CC BY
45
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИИ ВЕСТНИК ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ май-июнь 2015 Том 15 № 3 ISSN 2226-1494 http://ntv.ifmo.ru/
SCIENTIFIC AND TECHNICAL JOURNAL OF INFORMATION TECHNOLOGIES, MECHANICS AND OPTICS
May-June 2015
Vol. 15 No 3 ISSN 2226-1494
http://ntv.ifmo.ru/en
УДК 629.73.02; 629.73.05/.06; 535.643
МЕТОД ПРОГРАММНОЙ КОМПЕНСАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАЗБРОСА КООРДИНАТ ЦВЕТНОСТИ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПАНЕЛЕЙ И.О. Жаринов3, О.О. Жариновь a ФГУП «Санкт-Петербургское ОКБ «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова», Санкт-Петербург, 198095, Российская Федерация
ь Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, Санкт-Петербург, 190000,
Российская Федерация
Адрес для переписки: igor_rabota@pisem.net
Информация о статье
Поступила в редакцию 22.12.14, принята к печати 16.03.15 doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-3-387-397 Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования: Жаринов И.О., Жаринов О.О. Метод программной компенсации технологического разброса координат цветности жидкокристаллических панелей // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 3. С. 387-397.
Аннотация
Предмет исследования. Рассматривается задача программной компенсации технологического разброса координат цветности жидкокристаллических панелей. Предлагается метод программной компенсации технологического разброса координат цветности. Метод позволяет снизить влияние технологического разброса координат цветности и обеспечивает характеристики цветовоспроизведения серийно изготавливаемых образцов бортовых средств индикации, соответствующие образцу индикатора, принятому в качестве эталона.
Метод. Для выбранной разработчиком модели жидкокристаллической панели осуществляется математический расчет профиля. Коэффициенты, соответствующие типовым значениям координат цветности для вершин треугольника цветового охвата, образуют эталонную математическую модель цветовоспроизведения ЖК-панели определенного производителя. На этапе входного контроля планируемый к использованию экземпляр жидкокристаллической панели устанавливается на светотехническую установку, где обеспечивается подключение экрана и формирование с применением NokiaTest управляющего воздействия в компонентах кода RGB для индикации изображения однородного поля в красном, зеленом, синем и белом цветах. С помощью колориметра с известной величиной абсолютной погрешности осуществляется измерение (Ху)-координат цветности красного, зеленого, синего и белого цветов. Подобные измерения возможно осуществлять также непосредственно на образце индикатора на этапе настройки изделия. По измеренным значениям на основе преобразования Грассмана вычисляются уникальные для данного экземпляра коэффициенты профиля жидкокристаллической панели, связывающие XTZ-координаты цвета и десятичные коды RGB индицируемого на жидкокристаллической панели изображения. Полученные коэффициенты вводятся в память графического контроллера одновременно с функциональным программным обеспечением и используются для вывода изображения.
Основные результаты. Эффективность предлагаемого метода программной компенсации технологического разброса координат цветности жидкокристаллических панелей индикаторов оценена по критерию отношения площадей сечений гистограмм распределения p(x,y) на заданном уровне доверительной вероятности до и после применения процедуры компенсации. Сечения гистограмм распределения координат цветности получены методом математического моделирования в среде MathCad 15.0. Программа математического моделирования метода программной компенсации позволяет получать взаимное расположение фигур, образованных сечениями гистограммы распределения (х,у)-координат цветности, при этом наблюдается как существенное уменьшение площади фигуры сечения после осуществления компенсации, так и изменение геометрии фигуры. В ряде случаев после выполнения процедуры компенсации на гистограмме распределения координат цветности появляются дополнительные относительные частоты, отсутствовавшие в исходном распределении. Получены семейства зависимостей критерия эффективности программной компенсации от разрешающей способности колориметра, используемого для измерения координат цветности. Практическая значимость. Результаты работы могут использоваться разработчиками средств отображения информации и изготовителями жидкокристаллических панелей для выполнения колориметрических расчетов и для оценки технологического разброса координат цветности индицируемой информации по множеству серийно выпускаемых образцов дисплеев. Ключевые слова
координаты цвета, координаты цветности, технологический разброс, компенсация.
METHOD OF SOFTWARE-BASED COMPENSATION OF TECHNOLOGICAL VARIATION IN CHROMATICITY COORDINATES OF LCD PANELS
I. O. Zharinova, O. O. Zharinovb
a SPb Scientific Design Bureau "Electroavtomatica" n.a. P. A. Efimov, Saint Petersburg, 198095, Russian Federation b Saint Petersburg State University of Aerospace Instrumentation, Saint Petersburg, 190000, Russian Federation Corresponding author: Igor_rabota@pisem.net Article info
Received 22.12.14, accepted 16.03.15 doi:10.17586/2226-1494-2015-15-3-387-397 Article in Russian
For citation: Zharinov I.O., Zharinov O.O. Method of software-based compensation of technological variation in chromaticity coordinates of LCD panels l. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2015, vol. 15, no. 3, pp. 387-397.
Abstract
Subject of research. The problem of software-based compensation of technological variation in chromaticity coordinates of liquid crystal panels is considered. A method of software-based compensation of technological variation in chromaticity coordinates is proposed. The method provides the color reproduction characteristics of the series-produced samples on-board indication equipment corresponding to the sample equipment, which is taken as the standard.
Method. Mathematical calculation of the profile is performed for the given model of the liquid crystal panel. The coefficients that correspond to the typical values of the chromaticity coordinates for the vertices of the triangle color coverage constitute a reference mathematical model of the plate LCD panel from a specific manufacturer. At the stage of incoming inspection the sample of the liquid crystal panel, that is to be implemented within indication equipment, is mounted on the lighting test unit, where Nokia-Test control is provided by the formation of the RGB codes for display the image of a homogeneous field in the red, green, blue and white. The measurement of the (x^-chromaticity coordinates in red, green, blue and white colors is performed using a colorimeter with the known value of absolute error. Instead of using lighting equipment, such measurements may be carried out immediately on the sample indication equipment during customizing procedure. The measured values are used to calculate individual LCD-panel profile coefficients through the use of Grassman's transformation, establishing mutual relations between the XYZ-color coordinates and RGB codes to be used for displaying the image on the liquid crystal panel. The obtained coefficients are to be set into the memory of the graphics controller together with the functional software and then used for image displaying.
Main results. The efficiency of the proposed method of software-based compensation for technological variation of chromaticity coordinates of liquid crystal panel was estimated by the ratio criterion of the areas of cross sections of the histograms p(x,y) at a given probability confidence level, calculated before and after compensation procedure. The sections of histograms, representing distributions of chromaticity coordinates were obtained by mathematical simulation in MathCad 15.0. The simulation software of the method of software-based compensation gives the possibility to obtain the mutual arrangement between the figures formed by sections of the histograms of (x,y)-chromaticity coordinates, and it may be observed as significant reduction of the area after compensation procedure is performed, and changes in the geometry of the cross section shape as well. Sets of dependency curves were obtained, depicting the efficiency criterion value versus resolution of the colorimeter that is used for measuring the chromaticity coordinates.
Practical relevance. Research results are usable for engineers who are designing modern indication equipment based on LCD-panels and by manufacturers for colorimetric calculations and for estimation of technological tolerance of chromaticity coordinates among display units in mass production as well. Keywords
color coordinates, chromaticity coordinates, technological variation, compensation.
Введение
Результаты испытаний и практический опыт эксплуатации бортовых индикаторов класса МФЦИ (многофункциональные цветные индикаторы), выполненных на базе жидкокристаллической (ЖК) панели [1], показывают, что ЖК-панели одного производителя имеют существенный технологический разброс координат цвета (цветности) индицируемого изображения.
Визуально разброс координат цветности воспринимается наблюдателем в виде цветовых отличий одинаковых элементов изображения, индицируемых на однотипных средствах отображения информации. Инструментально технологический разброс может быть оценен по результатам серии измерений координат цветности, выполняемых с использованием специальной аппаратуры - колориметров [2-5].
Достигнутый в настоящее время уровень качества производства ЖК-панелей позволяет изготовителям обеспечивать повторяемость колориметрических характеристик цветовоспроизведения экранов с допустимым технологическим разбросом координат цветности на уровне +0,05 ед. по обеим координатным осям на ^YT-плоскости. Более совершенные технологии изготовления жидких кристаллов или светодиодных матриц позволяют получать технологический разброс координат цветности на уровне +0,03 ед. по обеим осям. Дальнейшее совершенствование физической технологии изготовления пока не привело к появлению ЖК-панелей лучшего качества [6-8]. Для аппаратуры бытового исполнения (мониторы, телевизоры, i-Pad и т.д.), когда наблюдателю предъявлено изображение на одном-единственном образце ЖК-панели, такой разброс визуально не воспринимается, однако, когда наблюдателю одновременно предъявлено изображение на группе однотипных средств индикации, расположенных рядом друг с другом, отличия в цветовоспроизведении изображения проявляются в полной мере.
В авиационном приборостроении решение задачи обеспечения повторяемости колориметрических характеристик цветовоспроизведения ЖК-панелей имеет особое значение, обусловленное существующей практикой разработки объектов по нормам летной годности, допускающим установку на приборной панели объекта группы МФЦИ (от 3 до 6 шт.). Таким образом, актуальной является задача разработки метода программной компенсации технологического разброса координат цветности ЖК-панелей, позволяющего снизить визуальные отличия колориметрических характеристик цветовоспроизведения группы экранов до приемлемого уровня.
Преобразование Грассмана для ЖК-панелей
Из теории колориметрии известно, что преобразование Грассмана [9, 10] математически связывает XYZ-координаты цвета и десятичные коды RGB индицируемого на ЖК-панели изображения. По координатам цвета XYZ впоследствии рассчитываются (х,>>)-координаты цветности.
Для обеспечения равенства колориметрических характеристик изображения на двух ЖК-панелях с отличающимися коэффициентами математической модели цветовоспроизведения должно выполняться следующее равенство:
(1)
где X , Xg , Xb , Y Yg , Yb , Zr , Zg , Zb - коэффициенты профиля ЖК-панелей, установленных в
разных МФЦИ; R, G, B - код цвета изображения, /=1, 2.
Принимая во внимание, что коэффициенты профиля ЖК-панели не являются целыми числами, в системе (1) в качестве значения каждого компонента R2, G2, B2 выбирается ближайшее большее целое число для каждого компонента кода. Такой выбор обусловлен принципом соответствия большей яркости изображения более насыщенному цвету, т.е. цвету, заданному большим значением кода RGB.
Модель технологического разброса координат цветности
Технологический разброс параметров профиля ЖК-панели одного производителя учитывается в модели:
X , Xg Xb2 " R2 " " X" ' X r Xg Xb, " Ri" " R2" X , Xg Xb2 -1 X Ч Xg V " R1"
Y, Yg2 Yb2 G2 = Y = Y Yg1 Y G> G2 = Y, Yg2 Yb2 Y Yg1 Yb1 G1
_ Z Г2 Zg2 Zb2 . _ B2 . Z _ Z r Zg _ Bi. _ B2. _ Z Г2 Zg2 Zb2 . _ Z1 Zg1 Zb1 _ _ B1 _
X XrXg + А^ x,Xh + А-^ Xb
Y +Д-^ Yg +Д-^ Yb + А-^ Zr +A^z„ Zs +Д.^ Zb + A-^
(2)
где
^ £ [-Хг/2; + Хг/2], ^ Хё/ 2;+ Х,/2\ , ^ Х„/2], ^ е[-Уг/2; + У/2],
Ч £[-У2;+У2], ^ £[-гь/2;+V2],^ £[—гг/2;+гг/2], ^ е[-г,/2;+г,/2], ^ £[-г„/2;+г„/2],
- равномерно распределенные случайные величины, А - параметр технологического разброса, обусловленного качеством производства одного и того же изготовителя.
Модель (2) определяет равномерный разброс допусков на значения коэффициентов Хг, Хг, Хь, Уг, Уг, Уь, г, г,, гь профиля ЖК-панели, возникающий в процессе изготовления с использованием полупроводниковых светосинтезирующих элементов.
На графике цветового пространства ХУ технологический разброс значений коэффициентов Хг, Хг, Хь, Уг, У,, Уь, г, г,, гь может быть представлен семейством треугольников цветового охвата, в совокупно -сти образующих геометрическое место точек, воспроизводимое множеством образцов серийно выпускаемых экранов одного изготовителя. Опытным путем установлено, что Д и 28хл = 28ул = 28хс = 28у0 = 28хв = 28ув , где 8хл , 8ул, 8хс, 8у0, 8хв, 8ув - разброс значений координат цветности вершин треугольника цветового охвата ЖК-панели на ХУ-плоскости.
Геометрическое место точек множества треугольников цветового охвата на ХУ-плоскости приведено на рис. 1, а. График (рис. 1, а) получен методом математического моделирования выражения (2) в среде MathCad 15.0 с параметром А=0,1. Совмещено 105 треугольников. Пример индикационного кадра на экране МФЦИ приведен на рис. 1, б.
Расчет координат цветности вершин треугольника цветового охвата выполнен по формулам [9, 10]:
х* = Х/(Хг + У + г), ул = У /(Хг + У + г), хс = Х,1 (X, + У, + г,), уе = Ув/(хв + У, + г,), хв = Хь/(Хь + Уь + гь), Ув = уь/(хь + Уь + гь).
Графическое представление технологического разброса значений вершин множества треугольников цветового охвата модели (2) адекватно существующему на практике у изготовителей ЖК-панелей разбросу. В соответствии с технической документацией на ЖК-панели координаты цветности (хк, ук),
(хо, у0), (хв, ув) вершин треугольника цветового охвата и точки белого цвета (хш, уш) задаются изготовителем в виде интервальных значений, имеющих минимальное, максимальное и типовое (среднее) значение.
Уг =0,263 = 0,020
=0,650 = 0,160
Уъ =0,081 2Ь = 0,908
б
Рис. 1. Геометрическое место точек множества треугольников цветового охвата на ХУ-плоскости (а) и пример индикационного кадра на многофункциональном цветном индикаторе (б)
Принцип расчета коэффициентов модели цветовоспроизведения ЖК-панели
Расчет коэффициентов профиля предполагает, что (хк, ук) - координата вершины треугольника цветового охвата в красном цвете, полученная на основе прямого преобразования Грассмана по десятичному коду Я0в=(255,0,0); (ха,уа) - вершина в зеленом цвете для кода Я0в=(0,255,0); (хв,ув) - вершина в синем цвете для кода Я0в=(0,0,255); (х№, уж) - вершина в белом цвете для кода ЯОВ=(255,255,255). Соответствующие правила вычислений могут быть представлены в виде системы уравнений:
хд (( + г, + г, ) = 1,. = у ' ук
у к (( + Г + 2, ) = 1 = ^Х,
хг (х + Г + г ) = х
^ в в в / I
= х° Г
уо
ук (XX + Г + г ) = Г = ^х
к\ I I в / в х в
хО
хв (( + гь + ¿ь )=±ъ = ^гъ
х ' ув
ув (( + Гъ + !ъ ) = Гъ = ^Хъ
хв
Xw ( + X, + X + Г + Гв + Гъ + ¿г + ¿^ + ¿ъ ) = X, + + Х„ уж ( + X + X + Г + Г + Гъ + ¿г + ¿в + ¿ъ) = Г, + Гв + Гъ
(3)
а
к
Система (3) состоит из восьми уравнений и имеет девять неизвестных: Хг, Уг, , , Хь, Уь, 1г, , 2Ъ - искомые коэффициенты профиля ЖК-панели. В существующем виде система (3) не имеет однозначного решения.
Для решения системы (3) необходимо ввести девятое уравнение, связывающее коэффициенты профиля. Недостающее уравнение имеет вид
Уг + ^ + Уъ = 1. (4)
Связь 7-коэффициентов обусловлена принятым [11] в колориметрии балансом белого цвета, в котором 7-составляющая относительной яркости в белом цвете при коде ЯОБ=(255,255,255) обладает максимальным значением, принимаемым за 100%.
Совместное решение уравнений (3), (4) имеет следующий вид:
ХШ ХК +1 ХК ХБ 12
х. = у , х. = , х„ = Zly, у = 1-у -у , у = yw Ук VУк Ув
Ук ° Ус ° " Ув ' Ь
1 XW + XR 1 + ХшУк Ушхк _ Ус i 1 XR + Хс 1
Ус Ук
у = Уw Ук ХсУк-УсХк Уw V Ук Ус Уь _ f 1 _ _ 1 А 1 - _ 1
ХКУВ Укхв _ Ус J 1 Хс ^ XR 1 1 XB ^ XR 1
ХсУR Ус XR УВ V Ус УR
Ув Ук
х, = у,
f 1-Хк_Ук Л Ук
Zg = у
f 1-Хс_Ус Л Ус
(
Z = У
^ и — 1 и
1-Хв_Ув Ув
(5)
Метод программной компенсации технологического разброса координат цветности
Метод программной компенсации технологического разброса координат цветности ЖК-панелей заключается в следующем.
1. Осуществляется математический расчет (5) коэффициентов Xr, Уг, Xg , Yg, ХЬ, УЬ, Zr, Zg, Zb профиля ЖК-панели, соответствующих типовым значениям координат (xr , Ук), (Хс, Ус), (Хв, Ув), (Xw, yw), приведенным в технической документации производителем для выбранной разработчиком МФЦИ модели ЖК-панели.
Впоследствии коэффициенты, соответствующие типовым значениям координат цветности для вершин треугольника цветового охвата, образуют эталонную математическую модель цветовоспроизведения ЖК-панели данного производителя.
2. Каждый экземпляр ЖК-панели, планируемый к использованию в МФЦИ, устанавливается на светотехническую установку [10], где обеспечивается подключение экрана и формирование управляющего воздействия для индикации на ЖК-панели изображения однородного поля в красном, зеленом, синем и белом цветах.
Формирование управляющего воздействия обеспечивает, в частности, Nokia-Test, широко применяемый в светотехнических испытаниях средств индикации индивидуального и коллективного пользования. Управляющее воздействие на ЖК-панель формируется в компонентах кода ксв для красного цвета (255,0,0); для зеленого цвета (0,255,0); для синего цвета (0,0,255); для белого цвета (255,255,255).
3. Колориметром с заданной абсолютной погрешностью h прямого измерения [12, 13] осуществляется измерение на ХУ-плоскости (Х,У)-координат цветности красного (xr , Ук), зеленого (хс , Ус), синего
(хв , Ув) и белого (xw , yw) цветов.
Такие измерения координат цветности основных цветов и белого цвета необходимо проводить на этапе входного контроля комплектующих изделий (ЖК-панелей), поступающих на предприятие-изготовитель МФЦИ. Документальная фиксация результатов измерений может быть осуществлена в технологическом паспорте изделия. Также измерение координат цветности ЖК-панелей можно осуществлять непосредственно на образце МФЦИ на этапе настройки изделия и занесения в него данных программирования (тестового и функционального программного обеспечения). Колориметрические измерения в составе образца предпочтительнее, так как встроенными в изделие аппаратными средствами обеспечивается заданный температурный и электрический режим работы ЖК-панели, приближенный к реальным условиям будущей эксплуатации.
х
XR
с
4. По измеренным значениям (, ук), (хе,ус), (хв,ув), (хж,уж) в соответствии с уравнениями (5) вычисляются коэффициенты Х , У^, Хв , , Хь , Уь , 7г , , 7ь профиля ЖК-панели, которые
являются уникальными для данного экземпляра ЖК-панели данного производителя. Очевидно, что из-за технологического разброса координат цветности коэффициенты профиля эталонной ЖК-панели и конкретного образца ЖК-панели одного и того же производителя в общем случае могут не совпасть.
5. Коэффициенты X , У' , Хв , уе , Хь , Уь , 7г , , 7ь вводятся в данные программирования
[14, 15], заносимые в память графического контроллера МФЦИ, одновременно с функциональным программным обеспечением.
Учет влияния технологического разброса координат цветности обеспечивается преобразованием (1), реализуемым программно при выводе изображения. В качестве коэффициентов Хг , X X, , Уг ,
У.
У 7
7„
7Ъ^ профиля эталонной ЖК-панели в (2) подставляются оценки Хг, Уг, XX^ , Уг
Х , У , Уг-
7 & , 7Ь, полученные по результатам расчета (5). В качестве параметров Х
Х„ , Хь
У, , У„ , Уь ,7, , 7„
7ь2 профиля используемой в конкретном образце МФЦИ ЖК-панели в (2)
У , ^ У& , Хь,, Уь,
полученные по результатам
подставляются коэффициенты Х измерений ((, ук ), ((, ус ), (, Ув ), (хж, Уж ).
Критерий эффективности метода программной компенсации и результаты моделирования
Эффективность метода программной компенсации технологического разброса координат цветности ЖК-панелей может быть оценена по критерию отношения площадей £исх (А, Рв, х,у)/£комп (А,Рв, х,у,И) сечений гистограмм распределения р(х,у) на уровне доверительной вероятности Рв до компенсации, £исх (А,Рв, х,у), и после нее, £комп (А, Рв, х,у, И). Соответствующие примеры эффективности предлагаемого метода на ХУ-плоскости приведены на рис. 2. Сечения получены методом математического моделирования в среде MathCad 15.0.
0,581
0,581 0,577 0,573 0,569 0,565 0,561 0,557 0,553 0,549 0,545 0,541
Л = 0,05 к -0,001 Рв = 0,9 й = 10 С = 250 В = 10
7Г=0,263 г,=0,020 ге-о,бзо гг-одбо П=0,081 г4=0,908
Гх
.1 ^ = 0,478 Хе- 0,299 Хъ=0,175
4
г' \
4
0,565 0,561
0,545 0,541
лед- Д = 0,1 к -0,001 Рв = 0,9 Д = 10 С = 250 В = 10
4 7Г=0,263 г,=0,020 ге-о,бзо гг-одбо П=0,081 г4=0,908
^ = 0,478 Хе- 0,299 Хъ=0,175
\ Г
л 2 \
1
0,255 0,259 0,263 0,267 0,271 0,279 0,275 0,283 0,287 0,291 0,295 а
0,255 0,259 0,263 0,267 0,271 0,279 0,275 0,283 0,287 0,291 0,295
б
Рис. 2. Сечения гистограмм распределения координат цветности: Д=0,05 (а); Д=0,1 (б).
1 - без использования метода компенсации; 2 - после использования метода компенсации на основе
измерений (х,у) для цвета И0в=(10, 255,10)
Анализ рис. 2 показывает, что метод программной компенсации позволяет получать взаимное расположение фигур, образованных сечениями гистограммы распределения (х,у)-координат цветности, как с существенным уменьшением площадей фигур, так и с изменением геометрии фигуры сечения (рис. 2, б) до круглой (квадратной) формы. В ряде случаев (рис. 2, а) после выполнения процедуры компенсации в гистограмме распределения координат цветности появляются дополнительные относительные частоты, которых в исходной гистограмме не было.
В результате моделирования получены также семейства зависимостей критерия эффективности программной компенсации технологического разброса координат цветности от разрешающей способно-
сти к колориметра, используемого для измерения координат основных цветов и белого цвета при Л=0,1 (рис. 3, а); и при Л=0,05 (рис. 3, б).
(4 Рв у )/S„ (&:PD: х,у, h),
б
Рис. 3. Оценка эффективности критерия программной компенсации технологического разброса (х,у)-координат цветности: А=0,1 (а); Д=0,05 для метода, основанного на измерении координат (x,y) (б).
1 - белый RGB=(250,250,250); 2 - красный RGB=(250,10,10); 3 - зеленый RGB=(10,250,10);
4 - синий RGB=(10,10,250); 5 - желтый RGB=(250,250,10); 6 - пурпурный RGB=(250,10,250);
7 - голубой RGB=(10,250,250)
Для снижения влияния погрешности h измерений координат цветности колориметром на оценочные значения коэффициентов профиля ЖК-панели измерения координат цветности каждого образца ЖК-панели могут быть выполнены многократно для разных цветов с последующим усреднением результатов расчетов X, , Xg , Yg , Xb , Yb , Zr , Zg , Zb . Усреднение позволяет получать статистически достоверный результат оценки коэффициентов.
Предлагаемая методика позволяет осуществлять расчет коэффициентов профиля ЖК-панели на основе цветов, заданных произвольным образом кодами RGB.
Уравнения расчета коэффициентов для четырех произвольно задаваемых цветов ((, Gl, B1),
(R2, G2, B2), (R3, G3, B3), (R4, G4, B4), последовательно индицируемых на экране ЖК-панели, и соответствующих этим цветам результатов измерений координат цветности (xj, yj), (x2, y2), (x3, y3), (x4 ,y4) имеют следующий вид:
Xr d11 d12 d13 d14 d15 d16 d17 d18 -1 xi R1
л d 21 d22 d23 d 24 d25 d 26 d27 d28 R1 (1 - У1 )
Л d31 d32 d33 d34 d35 d36 d37 d38 x2 R2
Yg d 41 d42 d43 d 44 d45 d 46 d47 d48 R2 (1 - У2)
Yb d51 d52 d53 d54 d55 d56 d57 d58 x3 R3
Zr d61 d62 d63 d64 d65 d66 d67 d68 R3 (1 - У3)
Z d71 d72 d73 d74 d75 d76 d77 d78 x4 R4
g Z _ _d81 d82 d83 d84 d85 d86 d87 d88 _ _R4 (1 - У4 )_
(6)
где
Yr = 1 - Yg - Yb
du = Rj (l - xj), dj2 = gj (l - xj), dj3 = bJ (l - xj), dj4 = xj (Rj - gJ ), di5 = xj (Rj - bJ ) dj6 =-xlRl,
d17 = -xiG1 , d18 = -xiB1 , d21 = R1У1 , d22 = G1У1 , d23 = B1У , d24 = (R1 - G1 ) ( - У ) , d25 =(R1 - B1 )( - У1 ), d26 = Rjy^ d 27 = G1 d 28 = B1У1 , d31 = R2 ( - x2 ) d32 = G2 ( - x2 ), d33 = B2 ( - x2 ) , d34 = x2 (R2 - G2 ) , d35 = x2 (R2 - B2 ) , d36 = -x2R2 , d37 = -x2G2 , d38 = -x2B2 , d41 = R2 У 2 , d42 = G2 У 2 , d43 = B2y2 , d44 = (R2 - G2 )( - У2 ), d45 = (R2 - B2 )( - У2 ) d46 = R2y2 , d47 = G2 У 2 , d 48 = B2 У 2 , d51 = R3 (j - x3 ), d52 = G3 ( - x3 ), d53 = B3 ( - x3 ) d54 = x3 (R3 - G3 ),
а
d55 = X3 (R3 - B3 ) , d56 = -X3R3 , d57 = -X3G3 , d58 = -X3B3 , d61 = R3Уз , d62 = G3Уз , d63 = B3Уз , d64 =(R3 - G3 )( - У3 ) d65 =(R3 - B3 )(1 - У3 ) , d66 = R3 У3> d67 = G3 У3, d68 = ^3 , d71 = R4 (1 - X4 )
d72 = G4 (1 - x4 ), d73 = B4 (1 - x4 ) , d74 = x4 (R4 - G4 ) , d75 = x4 (R4 - B4 ) , d76 =-X4R4, d77 =-X4G4, d78 =-X4B4. d81 = R4У4> d82 = G4У4 , d83 = B4У4 , d84 = (R4 - G4 )(l - У4 ) , d85 = (R4 - B4 ) ( - У4 )
d86 = R4 У4 , d87 = G4 У4 , d88 = B4 У4 • Система (6) получена путем решения системы уравнений
XR + XG + XB = X1 ((( + Y + Zr )R1 +(xg + Yg + Zg ) G1 +( X„ + Y„ + Z„ ) B1 )
YR + YgG1 + YB = У1 ((( + Y + )R1 + ( + Ys + Zg ) + (( + Y + Z ) )
XR + ^gG2 + XbB2 = x2 ((( + Y + ) + ( + Yg + Zg) + (( + i^i + Xb)B2)
i^rR, + YG + YbB2 = У2 ((( + Y + ) + ( + Ys + Zg)G2 + (( + Y + Z^b)B2)
^rR3 + ^gG3 + XB = X3 ((( + Y + Yr )R3 + (g + Ys + ) + (( + Y„ + Z )B3 ) •
YR + igG3 + YB = У3 ((c^r + Y + )R3 + ( + Yg + zZg)G3 + (( + Yb + Zb))
XR + ^gG4 + XbBA = X4 ((( + Y + ^^)R4 + ( + Yg + Zg)G4 + (( + Y + Zb)B4) YR + YgG4 + YB = У4 ((( + Y + Zr )R4 + ( + Yg + Zg) + (( + Yb + Zb)B4)
Yr = 1 - Yg - Yb
Для колориметров, осуществляющих измерение координат цвета XYZ, формулы расчета коэффициентов профиля ЖК-панели имеют следующий вид:
Xr " R G1 B1 0 0 0 0 0 0 " -1 " X1 "
Xg 0 0 0 R1 G1 B 0 0 0 Y1
Xb 0 0 0 0 0 0 R G1 B1 Z1
YK R2 G2 B2 0 0 0 0 0 0 X 2
Yg = 0 0 0 R2 G2 B2 0 0 0 Y2
Yb 0 0 0 0 0 0 r2 G2 B2 Z 2
Zr R3 G3 B3 0 0 0 0 0 0 X3
r Z 0 0 0 R3 G3 B3 0 0 0 Y3
g Zb. 0 0 0 0 0 0 R3 G3 B3. _ Z3 _
(7)
где R1G1B1, R2G2B2, R3G3B3 - коды трех произвольно заданных цветов, индицируемых на экране ЖК-панели; X1Y1Z1, X2Y2Z2, X3Y3Z3 - измеренные колориметром значения координат цвета, соответствующие R1G1B1, R2G2B2, R3G3B3 •
Матричное уравнение (7) формируется путем решения системы уравнений
' XR + XgG1 + XB = X1
YR + YgG1 + YbB1 = Y
ZR + ZgG1 + ZB = Z1
XrR2 + XgG2 + XbB2 = X2
YrR2 + YgG2 + YbB2 = Y2 •
ZrR2 + ZgG2 + ZbB2 = Z 2
XrR3 + XgG3 + XbB3 = X 3
YrR3 + YgG3 + YbB3 = Y3
ZrR3 + ZgG3 + ZB = Z 3
Примеры сечений гистограмм распределения (х,>>)-координат цветности без использования метода программной компенсации и после использования метода компенсации на основе измеренных колориметром координат цвета ХУ2 приведены на рис. 4. Аналогичные рис. 3 оценки эффективности предложенного метода на основе измерения АГ2-координат приведены на рис. 5.
0,551 0,577 0,573 0,569 0,565 0,561 0,557 0,553 0,549 0,545 0,541
Л. Д = 0,1 h - 0,2 PD = 0,9 Д=10 G = 250 В =10
\
\ N. F,=0,263 i's-0,650 Fs=0,081 Zr = 0,020 Z£=0,160 Zs = 0,908
\
X,= 0,478 XS~Q299 Xb=0,175
2 к i
V
V v. \
\
4 J
0,105
0.2500,255 0,2600,265 0,2700,2750.280 0,285 0,290 0.295 0,300
0.155 0,158 0.161 0.164 0.167 0.170 0,173 0.176 0,179 0.182 0.185 б
Рис. 4. Сечения гистограмм распределения координат цветности: ЯСВ=(10,250,10) (а); ЯвВ=(10,10,250) (б). 1 - без использования метода компенсации, 2 - после использования метода компенсации на основе измерений координат ХУ2
(А РВ:Х, У ]/51с,ш (Д, рв, х, V, И), ад д = 01 101х, у, к), ад
б
Рис. 5. Оценка эффективности критерия программной компенсации технологического разброса (x,у)-координат цветности: Д=0,1 (а); Д=0,05 для метода, основанного на измерении координат XYZ (б).
1- белый RGB=(250,250,250); 2 - красный RGB=(250,10,10); 3 - зеленый RGB=(10,250,10);
4 - синий RGB=(10,10,250); 5 - желтый RGB=(250,250,10); 6 - пурпурный RGB=(250,10,250);
7 - голубой RGB=(10,250,250)
Заключение
Разброс значений компонентов кода RGB при нулевых (пренебрежимо малых) значениях случайных погрешностей измерений координат (xR, yR), (xG, yG), (xB, yB), (xW, yW) определяется абсолютной
погрешностью измерения h координат цветности колориметра. Наличие случайной составляющей погрешностей измерений снижает эффективность предлагаемого метода за счет формирования более грубой оценки значений (xr , yR), (xg , yG), (Xb , yB), (xw, yw).
Совершенствование колориметрических измерителей и методики измерений позволит повысить точность оценки координат цветности вершин треугольника цветового охвата, по которым рассчитываются (6), (7) коэффициенты профиля каждой конкретной ЖК-панели.
Представленные в работе результаты получены для модели цветовоспроизведения жидкокристаллической панели с восьмиразрядным представлением кода каждого из основных цветов (красный, зеле-
а
а
ный, синий). Апробация результатов проводилась на ЖК-панели с разрешением 1024x768 пикселей и с
размерами жидкокристаллического экрана по горизонтали и по вертикали 8 и 6 дюймов соответственно
[16-18]. Эффективность метода программной компенсации подтверждена на цветовой палитре с ограниченным набором отображаемых цветов, что особенно актуально в бортовых системах индикации.
Литература
1. Жаринов И.О., Жаринов О.О. Бортовые средства отображения информации на плоских жидкокристаллических панелях: Учеб. пособие. СПб.: СПбГУАП, 2005. 144 с.
2. Ishihara K., Kadota Sh. Optical Scanning Apparatus and Scanning Image Display Apparatus. Patent US, N 7492495, 2009.
3. Barber S., Dunbar L.L., Hardin D., Seah K. Aeronautical Chart Display Apparatus and Method. Patent US, N 7417641, 2008.
4. Lee B.-S., Bala R., Sharma G. Scanner characterization for color measurement and diagnostics // Journal of Electronic Imaging. 2007. V.16. N 4. Art. 043009.
5. Barnard K., Funt B. Camera characterization for color research // Color Research and Application. 2002. V. 27. N 3. P. 152-163. doi: 10.1002/col.10050
6. Yamashita J., Uchino K. Display Apparatus and Display Apparatus Driving Method. Patent US, N 8872740, 2014.
7. Yoshida Y., Kimura H. Liquid Crystal Display Device and Driving Method Thereof. Patent US, N 20080180385, 2008.
8. Kamoto S., Ishikawa M., Umeji T., Konno K., Nitta K., Okazaki H. Image Display Device and Light Emission Device. Patent US, N 7982384, 2011.
9. Жаринов И.О., Жаринов О.О. Исследование распределения оценки разрешающей способности преобразования Грассмана в системах кодирования цвета, применяемых в авионике // Программная инженерия. 2014. № 8. С. 40-47.
10. Костишин М.О., Жаринов И.О., Жаринов О.О. Исследование визуальных характеристик средств отображения пилотажно-навигационных параметров и геоинформационных данных в авионике // Информационно-управляющие системы. 2014. № 4. C. 61-67.
11. Заргарьянц Г.С., Михайлов О.М. Интегральный дистанционный колориметр на основе колориметрической системы КЗФ // Светотехника. 2008. № 3. С. 19-25.
12. Жаринов И.О., Жаринов О.О. Оценка инструментальной погрешности косвенного измерения координат цвета в цветовой модели данных, применяемой в авионике // Программная инженерия. 2014. № 12. С. 39-46.
13. Жаринов И.О., Жаринов О.О. Исследование свойства равноконтрастности цветовых пространств, применяемых в авионике // Программная инженерия. 2014. № 11. С. 35-43.
14. Костишин М.О., Шукалов А.В., Парамонов П.П., Жаринов И.О., Жаринов О.О. Алгоритмы автоматизации конфигурирования загрузочных компонентов аэронавигационной информации и геоинформационных данных авионики // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 9. С. 64-72.
15. Жаринов И.О., Жаринов О.О., Парамонов П.П., Костишин М.О., Сударчиков С.А. Принципы построения автоматических систем в канале управления тепловыми и светотехническими характеристиками бортовых средств индикации // Изв. вузов. Приборостроение. 2014. Т. 57. № 12. С. 34-38.
16. Парамонов П.П., Коновалов П.В., Жаринов И.О., Кирсанова Ю.А., Уткин С.Б. Реализация структуры данных, используемых при формировании индикационного кадра в бортовых системах картографической информации // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 2 (84). С. 165-167.
17. Парамонов П.П., Костишин М.О., Жаринов И.О., Нечаев В.А., Сударчиков С.А. Принцип формирования и отображения массива геоинформационных данных на экран средств бортовой индикации // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 6 (88). С. 136-142.
18. Костишин М.О., Жаринов И.О., Жаринов О.О., Нечаев В. А., Суслов В. Д. Оценка точности визуализации местоположения объекта в геоинформационных системах и системах индикации навигационных комплексов пилотируемых летательных аппаратов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2014. № 1 (89). C. 87-93.
Жаринов Игорь Олегович — доктор технических наук, доцент, руководитель учебно-научного
центра, ФГУП «Санкт-Петербургское ОКБ «Электроавтоматика» имени П. А. Ефимова», Санкт-Петербург,198095, Российская Федерация, Igor_rabota@pisem.net Жаринов Олег Олегович — кандидат технических наук, доцент, доцент, Санкт-Петербургский
государственный университет аэрокосмического приборостроения, Санкт-Петербург, 190000, Российская Федерация,
zharinov73@hotbox.ru
Igor O. Zharinov Oleg O. Zharinov
D.Sc., Associate professor, Chief of Learning Scientific Center, SPb Scientific Design Bureau «Electroavtomatica» n.a. P. A. Efimov, Saint Petersburg, 198095, Russian Federation, Igor_rabota@pisem.net PhD, Associate professor, Associate professor, Saint Petersburg State University of Aerospace Instrumentation, Saint Petersburg, 190000, Russian Federation, zharinov73@hotbox.ru
