本发明属于视频显示领域，更具体地说，涉及一种色差分析方法及具有色差分析功能的显示器。
背景技术：
在广电和影视行业中，需要尽量保证视频制作过程中的显示器色彩是基本一致的，比如高清视频制作中需要保证显示器的色域为rec.709。一般需要对所有显示器的色彩进行评估，然后对色彩不准确的显示器进行色彩校正，或者直接更换显示器。
一般的通过以下几种方法对显示器的色彩进行评估：
对比观察法：找一台绝对标准的显示器最为参考，然后给显示器同时输入各种测试信号，观察者通过肉眼对比，判断被测显示器色彩是否符合标准，这是一种定性的评价方式。
pc软件自动评价法：通过第三方色彩管理软件比如calman，驱动色度计或光度计对显示器的色彩进行采样，同时通过hdmi或者usb协议驱动显示器产生相应的色场，记录每个色场对应的色度和亮度值，用户对每一台显示器进行测量之后自动生成一份详细的报告，用户通过这份报告来判断被测显示器的色彩是否符合标准，这是一种定量的评价方式。
其中对比观察法的缺点太过于主观，每个观察者对色彩的观感都略有差别，且长时间的观察之后，会导致观察者的视觉疲劳，致使无法继续观察。pc软件自动评价法，一是存在操作繁琐的问题，一般需要原厂工程师进行操作，二是产生的报告文件和每台显示器很难一一对应，并且用户需要额外的pc设备和专业的色彩管理软件。
如授权公告号为cn106409265b，授权公告日为2019年3月29日，名称为调整显示器色差的方法的中国专利公开了一种技术方案，通过获取若干参考点的色坐标，以及参考点在若干亮度值下对应的若干参考rgb电压值，该rgb电压值包括红绿蓝分别对应的三个电压分量；根据一待调节点的实际色坐标和实际亮度值，得到实际rgb值；设定目标色坐标及目标亮度值，并根据目标色坐标及亮度值获得目标rgb值；选取与目标色坐标及目标亮度值最接近的参考点所对应的参考rgb电压值；以选取的所述参考rgb电压值为基准，以目标rgb值为目标，对实际rgb值进行调节。上述调整显示器色差的方法能够提高调整效率。该专利存在的缺点在于其通过将rgb转换为xyz颜色空间，然后再进行后续计算，xyz颜色空间是非均匀颜色空间，与人眼的真实感受会存在一定差异，不够客观真实。
申请公布号为cn110324476a，公布日为2019年10月11日，名称为一种手机屏呈色性能的表征方法的中国专利公开了另一种技术方案，通过选取数个红、绿、蓝三原色和白场颜色等作为手机屏呈色的代表色，建立手机屏呈色的rgb到ciexyz色度的数学关系；由代表色色度和该数学关系求取手机呈色的三原色ciexy色度值、ciexy色域图和cie三维色貌色域图。提取至少五种典型记忆色和中灰色的若干组rgb色值，测试其呈色色度及色貌值，绘制其随rgb颜色序号变化的色貌值曲线，求取质量参数。以三原色ciexy色度、ciexy二维色域图、cie三维色貌色域图，以及记忆色和中灰色的色貌值曲线和质量参数共同表征手机屏的呈色性能。该专利存在的问题在于通过把图片发送到手机，手动测量之后，再通过”color_science“等现有软件工具进行计算和可视化展示，对一台手机的测量就需要花费大量的时间和人员，不利于工业化和自动化。
针对现有技术中对显示器的色彩评价不够客观真实以及实现显示器的色彩评价不够自动化和高效的问题，有必要提出一种有效的解决办法。
技术实现要素：
1.要解决的问题
针对现有技术中对显示器的色彩评价不够客观真实准确的问题，本发明提供一种色差分析方法及具有色差分析功能的显示器。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：一种色差分析方法，包括以下步骤：
s1、构建颜色数量不少于20个的颜色集，所述颜色集包括100％白、100％红、100％绿、100％蓝、100％青、100％洋红、100％黄；
s2、对显示器显示的颜色集的所有颜色的色块进行测量，得到颜色集中所有颜色的ciexyz测量值；
s3、取步骤s2中的ciexyz测量值中的100％白、100％红、100％绿、100％蓝、100％青、100％洋红、100％黄7个颜色的ciexyz测量值进行颜色空间转换得到cieyxy测量值，取出cieyxy测量值中的x分量和y分量，作为7个颜色在ciexy坐标系中的色度坐标；
s4、将颜色集中所有颜色的rgb色值转换为ciexyz参考值；
s5、将颜色集中所有颜色的ciexyz测量值和ciexyz参考值分别通过颜色空间转换为cielab测量值和cielab参考值；
s6、计算颜色集中所有颜色的cielab测量值和cielab参考值之间的色差。
通过采用本技术方案，采用cielab均匀颜色空间对颜色进行转换，能够使色差计算得更准确，从而对显示器的色彩评价结果更客观真实。
进一步地，用osd的形式将步骤s3中7个颜色的色度坐标和步骤s6中的色差显示出来。
用osd的形式能够将色差分析的结果更直观地显示出来，便于直观高效地对显示器的色彩进行评估。
进一步地，所述步骤s1中的颜色集还包括天蓝色、肤色、草青色。天蓝色、肤色和草青色为显示器显示中常见的具有代表性的色彩，在颜色集中增加这些常见色彩，用户可以判断该显示器是否需要进行校色。
进一步地，所述步骤s3中经过颜色空间转换后得到的cieyxy测量值的三个颜色分量为[lv，x，y]，lv＝y，x＝x/(x y z)，y＝y/(x y z)，其中，[x，y，z]分别为ciexyz测量值的三个颜色分量。
进一步地，所述步骤s4中的ciexyz参考值采用参考色温为d65，参考色域为rec.709，参考伽马为2.2对颜色集中的所有rgb色值进行计算后取得。
进一步地，所述步骤s6中的色差采用deltae2000的标准来计算获得。
本发明同时还提供一种具有色差分析功能的显示器，包括flash存储单元、ps模块、pl模块、液晶显示面板；其中，ps模块分别与pl模块、色度计和flash存储单元通讯连接，pl模块与液晶显示面板通讯相连，ps模块从flash存储单元中读取颜色集中的rgb色度数据并传输给pl模块，ps模块控制pl模块在液晶显示面板上显示颜色集中的色块；ps模块驱动色度计测量液晶显示面板上的色块，将色度计测量得到的数据存储在flash存储单元内，ps模块对上述测量数据进行色差分析之后，控制pl模块将色差分析结果以osd形式显示在液晶显示面板上。采用本技术方案通过显示器自身可以对显示器包括三原色、色域、色差在内的色彩特性进行自动色差分析，而无须借助计算机，有助于降低成本，而且用osd形式将色差分析结果显示在液晶显示面板上，更加直观。
进一步地，所述色度计和ps模块之间通过usb接口通讯连接。
进一步地，所述ps模块和pl模块之间通过axi总线和寄存器读写实现通讯。
进一步地，所述osd显示包括：ciexy色域图、色差柱状图、平均色差值。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过显示器自身就可以对显示器包括三原色、色域、色差在内的色彩特性进行自动色差分析，而无须借助计算机，有助于降低成本；
(2)本发明通过将ciexyz这一非均匀颜色空间转换为cielab这一均匀的颜色空间，使色差计算得更准确，从而对显示器的色彩评价更为客观真实；
(3)本发明可以通过osd形式在显示器的屏幕上简单且客观地显示出一个色差分析结果，无须显示器的原厂工程师进行现场协助，有效节省人力成本。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明中的色差分析方法流程图；
图3为本发明中的色差分析结果的osd样式示意图；
图4为本发明的颜色集示意图；
图5为本发明中的显示器和色度计的连接示意图；
图中：11：flash存储单元；12：ps模块；13：usb接口；14：pl模块；15：液晶显示面板；16：色度计。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
如图1和图5所示，本发明提供了一种色差分析方法及具有色差分析功能的显示器，其中，一种具有色差分析功能的显示器包括：pl模块14、ps模块12、flash存储单元11、液晶显示面板15。在进行色差分析的时候，显示器需要外接色度计16，具体实施时，色度计16也可用光度计代替。
在本实施例中，ps模块12和pl模块14采用xilinx的zynq芯片实现，ps模块12一般称为可编程系统，由arm架构的soc(片上系统/系统级芯片，systemonchip)组成，在本实施例中，ps模块12运行一个linux内核的操作系统，以驱动色度计16对显示器上显示的色块进行测量、读写flash存储单元11、并且通过axi总线和pl模块14之间进行通讯。
pl模块14一般称为可编程逻辑，由fpga构成，在本实施例中，pl模块14实现视频信号解嵌和图像的缩放以及驱动液晶显示面板15实现色差结果的osd界面显示。
flash存储单元11负责存储本发明ps模块12运行的操作系统和pl模块14的配置信息，所谓配置信息指的是pl模块14的程序，通过该程序对pl模块14进行配置，配置完之后pl模块14才能启动，具体实施时，flash存储单元11可以选择qspiflash。
具体的连接关系为：色度计16的感光部位用于对液晶显示面板15进行测量，色度计16的另一端通过usb接口13与显示器的ps模块12通讯连接，一方面，ps模块12用于驱动色度计16对液晶显示面板15上显示的色块进行测量，另一方面，色度计16将测量的数据传输给ps模块12；ps模块12与flash存储单元11通讯连接，以对flash存储单元11进行读写，一方面，ps模块12读取flash存储单元11中存储的颜色集并将读取的rgb色值传输给pl模块14，另一方面，ps模块12将色度计16测量到的ciexyz测量值存储在flash存储单元11中；pl模块14与ps模块12双向通讯相连，pl模块14用于实现视频信号解嵌、驱动液晶显示面板15显示；ps模块12通过axi总线控制pl模块14驱动液晶显示面板15显示颜色集中的颜色；同时ps模块12驱动色度计16对液晶显示面板15上显示的上述颜色进行测量，并在ps模块12内对上述测量数据进行计算分析之后，控制pl模块14将结果以osd(on-screendisplay，屏幕菜单式调节方式)形式显示在液晶显示面板15上。
在进行色差分析时，将色度计16通过usb接口13和本发明中的显示器连接，色度计16的感光部位对准液晶显示面板15的中间部位，色度计16的另一端通过usb接口13与显示器的ps模块12通讯连接，ps模块12驱动色度计16对液晶显示面板15上显示的颜色进行测量，并在ps模块12内对上述测量数据进行计算分析之后，控制pl模块14将结果以osd形式显示在液晶显示面板15上。
在本实施例中，osd形式的界面包括图3中的a：显示器的ciexy色域图、b：色差柱状图、c：平均色差值。
本发明同时还提供一种色差分析方法，通过获取显示器上显示的不同颜色的ciexyz值，在计算和转换之后，得到显示器的三原色特征、显示器的色域覆盖以及显示器的颜色特征，并将分析结果以osd的形式显示在显示器上。
如图2所示，色差分析方法的流程包括：
步骤s21：构建由若干rgb色值组成的颜色集。颜色集由颜色标号、颜色名称和rgb色值组成，在本实施例中颜色标号1对应的颜色名称是100％白，对应的rgb色值是[255，255，255]，依次类推颜色集中的所有rgb色值按照颜色标号递增排列。其中颜色集中必须要包括100％白、100％红、100％绿、100％蓝、100％青、100％洋红、100％黄，另外还可以包括一些重要的代表色比如：肤色、草青色、天蓝色等等，出于降低色差计算误差的考虑rgb色值的数量不能低于20个。在本实施例中的颜色集的排列如图4所示，一共有30个rgb色值。
将构建好的颜色集以文本文件的形式存在于flash存储单元11中，这样做的好处是可以通过更换文本文件来调整颜色集，方便调试和修改。
步骤s22：逐个读取并在液晶显示面板15上显示颜色集中的rgb色值。在本实施例中ps模块12对存储于flash存储单元11中的颜色集进行读取，读取完成之后将rgb色值发送给pl模块14，通过pl模块14驱动液晶显示面板15对rgb色值进行显示。
ps模块12和pl模块14之间通过axi总线和寄存器读写实现通讯。在ps模块12发送rgb色值给pl模块14之前需要先发送一个命令，将pl模块14从显示模式切换到测量模式。pl模块14在显示模式时，液晶显示面板15显示来自外部信号源的rgb色值，比如来自摄像机的sdi信号或者hdmi信号的rgb色值，显示模式是显示器的正常工作模式。pl模块14在测量模式时，液晶显示面板15显示来自ps模块12发送的rgb色值，在测量模式下，液晶显示面板15显示相应的纯色色块。
步骤s23：测量显示器显示的色块的ciexyz值。完成步骤s22之后，对液晶显示面板15显示的颜色集的纯色色块进行测量，得到与步骤s22中rgb色值对应的ciexyz测量值。在本实施例中ps模块12通过usb接口13驱动色度计16对显示器进行采样。
完成步骤23之后判断此时颜色集是否读取完成，未完成则继续读取颜色集中的下一个rgb色值，假如读取完成，则将颜色集中所有颜色的ciexyz测量值保存下来，最终以文本文件的形式保存在flash存储单元中，方便下次调试。
步骤s24：将测量到的ciexyz值和颜色集中rgb色值相对于参考显示器的ciexyz值进行比对。首先应该明确，输入相同的rgb色值，不同显示器测量到的ciexyz值是不同的。而当前显示器的ciexyz值和参考显示器的ciexyz值之间的差别就是色差。在本实施例中，当前显示器测量到的ciexyz值称为ciexyz测量值，参考显示器的ciexyz值称为ciexyz参考值。所谓参考显示器是指色彩最准确的显示器，参考显示器的ciexyz值由参考色温、参考伽马、参考色域来决定。
在步骤s24中，取出颜色集中100％白、100％红、100％绿、100％蓝、100％青、100％洋红、100％黄7个颜色对应的7个ciexyz测量值，对上述7个ciexyz测量值进行颜色空间转换，得到cieyxy测量值，取出cieyxy测量值中的x和y分量，作为7个颜色在ciexy坐标系中的色度坐标。上述7个坐标对应图3中a部分的7个小点，7个小方框为rec.709色域在ciexy色域图上的参考位置，也就是100％白、100％红、100％绿、100％蓝、100％青、100％洋红、100％黄7个颜色对应的7个ciexyz参考值的色度坐标，小方框的中心是ciexyz参考值的色度坐标点，小点离小方框的中心越偏，表示显示器的色差越大。
将ciexyz测量值转换为cieyxy测量值的公式如下：
假设上述ciexyz测量值的三个颜色分量为[x，y，z]，cieyxy测量值的三个颜色分量为[lv，x，y]。则，lv＝y，x＝x/(x y z)，y＝y/(x y z)。
在步骤s24中，需要将颜色集中所有颜色的rgb色值转换为ciexyz参考值，这个参考值是由参考色温、参考色域和参考伽马来决定的。在本实施例中，参考色温为d65、参考色域为rec.709、参考伽马为2.2。先根据参考伽马对颜色集中所有颜色的rgb色值进行2.2的幂次计算，再根据参考伽马和参考色域选择相应的矩阵npm，将幂次计算后的数据乘上述矩阵npm，得到颜色集中所有rgb色值对应的ciexyz参考值。
公式如下：
ciexyz参考值中的三个分量为[xref，yref，zref]，颜色集中rgb色值的三个分量为[r，g，b]。
矩阵
伽马γ＝2.2
r′＝((r/255)γ)*100
g′＝((g/255)γ)*100
b′＝((b/255)γ)*100
众所周知，ciexyz是非均匀颜色空间，所以计算的色差会存在一定的误差，为了色差计算得更准确，我们需要将ciexyz颜色空间转换为cielab颜色空间，因而在步骤s24中，需要对ciexyz测量值和ciexyz参考值，分别进行ciexyz到cielab的颜色空间转换。
公式如下：
首先，cielab的三个分量为[l，a，b]，ciexyz测量值的三个分量分别为[x，y，z]。上述颜色集中100％白的ciexyz测量值的三个分量为[xmaxymaxzmax]，色温d65对应的ciexyz值的三个分量[xt，yt，zt]＝[95.04100108.88]，
x′＝100*x/ymax
y′＝100*y/ymax
z′＝100*z/zmax
如果x/xt，y/yt，z/zt都大于0.008856，那么
反之，如果x/xt，y/yt，z/zt小于等于0.008856，那么：
l＝903.2963(y′/yt)
a＝500(7.7870(x′/xt)-7.7870(y′/yt))
b＝200(7.7870(y′/yt)-7.7870(z′/zt))
通过上述计算ciexyz测量值和ciexyz参考值后，可以得到cielab测量值和cielab参考值。
在得到上述cielab测量值和cielab参考值之后，计算颜色集中所有rgb色值所对应的色差，本实施例中采用deltae2000的标准来计算相应的色差，公式如下：
假设cielab的测量值为l1，a1，b1，cielab的参考值为l2，a2，b2，色差为δe，则：
a′1＝a1(1 g)
a′2＝a2(1 g)
δl′＝l2-l1
δc′＝c′2-c＇1
rt＝-rcsin(2δθ)
kl＝1
kc＝1
kh＝1
步骤s25：用显示器自带的osd界面，来呈现显示器当前的呈色性能和色差。
在本实施例中，采用一种osd界面来综合反映显示器的色差、色域覆盖、色温等等性能。
如图3所示，上述的osd界面从上到下又分为三部分，第一部分是图3中的a：ciexy色域图，第二部分是图3中的b：色差柱状图，第三部分是图3中的c：平均色差值。
图3中的ciexy色域图中7个点的坐标数据由步骤s22生成，这7个点在颜色集中的颜色为：100％白、100％红、100％绿、100％蓝、100％青、100％洋红、100％黄。其中通过100％白在上述ciexy色域图中坐标位置可以判断出显示器的大致色温。通过其余6个点的坐标位置可以判断显示器的当前色域覆盖范围和色彩还原性。
图3中的ciexy色域图中7个小方框为rec.709色域在ciexy色域图上的参考位置，假如上述7个点的坐标位于小方框内部说明显示器的色域非常接近rec.709色域，这意味着更好的色彩还原性。
当然本发明并不局限于上述的7个颜色，为了获得更好的色彩评价结果，也可以采用包括上述7个颜色在内的更多的颜色。
图3中的色差柱状图中显示了颜色集中若干个颜色的的色差柱状图，用户通过上述柱状图可以判断若干个颜色的色差是否符合要求，其中的颜色包括100％白、100％红、100％绿、100％蓝、100％青、100％洋红、100％黄、天蓝色、草青色、肤色等代表色，通过这些具有代表性的颜色的色差，用户可以判断该显示器是否需要进行校色。需要说明的是图3中的w为100％白，r为100％红，g为100％绿，b为100％蓝，cy为100％青，mg为100％洋红，y1为100％黄。
图3中的平均色差中，给出了颜色集中所有色彩的平均色差值，方便用户做一个定量判断。
在本发明中，需要明确以下概念：
ciexyz测量值代表被测色彩的实际“三刺激值”信息，即颜色光谱对人眼的刺激和感受，偏向物理光谱的层面；
cieyxy：是将ciexyz进行线性计算，将亮度和色度进行了分离，计算后的y表示亮度，x和y表示色度；
ciexy色度坐标是指上述cieyxy中的x和y的坐标；
ciexy色域图为上述x和y坐标构成的二维平面，这个二维平面上xx颜色的ciexy色度坐标可以用来表现色域信息，在这个图灰色和白色的ciexy色度坐标是相同的，因为这个图不包含亮度信息；
cielab：也是基于ciexyz的，同时cielab也对亮度和色度进行了分离，其优势在于“均匀”，在此空间中可以用距离来表示色差。
1.一种色差分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
s1、构建颜色数量不少于20个的颜色集，所述颜色集包括100％白、100％红、100％绿、100％蓝、100％青、100％洋红、100％黄；
s2、对显示器显示的颜色集的所有颜色的色块进行测量，得到颜色集中所有颜色的ciexyz测量值；
s3、取步骤s2中的100％白、100％红、100％绿、100％蓝、100％青、100％洋红、100％黄7个颜色的ciexyz测量值进行颜色空间转换得到cieyxy测量值，取出cieyxy测量值中的x分量和y分量，作为7个颜色在ciexy坐标系中的色度坐标；
s4、将颜色集中所有颜色的rgb色值转换为ciexyz参考值；
s5、将颜色集中所有颜色的ciexyz测量值和ciexyz参考值分别通过颜色空间转换为cielab测量值和cielab参考值；
s6、计算颜色集中所有颜色的cielab测量值和cielab参考值之间的色差。
2.根据权利要求1所述的色差分析方法，其特征在于：还包括：用osd的形式将步骤s3中7个颜色的色度坐标和步骤s6中的色差显示出来。
3.根据权利要求1或2所述的色差分析方法，其特征在于：所述步骤s1中的颜色集还包括天蓝色、肤色、草青色。
4.根据权利要求1或2所述的色差分析方法，其特征在于：所述步骤s3中经过颜色空间转换后得到的cieyxy测量值的三个颜色分量为[lv,x,y]，lv＝y，x＝x/(x y z)，y＝y/(x y z)，其中，[x,y,z]分别为ciexyz测量值的三个颜色分量。
5.根据权利要求1或2所述的色差分析方法，其特征在于：所述步骤s4中的ciexyz参考值采用参考色温为d65、参考色域为rec.709、参考伽马为2.2对颜色集中的所有rgb色值进行计算后取得。
6.根据权利要求1或2所述的色差分析方法，其特征在于：所述步骤s6中的色差采用deltae2000的标准来计算获得。
7.一种具有色差分析功能的显示器，其特征在于：包括flash存储单元、ps模块、pl模块、液晶显示面板；其中，ps模块分别与pl模块、色度计和flash存储单元通讯连接，pl模块与液晶显示面板通讯相连，ps模块从flash存储单元中读取颜色集中的rgb色度并传输给pl模块，ps模块控制pl模块在液晶显示面板上显示颜色集中的色块；ps模块驱动色度计测量液晶显示面板上的色块，并将色度计测量得到的数据存储在flash存储单元内，ps模块对上述测量数据进行色差分析之后，控制pl模块将色差分析结果以osd形式显示在液晶显示面板上。
8.根据权利要求7所述的具有色差分析功能的显示器，其特征在于：所述色度计和ps模块之间通过usb接口通讯连接。
9.根据权利要求7所述的具有色差分析功能的显示器，其特征在于：所述ps模块和pl模块之间通过axi总线和寄存器读写实现通讯。
10.根据权利要求7所述的具有色差分析功能的显示器，其特征在于：所述osd显示包括：ciexy色域图、色差柱状图、平均色差值。
技术总结