[doc] 彩色显示器亮度和对比度的最优化设置

[doc] 彩色显示器亮度和对比度的最优化设置 彩色显示器亮度和对比度的最优化设置 第18卷第4期2007年4月 电子?激光 JournalofOptoelectronics?LaserVo1.18No.4Apr.2007 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310027) 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Neso彩色显示器的亮度和对比 度分别设置为最大值的2O,5O,8O和100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(TRC),通道可加性,色域和色品恒定性等颜色特性,实验结果明,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TRC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(TRC);通道可加性;色域;色品恒定性 中图分类号:0432.3文献标识码:A文章编 号:1005—0086(2OO7)O4-O4O7—04 Optim~BrightnessandContrastSettingsforColorDisplays ZHANGXian-dou,XUHal-song,WANGYong (StateKeyLaboratoryofModemOpticalInstrumentation,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China) Abstract:Therelationshipswerederivedbetweenthebrightnessandcontrastsettingsandthecorrespondingcolorcharacter— isticsofCRTdisplays.BysettingthebrightnessandcontrastofaNesocolordisplaytO2O,50~,8Oand100%respec— tively(totally16groups),theblackpointluminance,whitepointluminance,tunereproductivecurve(TRC),channeladditivi— ty.colorgamutandtheconstantchannelchromaticityundereachsettingweremeasuredandcomparedindetail.Theexperi— mentalresultsshowedthattheblackpointwasmainlyaffectedbybrightnesssettingsandthewhitepointbycontrastset— tings.T_heblackpointplayedimportantrolesinchanneladditivity,colorgamutandtheconstantchannelchromaticity.W11en theblackpointluminancewasassmallaspossible,thewhitepointluminancemettherequirementoftheapplicationwhile theTRCdidnotcrossthediscreteintegervalueaxisorluminanceaxis,thedisplayachievedthebestsettingswithrespecttO brightnessandcontrast. Keywords:colordisplay;optimalsettincjs~blackpoint;whitepoint;tLI1ere productivecurve(TRC):channeladditivity: colorgamut;constantchannelchromaticity 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(TI),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. Diaz等人L4]认为,亮度和对比度设置影响显示器的色品恒定 性和色域;Jim6nez等[5]通过CCD对Munsell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,GOG(gainoffsetgamma) 模型[3]最简单;Kim等人[7]根据Park等人的结论,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,TRC,通道可加性,色域和色品恒定 收稿日期:2006—06—10修订日期:2006-08-29 *基金项目:国家自然科学基金资助项目(60578011) **E-mail:zhangxiandou@hotmail.com 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TRC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IEC标准[8],实验在暗室进行.试验前,对显示器和 测量仪器预热2h.实验器材为:显示器,NesoFD570A,刷新 频率为75Hz,分辨率为1024×768,颜色显示为24位真彩色; 显卡,Intel(R)82845G,显存数字化位数N一8;测量仪器为 PhotoResearchPR-650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 Fig.1Experimentalsetup 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(255,255,255)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2O,5O,8O和 100,共16种组合.单通道驱动值从0到255问每隔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PR-650 在低亮度下灵敏度和稳定性的影响,每隔2mJn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2O到5O问时,黑点亮度基本保持不变;从5O开始,黑点 亮度明显随亮度设置的增加而增加;亮度设置为100时,黑点 亮度达到1.8ca/m2.因此,设置显示器时,亮度设置最好不 要超过5O.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159cd/ms (B100C20到BIOOCIO0,B100C20表示亮度设置为100,对比 度设置为2O,本文用此表述),而亮度设置的最大调节 范围只有67.309cd,/(B20CJ00到B100C100). 图2黑点亮度随亮度和对比度设置的变化 Fig.2Blackpointluminacevariedwith brightnessandcontrastsettings 电字?激2007年第18卷 图3白点亮度随亮度和对比度设置的变化 Fig.3Whitepointluminacevaiedwith brightnessandcontrastsettings 3.2TRC 亮度设置对TRC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(TRC曲线和亮度纵轴 有交点),如图4中B100C80设置时R通道TRC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(TRC曲线在高驱动值 时就趋近于驱动值横轴),如图4中B20C80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 I350C80所示. 图4R通道阶调再现曲线随亮度设置的变化 Fig.4Tunereproductivecurvevariedwith brightnesssettingofRchannel 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GOG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B50C80,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 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 fX(?.b)一XR,+XG,+XB,b x(,b)一yR,+Y_G,g+YrR,b(1) lZ(?-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—yR’r和ZR,为R通道对 应的三刺激值.同样,XGyGZG,和XR,b,yR,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(255,0,O),最亮绿色(O, 255,O),最亮蓝色(O,0,255)相加后的CIELAB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5O时其对色差影响不大,因此对比度设置一般应 大于5O. Contrast 图5白点可加性色差 Fig.5Colordifferenceofwhitepointwith respecttochanneladditivity 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B100)尤其显 着.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 Fig.6Colordifferenceofwhitepointwith respecttochanneladditivityafterremovingblackpoint 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 ? 409? 比度设置下影响更明显.图7为不同亮度对比度设置下的 CIE1931色品图.(a)中对比度设置为2O,色域随亮度设置的 增加而减小.(b)中亮度设置为100,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2O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100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2O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)Contrast,ssettedas20(b)BrighmessXwassettedas100 (c)Contrastwasse~edas20, afterremovingblackpoint 8 (d)Brighmessandcontrastwere sexedas80,20respectively 图7色域和色品恒定性随亮度,对比度设置的变化 Fig.7Colorgamutandconstantchannelchromaticity variedwithbrightnessandcontrastsettings 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.B50C80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TRC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 ? 410? 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,TRC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 B5OC8O便是对应显示器的最优化设置参数. 参考文献: Eli [2] [3] E4] Brrlchronot~VGAdisplaybyOLEDmatrixI-J~JournalofOptoelec? tronics?Laser(光电子?激光),2006,17(2):131.134(inChi. nese) DiazJA,Jim~ezJR,HitaE,etn/.OLotimizingtheconstant—channel chromaticityandcolorgamutofCRTdisplaysbycontrolofbrightness E51 E6] E73 E83 光电子?激2007年第l8卷 andcontrastlevelsEJ~ApdOpt,1996,35(10):1711—1718. 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