CN101583989B - 多原色转换 - Google Patents

Abstract

一种把输入图像信号(IS)转换成用于驱动显示设备(DD)的子像素(SP)的驱动信号(DS)的方法，所述显示设备包括显示像素(DPI)，具有至少两个子像素组(SG1，SG2)能够对所显示的照度信息作贡献。所述转换包括多原色转换(MPC)，该多原色转换接收输入图像信号(IS)且是在约束(CO)下被执行的。所述约束(CO)通过以下方式被确定(CD)，即：使与所述至少两个子像素组(SG1，SG2)相关联的局部显示照度(DL1，DL2；DLD)基本上匹配于输入图像信号(IS)的输入像素(IP)的对应局部输入照度(L1，L2；LD)，由此得到对应于由关联于显示像素(DPI)的输入像素(IP)定义的输入照度图案的、由显示像素(DPI)定义的显示照度图案。

Description

多原色转换

发明领域

本发明涉及把输入图像信号转换成用于驱动显示设备的子像素的驱动信号，涉及用于把输入图像信号转换成用于驱动显示设备的子像素的驱动信号的转换单元，并且涉及相关的计算机程序产品。

本发明例如在大型矩阵显示器(例如像LCD显示器)中，以及在移动电话、个人数字助理、个人媒体播放器、数字照相机和数字摄像机内所使用的移动显示器中是有用的。

发明背景

增加小型RGB显示器的像素分辨率，会在孔径方面并因而在亮度方面造成严重的损失。显示器的像素的多原色(multi-primary)子像素布局的实现连同子像素渲染(sub-pixel rendering)一起允许使用较大的子像素，以及允许增加的通过滤色镜的透射，并因此允许增加的亮度，而对于感知的分辨率没有太多的影响。通过使用多原色显示器以及应用子像素渲染而减小像素分辨率，使能使用较少的驱动器。

对于全色再现，多原色显示器是具有多于三种标准原色的显示器，三种标准原色通常是红色R、绿色G和蓝色B。多原色显示器的例子是RGBW显示器，其像素包括R、G、B和白色W子像素。在这样的RGBW显示器中，光通过像素的透射被大大地增加，因为对于W子像素不需要滤色镜。然而，色域被减小，因为这个W子像素对于高亮度饱和色不能被激活。第二个优点是通过子像素渲染而增加的分辨率。

RGBW显示器的已知的子像素结构的一些例子是四像素结构(quadpixel configuration)、pentile(波形瓦)结构和纵条结构。其它现有的多原色显示器的例子是RGBY显示器，其中的一个子像素是黄色Y；或RGBCY显示器，其中像素包括附加的青色(cyan)C和黄色Y子像素。

子像素渲染为什么增加分辨率的根本原因是，每个子像素能够以比全像素更高的分辨率传送照度(luminance)信息。子像素渲染对于特定子像素结构的有效性受到以下因素的强烈影响，即每个像素可被指配给多少个照度点、以及这些照度点有多强。所谓的强是指可达到的且具有更类似的颜色的最大照度。在RGBW显示器中，两个照度点W和RGB是非常强的，包括W子像素的第一组子像素和包括R、G和B子像素的第二组子像素都能够产生具有高强度的相同的白色光。而且，W子像素的照度可以是非常高的。

用于子像素渲染的当前技术水平的视频链可包括缩放单元、预滤波器、多原色转换和子像素映射。缩放单元接收具有任意分辨率的RGB图像，并以匹配于显示器照度点分辨率的完全分辨率提供RGB图像。或换句话说，在完全分辨率RGB图像中，对于显示器的每个子像素都存在RGB样本。所述图像可以是静止图像或视频，并且可包括合成的和/或自然的信息。合成信息可以是计算机生成的信息，例如像文本和/或图形。自然信息例如可以是照片或影片。优选地，输入图像具有对应于可以由显示器的照度点代表的内容的图像细节。预滤波器对RGB完全分辨率图像进行滤波，以便去除不能由子像素渲染代表的(色度)细节而没有可见的人工产物。因此，细节被丢失，但颜色和照度被保持。多原色转换器把经滤波的RGB信号转换成完全分辨率RGBW信号。或者，更一般地，把三原色输入信号转换成与显示器的每一像素的三个以上的子像素相关联的多原色信号。子像素映射器生成用于子像素的驱动值，这是通过根据由对于该子像素位置的子像素图案规定的原色，从完全分辨率RGBW信号中选择驱动值而进行的。然而，这样的现有的子像素渲染算法具有如下缺点：文本的易读性，以及精细细节与数据图形图像的表示较差。

发明概要

本发明的目的是改进文本的易读性、或精细细节的表示、或数据图形图像的表示。

本发明的第一方面提供如在权利要求1中要求的转换。本发明的第二方面提供如在权利要求11中要求的转换单元。本发明的第三方面提供如在权利要求12中要求的计算机程序产品。有利的实施例在从属权利要求中定义。

按照本发明的第一方面的转换把输入图像信号转换成用于驱动显示设备的子像素的输出信号。正如通常所知的，多原色转换把由M个输入原色定义的输入信号转换成由N＞M个显示原色定义的输出信号。M和N是正整数。通常，N个显示原色与输送不同颜色光的N个子像素相关联。子像素可以生成光，或可以透射或反射光。显示设备包括显示像素，其具有至少两个子像素组，它们能够实质上对所显示的照度信息做贡献(contribute)。在RGBW显示器的例子中，所述两个组可以是RGB子像素或原色和W子像素或原色。替换地，所述两个组可以是G子像素和W子像素。

所述多原色转换在如下的约束下被执行，即：与所述至少两个子像素组相关联的局部显示照度基本上对应于输入像素的对应的局部输入照度。结果是由显示像素定义的显示照度图案基本上匹配于由对应的输入像素定义的输入照度图案。因此，原始图像中的照度梯度在显示器上被尽可能多地再现。“尽可能多”表明它取决于输入图像中的实际的梯度(照度和色度)，而不管是否有可能在输出图像上精确地再现这个梯度。例如，取决于输入图像的输入像素的照度和色度，可能出现限幅(clipping)。

必须指出，在现有技术的子像素渲染中，多原色转换可以在诸如相同照度约束那样的约束下被执行，但没有一个现有技术的子像素算法公开了照度梯度约束。

在一个实施例中，约束是通过计算与第一显示区域--其包括所述至少两个子像素组中的第一子像素组和第二子像素组--相关联的输入像素的第一输入照度而确定的。第二输入照度被对于与第二显示区域--其包括第一子像素组并且是第一显示区域的子区域--相关联的输入像素计算。约束被确定，以便得到一方面在第一输入照度和第二输入照度之间、以及另一方面在作为由第一显示区域所覆盖的子像素之照度的第一显示照度和作为由第二显示区域所覆盖的子像素之照度的第二显示照度之间的基本匹配的比值或差值。

在一个实施例中，第一显示区域覆盖所有类型的子像素，以便允许再现任何想要的颜色。因此，例如在RGBW显示器中，第一区域覆盖R、G、B和W子像素。第二显示区域覆盖允许再现任何想要的照度而不是任何想要的颜色的子像素。例如，在RGBW显示器中，第二区域覆盖W子像素或RGB子像素，或G子像素。必须指出，第二显示区域处在第一显示区域内。在这个方法中，多原色显示器的不同的照度点被最佳地使用来再现输入图像中的照度梯度和分辨率。

在一个实施例中，第一输入照度是通过使用第一滤波操作，以第一滤波核至少覆盖第一显示区域，而被计算的。第一滤波操作的滤波系数与由第一滤波核(filter kernel)覆盖的子像素的面积成比例。第二输入照度是通过使用第二滤波操作，以第二滤波核覆盖第二显示区域，而被计算的。第二滤波操作的滤波系数与由第二滤波核覆盖的子像素的面积成比例。对所覆盖的子像素的区域予以关注的这些滤波器的使用，提高了确定对于相关联的显示区域的输入照度的正确性。因此，将改善显示强度与输入强度的匹配。替换地，滤波核可以覆盖比第一和第二显示区域更大的区域，由此，甚至互相部分地重叠。所述系数不需要精确地与所覆盖的子像素的面积成比例。

在一个实施例中，第一输入照度和第二照度的计算使用滤波操作，以滤波核覆盖第一显示区域减去第二显示区域。该滤波的滤波系数与被覆盖的子像素的面积成比例。这个方法具有只需要单个滤波器的优点。

在一个实施例中，约束的确定把定义在第一显示照度和第二显示照度之间的比值或差值的方程式加到多原色转换，这样，第一输入照度和第二输入照度的比值或差值分别被匹配。把该方程式加到多原色转换是在照度梯度约束下执行多原色转换的简单的方法。

在一个实施例中，所述转换还包括子像素分布，它确定与由包括并包围具有特定颜色的特定子像素的区所覆盖的子像素相关联的局部输入照度。例如，在RGBW显示器中，该区可以覆盖W子像素和周围的RGB子像素的一些部分。现在，局部输入照度是W子像素的照度和RGB子像素的被覆盖部分的照度。多原色转换的输出图像信号被对于每个子像素而分布在该区的子像素上，以便得到分布的图像信号。所述分布是按照与由该区覆盖的子像素相关联的局部输入照度执行的，以便得到跨这些子像素的照度分布--其尽可能多地匹配于局部输入照度的照度分布。分布的图像信号被对于在该区中的所有子像素来按子像素累加。因此，现在局部输入照度既操纵多原色转换又操纵多原色转换的输出值在子像素上的分布，以便得到在显示器上的照度分布与在输入图像中的照度分布之间的最佳对应关系。

在一个实施例中，所述区是包括该至少两个子像素组中的第一子像素组和第二子像素组的显示区域。因此，子像素分布可以使用与确定多原色转换的约束所需要的相同的局部输入照度。

在一个实施例中，局部输入照度的确定包括：通过使用滤波操作，以滤波核覆盖所述区，而计算在该区中的每一特定颜色的总照度。所述滤波的滤波系数与对于具有特定颜色的子像素、由滤波核所覆盖的子像素的面积成比例。照度贡献被针对由该区所覆盖并具有特定颜色的每一个子像素而确定，所述确定是通过把总照度乘以该区内这些子像素中的特定子像素的相对面积、以及乘以输入图像中的这一个特定子像素的局部输入照度来进行的。

从下文所描述的实施例中，本发明的这些和其它方面是明显的，并将参考于这些实施例来阐述这些和其它方面。

附图简述

在图上：

图1示意性地显示转换器的框图，该转换器用于把相对于N原色定义的输入图像信号转换成对于显示设备的M＞N个原色的输出信号，

图2A和2B分别示意性地显示用于定义受约束的多原色转换器的约束的、在显示设备上选择的区域和在输入图像中对应的区域的例子，

图3A到3D示意性地显示选择的区域的另一个例子，

图4示意性地显示确定约束和受约束的多原色转换的实施例的更详细的框图，

图5示意性地显示确定约束的另一个实施例的更详细的框图，

图6示意性地显示子像素分布器的框图，以及

图7A到7C示意性地显示对于RGBW显示器绿色子像素的输出值的分布的例子。

应当指出，在不同的图上具有相同参考标号的项目具有相同的结构特征和相同的功能，或者是相同的信号。在已解释过这样的项目的功能和/或结构的场合下，没有必要在详细说明中重复解释这些功能和/或结构。

详细说明

图1示意性地显示转换器的框图，该转换器用于把相对于N原色定义的输入图像信号转换成对于M＞N个显示原色的输出信号。在紧接着的以下部分中，这对于显示设备DI阐述，所述显示设备DI每像素PI对于每个显示原色有单个子像素SP。

该转换器接收输入图像信号IS，其每一输入像素由定义N个输入原色的贡献的N个值定义。通常，输入信号是相对于三原色R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)定义的RGB信号。输入信号的任何其它表示法，例如像YUV，可被转换成RGB信号。通常，这些RGB原色是EBU原色。然而，也可以处理相对于另一数目N个其它原色定义的任何其它信号。

该转换器把M个驱动信号DS提供到显示设备DD，以便驱动显示设备DD的显示像素DPI的M个子像素SP。在图1所示的例子中，显示设备DD是RGBW显示器，显示像素DPI包括由所贡献的光的颜色(R、G、B和W(白色))指示的M＝4个子像素SP。子像素SP的颜色也被称为显示原色。该显示器具有一个以上组的子像素SP，它们能够显著地对显示像素DPI的照度作贡献。在所示的例子中，一个组SG1包含W子像素，而另一个组SG2包含G子像素或RGB子像素。

该转换器包括多原色转换器MPC，它把相对于N个输入原色定义的输入图像信号IS转换成相对于显示原色定义的输出信号OS。子像素分布器SPD把输出信号OS分布(或分配)到在被处理的输出信号像素的空间周围的子像素SP。例如，对于RGBW显示器，由对于三个输入原色RGB的三个值定义的输入像素被转换成对于四个子像素SP的四个驱动值DS。多原色转换器MPC接收由约束定义单元CD生成的约束CO。约束定义单元CD使用区域信息A1、A2或AD(见图2)，其定义在显示器DD上的覆盖子像素的区域。约束定义单元CD使用这些区域来创建约束CO，以使得由子像素SP再现的区域的照度尽可能多地对应于输入图像IS中对应区域的输入像素的照度。约束定义单元CD的操作将相对于图2更详细地进行讨论。

子像素分布SPD也可以使用输入像素的输入照度分布来操纵多原色转换器MPC的输出图像信号OS到驱动值DS并从而是到子像素SP的分配。这个被操纵的子像素分布SPD将参照图6和图7进行描述。

图2A和2B分别示意性地显示对于定义受约束的多原色转换器的约束所需要的、在显示设备上选择的区域和在输入图像上所对应的区域的例子。

图2A显示了显示设备DD的子像素网格SPG的例子，该显示设备DD在所示的例子中是RGBW显示器。由相同的灰影指示的子像素SP对应于相同的颜色。区域A1以最大的圆为边，并覆盖在这个最大的圆里面的子像素(或它们的部分)。区域A2以最小的圆为边，并覆盖在这个最小的圆里面的子像素(或它们的部分)。

区域或区A2被选择为覆盖足够的子像素SP，以便得到任何想要的照度。在所示的例子中，区域A2覆盖RGB子像素的至少一部分。如果W子像素被选择为中心像素，则区域A2可被选择为覆盖W子像素(的一部分)。优选地，区域A2被选择成使得它较强地相关于显示像素DPI的单个照度点。在RGBW显示器中，存在输送高照度信息的两个照度点：W子像素和RGB子像素组。替换地，G子像素单独地也可以被看作为高照度点，然而，这个照度点具有绿颜色，它背离另一个高照度点的白颜色。在一个实施例中，较强地相关意味着区域A2尽可能多地覆盖单个高照度点并尽可能少地覆盖另外的照度点。区域A1被选择为覆盖所有类型的子像素SP(或至少其一些部分)，以便得到任何想要的颜色。因此，区域A1覆盖足够的子像素(或其一些部分)，以使得两个高照度点被覆盖。优选地，区域A1不覆盖比覆盖两个照度点的单个组合所需要的更多的子像素。在区域A1内的两个照度点之一也是在区域A2内。或换句话说，区域A2处在区域A1内。虽然在所示的例子中，两个区域A1和A2具有圆形周界，但也可以选择两个区域A1、A2的任何其它适当的形状。

图2B显示输入图像信号IS的输入像素的输入像素网格IPG。在输入像素网格IPG中，区域A2的中心处在对应于由输出子像素网格SPG中的区域A2所覆盖的子像素组的输入像素。在输入像素网格IPG中，区域A1具有与在输出子像素网格SPG中的相同的相对于区域A2的关系。照度L1是在区域A1内的输入像素(或其被覆盖的部分)的照度，以及照度L2是在区域A2中的输入像素(或其被覆盖的部分)的照度。

区域A1和A2被选择成能够操纵多原色转换MPC，以使得在输出子像素网格SPG中的区域A1和A2的子像素SP的照度DL1、DL2分别尽可能多地对应于在输入像素网格IPG中的区域A1和A2的照度L1和L2。替换地，不是匹配两个照度L1和L2，而是可以把在区域A2-A1的输出子像素网格SPG中的照度DLD匹配于在输入像素网格IPG中的对应区域AD的照度LD，其中区域A2-A1是在输出子像素网格SPG中介于最大和最小圆形之间的区域。区域A1和A2被显示为在输出子像素网格SPG和输入像素网格IPG中具有相同的尺度，因为输入像素网格IPG被缩放成适合于输出子像素网格SPG。

在一个实施例中，较大的区域A1是相关于较小的区域A2被选择的，以便得到这样的差值区域AD或A2-A1，即该差值区域覆盖对于生成有关区域A2的照度点之外的另一个照度点所需要的相邻的子像素。然而，取决于子像素图案，区域A1可包括对区域A2所覆盖的照度点作贡献的其它子像素或子像素部分。事实上，在区域A1与A2之间的面积差值定义这样的区域，在其上由子像素创建的照度分布对应于相关联的输入像素的照度分布。对于小的差值面积，出现较小的平均，并且可以再现高频空间照度分布(或高照度梯度)，但仅仅是非常局部地。这个非常局部的方法对于在输出子像素网格SPG上显示的图像的相邻区域，可以引起非连续性人工产物。对于相对较大的差值面积，非连续性人工产物将是较小的，但由于照度的平均，照度分辨率将有损失。

图3A到3D示意性地显示选择的区域的另一个例子。

图3A所示的例子显示在RGBW显示器的显示屏幕的子像素网格SPG中的区域或子区A1和A2，其分别用于绿色和白色、以及绿色照度点。这实际上是用于白色和绿色的照度点的最接近的邻居。子区A1和A2的形状例如可以从形成沃罗努瓦(Voronoi)照度点图得到。在图3A所示的例子中，子区或区域A1以连接绿色子像素G1、G2、G3和G4的中心点的矩形为边，以及子区或区域A2以连接红色子像素R1和R2与蓝色子像素B 1和B2的中心点的矩形为边。白色子像素用W1表示。

图3B显示在输入像素网格IPG中的相关联的输入像素照度YG1、YR1、YG2、YB1、YW1、YB2、YG3、YR2和YG4。根据所选择的子区A1和A2，在图3C和3D分别显示了用于既确定白色照度YW又确定绿色照度YG的贡献。必须指出，这些贡献矩阵的和值形成整个区的贡献矩阵。这些贡献矩阵被使用来采样照度图像，导致对于各组绿色和白色照度点的想要的照度：

YW＝YW1+1/4(YR1+YR2)+1/4(YB1+YB2)

YG＝1/4(YG1+YG2+YG3+YG4)+1/4(YR1+YR2)+1/4(YB1+YB2)

必须指出，这些贡献矩阵和它们被使用的方式实际上是对照度输入图像操作的滤波核。如图所示，所述滤波核取决于中心子像素。该核可以计及更宽的区，或可以加上锐化。当中心子像素是白色子像素W1时，差值信号被定义为：

ΔY＝YW-YG＝YW1-1/4(YG1+YG2+YG3+YG4)

这个差值信号被用作为多原色转换时的约束，以便有效地消除一个自由度。

多原色转换遵从以下的通用矩阵方程，其中当颜色C＝(Cx，Cy，Cz)被定义在XYZ颜色坐标系统中时，该颜色由驱动值(RGBW)的线性组合确定：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Cx}\\ \mathrm{Cy}\\ \mathrm{Cz}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{Rx}& \mathrm{Gx}& \mathrm{Bx}& \mathrm{Wx}\\ \mathrm{Ry}& \mathrm{Gy}& \mathrm{By}& \mathrm{Wy}\\ \mathrm{Rz}& \mathrm{Gz}& \mathrm{Bz}& \mathrm{Wz}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\\ W\end{array}\right]$

在实际的实现中，归一化的RGBW驱动值被约束为处在0.0(完全关断)与1.0(完全接通)之间。例如，在模拟实现中，这些边界值通常涉及到所使用的电源电压，而在数字实现中，这个范围是可由所选数目的比特代表的数字字的归一化范围。在中心矩阵中，列(例如，Rx Ry Rz)代表个体原色的颜色点。行Ry Gy By Wy代表每个显示原色的照度。必须指出，这个方程式是欠定的(underdetermined)，它允许对于形成同一个目标颜色C的驱动值RGBW有许多解。解的这种自由度被使用来操纵照度趋向绿色或白色。事实上，试图得到最佳照度平衡。这是通过向所述矩阵方程添加从以上对于YW和YG的方程式中直接得出的两个额外“约束”行而达到的：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Cx}\\ \mathrm{Cy}\\ \mathrm{Cz}\\ \mathrm{YW}\\ \mathrm{YG}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{Rx}& \mathrm{Gx}& \mathrm{Bx}& \mathrm{Wx}\\ \mathrm{Ry}& \mathrm{Gy}& \mathrm{By}& \mathrm{Wy}\\ \mathrm{Rz}& \mathrm{Ry}& \mathrm{Bz}& \mathrm{Wz}\\ 1/2\mathrm{Ry}& 0& 1/2\mathrm{By}& \mathrm{Wy}\\ 1/2\mathrm{Ry}& \mathrm{Gy}& 1/2\mathrm{By}& 0\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\\ W\end{array}\right]$

这些约束行有效地强迫驱动值RGBW，以使得达到各个照度点子区YW、YG的想要的照度。更严密的检查揭示：约束行4和5加起来等于行2。以上矩阵的秩因此是4，这意味着，通过从行4减去行5(或用相反方式)，该矩阵可被简化：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Cx}\\ \mathrm{Cy}\\ \mathrm{Cz}\\ \mathrm{\ΔY}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{Rx}& \mathrm{Gx}& \mathrm{Bx}& \mathrm{Wx}\\ \mathrm{Ry}& \mathrm{Gy}& \mathrm{By}& \mathrm{Wy}\\ \mathrm{Rz}& \mathrm{Gz}& \mathrm{Bz}& \mathrm{Wz}\\ 0& -\mathrm{Gy}& 0& \mathrm{Wy}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\\ W\end{array}\right]$

这展示了照度差值信号ΔY的使用。中心矩阵是静态的(它的系数不改变)，满秩的，所以它的逆可以被计算和被存储在系统中。该逆矩阵被定义为：

$\mathrm{Mxyz}={\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{Rx}& \mathrm{Gx}& \mathrm{Bx}& \mathrm{Wx}\\ \mathrm{Ry}& \mathrm{Gy}& \mathrm{By}& \mathrm{Wy}\\ \mathrm{Rz}& \mathrm{Gz}& \mathrm{Bz}& \mathrm{Wz}\\ 0& -\mathrm{Gy}& 0& \mathrm{Wy}\end{array}\right]}^{-1}$

这个逆矩阵被使用来计算驱动电平Ro、Go、Bo、Wo的最佳组合：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Ro}\\ \mathrm{Go}\\ \mathrm{Bo}\\ \mathrm{Wo}\end{array}\right]=\mathrm{Mxyz}\·\left[\begin{array}{c}\mathrm{Cx}\\ \mathrm{Cy}\\ \mathrm{Cz}\\ \mathrm{\ΔY}\end{array}\right]$

同样地，矩阵RGB可被定义并给出为：

$\mathrm{Mrgb}={\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{Rx}& \mathrm{Gx}& \mathrm{Bx}& \mathrm{Wx}\\ \mathrm{Ry}& \mathrm{Gy}& \mathrm{By}& \mathrm{Wy}\\ \mathrm{Rz}& \mathrm{Gz}& \mathrm{Bz}& \mathrm{Wz}\\ 0& -\mathrm{Gy}& 0& \mathrm{Wy}\end{array}\right]}^{-1}\·\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{Rx}& \mathrm{Gx}& \mathrm{Bx}& 0\\ \mathrm{Ry}& \mathrm{Gy}& \mathrm{By}& 0\\ \mathrm{Rz}& \mathrm{Gz}& \mathrm{Bz}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

它执行与XYZ矩阵类似的任务，但现在用于在RGB中直接定义的输入颜色C＝(CR CG CB)。对于最佳驱动电平的计算于是变为：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Ro}\\ \mathrm{Go}\\ \mathrm{Bo}\\ \mathrm{Wo}\end{array}\right]=\mathrm{Mrgb}\·\left[\begin{array}{c}\mathrm{CR}\\ \mathrm{CG}\\ \mathrm{CB}\\ \mathrm{\ΔY}\end{array}\right]$

驱动值的最佳组合不能总是在实际的显示器上实现，因为它们必须处在0.0至1.0之间的有效范围内。通常，在有效范围以外的值被硬限幅或软限幅。在WO2006/106457(ID692833)中描述了在对于驱动值的最佳选择的约束下执行适当的多原色转换的电路的例子。图4所示的框图是基于这个电路。

图4示意性地显示约束的确定和受约束的多原色转换的实施例的更详细的框图。

显示区域选择器DAS在显示设备DD的子像素网格SPG上选择在其上应当施加照度约束LC的区域A1-A2或区域A1、A2。所述选择可以依赖于实际的子像素图案SPP。显示区域选择器DAS可以实际上接收关于子像素图案SPP的输入，这样，区域选择是对于实际的显示器定制的。替换地，如果子像素图案SPP是熟知的，则所选择的区域A1、A2可以被预先存储。照度约束LC必须涉及到不同的子像素组，这些子像素组包括对照度具有贡献的不同颜色的子像素。例如，在RGBW显示器中，子像素形成红色、绿色、蓝色和白色原色。第一组可包括白色子像素，第二组可包括绿色子像素或绿色、红色和蓝色子像素。必须指出，所选择的子像素组可以仅仅包括单个子像素。

输入照度确定单元ILD为输入像素IP(或其的一些部分)确定在输入像素网格IPG中的输入像素IP的输入照度DL(见图5)或者L1和L2，该输入像素IP分别对应于区域A1-A2(见图5)或者区域A1和A2，这些区域是在子像素网格SPG中选择的。这个输入照度DL或者这些输入照度L1和L2在多原色转换MPC中被使用来在约束CO下执行转换，其中所述约束CO是：区域A1-A2或区域A1和A2的对应的显示照度分别匹配于输入照度DL或L1和L2。

为了确定照度L1和L2，输入照度确定单元ILD可包括两个滤波器FI1和FI2，它们分别使用区域A1和A2作为滤波核并使用系数FC来滤波输入图像信号IS的输入像素，所述系数FC取决于分别由区域A1和A2所覆盖的子像素部分的相对面积。如果使用增量(delta)照度和增量区域，则单个滤波器FI(见图5)就足够了。因此，显示区域选择器DAS也可以称为核选择器，并且输入照度确定单元ILD可被称为滤波器。

因为三到四的多原色转换MPC具有单个自由度，所以可以施加一个约束CO。这个单一的约束CO可被定义为在两个区域的两个输入照度L1和L2之间的比值或差值，或被定义为两个区域A1和A2的增量区域A1-A2的单个照度DL。第二区域A2可被选择为覆盖第一子像素组SG 1，第一区域A1可被选择为既覆盖第一子像素组SG1又覆盖第二子像素组SG2。例如，在RGBW显示器中，第一子像素组SG1可包括白色子像素W，以及第二区域A2包括白色子像素W和它的紧邻的周围。该紧邻的周围可包括全部的或部分的周围的RGB子像素。如果部分的周围的子像素被覆盖，则它对于在输入图像中定义第二照度L2的贡献与这个部分成比例，正如可以由滤波系数FC采定义的。

第一区域A1包括第二区域A2和它的紧邻的周围的子像素。再次地，如果紧邻的周围的子像素仅仅部分地被覆盖，则对于在输入图像中定义的第一照度L1的贡献与这个部分成比例。优选地，可被称为中心区域的第二区域A2被选择成覆盖足够的子像素，以造成任何想要的照度，以及可被称为整个区域的第一区域A1被选择成覆盖所有类型的子像素，以造成任何想要的颜色。或换句话说，第二区域A2基本上覆盖单个照度点，而第一区域A1覆盖这单个照度点和另一个照度点(或部分的其它照度点)。现在，在输入图像上分别对应于两个区域A1和A2的照度L1和L2被确定，以及多原色转换MPC被操纵，这样，显示器上的两个区域A1和A2中的照度DL1和DL2匹配于输入图像上的两个区域A1和A2中的照度L1和L2。当然，代替于匹配这两个照度L1和L2，可以匹配差值区域A1-A2的照度DL。

必须指出，对于三个到四个以上原色的多原色转换MPC，可以加上更多的约束CO，以便得到确定性解。例如，在具有五个原色的显示器中，可以定义每一显示像素DPI有三个照度点，以及可以定义两个约束CO，以便消除三到五的多原色转换MPC中的两个自由度。替换地，通过仅仅使用照度约束CO的子集，可以仅仅消除自由度的子集。现在，可以留下剩余的自由度，或剩余的自由度可被使用于另一个约束。

多原色转换MPC包括矩阵计算单元MC，它通过使用显示原色的坐标PCO和显示器(DI)的子像素图案(SPP)来分别引入约束CO作为两个额外方程或一个额外方程(正如以前阐述的)，从而如前面描述的那样去计算矩阵Mxyz或Mrgb。矩阵乘法单元MM把这个矩阵Mxyz或Mrgb与像素输入值CR、CG、CB和增量照度相乘(确定它们的内积)，以按照已经介绍的方程式计算对于W子像素的最佳驱动值：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Ro}\\ \mathrm{Go}\\ \mathrm{Bo}\\ \mathrm{Wo}\end{array}\right]=\mathrm{Mrgb}\·\left[\begin{array}{c}\mathrm{CR}\\ \mathrm{CG}\\ \mathrm{CB}\\ \mathrm{\ΔY}\end{array}\right]$

正如这个方程式所显示的，还可以直接计算对于红色、绿色、蓝色子像素的最佳值Ro、Go、Bo。然而，图4显示了更有效的方法，它进一步注意把驱动值限幅到有效的范围，该范围通常被归一化为包括边界值的0到1的范围。在图4上，对于W、R、G、B子像素的被限幅的最佳值分别被称为WOS、ROS、GOS和BOS。

最小/最大电路MIMA确定对于W驱动信号有效值的最小和最大边界。最小/最大电路MIMA控制限幅电路CLI来把Wo的任何归一化的负值限幅到零，以及把大于1的任何归一化的正值限幅到1。而且，Wo的有效值依赖于Ro、Go、Bo值的实际值。Wo的最大值不能高于Ro、Go、Bo值的最小值，以及如果Ro、Go、Bo数值的至少一项大于1，则Wo的最小值可以大于零。Wo的被限幅值是对于W子像素的输出值WOS。减法电路SU1、SU2和SU3分别从输入值CR、CG和CB中减去被限幅值WOS。如果需要的话，最终得到的差值信号在限幅电路CL2中被限幅，以便提供多原色转换的输出信号OS，其分量是分别对于R、G和B子像素的输出信号ROS、GOS和BOS。

相同的方案对于任何其它多原色系统是有效的，然而，多原色转换器可能变为更复杂，在WO2006/106457中描述了一个例子。

图5示意性地显示确定约束的另一个实施例的更详细的框图。在这个实施例中，使用单个滤波器FI来确定增量照度DL。现在显示区域选择器DAS在显示设备DD的子像素网格SPG上选择增量区域DA＝A1-A2。对于在输入像素网格IPG中的增量区域DA内的输入像素或输入像素部分，输入照度确定单元ILD确定输入照度信号IS的输入像素的贡献的照度DL。现在，矩阵计算单元MC包括作为对多原色转换MPC矩阵的约束CO的、对于增量照度ΔY的方程式。

图6示意性地显示子像素分布器的框图。

通常，按照本发明，子像素分布器把多原色转换MPC的输出值ROS、GOS、BOS、WOS分布在包围并包括具有特定颜色的中心子像素的子像素区SPR。取决于中心子像素的颜色，这样的子像素区SPR可被选择为例如是区域A1或A2，如图3A所示。中心子像素是为其分布输出值的那个特定的子像素。所述分布不是在所有的方向上均匀的，而是取决于在对应于该特定子像素的输入图像区IPR中的输入图像IS上的照度梯度。输入图像中输入像素的这样的区可以是如图3B所示的区域A1或A2。因此，在输入图像IPR上的、对应于子像素区SPR的区的照度被用作为在子像素区SPR中分布每一个子像素的每一个输出值ROS、GOS、BOS、WOS的指导。

通常，所述分布使用这样的法则：如果子像素SP之一具有(相对)低的关联的照度，则把高的驱动值分布到它就没有意义。或换句话说，如果在输入像素网格IPG的输入图像区IPR中，在对应于特定子像素SP的照度点的特定位置处的输入像素照度具有低的值，则低的驱动值应当被分布到这个特定的子像素SP。子像素分布器从多原色转换器MPC接收对于每个子像素SP的成组的输出值ROS、GOS、BOS、WOS。而且，需要关于上述的子像素区SPR的子像素图案SPP的信息，其规定在该区中的子像素SP属于哪些原色，以及需要关于在所讨论的子像素SP周围的输入图像区IPR中想要的照度值的信息。

首先，简要地讨论图6所示的电路。图6所示电路的操作参照图7、对于G子像素的GOS输出值的分布的例子更详细地描述。

分布器DIS把由多原色转换器MPC提供的RGBW输出值ROS、GOS、BOS、WOS分布成通过累加电路ACC累加的被分布的信号DI，以便得到驱动信号DS。驱动信号DS具有分别用于RGBW子像素SP的分量RDS、GDS、BDS和WDS。RGBW输出值ROS、GOS、BOS、WOS中的每一个按照分布系数DCO被单独地分布，以使得特定颜色的输出值被分布在用于在所选择子像素区SPR内这个特定原色的子像素SP的驱动信号DS上。累加电路ACC累加在整个图像上的被计算的RGBW区SPR。对于特定子像素SP的每个输出值被部分地分布到在该子像素区SPR中的周围的子像素SP。这暗示每个子像素SP接收来自其邻居的对于它自己的驱动值的贡献。这些贡献被累加器ACC求和，并且如果需要的话，被限幅(未示出)到有效的范围，以便得到对于这个子像素SP的驱动信号DS。

总照度计算电路CTL通过使用在图3B的输入像素区IPR中的照度分布，计算分别对于每一个原色R、G、B、W的总照度YRT、YGT、YBT、YWT。总照度计算电路CTL从子像素区SPR检索显示器DD的不同颜色的子像素SP的位置，这提供了在这个区SPR中的子像素图案SPP。该子像素图案SPP可以等同于图3A所示的子像素图案。正如对于图3那样的，输入像素区IPR和子像素区SPR具有一对一的关系。

乘法系数确定器MCD将对于具有特定颜色的每个子像素SP的乘法系数MCO确定为所讨论的子像素SP的照度贡献相比于具有特定颜色的这些子像素SP的总照度。所讨论的子像素SP的照度贡献与总照度的比值由以下项来定义：(i)所讨论的子像素SP对于在所选区域A1或A2中具有这种颜色的这些子像素SP的总面积的面积贡献，也参阅图3A和3B；以及(ii)在如图3B所示的输入图像IS中的照度图案IPR。因此，乘法系数确定器MCD需要接收总照度YRT、YGT、YBT、YWT，照度图案IPR和子像素图案SPP。面积比由在区A1和A2中的子像素SP的部分的面积来定义。

图7A到7C示意性地显示对于RGBW显示器的绿色子像素的输出值的分布的例子。

图7A显示所选择的子像素区SPR，其中子像素SP的颜色由大写字母表示，数字是标识具有相同颜色的子像素SP。在所示的例子中，G1到G4表示绿色子像素，R1和R2表示红色子像素，B1和B2表示蓝色子像素，以及W1表示中心白色子像素。

图7B显示对应于所选子像素区SPR的输入像素区IPR。输入像素的局部照度YL被表示为与在子像素区SPR中的子像素的颜色相链接。对应于绿色子像素G1到G4的输入像素IP的局部照度YL是YG1到YG4，对应于红色子像素R1和R2的输入像素的照度是YR1和YR2，对应于蓝色子像素B1和B2的输入像素的照度是YB1和YB2，最后，对应于白色子像素W1的输入像素的照度是YW1。

图7C显示灰度级，它表示对于在中心像素W1周围的区中的绿色子像素G1到G4的多原色转换MPC的输出值如何被分布到、或分配给这些绿色子像素G1到G4。如从图7B和7C可以看到的，按照在与绿色子像素G1到G4相关联的单独输入像素上的照度分布YG1到YG4，把对于输入像素区IPR中的绿色子像素的总照度YT分布到绿色子像素G1到G4，以便得到照度GDS1到GDS4。

换句话说，对于绿色G驱动值的分布，首先确定在子像素区SPR内的绿色子像素G1到G4的位置。其次，检索对应的想要的照度YG1到YG4。然后，把用于G子像素的驱动值GDS与这些照度成比例地分布。为了计算分布比例，首先计算绿色子像素G1到G4的总照度YT，并用在该区SPR中的绿色子像素G1到G4的贡献系数(例如像已经对于多原色转换MPC定义的，见图3C)对其进行加权。总照度被定义为：

YGT＝1/4(YG1+YG2+YG3+YG4)

必须指出，对于RGBW四方布局的这个特定的实施例，所有的系数都等于1/4。然而，对于其它布局，诸如像RGBW pentile布局，情形就不是这样。加权可被使用来产生位置较近的子像素相对于位置较远离的子像素的优先。可建议把分布的颜色保持得尽可能接近于中心子像素。加权可以再次被看作为每一显示原色的滤波核，其也随中心子像素而变化。

然后按照下式计算对于绿色子像素G1到G4的分布：

$\mathrm{GDS}1=\mathrm{GOS}\·\left(\frac{1/4\·\mathrm{YG}1}{\mathrm{YT}}\right)$

$\mathrm{GDS}2=\mathrm{GOS}\·\left(\frac{1/4\·\mathrm{YG}2}{\mathrm{YT}}\right)$

$\mathrm{GDS}3=\mathrm{GOS}\·\left(\frac{1/4\·\mathrm{YG}3}{\mathrm{YT}}\right)$

$\mathrm{GDS}4=\mathrm{GOS}\·\left(\frac{1/4\·\mathrm{YG}4}{\mathrm{YT}}\right)$

按照这个分布，整个驱动值GOS被完全地分布：

GOS＝GDS1+GDS2+GDS3+GDS4

然后对于其它原色驱动值WOS、ROS和BOS进行同样的处理过程。

必须指出，上面的实施例仅仅是指导原则，以及所述分布应当基本上与照度分布YL成比例。任何可比的方案都可以满足。在例如仅仅绿色子像素之一(例如，具有照度YG4的G4子像素)具有某个照度而其余全黑的极端情形下，整个驱动值GOS被传递到仅仅那个特定的绿色子像素G4。这个分布水平然后极有可能导致对于该子像素G4的限幅。如果对分布因子

的范围加上约束，则这可以被避免。

应当指出，上述的实施例是说明而不是限制本发明，本领域技术人员将能够设计出许多替换实施例，而不背离所附权利要求的范围。

虽然本发明是以许多用于RGBW显示器的实施例来阐述的，但类似的方法对于其它多原色显示器也是有效的。此外，所显示的子像素图案仅仅是例子，本发明可适用于任何能够创建一个以上照度点的子像素图案。

虽然本发明是通过描述硬件块的功能而被阐述的，但可以使用适当地编程的计算机而不是专用硬件来执行所述功能。该程序代码可以是在计算机程序产品上可得到的，或者可被实现为软件应用中的插件。

在权利要求中，放置在括号之间的任何参考标号不应当解释为限制权利要求。动词“包括”及其变化形式的使用不排除与权利要求中所陈述的那些不同的单元或步骤的存在。在单元前面的冠词“一”或“一个”不排除多个这样的单元的存在。本发明可以藉助于包括几个不同单元的硬件和藉助于适当地编程的计算机而被实现。在枚举几个装置的设备权利要求中，这些装置中的若干装置可以由同一个硬件项目来体现。某些措施在互相不同的从属的权利要求中被叙述的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能被使用来获益。

Claims (11)

1.一种把输入图像信号(IS)转换成用于驱动显示设备(DD)的子像素(SP)的驱动信号(DS)的方法，所述显示设备包括显示像素(DPI)，具有至少第一子像素组(SG1)和第二子像素组(SG2)能够对所显示的照度信息作贡献，所述转换包括：

-多原色转换(MPC)，用于接收输入图像信号(IS)且在约束(CO)下被执行，

-选择(DAS)第一显示区域(A1)和第二显示区域(A2)，该第一显示区域包括所述第一子像素组(SG1)和第二子像素组(SG2)，该第二显示区域包括所述第一子像素组(SG1)且是所述第一显示区域(A1)的子区域，以及

-将该约束(CO)确定为所述第一显示区域和第二显示区域的两个输入照度(L1，L2)之间的比值或差值，或者确定为所述第一显示区域和第二显示区域的增量区域(A1-A2)的单个照度(DL)，以使得与该第一和第二子像素组(SG1，SG2)相关联的局部显示照度(DL1，DL2；DLD)基本上匹配于输入图像信号(IS)的输入像素(IP)的对应局部输入照度(L1，L2；LD)，由此得到由显示像素(DPI)定义的显示照度图案，这里所述显示照度图案对应于与该显示像素(DPI)相关联的输入像素(IP)定义的输入照度图案。

2.如在权利要求1中要求的方法，其中所述确定(CD)该约束(CO)进一步包括：

-计算(ILD)用于与所述第一显示区域(A1)相关联的输入像素(IP)的第一输入照度(L1)，

-计算(ILD)用于与所述第二显示区域(A2)相关联的输入像素(IP)的第二输入照度(L2)，以及

-确定(MC)该约束(CO)，以便得到在第一输入照度(L1)和第二输入照度(L2)之间的比值或差值与在作为由第一显示区域(A1)覆盖的子像素(SP)之照度的第一显示照度(DL1)和作为由第二显示区域(A2)覆盖的子像素(SP)之照度的第二显示照度(DL2)之间的比值或差值的基本匹配。

3.如在权利要求2中要求的方法，其中第一显示区域(A1)覆盖所有类型的子像素(SP)，以便允许再现任何想要的颜色。

4.如在权利要求2中要求的方法，其中

-所述计算(ILD)第一输入照度(L1)使用第一滤波操作(FI1)，以第一滤波核至少覆盖该第一显示区域(A1)，该第一滤波(FI1)的第一滤波系数与由第一滤波核覆盖的子像素(SP)的面积成比例，

-所述计算(ILD)第二输入照度包括第二滤波操作(FI2)，以第二滤波核覆盖该第二显示区域(A2)，该第二滤波(FI2)的第二滤波系数与由第二滤波核覆盖的子像素(SP)的面积成比例。

5.如在权利要求2中要求的方法，其中所述计算(ILD)第一输入照度(L1)和第二输入照度(L2)使用滤波操作(FI)，以滤波核覆盖第一显示区域(A1)与第二显示区域(A2)的增量区域(AD)，该滤波(FI)的滤波系数与由该增量区域(AD)覆盖的子像素(SP)的面积成比例。

6.如在权利要求2中要求的方法，其中所述确定(MC)该约束(CO)把方程式加到多原色转换(MPC)，定义在第一显示照度(DL1)和第二显示照度(DL2)之间的比值或差值分别基本上匹配于第一输入照度(L1)和第二输入照度(L2)的比值或差值。

7.如在权利要求1中要求的方法，还包括矩阵乘法(MM)，用于把输入图像信号(IS)与矩阵相乘，以便得到多原色转换(MPC)的输出信号，所述矩阵由与子像素(SP)相关联的原色的坐标和显示的子像素图案(SPP)定义并包括该约束(CO)。

8.如在权利要求1中要求的方法，还包括

-确定(CTL，MCD)与由包括并包围具有特定颜色的特定子像素(SP)的子像素区(SPR)所覆盖的子像素(SP)相关联的局部输入照度(YL)，以便得到多原色转换(MPC)的输出信号，

-把子像素(SP)的多原色转换(MPC)的输出图像信号(OS)分布(DIS)在该子像素区(SPR)的子像素(SP)上，以便得到分布的图像信号(DI)，所述分布(DIS)是按照与该子像素区(SPR)所覆盖的子像素(SP)相关联的局部输入照度(YL)来执行的，以便得到对应于该局部输入照度(YL)的照度分布的、在所述子像素(SP)上的照度分布，以及

-对于该区(RE)中的所有子像素(SP)，累加(ACC)每一子像素(SP)的被分布的图像信号(DI)，以便得到对于所述子像素(SP)的驱动信号(DS)。

9.如在权利要求8中要求的方法，其中所述子像素区(SPR)是包括所述至少两个子像素组中的第一子像素组(SG1)和第二子像素组(SG2)的显示区域(A1)。

10.如在权利要求8中要求的方法，其中所述确定(CTL，MCD)局部输入照度(YL)包括

-计算(CTL)与特定子像素(SP)相关联的每一特定显示原色的总照度，所述计算是通过使用滤波操作，以滤波核覆盖对应于子像素区(SPR)的输入像素区(IPR)来进行的，其中该滤波的滤波系数与由该滤波核覆盖并与该特定子像素(SP)的特定颜色相关联的子像素(SP)的面积成比例，以及

-确定(MCD)对于由所述子像素区(SPR)覆盖并具有特定颜色的每一个子像素(SP)的照度贡献，所述确定是通过把总照度乘以该子像素区(SPR)中这些子像素(SP)中的特定子像素的相对面积以及乘以输入图像(IS)中这个特定子像素(SP)的局部输入照度(YL)来进行。

11.一种用于把输入图像信号(IS)转换成用于驱动显示设备(DD)的子像素(SP)的驱动信号(DS)的转换单元，所述显示设备包括显示像素(DPI)，具有至少第一子像素组(SG1)和第二子像素组(SG2)能够贡献到所显示的照度信息，该转换单元包括：

-多原色转换器(MPC)，用于接收输入图像信号(IS)且是在约束(CO)下被执行的，

-显示区域选择器(DAS)，用于选择第一显示区域(A1)和第二显示区域(A2)，该第一显示区域包括所述第一子像素组(SG1)和第二子像素组(SG2)，该第二显示区域包括所述第一子像素组(SG1)且是所述第一显示区域(A1)的子区域，以及

-约束确定单元(CD)，用于将该约束(CO)确定为所述第一显示区域和第二显示区域的两个输入照度(L1，L2)之间的比值或差值，或者确定为所述第一显示区域和第二显示区域的增量区域(A1-A2)的单个照度(DL)，以使得：与所述第一和第二子像素组(SG1，SG2)相关联的局部显示照度(DL1，DL2；DLD)基本上匹配于输入图像信号(IS)的输入像素(IP)的对应局部输入照度(L1，L2；LD)，由此得到由显示像素(DPI)定义的显示照度图案，这里所述显示照度图案对应于与显示像素(DPI)相关联的输入像素(IP)所定义的输入照度图案。

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