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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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正方形 Icon 創新之鑰Innovation

快速色域量測技術 掌握色彩,創造真實

文/魏茂國

走進家電賣場,畫面五顏六色的電視區總是引人注目,在家中擺設一台色彩鮮豔漂亮的電視,不但賞心悅目,更是生活中的一大享受。可是你有沒有發現,在展售區裡每個品牌與型號的電視,雖然顯示的是同一個畫面,但所呈現出來的顏色卻不盡相同;讓人不禁要問,這其間的差異到底是怎麼產生的?而各家廠商又如何決定自家電視產品的色彩樣貌?

其實不論是從印刷品到顯示器,都會面臨色彩表現的物理極限,也就是經由螢幕顯示或紙張印刷,並無法完全顯現人眼所能看見自然界中的所有顏色;因此,如何在色域中定義並呈現顯示器上的每個色彩,讓色彩更真實、討喜,一直是各顯示器廠商的重要挑戰,也是能否獲得消費者青睞的關鍵。

然而,令人難以想像的是,過去在定義及調校顯示器的色域時,是依靠人的眼睛來比對決定,等於沒有一定的標準;後來即使有了輔助的儀器設備,能夠獲得數據參照調校,但仍得花上大量時間,緩不濟急。這種產業現況,也突顯出工研院量測技術發展中心所發展出的「快速色域量測技術」,對於顯示器製造廠商帶來的莫大幫助和利基。

克服人因與速度

儘可能地讓自家出廠的每台顯示器,都能呈現相同的色彩特性與品質,是顯示器廠商對於產品的基本要求。工研院量測中心標準與技術發展組光輻射研究室主任簡育德解釋,一般顯示器廠商在產品開發初期,為了取得較好的色彩依循,通常會先在市場中挑選出顏色表現佳、多數人較喜歡的既有產品,藉此當成新產品一開始的色彩基準;接著再根據各別廠商對於色彩的期望目標,以及消費者的喜好差異進行調校,最後便會形成廠商具有的獨特影像品質,也是其產品的一大特色。

在這一連串的產品研發過程中,以目前為市場主流的液晶顯示器來說,就必須要先「篩選」面板,檢視所採用的面板特性,是否能達到產品顏色的要求範圍;接下來就要進行「調校」,將產品顏色調至最接近選定色彩基準的目標值;再來就是「優化」,加入廠商欲表現的色彩因素,還有消費者對於顏色的偏好,以便和其他品牌有所區隔。

於是,產業中就出現了為數不多的老師傅,包括將產品顏色調校至與基準色彩相當,或是依廠商需求調整並確定參數,以供未來產品開發使用,甚至是給予色彩表現上的專業建議等,都是他們的主要工作;而他們所使用的工具和判斷憑藉,基本上就只有他們的雙眼與經驗。

過去還未有色彩的量測設備時,老師傅就是負責顯示器影像品質的推手;他們不只眼睛厲害、經過對色彩的嚴格訓練,同時對於專業的原理知識也相當了解,可說比機器還靈敏、解析度更高。早期台灣有不少顯示器相關技術,都是由日本技轉而來,也因此轉介不少日本的老師傅前來協助;但實際上以這種人工方式進行顯示器的量測與調校,卻可能要用上多達一週的時間。

同時可想而知的是,直接以人眼做為量測與調校的工具,並沒有切確的標準或數據,加上老師傅們並無法隨時在旁提供協助,在確立色彩表現的參數之後,很多工作還是由工程師們執行,例如研究專案與後續產品的開發調整,將使得人因所造成的變化更大,因為每個人對於顏色的認知都不同,就算是同一個人來量測調校,也可能會受到環境、身心等因素的影響,而呈現不同的結果。

量測有度,調校有據

為了取得色域數據,在顯示器的量測技術上,便出現如CA-210這類的色彩分析儀;但這種所謂的傳統色域量測方式,一次只能量測一個點,而且整個畫面要處理的資料相當多,花費的時間也相對拉長。工研院量測中心標準與技術發展組光輻射研究室研究員徐紹維指出,若以10萬點的量測分析就要約兩天半時間;若以量測中心創新研發的「快速色域量測技術」,則可大幅減少至5個小時,提升約10倍的速度。這意味著在同等的時間與人力下,可以進行的量測調校次數與開發的產品類型就更多了。

「由於使用更好的儀器設備,加上演算法的開發,能使量測分析的時間縮短,投入更多的調校,而且更精準。」簡育德表示,採用2D-colorimeter(二維色度計)與新演算法的「快速色域量測技術」,能夠提供顯示器廠商在篩選硬體(面板)與複製影像時,更快獲得所需要知道的色彩數據,並依數據進行調校;這也是之前工研院量測中心與奇美集團新視代科技公司在產品設計端的主要合作領域。

以廠商實際的運作狀況,新視代科技公司行銷企劃處處長李志鎬表示,一年開發近20個左右的電視機型,每個型號都有不同的尺寸、規格、面板等;但是對一個顯示器廠商來說,顏色的呈現代表著品牌的想法,也是給予消費者的感覺及品味,必須儘量在各產品與機種間達到一致。從設計端出發,就是要讓每個「種子」都能有同樣的「基因」,才能使量產的產品表現幾近相同的色彩特性。

而在以往的作業模式下,如新視代科技公司等液晶顯示器系統端的廠商,原本都有自行開發的色彩量測方式與應用儀器,但仍導因於耗費的時間太長,在研發過程中難以實施大量或全面的量測與調校,進而拖累研發進程。因此,像是新視代科技公司大多只在專案結束時進行量測工作,一方面做為數據存檔及驗證報告,如果發現顏色差距較大,在有限的時間下,通常也只能選擇較重要的部分來調校。

當量測時間縮短、次數增加,得到的反饋數據就更多,調校起來也更精準。新視代科技公司韌體設計部經理林文斌說,導入「快速色域量測技術」後,可以客觀地獲得量測數據,並即時調校修正,這正是長久以來系統廠商希望突破的地方;好比在開發新產品,或是更換面板時,有了「快速色域量測技術」的協助,就可快速量測分析,避免人因造成的問題與困擾,使作業更為順暢,產品也能維持更穩定的品質。

達到立體色域表現

工研院量測中心標準與技術發展組光輻射研究室研究員彭保仁進一步說明,在分析處理色彩資料時,「快速色域量測技術」的優勢,還包括能快速地讓RGB三個輸入,對應到觀賞者透過顯示器看到的LCH(亮度Lightness、飽和度Chroma、色相Hue)。傳統色域量測技術因速度慢,許多該技術應用的廠商只是在「色相」與「飽和度」二維空間內進行調整;但這不僅忽略了「亮度」對於整體色彩的影響,同時能夠調校的空間也相對減少。

自然界中的色彩,原本就存有亮度的因素;過去簡略亮度進行量測與調校,雖仍可找出範圍內色相與飽和度相對較好的數值,但卻犧牲了更多的色彩表現可能性。在「快速色域量測技術」處理速度的加持下,不僅可以容納亮度的參數量測,成為三維空間變化的「立體色域」,也使得顯示器的調校範圍變大,色彩表現更豐富、接近真實。

另外,除了篩選硬體與複製影像的能力外,「快速色域量測技術」也含括了優化影像的能力,提供更完整的色彩影像品質發展技術。特別是在顯示器產業中,每家廠商都不希望自家產品看起來和其他競品相同,也就是要擁有獨特且無可取代的色彩表現,因此大多會建立自己的圖庫,藉以調校顏色使用,包括風景、人物、物品等動靜態影像;同時還會累積各式資料庫,例如調校的技術與方法、不同地區消費者對於顏色的喜好情形等。

這些資料庫的建置與相關軟體、韌體等開發,也是「快速色域量測技術」的一環。徐紹維表示,為了能保有專屬的know-how,業界中之電視知名大廠對於影像處理的方法,都是當成營業秘密來看待,以避免遭到模仿複製,並確保市場領先優勢,讓know-how不被公開;有的廠商甚至還會自行設計顯示器的影像處理IC,以提高保護層級。

提升業者品質與競爭力

「不論是產量或產能,台灣的面板業在世界上都是數一數二;但在系統端的顯示器業者卻是相對弱勢,很少能創造全球性的品牌。」經由「快速色域量測技術」等改善方法,簡育德希望能協助國內系統廠商提升顯示器的影像品質;而且除了直接與系統廠商合作外,與IC設計廠商共同開發影像控制IC,將快速色域量測等技術整合至IC中,成為提供給系統廠商的整體解決方案,也是一種擴大技術效應的合作方式。

彭保仁也說,目前液晶面板及IC的硬體品質都已相當高,許多顯示器大廠使用的面板或IC差異並不大;就算採用不同廠家供應的面板,分別具有不同的面板特性,也必須量測調校至相同的色彩表現,透過「快速色域量測技術」就是更有效率和精準度的做法。因此未來顯示器產品的主要差別,就會在於影像處理的技術上,包括演算法、資料庫及know-how等,也是能夠讓國內廠商與產業提高競爭力的關鍵。

導入「快速色域量測技術」 新視代科技為顯示器產品加值

今(2010)年6月,奇美集團新視代科技發表三大系列、6款全新的LED液晶顯示器,也是首次運用了與工研院合作的「快速色域量測技術」所推出的新產品;透過立體色域的顯色科技,可使顯示器更能完美展現自然細節與顏色,並在競爭激烈的平面顯示器市場中創出與眾不同的特色。

加強研發設計品質

新視代科技公司韌體設計部經理林文斌指出,以往在進行產品設計或開發時,新視代科技公司也歷經老師傅指導與儀器輔助的年代。但不論是哪一種方式,都會面臨人因與速度的問題,無法快速取得色彩表現的數據並即時修正,對於顯示器影像品質的控制及提升也就有限。

像是在請來日本專業老師傅協助的過程中,就可明顯感受到人為主觀因素的困擾;有時為了要讓顯示器的色彩更鮮豔而做的調整,在老師傅眼中卻是不被理解或認可的方法。如何加強對色彩表現與影像品質的掌握,就成為亟欲突破的挑戰。

經過和工研院多次討論後,新視代科技公司發現「快速色域量測技術」可以有效改善顯示器色彩的量測與調校,並可應用在設計端,從源頭管控色彩品質,客觀地獲得色彩數據並快速調校。因此雙方持續合作研究與修正,讓「快速色域量測技術」成為產品設計時的重要助力。

曾擔任新視代科技公司研發中心副處長的行銷企劃處處長李志鎬表示,在開發「快速色域量測技術」時,是先以較成熟的CCFL(冷陰極管)顯示器為量測研究平台,以了解技術應用在既有產品的特質與狀況,並同時探討競爭者對於色彩品質改進的做法和方向;而在LED背光技術逐漸成為趨勢主流下,後來也以LED顯示器進行測試。

建構未來技術發展基礎

李志鎬說,LED背光技術還算是很新的應用,面板特性與CCFL之間有許多不同之處,連生產製造的過程也會影響色彩表現,因此需要不斷地嘗試、量測、調校;與新視代科技公司過去在CCFL上開發的廣色域技術相較,第一次應用「快速色域量測技術」推出的結果自認為已有70分,也還有進步的空間。

林文斌則說,只依靠人的感官來做量測與調校,其實是很難在設計時提供即時的協助並確認品質,因而研發的執行者與管理者所想的,都是希望能獲得實際數據、避免人為因素,並能客觀、理性地衡量、調校,甚或是釐清技術極限與原因;如果無法取得數據比對或印證,就容易陷入各說各話的情形。採用「快速色域量測技術」還可省下許多時間,對於研發人員也是個福音。

李志鎬也強調,運用「快速色域量測技術」,可以清楚看到改變與進步的「腳印」,任何轉變過程都可以被記錄,能夠知道經過調校後是否有按照調整而變化,也能了解每個顏色是否落在預想設定的位置,是可以比較且更精準的;「透過快速反饋的機制,可以更快達到目標。」

即使目前LED背光技術的成熟度,與CCFL還是有落差,但結合「快速色域量測技術」,正好可以利用色域設定的方法突破改善,看到的顏色更廣、更多,而且還調得到,更可藉此追上或超越競爭者。李志鎬相當肯定導入「快速色域量測技術」之後,不論從技術研發或市場行銷的層面切入,對於廠商來說都是很不錯的立足點,也是未來能夠發光發熱的技術。

以消費者市場為導向

當然,以消費者的角度而言,所關心的是產品帶來的感覺與價值,也是廠商承受壓力與不斷改善的重要動力來源;新視代科技公司也以秉持一定要愈來愈好的態度,使顯示器產品能發揮市場價值,爭取消費者對技術應用的認同,甚至還能成為業界的焦點與風向球。

尤其面對日、韓大廠的競爭,李志鎬認為還需要更強勢地迎戰,並期待用更多更好的技術,表現產品特色,才能創造並保持領先,並成為品牌強勢的基因;同時也希望能與工研院持續合作,開發各類產品的新技術,多傾聽使用者的看法與意見,提供消費者想要的優質產品。(魏茂國)



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