Gamma調(diào)試系統(tǒng)在液晶電視上的應(yīng)用

范小霞

[摘 ? ?要]由于人眼對于亮暗的感知有差異，同時顯示器在信號輸出和輸入也不是純線性關(guān)系，加上機芯信號處理影響及液晶電視背光個體差異，導(dǎo)致各灰度圖像的色溫差異。為了矯正這些差異帶來的影響，提升亮暗和色溫的顯示效果，Gamma調(diào)試系統(tǒng)在液晶電視中的開發(fā)和應(yīng)用顯得尤為關(guān)鍵。Gamma調(diào)試系統(tǒng)會根據(jù)人眼感知、機芯特點和顯示屏幕特性來矯正色溫和亮度曲線。通過對Gamma曲線的研究和應(yīng)用最大限度降低亮度損失，優(yōu)化亮度曲線，調(diào)節(jié)0～255階各灰階的色溫和色坐標(biāo)，提高各灰度圖像的色溫達(dá)到一致，同時能滿足不同場景的色溫需要，對提升能效也有大有益處。

[關(guān)鍵詞]Gamma曲線;色溫;色坐標(biāo);亮度;光譜

[中圖分類號]TN949 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）08–00–02

[Abstract]Because human eyes have different perceptions of brightness and darkness， and the signal output and input of the display are not purely linear， coupled with the influence of the movement signal processing and the individual differences in the LCD TV backlight， the color temperature of each grayscale image is To correct the effects of these differences and improve the display effect of brightness and color temperature， the development and application of the Gamma debugging system in LCD TVs is particularly critical. The Gamma debugging system will correct the color temperature and brightness curve according to the human eye perception， the characteristics of the movement and the characteristics of the display screen.Through the research and application of the Gamma curve to minimize the brightness loss， optimize the brightness curve， adjust the color temperature and color coordinates of each gray scale from 0-255， Improving the color temperature of each grayscale image to achieve consistency， while meeting the color temperature needs of different scenes， is also of great benefit to improving energy efficiency.

[Keywords]Gamma curve;color temperature; color coordinates; brightness; spectrum

1 Gamma調(diào)試系統(tǒng)簡述

Gamma矯正作用是為了矯正液晶電視系統(tǒng)的亮度曲線和各灰度色溫，通常情況下人眼對亮暗感知不一樣，對暗場更明顯，液晶顯示器對于信號處理也存在一個非線性問題，也就是說輸出相對于輸入不是線性關(guān)系。不同的液晶模組背光差異，色溫個體差異非常大，色溫一致性得不到保證，這些都要依賴Gamma調(diào)試系統(tǒng)來解決。Gamma調(diào)試系統(tǒng)在液晶電視中分為兩級，第一級為前級PQ Gamma，此級Gamma數(shù)據(jù)位一般是8位，第二級后級panel Gamma，此級Gamma數(shù)據(jù)位為10位。前級Gamma作用主要針對非圖片信號的視頻信號，如AV、HDMI通道的視頻信號及網(wǎng)絡(luò)視頻信號，后級panel Gamma主要是針對USB下的圖片、主頁及OSD。兩級Gamma綜合起效果，這樣能保證液晶電視所有的信號通道都能正常顯示。

2 Gamma調(diào)試系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容及應(yīng)用系統(tǒng)

2.1 Gamma目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)確定

目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)包括色溫和色坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，同一色溫可能對應(yīng)不同的色坐標(biāo)，同一色坐標(biāo)只對應(yīng)一種色溫。因人眼觀看的需要，太高色溫畫面偏藍(lán)，會對人眼刺激太強，損壞人眼視力，而太低的色溫又會降低畫面亮度、畫面層次和色彩真實性，所以太高的色溫和太低的色溫都不適合人眼觀看，制定一種適合人眼觀看的色溫和色坐標(biāo)成為液晶電視畫質(zhì)最迫切需要解決的問題。制定色溫標(biāo)準(zhǔn)需結(jié)合環(huán)境場景和觀看模式，通常室內(nèi)觀看色溫和光源的色溫在3 000～8 000 K，不同的場景比如標(biāo)準(zhǔn)模式、賣場模式、電影模式、護眼模式等不同模式對色溫的要求又不一樣?？傊@些都需根據(jù)具體環(huán)境和觀看模式來制定標(biāo)準(zhǔn)。

各種情景模式適合的觀看場景和要求不一樣，同時又分為室內(nèi)觀看和賣場觀看場景，根據(jù)大量的實驗和環(huán)境光研究，采取每種模式下適合人眼觀看的不同色溫標(biāo)準(zhǔn)。

（1）標(biāo)準(zhǔn)模式下一般色溫標(biāo)準(zhǔn)采用10 300 K，采取色坐標(biāo)為Wx=0.276，Wy=0.289為標(biāo)準(zhǔn)模式下的Gamma色溫標(biāo)準(zhǔn)。

（2）賣場模式環(huán)境光大多采用射燈或強光照射，環(huán)境光色溫偏冷，亮度偏強，采用色溫12 000 K的冷色溫較為合適，采取的色坐標(biāo)為Wx=0.270，Wy=0.268。

（3）電影模式一般是適合在暗的柔和的光源下觀看，宜采用較低色溫的效果，目前多為6500 K的色溫，采取的色坐標(biāo)為Wx=0.313，Wy=0.329。

（4）而護眼模式，是要求電視機發(fā)出的光不傷害人眼，其中藍(lán)光的成分要低于綠光的一半，所以在這種情景模式下，需要根據(jù)光譜特性來確定色溫，色溫標(biāo)準(zhǔn)通常情況下為7 000 K，Wx=0.300，Wy=0.335。

2.2 液晶電視背光系統(tǒng)與目標(biāo)色度標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)匹配

（1）確定了目標(biāo)色溫，就需要從前端根據(jù)目標(biāo)色坐標(biāo)對液晶電視背光源和背光膜片上進(jìn)行定制。背光系統(tǒng)主要包括燈條和膜片，其中燈條包括多種高色域燈條、普通色域燈條，膜片包括反射紙、擴算板、導(dǎo)光板、增亮膜等。背光是發(fā)光器件，而液晶電視中的液晶是被動發(fā)光的，本身是不產(chǎn)生光的，其是通過背光照射液晶分子而使得液晶分子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)而發(fā)光。所以在燈條和膜片需要定制外，液晶OC的特性也會對色溫產(chǎn)生較大影響。在定制燈條、膜片時需要結(jié)合液晶OC的特性進(jìn)行，比如IPS屏液晶和VA屏液晶排列就會有不同的色溫表現(xiàn)，不同廠家的OC會有不同的光譜透過率，那么需要針對不同的OC還需要區(qū)別匹配燈條。燈條的色塊和亮度特性起著影響色溫的關(guān)鍵作用，需要重點關(guān)注;膜片主要起著傳導(dǎo)、反射光的作用，對色坐標(biāo)的影響較為輕微，但是會影響色度均勻性。

（2）光學(xué)匹配的種類分布。燈條、膜片和液晶OC不同的搭配會有不同的色坐標(biāo)和色溫結(jié)果，根據(jù)實驗統(tǒng)計了280種組合，組合后色坐標(biāo)和目標(biāo)色坐標(biāo)差異有以下9種情況，見表1。

表中“偏高”代表坐標(biāo)高于目標(biāo)值0.010以上?！捌汀贝淼陀谀繕?biāo)值0.010以上，不偏表示距離目標(biāo)值在0.005及以下范圍。那么最好狀態(tài)就是要達(dá)到第9種情況，通過液晶OC來定制背光、定制燈條，這樣才能使最終的畫質(zhì)效果目標(biāo)最理想，色彩和亮度均不被損失，保持了最好的主觀畫質(zhì)色溫效果。

（3）光學(xué)匹配的重要流程節(jié)點。燈條中燈珠的光譜特性、峰值波長、半波寬、色塊等級等指標(biāo)都會直接影響最終的液晶模組最終的色坐標(biāo)和色溫值，在確定了液晶OC的光譜特性和色坐標(biāo)后，再用相應(yīng)的燈珠來匹配液晶OC，做到最終的液晶模組達(dá)到調(diào)試目標(biāo)值附近，Wx的可控誤差0.010及以下，Wy值可控誤差在0.009及以下。

2.3 Gamma系統(tǒng)的分場景調(diào)試

Gamma系統(tǒng)在不同的場景下需要按照不同的色溫標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行調(diào)試，才能應(yīng)用于不同的應(yīng)用場景和不同的情景模式。經(jīng)過實驗，具體調(diào)試方式方法如下。

（1）后端panel Gamma調(diào)試。這一端的調(diào)試要放在第一步進(jìn)行，它位于信號處理的最后端同時在上屏前，主要影響的是OSD、主頁背景及圖片。對于標(biāo)準(zhǔn)屏，后端panel Gamma可以置于直通狀態(tài)，因為標(biāo)準(zhǔn)屏的tcon板和液晶OC都是經(jīng)過一致性匹配調(diào)試過，不需要信號端再進(jìn)行校正一遍。對于TCONLESS狀態(tài)，TCON與主板合二為一，需要考慮到主芯片、tcon的時序的配合，同時各灰度的色溫容易出現(xiàn)非常大的差異，所以在這一端需要單獨進(jìn)行panel Gamma的調(diào)試，調(diào)試的原則是以最高階白場的坐標(biāo)為目標(biāo)值，分別調(diào)試16～32個點的R、G、B，滿足panel Gamma調(diào)試后液晶模組能達(dá)2.2亮度曲線，同時每個灰度等級的圖像色坐標(biāo)一致。

（2）前端PQ Gamma的調(diào)試。前端PQ Gamma可以根據(jù)應(yīng)用場景的不同來分別調(diào)試出不同的Gamma曲線，例如標(biāo)準(zhǔn)模式、電影模式及商場模式等應(yīng)用場景。當(dāng)液晶電視切換到不同的應(yīng)用場景時，軟件同時調(diào)用不同的Gamma曲線運行。值得注意的是，前端Gamma必須要在后端Gamma的基礎(chǔ)上進(jìn)行校正。因為通常整改信號流程會同時經(jīng)過2級Gamma。

（3）針對有攝像頭的液晶電視。攝像頭會捕捉周圍環(huán)境光的色溫和亮度，攝像頭角度和所處的環(huán)境不同，所顯示的圖像有非常大的差別。所以在對攝像頭Gamma進(jìn)行校正時，會同時采取多條Gamma的方式，軟件自主進(jìn)行環(huán)境光判斷識別來分別調(diào)用。

2.4 根據(jù)能效的情況會進(jìn)行Gamma曲線的二次微調(diào)

當(dāng)Gamma曲線導(dǎo)致亮度有損失而影響到能效時，需進(jìn)行光譜測試和人眼誤差識別，經(jīng)過試驗，在坐標(biāo)誤差低于0.004時，人眼對色溫的感知不敏感，所以在能效出現(xiàn)影響的情況下，需要對208階以上的圖像進(jìn)行逐步微調(diào)，只要控制坐標(biāo)誤差在0.004級以下均可滿足主觀色溫要求。

2.5 一致性檢測及自動校正系統(tǒng)

量產(chǎn)狀態(tài)下，因背光、OC的色溫和坐標(biāo)分布并不是完全一致的，而是呈現(xiàn)正態(tài)分布情況，所以存在相同的參數(shù)下因為這種不可避免的個體差異會對整機色溫一致性帶來影響。所以在生產(chǎn)線上需要設(shè)置工位來糾正這種個體差異帶來的影響，就需要白平衡自動調(diào)試系統(tǒng)來矯正，通過白平衡調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試RGBgain來矯正這種微小的色溫差異，從而維持所有產(chǎn)線整機色溫的一致性和主觀表現(xiàn)的一致性。

3 Gamma系統(tǒng)的應(yīng)用效果及作用

通過Gamma調(diào)試系統(tǒng)的閉環(huán)研發(fā)流程，從制定目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)開始，到根據(jù)目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)制定背光系統(tǒng)的燈條OC等前端器件的參數(shù)，再到調(diào)試和生產(chǎn)線的反饋矯正。此系統(tǒng)能矯正液晶電視的亮度曲線，達(dá)到輸入輸出的線性關(guān)系;能保證從0～255階的各灰度圖像色溫的一致性，同時對提高能效，降低亮度損失起到了至關(guān)重要的作用。前后2級Gamma的矯正，不管是視頻信號、圖片信號還是OSD都能夠保持在盡可能一致的色溫水平上。滿足各個情景模式和不同的應(yīng)用場景的需求。

4 結(jié)語

通過液晶Gamma調(diào)試方式的開發(fā)和應(yīng)用，先定義了適合人眼觀看的白色目標(biāo)坐標(biāo)和色溫舒適度目標(biāo)值，利用光譜圖的分析測量手段，通過對背光和液晶面板的色坐標(biāo)色溫和目標(biāo)色坐標(biāo)色溫的高度匹配，使液晶電視的色溫色坐標(biāo)離目標(biāo)值更近，在允許的相應(yīng)誤差范圍內(nèi)，為后期降低Gamma調(diào)試的亮度損耗打下一個好的基礎(chǔ)和前提條件，然后通過Gamma的分級、分場景的調(diào)試方法及高階處理方法來滿足液晶電視圖像保持0～255各灰階在色溫上的一致及各情景模式的色溫需要，同時整機亮度曲線維持在2.2指數(shù)曲線。通過Gamma調(diào)試系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用，對液晶電視白平衡和畫質(zhì)起到關(guān)鍵作用，提升液晶屏的能效指數(shù)的同時，減少屏幕亮度損耗，提升畫質(zhì)主觀效果。Gamma調(diào)試系統(tǒng)在液晶電視上是一個不可缺少的保證畫質(zhì)效果的重要基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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