显示器上显示 发现低亮度和高对比度设置 组合下显示的图像和原图像的色差最小 Park等人 6 通过实 验得出 在 低亮度和高 对比 度设置下 G x ga ino f f s etga lnma 模型田最简 单 凡m等人川根据Park等人的结论 设计出了 显示器亮度最优化仪器 本文通过实验研究了不同亮度 对比度设置组合下显示 器的最小亮度 最大亮度 T R C 通道可加性 色域和色品恒定 性 分析了黑点对通道可加性 色域和色品恒定性的影响 说明 了亮度 对比度设置对通道可加性 色域和色品恒定性的影响 主要是因为亮度 对比度设置对黑点亮度和白点亮度的影响 因 此 只要通过亮度 对比 度设置 使黑点亮度尽可能小 白场 亮度达到使用要求 同时T R C曲线没有 纵剪切 和 横剪切 现象 则显示器达到最优化设置 2 实验 2 1 实验器材及装置 按照I EC 标准阁 实验在暗室进行 试验前 对显示器和 测量仪器预热Z h 实验器材为 显示器 N e soF D5 70A 刷新 频率为75 HZ 分辨率为I O 2 4 X 7 68 颜色显示为24位真彩色 收稿日 期 2 0 0 6 一 0 6 一 1 0 修订日期 2 0 0 6 一 0 子 2 9 基金项目 国 家自 然科学基金资助项目 6 0 5 7 8 o 1 1 二二E 功 目 2 卜 a n g 元 and o u h o t n 妞 11 印 n l 4 0 8 兴 电 弓 欲 兴20 07年 第18卷 显卡 Intel R 8 2 8 45 G 显存数字化位数 N 8 测量仪器为 p hat o R e s e a r c h p R 6 5 o 光谱辐射计 实验装置如图1 所示 待测色块显示在屏幕正中心 所有 测量都对该色块进行 屏幕的其它区域设置为黑色 B2 0 B5 0 B8 0 B1 0 0 Z尸 沙产 P 协 门u 日口 CRT 1 0 0 5 0 护 之才 琦 葬梦 6 0 Co n l r a s t 图3 白点亮度随亮度和对比度设置的变化 F i g 3 Wh i teP o i n t l u mi n a c e vai e dw i t h b r i g h t n e s s a n dc ont r ast s e t t i n 郎 图 1 实验装置 F i g I E x P e ri me n t a l s e t u P 2 2 实验数据采集 在不同的亮度 对比度设置下 分别测量 R G及 B单通 道 黑点 0 0 0 和白点 2 5 5 2 5 5 2 5 5 的三刺激值 X Y和2 0 显示器的亮度 对比度分别设置为最大值的 20 50 80 和 10 0 共16种组合 单通道驱动值从 到2 55间每隔16取 值 测量单通道和白点的三刺激值时 连续测量3 次取平均值 作为1 次测量 测量黑点时 考虑到显示器稳定性以及P R6 50 在低亮度下灵敏度和稳定性的影响 每隔2 而n 测量8 次取平 均值 3 2 1 卫灯 亮度设置对 T R C曲线中较低驱动值部分影响很大口如 果亮度设置过高 会出现 纵剪切 现象 T R C曲线和亮度纵轴 有交点 如图4 中BlooCSO 设置时R通道T R C曲线所示 当 驱动值为0 时 其对应亮度不为0 从而使较暗颜色失真 如果 亮度设置过低 则会出现 横剪切 现象 T R C曲线在高驱动值 时就趋近于驱动值横轴 如图4 中BZO C80 所示 当驱动值小 于25时 亮度都趋近于 0 使较小驱动值对应的颜色无法显 示 可见 合适的 亮度设置应该使驱动值为 时的 亮度也正好 趋近于0 即不出现 横剪切 或 纵剪切 现象 如图 4中的 BSO CSO 所示 3 实验结果与讨论 3 1 黑点 白点和亮度动态范围 黑点亮度主要受亮度设置的影响 如图2 所示 在亮度设 置为20到50间时 黑点亮度基本保持不变 从 50开始 黑点 亮度明显随亮度设置的增加而增加 亮度设置为1 00时 黑点 亮度达到1 S C d 砰 因此 设置显示器时 亮度设置最好不 要超过50 对于白点亮度 其主要受对比度设置的影响 如图 3 所示 对比 度设置对白点亮度的最大调节范围有 1 59 c d 砰 Blo o CZo 到B 1 0 0 C 1 0 0 B 1 0 o CZo 表示亮度设置为1 0 0 对比 度设置为20 本文用此表述方法 而亮度设置的最大调节 范围只有 6 7 3 0 9 ed mZ B20 C 1 0 0 到B 1 0 0 C 1 0 0 0 2 5 0 2 0 B2 0 C8 0 B5 0 C8 0 B1 0 O C8 0 01 5 0 1 0 飞 召 括u 昌闷 0 一 0 5 00 0 匕 止 一舔 洲拼 拼 图 4 2 55 07 51 0 0 D r i v i n g d at e R通道阶调再现曲线随亮度设置的变化 尹 广 15 已 C2 0 CS O C8 0 C1 0 0 F i g 4 T u n e r e P r o d u c t i v e c u rve v a r i ed w i t h b r i g h t n e sss e t t i n go f Rc h a n nel 片岁尘三共兰艺 卜 2 04 06 08 01 0 0 B ri g h t n e s s n们亡Jn曰 1 JnUnIJ 召 b另月已口 图 2 黑点亮度随亮度和对比度设置的变化 F i g Z B l a c kP o i n t l u m i n a c e v a ri ed w i t h b r i g h t n e s s andc o n t r ast set t i n 邵 目 前 在特性化显示器时 都假设没有 横剪切 和 纵剪 切 现象 开发的软件也主要采用 X X 模型的最简单形 式 十砚 9 h b Z r 9 b 瓜 二 20 9 几 b 1 其中 X r 9 b Y r g b 和z r 9 b 是任一混合色的三刺激值 八 9 和b 是混合色的三通道驱动值 从 介 二 和及 二 为R通道对 应的三刺激值 同样 溉 9 瓦 几 9 和几 h 几 b 分别 为G B 通道对应的三刺激值 通道可加性不仅和显示器性能有关 也受到亮度 对比度 设置的影响 图5 为白点和最亮红色 255 0 0 最亮绿色 0 2 5 5 0 最亮蓝色 0 0 2 5 5 相加后的C I E L A B色差与亮度 对 比 度设置的关系曲线 可见 亮度设置越高 通道可加性色差 越大 而对比度设置较低时 对比度越高 色差越小 但当对比 度设置大于50时其对色差影响不大 因此对比 度设置一般应 大于 5 0 B2 0 B5 0 B8 0 B1 0 0 比度设置下影响更明显 图7 为不同亮度对比度设置下的 C IE1 9 3 1 色品图 a 中 对比度设置为20 色域随亮度设置的 增加而减小 b 中亮度设置为 1 00 色域随对比度设置的增 加而增加 这主要是因为 当对比 度设置为20时 白点亮度不 高 而亮度设置越高 则黑点亮度越大 显示器显示颜色的亮度 动态范围 越小 因此色域减小 同样 当亮度设置为1 00时 黑 点亮度比较大 而对比度设置越高 则白点亮度越大 亮度动态 范围越大 因此色域增加 由此可见 色域受亮度 对比度设置 的影响实际上也是由不同设置下黑点亮度和白点亮度不同所 导致的 c 是对比度设置为 20时经过去除黑点后的色域 和 a 没经过去除黑点相比色域有不同程度的增大 同时亮度设置 对色域影响也不明显 因此 应尽可能降低黑点亮度以得到 大的色域 a 和 b 中 色域内的点对应于单通道驱动时的色品坐 标 理想情况下 这些点应重合在色域三角形的3 个顶点上 色域内的点越少 说明显示器色品恒定性越好 0 8 从 0 4 一 魂J勺 一一 卜 一 00u 刃湘 PJO一 口 0 00 一 40 一 8 2 04 0 6 0 C O l t r a s t a c o n tra s t wxa e tte d 2 0 b B 五 g h tn e s 扩 w a e tte d 1 0 0 图 5 Co l o r 白点可加性色差 F i g 5d i f fe ren c eofw h i t e P o i n t 1 0 0 Wi t h res P ect t oc h a n n e l a d d i t i v i t y 实验上 亮度 对比度设置对可加性色差的影响主要是由 亮度 对比度设置对黑点亮度的影响引起的 图6 为经过黑点 处理后的白 点可加性色差变化曲线 可见 此时的色差明显 减小 这种效应对于黑点亮度比较高的设置 如Blo 0 尤其显 著 因此 应尽可能降低黑场亮度以减小可加性色差 c C O n t r a s t w a s s e tt e d a s 2 0 a ft e r r e m o v i n g b l ack P o in t X d B r i g l t n e s s and c o n t r a s t w e re s e tt e d a s 8 0 2 0 r e s P e ct i v e l y 图7 色域和色品恒定性随亮度 对比度设置的变化 F i g 7 C o l o r gam u t a nd c o nst a n t c h a n n e l 比r o m a t i c i t y v a r i e dw i t hb r i ght n e s s a n dc o n t r ast s e t t i n 邵 B2 0 B5 0 B8 0 B1 0 O 二阳 二 二 二二 二 卜 屯 奋 刃 石 石 二 二 二 二 是 2 04 06 08 0 Co n t l a s t 曰卜 叫口 1 0 0 色品恒定性的好坏实际上也主要是由不同设置下黑点亮 度不同引起的 如 c 所示 经过黑点处理后 大部分单通道色 品点都落在色域三角形的顶点上 剩余的少数离散点主要与 低驱动值时三刺激值的测量准确度有关 因此 应可能降低 黑场亮度以 减小它对色品恒定性的影响 B 50 C8o 时黑点亮度 比 较小 d 为其色域图 虽然没经过去除黑点处理 但除少数 小驱动值时对应的离散点外 绝大多数单通道色品点都已重 合于色域三角形的3 个顶点上 J ou 川七 P 0一OU 图 6 去除黑点后的白点可加性色差 F i g 6 C o l o r d i ffer e n c e o f w h i t e P o i n t w i t h r e s I e c t t oc h a n n e l add i t i v i t ya ft e r rem o v i n gb l a c kp o i n t 4 结论 3 4 色域和色品恒定性 色域也受亮度 对比度设置的影响 尤其在高亮度或低对 黑点亮度主要受亮度设置的影响 白点亮度主要受对比 度设置的影响 合适的亮度 对比 度设置才会使T R C曲线不出 现 纵剪切 和 横剪切 现象 亮度 对比 度对通道可加性 色域 和色品恒定性的影响实际上是由不同设置下黑点亮度和白点 4 1 0 光 电 多 抓 兴20 07年 第18卷 亮度不同引起的 因此 在优化显示器设置时 只需要调节亮 度设置 使黑点亮度尽可能小 调节对比度设置 使白点亮度达 到使用要求 同时 T R C曲线没有 纵剪切 和 横剪切 现象 那么 该显示器即达到最优化设置 一般情况下 中等或偏下 亮度和高对比度设置是显示器的最优化设置 如实验中 B50 C8o 便是对应显示器的最优化设置参数 5 6 习 1 行了只补 广JesLLL 参考文献 仁 4 B rainardO日 Calibr atimofaco昨对e r 以 拍 t oll ed colorll 飞 l ito rL JJ二 C 勺 矛 月 邵A 浏 1 9 8 9 1 4 1 2 3 一 2 4 氏r 飞R S M 尤 a R J Go Zyl味i ME CRT co lo r i汀 e t ry 内rt l 川 准 泊 即 别 划P r aotice 司 倒 月 岛A 蒯 1 9 9 3 1 8 5 2 9 9 一 3 1 4 Z H 助朽次 卜m in JI A N GX 卜yi n 乙 助朽Zhi一 Iin G a y s c a lea 拍 t rol of 邻劝r V G 八 戊 喇aybyC L E Dm at r i处司 次 刀 m dof印盆 Oe 枕 仇 如 矛 义 即 光电子 激光 2 0 0 6 1 7 2 1 3 1 一 1 3 4 inChi 帐