观海微电子---LCD的gamma校正原理

简介: 人眼对亮度感知呈非线性,暗环境下更敏感。Gamma曲线描述此特性,Gamma 2.2为标准校正值,使灰阶分布符合人眼感知,提升图像质量。通过digital Gamma可调节色温,实现护眼模式,减少有害蓝光,保护视力。



(2)人眼对亮度的感知特性

人眼对亮度的感知是呈非线性的,且人眼对黑暗环境下亮度变化的敏感程度,要比在亮环境中高出许多倍。




人眼感知与亮度之间的变化关系曲线就叫做Gamma(γ)曲线;这条曲线的指数就是Gamma(γ) ,

数学公式:输出=输入^Gamma;γ取值不同,曲线表现形式也不同。



根据下图可知人眼感知的中灰色,其物理亮度值大约在的20%左右。


为了直观表示,实际的gamma曲线常用透过率-灰阶(T-L)的关系曲线图表示。


 Gamma校正

数据信号8bit的TFT LCD 显示器的亮度从0%~100%(透过率) 划分为L0~L255共256个灰阶来表示。

根据人眼感知亮度的特性,人眼所感知的中灰色(即亮度的20%白色)为51阶,那么亮区为205阶;低灰度

值采样少,降低暗区分辨率;同时高灰度采样多,人眼又不容易分辨,这种分配的不均匀造成存储浪费。

进行gamma2.2校正,将人眼感知到的中灰色(即亮度的20%白色)的阶值提升到128阶,亮部与

暗部均匀分布;低灰阶之下有更多了更多的灰阶信息,高灰阶进行了一定程度的压缩,即节省了图像的存储,

也实现了灰阶数与人眼感知亮度的变化呈线性关系的需求,提升了图像的分辨率。

 Gamma校正原理

对液晶显示器来说,灰阶预算是有限的,又因为人眼感知亮度的特性;所以gamma校正,就是为了平

衡暗部与亮度的分布,存储更多的信息,使TFT LCD呈现出来的图像是与人眼感知的是一致的。


 为什么选择Gamma2.2

1996年微软与惠普在特定光照下通过人眼对显示器的感受测试中得出2.2是一个较为适合的值,定

下了这个标准;Gamma 2.2是目前设置的标准,用于平衡真实颜色与显示器,可以产生逼真的色彩。

 模拟gamma2.2

gamma2.2的调试过程如下:

(1) 将背光源稳定于某一亮度,先测试最大亮度值和最小亮度值;

(2)然后调整Vcom电压使画面闪烁(Flicker)至最佳值;

(3)根据标准gamma2.2 曲线,得到每一灰阶对应的亮度;

(4)使用色彩分析仪测量实际的亮度;

(5)通过调整控制灰阶电压的寄存器,使每一灰阶达到标准的亮度值,直至符合标准曲线。

 digital Gamma

digital Gamma也称3Gamma:是通过对显示模组的R、G、B三种颜色分别进行调节,来调整屏幕的色温。

较低的色温会使图像呈现出暖色调,而较高的色温会使图像呈现出冷色调 。

 护眼模式

护眼模式的直接感受:就是屏幕变黄了,因为蓝色减少,红+绿=黄。

护眼原理:通过色温的调整,降低高能蓝光,将原本的光谱调整到偏暖色系。

短波蓝光:波长处于400nm-480nm之间,波长最短,能量相对最高,瞳孔无法过滤蓝光,所以环境中有

害蓝光都会直达眼睛的黄斑区,长时间被蓝光直射眼睛会造成视力下降,甚至会让黄斑区病变的视觉细胞受损,

对眼睛的损害很大。


护眼模式就是通过digital Gamma实现的,其调试基于模拟的Gamma2.2。

1、在R不变的基础上,依次减小B的透过率;

(1)在模拟Gamma2.2的基础上,只调整B(蓝色)的透过率;

(2)测试图片:纯蓝色的灰阶图;

(3)测试分为8个不同的档位;

测试数据如下:


护眼模式的曲线图以及显示效果


 不同gamma取值的应用

gamma1.8

作用:可以增加整体色调亮度,使较暗的场景更清晰。

应用:比较非常适合观看电影,电视或场景或图片太暗的情况。

gamma2.4

作用:增强略微过亮的场景中的细节,提供增强的对比度,并提高鲜艳色彩的可视性。

应用:适合高清电视制作,以及Rec.709(高清电视的国际标准)色彩空间。

gamma2.6

作用:用于突出显示图像和视频中明亮的色调对比度,其中较亮色调的差异难以察觉。

应用:电影制作。

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