如何匹配汽车TFT-LCD面板的色彩亮度

小伊琳
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对伽马校正的需求源于CRT电视显示器的发明。CRT使用电子束光栅来照亮显示器前面板背后的荧光涂层。所施加的栅极控制电压按比例地控制发光强度,并遵守冥次法则:发光强度 = 控制电压的伽马次方。这种控制具有内在的非线性性质。CRT的标称伽马值为大约2.5。另一方面,人眼具有反向响应,对灰度级的较暗部分的变化相对敏感。因此,为使最终图像对人眼显示出灰度级真实深度的变化,必须在图像传输前对红、绿和蓝信号进行伽马校正。该校正在视频源系统中进行,如电视广播摄像头。

本白皮书将介绍如何通过伽马校正(亦称伽马校准)来确保汽车TFT-LCD面板的亮度一致和色彩匹配。我们将讨论如何使用14通道可编程伽马缓冲器来校准LCD面板的伽马响应,并介绍高、标称及低伽马设置的三个例子。

摄像头设计的输出电压与发光强度成比例,等于发光强度的1/2.5次方(0.4次方)。由于略大于1的伽马值比较受偏爱,因此广播标准通常使用0.5的伽马值,从而使系统伽马值为1.25。图1显示了摄像头的内置伽马响应是CRT响应的倒数,因此无需进行额外的系统伽马校正。但必须对TFT-LCD的信号进行调节,以补偿摄像头的伽马调整,后者最初是为CRT显示器而设置的。

图1. 传统CRT系统的伽马值

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Relative Luminance                         相对亮度

Input Level IRE                           输入电平IRE

Camera Gamma Response                    摄像头伽马响应

CRT Display Response                     CRT显示器响应

Inherent Gamma Correction                内在伽马校正

汽车LCD面板伽马校准

TFT-LCD面板在汽车组合仪表、信息娱乐和导航本体单元以及高级驾驶辅助系统(ADAS)智能后视镜上的应用越来越多。它们不是用电子枪和荧光层来产生发光强度,而是通过向液晶像素施加电压来控制“背光”穿过像素的透射率。采用冷阴极荧光灯(CCFL)或发光二极管(LED)阵列来提供“背光”。施加于液晶像素的电压可以控制传送到前面的背光光量,以便再现传输图像,这可定义针对TFT-LCD的透射率曲线。

TFT-LCD的伽马值不同于CRT;不过它具有轻微的伽马响应。传统广播系统的伽马校准在信号传输过程中进行,以补偿CRT伽马响应,而且这结合了人眼的反向响应。因此,必须在将信号施加于TFT-LCD面板之前对其进行伽马校正。TFT-LCD  伽马校正有必要遵循 CRT 显示器的伽马校正。输入视频信号是数字式的,且伽马校正码施加于数模转换器(DAC),以产生电压并施加于像素。这些伽马校正码可帮助面板显示器制造商确定满足视觉效果要求的合适校正码。系统常常能够存储针对不同环境光条件的多个伽马校正设置。图2显示了用于TFT-LCD面板的规范化伽马校正,以实现系统伽马值1。

图2. LCD系统伽马值

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Relative Luminance                                      相对亮度

Input Level IRE                                       输入电平IRE

Digital Camera Gamma Response                      数字摄像头伽马响应

Digital Gamma Correction                               数字伽马校正

Effective LCD Display Response                      有效LCD显示器响应

数字视频数据,通常是低压差分信号(LVDS),必须使用DAC进行转换,以产生施加于像素的模拟电压。使用面板的源/列驱动器中的分段非线性DAC进行伽马校正(有意实现非线性)。源驱动器DAC决定可向像素施加多少个不同的电压阶跃(如一个8位DAC可产生28或256个灰度级)。图3显示了由每个电压阶跃造成的灰度级强度变化感知,是相对于面板的伽马响应(电压-透射率或V-T曲线)和眼睛的响应。

图3. 不同伽马响应的相对强度变化对比

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GAMMA                                  伽马

PERCIEVED LUMINANCE                 感知的亮度

伽马校正的非线性性质导致亮度等级低的图像数据被压缩,而亮度等级高的图像数据压缩很少或没有压缩。低等级压缩使得处于“暗”至“较暗”区域的图像数据比较醒目,人眼更容易察觉。这可改善图像深度。作为附加好处,这种压缩和非线性导致用于亮度编码的位数较低(如非线性情况为8位,而线性情况为12位或14位)。另外,压缩还可帮助降低可能存在的视频信号噪声。

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