CN102349300A - 多原色转换 - Google Patents

Abstract

一种将定义M维颜色空间（XYZ）中的多原色显示器（DP）的像素（PI）的颜色的输入驱动值（RGB）转换为N>M维驱动空间中的N个输出驱动值（di）的多原色转换（5）。所述N个输出驱动值（di）驱动所述像素（PI）的N个子像素(SPi)。由相应的N个子像素（SPi）的N个原色的线性组合来定义颜色空间（XYZ）中所述像素（PI）的颜色。所述多原色转换（5）包括：定义颜色空间（XYZ）中的约束从而在颜色空间（XYZ）中导致由顶点（V10，V11，V12；V20，V21；V50）定义的凸多面体（U0；L0；V50），其中只有属于所述凸多面体的颜色空间（XYZ）中的颜色满足所述约束；对于所述顶点（V10，V11，V12；V20，V21；V50）的至少一个子集确定所述输出驱动值（di）的范例解；以及将满足所述约束的输出驱动值（di）构造为所述范例解的凸组合。

Description

多原色转换

技术领域

本发明涉及多原色转换、执行多原色转换的计算机程序产品、多原色转换器、以及包括所述多原色转换器的多原色显示装置。

背景技术

传统的显示器具有每像素有3个子像素（也被称作颜色像素）的像素。通常，像素包括具有依据EBU规范的颜色坐标的红、绿和蓝子像素。这种对子像素的颜色的选择允许容易地对输入信号进行信号处理，所述输入信号具有或可以被转换为对应的红、绿和蓝分量以驱动相应着色的子像素。由子像素的驱动值来定义像素的颜色（亮度和色度）。这些驱动值指示子像素的颜色的原色的线性组合。

多原色显示器使用N>3个原色来表示颜色。从而，多原色显示器每个显示像素具有N个子像素。N个子像素的N个颜色是定义N维驱动空间的原色。与传统RGB显示器相比，多原色显示器可以被设计为具有增加的色域尺寸和自然颜色的更好的覆盖。进一步地，多原色显示器可以在峰值亮度、成本和功耗方面产生优势。特别地，由于后一个原因，多原色技术对于移动应用来说是重要的。然而，该概念对于较大的屏幕尺寸也具有优势，诸如改进的色域尺寸、更高的峰值亮度以及更低的功耗，这对于未来的电视和计算机监视器行业来说可能是重要的区分。完全地利用这样的多原色显示器的潜力的唯一的方式是具有将输入内容（典型地以RGB编码）高效地转换为用于N个子像素的N分量驱动信号的可能性。

被称作多原色转换（进一步也被称作MPC）的这种转换是一种精巧和复杂的过程。这种转换不仅必须消除由额外原色提供的附加的自由度，还必须达到所述优势。这意味着必须以智能方式限制自由度最优化多原色显示器的行为。然而，特别是对于具有多于4个原色的多原色显示器来说，需要非常大量的处理能力来实现期望的约束。

限制3到N转换的自由度中的重要的步骤是通过将解限制为具有正确颜色的那些解来对颜色匹配问题求解。

另一步骤是在子像素分布技术中实现平衡或相同亮度约束来用于分辨率增强。例如，在6原色显示器中，显示器的像素具有6个子像素，所述6个子像素可以被划分为两个具有3个子像素的子像素组。如果假定多原色显示器的子像素的维数与RGB显示器的子像素（其中每个像素具有3个子像素）相同，则6原色显示器的分辨率被减半。为了尽可能多地恢复分辨率，相邻子像素组的亮度被分配为尽可能多地与RGB显示器的对应相邻像素的亮度相似。这种对各子像素组之间的亮度分布进行控制的过程也被称作子像素再现（render）。

子像素再现对多原色转换施加了附加的约束。为了使这一点变得更明显，考虑图1B中的多原色子像素布局。多原色转换中的第一目标是将输入的颜色与多原色显示器MDP的像素PI匹配。对于所考虑的子像素布局，这对应于将多原色显示器的颜色与图1A的两个输入像素PI1和PI2的平均颜色匹配。如果对各子像素组上的亮度分布不施加约束，则该匹配导致分辨率的损失。操纵亮度分布的输入不一定对应于物理像素，而是还可以作为在各子像素组上重分布颜色的平衡滤波器的输出而获得。从知觉角度来看，分辨率主要由亮度中的细节而不是由颜色中的细节来确定。在子像素再现中，这一点被用于通过在子像素组SPG1和SPG2上重分布亮度来增加表观分辨率。多原色转换中的自由度使得能够实现子像素组SPG1和SPG2之间的期望的亮度分布。

在图1的例子中，多原色显示器的子像素被划分为两个子像素组；组SPG1由绿、红和蓝子像素组成，而组SPG2由黄、红和青像素组成。现在亮度平衡指多原色转换算法影响两个子像素组之间的亮度分布而对总像素颜色XYZ没有影响（或具有最小影响）的能力。可以通过施加指定第一子像素组中的期望亮度的约束来执行该过程。这样的约束例如可以用于将子像素组SPG1的亮度与像素PI1的亮度匹配，以及将子像素组SPG2的亮度与像素PI2的亮度匹配。

与平衡亮度约束类似，可能定义对各子像素组上的期望颜色分布的约束。由于平衡亮度约束已经对各组上的亮度分布进行操作，所以对于平衡色度约束可以排除该成分。平衡色度指在第一和第二子像素组SPG1和SPG2的（XYZ颜色空间中的）X1Z1和X2Z2之间施加特定的分布的能力。平衡亮度和色度是依赖于数据的约束，其难以并入基于查找表（进一步也被称作LUT）的多原色转换。

对于具有4个原色的系统来说，在多原色转换中使用平衡亮度约束来找到多原色显示器的子像素的驱动值的定义的解是已知的。然而，用于4原色多原色显示器的高效的具体的方法不适用于具有多于4个原色的多原色显示器。另一方面，对于多于4个原色，施加平衡亮度约束的强力方法计算强度将非常高。对各子像素组上的颜色分布的约束可以用于消除具有多于4个原色的系统的自由度。

发明内容

本发明的目的是提供对于具有多于4个原色的多原色显示器也高效的多原色转换。

本发明的第一方面提供了如权利要求1所述的多原色转换。本发明的第二方面提供了如权利要求13所述的计算机程序产品。本发明的第三方面提供了如权利要求14所述的多原色转换器。本发明的第四方面提供了如权利要求15所述的多原色显示装置。在从属权利要求中定义了有利的实施例。

根据本发明的第一方面的多原色转换将定义M维颜色空间中的多原色显示器的像素的颜色的输入驱动值转换为N>M维驱动空间中的N个输出驱动值。通常，所述M维颜色空间是诸如CIE XYZ或线性化的CIELAB空间之类的线性3维颜色空间。通常，输入驱动值定义将输入颜色指示为原色RGB的线性组合的三个值的集合。由于这些驱动值意图驱动三原色RGB显示器，一个这样的三个值的集合定义传统的每像素显示具有3个子像素的一个像素的颜色（亮度和色调）。N个输出驱动值驱动多原色显示器的像素的N个子像素。由相应的N个子像素的N个原色的输出驱动值的线性组合来定义颜色空间中多原色显示器的像素的颜色。还应注意，可以在3维线性颜色空间中表示N个原色，而在N维线性输出空间中定义N个输出驱动值（当它们独立时）。

考虑驱动器约束，颜色空间中的每个颜色点可以与可能的驱动值的集合关联。所述可能的驱动值的集合形成多面体，所述多面体的顶点可以通过在计算方面低效的试错方法（被称作矩阵切换）来计算。本发明针对实现颜色空间中的对于多原色转换的约束，并且减少必须计算的顶点的数目。与在N>3维驱动空间中直接实现约束相比，在3维颜色空间中的约束的实现简单得多，并且需要更少的代价。通过只转换满足约束的颜色空间中的多面体的有限数目的顶点（或甚至仅仅一个顶点）来减少矩阵运算的量。

从而，多原色转换定义颜色空间中的约束，该约束导致由颜色空间中的顶点定义的凸多面体，以使得只有属于颜色空间中的该凸多面体的颜色满足约束。接着，确定对于颜色空间中的顶点的至少一个子集的输出驱动值的驱动空间中的范例解。最后，作为驱动空间中的范例解的驱动空间中的凸组合来获得满足约束的输出驱动值。凸组合是使用正的并且总和为1的系数的点（其可以是矢量或标量）的线性组合。点的全部可能凸组合在由点定义的凸壳的边界内或边界上。

颜色空间中的每个颜色点定义由顶点定义的驱动空间中的凸多面体（超平形体（parallelotope））。驱动空间中的顶点可以通过“矩阵切换”来计算。矩阵切换能够找到定义覆盖颜色空间中的颜色点的驱动空间中的解的驱动空间中的凸多面体的的驱动空间中的顶点。这些驱动空间中的解是驱动空间中的顶点的凸组合。驱动空间中的顶点通过线性映射与颜色空间中的多面体的顶点关联，并且反之亦然。驱动空间中的这些顶点被称作颜色空间中的颜色点的范例解。将参照本发明的实施例讨论确定范例解的更高效的方式。然而，应当注意，该高效的方式不限于本发明而是可以在每种多原色转换中实现以找到3维颜色空间中的特定颜色的N维驱动空间中的范例解。

本发明针对仅仅找到满足约束的颜色空间中的多面体的顶点（或其子集）的范例解。如参照实施例将变得明显的那样，所述约束可以针对多原色显示器的像素或子像素组的颜色、亮度或色度。

在实施例中，在子像素的组上划分多原色显示器的N个子像素。全部组的N个子像素一起被称作多原色显示器的像素。作为仍然允许利用剩余组的有效输出驱动值来获得像素的期望颜色的第一组的颜色的凸多面体，而在颜色空间中确定约束。输出驱动值的范例解由该凸多面体的顶点的范例解确定。有效输出驱动值是可以由驱动电路生成的驱动值。通常有效驱动值的范围受到用于驱动电路的电源电压的限制。现在在下面，将输出驱动值的有效范围归一化为包括边界值的范围0至1。

本发明的该实施例基于以下见识：满足颜色匹配问题的解的凸多面体可以容易地与子像素组的颜色的自由度关联。在描述第一子像素组的颜色中的自由度以使得仍然可以达到期望输出颜色的颜色空间中的多面体的顶点与驱动空间中的范例解之间存在一对一关系。该凸多面体描述可以由单独子像素组实现的颜色中的期望输出颜色的全部可能的分解。将范例解与颜色中的自由度关联是有吸引力的，这是因为平衡亮度和色度约束在相同的颜色空间中制定（formulate）。例如，在线性XYZ颜色空间中，平衡亮度目标在于在第一子像素组的亮度上施加期望的值，而平衡色度约束对剩余的色度分量指定期望的值。因此施加约束的过程化简为在表征剩余自由度的量的顶点上的操作。

例如，如果6原色多原色显示器的像素由3个子像素的两组组成，则约束为选择3个子像素的第一组的颜色以使得仍然可以通过3个子像素的第二组的有效驱动值达到期望颜色。可以通过确定由第一组的原色定义的多面体和由具有偏移的第二组的原色定义的多面体的交界，来在颜色空间中找到覆盖满足约束的全部颜色的多面体，以使得像素的期望颜色是由第二组的原色定义的多面体的顶点之一（最远离原点的一个）。

在图1中所示的例子中，多原色显示器的子像素被划分为两个子像素组。现在亮度平衡指多原色转换算法影响两个子像素组之间的亮度分布而对总像素颜色没有影响或具有最小影响的能力。该亮度平衡提供指定第一子像素组中的期望亮度的约束。这样的约束例如可以用于将第一输入像素的亮度与第一子像素组的亮度匹配，以及将第二输入像素的亮度与第二子像素组的亮度匹配。通常，子像素组的期望亮度作为子像素再现过程的一部分而被确定。

在实施例中，除了颜色匹配约束之外，约束还进一步包括定义子像素组中的一个的期望亮度的亮度约束。在该实施例中，对于颜色空间中的交界多面体的顶点确定输出驱动值的范例解，所述交界多面体被定义为表示期望亮度的平面与定义满足亮度约束的子像素组中的一个的颜色的多面体的交界。现在在下面所述子像素组中的一个被称作第一子像素组，然而这并不表示该组必须是位置上的第一个（从左往右）。

通过表征第一子像素组的颜色中的自由度，可以便利地应用平衡亮度约束。应用该约束基本上归结为计算满足颜色匹配约束的颜色空间中的凸多面体与第一子像素组的期望亮度的平面的交界。这可以通过将全部顶点划分为两组来实现，其中一组具有比期望亮度更大的亮度而一组具有比期望亮度更小的亮度。通过考虑连接这些组中的点并且形成所考虑的颜色匹配凸多面体的边缘的线段，可以将交界点计算为产生正确的亮度的线性组合。所计算的交界点形成满足颜色匹配和平衡亮度约束两者的全部解的集合的顶点。如果期望亮度小于或大于最小或最大亮度解，则不能在相等的意义下满足平衡亮度约束。通过将期望亮度截取至颜色匹配凸多面体的最接近的值来获得最小二乘解。

应当注意，本发明不限于以针对所述约束中的每一种所讨论的方式实现约束。例如，可以通过确定总像素的期望颜色的范例解并且将第一子像素组的原色的驱动值转换回到颜色空间以获得颜色空间中的颜色匹配凸多面体，来获得第一子像素组的期望颜色的确定。在该实施例中，接着，在如此找到的颜色匹配凸多面体上实现亮度约束。

在实施例中，约束进一步包括在交界多面体上实现色度约束。与平衡亮度约束类似，可以定义在各子像素组上的期望颜色分布上的约束。由于平衡亮度约束已经对各组上的亮度分布进行操作，所以对于平衡色度约束可以排除该成分。给定颜色空间中的凸交界多面体的一个或多个顶点，应用平衡色度约束是直接的。如果第一子像素的期望颜色在交界多边形内，则它也是对于该组最优的颜色。否则，最优的颜色是使与期望颜色的均方距离最小化的颜色匹配多面体内的点。

在施加平衡亮度约束之后，可行解的集合是点或者凸多边形。在后一种情况下，仍然有许多解供选择。如所讨论的那样，可以通过施加平衡色度约束来进行该选择。这导致相继地添加约束、缩小解集合直至剩下唯一解的过程。这样的过程基于以下假设：可以对于所应用的约束的重要性进行明确的排序。然而，与基于按成本函数对约束的相对重要性进行加权的方法相比，这导致更高效的实现方式，这是因为它避免了对数值最优化的需要。

在实施例中，定义第一组的期望亮度的亮度约束已经被添加至颜色匹配约束。通过确定分别具有定义期望颜色的颜色匹配多面体的最小亮度和最大亮度的顶点、并且通过确定这些顶点的凸组合的系数来在颜色空间中实现该期望亮度约束。系数定义通过这些顶点的线和表示期望亮度的平面的交界。颜色空间中的交界的驱动空间中的输出驱动值的范例解被确定为使用在颜色空间中确定的系数的分别具有最小亮度和最大亮度的顶点的输出驱动值的凸组合。

该方法通过仅考虑具有在第一像素组中集中的亮度的最小和最大量的范例解来进一步提高计算效率。该简化避免了对施加平衡色度约束以达到唯一的良好定义的解的需要。通过仅考虑最小和最大亮度解，整个过程化简为取其凸组合。目标是找到尽可能接近第一子像素组的期望亮度的凸组合。这导致能够说明平衡亮度约束的高效的多原色转换算法。

在实施例中，约束包括定义第一组的期望亮度的亮度约束。驱动空间中的输出驱动值的范例解在颜色空间中被确定为表示期望亮度的平面和由定义分别具有最小和最大亮度的期望颜色的多面体的极限亮度顶点定义的线的交界。对于该交界的顶点确定输出驱动值的范例解。

在实施例中，通过使用已知的矩阵切换方法来获得顶点的输出驱动值的范例解，在所述矩阵切换方法中，颜色空间中的全部原色被划分为具有所选择的值的N-3个原色的组以及具有自由值的3个原色的组的集合。具有所选择的值的组的原色具有值零或一。原色的组在以下意义上具有自由值：可以选择或确定自由值以在由具有固定值的原色定义的多面体中获得期望颜色。或用不同的说法，具有固定值的原色确定由自由原色定义的多面体的偏移。如果全部自由原色的值被选择为0，则这导致由具有固定值的原色定义的颜色点。从而可以获得的颜色的多面体从由固定原色的值定义的该颜色点出发并且覆盖可以利用自由原色的有效值的凸组合实现的全部颜色点。以此方式，通过选择具有固定值0或1的原色的全部可能的组合，可以利用通常部分重叠的多个多面体覆盖总的色域。

从而，固定和自由原色的集合提供完整地覆盖由N个原色定义的色域的（重叠的）多面体的集合，矩阵切换方法对于多面体的集合中的每一个检查由输入驱动值定义的输入颜色是否在该多面体内，并且在是的情况下执行矩阵操作以一方面从固定原色的所选择的值（0或1）、另一方面从输入颜色与具有自由值的原色一起，来确定驱动值。

在实施例中，通过确定或获取色域多面体的预确定的边界平面来执行顶点的范例解的确定。由其值被选择为0或1的N个原色中的N-3个固定原色、与N个原色中的3个可变原色一起定义颜色空间中的色域多面体。从而，色域多面体具有由3个可变原色定义的体积，并且该体积具有由固定原色的所选择的值定义的相对原点的偏移。固定原色的值被选择为0或1。如果对于N-3个固定原色的全部可能的组合的对于值0或1的全部可能的组合定义这些色域多面体，则产生的体积覆盖可以利用原色生成的完整的色域。应当注意，产生的体积将部分重叠。可以选择色域多面体以使得色域被完整地覆盖而无多面体之间的重叠。使用非重叠多面体提供了确定范例解的更高效的过程，这是因为必须确定或获取色域多面体的较低数目的边界平面。确定期望输出颜色相对边界平面的位置以指示期望输出颜色所位于的色域多面体。

在实施例中，通过确定边界平面的法线、并且通过计算该法线和定义期望输出颜色的矢量的内积来确定该位置。内积的符号指示期望输出颜色位于边界平面的哪一侧。以此方式，可能仅仅通过检查符号而对期望输出颜色是在色域多面体中的特定的一个之内还是之外下结论。

在实施例中，边界平面被编组为平行边界平面的组。对于每一组仅仅计算一次法线。为了确定期望输出颜色相对平行平面的位置，将平行平面针对它们与原点的距离排序就足够了。

在实施例中，通过计算期望输出颜色相对边界平面的距离来确定期望输出颜色的位置。该距离可以用于确定期望输出颜色位于哪个色域多面体中以及确定获得期望输出颜色所需的可变原色的值。

本发明的这些和其他方面根据下文中所描述的实施例而清楚明白并且将参考这些实施例而被阐明。

附图说明

在附图中：

图1示意性地示出了传统RGB显示器和具有6个原色的多原色显示器的像素布置，

图2利用6个原色的选择的例子示意性地示出了xy颜色空间，

图3示出了具有多原色转换器的显示装置的框图，

图4示出了2维颜色空间XY中和4维驱动空间中的色域多面体，

图5示出了2维颜色空间XY中的4原色多原色显示器的全部色域多面体，

图6图示了怎样确定包括仍允许通过像素的第二子像素组而达到多原色显示器的像素的期望颜色的多原色显示器的第一子像素组的颜色的期望的色域多面体，

图7图示了怎样确定第一子像素组的期望的色域多面体和表示第一子像素组的期望亮度的平面的交界多面体，

图8图示了怎样通过使用期望的色域多面体的极限亮度顶点来找到具有期望颜色和期望亮度的第一子像素组的多面体或颜色点，

图9示出了根据本发明的多原色转换器的实施例的框图，

图10示意性地示出了用于确定期望输出颜色的范例解的框图，

图11示出了非重叠色域多面体的集合，以及

图12示出了用于确定期望输出颜色的范例解的高效的实施例的框图。

应当注意，不同的图中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，或是相同的信号。在已经解释了这样的项目的功能和/或结构的情况下，没有必要在详细描述中对其进行重复解释。

具体实施方式

图1示意性地示出了传统RGB显示器和具有6个原色的多原色显示器的像素布置。实际的显示器具有比所示出的像素多得多的像素。

RGB显示器DP具有像素PI1、PI2，其每个具有三个子像素SPi，所述三个子像素SPi具有颜色R（红）、G（绿）、B（蓝）。必须显示在显示器DP上的输入信号具有RGB或诸如例如YUV（其可以被容易地转换为RGB分量）之类的其他分量。这些RGB分量定义相应的RGB子像素的驱动值。因为每像素的子像素的数目与输入信号的分量数目相同，所以可以从RGB分量确定性地得到驱动值。

多原色显示器MDP具有像素PI，其具有6个子像素SPi，所述6个子像素SPi例如具有颜色GRBYRC，其中G为绿、R为红、B为蓝、Y为黄、而C为青。在该例子中，第一组子像素SPG1包括颜色GRB，第二组子像素SPG2包括颜色YRC。该多原色显示器具有对应于6个子像素的颜色的6个原色。所述原色可以全部具有不同的颜色，但不一定全部具有不同的颜色。

如果RGB显示器DP和多原色显示器MDP的每一个子像素的面积相同，则像素PI覆盖像素PI1、PI2中的每一个的面积的两倍。因此，显示器MDP的分辨率是显示器DP的分辨率的一半。因为分辨率主要由亮度确定，所以可以通过确定在子像素组SPG1和SPG2上的最优亮度分布来恢复显示器MDP的分辨率。该亮度分布作为平衡亮度约束被提供至多原色转换。最优亮度分布可以是子像素组SPG1和SPG2的亮度比与像素PI1和PI2的亮度比相同。可替代地，可以实现任何其他子像素再现算法。

虽然所示出的多原色显示器MDP每像素具有6个子像素，但每像素的子像素数目可以是>3的任何其他数目，并且子像素的颜色可以与图1中所示的不同。多原色显示器的子像素可以被划分为多于两组。多原色显示器的子像素组可以具有不同的子像素数目。

图2利用6个原色的选择的例子示意性地示出了xy颜色空间。由EBU原色P0、P1、P2定义的三角形是可以利用其子像素SPi具有作为原色的EBU RGB颜色的传统RGB显示器来实现的色域G1。原色P1、P2、P3、P4、P5、P6指示定义多原色显示器MDP的色域的多面体G2。

图3示出了具有多原色转换器的显示装置的框图。该显示装置包括可选的逆伽玛处理1、RGB至XYZ转换器2、颜色处理3、子像素平衡4、多原色转换器5、子像素分布6、可选的伽玛校正7以及多原色显示器8。

逆伽玛处理1对RGB输入信号的任何伽玛预校正进行补偿。逆伽玛处理1与RGB至XYZ转换器2一同将RGB输入信号转换为根据CIE的线性XYZ空间中的线性输入信号(XiYiZi)’。可选的颜色处理3可以执行诸如例如亮度峰化、色调校正或色域扩展之类的任何期望的处理，并且提供颜色XiYiZi。子像素平衡4向多原色转换器5提供平衡约束。例如，这样的平衡约束可以是多原色显示器8的两个或更多子像素组的亮度平衡。子像素平衡4可以提供进一步的处理。例如，可以在颜色处理3的输出信号XiYiZi被提供至多原色转换器5之前在该输出信号上执行抗混叠操作。在图3中所示的实施例中，子像素平衡4的输出信号被直接提供至多原色转换器5。多原色转换器5将其XYZ空间中的输入信号XiYiZi转换为多原色显示器8的N个原色（或N个子像素）的N维驱动空间中的驱动值di。子像素分布6在N个子像素上分布驱动值di以获得分布后的驱动值di’。可选的伽玛处理7在分布后的驱动值di’上应用伽玛操作以获得适于所使用的显示器8的具体类型的伽玛校正后的驱动信号di’’。

可以利用专用硬件、适当编程的处理器或其组合来执行所示的方框的过程。

图4示出了2维颜色空间XY和4维驱动空间（即4个原色）的色域多面体。现在，在下面将通过假想的2D（2维）颜色空间XY而不是3D颜色空间XYZ的例子来解释本发明的实施例。这种“平地”类比具有以下优点：其允许便利的2D图形表示而不需要使用3D空间中的透视或困难的投影。然而所提出的所有思想一般化到并且应当应用于3D颜色空间。在必要时，将讨论2D表示和3D空间之间的关系。

图4A在XY空间中只示出了三个多面体PT12,00、PT34,00和PT34,11来图示怎样获得图5的多面体的完整集合。该例子考虑由多原色显示器8的像素PI的4个子像素SPi的颜色定义的4个原色P1至P4。所提出的解释可以容易地应用于由多原色显示器8的子像素定义的更多数目的原色。

在所示出的例子中，由原色P1、P2、P3和P4来定义4个子像素SPi的颜色。用于多面体的标记为PTij,kl，其中i和j指示自由原色而k和l指示固定的原色是被选择为零还是被选择为一。k和l的值按照固定原色的下标的顺序来指示固定原色。从而，多面体PT12,00分别由自由原色P1和P2以及固定原色P3或 P4（它们的值都为0）定义。多面体PT34,00由自由原色P3和P4以及固定原色P1和P2（它们的值都为0）定义。具有顶点V1、V2、V3、V4的多面体PT12,11由自由原色P1和P2以及固定原色P3和P4（它们的值都为1）定义。如果P1和P2两者都为0，则获得顶点V1。如果P1具有值1而P2具有值0，则获得顶点V4。从而，多面体PT12,11覆盖当P3和P4具有值1而P1和P2的值在其有效范围0至1（包括边界值0和1）中变化时可以实现的全部颜色。

图4B非常示意性地示出了由多原色显示器8的子像素SPi的原色（作为轴D1、D2、D3、D4）定义的N(=4)维驱动空间中的多面体PTd。因为XYZ颜色空间和驱动空间两者都是线性空间，所以在颜色顶点Vi（明显地指示了V1至V4）和驱动值di（在4维驱动空间中示意性地表示的d1至d4）之间存在一对一的关系。分别作为原色D1至D4的极限驱动值的驱动值d1、d2、d3、d4对于点V1分别等于[0 0 1 1]。这些极限驱动值d1至d4也被称作范例解，将参照图5进一步阐明所述范例解。应当注意，现在在下面，色域中的多面体PTij,kl也被称作色域多面体PTi，其中i可以指示色域多面体中的特定的一个或总体地指示全部色域多面体。以相同的方式，原色P1至P4可以被称作Pi，而范例解d1至d4可以被称作di。

图5示出了2维颜色空间XY中的4原色多原色显示器的全部色域多面体。由部分地重叠的色域多面体PTi覆盖的总面积是可以利用4个原色Pi实现的颜色的色域G2。以与参照图4A解释的方式相同的方式、通过取作为固定原色的原色Pi中的两个的全部组合和作为自由原色的剩余原色的全部组合来得出色域多面体PTi。在3D颜色空间XYZ中，N-3个原色必须固定为值0或1，并且对于固定原色的值的每种组合剩余的3个原色是自由的以使得色域多面体PTi的颜色由从偏移矢量（其由固定原色的值定义）出发的3个自由原色定义。现在在下面解释怎样确定颜色C的范例解di。颜色C处于3色域多面体PTi内。

第一个色域多面体PT12,10由自由原色P1和P2以及固定原色P3=1和P4=0定义。从而，偏移矢量是P3。对应于色域多面体PT12,10的范例解di由根据P1和P2的恰当值的驱动值d1和d2的恰当值给出，而驱动值d3和d4的值分别是1和0。

第二个色域多面体PT23,01由自由原色P2和P3以及固定原色P1=0和P4=1定义。从而，偏移矢量是P4。对应于色域多面体PT23,01的范例解di由根据P2和P3的恰当值的驱动值d2和d3的恰当值给出，而驱动值d1和d4的值分别是0和1。

第三个色域多面体PT24,01由自由原色P2和P4以及固定原色P1=0和P3=1定义。从而，偏移矢量是P3。对应于色域多面体PT24,01的范例解di由根据P2和P4的恰当值的驱动值d2和d4的恰当值给出，而驱动值d1和d3的值分别是0和1。

范例解di是极限解，这是因为固定原色的值已经被选择为具有极限值0或1之一。因此，上面所定义的三个范例解di是包括为其获得颜色C的驱动值的全部凸组合的N维驱动空间中的色域多面体PTd的顶点。驱动空间中的顶点通过驱动值与颜色之间的线性关系而直接与颜色空间中的顶点关联。在该例子中：Vi=P1*d1+P2*d2+P3*d3+P4*d4。

矩阵切换方法必须测试固定原色的全部可能的组合来找到其中存在颜色C的色域多面体。实际上，矩阵切换方法必须执行色域多面体PTi中的每一个的自由原色的矢量分解（假定预编译的逆的矩阵乘法）来计算驱动空间中的驱动值di。只有颜色C位于其中的一个或多个色域多面体PTi将导致在其有效范围内的驱动值。

图6图示了怎样确定包括仍允许通过像素PI的第二子像素组SPG2而达到多原色显示器8的像素PI的期望颜色C的多原色显示器MDP的第一子像素组SPG1的颜色的期望的色域多面体。

假定第一组SPG1的子像素SPi的原色Pi是P1和P2，而第二组SPG2的子像素SPi的原色Pi是P3和P4。要解决的问题是：由原色P1和P2定义的色域多面体PTi中的哪些颜色提供第一组SPG1的颜色以使得第二组SPG2的颜色与第一组SPG1的颜色组合能够使用有效范围内的驱动值di生成期望的颜色C。图6示出了具有顶点V10、V11、V12的多面体U0是色域多面体PT12,00的子区域，所述子区域被如此定义：第一组SPG1的颜色C1必须被选择为能够通过向颜色C1加上由原色P3和P4定义的颜色C2而达到期望的颜色C。如图6中所示，由多面体PT12,00和多面体PTx共同的颜色来定义该多面体U0，所述多面体PTx是由自由原色P3和P4定义的多面体，其中颜色C是该多面体的顶点中具有与原点的最大距离的一个。图6中所示的例子中的多面体U0的构造在图7中更好地可见，图7示出了多面体U0及其邻近部分的扩大的版本。

可替代地，可以通过确定总像素的期望颜色的范例解并且将第一子像素组的原色的驱动值变换回颜色空间而获得颜色空间中的颜色匹配凸多面体，来获得第一子像素组的期望颜色的确定。在该实施例中，接着在如此得出的颜色匹配凸多面体上实现亮度约束。

现在在下面更一般性地描述上面这点。颜色C1和C2是XYZ空间中的矢量：

C1 = [X1 Y1 Z1]^T 且 C2 = [X2 Y2 Z2]^T，其中T意为转置。

假定两个子像素组SPG1和SPG2覆盖相同的面积，则像素PI的总颜色C被定义为：

C = 1/2 (C1 + C2)　　(1)

对于子像素组SPG1和SPG2的其他的面积分布，必须相应地缩放各组的贡献，并且算术平均被加权平均替代以说明相应的组在面积上的贡献。

假定对于期望的颜色C，已知颜色匹配问题的范例解D = {d1, …, dn}。颜色匹配问题被定义为找到满足以下条件的第一和第二组SPG1和SPG2的驱动值的问题：

x = Ps1 ds1 + Ps2 ds，其中0≤ ds1, ds2≤1   (2)

其中矩阵Ps1和Ps2的列分别由根据它们的贡献面积而缩放的、第一组SPG1和第二组SPG2的显示原色组成。由矢量ds1定义第一组SPG1的子像素的驱动值，而由矢量ds2定义第二组SPG2的子像素的驱动值。

由于多原色系统具有比颜色空间的维数更多的原色，所以颜色匹配问题典型地具有色域内的颜色的多个解。如可以验证的那样，满足等式(2)的解的集合形成凸多面体，所述凸多面体可以被表征为被称作范例解的点D = {d1, ..., dn}的凸组合。从而，产生期望输出颜色C的全部驱动值dj的集合可以被表达为属于驱动空间的全部dj，对于dj

dj = ∑_iα_id_i，其中∑_iα_i = 1且α_i ≥ 0

可以借助矩阵切换来计算范例解D。将参照图10讨论确定范例解的更快的方式。可替代地，范例解的ds1分量可以用于确定多面体U0的顶点。

在确定范例解D以表征第一组SPG1的颜色C1中的自由度之后，对多原色转换的接下来的约束可以是平衡亮度约束，并且有可能是平衡色度约束。对于多面体U0内的颜色的任何解dj，因为dj满足等式(1)中的颜色匹配条件，子像素组SPG1和SPG2两者的总亮度贡献是固定的。平衡亮度约束目标在于控制子像素组SPG1和SPG2两者之间的亮度分布。参照图7至图9讨论实现平衡亮度约束的方法。

图7图示了怎样确定描述第一子像素组SPG1的颜色的自由度的多面体U0和表示第一子像素组SPG1的期望亮度的平面Y1的交界。

图7示出了图6中所定义的多面体U0的放大的版本。作为多面体U0的边界线的与原色P1、P3和P4平行的线分别由P1’、P3’和P4’指示。多面体U0具有顶点V10、V11和V12。要应用在第一组SPG1上的亮度约束是该组的亮度应当为Y1。在2D颜色空间XY中，该亮度约束由线Y1定义。在3D颜色空间XYZ中，亮度约束是指示亮度值Y1的平面。从图7立即清楚，顶点V20和V21之间的线段L1定义满足颜色匹配和亮度约束两者的颜色。或更一般性地说：满足颜色和亮度约束两者的颜色由作为指示满足颜色约束的颜色的多面体U0和指示期望亮度Y1的平面之间的交界的多面体的顶点来定义。

在确定由多面体U0定义的颜色集合之后，施加平衡亮度约束的问题基本上是找到最接近于期望的亮度Y1的颜色。现在可能发生两种情况。首先，如果期望亮度Y1小于或大于多面体U0的全部单独的顶点的亮度，则不可能达到相等。在该情况下，第一子像素组SPG1的最优颜色分别对应于具有最小或最大亮度的顶点。最优驱动值dj现在是对应于所选择的顶点的范例解。另一方面，如果期望的亮度Y1在多面体U0的顶点的最小和最大亮度之间，则可以在相等的意义下施加平衡亮度约束。通过取U0和具有期望亮度Y1的颜色集合的交界L1来获得满足该约束的子像素组SPG1的全部颜色的集合。

计算所需的交界L1的一种方式为确定该交界的顶点V20和V21。可以通过将顶点V10、V11和V12划分为两组来计算这些顶点V20、V21，一组具有比期望亮度Y1更大的亮度而一组具有比期望亮度Y1更小的亮度。在图7的例子中，V10和V11属于第一组，而V12属于第二组。下一步是找到也是多面体U0的边缘的这些组中的点之间的全部可能的线段。在所示的例子中，这些线段是线P1’和P4’。这些线与平面Y1（或对于所示的2D简化来说的线Y1）的交界提供多边形L1的顶点V20和V21。因此交界的顶点是多面体U0的顶点的凸组合。可以通过取驱动域中的对应的凸组合来更新这些新的顶点的驱动值。如果颜色C’相对原点的距离较小以使得如图8中所示多面体U0具有4个顶点，这种方法也是有效的。

在已经确定集合L1之后，可以以类似的方式应用平衡色度约束。如果第一子像素组SPG1的期望颜色C1是L1的元素，则该颜色是该组的最优颜色。在该情况下，可能达到期望输出颜色C同时满足平衡亮度和色度两者的约束。另一方面，如果多面体L1不包括第一组SPG1的期望颜色C1，则可以通过最小化2D平面中的点和多边形之间的均方距离来计算第一子像素组SPG1的颜色C1。该问题可以容易地通过几何方法来解决。给定最优颜色C1，等式(1)可以用于确定颜色C2。从这种颜色的细分，可以便利地计算最优驱动值dj。作为替代，可以通过取对应于达到最优颜色C1所需的L1的顶点的凸组合的驱动空间中的凸组合来计算驱动值dj。

所提出的相继应用平衡亮度和平衡色度约束的过程计算强度仍然相当高。如果计算复杂度太高并被视作瓶颈，则可以忽视平衡色度条件以得出简化的低成本解。然而，为了保证一定量的鲁棒性，以良好定义的并且唯一的方式减少剩余的自由度的量是重要的。为了实现并入平衡亮度约束的更高效的方式，可以如将参照图8所解释的那样使用具有最小和最大亮度的范例解。

图8图示了怎样通过使用色域多面体U0’的极限亮度顶点来找到具有期望颜色C1和期望亮度Y1的第一子像素组SPGi的多面体或颜色点。

在图8中，包括允许利用第二子像素组SPG2而达到颜色C’ 的第一子像素组SPG1的颜色的色域多面体U0’具有4个顶点V30至V33。线L1定义色域多面体U0’内具有期望亮度Y1的颜色。线L2被构造为通过色域多面体U0’的分别具有最小亮度和最大亮度的顶点V30和V32的线。该线L2与线L1的交界V50提供所选择的颜色C1。在3D颜色空间XYZ中，线L1是平面，而如果具有最小和最大亮度的顶点不唯一则线L2可以是多面体。

可替代地，可能通过取以下凸组合来定义平衡亮度约束：

d = α dmax + (1-α) dmin，其中0 ≤ α ≤ 1，dmax和dmin分别是色域多面体U0’的具有最小和最大亮度的顶点V30和V32的范例解。由顶点V30和V32的凸组合定义α的值以使得在Y1亮度平面和通过顶点V30和V32的多面体之间获得交界V50。通过以下等式在颜色空间中确定α的值：

α = (Y1 - Ymax) / (Ymax - Ymin)

其中Ymax是顶点V32的颜色的亮度，而Ymin是顶点V30的颜色的亮度。

如果所计算的α在范围[0, 1]之外，则将其简单地截取至最接近的极限值。该方法导致一种非常高效的施加平衡亮度约束的方式。此外，通过取最小和最大解的凸组合，仍然可能生成与前面讨论的扩展的方法相同的子像素组SPG1的亮度范围内的解。这暗示可以以与前面相同的程度满足亮度约束。进一步地，应当注意，所提出的过程允许计算复杂度的额外的改进，这是因为它只需要具有最小和最大亮度的范例解。将参照图10解释计算dmin和dmax的高效的方式。

图9示出了根据本发明的多原色转换器的实施例的框图。多原色转换器5包括方框50和51，其接收期望的颜色X1Y1Z1以分别确定多面体U0’（参见图8）的极限顶点V32和V30的最大和最小亮度Ymax和Ymin以及对应的驱动值的范例解dmax和dmin。如参照图8所描述的那样，方框52从期望亮度Y1以及最大和最小亮度Ymax和Ymin来计算因子α。方框53利用因子α来混合最大和最小驱动值dmax和dmin以获得作为d = α dmax + (1-α) dmin的范例解。

以上算法提供了一种在多原色转换中在达到颜色匹配的范例解的集合上施加平衡亮度和色度约束的方式。它与用于计算范例解dj的方法一起提供了一种能够处理这类依赖于数据的约束的多原色转换方案。与已知的并入平衡亮度约束的方法相比，该算法不被限制于具有四个原色的系统。在多原色转换中施加平衡亮度约束的能力对于子像素再现技术来说是必不可少的。在具有较大量的原色多原色系统中，子像素再现是维持高分辨率而不需要增加像素计数的重要工具。这样，所提出的算法可以是发挥未来的多原色面板的完全的潜力的必不可少的元素，其一方面提供宽色域和高峰值亮度而另一方面维持高分辨率。为了达到该算法的计算更高效的版本，已经建议只考虑第一子像素组SPG1中具有最小和最大亮度的范例解dj。在该情况下，并入平衡亮度约束的整个过程化简为找到产生期望亮度Y1的凸组合。与如参照图10而呈现的用于范例解的快速计算的技术结合，这导致非常高效的多原色转换算法。

图10 示意性地示出了用于确定期望输出颜色C的范例解D的框图。利用专用硬件、利用适当编程的处理器、或其组合来实现该框图中的各方框。

可选方框60从多原色显示器8的像素PI的子像素SPi的原色P1至PN定义或获取色域多面体PTj。方框61可以确定色域多面体PTj的边界平面BPi，但优选地获取所存储的定义边界平面BPi的预计算的数据。例如，可以由它们的法线ni（参见图11）和偏移来定义边界平面BPi。可替代地，可能由单个法线ni和它们的相对位置来定义平行延展的边界平面BPi。

方框62确定期望输出颜色C相对边界平面BPi的位置以提供输出颜色C所处的一个或多个色域多面体PTj。例如，可以计算表示期望输出颜色C的矢量和边界平面BPi的法线ni的内积。该内积与平行布置的边界平面BPi的顺序一起直接指示期望输出颜色C可以位于和不位于的一个或多个色域多面体PTj。通过考虑平行边界平面的全部集合，可以唯一地标识包含C的色域多面体PTj。当已知期望输出颜色C位于哪个或哪些色域多面体PTj时，对于这些色域多面体PTj中的每一个，固定原色FIP的值已知。

方框63确定被检测为期望输出颜色C位于其中的色域多面体PTj中的每一个中的自由原色FRP的值。现在，对于期望输出颜色所属的这些色域多面体PTj中的每一个，固定原色FTP和自由原色FRP两者的值都已知，并且从而范例解D也已知。

现在在下面更详细地讨论该方法。导致像素PI的正确的期望输出颜色C的多原色显示器8的像素PI的子像素SPi的驱动值di形成驱动空间中的多面体。该多面体由被称作驱动值d1至dN的范例或极限解D的其顶点来定义。驱动空间中这样的多面体进一步被称作驱动多面体。

矩阵切换提供了一种计算范例解D的方式。本发明的实施例针对比矩阵切换方法更高效的计算范例解D的算法。根据本发明的此算法基于确定期望输出颜色C相对限制色域G2中的色域多面体PTj的边界平面DPi的位置。颜色空间XYZ中的色域多面体PTj由子像素SPi的原色P1至PN定义。颜色空间XYZ中的色域G2包括可以由像素PI的子像素SPi的有效驱动值di生成的全部颜色。驱动值di的有效值被归一化为包括边界值的范围0至1。通过对于N-3个原色Pi选择固定值0或1同时剩余3个原色Pi的值可以在它们的有效范围0至1内变化来定义色域多面体PTj。具有所选择的值0或1的原色Pi被称作固定原色FIP，可以变化的原色被称作自由原色FRP。可以对于向固定原色FIP的组合分配固定值0或1的全部可能的组合的对于固定原色FIP的全部可能的组合来创建色域多面体PTj的集合。色域多面体PTj的该完整的集合覆盖完整的色域并且包括部分地重叠的多面体PTj。在图5中示出了这些重叠的多面体PTj的例子。应当注意，可以从像素PI的子像素SPi的原色Pi的坐标来预计算这些色域多面体PTj。例如可以通过计算表示期望输出颜色C的矢量和边界平面BPi的法线之间的内积并且减去恰当的偏移O来确定期望输出颜色C相对色域多面体PTj的边界平面BPi的位置。应当注意，边界平面BPi、边界平面BPi的法线以及偏移O也可以从色域多面体PTj预计算，这是因为原色Pi是由实际的多原色显示器8定义的。代替边界平面BPi以法线和偏移的形式的表示，可以使用边界平面的任何其他表示来确定相对位置。

在实施例中，通过选择色域多面体PTj以使得它们以非重叠方式覆盖完整色域来进一步减少计算复杂度。非重叠多面体PTj的选择可以基于强力方法，其中首先确定全部可能的（候选）多面体。在下一步中，对于多面体PTj中的每一个的顶点中的每一个，确定全部的范例解。例如如果我们感兴趣于对应于具有第一子像素组中的最小亮度的解的色域的唯一覆盖，则确定顶点的范例解中的哪个满足该准则。对于候选多面体的所有顶点，执行该操作。如果所选择的范例解全部对应于相同的色域多面体（即所测试的多面体），则它属于无重叠的覆盖。当情况不是这样时，它被忽视。

通过确定期望输出颜色C相对色域多面体PTj的边界平面BPi的位置，可能直接找到颜色C落入其中的色域多面体PTj。

在实施例中，期望输出颜色C到色域多面体PTj的边界平面BPi的距离被用于计算由自由原色FRP定义的所需驱动值di。不需要其中必须计算全部候选解以检查哪一个导致在有效范围0至1内的驱动值di的强力矩阵切换。在以下表格中示出了根据本发明的实施例的算法相比矩阵切换的计算效率方面的增益。

表格的第一列指示多原色显示器MDP的原色Pi的数目N。最后一列示出色域中全部可能的色域多面体PTj的数目。第二列示出色域多面体PTi的边界平面BPi的数目。第三列指示根据本发明的算法确定相关的色域多面体所需的运算的数目，而第四列示出在矩阵切换方法中确定相关的色域多面体所需的运算的数目。M是乘法的数目，A是加法的数目，Cs是符号比较的数目，而Cf是浮点比较的数目。根据本发明的算法使用边界平面BPi而非色域多面体PTj，而矩阵切换方法使用色域多面体PTj而非边界平面BPi。尽管必须考虑的边界平面BPi的数目大于色域多面体PTj的数目，但所提出的算法导致计算复杂度的显著的减少，这是因为计算点（期望输出颜色C）在边界平面BPi上的投影的复杂度是计算色域多面体PTj（也被称作矩阵切换多面体）中的一个的驱动值di的复杂度的三分之一。矩阵切换多面体PTj中的一个的驱动值di的计算涉及矢量与三乘三矩阵的乘法。

此外，边界平面BPi中的许多个平行延展，这使得能够在单次运行中确定表示期望输出颜色C的点相对平行的边界平面BPi的相对位置。点C在平行的平面BPi上的投影除了平面BPi之间的已知的偏移之外是相同的。此外，色域多面体PTj的数目比边界平面BPi的数目增长得更快。这暗示根据本发明的算法的计算效率相对矩阵切换随着所涉及的原色Pi的数目N而增加。

表格中的数字表示最坏情况。它们表示对于矩阵切换方法来说从色域多面体PTj的完整集合确定范例解D的完整集合所需的复杂度，或对于根据本发明的方法来说从边界平面BPi的完整集合确定范例解D的完整集合所需的复杂度。如已经指出的那样，如果不需要全部的范例解D，则可以实现复杂度的进一步的减少。例如，如果只对子像素组SPGi中具有最小和最大亮度的解D感兴趣，则可能预计算利用不重叠但一起覆盖完整色域的色域多面体PTj对色域的对应的覆盖。这样的包括覆盖完整色域的最小数目的非重叠色域多面体PTj的集合分别被称作色域多面体PTj的最小亮度集合和最大亮度集合。还应当注意，该方法不限于所提出的算法，而是还可以用于矩阵切换方法。

图11示出了非重叠色域多面体的集合。通过从色域多面体PT34,00（对于其P1=P2=0而P3和P4在0和1之间变化）出发来构建所示出的对应的子像素SPi的原色P1和P2的最小亮度的最小亮度集合。选择其他色域多面体PTj以使得它们共同具有一个边界线BPi并且色域被非重叠色域多面体PTj完整覆盖。可替代所示出的最小亮度集合，可以选择另一原色组合最小的另一最小亮度集合。代替选择原色组的最小亮度，还可以选择最大亮度。

期望输出颜色处于色域多面体PT13,01中，该色域多面体PT13,01的自由原色是P1和P3，而固定原色P2和P4分别具有值0和1。色域多面体PT13,01具有法线为n3的边界线BP1和BP2以及法线为n1的边界线BP3和BP4。通过矢量n3和P1的内积来确定边界线BP1和BP2之间的距离。通过矢量n1和P3的内积来确定边界线BP3和BP4之间的距离。期望输出颜色C到边界线BP4之间的距离为a1，而期望输出颜色C到边界线BP2之间的距离为a3。

为了确定哪些范例解是可行的，考察期望输出颜色C位于边界线BPi（或3D颜色空间XYZ中的边界平面）的哪一侧就足够了。确定期望输出颜色C位于哪一侧的最直接的方式是确定到平面的距离。通过取与边界线BPi的法线ni的内积并减去恰当的偏移来计算该距离。所计算的距离的符号提供关于期望输出颜色C位于边界线BPi的哪一侧的信息。从而，如果假定边界线中的每个的法线ni的方向是预定义的，则可能仅通过检查内积的符号来找到期望输出颜色C所位于的那一个色域多面体PTj。例如，法线ni的方向可以被选择为总从左指向右并且从上指向下（远离原点）。一旦已经找到期望输出颜色C所位于的那一个色域多面体PTj，则固定原色FIP的值已知。在所示出的例子中，色域多面体PT13,01的固定原色P2和P4的值分别是0和1。

内积的值减去偏移提供了期望输出颜色C到边界线BPi的距离ai。这些距离ai定义期望输出颜色C所位于的色域多面体PTj的自由原色FRP的值。在所示出的例子中，对于多面体PT13,01，自由原色的值由P1 = a3 / (n3.p1)和P3 = a1 / (n1.p3)给出。应当注意，距离n3.p1和n1.p3仅仅依赖于原色P1至P4的颜色点并且从而可以被预计算。该方法直接使用到边界线PTj的距离来执行沿自由原色FRP的分解且不需要矢量-矩阵乘法。

以此方式确定的固定原色FIP和自由原色FRP的值直接提供或是像素PI的子像素SPi的对应的驱动值d1至d4。

图12示出了用于确定期望输出颜色C的范例解D的高效的实施例的框图。针对线性3D颜色空间XYZ而给出图12中所示的实现方式的操作的解释。然而，可以使用任何其他的线性3D颜色空间。该算法的中心步骤是将期望输出颜色C的位置与边界平面BPi的集合比较。

方框70提供用于填充查找表71、72、73和75的原色Pi的坐标。方框71是定义包括色域多面体PTi的边界平面BPi的法线矢量ni的法线矩阵N的查找表（进一步被称作LUT）。

方框77接收期望输出颜色C和法线矩阵N以确定期望输出颜色矢量C和法线矢量ni之间的内积IP。回头参考图11，边界平面BPi可以被划分为平行平面的组。一个这样的组包括具有相同的法线矢量ni、但具有由法线ni和支持矢量svi（未示出）的内积定义的不同的偏移的全部边界平面BPi。特定的边界平面BPi的支持矢量svi可以是从原点到边界平面BPi的任何矢量。从而，对于一个这样的组中的全部平面BPi，该组的法线矢量ni和期望输出颜色C的矢量之间的内积IP只需要计算一次。这样的组的内积IP例如可以对于与原点相交并且与该组的平面平行延展的平面来计算。通过加上恰当的偏移（其指示相对于被视作与原点相交的平行平面的位移）来得到期望输出颜色矢量C与组中的实际平面BPi的距离。

方框72是定义包括对应的平行延展的边界平面BPi的偏移的偏移矩阵O的LUT。方框78加上或减去偏移矩阵O中定义的不同的平行排列的平面BPi的不同的偏移来获得期望输出颜色C与平行排列的平面BPi中的每一个的正确的距离ai。矩阵O仅依赖于原色Pi的坐标和所选择的色域多面体PTj，并且从而可以被预计算。偏移矩阵O的每行可以包含法线矩阵N中的对应的法线的偏移。可以按降序排列每行中的偏移。偏移矩阵O的列数等于在平行平面BPi的组中出现的平行平面BPi的最大数目。因为不是全部的平行平面BPi的组都具有该平行平面BPi的最大数目，所以不是所有的行都必须被完整填充。在3D颜色空间中，如果考虑全部色域多面体PTi，则最大列数是2^N-2，而当仅考虑色域多面体PTj的最小亮度和最大亮度集合时该数目是N分之3。

方框76从距离ai确定期望输出颜色C位于哪些平行的边界平面BPi之间。因此，在确定与一组平行平面BPi中的全部边界平面BPi的距离ai时，该组的法线矢量ni和期望输出颜色C的矢量之间的内积需要对于平行平面BPi中的一个、或对于通过原点与该组的平面BPi平行延展的平面而计算一次。给定该内积，通过减去恰当的偏移来计算从期望输出颜色C到平行平面的距离。如前面所提及，该距离ai的符号指示期望输出颜色C位于边界平面BPi的哪一侧。如果按降序排列矩阵C中的偏移，则可以通过确定在哪些元素之间偏移矩阵O的行改变符号来执行确定期望输出颜色C位于哪些边界平面BPi之间的过程。

从而，期望颜色C相对该组的平行平面的相对位置可以被表达为具有与平行边界平面BPi的组的数目相等的维数的整数矢量Va。如果在图11的2D例子中假定法线ni的编号对应于相应的原色P1至P4，并且标记法线ni以使得它们具有指向右的分量（平行平面BPi的法线ni从左向右且从上向下计数），则期望输出颜色C的整数矢量Va为Va = (2 1 1 1)^T。或用语言定义：期望输出颜色C位于具有与原色P1垂直的法线n1的第2和第3边界平面BPi之间、以及具有分别与原色P2、P3和P4垂直的法线n2、n3和n4的边界平面BPi的组中的平面的第1和第2平面BPi之间。从而，为了确定期望颜色C的位置，方框76知道矢量Va的整数值就足够了，它不需要知道确切的距离di。

由矢量Va定义的整数位置可以用于获取期望输出颜色C所位于的一个或多个色域多面体。为此，将矢量Va与查找表74逐元素比较，所述查找表74指定为了期望输出颜色C属于特定的色域多面体PTi而必须满足的上限和下限。换言之，查找表74对于每个色域多面体PTi指定Va的元素应当在哪些整数值之间。在如图11中所示的最小覆盖的情况下，精确地存在一个满足全部条件的色域多面体PTi。对于如图5中所示的色域的完全覆盖，多个色域多面体PTi可以通过测试，产生多个范例解。LUT 74可以被预构建为包括整数的行，其中每行定义色域多面体PTi中的一个，并且其中全部行一起定义色域的全部色域多面体PTi。编号惯例与用于矢量Va的编号惯例相同。多面体LUT 74从多面体边界LUT 73中的预定义的数据接收关于色域多面体PTi的边界BPi的信息。

一旦已知输出颜色C所位于的一个或多个色域多面体PTi，则固定原色FIP和它们的极限值已知。这些固定原色FIP是输出颜色C所位于的色域多面体PTi的支持矢量。固定原色FIP的列表由Is指示，而对应的固定值由ds指示。在图11的例子中，只有由原色P2=0 P4=1支持并且具有自由原色P1和P3的色域多面体PT13,01通过测试。这暗示Is = {2,4}且ds = [0,1]。作为补充，多面体LUT 74返回由If和从期望颜色C所位于的色域多面体PTi的支持矢量发出的边界平面BPi的标识符I标记的自由原色FRP的列表。后者以矩阵I的形式指定，所述矩阵I具有ai和O中的对应的法线ni和偏移的索引。在图11的例子中，If = {1,3}且

其中第一列中的索引分别指具有法线n1和n3的边界平面BPi，而第二列中的索引指示平行平面中的哪个穿过支持矢量P4的末端。在通过例子所讨论的2D颜色空间中，If中的元素和I中的第一列是相同的。在3D颜色空间中，If中的元素一般与I中的第一列中的元素不同。

在最后的步骤中，由方框79计算自由参数FRP的值。根据以下等式计算自由原色FRP的贡献：

以及 

从由I指定的距离矩阵A中的条目获取所需的距离ai。在图11中所示的例子中：

a1 = A(1,2) 以及 a = A(3,2)

从预计算的归一化因子LUT 75中获取所需的归一化因子n1.p3和n3.p1。矩阵I可以再次用于恰当的索引。将所计算的自由原色FRP和固定原色FIP的值合并最终提供期望的范例解。

本发明的主要的应用在多原色转换的领域。所提出的边界平面方法提供了使多原色显示器（例如LCD、OLED，直接观看或投影显示器）能够生成特定的期望输出颜色C的计算全部范例解的高效的方式。可以通过仅仅获取范例解的特定的子集来实现计算复杂度的进一步减少。进行这样的对解的预选择可以被视作选择非重叠色域多面体（也被称作色域的最小覆盖）的特定的集合。在针对多于四个原色的多原色算法中并入如平衡亮度约束的动态约束时，具有计算范例解的高效的方式是重要的。这类灵活性对于维持高分辨率而不需要像素计数的增加的子像素再现技术来说是重要的。这样，所提出的算法可以是发挥未来的多原色显示面板的完全的潜力的重要的因素，其一方面提供宽色域和高亮度而另一方面维持高分辨率。

应当注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多可替代的实施例而不偏离所附权利要求的范围。已经对具有6个原色的系统开发所提出的方法，但所提出的方法还适用于具有任意>3的数目的原色的系统。虽然为了简化起见已经部分地针对2维颜色空间XY阐明该方法，但可以容易地理解该方法怎样在3维颜色空间XYZ或在任何其他3维线性颜色空间中起作用。

在权利要求中，置于圆括号中的任何参考标号不应被理解为限制权利要求。动词“包括”及其变化的使用不排除除了权利要求中所陈述的元件或步骤之外的其他元件或步骤的存在。元件之前的冠词“一”不排除多个这样的元件的存在。可以借助包括若干不同元件的硬件、或借助适当编程的计算机来实现本发明。在列举若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干个可以由同一项的硬件来实现。在相互不同的从属权利要求中陈述特定措施的起码事实不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims (15)

1.一种将定义M维颜色空间（XYZ）中的多原色显示器（DP）的像素（PI）的颜色的输入驱动值（RGB）转换为N>M维驱动空间中的N个输出驱动值（di）的多原色转换（5），其中所述N个输出驱动值（di）驱动所述像素（PI）的N个子像素(SPi)，并且其中由相应的N个子像素（SPi）的N个原色的线性组合来定义颜色空间（XYZ）中所述像素（PI）的颜色，所述多原色转换（5）包括：

- 定义颜色空间（XYZ）中的约束从而在颜色空间（XYZ）中导致由顶点（V10，V11，V12；V20，V21；V50）定义的凸多面体（U0；L0；V50），其中只有属于所述凸多面体的颜色空间（XYZ）中的颜色满足所述约束，

- 对于所述顶点（V10，V11，V12；V20，V21；V50）的至少一个子集确定所述输出驱动值（di）的范例解，以及

- 将满足所述约束的输出驱动值（di）构造为所述范例解的凸组合。

2.如权利要求1所述的多原色转换，其中

- 在子像素（SPi）的组（SPG1，SPG2）上划分所述像素（PI）的N个子像素（SPi），

- 定义约束包括在颜色空间（XYZ）中确定允许利用剩余组（SPG2）来获得所述像素（PI）的期望颜色（C）的第一组（SPG1）的颜色的凸多面体（U0），

- 通过将范例解确定为所述凸多面体（U0）的顶点（V10，V11，V12）的输出驱动值（di），来执行对所述输出驱动值（di）的范例解的确定。

3.如权利要求1所述的多原色转换，其中

- 在子像素（SPi）的组（SPG1，SPG2）上划分所述像素（PI）的N个子像素（SPi），

- 定义约束包括定义第一组（SPG1）的期望亮度（Y1）的亮度约束，其中所述期望亮度（Y1）由颜色空间（XYZ）中的平面表示，

- 对所述输出驱动值（di）的范例解的确定将所述范例解确定为被定义为交界多面体（L1）的颜色空间中的多面体的顶点（V20，V21）的输出驱动值（di），所述交界多面体（L1）通过表示所述期望亮度（Y1）的平面和允许利用剩余组（SPG2）来获得所述像素（PI）的期望颜色（C）的第一组（SPG1）的颜色的凸多面体（U0）的交界而获得。

4.如权利要求3所述的多原色转换，其中所述约束进一步包括在交界多面体（L1）上实现色度约束。

5.如权利要求1所述的多原色转换，其中，

- 在子像素（SPi）的组（SPG1，SPG2）上划分所述像素（PI）的N个子像素（SPi），

- 定义约束包括定义第一组（SPG1）的期望亮度（Y1）的亮度约束，其中通过进行以下确定来在颜色空间（XYZ）中实现所述约束：

- 作为允许利用剩余组（SPG2）来获得所述像素（PI）的期望颜色（C）的第一组（SPG1）的颜色的多面体（U0）的极限亮度顶点的顶点（V30，V32），所述极限亮度顶点分别具有最小亮度（YMIN）和最大亮度（YMAX）；以及所述极限亮度顶点（V30，V32）的凸组合的系数（α，1-α），其中所述系数（α，1-α）是满足所述亮度约束所需的混合因子并且定义通过所述极限亮度顶点（V30，V32）的线（L2）和表示所述期望亮度的平面（L1）的交界，以及

- 通过作为使用系数（α，1-α）的所述极限亮度顶点（V30，V32）的输出驱动值（di）的范例解的凸组合来确定对应于所述交界的范例解，而执行确定所述输出驱动值（di）的范例解。

6.如权利要求1所述的多原色转换，其中，

- 在子像素（SPi）的组（SPG1，SPG2）上划分所述像素（PI）的N个子像素（SPi），

- 对所述约束的定义包括定义第一组（SPG1）的期望亮度（Y1）的亮度约束，其中通过进行以下确定来在颜色空间（XYZ）中实施所述约束：

- 表示所述期望亮度（Y1）的平面和由允许利用剩余组（SPG2）来获得所述像素（PI）的期望颜色（C）的第一组（SPG1）的颜色的多面体（U0）的极限亮度顶点（V30，V32）所定义的线（L2）的交界（V50），所述极限亮度顶点（V30，V32）分别具有最小亮度（YMIN）和最大亮度（YMAX），以及

- 通过将范例解确定为所述交界（V50）的顶点的输出驱动值（di），而执行确定所述输出驱动值（di）的范例解。

7.如权利要求１所述的多原色转换，其中通过使用矩阵切换方法来执行从所述顶点（V10，V11，V12；V20，V21；V50）对所述输出驱动值（di）的范例解的确定，在所述矩阵切换方法中，颜色空间（XYZ）中的全部原色被划分为具有所选择的值的N-3个原色的组以及具有自由值的3个原色的组的集合，其中具有所选择的值的组的原色具有值零或一，所述集合提供由所述N个原色定义的色域中的全部可能的多面体，所述矩阵切换方法对于每个多面体检查由输入驱动值定义的输入颜色是否在该多面体内，并且在是的情况下执行矩阵操作以从确定所述多面体的所选择的值和连同具有自由值的原色的输入颜色来确定驱动值。

8.如权利要求1所述的多原色转换，其中通过以下操作来执行对所述顶点的范例解的确定：

- 确定或获取颜色空间（XYZ）中的色域多面体（PTij,kl）的边界平面，其中所述色域多面体（PTij,kl）由所述N个原色中的其值被选择为0或1的N-3个固定原色、以及所述N个原色中的3个可变原色来定义，以及

- 确定期望输出颜色（C）相对所述边界平面的位置以指示所述期望输出颜色（C）所位于的色域多面体（PTij,kl）。

9.如权利要求8所述的多原色转换，其中对所述位置的确定包括确定：

- 所述边界平面的法线，以及

- 所述法线、偏移值和定义所述期望输出颜色（C）的矢量的内积。

10.如权利要求9所述的多原色转换，其中对所述法线的确定包括将所述边界平面编组为平行边界平面的组、仅对每一组计算一次法线、以及指示相同的组中的平行边界平面相对原点的距离。

11.如权利要求9或10所述的多原色转换，其中对所述位置的确定包括计算所述期望颜色C相对所述边界平面的距离以确定所述可变原色的值。

12.如权利要求8所述的多原色转换，其中对色域多面体（PTij,kl）的确定或获取包括确定或获取非重叠的色域多面体（PTij,kl）的集合，同时该集合完整地覆盖由所述原色的有效值定义的色域。

13.一种计算机程序产品，其包括用于执行将定义M维颜色空间（XYZ）中的多原色显示器（DP）的像素（PI）的颜色的输入驱动值（RGB）转换为N>M维驱动空间中的N个输出驱动值（di）的多原色转换（5）的计算机代码，其中所述N个输出驱动值（di）驱动所述像素（PI）的N个子像素（SPi），并且其中由相应的N个子像素（SPi）的N个原色的线性组合来定义颜色空间（XYZ）中所述像素（PI）的颜色，所述代码执行以下步骤：

- 定义颜色空间（XYZ）中的约束从而在颜色空间（XYZ）中导致由顶点（V10，V11，V12；V20，V21；V50）定义的凸多面体（U0；L0；V50），其中只有属于所述凸多面体的颜色空间（XYZ）中的颜色满足所述约束，

- 对于所述顶点（V10，V11，V12；V20，V21；V50）的至少一个子集确定所述输出驱动值（di）的范例解，以及

- 将满足所述约束的输出驱动值（di）构造为所述范例解的凸组合。

14.一种用于将定义M维颜色空间（XYZ）中的多原色显示器（DP）的像素（PI）的颜色的输入驱动值（RGB）转换为N>M维驱动空间中的N个输出驱动值（di）的多原色转换器（5），其中所述N个输出驱动值（di）驱动所述像素（PI）的N个子像素（SPi），并且其中由相应的N个子像素（SPi）的N个原色的线性组合来定义颜色空间中所述像素（PI）的颜色，所述多原色转换器（5）包括：

- 输入端或存储器，其用于获取颜色空间（XYZ）中的约束，从而在颜色空间（XYZ）中导致由顶点（V10，V11，V12；V20，V21；V50）定义的凸多面体（U0；L0；V50），其中只有属于所述凸多面体的颜色满足所述约束，

- 计算单元，其用于对于所述顶点（V10，V11，V12；V20，V21；V50）的至少一个子集确定所述输出驱动值（di）的范例解，以及用于将满足所述约束的输出驱动值（di）构造为所述范例解的凸组合。

15.一种多原色显示装置，其包括：

- 多原色显示器，以及

- 权利要求9的多原色转换器，其被布置用于向所述多原色显示器的子像素提供输出驱动值。

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