利用環境光作為背光的裝置以及校正其中彩色的方法
2023-04-23 22:08:21
專利名稱：利用環境光作為背光的裝置以及校正其中彩色的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用環境光作為背光的裝置和校正該裝置中彩色的方法，並且尤其涉及一種用於校正當環境光變化並且該環境光被用作背光時所產生的彩色失真的裝置和方法。
背景技術：
諸如個人數據助手(PDA)、可攜式媒體播放機(PMP)和筆記本電腦的可攜式設備用於具有例如陽光或人造光的環境光的地方。使用者通常在環境光比背光明亮的地方使用這些可攜式設備。明亮的環境光會降低該可攜式設備顯示器的可視性，並產生彩色失真致使降低圖像質量。用於校正這些問題的背光的性能受到限制，並且電池的性能也受到限制。因此，不能保證充分的圖像質量，並且可攜式設備不能長時間用於環境光存在的諸如戶外的環境中。
為了解決這個問題，已經提議了當諸如陽光的自然光和諸如人造光的外部光足夠明亮時利用環境光作為背光以增加顯示可視性的技術。當環境光被用作背光時，這些技術不用背光或少用背光來延長電池消耗時間。然而，即使這些技術也造成彩色失真，因為光的量或光的色溫由於天氣的變化、時間的消逝、可攜式設備使用場所的變化、周圍光的變化和/或物體或可攜式設備周圍的人而改變。
發明內容
本發明提供一種利用環境光作為背光的裝置，和校正該裝置中彩色的方法，其校正由於輸入可攜式設備中的環境光的變化引起的彩色失真以表現正確的彩色。
根據本發明的一個方面，提供一種利用環境光作為背光的裝置，該裝置包括彩色校正矩陣生成器，產生彩色校正矩陣Mc，該彩色校正矩陣Mc當環境光被用作背光時，將彩色轉換矩陣M』校正為用於原始背光的彩色轉換矩陣M；以及彩色校正器，利用該彩色校正矩陣Mc來校正彩色。該彩色轉換矩陣M』和M將RGB彩色空間(color space)轉換為XYZ彩色空間，並且該彩色轉換矩陣M是當環境光不被用作背光時的矩陣。
該彩色校正矩陣生成器可包括環境光傳感器，感測環境光；模擬-數字轉換器，將該感測到的環境光轉換為數位訊號；光譜估計器，利用該數位訊號來估計環境光的光譜分布；以及彩色校正矩陣計算器，利用該估計的光譜分布來計算用於環境光的彩色轉換矩陣M環境，該彩色轉換矩陣M環境將RGB彩色空間轉換為XYZ彩色空間，並且利用該彩色轉換矩陣M環境和該彩色轉換矩陣M來計算該彩色校正矩陣Mc。
該彩色校正矩陣計算器可將該彩色轉換矩陣M與該彩色轉換矩陣M環境相加以獲得彩色轉換矩陣M』，並且將該彩色轉換矩陣M乘以該彩色轉換矩陣M』的逆矩陣M』-1以獲得該彩色校正矩陣Mc。
用於原始背光的該彩色轉換矩陣M可被存儲為預定值。
該彩色校正器可將該彩色校正矩陣Mc乘以線性RGB信號以產生已校正的RGB信號。
該環境光傳感器可包括至少兩個傳感器，並且當該至少兩個傳感器任意一個不是XYZ傳感器時，將該感測的環境光轉換為XYZ信號。
該裝置還可包括去伽馬(de-gamma)單元，接收非線性RGB信號並且將該非線性RGB信號轉換為線性RGB信號；伽馬單元，對從該彩色校正器輸出的已校正的RGB信號進行伽馬校正；以及顯示單元，顯示該伽馬校正了的RGB信號。
該裝置還可包括廣播信號處理器，處理接收到的廣播信號以產生該非線性RGB信號。
根據本發明的另一個方面，提供一種校正利用環境光作為背光的裝置中的彩色的方法，該方法包括產生彩色校正矩陣Mc，當環境光被用作背光時，該彩色校正矩陣Mc將彩色轉換矩陣M』校正為用於原始背光的彩色轉換矩陣M；以及利用該彩色校正矩陣Mc來校正彩色。該彩色轉換矩陣M』和M將RGB彩色空間轉換為XYZ彩色空間，並且該彩色轉換矩陣M是當環境光不用作背光時的矩陣。
通過參考附圖詳細描述本發明的示範性實施例，本發明的上述和其它方面將變得更加顯而易見，其中圖1A和1B示出了根據本發明的示範性實施例的利用環境光作為背光的裝置的外觀；圖2是根據本發明的示範性實施例的利用環境光作為背光的裝置的方框圖；圖3是根據本發明的示範性實施例的包括利用環境光作為背光的裝置的系統的方框圖；圖4示出了陽光的光譜分布；圖5示出了信道光譜透射率；圖6示出了彩色匹配函數；圖7是根據本發明的示範性實施例的彩色校正方法的流程圖；以及圖8是根據本發明的另一示範性實施例的彩色校正方法的流程圖。
具體實施例方式
下面將參考示出了本發明的示範性實施例的附圖更充分地描述本發明。然而，本發明可以許多不同的形式來實施，並且不應該被解釋為局限於在此所闡述的示範性實施例；更合適的是，提供這些實施例以便該公開的內容將是詳盡且完整的，並且這些實施例將向本領域的普通技術人員充分地傳達本發明的思想。所有這些附圖中，相同的附圖標記涉及相同的元件。
圖1A和1B示出了根據本發明的示範性實施例的利用環境光作為背光的裝置100的外觀。參考圖1A，裝置100包括主體101、顯示面板102和接收用戶輸入的用戶輸入接收器103。參考圖1B，主體101和面板102能夠以如下方式彼此分開面板102的一側提高而另一側以鉸接方式固定到主體101。
如圖1A中所示，在日落之後或者在環境光暗淡的黑暗場所，裝置100如同一般可攜式設備一樣利用其背光來顯示圖像。如圖1B中所示，在環境光104足夠明亮的場所，裝置100利用環境光104代替其背光或利用環境光104和其背光兩者來顯示圖像。環境光104被反射板105反射，並且輸入到面板102以用作背光。根據這個結構，裝置100利用比背光明亮的環境光作為背光以提高在環境光明亮的周圍環境中的可視性。
然而，當由於天氣的變化、時間的消逝、設備使用場所的變化、周圍光的變化以及該設備周圍的物體或人們而引起光量變化或光的色溫改變時，環境光不均勻地輸入至面板。這產生了彩色失真。因此，需要校正彩色失真。
圖2是根據本發明的示範性實施例利用環境光作為背光的裝置200的方框圖。參考圖2，裝置200包括彩色校正矩陣生成器210和利用由彩色校正矩陣生成器210所產生的彩色校正矩陣來校正彩色的彩色校正器220。
彩色校正矩陣生成器210產生彩色校正矩陣Mc，該彩色校正矩陣Mc用於在環境光被用作背光時將彩色轉換矩陣M』校正為用於原始背光的彩色轉換矩陣M。在本說明書中，彩色轉換矩陣是指用於將RGB彩色空間轉換為XYZ彩色空間的矩陣。用於原始背光的彩色轉換矩陣M是指當環境光不被用作背光時的彩色轉換矩陣。
具體來說，彩色校正矩陣生成器210利用用於環境光的彩色轉換矩陣M環境和用於原始背光的彩色轉換矩陣M產生彩色校正矩陣Mc，該彩色轉換矩陣M環境將環境光的RGB彩色空間轉換為XYZ彩色空間。
現在將詳細解釋產生彩色校正矩陣的方法。
CIE 3極值(pole value)X、Y和Z與一般顯示設備中的監控器的線性RGB之間的關係式如下方程式1XYZ=MRGB]]>用於原始背光的彩色轉換矩陣M是3×3矩陣，並且其由顯示設備的特性確定。當用作背光的環境光改變時，矩陣M改變，導致對於相同的RGB值有不同的XYZ值，並產生彩色失真。如下所示方程式2XYZ=MRGB]]>此處，M』表示當環境光用作背光或用作背光的環境光改變時的彩色轉換矩陣。當環境光和背光被一起使用時，矩陣M』通過將彩色轉換矩陣M與用於環境光的彩色轉換矩陣M環境相加而獲得，這被如下表示。
方程式3M′＝M+M環境當原始背光關閉且環境光用作背光時，矩陣M』變為彩色轉換矩陣M環境，如方程式4所表示。
方程式4M′＝M環境為了即使在當環境光改變時，對於相同的RGB也值獲得相同的XYZ值，將M』乘以M』-1M。當在RGB信號被傳送至顯示設備之前，RGB信號被乘以M』-1M，然後被傳送至顯示設備時，X1＝X，Y1＝Y並且Z1＝Z，這被如下表示。
方程式5XYZ=MM-1MRGB]]>方程式1和方程式5能夠重新整理為方程式6。
方程式6RGBM-1MRGB]]>由於M是已知的，從而獲得了反映環境光特性的彩色轉換矩陣M』，然後RGB值被乘以M』-1M並被傳送至顯示設備以校正環境光已經改變時的彩色失真。
如方程式3和4所表示的，為了獲得彩色轉換矩陣M』，應該計算用於環境光的彩色轉換矩陣M環境。M環境可通過方程式7來計算。
方程式7
此處，S(λ)是表示環境光的光譜分布的函數， 和 是彩色匹配函數，以及τR(λ)、τG(λ)和τB(λ)是顯示面板的信道光譜透射率。
環境光的光譜分布能夠如下估計。
當環境光被感測到並且X、Y和Z被確定時，能夠獲得彩色坐標和色溫。當環境光的色溫已知時，環境光的光譜分布能夠被估計以獲得S(λ)。
圖4示出了陽光的光譜分布。當環境光為陽光時，環境光的光譜分布能夠被利用圖4的光譜分別來估計。此外，諸如室內光的其它環境光的光譜分布能夠利用相似的方法被估計。
圖5中所示的信道光譜透射率通過顯示設備的特性來確定，並且如圖6中所示的彩色匹配函數是CIE確定的值。因此，M環境能夠利用方程式7而得知。另外，M』能夠利用方程式3和4計算。此外，RGB值被乘以M』-1M並被傳送至顯示設備以校正彩色失真。
參考附圖2更加詳細地解釋產生前述的彩色校正矩陣的彩色校正矩陣生成器210。彩色校正矩陣生成器210包括環境光傳感器211、模擬-數字轉換器213、環境光光譜估計器215和彩色校正矩陣計算器217。
環境光傳感器211感測存在於利用環境光作為背光的裝置周圍的環境光，並將感測到的環境光傳送至模擬-數字轉換器213。環境光傳感器211能夠包括至少兩個傳感器。當用不同於XYZ傳感器的傳感器，例如RGB傳感器，感測環境光時，環境光傳感器211將感測到的環境光轉換為XYZ信號。
模擬-數字轉換器213將從環境光傳感器211傳來的環境光轉換為數位訊號。環境光光譜估計器215利用該數位訊號估計環境光的光譜分布。環境光光譜估計器215預先存儲關於為了估計環境光的光譜所需要的光譜分布的數據，並因此響應於環境光的類型的光譜分布能夠被估計。例如，關於響應於用作環境光的光類型的光譜分布的數據能夠被預先存儲在房間中的環境光光譜估計器215中。
彩色校正矩陣計算器217根據方程式7利用預先存儲的彩色匹配函數、響應於顯示設備的特性的信道光譜透射率以及由環境光光譜估計器215估計的光譜分布來計算用於環境光的彩色轉換矩陣M環境。然後，彩色校正矩陣計算器217利用彩色轉換矩陣M環境和用於原始背光的彩色轉換矩陣M來計算彩色校正矩陣Mc。
具體來說，彩色校正矩陣計算器217將彩色轉換矩陣M加至彩色轉換矩陣M環境以獲得彩色轉換矩陣M』。如方程式4所表示，當原始背光關閉並且僅環境光用作背光時，彩色轉換矩陣M環境將成為彩色轉換矩陣M』。彩色校正矩陣計算器217將彩色轉換矩陣M乘以彩色轉換矩陣M』的逆矩陣M』-1以獲得彩色校正矩陣Mc。彩色轉換矩陣M可作為預定值存儲在彩色校正矩陣計算器217中。
彩色校正器220接收線性RGB信號並且將接收到的線性RGB信號乘以彩色校正矩陣Mc，以產生已校正的RGB信號，由此校正彩色。已校正的RGB信號被傳送至輸出單元(未示出)。RGB信號能夠以如下方式產生將存儲在存儲介質中的數據進行處理或者將廣播信號進行處理並輸入彩色校正器220。
圖3是具有廣播接收功能的顯示系統300的方框圖，該系統包括根據本發明的示範性實施例的利用環境光作為背光的裝置330。參考圖3，顯示系統300包括廣播信號處理器310、去伽馬單元320、利用環境光作為背光的裝置330、伽馬單元340和顯示單元350。
廣播信號處理器310處理接收的廣播信號以產生非線性RGB信號。廣播信號處理器310的結構取決於廣播信號的類型。例如在數字多媒體廣播信號的情況下，廣播信號處理器310可包括調諧並解調通過由使用者選擇的特定信道輸入的廣播信號以輸出傳輸流的調諧器、將從該調諧器輸出的傳輸流解多路復用到視顏傳輸流和音頻傳輸流中的解多路復用器，以及接收該視頻傳輸流和該音頻傳輸流並將其解碼以輸出視顏和音頻信號的解碼器。解碼信號能夠被生成為非線性RGB信號。
去伽馬單元320接收非線性RGB信號並將其轉換為線性RGB信號。
如圖2中所示，利用環境光作為背光的裝置330包括彩色校正矩陣生成器210和彩色校正器220，並且產生彩色校正矩陣Mc，該彩色校正矩陣生成器210具有環境光傳感器211、模擬-數字轉換器213、環境光光譜估計器215和彩色校正矩陣計算器217。裝置330將彩色校正矩陣Mc乘以從去伽馬單元320輸出的線性RGB信號以校正彩色。
伽馬單元340伽馬校正該從彩色校正器220輸出的已校正的RGB信號。顯示單元350顯示伽馬校正了的RGB信號。即使當環境光改變時，使用者也能夠看到利用裝置330校正了彩色的廣播節目。
圖7是根據本發明的示範性實施例的彩色校正方法的流程圖。操作S710中，圖2的彩色校正矩陣生成器210產生彩色校正矩陣Mc，該彩色校正矩陣Mc將在環境光被用作背光時的彩色轉換矩陣M』校正為用於原始背光的彩色轉換矩陣M。為了產生彩色校正矩陣Mc，能夠使用下面的方法。
首先，環境光被感測並且轉換為數位訊號。利用數位訊號來估計環境光的光譜分布，並且利用估計的光譜分布來計算彩色轉換矩陣M環境。利用用於環境光的彩色轉換矩陣M環境和用於原始背光的彩色轉換矩陣M來計算彩色校正矩陣Mc。彩色校正矩陣Mc能夠通過如下產生將彩色轉換矩陣M與彩色轉換矩陣M環境相加以產生彩色轉換矩陣M』，並將彩色轉換矩陣M乘以彩色轉換矩陣M』的逆矩陣M』-1。
操作S720中，彩色校正器220利用彩色校正矩陣Mc來校正彩色。
圖8是根據本發明的另一示範性實施例的彩色校正方法的流程圖。參考圖8，操作S810中，處理接收到的廣播信號以產生非線性RGB信號。操作S820中，將非線性RGB信號轉換為線性RGB信號。操作S830中，產生彩色校正矩陣Me，該彩色校正矩陣Mc在環境光被用作背光時將彩色轉換矩陣M』校正為用於原始背光的彩色轉換矩陣M。操作S830能夠與操作S8 10和S820並行執行。
操作S840中，將彩色校正矩陣Mc乘以線性RGB信號以產生已校正的RGB信號，由此校正彩色。操作S850中，將已校正的RGB信號進行伽馬校正。操作S860中，將伽馬校正了的RGB信號顯示在顯示設備上。
本發明也能被實施為計算機可讀記錄介質上的計算機可讀編碼。計算機可讀記錄介質是能夠存儲可被計算機系統在之後讀取的數據的任意數據存儲設備。計算機可讀記錄介質的例子包括只讀存儲器(ROM)、隨機存儲器(RAM)、CD-ROM、磁帶、軟盤、光學數據存儲設備以及載波(諸如通過網際網路傳輸的數據)。計算機可讀記錄介質也能夠通過聯網的計算機系統傳播以便計算機可讀編碼以分布方式存儲和運行。
如上所述，根據利用環境光作為背光的裝置以及校正該裝置中彩色的方法，當被用作背光的環境光改變時產生的彩色失真能夠被校正。
雖然本發明參考其示範性實施例已經被特別地示出和描述，本領域普通技術人員將會理解其中可進行形式和細節方面的各種改變而不偏離由隨附的權利要求所限定的本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種利用環境光作為背光的裝置，所述裝置包括彩色校正矩陣生成器，產生第一彩色校正矩陣，所述第一彩色校正矩陣用於在環境光被用作背光時，將第二彩色轉換矩陣校正為用於原始背光的第三彩色轉換矩陣的；以及彩色校正器，利用所述第一彩色校正矩陣來校正彩色，其中，所述第二彩色轉換矩陣和第三彩色轉換矩陣將RGB彩色空間轉換為XYZ彩色空間，並且所述第三彩色轉換矩陣是當環境光不被用作背光時用於原始背光的矩陣。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述彩色校正矩陣生成器包括環境光傳感器，感測環境光；模擬-數字轉換器，將所述感測的環境光轉換為數位訊號；光譜估計器，利用所述數位訊號來估計環境光的光譜分布；以及彩色校正矩陣計算器，利用所述估計的光譜分布來計算用於環境光的第四彩色轉換矩陣，並且利用所述第四彩色轉換矩陣和所述第三彩色轉換矩陣來計算所述第一彩色校正矩陣，所述第四彩色轉換矩陣將用於環境光的RGB彩色空間轉換為XYZ彩色空間。
3.如權利要求2所述的裝置，其中，所述彩色校正矩陣計算器將所述第三彩色轉換矩陣與所述第四彩色轉換矩陣相加以獲得所述第二彩色轉換矩陣，並且將所述第三彩色轉換矩陣乘以所述第二彩色轉換矩陣的逆矩陣以獲得所述第一彩色校正矩陣。
4.如權利要求1所述的裝置，其中，用於原始背光的所述第三彩色轉換矩陣被存儲為預定值。
5.如權利要求1所述的裝置，其中，所述彩色校正器將所述第一彩色校正矩陣乘以線性RGB信號以產生已校正的RGB信號。
6.如權利要求2所述的裝置，其中，所述環境光傳感器包括至少兩個傳感器，並且如果所述至少兩個傳感器之一不是XYZ傳感器，則將所述感測的環境光轉換為XYZ信號。
7.如權利要求1所述的裝置，還包括去伽馬單元，接收非線性RGB信號並且將所述非線性RGB信號轉換為線性RGB信號；伽馬單元，對從所述彩色校正器輸出的已校正的RGB信號進行伽馬校正；以及顯示單元，顯示所述伽馬校正了的RGB信號。
8.如權利要求7所述的裝置，還包括廣播信號處理器，所述廣播信號處理器處理接收到的廣播信號以產生所述非線性RGB信號。
9.一種用於對利用環境光作為背光的裝置中的彩色進行校正的方法，所述方法包括產生第一彩色校正矩陣，所述第一彩色校正矩陣用於在環境光被用作背光時，將第二彩色轉換矩陣校正為用於原始背光的第三彩色轉換矩陣的；以及利用所述第一彩色校正矩陣來校正彩色，其中，所述第二彩色轉換矩陣和第三彩色轉換矩陣將RGB彩色空間轉換為XYZ彩色空間，並且所述第三彩色轉換矩陣是當環境光不被用作背光時用於原始背光的矩陣。
10.如權利要求9所述的方法，其中，所述產生所述第一彩色校正矩陣包括感測環境光；將所述感測的環境光轉換為數位訊號；利用所述數位訊號來估計環境光的光譜分布；利用所述估計的光譜分布來計算用於環境光的第四彩色轉換矩陣，所述將第四彩色轉換矩陣將用於環境光的RGB彩色空間轉換為XYZ彩色空間；以及利用所述第四彩色轉換矩陣和所述第三彩色轉換矩陣來計算所述第一彩色校正矩陣。
11.如權利要求10所述的方法，其中，所述計算所述第一彩色校正矩陣包括將所述第三彩色轉換矩陣與所述第四彩色轉換矩陣相加以獲得所述第二彩色轉換矩陣；以及將所述第三彩色轉換矩陣乘以所述第二彩色轉換矩陣的逆矩陣以獲得所述第一彩色校正矩陣。
12.如權利要求9所述的方法，其中，用於原始背光的所述第三彩色轉換矩陣被存儲為預定值。
13.如權利要求9所述的方法，其中，所述校正彩色包括將所述第一彩色校正矩陣乘以線性RGB信號以產生已校正的RGB信號。
14.如權利要求10所述的方法，其中，所述感測環境光還包括如果是利用XYZ傳感器以外的傳感器來感測環境光，則將所述感測的環境光轉換為XYZ信號。
15.如權利要求9所述的方法，還包括接收非線性RGB信號並將所述非線性RGB信號轉換為線性RGB信號；對所述校正彩色中產生的已校正RGB信號進行伽馬校正；以及顯示所述伽馬校正了的RGB信號。
16.如權利要求15所述的方法，還包括處理接收到的廣播信號以產生所述非線性RGB信號。
17.一種計算機可讀記錄介質，所述介質存儲了用於執行校正利用環境光作為背光的裝置中的彩色的方法的程序，所述方法包括當環境光被用作背光時，產生第一彩色校正矩陣，所述第一彩色校正矩陣用於將第二彩色轉換矩陣校正為用於原始背光的第三彩色轉換矩陣的；以及利用所述第一彩色校正矩陣來校正彩色，其中，所述第二彩色轉換矩陣和第三彩色轉換矩陣將RGB彩色空間轉換為XYZ彩色空間，並且所述第三彩色轉換矩陣是當環境光不被用作背光時用於原始背光的矩陣。
全文摘要
提供一種利用環境光作為背光的裝置和一種校正所述裝置中的彩色的方法。所述裝置包括彩色校正矩陣生成器和彩色校正器。所述彩色校正矩陣生成器產生第一彩色校正矩陣，所述第一彩色校正矩陣用於當環境光被用作背光時，將第二彩色轉換矩陣校正為用於原始背光的第三彩色轉換矩陣。所述彩色校正器利用所述第一彩色校正矩陣來校正彩色。
文檔編號H04N9/64GK101093656SQ20071012883
公開日2007年12月26日 申請日期2007年3月14日 優先權日2006年3月14日
發明者金京旭, 金文喆 申請人:三星電子株式會社