Gamma调试系统在液晶电视上的应用

范小霞

[摘    要]由于人眼对于亮暗的感知有差异，同时显示器在信号输出和输入也不是纯线性关系，加上机芯信号处理影响及液晶电视背光个体差异，导致各灰度图像的色温差异。为了矫正这些差异带来的影响，提升亮暗和色温的显示效果，Gamma调试系统在液晶电视中的开发和应用显得尤为关键。Gamma调试系统会根据人眼感知、机芯特点和显示屏幕特性来矫正色温和亮度曲线。通过对Gamma曲线的研究和应用最大限度降低亮度损失，优化亮度曲线，调节0～255阶各灰阶的色温和色坐标，提高各灰度图像的色温达到一致，同时能满足不同场景的色温需要，对提升能效也有大有益处。

[关键词]Gamma曲线;色温;色坐标;亮度;光谱

[中图分类号]TN949 [文献标志码]A [文章编号]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調试系统简述

Gamma矫正作用是为了矫正液晶电视系统的亮度曲线和各灰度色温，通常情况下人眼对亮暗感知不一样，对暗场更明显，液晶显示器对于信号处理也存在一个非线性问题，也就是说输出相对于输入不是线性关系。不同的液晶模组背光差异，色温个体差异非常大，色温一致性得不到保证，这些都要依赖Gamma调试系统来解决。Gamma调试系统在液晶电视中分为两级，第一级为前级PQ Gamma，此级Gamma数据位一般是8位，第二级后级panel Gamma，此级Gamma数据位为10位。前级Gamma作用主要针对非图片信号的视频信号，如AV、HDMI通道的视频信号及网络视频信号，后级panel Gamma主要是针对USB下的图片、主页及OSD。两级Gamma综合起效果，这样能保证液晶电视所有的信号通道都能正常显示。

2 Gamma调试系统的设计内容及应用系统

2.1 Gamma目标标准确定

目标标准包括色温和色坐标标准，同一色温可能对应不同的色坐标，同一色坐标只对应一种色温。因人眼观看的需要，太高色温画面偏蓝，会对人眼刺激太强，损坏人眼视力，而太低的色温又会降低画面亮度、画面层次和色彩真实性，所以太高的色温和太低的色温都不适合人眼观看，制定一种适合人眼观看的色温和色坐标成为液晶电视画质最迫切需要解决的问题。制定色温标准需结合环境场景和观看模式，通常室内观看色温和光源的色温在3 000～8 000 K，不同的场景比如标准模式、卖场模式、电影模式、护眼模式等不同模式对色温的要求又不一样。总之这些都需根据具体环境和观看模式来制定标准。

各种情景模式适合的观看场景和要求不一样，同时又分为室内观看和卖场观看场景，根据大量的实验和环境光研究，采取每种模式下适合人眼观看的不同色温标准。

（1）标准模式下一般色温标准采用10 300 K，采取色坐标为Wx=0.276，Wy=0.289为标准模式下的Gamma色温标准。

（2）卖场模式环境光大多采用射灯或强光照射，环境光色温偏冷，亮度偏强，采用色温12 000 K的冷色温较为合适，采取的色坐标为Wx=0.270，Wy=0.268。

（3）电影模式一般是适合在暗的柔和的光源下观看，宜采用较低色温的效果，目前多为6500 K的色温，采取的色坐标为Wx=0.313，Wy=0.329。

（4）而护眼模式，是要求电视机发出的光不伤害人眼，其中蓝光的成分要低于绿光的一半，所以在这种情景模式下，需要根据光谱特性来确定色温，色温标准通常情况下为7 000 K，Wx=0.300，Wy=0.335。

2.2 液晶电视背光系统与目标色度标准的光学匹配

（1）确定了目标色温，就需要从前端根据目标色坐标对液晶电视背光源和背光膜片上进行定制。背光系统主要包括灯条和膜片，其中灯条包括多种高色域灯条、普通色域灯条，膜片包括反射纸、扩算板、导光板、增亮膜等。背光是发光器件，而液晶電视中的液晶是被动发光的，本身是不产生光的，其是通过背光照射液晶分子而使得液晶分子产生偏转而发光。所以在灯条和膜片需要定制外，液晶OC的特性也会对色温产生较大影响。在定制灯条、膜片时需要结合液晶OC的特性进行，比如IPS屏液晶和VA屏液晶排列就会有不同的色温表现，不同厂家的OC会有不同的光谱透过率，那么需要针对不同的OC还需要区别匹配灯条。灯条的色块和亮度特性起着影响色温的关键作用，需要重点关注;膜片主要起着传导、反射光的作用，对色坐标的影响较为轻微，但是会影响色度均匀性。

（2）光学匹配的种类分布。灯条、膜片和液晶OC不同的搭配会有不同的色坐标和色温结果，根据实验统计了280种组合，组合后色坐标和目标色坐标差异有以下9种情况，见表1。

表中“偏高”代表坐标高于目标值0.010以上。“偏低”代表低于目标值0.010以上，不偏表示距离目标值在0.005及以下范围。那么最好状态就是要达到第9种情况，通过液晶OC来定制背光、定制灯条，这样才能使最终的画质效果目标最理想，色彩和亮度均不被损失，保持了最好的主观画质色温效果。

（3）光学匹配的重要流程节点。灯条中灯珠的光谱特性、峰值波长、半波宽、色块等级等指标都会直接影响最终的液晶模组最终的色坐标和色温值，在确定了液晶OC的光谱特性和色坐标后，再用相应的灯珠来匹配液晶OC，做到最终的液晶模组达到调试目标值附近，Wx的可控误差0.010及以下，Wy值可控误差在0.009及以下。

2.3 Gamma系统的分场景调试

Gamma系统在不同的场景下需要按照不同的色温标准和方法进行调试，才能应用于不同的应用场景和不同的情景模式。经过实验，具体调试方式方法如下。

（1）后端panel Gamma调试。这一端的调试要放在第一步进行，它位于信号处理的最后端同时在上屏前，主要影响的是OSD、主页背景及图片。对于标准屏，后端panel Gamma可以置于直通状态，因为标准屏的tcon板和液晶OC都是经过一致性匹配调试过，不需要信号端再进行校正一遍。对于TCONLESS状态，TCON与主板合二为一，需要考虑到主芯片、tcon的时序的配合，同时各灰度的色温容易出现非常大的差异，所以在这一端需要单独进行panel Gamma的调试，调试的原则是以最高阶白场的坐标为目标值，分别调试16～32个点的R、G、B，满足panel Gamma调试后液晶模组能达2.2亮度曲线，同时每个灰度等级的图像色坐标一致。

（2）前端PQ Gamma的调试。前端PQ Gamma可以根据应用场景的不同来分别调试出不同的Gamma曲线，例如标准模式、电影模式及商场模式等应用场景。当液晶电视切换到不同的应用场景时，软件同时调用不同的Gamma曲线运行。值得注意的是，前端Gamma必须要在后端Gamma的基础上进行校正。因为通常整改信号流程会同时经过2级Gamma。

（3）针对有摄像头的液晶电视。摄像头会捕捉周围环境光的色温和亮度，摄像头角度和所处的环境不同，所显示的图像有非常大的差别。所以在对摄像头Gamma进行校正时，会同时采取多条Gamma的方式，软件自主进行环境光判断识别来分别调用。

2.4 根据能效的情况会进行Gamma曲线的二次微调

当Gamma曲线导致亮度有损失而影响到能效时，需进行光谱测试和人眼误差识别，经过试验，在坐标误差低于0.004时，人眼对色温的感知不敏感，所以在能效出现影响的情况下，需要对208阶以上的图像进行逐步微调，只要控制坐标误差在0.004级以下均可满足主观色温要求。

2.5 一致性检测及自动校正系统

量产状态下，因背光、OC的色温和坐标分布并不是完全一致的，而是呈现正态分布情况，所以存在相同的参数下因为这种不可避免的个体差异会对整机色温一致性带来影响。所以在生产线上需要设置工位来纠正这种个体差异带来的影响，就需要白平衡自动调试系统来矫正，通过白平衡调试系统调试RGBgain来矫正这种微小的色温差异，从而维持所有产线整机色温的一致性和主观表现的一致性。

3 Gamma系统的应用效果及作用

通过Gamma调试系统的闭环研发流程，从制定目标标准开始，到根据目标标准制定背光系统的灯条OC等前端器件的参数，再到调试和生产线的反馈矫正。此系统能矫正液晶电视的亮度曲线，达到输入输出的线性关系;能保证从0～255阶的各灰度图像色温的一致性，同时对提高能效，降低亮度损失起到了至关重要的作用。前后2级Gamma的矫正，不管是视频信号、图片信号还是OSD都能够保持在尽可能一致的色温水平上。满足各个情景模式和不同的应用场景的需求。

4 结语

通过液晶Gamma调试方式的开发和应用，先定义了适合人眼观看的白色目标坐标和色温舒适度目标值，利用光谱图的分析测量手段，通过对背光和液晶面板的色坐标色温和目标色坐标色温的高度匹配，使液晶电视的色温色坐标离目标值更近，在允许的相应误差范围内，为后期降低Gamma调试的亮度损耗打下一个好的基础和前提条件，然后通过Gamma的分级、分场景的调试方法及高阶处理方法来满足液晶电视图像保持0～255各灰阶在色温上的一致及各情景模式的色温需要，同时整机亮度曲线维持在2.2指数曲线。通过Gamma调试系统的研发和应用，对液晶电视白平衡和画质起到关键作用，提升液晶屏的能效指数的同时，减少屏幕亮度损耗，提升画质主观效果。Gamma调试系统在液晶电视上是一个不可缺少的保证画质效果的重要基础。

参考文献

[1] 姚庆星.一款液晶电视机的GAMMA自动调整系统[J].厦门科技，2014（1）：51-56.

[2] 田清华.动态GAMMA调整在节能型LED液晶电视中的应用研究与实现[D].青岛：中国海洋大学，2013.

[3] 杭州科兴光电有限公司.CM-7LG液晶电视GAMMA校正及色温调整系统[J].电视技术，2008（3）：39.