专利名称：显示器到投影仪颜色再现装置及实现方法
技术领域：
本发明涉及一种显示器到投影仪颜色再现装置及实现方法，属于颜色科学技术领 域。
背景技术：
(Background of the Invention)由计算机控制的显示器和投影仪被广泛使用，特别是投影仪技术的快速发展，其 应用范围更广，逐渐成为多媒体输出的主要设备。在实际使用中，经常出现投影仪投影在幕 布上的颜色和显示器显示的颜色相差很大，结果不仅造成美术上和视觉上的不舒服，更严 重时使内容“不清晰”，降低了投影仪的使用效果。对一些要求投影与显示颜色一致的应用， 两种媒体的颜色一致更加重要。需要实现从显示器到投影仪的颜色再现，即需要建立彩色 管理系统[1]。国际上，实现跨媒体颜色再现的彩色管理系统是颜色技术的一个研究热点，其普 遍采用国际彩色联盟(International Color Consortium, ICC)提出的彩色管理系统架构， 包括设备校正、设备特征化、色彩空间转换和色域映射，目前已经考虑应用新型色貌模型 CIECAM02[2_3]。ICC架构实现从显示器到投影仪颜色再现，可以采用仪器测量得到两种设备 的特征化矩阵[5_7]，实现从依赖设备色空间到独立设备色空间的转换，再通过与设备无关的 色貌连接空间，得到两种设备色空间变换矩阵，实现对投影仪的颜色校正。也可以采用一种 利用人眼视觉匹配显示器到投影仪颜色的方法M，直接得到从显示器到投影仪颜色再现变 换矩阵。无论是采用仪器测量或人眼视觉匹配，最终得到显示器到投影仪颜色再现变换矩 阵，通过颜色再现变换矩阵对投影仪颜色校正，实现从显示器到投影仪的颜色再现。校正 后的投影仪颜色驱动值不同于显示器颜色驱动值，而一般计算机中使用的图形加速卡(显 卡)的显存内容同时输出到显示器和投影仪，具有相同的颜色驱动值，因此无法通过直接 修改显存的方式实现显示器到投影仪的颜色再现。为了实现从显示器到投影仪的颜色再 现，本发明采用先进的FPGA技术，设计开发了一个显示器到投影仪的颜色再现装置(以下 简称为“颜色再现装置”)并给出了具体实施方案，从而实现了文献[4]提出的人眼视觉匹 配实现显示器到投影仪的颜色再现方法。参考文献[1]Ingeborg Tastl, Miheer Bhachech, Nathan Moroney and Jack Holm, ICC ColorManagement and CIECAMO2, Hewlett-Packard Laboratories, Palo Alto, CA/USA, 2005.[2]N. Moroney, M. D. Fairchild, C. Li, M. R. Luo, R. W. G. Hunt and T. Newman, "TheCIECAM02Color Appearance Model，，，Proc. IS&T/SID IOth IS&T/SID ColorImaging Conference,2002.[3]TC8-01 :CIE Publication 159 :2004, A Colour Appearance Model for ColourManagement Systems :CIECAM02,2004.[4]Weijun Han, Junsheng Shi, Ping He and Lijun Yun. Color reproductionfromdesktop display to projector based on visual matching[J]. Chinese optics letters,2009,7(8) :748-752.[5]石俊生，云利军等.CRT显示器特性化精度及“黑点”的影响[J].光学学报， 2007，27 (2) 371-376. [6]Madar G, Kranicz B, Schanda J, Colour reproduction with different types ofprojectors, University of Veszprem,Laboratory of Colour and Mulimedia, Hungary, C0RM,2003[7]David R. ffyble, Colorimetric Characterization Models for LCD and DLPTMProjectors, Munsell Color Science Laboratory, CIS Industrial Associates Meeting, May 12-13，2003[8]EZ-USB FX2 Technical Reference Manual. Cypress Semiconductor Corp.2001[9]Cyclone Device Handbook Section I.Cyclone FPGA Family Data Sheet, 2008.[10]AD9883 Datasheet, Analog Devices Inc. ,2001.[11]ADV7125 Datasheet, Analog Devices Inc.,2002.[12]邓春健，王琦，徐秀知等.基于FPGA和ADV7123的VGA显示接口的设计和应 用[J].电子器件，2006，29 (4) 1325-1328.
发明内容
本发明采用先进的FPGA技术，设计开发了一个显示器到投影仪的颜色再现装置， 实现了利用人眼匹配的显示器到投影仪颜色再现方法，从而达到投影仪上投影的颜色和显 示器显示的颜色基本一致的目的。本发明的显示器到投影仪颜色再现装置，一端接PC机的VGA接口、另一端接投影 仪的VGA视频输入口，主要包括负责各个模块的协调管理及内部数据处理的FPGA主控模 块，实现颜色再现装置与PC机之间数据通信的USB通信接口模块，用来将PC机输出的VGA 模拟视频信号解码成对应的数字视频信号、并将其输入FPGA主控模块进行相应处理的VGA 视频解码模块，用来将FPGA主控模块输出的数字VGA视频信号编码为对应的模拟视频信 号、并将其输出给投影仪显示的VGA视频编码模块几个部分。 本发明的显示器到投影仪颜色再现装置中的FPGA主控模块包括接收PC机传来的 相关数据并将其存入查找表模块中的USB接口模块，用来存储VGA视频信号所有像素点经 转换后的R' G' B'值的查找表模块，用来对查找表中读取出的数据做求和运算的求和模 块，用来产生与显示器上相对应的9个色块的颜色块产生模块，用来选择是将内部产生的9 个色块送投影仪显示、还是将查找表中读取出的数据经求和模块运算后的数据送投影仪显 示的通道选择模块几个部分。本发明的显示器到投影仪颜色再现装置的实现方法是基于FPGA利用查找表的方 式实现显示器到投影仪颜色再现的实现方法，具体包括如下步骤a.采用人眼视觉匹配几块颜色，获取显示器到投影仪的变换矩阵C ；b.利用a步骤获取的变换矩阵C计算求得3张对应的查找表；
c.将3张查找表通过USB接口传输给颜色再现装置d.切换到“使用”状态，利用查找表的方式实现显示器到投影仪的颜色再现。本发明与现有技术相比，具有无需外扩存储器，成本低，操作简单，计算量小，实时 性高的优点。
图1 颜色再现装置硬件实现示意图；图2 颜色再现装置硬件系统原理框图；图3 =FPGA内部模块结构框图；图4 =RGB颜色匹配运算与数据通信界面；图5 显示器上显示的色块示意图；图6 =RGB颜色匹配与数据通信程序流程图；图7 =FPGA内部功能程序流程具体实施例方式计算机显存中图像颜色的RGB同时在显示器和投影仪上显示，一般情况下两者显 示颜色的视觉感觉是不同的。而要实现投影仪再现显示器颜色，则显存RGB不能直接驱动 投影仪，而要变换成R' G' B'。基于此，本发明显示器到投影仪的“颜色再现装置”的基本思想是将计算量比较大 的运算(矩阵变换、最小二乘法等)放在PC机中，在人眼视觉匹配显示器与投影仪颜色的 基础上通过计算获得所有显示器像素点RGB的对应转换值并形成三张查找表，再通过USB 通信的方式传给“颜色再现装置”。使用时，将PC机输出的VGA视频信号经解码后变换为数 字信号，并将该数字信号作为地址去访问查找表取出相应的R' G' B'值，再经适当的变 换经编码后最终输出给投影仪显示。图1给出了“颜色再现装置”的硬件连接示意图，使用时一端接PC机的VGA接口， 另一端接投影仪的VGA视频输入口。图2为“颜色再现装置”硬件系统的原理框图，主要包括FPGA主控模块、USB通信 接口模块、VGA视频解码模块、VGA视频编码模块几个部分。其中FPGA主控模块是整个系 统的核心，负责各个模块的协调管理及内部数据处理；USB通信接口模块实现颜色再现装 置与PC机之间的数据通信，主要用来接收PC机输出的查找表信息并将其传给FPGA主控模 块；VGA视频解码模块用来将PC机输出的VGA模拟视频信号解码成对应的数字视频信号， 并将其输入FPGA主控模块进行相应的处理；VGA视频编码模块用来将FPGA主控模块输出 的数字VGA视频信号编码为对应的模拟视频信号，并将其输出给投影仪显不。另外，FPGA主控模块的内部根据功能的不同又进一步划分为几个部分，分别为 USB接口模块、查找表模块、求和模块、颜色块产生模块和通道选择模块，具体结构如图3 所示。其中，USB接口模块主要是接收PC机传来的相关数据并将其存入查找表模块中； 查找表模块用来存储VGA视频信号所有像素点(即显示器上显示的像素点)经转换后的 R' G' B'值；求和模块用来对查找表中读取出的数据做求和运算；颜色块产生模块用来 产生与显示器上相对应的9个色块；通道选择模块用来选择是将内部产生的9个色块送投影仪显示，还是将查找表中读取的数据经求和模块运算后的数据送投影仪显示。图7给出 了 FPGA内部各模块功能实现的程序流程图，其中FIFO指的是FPGA内部与PC机之间的通 信端口，当PC机通过USB接口把数据传给“颜色再现装置”时，该数据便会到达“颜色再现 装置”上的USB通信接口模块中的FIFO中，因此FPGA只要检测该FIFO便可知道PC机是否 将查找表数据传过来。根据文献[4]提出的显示器到投影仪颜色再现原理，本发明在PC机端也开发了相 应的软件来配合“颜色再现装置”来实现该功能，其中图4是实现颜色再现并完成所有对应 RGB像素点转换以及和“颜色再现装置”进行通信的主界面，图5是显示器上显示的色块示 意图，用于调整实现利用人眼匹配显示器与投影仪的颜色，其中图5由图4来调用，运行完 成后得到一组系数矩阵后又把得到的参数返回给图4进行下一步操作，图6给出了与图4、 图5对应的实现该显示器到投影仪颜色匹配及数据通信的程序流程图。其具体实现包括 “校正”和“使用”两种状态，下面给出详细的实现过程。第1步采用人眼视觉匹配几块颜色，获取显示器到投影仪的变换矩阵C。设显示器上显示的像素点信息为RGB，校正后投影仪投在屏幕上的像素点信息为 R' G' B'，在投影仪与显示器设置相同参考白和相同Y尸值情况下，通过显示器和投影 仪的颜色特性化方程，以及CIEXYZ色空间色貌匹配得到R' G' B'与RGB的关系如下
其中显示器和投影仪的颜色特性化方程为 "
权利要求
一种显示器到投影仪颜色再现装置，其特征在于一端接PC机的VGA接口、另一端接投影仪的VGA视频输入口的颜色再现装置主要包括负责各个模块的协调管理及内部数据处理的FPGA主控模块，实现颜色再现装置与PC机之间的数据通信的USB通信接口模块，用来将PC机输出的VGA模拟视频信号解码成对应的数字视频信号、并将其输入FPGA主控模块进行相应处理的VGA视频解码模块，用来将FPGA主控模块输出的数字VGA视频信号编码为对应的模拟视频信号、并将其输出给投影仪显示的VGA视频编码模块几个部分。
2.权利要求1所述的显示器到投影仪颜色再现装置，其特征在于FPGA主控模块包括接 收PC机传来的相关数据并将其存入查找表模块中的USB接口模块，用来存储VGA视频信号 所有像素点经转换后的R' G' B'值的查找表模块，用来对查找表中读取出的数据做求和 运算的求和模块，用来产生与显示器上相对应的9个色块的颜色块产生模块，用来选择是 将内部产生的9个色块送投影仪显示、还是将查找表中读取的数据经求和模块运算后的数 据送投影仪显示的通道选择模块几个部分。
3.权利要求1和所述的显示器到投影仪颜色再现装置的实现方法，其特征在于基于 FPGA利用查找表的方式实现显示器到投影仪颜色再现的实现方法包括如下步骤a.采用人眼视觉匹配几块颜色，获取显示器到投影仪的变换矩阵C；b.利用a步骤获取的变换矩阵C计算求得3张对应的查找表；c.将3张查找表通过USB接口传输给颜色再现装置；d.切换到“使用”状态，利用查找表的方式实现显示器到投影仪的颜色再现。
全文摘要
本发明涉及一种显示器到投影仪颜色再现装置及实现方法，属于颜色科学技术领域。显示器到投影仪颜色再现装置由以下几个部分构成USB接口，VGA解码器，FPGA模块，VGA编码器。显示器到投影仪颜色再现装置的实现方法为a.采用人眼视觉匹配几块颜色，获取显示器到投影仪的变换矩阵C；b.利用a步骤获取的变换矩阵C计算求得3张对应的查找表；c.将3张查找表通过USB接口传输给颜色再现装置；d.切换到“使用”状态，利用查找表的方式实现显示器到投影仪的颜色再现。本发明与现有技术相比，具有无需外扩存储器，成本低，操作简单，计算量小，实时性高的优点。
文档编号G09G5/06GK101968726SQ20101027126
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者云利军, 余鸿飞, 王坤, 石俊生, 黄小乔 申请人:云南师范大学