CN104795047B - 像素阵列的时间和空间混色方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种像素阵列的时间和空间混色方法，像素阵列包括沿行和列方向重复排列的多个单位阵列，各子像素根据经偏移值修正的灰阶值进行显示，同一单位阵列的同一列四个像素组中各子像素的偏移值构成对应的四个偏移值组，混色方法包括：以像素阵列的连续四帧为一时间单元，同一时间单元的各帧中，在同一单位阵列的同一列的四个像素组中，四个偏移值组按不同的顺序排列，同一时间单元、同一单位阵列中：各像素组的平均偏移值相等，在各帧内，每个偏移值组各自的偏移值排列相同。本发明在人眼感官上消除了传统的时间和空间混色带来的抖动效应和块状效应，提高了显示的真实度、平滑度和美感。

Description

像素阵列的时间和空间混色方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是一种像素阵列的时间和空间混色方法。

背景技术

液晶显示器分辨率高，能耗小，体积重量都远小于CRT显示器，目前液晶显示器已经取代了传统的CRT显示器，在显示领域占据统治地位。

液晶(LCD:Liquid-crystal-display)是一种呈液体状的化学物质，当受到外界电场影响时，其分子会产生精确的有序排列。如果对分子的排列加以适当的控制，液晶分子将会允许光线穿越。无论是笔记本电脑还是桌面系统，采用的LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。位于最后面的一层是由荧光物质组成的可以发射光线的背光层。背光层发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。

对更加复杂的彩色显示器来说，还需要有专门处理彩色显示的色彩过滤层。通常，在彩色LCD面板中，每一个像素都是由三个液晶单元子像素构成，其中每一个子像素前面都分别有红色，绿色，或蓝色的过滤器。这样，通过不同子像素的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。现在，几乎所有的应用于笔记本或桌面系统的LCD都使用薄膜晶体管(TFT：Thin film transistor)激活液晶层中的各个子像素。TFT LCD技术能够显示更加清晰，明亮的图像。

与传统CRT显示器处理模拟信号显示信息不同，LCD显示器只能处理数字信号的显示信息，各子像素显示的颜色由前端接收的数字信号信息决定，

液晶分子的透光率取决于加在液晶分子上的电场强度，该电场强度由加在液晶分子上的电压决定，电压不同时，液晶分子的透光率不同，各子像素显示的颜色就不同。通过改变电压，调节LCD显示的颜色。前文所述的决定各子像素颜色的数字信号信息实际就表征了加在液晶分子上的电压大小，显然，数字信号信息位数越大，可调节的电压台阶数越多，各子像素可以显示的颜色就越丰富，所述的控制子像素色彩的电压台阶，称之为灰阶。决定灰阶数的数字信号信息的位数，称为液晶显示器的位数(bit数)，例如6bit,8bit液晶显示器，表示液晶显示器接收的数字信号数据为6位和8位的二进制数据，灰阶分别为2的6次方和8次方，即64和256个灰阶。各像素的红绿蓝三个子像素都能显示64或256中颜色，则组合三个子像素的像素可以显示的颜色为64和256的三次方，6bit液晶显示器只能显示262144种色彩(64×64×64＝262144)，而8bit液晶显示器可以显示16777216种颜色(256×256×256＝16777216)，在物理角度来看，6bit面板能显示的色彩还不到8bit面板的2％。

液晶显示器的显示区域由若干像素拼接而成，各像素分为红绿蓝三个子像素，各子像素通过液晶分子上的电压不同而显示出不同的色彩，液晶分子上的电压由数字信号输入通过数模转化电路变为模拟电压信号来控制液晶分子的透光率，由于人眼对画面的感应速度有限，在较短时间内像素快速变化显示色彩时，人眼会将一定时间范围内变化的色彩平均化，同时由于液晶显示器上的像素面积极小，人眼无法单个分辨各像素的颜色，而会将相邻的一定空间范围内的若干像素的色彩平均化处理。

利用上述人眼对色彩的时间上的平均化和空间上的平均化，可以实现用低位显示器显示高位色彩，现有技术已有用低位的液晶显示器显示高位色彩的方法，例如下面一种用6位的液晶显示器显示8位色彩的方法：

对输入的一个8位数据，高低位保持不变，低2位，使用4个子像素作为显示8位数据的基本单元，则4个子像素通过01组合(0为白、1为黑)可以显示出8位数据的低2位(四种灰阶值)，如图1所示，利用人眼对邻近的子像素的色彩平均化，在人眼视觉上达到了空间上的混色。

或者对输入的8位数据画面，分为四帧显示(第一帧示为1^st、第二帧示为2^nd、第三帧示为3^rd以及第四帧示为4^th)，通过四帧画面的01组合(0为白、1为黑)，达到显示8位数据低2位(四种灰阶值)的目的，如图2所示，利用人眼对短时间内色彩时间上的平均化，在人眼视觉上实现了时间上的混色。

传统的单纯时间或者空间混色，实现了用低位数液晶显示器显示高位数色彩信息，但是存在视觉上的抖动效应，具体表现为人眼看到的画面不流畅，能察觉到图像的抖动。对灰阶度的区别处理只到像素一级，容易造成显示上的块状效应，人眼感知上画面似乎被分割成小块，影响显示的平滑度和美感。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种像素阵列的时间和空间混色方法。

本发明提供一种像素阵列的时间和空间混色方法，所述像素阵列包括沿行和列方向重复排列的多个单位阵列，各所述单位阵列包括四行三列的像素组，各所述像素组包括数量相同的子像素，各所述子像素根据经偏移值修正的灰阶值进行显示，同一所述单位阵列的同一列四个所述像素组中各子像素的偏移值构成对应的四个偏移值组，所述混色方法包括：以所述像素阵列的连续四帧为一时间单元，其中，同一所述时间单元的各帧中，在同一所述单位阵列的同一列的四个所述像素组中，所述四个偏移值组按不同的顺序排列，其中，同一所述时间单元、同一所述单位阵列中：各所述像素组的平均偏移值相等，每个所述偏移值组各自在各帧内的偏移值排列相同。

优选地，所述混色方法还包括：接收高位灰阶信号；将所述高位灰阶信号转换为低位灰阶信号，并获取2位最低有效位，所述最低有效位是以所述高位灰阶信号与所述低位灰阶信号的位长度差异为基础而产生；根据所述低位灰阶信号确定各子像素的灰阶值；以及根据所述最低有效位确定各子像素的偏移值以对根据所述低位灰阶信号确定所述灰阶值进行修正，其中，同一所述时间单元、同一所述单位阵列中：各所述像素组的平均偏移值等于所述2位最低有效位的值。

优选地，将2位所述最低有效位扩展为3位最低有效位，其中，同一所述时间单元、同一所述单位阵列中：各所述像素组的平均偏移值等于所述3位最低有效位的值。

优选地，同一所述时间单元的一帧中，在同一所述单位阵列的同一列的四个所述像素组中，每一像素组对应的偏移值组是在上一帧中与该像素组上一行或下一行的一像素组对应的偏移值组，其中，第四行的下一行是第一行，第一行的上一行是第四行。

优选地，同一所述时间单元的相邻两帧中，在同一所述单位阵列的同一列的四个所述像素组中，四个所述像素组对应的所述四个偏移值组两两互换。

优选地，同一所述时间单元的同一帧中，在同一所述单位阵列的各列所述像素组中，对应于各列四个所述像素组的所述四个偏移值组按相同的顺序排列。

优选地，同一所述时间单元的同一帧中，在同一所述单位阵列的各列像素组中，对应于各列四个所述像素组的所述四个偏移值组按不同的顺序排列。

优选地，各所述单位阵列中同一行的三个所述像素组为第一像素组、第二像素组以及第三像素组，各所述像素组具有两行子像素，每行具有四个子像素，位于同一行的所述第一像素组的一子像素、所述第二像素组的一子像素以及所述第三像素组的一子像素构成一个像素。

优选地，所述第一像素组、所述第二像素组和所述第三像素组分别用于显示红色、绿色和蓝色。

优选地，所述混色方法用于图像处理算法。

采用本发明的时间和空间混色方法，在人眼感官上消除了传统的时间和空间混色带来的抖动效应和块状效应，提高了显示的真实度、流畅度和美感。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1示出本发明所述空间混色的原理示意图；

图2示出本发明所述时间混色的原理示意图；

图3示出本发明的单位阵列的示意图；

图4示出本发明一时间单元内单位阵列的示意图；

图5示出本发明的第一实施例的单位阵列示意图；

图6示出本发明的第一实施例的单位阵列示意图；

图7示出本发明的第二实施例的单位阵列示意图；以及

图8示出本发明的第二实施例的单位阵列示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构。

本发明提供的像素阵列参考图3，像素阵列包括沿行和列方向重复排列的多个单位阵列200，各单位整列200包括四行三列的像素组。各像素组包括数量相同的子像素

具体而言，各单位阵列200同一行的三个像素组分别为第一像素组210、第二像素组220和第三像素组230。各像素组具有两行子像素，例如211以及212。各像素组每行具有四个子像素，位于同一行的第一像素组210的一子像素、第二像素组220的一子像素以及第三像素组230的一子像素构成一个像素。第一像素组210、第二像素组220和第三像素组230分别用于显示红色R、绿色G和蓝色B。

本发明提供一种像素阵列的时间和空间混色方法，使低位灰阶的显示屏能够显示高位灰阶的颜色。高位与低位的位长度差异优选地，为2位。此处以8位的高位灰阶以及6位的低位灰阶为例，进行描述。该方法包括如下步骤：

接收高位灰阶信号，例如8位的灰阶信号。将高位灰阶信号转换为低位灰阶信号，并获取2位最低有效位。最低有效位是以高位灰阶信号与低位灰阶信号的位长度差异为基础而产生。具体而言，低位灰阶信号为6位的灰阶信号，将8位灰阶信号的高6位作为低位灰阶信号。并且由于8位灰阶信号与6位灰阶信号的位长度差异为2位，因此将8位灰阶信号的低2位作为2位最低有效位。在一些变化例中，高位灰阶信号可以是10位灰阶信号，低位灰阶信号可以是8位灰阶信号，并根据其位长度差异获取2位最低有效位。本文所述的高位和低位并非以此为限，本领域技术人员还可以实现更多的变化例。

然后，根据低位灰阶信号确定各子像素的灰阶值。由于显示屏是显示低位灰阶的显示屏，因此，可以根据低位灰阶信号直接确定显示屏中各子像素的灰阶值。根据最低有效位确定各子像素的偏移值以对根据低位灰阶信号确定的灰阶值进行修正。具体而言，各子像素根据经偏移值修正的灰阶值进行显示，同一单位阵列的同一列四个像素组中各子像素的偏移值构成对应的四个偏移值组。本发明通过如下方式进行混色：以像素阵列的连续四帧为一时间单元，其中，同一时间单元的各帧中，在同一单位阵列的同一列的四个像素组中，四个偏移值组按不同的顺序排列。其中，同一时间单元、同一单位阵列中，各像素组的平均偏移值相等，在各帧内，每个偏移值组各自的偏移值排列相同。

以图4的单位阵列为例，对应于第一列的四个第一像素组210有四个偏移值组210A、210B、210C、210D。在各帧中，四个偏移值组210A、210B、210C、210D各自的偏移值的排列是相同的。第一帧1st，在第一列的四个第一像素组210中，偏移值组按照210A、210B、210C、210D的顺序排列。第二帧2nd，在第一列的四个第一像素组210中，四个偏移值组按照210C、210D、210A、210B的顺序排列。第三帧3rd，在第一列的四个第一像素组210中，偏移值组按照210D、210C、210B、210A的顺序排列。第四帧4th，在第一列的四个第一像素组210中，偏移值组按照210B、210A、210D、210C的顺序排列。在同一时间单位的各帧中，各行的第一像素组210还可以按照其他排列顺序与偏移值组对应，例如，按照210D、210A、210B、210C的顺序排列；按照210D、210B、210A、210C的顺序排列或者按照210C、210A、210D、210B的顺序排列等，本领域技术人员可以实现更多的变化例，在此不予赘述。

在本实施例中，同一时间单元的相邻两帧中，在同一单位阵列的同一列的四个像素组中，四个像素组对应的四个偏移值组两两互换。以第一帧1st和第二帧2nd为例，在这两帧中，第一行的第一像素组对应的偏移值组210A和第三行的第一像素组对应的偏移值组210C互换，第二行的第一像素组对应的偏移值组210B和第四行的第一像素组对应的偏移值组210D互换。

在一个变化例中，同一时间单元的一帧中，在同一单位阵列的同一列的四个像素组中，每一像素组对应的偏移值组是在上一帧中与该像素组上一行或下一行的一像素组对应的偏移值组，其中，第四行的下一行是第一行，第一行的上一行是第四行。例如，在第一列的四个第一像素组210中，第一帧1st，偏移值组按照210A、210B、210C、210D的顺序排列；第二帧2nd，偏移值组按照210D、210A、210B、210C的顺序排列。也就是说，在第二帧2nd中，第二行的第一像素组对应的偏移值组210A为在第一帧1st中与第一行的第一像素组对应的偏移值组210A；在第二帧2nd中，第一行的第一像素组对应的偏移值组210D为在第一帧1st中与第四行的第一像素组对应的偏移值组210D。又例如，在第一列的四个第一像素组210中，第一帧1st，偏移值组按照210A、210B、210C、210D的顺序排列；第二帧2nd，偏移值组按照210B、210C、210D、210A的顺序排列。也就是说，在第二帧2nd中，第二行的第一像素组对应的偏移值组210C为在第一帧1st中与第三行的第一像素组对应的偏移值组210C。

优选地，同一帧中，第二列的第二像素组220和第三列的第三像素组230中，其各自四个偏移值组的排列顺序与第一像素组210相同。例如，第一帧1st中，第一像素组的偏移值组按照210A、210B、210C、210D的顺序排列，第二像素组的偏移值组按照220A、220B、220C、220D的顺序排列，第三像素组的偏移值组按照230A、230B、230C、230D的顺序排列；第二帧2nd中，第一像素组的偏移值组按照210B、210C、210D、210A的顺序排列，第二像素组的偏移值组按照220B、220C、220D、220A的顺序排列，第三像素组的偏移值组按照230B、230C、230D、230A的顺序排列。在一个变化例中，同一帧中，第二列的第二像素组220和第三列的第三像素组230中，其各自四个偏移值组的排列顺序与第一像素组210不同。

为消除抖动效应，本发明所述的时间和空间混色方法在同一时间单元中的不同帧画面内，各像素组的偏移值的排列不同，同一时间单元中的同一像素阵列内，各像素组的平均偏移值相等。再次以图4为例，各帧中，各像素组的平均偏移值相等，且都为6。

另外，为取得更好的显示效果，以四个时间单元为一周期，在一周期中的不同时间单元内，同一单位阵列的各像素组在4帧中对应的偏移值组是不同的。本领域技术人员可以实现更多的实施例。通过加长显示周期，可以取得更好的人眼感知的色彩逼真度。

具体而言，使用低位灰阶的显示器显示高位灰阶时，使用低两位混色方式时会丢失三个灰阶。例如，使用6位灰阶的显示器显示8位灰阶时，会丢失253,254,255三个灰阶。为了弥补丢失的三个灰阶，可以将保持高四位不变，根据低四位的值，将低两位扩展成三位。前六位使用低位显示器常规显示，后三位则采用混色方式显示，扩展的具体实施方式如下：

XXXX 11 11＝>XXXX 11 00 0；

XXXX 11 10＝>XXXX 10 11 0；

XXXX 11 01＝>XXXX 10 10 1；

XXXX 11 00＝>XXXX 10 10 0；

XXXX 10 11＝>XXXX 10 01 1；

XXXX 10 10＝>XXXX 10 01 0；

XXXX 10 01＝>XXXX 10 00 1；

XXXX 10 00＝>XXXX 10 00 0；

XXXX 01 11＝>XXXX 01 11 0。

图5和图6示出3位扩展的对应3位最低有效位的单位阵列的一种实施例，其分别示出001到111的7个3位最低有效位在一时间单元内的单位阵列中的各子像素的偏移值的示意图。

例如，图5中显示3位最低有效位110的单位阵列，110换算为十进制为6，因此每一帧中，各像素组的平均偏移值相同，且为6，其与图4相同。其余6个3位最低有效位的单位阵列中各子像素的偏移值按照类似的方式排列，在此不予赘述。

图7和图8示出3位扩展的对应3位最低有效位的单位阵列的另一种实施例。

例如，图7中显示3位最低有效位010的单位阵列，010换算为十进制为2，因此每一帧中，各像素组的平均偏移值为2。其余6个3位最低有效位的单位阵列中各子像素的偏移值按照类似的方式排列，在此不予赘述。

对于3位最低有效位为000的情况，由于全部子像素的偏移值都为零，因此一时间单元内的四帧单位阵列中各子像素的偏移值相同，图中没有给出000的实施方式。

对于并未进行3位扩展的2位最低有效位，可直接利用图5至图8所示出的010、011以及001的单位阵列中各子像素的偏移值作为10、11及01的2位最低有效位的单位阵列中各子像素的偏移值。

图5至图8只是给出本发明的具体实施方式，绝非限制本发明的保护范围。当本发明的混色方法用于液晶显示屏的显示时，还可以根据液晶的极性反转实现更多不同的实施例，例如根据帧反转、行反转、列反转或者点反转等不同的反转有不同的像素阵列与偏移值的对应关系。

本领域技术人员可以理解，本发明所提供的方法还可以用于各种图像处理算法，例如图像补偿或者图像锐化等，在此不予赘述。

采用本发明所述的时间和空间混色方法，在人眼感官上消除了传统的时间和空间混色带来的抖动效应，使人眼感觉的画面更加流畅真实。子像素阵列采用了不同的像素排列方式，消除了显示中的块状效应，提高了显示的真实度和美感。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求范围内的各种修改和等效置换。

Claims (10)

1.一种像素阵列的时间和空间混色方法，其特征在于，所述像素阵列包括沿行和列方向重复排列的多个单位阵列，各所述单位阵列包括按四行三列的排列方式排列的像素组，各所述像素组包括数量相同的子像素，各所述子像素根据经偏移值修正的灰阶值进行显示，同一所述单位阵列的同一列四个所述像素组中各子像素的偏移值构成对应的四个偏移值组，所述混色方法包括：

以所述像素阵列的连续四帧为一时间单元，其中，同一所述时间单元的各帧中，在同一所述单位阵列的同一列的四个所述像素组中，所述四个偏移值组按不同的顺序排列，其中，

同一所述时间单元、同一所述单位阵列中：各所述像素组的平均偏移值相等，每个所述偏移值组各自在各帧内的偏移值排列相同。

2.如权利要求1所述的混色方法，其特征在于，所述混色方法还包括：

接收高位灰阶信号；

将所述高位灰阶信号转换为低位灰阶信号，并获取2位最低有效位，所述2位最低有效位是以所述高位灰阶信号与所述低位灰阶信号的位长度差异为基础而产生；

根据所述低位灰阶信号确定各子像素的灰阶值；以及

根据所述2位最低有效位确定各子像素的偏移值以对根据所述低位灰阶信号确定所述灰阶值进行修正，其中，同一所述时间单元、同一所述单位阵列中：各所述像素组的平均偏移值等于所述2位最低有效位的值。

3.如权利要求2所述的混色方法，其特征在于，将所述2位最低有效位扩展为3位最低有效位，其中，同一所述时间单元、同一所述单位阵列中：各所述像素组的平均偏移值等于所述3位最低有效位的值。

4.如权利要求1至3任一项所述的混色方法，其特征在于，同一所述时间单元的一帧中，在同一所述单位阵列的同一列的四个所述像素组中，每一像素组对应的偏移值组是在上一帧中与该像素组上一行或下一行的一像素组对应的偏移值组，其中，第四行的下一行是第一行，第一行的上一行是第四行。

5.如权利要求1至3任一项所述的混色方法，其特征在于，同一所述时间单元的相邻两帧中，在同一所述单位阵列的同一列的四个所述像素组中，四个所述像素组对应的所述四个偏移值组两两互换。

6.如权利要求1至3任一项所述的混色方法，其特征在于，同一所述时间单元的同一帧中，在同一所述单位阵列的各列所述像素组中，对应于各列四个所述像素组的所述四个偏移值组按相同的顺序排列。

7.如权利要求1至3任一项所述的混色方法，其特征在于，同一所述时间单元的同一帧中，在同一所述单位阵列的各列像素组中，对应于各列四个所述像素组的所述四个偏移值组按不同的顺序排列。

8.如权利要求1至3任一项所述的混色方法，其特征在于，各所述单位阵列中同一行的三个所述像素组为第一像素组、第二像素组以及第三像素组，各所述像素组具有两行子像素，每行具有四个子像素，位于同一行的所述第一像素组的一子像素、所述第二像素组的一子像素以及所述第三像素组的一子像素构成一个像素。

9.如权利要求8所述的混色方法，其特征在于，所述第一像素组、所述第二像素组和所述第三像素组分别用于显示红色、绿色和蓝色。

10.如权利要求1至3任一项所述的混色方法，其特征在于，所述混色方法用于图像处理算法。