彩色显示器亮度和对比度的最优化设置.pdf

第 1 8 卷 第 4期2 0 0 7年 4月 电 子 激 光 J o u r n a l o f O p t o e l e c t r o n i c s L a s e r V o 1 1 8 N 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 张显斗一 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 0 0 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 e s o 彩色显示器的亮度和对 比 度分别设置为最大值的 2 O 5 O 8 O和 1 0 0 共 1 6 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 0 4 3 2 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 5 0 0 8 6 2 O O 7 O 4 O 4 O 7 0 4 Op t i m Br i g h t n e s s a n d Co n t r a s t S e t t i n g s f o r Co l o r Di s p l a y s ZHANG Xi a n d o u XU Ha l s o n g WANG Yo n g S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f Mo d e m Op t i c a l I n s t r u me n tat i o n Z h e j i a n g Un i v e r s i t y Ha n g z h o u 3 1 0 0 2 7 C h i n a Ab s t r a c t Th e r e l a t i o n s h i p s we r e d e riv e d b e t we e n t h e bri g h t n e s s a n d c o n t r a s t s e t t i n g s a n d t h e cor r e s p o n d i n g c o l o r c h a r a c t e r i s t ic s o f C R T d is p l a y s B y s e t t ing t h e b r i g h t n e s s a n d con t r a s t o f a N e s o col o r di s p l a y t O 2 O 5 0 8 O and 1 0 0 r e s p e c t i v e l y t o t a l l y 1 6 g r o u p s t h e b l a c k poi n t l u mi n a n c e w h it e poi n t l u mi n a n c e t u n e r e p r o d u c t i v e c u r v e TR C c h a n n e l a d di t i v i t y col o r g a mu t an d t h e con s t ant c h a n n e l c h r o ma t i c it y u n d e r e a c h s e t t i ng we r e meas u r e d a n d comp a r ed in d e t a i l Th e e x p e r i me n t al r e s u l t s s h o wed t h a t t h e b l a c k poi n t w a s ma i n l y a f f e c t ed b y b ri g h t n e s s s e t t i n g s a n d t h e whi t e po i n t b y con t r a s t s e t t i ng s T h e b l a c k poi n t p l a y ed i mpo r t ant r o l e s i n c h a n n e l a d di t i v i t y c o l o r g a mu t an d t h e c o n s t ant c h a n n e l c h r o ma t i c it y W1 1 e n t he b l a c k po i n t l u mi n a nc e wa s a s s ma l l a s po s s i b l e t h e whit e po i n t l u mi n a n c e me t t h e r e q u i r e me n t o f t h e a p p l i c a t i o n whil e t h e T R C did n o t c r o s s t h e dis c r e t e i n t e g e r v a l u e a x i s o r l u mi n a n c e a xis t h e dis p l a y a c hi e v ed t h e b e s t s e t t in g s w i t h r e s p e c t t O b ri gh t n e s s a n d con t r a s t Ke y wo r d s c o lo r d is p l a y o p t i m a l s e t t i n cj s b l a c k p o i n t wh i t e p o i n t t L I 1 e r e p r o d u c t iv e c u r v e T R C c h a n n e l a d d it iv it y co l o r g a mu t c o n s t a n t c h a n ne l c h r o ma t i c it y 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 I 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 卜引 D i a z 等人L 4 认为 亮度和对比度设置影响显示器的色品恒定 性和色域 J i m6 n e z 等 5 通过 C C D对 Mu n s e l 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 P a r k等人 6 通过实 验得出 在低亮度和高对比度设置下 G O G g a i n o f f s e t g a mma 模型 3 最简单 K i m等人 7 根据 P a r k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 收稿 日期 2 0 0 6 0 6 1 0 修订日期 2 0 0 6 0 8 2 9 基金项 目 国家 自然科学基金资助项 目 6 0 5 7 8 0 1 1 E ma il z h a n g x i a n d o u h o t ma i l c o m 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 E C标准 8 实验在暗室进行 试验前 对显示器和 测量仪器预热 2 h 实验器材为 显示器 Ne s o F D 5 7 0 A 刷新 频率为 7 5 Hz 分辨率为 1 0 2 4 7 6 8 颜色显示为 2 4 位真彩色 维普资讯 显卡 I n t e l R 8 2 8 4 5 G 显 存 数 字 化位 数 N一8 测量 仪 器 为 P h o t o R e s e a r c h P R 6 5 0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 CR 图 1实验装置 Fi g 1 Exp e r i m e n t al s e t up 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 O 0 O 和白点 2 5 5 2 5 5 2 5 5 的三刺激值 X y和 Z 显示器 的亮度 对 比度分别设 置为最大值 的 2 O 5 O 8 O和 1 0 0 共 1 6 种组合 单通道驱动值从 0到 2 5 5问每隔 1 6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 R 6 5 0 在低亮度下灵敏度和稳定性的影响 每隔 2 mJ n测量 8次取平 均值 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 2 O到 5 O问时 黑 点亮度基 本保 持不变 从 5 O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 0 0时 黑点 亮度达到 1 8 c a m2 因此 设置 显示 器时 亮度设 置最 好不 要超过 5 O 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 5 9 c d ms B 1 0 0 C 2 0到 B I O O C I O 0 B 1 0 0 C 2 0表示亮 度设置为 1 0 0 对 比 度设置为 2 O 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 c d B 2 0 C J 0 0 到 B 1 0 0 C 1 0 0 图 2 黑点 亮度 随亮度和对比度设置的变化 Fi g 2 Bl a c k p o i n t l u mi na c e va r i e d wi t h b r i g h t ne s s a nd c o nt r a s t s e t t i ng s 电 字 激 2 0 0 7 年第 1 8 卷 图 3 白点 亮度 随亮度和对比度设置的变化 Fi g 3 W hi t e po i nt l um i na c e v a i e d wi t h br i g h t ne s s a nd c o n t r a s t s e t t i ng s 3 2 TRC 亮度设置 对 TR C曲线 中较低 驱 动值部 分影 响很大 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 B 1 0 0 C 8 0设置时 R通道 TR 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B 2 0 C 8 0 所示 当驱动值小 于2 5 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 0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 I 3 5 0 C 8 0所示 图 4 R通 道阶调再现 曲线随亮度设置的变化 Fi g 4 Tu ne r e p r o d uc t i v e c u r v e v a r i e d wi t h b r i g ht n e s s s e t t i n g o f R c ha nn e l 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 GO G模型 的最简单形 式 但事实上 只有在 显示器 得到 良好 设置 时 如本 实验 显示器设 置为 B 5 0 C 8 0 才适用 这种简单模型 对比度设置主要影响显示器 的最 大亮 度 对 比度设置 太 高 会出现 饱和 现象 驱动值增加时 对应显示颜色的亮度不 变 这种情况 主要 出现在液 晶显示器上 此时应该 降低对 比度 设置 3 3 通道可加性 彩色显示器是加混色系统 特性化显示器时 很重要的一 个 假 设就 是 显示 器满 足 通道 可加 性 即满 足 三刺 激值 的加 维普资讯 第 4 期 张显斗等 彩色显示器亮度和对 比度 的最优化设置 和性 f X b 一 XR XG XB b x b 一 yR Y G g Y rR b 1 l Z b 一 ZR Za ZB b 其中 X 吣 b y 吣 b 和z 吣 b 是任一混合色的三刺激值 r g 和 b 是混合色的三通道驱动值 XR y R r 和 Z R 为 R通道对 应的三刺激值 同样 XG y G Z G 和 XR b y R b 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 2 5 5 0 O 最亮绿 色 O 2 5 5 O 最亮蓝色 O 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 5 O 时其对色差影 响不大 因此对 比度设置一 般应 大于 5 O Co n t r a s t 图 5 白点可加 性色差 Fi g 5 Co l o r d i f f e r e nc e o f whi t e p oi nt wi t h r e s p e c t t o c h a nn e l a d di 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 B 1 0 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 图 6去除黑点后 的白点可 加性色差 Fi g 6 Co l or di f f e r e nc e o f whi t e p oi nt wi t h r e s pe c t t o c h a nne l a d di t i v i t y a f t e r r e m o v i n g bl ac k po i nt 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 4 09 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 I E 1 9 3 1 色品图 a 中对 比度设 置 为 2 O 色 域随亮 度设 置 的 增加而减 小 b 中亮 度设置 为 1 0 0 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 2 O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 0 0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 2 O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 a C o n t r a s t s s e t t e d a s 2 0 b B r i g h me s sX wa s s e t t e d a s 1 0 0 c Co n t r a s t wa s s e e d a s 2 0 a f t e r r e m o v i n g b l a c k p o i n t 8 d B r i g h me s s a n d c o n t r a s t we r e s e xe d a s 8 0 2 0 r e s p e c t 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 Fi g 7 Co l o r g a mu t a nd c o ns t a nt c h a nn e l c hr oma t i c i t y v a r i e d wi t h b r i g h t ne s s a nd c o nt r a s t s e t t i ng s 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 5 0 C 8 0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 4结论 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 维普资讯 4 1 0 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 B 5 O C 8 O便是对应显示器的最优化设置参数 参考文献 E l i 2 3 E 4 B r a in a r d D H C a li b r a t i o n o f a x 3 l t e r o x i t r o l le d c o lo r m o n it o r E J c o R e sA p d 1 9 8 9 1 4 1 2 3 2 4 B e r n s R S M o t t a R J Go r z y n s k i M E O R T c o lo r ime t r y P a r t I T h e o r y a n d p r a c t io e E J C o l R e s A p p l 1 9 9 3 1 8 5 2 9 9 3 1 4 J争rain J IAN G X u e y in Z h i I l n Gr a y s c a le c o n t r o l o f s y r lc h r o n o t V G A d is p la y b y O L E D m a t r i x I J J o u r n a l o f O p t o e le c tr o n i c s L a s e r 光 电子 激 光 2 0 0 6 1 7 2 1 3 1 1 3 4 i n C h i n e s e Di a z J A J im e z J R Hit a E e t n OLo t imiz in g t h e c o n s t a n t c h a n n e l c h r o ma t ic i t y a n d c o lor g a mu t of