CN105261321A - 一种像素渲染方法、像素渲染装置和显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种像素渲染方法、像素渲染装置和显示器。所述像素渲染方法包括获取原始图像像素在RGB色彩空间的三基色分量的灰阶值，并转换为补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值；对补偿图像进行采样，将每行中相邻两个补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值设定为每行屏幕像素中相应子像素的灰阶值。本申请的像素渲染方法能够避免出现彩边的缺陷，并且加载至屏幕像素的补偿分量还能补偿由于舍弃部分原始图像像素带来的亮度降低，保证渲染完成后屏幕图像的亮度。

Description

一种像素渲染方法、像素渲染装置和显示器

技术领域

本发明涉及显示技术领域，具体地说，涉及一种像素渲染方法、像素渲染装置和显示器。

背景技术

数字图像通常包括有若干个图像像素，每一图像像素具有有限个离散的颜色数值。例如，这些颜色数值是在红绿蓝(RGB,RedGreenBlue)色彩空间的红色分量、绿色分量和蓝色分量的灰阶数值。根据数字图像对显示器上呈阵列式排布的多个屏幕像素进行驱动，即可将数字图像显示在显示器上。

按照传统的子像素驱动方法进行显示时，一个子像素用于显示图像像素中一个颜色分量的数值。为了提高显示器的分辨率，需要显示更多的图像像素，也就是说需要增加显示屏幕上子像素的数量。然而，由于制作工艺的限制，当显示屏幕上的子像素数量达到一定程度之后，难以继续增加。这导致显示器的分辨率难以继续提升。

因此，现有技术中往往需要在低分辨率的显示器上显示高分辨率的数字图像，并且保证显示出来的数字图像的空间分辨率和清晰度。为了在低分辨率的显示器上显示高分辨率的数字图像，可采用如图1所示的子像素渲染(Subpixelrendering，简称SPR)的方法，将三个图像像素压缩到一个屏幕像素中。

在图1的示例中，一个红色子像素R、一个绿色子像素G和一个蓝色子像素B组成一个屏幕像素C或D，一个屏幕像素对应显示三个图像像素。对于依次水平排列的六个图像像素M-1,M,M+1,N-1,N和N+1，屏幕像素C与图像像素M-1,M和M+1对应，屏幕像素D与图像像素N-1,N和N+1对应。在进行子像素渲染时，提取M-1的红色分量、M的绿色分量和M+1的蓝色分量的灰阶数值分别加载至屏幕像素C的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素上。类似地，提取N-1的红色分量、N的绿色分量和N+1的蓝色分量的灰阶数值分别加载至屏幕像素D的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素上。从而在一个屏幕像素上显示三个图像像素，增加显示器的表观分辨率。然而，数字图像的轮廓区域或者白色小区块的颜色变化较快，采用子像素渲染的方法进行处理会出现严重的彩边现象。

因此，亟需一种保证显示器具有较高分辨率，且能够消除彩边现象的子像素复用方法。

发明内容

本发明的目的之一在于解决现有的子像素渲染技术中容易出现彩边，导致颜色失真的技术缺陷。

本发明的实施例首先提供一种像素渲染方法，包括：

获取原始图像像素在RGB色彩空间的三基色分量的灰阶值；

将原始图像像素的三基色分量的灰阶值转换为补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值；

对补偿图像进行采样，交替提取每行中相邻两个补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值；

将每行中相邻两个补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值设定为每行屏幕像素中相应子像素的灰阶值。

在一个实施例中，所述补偿分量为白色分量、黄色分量、青色分量或者品红色分量。

在一个实施例中，原始图像的行分辨率是显示面板行分辨率的二倍。

在一个实施例中，在将原始图像像素的三基色分量的灰阶值转换为补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值的步骤中，

根据原始图像像素的饱和度和三基色分量灰阶值的最小值确定补偿分量的灰阶值；

根据原始图像像素的三基色分量灰阶值的最大值和补偿分量的灰阶值，计算补偿图像像素三基色分量的灰阶值。

本发明的实施例还提供一种像素渲染装置，包括：

提取单元，其设置为获取原始图像像素在RGB色彩空间的三基色分量的灰阶值；

转换单元，其设置为将原始图像像素的三基色分量的灰阶值转换为补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值；

采样单元，其设置为对补偿图像进行采样，交替提取每行中相邻两个补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值；

复用单元，其设置为将每行中相邻两个补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值设定为每行屏幕像素中相应子像素的灰阶值。

在一个实施例中，所述补偿分量为白色分量、黄色分量、青色分量或者品红色分量。

在一个实施例中，原始图像的行分辨率是显示面板行分辨率的二倍。

在一个实施例中，所述转换单元还用于：

根据原始图像像素的饱和度和三基色分量灰阶值的最小值确定补偿分量的灰阶值；

根据原始图像像素的三基色分量灰阶值的最大值和补偿分量的灰阶值，计算补偿图像像素三基色分量的灰阶值。

本发明的实施例还提供一种显示器，包括：

显示面板，其设置有若干行屏幕像素，所述屏幕像素包括三基色子像素和补偿子像素，在每行屏幕像素中所述三基色子像素和补偿子像素交替排布；

如上文所述的像素渲染装置；

扫描驱动电路，其设置为循环驱动每行屏幕像素；

数据驱动电路，其设置从所述像素渲染装置接收每行屏幕像素中各个子像素的灰阶值，并提供至屏幕像素中相应子像素。

在一个实施例中，所述屏幕像素的补偿子像素为白色、黄色、青色或者品红色。

本发明实施例在对补偿图像进行采样的过程中，是在部分原始图像像素中提取属于同一个像素的全部三个分量，并未破坏同一像素中的三基色的组成成分。并且在随后的复用过程中，将属于同一个原始图像像素的全部三个分量还加载在同一个屏幕像素中，因此能够避免出现颜色错误，改善现有技术中出现彩边的缺陷。进一步的，加载至屏幕像素的补偿分量还能补偿由于舍弃部分原始图像像素带来的亮度降低，保证渲染完成后屏幕图像的亮度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中子像素渲染方法的原理示意图；

图2a和图2b为现有技术中子像素渲染完成后显示彩边的示意图；

图3为本发明实施例一的像素渲染方法的步骤流程图；

图4为本发明实施例一的像素采样和复用的原理图；

图5为本发明实施例二的显示装置的结构示意图；

图6为本发明实施例二的像素渲染装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

以下结合说明书附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不相冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

对于数字图像中颜色变化较快的区域，采用现有的子像素渲染方法进行渲染之后会出现严重的彩边现象。以下对出现彩边的原理进行说明。

如图2a所示，对于数字图像中的黑白边缘，图像像素M-1,M,M+1和N-1为白色像素，其红色分量、绿色分量和蓝色分量的灰阶数值均为255；图像像素N和N+1为黑色像素，其红色分量、绿色分量和蓝色分量的灰阶数值均为0。进行子像素渲染时，屏幕像素C的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素上加载的灰阶数值均为255，也就是说，屏幕像素C在混色之后显示为白色；屏幕像素D的红色子像素上加载的数值为255，绿色子像素和蓝色子像素上加载的灰阶数值均为0，这样以来，屏幕像素D在混色之后显示为红色。虽然能显现原始数字图像中的边缘，但是出现了颜色错误。

再如图2b所示，图像像素M-1和M为白色像素，图像像素M+1,N-1,N和N+1为黑色像素。子像素渲染完成后，屏幕像素C的红色子像素和绿色子像素加载的灰阶数值均为255，蓝色子像素加载的灰阶数值为0，屏幕像素C在混色之后显示为黄色；屏幕像素D的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素上加载的灰阶数值均为0，屏幕像素C在混色之后显示为黑色。因此，子像素渲染完成后同样出现颜色错误，并且与图2a中显示的颜色不同。

由上述分析可以看出，现有的子像素渲染方法的弊端在于采样方式和复用方式产生的颜色错误。

实施例一

本实施例提供一种像素渲染方法，主要用于对高分辨率原始图像的行像素进行采样和复用，实现对原始图像的压缩，以适应显示器屏幕的物理分辨率。图3为像素渲染方法的步骤流程图，图4是像素采样和复用的原理示意图。

首先，在步骤S301中，提供高分辨率的原始图像，获取原始图像像素在RGB色彩空间的三基色分量的灰阶值，也就是红色分量(R)、绿色分量(G)和蓝色分量(B)的灰阶值。图4的示例显示了在原始图像每行中连续排布的四个原始图像像素M-1,M,M+1和N-1，每一像素均表示为三基色分量的灰阶值(R,G,B)。

随后，在步骤S303中，将原始图像转换为补偿图像。具体来说，在原始图像的每个像素中增加补偿分量，将原始图像像素的三基色分量的灰阶值(R,G,B)转换为补偿图像像素的三基色分量的灰阶值(R’,G’,B’)和补偿分量W的灰阶值。通常情况下，基于RGB三基色混光方式的显示屏幕的穿透率和混合效率较低，导致屏幕上实际显示的图像亮度较暗，而本步骤加入的补偿分量可改善显示屏幕的亮度。该补偿分量W可以为白色分量、黄色分量、青色分量或者品红色分量。

现有技术中，通常将补偿分量设定为白色，把原始图像的RGB数据转换为补偿图像的RGBW数据。通常的处理方式是将原始图像像素中三基色分量的最小值Min(R,G,B)设定为补偿分量的灰阶值。补偿图像中各个分量表示为：

R’＝R

G’＝G

B’＝B

W＝Min(R,G,B)

虽然白色分量可以同时增加实际显示图像的三基色分量的成分，使显示图像的亮度增强，但是显示面板的功耗过高。

下文以补偿分量为白色分量为例，说明本实施例中补偿图像中各个分量的计算过程。

原始图像像素中三基色分量灰阶值的最大值表示为Max(R,G,B)，最小值表示为Min(R,G,B)。原始图像像素的饱和度S表示为：

S＝[Max(R,G,B)-Min(R,G,B)]/Max(R,G,B)(1)

先根据原始图像像素的饱和度和三基色分量的灰阶值确定补偿分量的灰阶值。补偿图像像素中的补偿分量表示为：

W＝Min(R,G,B)*(1-S)(2)

再计算补偿图像像素的三基色分量的灰阶值。补偿图像像素中的三基色分量表示为：

R’＝[Max(R,G,B)+W]/Max(R,G,B)*R-W

G’＝[Max(R,G,B)+W]/Max(R,G,B)*G-W(3)

B’＝[Max(R,G,B)+W]/Max(R,G,B)*B-W

以红色分量为例：

$\begin{array}{c}{R}^{\′}=\frac{Max(R,G,B)+W}{Max(R,G,B)}*R-W\\ =R+\frac{W}{Max(R,G,B)}*R-W\\ =R+\frac{Min(R,G,B)*(1-S)}{Max(R,G,B)}*R-Min(R,G,B)*(1-S)\\ =R+Min(R,G,B)*(1-S)\frac{R}{Max(R,G,B)}-Min(R,G,B)*(1-S)\\ =R+Min(R,G,B)*(1-S)*\[\frac{R}{Max(R,G,B)}-1\]\end{array}$

由于因此，R’<R。类似地可以得到G’<G,B’<B。

所以，与传统的RGB数据到RGBW数据的转换方式相比，本实施例的上述处理方式在降低补偿分量W数值的同时，降低了三基色分量(R’,G’,B’)的数值，总体上降低显示面板的功耗。并且，白色补偿分量能够增加实际显示图像的三基色分量的成分，对三基色分量数值减少造成的显示亮度降低进行补偿，可以保持显示屏幕亮度不变。

再次回到图3，在步骤S305中对补偿图像进行采样，交替提取每行中相邻两个补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值。如图4中所示，提取补偿图像像素M-1和M+1中的三基色分量(R’,G’,B’)，并提取补偿图像像素M和N-1中的补偿分量W。

随后，在步骤S307中，将每行中相邻两个补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值设定为每行屏幕像素中相应子像素的灰阶值。也就是说，将补偿图像像素M-1的三基色分量(R’,G’,B’)和补偿图像像素M的补偿分量W复用到一个屏幕像素C中，将M-1的三基色分量(R’,G’,B’)数值和M的补偿分量W数值分别加载到屏幕像素C的RGBW子像素上。类似的，将M+1的三基色分量(R’,G’,B’)数值和N-1的补偿分量W数值分别加载到屏幕像素D的RGBW子像素上，从而得到图4所示的屏幕图像像素C和D的显示数据。

在上文所述的对补偿图像进行采样的过程中，是在部分原始图像像素中提取属于同一个像素的全部三个分量，并未破坏同一像素中的三基色的组成成分。并且在随后的复用过程中，将属于同一个原始图像像素的全部三个分量还加载在同一个屏幕像素中，因此能够避免出现颜色错误，改善现有技术中出现彩边的缺陷。

进一步的，加载至屏幕像素的补偿分量还能补偿由于舍弃部分原始图像像素带来的亮度降低，保证渲染完成后屏幕图像的亮度。

在本实施例中，原始图像的行分辨率是显示面板行分辨率的二倍。在原始图像分辨率与显示面板的分辨率不匹配的情况下，按照上述图像渲染方法进行采样和复用得到的屏幕图像能够提高人眼的感知分辨率。

实施例二

本实施例提供一种显示器。如图5所示，该显示装置包括显示面板510、扫描驱动电路520、数据驱动电路530和像素渲染装置540等。

显示面板510设置有若干行屏幕像素512。屏幕像素512包括三基色子像素和补偿子像素，在每行屏幕像素中所述三基色子像素和补偿子像素交替排布。补偿子像素可以为白色、黄色、青色或者品红色。

扫描驱动电路520和数据驱动电路530分别电连接至显示面板510。扫描驱动电路520设置为循环驱动每行屏幕像素，数据驱动电路530设置从像素渲染装置540接收每行屏幕像素中各个子像素的灰阶值，并提供至屏幕像素中相应子像素，将渲染之后的图像显示在显示面板510上。

其中，像素渲染装置540的结构如图6所示。像素渲染装置540包括有提取单元610、转换单元630、采样单元650和复用单元670。

提取单元610设置为获取原始图像像素在RGB色彩空间的三基色分量的灰阶值(R,G,B)。转换单元630将原始图像像素的三基色分量的灰阶值(R,G,B)转换为补偿图像像素的三基色分量(R’,G’,B’)和补偿分量W的灰阶值。采样单元650对补偿图像进行采样，交替提取每行中相邻两个补偿图像像素的三基色分量(R’,G’,B’)和补偿分量W的灰阶值。复用单元670将每行中相邻两个补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值设定为每行屏幕像素中相应子像素的灰阶值。

具体而言，提取单元610、转换单元630、采样单元650和复用单元670分别执行实施例一中步骤S301、步骤S303、步骤S305和步骤S307的操作，对高分辨率的原始图像进行采样和复用，得到适合在低分辨率的显示面板上显示的图像数据。在图像渲染的过程中防止出现颜色错误，避免在渲染完成后的显示图像中出现彩边。

按照图4所示的采样和复用方式，虽然原始图像的行分辨率是显示面板行分辨率的二倍，但是人眼感知到的显示出来的屏幕图像的分辨率与原始图像的分辨率相同，从而提高屏幕图像的解析度。

其中，本实施例中的显示器为诸如液晶显示器(LCD)和有机发光二级管(OLED)显示器等平板显示器。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种像素渲染方法，其特征在于，包括：

获取原始图像像素在RGB色彩空间的三基色分量的灰阶值；

将原始图像像素的三基色分量的灰阶值转换为补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值；

对补偿图像进行采样，交替提取每行中相邻两个补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值；

将每行中相邻两个补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值设定为每行屏幕像素中相应子像素的灰阶值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补偿分量为白色分量、黄色分量、青色分量或者品红色分量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，原始图像的行分辨率是显示面板行分辨率的二倍。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在将原始图像像素的三基色分量的灰阶值转换为补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值的步骤中，

根据原始图像像素的饱和度和三基色分量灰阶值的最小值确定补偿分量的灰阶值；

根据原始图像像素的三基色分量灰阶值的最大值和补偿分量的灰阶值，计算补偿图像像素三基色分量的灰阶值。

5.一种像素渲染装置，其特征在于，包括：

提取单元，其设置为获取原始图像像素在RGB色彩空间的三基色分量的灰阶值；

转换单元，其设置为将原始图像像素的三基色分量的灰阶值转换为补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值；

采样单元，其设置为对补偿图像进行采样，交替提取每行中相邻两个补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值；

复用单元，其设置为将每行中相邻两个补偿图像像素的三基色分量和补偿分量的灰阶值设定为每行屏幕像素中相应子像素的灰阶值。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述补偿分量为白色分量、黄色分量、青色分量或者品红色分量。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，原始图像的行分辨率是显示面板行分辨率的二倍。

8.如权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述转换单元还用于：

根据原始图像像素的饱和度和三基色分量灰阶值的最小值确定补偿分量的灰阶值；

根据原始图像像素的三基色分量灰阶值的最大值和补偿分量的灰阶值，计算补偿图像像素三基色分量的灰阶值。

9.一种显示器，其特征在于，包括：

显示面板，其设置有若干行屏幕像素，所述屏幕像素包括三基色子像素和补偿子像素，在每行屏幕像素中所述三基色子像素和补偿子像素交替排布；

如权利要求5至8中任一项所述的像素渲染装置；

扫描驱动电路，其设置为循环驱动每行屏幕像素；

数据驱动电路，其设置从所述像素渲染装置接收每行屏幕像素中各个子像素的灰阶值，并提供至屏幕像素中相应子像素。

10.如权利要求9所述的显示器，其特征在于，

所述屏幕像素的补偿子像素为白色、黄色、青色或者品红色。