CN101218619A - 转换用于驱动显示器的信号的方法和设备以及使用其的显示器 - Google Patents

Abstract

用于驱动包括显示单元阵列的显示器的方法、设备和计算机程序，每个单元包括红色、绿色、蓝色和白色颜色的子像素，所述方法包括如下步骤：接收用于控制该显示器的每个单元的红色、绿色和蓝色颜色的输入信号；处理该输入信号以便为每个单元的红色、绿色、蓝色和白色子像素生成对应的红色、绿色、蓝色和白色输出驱动信号，输出色域之外的所有输入颜色被映射到输出色域的预定区域之内，该输出色域的预定区域之内的所有输入颜色被映射到输出色域的预定区域之内的另外的颜色；以及施加输出驱动信号至该显示器的每个单元的相应子像素。

Description

转换用于驱动显示器的信号的方法和设备以及使用其的显示器

本发明涉及用于驱动包括像素阵列的显示器的方法、设备以及计算机程序。

像素化(pixellated)彩色显示器当前最普通的形式是彩色液晶显示器(LCD)。彩色LCD典型地包括显示单元的二维阵列，每个单元包括使用相关联滤色器的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)子像素。每个单元的滤色器大约吸收通过它们的光的2/3。为了提高光学透射率，在本技术领域的实践中已知的是，以如图1中描绘的方式为每个单元添加白色子像素(W)，其中一个三子像素RGB单元由10表示，而包括白色(W)子像素的一个四子像素RGBW单元由20表示。

在单元20中，红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)子像素每个都具有一个面积，该面积是在单元10中包括的对应颜色子像素面积的75％。然而，单元20的白色(W)子像素不包括滤色器并在工作中能够透射一个光量，该光量近似对应于通过单元20的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)子像素的光的总和。因而，相比于单元10，单元20能够透射大致1.5倍的光。这种增强的透射在如下情况中是有利的：被用来实现电视的LCD、期望有增大的显示视亮度的膝上型电脑、投影电视(后视(rear)和前视(front view)，LCD以及DLP)、期望有高能效的背光显示器以便节能并从而延长有用的电池寿命的膝上型电脑以及LCD/DLP图形投影仪(投影机(beamer))。然而，向单元10中引入白色(W)子像素以生成单元20带来了技术问题，该技术问题有关对每个单元20的R、G、B、W子像素进行最优驱动以在显示器上提供彩色图像的最优再现。

在US2004/0046725中描述了每个都包括单元阵列的液晶显示器(LCD)，其中每个单元包括红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和白色(W)子像素。另外，所描述的显示器还包括用于向它们的子像素传输选通信号(gate signal)的选通线，以及用于向它们的子像素传输数据信号的数据线。每个描述的显示器进一步包括用于向选通线提供选通信号的选通驱动器，用于向数据线提供数据电压的数据驱动器以及图像信号修正器。图像信号修正器包括用于将三色图像信号转换成四色图像信号的数据转换器，用于优化来自数据转换器的四色图像信号的数据优化器以及与时钟同步地向数据驱动器提供优化的图像信号的数据输出单元。

红-绿-蓝(RGB)空间是三维彩色空间，它的成分是构成给定颜色的红色、绿色、蓝色强度。基于RGB的彩色空间是计算机图形学中最通常使用的彩色空间，主要是因为它们被大部分的彩色显示器直接支持。在RGB基家族内的彩色空间组包括色调-视亮度-饱和度(HLS)空间和RGB空间。

图2是HLS空间图，它是个双六棱锥体(double hexcone)。HLS空间的颜色成分是色调、视亮度和饱和度。色调即通常所认为的颜色。视亮度是在一种颜色中黑色或白色的量(增大视亮度使颜色更亮，减小视亮度使颜色更暗)。饱和度是颜色纯度的测度。当饱和度减小时，颜色变得较灰，且饱和度值为0导致一个灰度值。

将颜色：红色、绿色和蓝色映射到3D笛卡儿(Cartesian)坐标系上生成RGB彩色空间。这导致一个3D立方体，在图3a中示出了它的一个例子。坐标系的原点是黑色，此处RGB颜色成分全部为零。立方体的对角地相对的角是白色，此处RGB颜色成分处于它们的最大值。基色是红色、绿色和蓝色。合成色(secondary color)是青色、黄色和品红色。

引入白色(W)子像素以生成单元20增大了彩色空间的视亮度。结果，修正RGB彩色空间使其在视亮度轴上延伸以产生如图3b说明的RGBW彩色空间。因此，可以理解，从RGBW彩色空间可得到的颜色范围比从RGB彩色空间可得到的颜色范围要大。

给定设备能产生的颜色范围被称作色域(gamut)。因而，显然，具有单元20的RGBW显示器的颜色色域比具有单元10的RGB显示器的色域要大。

为了方便和更清楚起见，在2D彩色空间中工作比较方便，且这可通过将3D彩色空间投影到一个平面上来实现。图4a和4b是分别在图3a和3b中说明的3D彩色空间的投影，由此蓝色成分的值是不变的。在下面的描述中，假设输出色域被归一化，以致沿着图4a轴的最大尺度是1，而沿着图4b轴的最大尺度是2。

阴影区域说明了每个空间的颜色色域。如果RGB颜色色域被定义为输入色域40，而RGBW颜色色域被定义为输出色域42，可以理解的是，RGB输入向RGBW输出的转换定义了可能的输出范围，该可能的输出范围大于RGBW单元20的输出色域。不能由RGBW显示器产生的输出颜色是在RGBW颜色色域之外、空区域44、46之内的。因此，在单元20中包含白色(W)子像素意味着存在不能被RGBW单元显示的颜色范围。特别地，高饱和度颜色(例如深红色(rich red))不能以高视亮度显示。

重新定义给定设备的输入颜色、使得它的色域变得与第二设备的色域大致相等的过程称为“色域映射”，正是色域映射已经变为颜色管理中的一个重要问题。对于一个给定情况的最优色域映射途径取决于输入和输出设备的色域、图像内容、使用者的意图和偏好。

从RGB到RGBW的按像素的色域映射的许多途径是已知的。现参考图5描述这些色域映射方法中的一些，图5说明了到图4b的2维RGBW颜色输出色域的像素映射。

将被称为“硬限幅至(hard-clip to)白色”的第一已知方案包括采用朝向白色值定标(scale)颜色的映射准则来映射所有处于输出色域之外的颜色，在白色值处颜色成分处于它们的最大值。例如，将外部色域颜色50按箭头A所指的方向投影到输出色域上。因而外部色域颜色50被映射到输出色域42之内的颜色52。回忆一下：饱和度是颜色纯度的测度，并且当饱和度减小时颜色变得较灰，便可以理解，“硬限幅至白色”会导致一输出颜色52，该输出颜色52相比外部色域颜色50具有减小的饱和度和增大的亮度(luminance)。

将被称为“硬限幅至黑色”的第二已知方案包括采用朝向黑色值定标颜色的映射准则来映射所有处于输出色域之外的颜色，在黑色值处颜色成分具有零值。例如，将外部色域颜色50按箭头B所指的方向投影到输出色域上。因而外部色域颜色50被映射到输出色域42之内的颜色54。可以理解的是，“硬限幅至黑色”会导致一个输出颜色54，该输出颜色54相比外部色域颜色50具有减小的饱和度和减小的亮度。

将被称为“等亮度硬限幅”的第三已知方案包括采用朝着灰度轴直接减小饱和度的映射准则来映射所有处于输出色域之外的颜色。例如，将外部色域颜色50按箭头C所指的方向投影到输出色域上。因而外部色域颜色50被映射到输出色域42之内的颜色56。可以理解的是，“等亮度硬限幅”会导致一个输出颜色56，该输出颜色56相比外部色域颜色50具有减小的饱和度。

可以理解的是，“硬限幅”映射方案导致输出色域之外的颜色的彩色再现中的突变，而输出色域内部的颜色不变。另外，“硬限幅”方案并不导致(account for)颜色的自然感知，由此饱和的颜色显得没有不饱和的颜色亮。因而，“硬限幅”方案导致带有扰乱的视亮度(brightness)和色平衡的输出RGBW信号，使得自然的图像在RGBW显示器上看起来较差。

“硬限幅”映射的另一个重要问题在于，例如，线A上的所有颜色都被映射到一个输出颜色(52)。当具有这些颜色的这些像素相互之间靠近时，这会导致图像中的细节丢失(通常称作限幅伪像(clippingartefacts))。

因此，已经表明，有关把RGB信号转换成RGBW信号以获得增强视亮度和最好彩色再现之间的最优折衷的要求仍然是一个困难的区域。

根据本发明的第一方面，提供了驱动包括显示单元阵列的显示器的方法，每个单元包括红色、绿色、蓝色和白色颜色的子像素，该方法包括如下步骤：

(i)接收用于控制该显示器的每个单元的红色、绿色和蓝色颜色的输入信号；

(ii)处理输入信号以便为每个单元的红色、绿色、蓝色和白色子像素生成对应的红色、绿色、蓝色和白色输出驱动信号，输出色域之外的所有输入颜色被映射到输出色域的预定区域之内，而该输出色域的预定区域之内的所有输入颜色被映射到输出色域的预定区域之内的另外的颜色；以及

(iii)施加输出驱动信号至该显示器的每个单元的相应子像素。

该方法将在可能的输出色域外的颜色点定标回输出色域内的一个区域。另外，也对靠近外边界的输出色域的区域进行定标，以致产生更自然的输出颜色范围。

在步骤(ii)中，输出色域外部的或在输出色域的预定区域之内的输入颜色的映射可以是朝向黑色的零颜色值的线性转化(translation)，或者是一个更复杂的函数。线性定标的幅度可以与颜色距输出色域的预定区域边界的距离成比例。

输入颜色的映射可以进一步包括从被映射颜色的红色、绿色和蓝色输出驱动信号中减去一个值，并增加一个值到被映射颜色的白色输出驱动信号。这于是可以改变色平衡，而不是简单地定标到黑色。

本发明也提供用于驱动包括显示单元阵列的显示器的设备，每个单元包括红色、蓝色、绿色和白色颜色的子像素，所述设备包括能够进行如下操作的处理装置：

接收用于控制该显示器的每个单元的红色、绿色和蓝色颜色的输入信号；

处理输入信号以便为每个单元的红色、绿色、蓝色和白色子像素生成对应的红色、绿色、蓝色和白色输出驱动信号，输出色域之外的所有输入颜色被映射到输出色域的预定区域之内，且该输出色域的预定区域之内的所有输入颜色被映射到输出色域的预定区域之内的另外的颜色；以及

施加输出驱动信号至该显示器的每个单元的相应子像素。

现仅以示例的方式参考以下附图描述本发明的实施例，其中：

图1是像素显示器的一个单元的示意性图解说明，该单元的一个实现只包括红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)子像素，与包括红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和白色(W)子像素的单元的另一个实现不同；

图2是色调-明亮度(lightness)-饱和度(HLS)空间的图；以及

图3是a)3维RGB彩色空间和b)3维RGWB彩色空间的图解说明；

图4是从图3a和3b分别图解的3维彩色空间投影来的2维RGB和RGBW彩色空间的图解说明，由此蓝色成分的值是不变的；

图5是图4b的2维RGBW颜色输出色域内的“硬限幅”像素映射方案的图解说明；

图6是根据本发明示例的图4b的2维RGBW颜色输出色域之内的“软限幅”像素映射方案的图解说明；

图7是在根据本发明示例的“软限幅”像素映射方案中执行的处理步骤的示意性图解说明；

图8是在根据本发明另一个示例的“软限幅”像素映射方案中执行的处理步骤的示意性图解说明；

图9是根据本发明优选示例的图4b的2维RGBW颜色输出色域之内的“带有组合亮度调节的软限幅”像素映射方案的图解说明；以及

图10是根据本发明优选示例的、在“带有组合亮度调节的软限幅”像素映射方案中执行的处理步骤的示意性图解说明。

上面描述的色域映射方法能产生对用RGBW显示器呈现图像所不能接受的色调。本发明提供色域映射RGB输入(包括分别用于红色、绿色、蓝色颜色的输入信号Ri、Gi、Bi)到RGBW输出(包括分别用于驱动红色、绿色、蓝色、白色子像素的输出信号Ro、Go、Bo、Wo)的方法，其中本方法利用可以被描述为“软限幅”算法的算法。软限幅算法试图在提供RGB输入的最优彩色再现的同时提供具有增强视亮度的RGBW输出。

现参考图6对软限幅算法的例子进行描述。

软限幅算法包括映射所有饱和输入颜色(出现在输出色域外部区域60中的那些)到输出色域之内并使用压缩准则压缩在输出色域的预定区域62、64之内的所有颜色。在这个例子中，输出色域的预定区域62、64由输出色域的边界以及线R＝2G和G＝2R来定义。

例如，色域外部的颜色66被投影到输出色域上，由此将其映射到输出色域之内的颜色68。同样，输出色域的预定区域62之内的颜色70被进一步压缩到输出色域中。由此将色域内部的颜色70映射到输出色域之内的颜色72。最后，在输出色域之内而不在预定区域62、64之内的颜色74不被修改。

可以理解的是，软限幅方法导致输出颜色68、72，其相比输入色域颜色66、70具有减小的饱和度以及减小的亮度。然而，这种饱和度和亮度的减小使得在彩色再现中没有突变。

因此，可以理解的是，本发明的软限幅方法不同于硬限幅方法，它通过保持颜色之间的视亮度平衡而提供了改善的色域映射。

现参考图7进一步说明本示例的方法，其中本方法的步骤总地用700指示。

在步骤710中，使用输入信号Ri、Gi、Bi计算白色(W)子像素的亮度值(Wo)，如方程1(Eq.1)所述：

Wo＝min(Ri，Gi，Bi)    (Eq.1)

其中min(Ri，Gi，Bi)返回一个对应自变量Ri、Gi和Bi的最小值的值。

在步骤720中，从定标的输入信号Ri、Gi、Bi中减去该亮度值(Wo)，因而计算定标的中间信号R、G、B，如方程2(Eq.2)所述的：

R＝(2*Ri) -Wo

G＝(2*Gi) -Wo

B＝(2*Bi) -Wo    (Eqs.2)

其中，对于这个特定的例子被定义为值2(以提供到2×2尺寸的输出RGBW空间的映射)的定标因子可以有不同的特定值。

在步骤730中，根据中间信号R、G、B计算增益因子(GAIN)，如方程3a(Eq.3a)所述：

GAIN＝f(R，G，B)    (Eq.3a)

典型地，该函数将考虑R、G、B值的最大值：

GAIN＝f(max(R，G，B))    (Eq.3b)

其中，max(R，G，B)返回对应自变量R、G和B的最大值的值。

在步骤740中，中间输入信号R、G、B乘以GAIN值，如方程4a(Eqs.4a)所述：

Ro＝GAIN*R；

Go＝GAIN*G；

Bo＝GAIN*B；    (Eqs.4a)

选择用于方程4a中的增益值以压缩输入色域之外的或输出色域的预定区域62、64之内的所有输入颜色。因为对于每个颜色成分增益是相同的，所以定标是朝向黑色零颜色值的线性转化。

在步骤750中，R、G、B和Wo的值是用于分别驱动红色、绿色、蓝色和白色子像素的输出。

对于在显示器上存在的每一帧中的每个单元20执行步骤710至750。在步骤760中，该方法环回以刷新随后图像帧的显示单元20的子像素。

用于决定增益值的函数可以采取多种不同形式。实质上，该函数必须把输出色域外部的所有颜色转化到输出色域内部的一个位置，并且也必须通过附加地转化靠近输出边界线(或3维中的平面)的颜色来执行软限幅。在边界线(或平面)以里较远处的颜色可以保持不作改变。

该函数可以基于颜色延伸到由边界63a限定的输出色域之外的量，或者基于距图6中区域62和白色区域之间的内边界63b的距离。图6也示出了可能的输出值的外边界63c，它处于输出色域的外部。

取代定标到黑色，可以为每个颜色成分独立地计算所述定标。采用通式：

RGAIN＝f_R(R，G，B)

GGAIN＝f_G(R，G，B)

BGAIN＝f_B(R，G，B)    (Eqs.4b)

在步骤740中，中间输入信号R、G、B乘以各自的增益因子，如方程5(Eqs.5)  所述：

Ro＝RGAIN*R；

Go＝GGAIN*G；

Bo＝BGAIN*B；    (Eqs.5)

选择增益函数以使用非线性转化来压缩在输入色域外部的或输出色域的预定区域62、64内部的所有输入颜色。

可以理解的是，可以定义方程3和4使得增益因子(一个或多个)以及相乘(一个或多个)有任何合适的值，例如，如上所述，每个GAIN因子的值可以取决于输入颜色距输出色域的预定区域62、64的内边界63b或外边界63a的距离。这些方程的操纵只会导致被压缩值在输出色域的预定区域62、64内的不同分布。

在一个示例中，选择增益函数以压缩边界63c到63a，并朝向边界63b压缩边界63a。这给出被压缩值的一个平滑的范围。压缩的量可以是输入值与边界63a或63b的距离的幂的函数。

压缩边界63a到中间边界63d。

以它最简单的形式，定标可以仅仅是到黑色的线性定标，它是将线63c映射到63a。任何输入值都根据用于颜色向量指向的边界63c的那部分的定标值来定标。例如，对于图6中的值R＝2，G＝0，GAIN＝0.5，而对于值R＝2，G＝1时，GAIN＝1。沿着边界63c的其它点具有其它的GAIN值。对于沿边界63c的中间点的GAIN值处于这些值之间。

然而，可以替代地使用两个函数：

F1：GAIN＝f(dⁿ，v)，其中d＝输入颜色沿从原点出发的一个向量在边界63a之外的距离，且v是输入向量。

把由这个函数提供的GAIN值施加至区域60中的所有输入值。这样做的效果是压缩边界63c至63a，并向更靠近边界63a的输出值提供加权，而不是使其均匀地分布。例如，如果n＝1/2，则压缩区域60，使其接近边界63a。可以使用基于最小和最大颜色值的组合的不同值来代替使用距离测量，但是该不同值在某些方面代表了输出色域外部的输出颜色的过冲(overshoot)级别。

F2：GAIN＝f(d′，v)，其中d′＝输入颜色沿从原点出发的一个向量在边界63a之内的距离。把由这个函数提供的GAIN值施加至区域62中的所有输入值。做为施加函数F1至边界63a的结果，这样做的效果是压缩边界63a至相同的位置。

因而，通过函数F1和F2两者都将边界63a压缩至中间边界63d。这提供了一个平滑的过渡。存在有区域62内的值朝向边界63b的线性压缩。选择该函数以映射边界63b至其本身。

这样这两个函数便被相互关连来给出一个平滑的完整函数。这导致区域60被压缩进一个接近边界63a的区域，且对于区域62内的值具有较少的压缩。这可以提供相比如上所述的更简单的单一线性定标函数有所改善的彩色再现。特别地，对接近边界63b的颜色的影响相比对接近边界63a的颜色的影响要小得多，且这可以通过使用幂(或根)函数来实现。

许多其它的函数也是可能的。另外，边界63b可以不是所示颜色之间的线性关系，并且不必延伸至原点。可以使用最小和最大输入颜色值来实施该函数，因为这两个值指示了输入颜色如何在输出色域外部延伸，并因此能用于表示边界63a。

概括地说，在执行步骤710至760中，通过从定标的RGB输入信号中减去为白色子像素(W)计算的亮度值而将输入RGB信号转换成输出RGBW信号。然后映射该结果，以使得输入信号的色域与输出信号的色域基本匹配。利用“软限幅”完成色域映射，“软限幅”包括使用映射准则将所有饱和值(出现在输出色域的预定区域外部的那些)映射至输出色域内部，所述映射准则减小了饱和值的颜色饱和度以及颜色亮度。

本领域技术人员能理解的是，输入信号Ri、Gi、Bi在驱动显示器时受显示器伽马特性支配。这个伽马特性涉及施加到显示器的驱动信号和在显示器中实现的对应光学效果之间的关系。另外，伽马特性常常是非线性函数。对用于驱动单元20的输入信号Ri、Gi、Bi进行预先补偿以应对伽马特性是有益的。然而，在确定通过单元20的R、G、B和W子像素的光透射时，与那些对通过单元20的光透射有线性关系，即是在“线性光域”中的参数来合作是方便的。

因此，现参考图8进一步说明考虑了伽马特性的替换的示例，在图8中该方法的步骤总地用800来指示。该方法与由700指示的方法的不同之处只在于它还包括步骤805和845。

在步骤805中，输入信号RI、GI、BI经历伽马校正，伽马校正将它们从伽马域转换到线性域，如方程6a(Eqs.6a)所述：

Ri＝(RI)^γ

Gi＝(GI)^γ

Bi＝(BI)^γ    (Eq s.6a)

其中Ri、Gi、Bi表示线性域输入信号，它们分别等价于对应的伽马域信号RI、GI、BI。

在步骤845中，输出信号R、G、B又被转换回伽马域以用在显示器上，如方程6b(Eqs.6b)所述：

Rg＝(Ro)^1/γ

Gg＝(Go)^1/γ

Bg＝(Bo)^1/γ    (Eqs.6b)

其中Rg、Gg、Bg表示伽马域信号，它们分别等价于对应的线性域输出信号Ro、Go、Bo。

因而，在步骤850中，输出Rg、Gg、Bg和Wo的值，以分别用于驱动单元20的红色、绿色、蓝色和白色子像素。其它的步骤和之前在上面描述的一样，因此在这里就不再详细地描述。

现参考图9对软限幅算法的另一个例子进行描述。

再一次地，软限幅算法包括映射所有的饱和值(出现在输出色域外部的区域90中的那些)到输出色域的预定区域92、94的内部，并压缩输出色域的预定区域92、94内的所有颜色。在本例中，输出色域的预定区域92、94再一次由输出色域的边界以及线R＝2G和G＝2R限定。

色域外部的颜色96按箭头A所指的方向被映射到输出色域上。因此色域外部的颜色96被映射到输出色域内部的颜色98。同样，输出色域的预定区域102之内的颜色100按箭头B所指的方向被进一步压缩到输出色域中。因此色域内部的颜色100被映射到输出色域内部的颜色102。这个软限幅算法包括亮度调节。换句话说，颜色不是线性地被定标至黑色，取而代之地，定标路径也包括沿着/平行于灰度轴移动。

如同早前详述的软限幅算法，在输出色域之内但不在预定区域92、94之内的颜色104不被修改。

可以理解的是，本例的方法与由700和800总地表示的那些方法相似，并包括另一个步骤，即：对被压缩的输出信号Ro、Go、Bo进行亮度调节以提供修改的输出信号RO、GO、BO。

现参考图10进一步说明这个“带有组合的亮度调节的软限幅”方法的示例，在图10中该方法的步骤总地以900来指示。

在步骤910中提供了输入信号Ri、Gi、Bi。

在步骤920中，对输入信号Ri、Gi、Bi进行定标，因而计算出中间信号R、G、B，如方程7(Eqs.7)所述：

MAX＝max(Ri，Gi，Bi)

Gain＝f(MAX)

R＝Gain*Ri

G＝Gain*Gi

B＝Gain*Bi    (Eqs.7)

其中max(Ri，Gi，Bi)返回对应自变量Ri、Gi和Bi的最大值的值。

在这个示例中，把上面解释的“软限幅”作为定标操作的组成部分来实现，并且是在提取W值之前实现。这个差异仅仅说明可以以不同的顺序来使映射函数概念化(conceptualised)。

在步骤930中，使用中间信号R、G、B计算亮度值(W)，如方程8(Eqs.8)所述：

W＝min(R，G，B)    (Eqs.8)

其中min((R，G，B)返回对应自变量R、G和B的最小值的值。

在步骤940中，从中间信号R、G、B中减去亮度值(W)，因而计算调节的信号Ro、Go和Bo。因而，步骤920和930使用上述的软限幅途径来定标输入信号的色域，使得输入信号的色域与输出的色域基本匹配。可以利用朝向黑色的线性转化来定标输出色域之外或输出色域的预定区域之内的所有输入颜色，因而对于每种颜色使用一个公共的增益值。和之前一样，这些方程可以采用任何合适的、使得完成色域映射目的的形式。

在步骤950中，修改信号Ro、Go、Bo和W的值以产生输出信号RO、GO、BO和WO，如方程9所述(Eqs.9)：

$\mathrm{SCALE}=\frac{\max (0,\mathrm{MAX}-1)}{\mathrm{MAX}}$

$\mathrm{RO}\left\{\begin{array}{cc}(1-\mathrm{SCALE})\mathrm{xRo}& \mathrm{MAX}>1,\\ \mathrm{Ro}& \mathrm{MAX}\≤1\end{array}\right.$

$\mathrm{GO}\left\{\begin{array}{cc}(1-\mathrm{SCALE})\mathrm{xGo}& \mathrm{MAX}>1,\\ \mathrm{Go}& \mathrm{MAX}\≤1\end{array}\right.$

$\mathrm{BO}\left\{\begin{array}{cc}(1-\mathrm{SCALE})\mathrm{xBo}& \mathrm{MAX}>1,\\ \mathrm{Bo}& \mathrm{MAX}\≤1\end{array}\right.$

WO＝W+[α(SCALE×Ro)+β(SCALE×Go)+δ(SCALE×Bo)]

(Eqs.9)

其中MAX的值对应信号Ro、Go和Bo的最大值，α、β、δ是任何合适值的标量值。

例如，如果红色具有Ro、Go、Bo的最大值，Ro至多为MAX并且：

$\mathrm{Ro}-\mathrm{SCALE}\×\mathrm{Ro}=\mathrm{MAX}-[\frac{\mathrm{MAX}-1}{\mathrm{MAX}}\×\mathrm{MAX}]=\mathrm{MAX}-(\mathrm{MAX}-1)=1$

因而，如果MAX＞1，则它被定标至1。相应地定标其它值(在本示例中是Go和Bo)。

因此方程9计算了必需的定标值，该值从信号Ro、Go和Bo中被减去，并且这代表了颜色输出的第一移动，给出了新信号RO、GO和BO。接着增加一个成分至亮度值W以产生WO。这两项操作有效地提供了可被认为是减饱和(desaturation)的操作(相比上述的软限幅至黑色)，且该亮度调节改善了对于人眼的自然的彩色再现。

SCALE的值是这样的，即如果Ro、Go或Bo之一大于1，则SCALE被定标至1，且相同的SCALE值被用于增大对W的驱动等级。因为对Ro、Go和Bo的定标保持了饱和度(和色调)，W的增大会增大视亮度，但是减小了饱和度。

被增加以产生WO的值考虑了颜色的自然感知，且这是为何选择α、β、δ的值的原因。举例而言，α＝0.2125，β＝0.7154，δ＝0.0721。这三个成分加到1的效果是减去的总成分(方程9)等于增大的总亮度。因而，组合的效果是色平衡起了变化，该变化给出增大的亮度，且所述效果阻遏了由朝向黑色的软限幅所引起的亮度减小，并且是在保持期望的自然平衡的程度上。

可以将最后的结果描述为软限幅方法，但其不限于朝向黑色或灰度轴变换输出颜色，而是按两者之间的方向来变换输出颜色。定标不再是线性的，而是取决于三个颜色成分。

从以上描述中变得显而易见的是，实现相同目的的一种替换方法是使用独立选取的增益值(上面的方程4b)。

在步骤960中，RO、GO、BO和WO的值被输出来分别驱动单元2 0的红色、绿色、蓝色和白色子像素。在图10中示意性地示出了包括像素阵列(单元20)的显示器970，且本发明提供了用上述方法驱动的显示器970。

“带有亮度调节的软限幅”方法不只是朝向黑色来线性地压缩输出色域之外或输出色域的预定区域之内的所有输入颜色。替换地，本方法还进行了输出颜色值的计算的调节，使得其具有试图平衡颜色之间的自然视亮度的增大的亮度。

可以理解的是，这个“带有组合亮度调节的软限幅”方法导致输出颜色98，102在相比于输入色域颜色96，100时具有减小的饱和度和减小的亮度。然而，当和输出106(从简单地向黑色定标得到)比较时，输出颜色98的亮度沿着箭头C所指的路径增大。

因此该方法使用试图保持自然视亮度和色平衡的非线性映射，作为结果的映射和由箭头A和B图解说明的那些相似。

有关平衡是如何保持的解释来自如下的认识，即：饱和的颜色实际上一般没有不饱和的颜色亮。饱和度的减小导致视亮度的对应增大，反之亦然。因而，通过优化彩度(colourfulness)，视亮度和饱和度的乘积，可以平衡颜色之间的自然视亮度。

从对先前途径的问题进行更详细地分析可以进一步理解本发明改善输出的方式。

包括直接朝向灰度轴减小饱和度的“等亮度硬限幅”方法在饱和度减小的同时保持亮度值。因为亮度是与饱和度的减小相结合来保持的，所以有一个被感知的不自然的视亮度增大，因而破坏了自然的色平衡。

类似地，包括直接朝向黑色值减小饱和度的“硬限幅至黑色”方法减小了饱和度和亮度值。该亮度中的这个减小没有平衡视亮度中的自然增大，因而再次破坏了自然的色平衡。

使用“硬限幅至白色”方法导致类似的后果。在该方法中，亮度的增大加上视亮度的自然增大，再次破坏了自然的色平衡。

一个可替换的示例可以进一步包括考虑之前说明的伽马特性的步骤。

因此可以理解的是，本发明的“带有亮度调节的软限幅”方法提供了通过保持颜色间的视亮度平衡而被进一步改善的色域映射。

在上面的示例中，输出色域的预定区域由输出色域的边界以及线R＝2G和G＝2R来定义(对于全3D彩色空间具有相似的关系)。这个关系单纯地是举例说明，而映射可以使用输出色域的不同部分。

压缩算法已被说明为许多概念上的步骤。实际上将简单地会有一个软件实现的复合函数，该函数实现所期望的压缩技术，且因此不必以上述方式构成本发明的设计和实现。这只是为了说明的目的。

本发明不限于液晶显示器(LCD)，而是也适用于驱动被用于投影图像的微镜阵列；这样的阵列涉及数字微镜设备(DMD)。

本发明还适用于由单元阵列制造的显示器，其中每个单元可单独寻址并包括红色、蓝色、绿色和白色颜色的发光二极管。在另一个相关示例中，本发明适用于由用垂直腔表面发射激光器(VCSEL)实现的单元阵列制造的显示器，所述单元可选地可单独寻址。而且，本发明还能和有机LED(OLED)显示器一道被实现。

应当注意，上述实施例只是以示例的方式给出，并且本领域技术人员在遵循本发明的教导下可以实现许多修改和改动。

Claims (14)

1.一种驱动包括显示单元阵列的显示器的方法，每个单元包括红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和白色(W)颜色的子像素，该方法包括如下步骤：

(i)接收用于控制该显示器的每个单元的红色、绿色和蓝色颜色的输入信号(Ri、Gi、Bi)；

(ii)处理该输入信号以便为每个单元的红色、绿色、蓝色和白色子像素生成对应的红色(Ro)、绿色(Go)、蓝色(Bo)和白色(Wo)输出驱动信号，输出色域之外(60)的所有输入颜色被映射到输出色域的预定区域(62)之内，且该输出色域的预定区域(62)之内的所有输入颜色被映射到输出色域的预定区域(62)之内的另外的颜色；以及

(iii)施加输出驱动信号至该显示器的每个单元的相应子像素。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(ii)中，使用第一关系完成输出色域之外(60)的输入颜色到输出色域的预定区域(62)之内的映射，使用第二关系完成输出色域的预定区域(62)之内的所有输入颜色向输出色域的预定区域(62)之内的另外的颜色的映射。

3.根据权利要求2所述的方法，其中第一关系是基于从输入信号颜色值(R、G、B)线性获得的值的幂。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中第一关系将可能的输出驱动信号的外边界(63c)映射至输出色域的外边界(63a)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中第一关系将输出色域的外边界(63a)映射至输出色域内的中间边界(63d)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中第二关系将输出色域的外边界(63a)映射至输出色域内的中间边界(63d)。

7.根据前面任何一项权利要求所述的方法，进一步包括，在处理步骤之后，从被映射的颜色的红色、绿色和蓝色输出驱动信号(Ro、Go、Bo)中减去一个值并将一个值加到被映射的颜色的白色输出驱动信号。

8.根据前面任何一项权利要求所述的方法，进一步包括将输入信号从伽马域转换(805)至线性域以便在步骤(ii)中处理以及将输出驱动信号从线性域(845)转换至伽马域以便驱动每个单元的子像素。

9.根据前面任何一项权利要求所述的方法，所述方法适合于处理用于驱动以下至少之一的输入信号：

液晶显示器；

数字微镜设备；以及

由单元阵列制造的显示器，其中每个单元可单独寻址并包括红色、蓝色、绿色和白色颜色的发光元件。

10.一种用于驱动包括显示单元阵列的显示器的设备，每个单元包括红色、绿色、蓝色和白色颜色的子像素，所述设备包括能够进行以下操作的处理装置：

接收用于控制该显示器的每个单元的红色、绿色和蓝色颜色的输入信号(Ri、Gi、Bi)；

处理该输入信号以便为每个单元的红色、绿色、蓝色和白色子像素生成对应的红色、绿色、蓝色和白色输出驱动信号(Ro、Go、Bo、Wo)，输出色域之外的所有输入颜色被映射到输出色域的预定区域(62)之内，而该输出色域的预定区域(62)之内的所有输入颜色被映射到输出色域的预定区域(62)之内的另外的颜色；以及

施加输出驱动信号至该显示器(970)的每个单元的相应子像素。

11.根据权利要求10所述的设备，其中显示器由以下实现：液晶显示器、数字微镜设备或由单元阵列制造的显示器，其中每个单元可单独寻址并包括红色、蓝色、绿色和白色颜色的发光元件。

12.一种计算机程序，包括计算机代码装置，该计算机代码装置适合于当所述程序在计算机上运行时执行权利要求1至9的任何一个的所有的步骤。

13.根据权利要求12所述的计算机程序，该计算机程序包含在计算机可读介质上。

14.一种显示器设备，包括像素阵列以及根据权利要求10或11所述的用于驱动显示像素的设备。

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