CN104809994A - 一种rgbw类型四基色显示器灰阶组合转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RGBW类型四基色显示器灰阶组合转换的方法，本方法基于色域匹配原理，通过合理的色度学模型，计算出原始RGB三基色显示器的在L*a*b*空间的色域作为源色域，以RGBW四基色显示器在L*a*b*空间的色域作为目标色域。运用合理的色域匹配算法可将源色域一一映射到目标色域中，之后进行色域空间变换，最终实现RGB到RGBW灰阶组合的匹配转换。相较于传统的RGBW转换算法，本方案严格计算了各个灰阶组合的三刺激值并变换到L*a*b*空间，通过色域匹配，最大限度的利用了RGBW的彩色复现能力，同时在转换过程中保证了转换前后色相角不变，减少了色彩失真。

Description

一种RGBW类型四基色显示器灰阶组合转换方法

技术领域

本发明涉及显示器设计领域，具体涉及一种RGBW类型四基色显示器灰阶组合转换方法。

背景技术

LCD(液晶显示器)已经被广泛运用于移动设备中，比如手机、笔记本电脑等。然而由于液晶面板被动式的显示原理，为了实现全彩色分别使用了红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色的滤色片作为基色混色。加上偏振膜的使用，据统计仅有5％～10％的背光能量可以被观测者感知，其余全部被液晶模组吸收而浪费。为了提高液晶显示器的光效，RGBW四基色技术被提出。该技术的核心为在原始子像素排布中增加一个白色(W)子像素。由于白色(W)子像素显示为白色，无需使用滤色片，可由液晶直接透过背光实现，大大增加了模组的光透过率，进而提高了显示器整体的光效。

相比RGB显示器三通道的图像输入格式，对于RGBW显示器每一个像素共需要4个子像素的灰阶值。这就涉及RGB到RGBW的灰阶组合转换问题。由于引入了白色(W)子像素使得液晶面板的构造发生了改变，不是所有RGB中的颜色都能在RGBW中复现。

如何在尽可能保证颜色不失真的前提下实现转换成为RGBW显示器显示效果的关键。在已经提出的传统算法中，灰阶转换可概括为3步：1、提取白色分量；2、白色分量增益缩放；3、产生RGB分量。其中第一步的白色分量往往为RGB三通道数值中的最小值，第二步中的增益系数随着方法不同而不同。传统方法直接从灰阶数值的角度入手，可以实现3通道向4通道的快速转换。

然而这些方法并未严格计算每一种颜色的色相、饱和度、亮度等色彩属性，也没有从显示器整体色域的角度出发以充分利用4基色显示器的色域空间。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种RGBW类型四基色显示器灰阶组合转换方法，通过分别计算RGB色域和RGBW色域，并进利用色域映射算法行色域匹配，实现了RGB向RGBW的快速转换，并获得较高的图像质量，解决了现有技术的不足。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种RGBW类型四基色显示器灰阶组合转换方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)计算RGB到RGBW基色增益系数；

2)RGB显示器色域计算；

3)RGBW显示器色域计算；

4)利用色域映射算法进行色域匹配。

步骤1)计算获得RGBW显示器红绿蓝基色最强时的光通量Y_{r_new}、Y_{g_new}、Y_{b_new}；并设置RGBW基色的色坐标分别为：(x_r,y_r)、(x_g,y_g)、(x_b，y_b)、(x_w,y_w)。

本发明首次将色域映射算法引入到RGB向RGBW的转换中，利用映射算法能够方便的进行色域匹配。

进一步的，所述步骤2)具体包括以下步骤：

2.1)在LCH颜色空间内，将色相角h以间隔Δθ采样，亮度轴L以间隔ΔL采样；

2.2)在设定的条件下，以和设定值相同的色相角h和亮度轴L，彩度C从极远处以步长ΔC递减；

2.3)将步骤2.2)每次以步长ΔC递减后所在的LCH坐标转换为L^*a^*b^*坐标；之后将L^*a^*b^*坐标转换为三刺激值XYZ；具体公式如下：

LCH坐标转换为L^*a^*b^*坐标：

$\left\{\begin{array}{c}{L}^{*}=L\\ a^{*}=C\cos \left(h\right)\\ b^{*}=C\sin \left(h\right)\end{array}\right.$

L^*a^*b^*坐标转换为三刺激值XYZ：

$\left\{\begin{array}{c}X=Y_w\frac{x_w}{y_w}{(\frac{a^{*}}{500}+\frac{L^{*}}{116})}^3\\ Y=Y_w\left(\frac{L^{*}}{116}\right)\\ Z=Y_w\frac{z_w}{y_w}{(\frac{b^{*}}{200}+\frac{L^{*}}{116})}^3\end{array}\right.$

式中：

Y_w为RGB显示器白场的光通量；

2.4)以三刺激值XYZ为条件带入所需转换的显示器实际的基色参数RGB显示器基色计算三基色强度比例r:g:b；具体公式如下：

$\left[\begin{array}{c}r\\ g\\ b\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}\frac{x_r}{y_r}{Y}_r& \frac{x_g}{y_g}{Y}_g& \frac{x_b}{y_b}{Y}_b\\ Y_r& Y_g& Y_b\\ \frac{z_r}{y_r}{Y}_r& \frac{z_g}{y_g}{Y}_g& \frac{z_b}{y_b}{Y}_b\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$

2.5)随着彩度C以步长ΔC递减重复步骤2.1)-步骤2.4)，若得到合理解，则该点为色域边界；所述合理解为当rgb均处于[0,1]区间内；

2.6)遍历0～360°色相角，0～100亮度范围，记录所有的色域边界点，构成响应标准的立体色域；可以得到RGB显示器在L*a*b*空间的色域结构。

进一步的，所述步骤3)具体包括以下步骤：

3.1)在LCH颜色空间内，将色相角h以间隔Δθ采样，亮度轴L以间隔ΔL采样；

3.2)在设定的条件下，以和设定值相同的色相角h和亮度轴L，彩度C从极远处以步长ΔC递减；

3.3)将步骤3.2)每次以步长ΔC递减后所在的LCH坐标转换为L^*a^*b^*坐标；之后将L^*a^*b^*坐标转换为三刺激值XYZ；具体公式如下：

LCH坐标转换为L^*a^*b^*坐标：

$\left\{\begin{array}{c}{L}^{*}=L\\ a^{*}=C\cos \left(h\right)\\ b^{*}=C\sin \left(h\right)\end{array}\right.$

L^*a^*b^*坐标转换为三刺激值XYZ：

$\left\{\begin{array}{c}X=Y_w\frac{x_w}{y_w}{(\frac{a^{*}}{500}+\frac{L^{*}}{116})}^3\\ Y=Y_w\left(\frac{L^{*}}{116}\right)\\ Z=Y_w\frac{z_w}{y_w}{(\frac{b^{*}}{200}+\frac{L^{*}}{116})}^3\end{array}\right.$

式中：

Y_w为RGB显示器白场的光通量；

3.4)以三刺激值XYZ为条件带入所需转换的显示器实际的基色参数RGB显示器基色计算三基色强度比例r:g:b:w；规定以w分量最小min(w)作为不定方程求解时的目标函数带入公式求解，最终得到唯一一组四基色强度比例r:g:b:w；具体公式如下：

$\left[\begin{array}{c}r\\ g\\ b\\ w\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}\frac{x_r}{y_r}{Y}_{r\_\mathrm{new}}& \frac{x_g}{y_g}{Y}_{g\_\mathrm{new}}& \frac{x_b}{y_b}{Y}_{b\_\mathrm{new}}& \frac{x_w}{y_w}{Y}_{w\_\mathrm{new}}\\ Y_{r\_\mathrm{new}}& Y_{g\_\mathrm{new}}& Y_{b\_\mathrm{new}}& Y_{w\_\mathrm{new}}\\ \frac{z_r}{y_r}{Y}_{r\_\mathrm{new}}& \frac{z_g}{y_g}{Y}_{g\_\mathrm{new}}& \frac{z_b}{y_b}{Y}_{b\_\mathrm{new}}& \frac{z_w}{y_w}{Y}_{w\_\mathrm{new}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right];$

3.5)随着彩度C以步长ΔC递减重复步骤3.1)-步骤3.4)，若得到合理解，则该点为色域边界；所述合理解为当rgbw均处于[0,1]区间内；

3.6)遍历0～360°色相角，0～100亮度范围，记录所有的色域边界点，构成响应标准的立体色域；可以得到RGBW显示器在L*a*b*空间的色域结构。

有益效果：本发明提供的相较于传统的RGBW转换算法，本方案严格计算了各个灰阶组合的三刺激值并变换到L*a*b*空间，通过色域匹配，最大限度的利用了RGBW的彩色复现能力，同时在转换过程中保证了转换前后色相角不变，减少了色彩失真。

附图说明

图1为RGB技术引入前后面板像素构造变化的对比示意图

图2为RGB显示器在L^*a^*b^*空间的色域结构示意图

图3为RGBW显示器在L^*a^*b^*空间的色域结构示意图

图4为本方法的具体流程图

图5为仿真效果图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明提供一种RGBW类型四基色显示器灰阶组合转换的方法。该方法包括以下步骤：

一种RGBW类型四基色显示器灰阶组合转换方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)计算RGB到RGBW基色增益系数；

2)RGB显示器色域计算；

3)RGBW显示器色域计算；

4)利用色域映射算法进行色域匹配。

步骤1)计算获得RGBW显示器红绿蓝基色最强时的光通量Y_{r_new}、Y_{g_new}、Y_{b_new}；并设置RGBW基色的色坐标分别为：(x_r,y_r)、(x_g,y_g)、(x_b，y_b)、(x_w,y_w)。

本发明首次将色域映射算法引入到RGB向RGBW的转换中，利用映射算法能够方便的进行色域匹配。

进一步的，所述步骤2)具体包括以下步骤：

2.1)在LCH颜色空间内，将色相角h以间隔Δθ采样，亮度轴L以间隔ΔL采样；

2.2)在设定的条件下，以和设定值相同的色相角h和亮度轴L，彩度C从极远处以步长ΔC递减；

2.3)将步骤2.2)每次以步长ΔC递减后所在的LCH坐标转换为L^*a^*b^*坐标；之后将L^*a^*b^*坐标转换为三刺激值XYZ；具体公式如下：

LCH坐标转换为L^*a^*b^*坐标：

$\left\{\begin{array}{c}{L}^{*}=L\\ a^{*}=C\cos \left(h\right)\\ b^{*}=C\sin \left(h\right)\end{array}\right.$

L^*a^*b^*坐标转换为三刺激值XYZ：

$\left\{\begin{array}{c}X=Y_w\frac{x_w}{y_w}{(\frac{a^{*}}{500}+\frac{L^{*}}{116})}^3\\ Y=Y_w\left(\frac{L^{*}}{116}\right)\\ Z=Y_w\frac{z_w}{y_w}{(\frac{b^{*}}{200}+\frac{L^{*}}{116})}^3\end{array}\right.$

式中：

Y_w为RGB显示器白场的光通量；

2.4)以三刺激值XYZ为条件带入所需转换的显示器实际的基色参数RGB显示器基色计算三基色强度比例r:g:b；具体公式如下：

$\left[\begin{array}{c}r\\ g\\ b\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}\frac{x_r}{y_r}{Y}_r& \frac{x_g}{y_g}{Y}_g& \frac{x_b}{y_b}{Y}_b\\ Y_r& Y_g& Y_b\\ \frac{z_r}{y_r}{Y}_r& \frac{z_g}{y_g}{Y}_g& \frac{z_b}{y_b}{Y}_b\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$

2.5)随着彩度C以步长ΔC递减重复步骤2.1)-步骤2.4)，若得到合理解，则该点为色域边界；所述合理解为当rgb均处于[0,1]区间内；

2.6)遍历0～360°色相角，0～100亮度范围，记录所有的色域边界点，构成响应标准的立体色域；可以得到RGB显示器在L*a*b*空间的色域结构。

进一步的，所述步骤3)具体包括以下步骤：

3.1)在LCH颜色空间内，将色相角h以间隔Δθ采样，亮度轴L以间隔ΔL采样；

3.2)在设定的条件下，以和设定值相同的色相角h和亮度轴L，彩度C从极远处以步长ΔC递减；

3.3)将步骤3.2)每次以步长ΔC递减后所在的LCH坐标转换为L^*a^*b^*坐标；之后将L^*a^*b^*坐标转换为三刺激值XYZ；具体公式如下：

LCH坐标转换为L^*a^*b^*坐标：

$\left\{\begin{array}{c}{L}^{*}=L\\ a^{*}=C\cos \left(h\right)\\ b^{*}=C\sin \left(h\right)\end{array}\right.$

L^*a^*b^*坐标转换为三刺激值XYZ：

$\left\{\begin{array}{c}X=Y_w\frac{x_w}{y_w}{(\frac{a^{*}}{500}+\frac{L^{*}}{116})}^3\\ Y=Y_w\left(\frac{L^{*}}{116}\right)\\ Z=Y_w\frac{z_w}{y_w}{(\frac{b^{*}}{200}+\frac{L^{*}}{116})}^3\end{array}\right.$

式中：

Y_w为RGB显示器白场的光通量；

3.4)以三刺激值XYZ为条件带入所需转换的显示器实际的基色参数RGB显示器基色计算三基色强度比例r:g:b:w；规定以w分量最小min(w)作为不定方程求解时的目标函数带入公式求解，最终得到唯一一组四基色强度比例r:g:b:w；具体公式如下：

$\left[\begin{array}{c}r\\ g\\ b\\ w\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}\frac{x_r}{y_r}{Y}_{r\_\mathrm{new}}& \frac{x_g}{y_g}{Y}_{g\_\mathrm{new}}& \frac{x_b}{y_b}{Y}_{b\_\mathrm{new}}& \frac{x_w}{y_w}{Y}_{w\_\mathrm{new}}\\ Y_{r\_\mathrm{new}}& Y_{g\_\mathrm{new}}& Y_{b\_\mathrm{new}}& Y_{w\_\mathrm{new}}\\ \frac{z_r}{y_r}{Y}_{r\_\mathrm{new}}& \frac{z_g}{y_g}{Y}_{g\_\mathrm{new}}& \frac{z_b}{y_b}{Y}_{b\_\mathrm{new}}& \frac{z_w}{y_w}{Y}_{w\_\mathrm{new}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right];$

3.5)随着彩度C以步长ΔC递减重复步骤3.1)-步骤3.4)，若得到合理解，则该点为色域边界；所述合理解为当rgbw均处于[0,1]区间内；

3.6)遍历0～360°色相角，0～100亮度范围，记录所有的色域边界点，构成响应标准的立体色域；可以得到RGBW显示器在L*a*b*空间的色域结构。

实施例：

步骤一：计算RGB到RGBW基色增益系数：

如图1所示，由于RGBW技术在原始液晶面板上多引入了白色(W)子像素，改变了原有的面板构造和各个基色的色彩属性，在进行色域匹配时应首先将RGBW技术引入前后基色变化的幅度进行计算。图中文字标示该区域中为相应的颜色。

图1分别表示了现有显示器单个像素的排布方式，图1左边为现有技术的原始RGB显示器单个像素的排布方式，红绿蓝矩形分别对应了RGB通道子像素，每种颜色的子通道左下角有一个黑色区域，给色区域为TFT驱动无法透光。图1右边为本发明提供的RGBW显示器

为了保证显示器的分辨率不损失，技术引入前后单个像素的总面积是相同的。从图1的对比中可以看出，由于多引入了白色(W)子像素，各个基色的发光面积发生了变化，在背光不变的情况下，具体公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{Y}_r=\frac{1+3A}{3A}{Y}_{r\_\mathrm{new}}\\ Y_g=\frac{1+3A}{3A}{Y}_{g\_\mathrm{new}}\\ Y_b=\frac{1+3A}{3A}{Y}_{b\_\mathrm{new}}\\ Y_w=Y_r+Y_g+Y_b=\frac{1+3A}{3A}(Y_{r\_\mathrm{new}}+Y_{g\_\mathrm{new}}+Y_{b\_\mathrm{new}})\end{array}\right.---\left(1\right)$

式(1)中：

Yr、Yg、Yb分别为原始RGB显示器红绿蓝基色最强时的光通量；

Yr_new、Yg_new、Yb_new分别为RGBW显示器红绿蓝基色最强时的光通量；

Yw为RGB显示器白场的光通量；

A为RGBW显示器的开口率(实际发光面积与像素总面积之比)；

设Yw_new为RGBW显示器白色(W)子像素最强时的光通量，则RGBW显示器的白场光通量Ysum为Yr_new、Yg_new、Yb_new与Yw_new之和。图1中左右像素点白场光通量之比η如下：

$\mathrm{\η}=\frac{Y_w}{Y_{\mathrm{sum}}}=\frac{(1+3A)(Y_{r\_\mathrm{new}}+Y_{g\_\mathrm{new}}+Y_{b\_\mathrm{new}})}{3A(Y_{r\_\mathrm{new}}+Y_{g\_\mathrm{new}}+Y_{b\_\mathrm{new}}+Y_{w\_\mathrm{new}})}---\left(2\right)$

若保持显示器背光强度不变，η的值的倒数表示了引入技术后显示器提升画面亮度的程度。若保持显示器最大亮度不变，η的值表征了RGBW技术可实现的功耗节省的上限。

观察(2)式得出，白色(W)子像素的光通量Y_{w_new}越大，显示器亮度提升的多，或者功耗节省的多。白色(W)子像素的光线直接来自于面板背光，不经过滤色片的吸收。即显示器因滤色片造成的光损失越大，运用RGBW技术带来的优化效果越好。为了便于仿真图片效果，在接下来的色域计算中，设RGBW显示器的背光的色坐标与白场色坐标相同，且背光为RGB的η倍。此时RGBW显示器达到功耗最低点同时保证Y_w＝Y_sum。

假设技术引进前后各基色滤色片工艺不变，则保证了引入前后基色的色坐标不改变。参考sRGB色域标准，设红绿蓝白基色的色坐标分为：(x_r,y_r)＝(0.64,0.33)、(x_g,y_g)＝(0.3,0.6)、(x_b，y_b)＝(0.15,0.06)、(x_w,y_w)＝(0.3127,0.329)；开口率A＝80％，□＝0.5，Y_w＝Y_sum＝100lm，Y_r＝21.264lm，Y_g＝71.517lm，Y_b＝7.219lm，Y_{r_new}＝16.066m，Y_{g_new}＝50.669lm，Y_{b_new}＝5.114lm,Y_{w_new}＝28.151lm。

步骤二：RGB显示器色域计算：

为了运用色域匹配，RGB与RGBW在L^*a^*b^*空间内的色域均需要计算。色域计算步骤如下：

2.1)在LCH空间内，将色相角h以间隔Δθ采样，亮度轴L以ΔL采样；

2.2)在某个确定的色相角h、确定的亮度L条件下，彩度C从极远处(本方案设为200)以步长ΔC递减；

2.3)每次递减后将色点所在的LCH坐标转换为L^*a^*b^*坐标，再转换为XYZ三刺激值，公式如下；

$\left\{\begin{array}{c}{L}^{*}=L\\ a^{*}=C\cos \left(h\right)\\ b^{*}=C\sin \left(h\right)\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}X=Y_w\frac{x_w}{y_w}{(\frac{a^{*}}{500}+\frac{L^{*}}{116})}^3\\ Y=Y_w\left(\frac{L^{*}}{116}\right)\\ Z=Y_w\frac{z_w}{y_w}{(\frac{b^{*}}{200}+\frac{L^{*}}{116})}^3\end{array}\right.---\left(4\right)$

2.4)以三刺激值XYZ为条件带入所需转换的显示器实际的基色参数RGB显示器基色计算三基色强度比例r:g:b，公式如下：

$\left[\begin{array}{c}r\\ g\\ b\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}\frac{x_r}{y_r}{Y}_r& \frac{x_g}{y_g}{Y}_g& \frac{x_b}{y_b}{Y}_b\\ Y_r& Y_g& Y_b\\ \frac{z_r}{y_r}{Y}_r& \frac{z_g}{y_g}{Y}_g& \frac{z_b}{y_b}{Y}_b\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]---\left(5\right)$

2.5)随着彩度C以ΔC递减，若第一次得到合理解，即rgb均处于[0,1]区间内，

则该点为色域边界；

2.6)遍历0～360°色相角，0～100亮度范围，记录所有的色域边界点，构成响应标准的立体色域。根据之前的具体数据，可以得到RGB显示器在L^*a^*b^*空间的色域结构如图2所示。

步骤三：RGBW显示器色域计算

3.1)在LCH空间内，将色相角h以间隔Δθ采样，亮度轴L以ΔL采样；

3.2)在某个确定的色相角h、确定的亮度L条件下，彩度C从极远处(本方案设为200)以步长ΔC递减；

3.3)每次递减后将色点所在的LCH坐标转换为L^*a^*b^*坐标，再转换为XYZ三刺激值，公式如式(3)、式(4)；

3.4)以三刺激值XYZ为条件带入所需转换的显示器实际的基色参数RGBW显示器基色计算四基色强度比例r:g:b:w。与步骤二中的求解过程不同，在RGBW情况下，待解未知数有4个，而三刺激仅能提供3个等式方程，即这是一个不定方程组，原则上解不唯一。为了获得每种色彩对应的基色强度比例r:g:b:w，本发明规定以w分量最小作为不定方程求解时的目标函数。该规定使得白色(W)子像素的比例仅在必要的情况下出现，能够很好的避免RGBW显示器中屏幕因白色(W)子像素亮度过大形成的“斑点效应”。求解具体公式如下：

$\left[\begin{array}{c}r\\ g\\ b\\ w\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}\frac{x_r}{y_r}{Y}_{r\_\mathrm{new}}& \frac{x_g}{y_g}{Y}_{g\_\mathrm{new}}& \frac{x_b}{y_b}{Y}_{b\_\mathrm{new}}& \frac{x_w}{y_w}{Y}_{w\_\mathrm{new}}\\ Y_{r\_\mathrm{new}}& Y_{g\_\mathrm{new}}& Y_{b\_\mathrm{new}}& Y_{w\_\mathrm{new}}\\ \frac{z_r}{y_r}{Y}_{r\_\mathrm{new}}& \frac{z_g}{y_g}{Y}_{g\_\mathrm{new}}& \frac{z_b}{y_b}{Y}_{b\_\mathrm{new}}& \frac{z_w}{y_w}{Y}_{w\_\mathrm{new}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]---\left(6\right)$

min(w)                     (7)

以式(6)为约束条件，式(7)为目标函数构造线性规划问题，带入matlab数学工具，最终可以得到对应每种三刺激值XYZ的唯一一组四基色强度比例r:g:b:w。

3.5)随着彩度C以ΔC递减，若第一次得到合理解，即rgbw均处于[0,1]区间内，则该点为色域边界；

3.6)遍历0～360°色相角，0～100亮度范围，记录所有的色域边界点，构成响应标准的立体色域。根据之前的具体数据，可以得到RGBW显示器在L^*a^*b^*空间的色域结构如图3所示。

步骤四：色域匹配：

以RGB显示器色域作为源色域，RGBW显示器色域作为目标色域，通过合理设置色域匹配算法，以实现源色域到目标色域的一一映射。映射完成后，RGB显示器中任意一中色彩所对应的RGBW显示器的映射后色彩也确定，只需将色彩的L^*a^*b^*空间坐标逆转换到三刺激值，再根据式(6)、(7)求解对应四通道灰阶。具体流程如图4。

本方案中运用LCLIP色域匹配算法，完整实现了RGB到RGBW的灰阶转换查找表，实现了所有可能灰阶组合的转换。相比于传统转换算法，由于LCLIP色域匹配算法的截止特性，对自然风景、照片等高饱和度彩色出现几率不高的图片，可以最大限度的保留原图像的亮度和色彩信息而不造成失真，根据之前的具体数据，仿真效果对比图如图5。

图5(a)为原始图像，图5(b)为运用传统算法的RGBW显示器仿真效果图像，图5(c)为运用色域匹配方案的仿真效果图像。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种RGBW类型四基色显示器灰阶组合转换方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)计算RGB到RGBW基色增益系数；

2)RGB显示器色域计算；

3)RGBW显示器色域计算；

4)利用色域映射算法进行色域匹配。

步骤1)计算获得RGBW显示器红绿蓝基色最强时的光通量Y_{r_new}、Y_{g_new}、Y_{b_new}；并设置RGBW基色的色坐标分别为：(x_r,y_r)、(x_g,y_g)、(x_b，y_b)、(x_w,y_w)。

2.如权利要求1所述的一种RGBW类型四基色显示器灰阶组合转换方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括以下步骤：

2.1)在LCH颜色空间内，将色相角h以间隔Δθ采样，亮度轴L以间隔ΔL采样；

2.2)在设定的条件下，以和设定值相同的色相角h和亮度轴L，彩度C从极远处以

步长ΔC递减；

2.3)将步骤2.2)每次以步长ΔC递减后所在的LCH坐标转换为L^*a^*b^*坐标；之后将L^*a^*b^*坐标转换为三刺激值XYZ；具体公式如下：

LCH坐标转换为L^*a^*b^*坐标：

$\left\{\begin{array}{c}{L}^{*}=L\\ a^{*}=C\cos \left(h\right)\\ b^{*}=C\sin \left(h\right)\end{array}\right.$

L^*a^*b^*坐标转换为三刺激值XYZ：

$\left\{\begin{array}{c}X=Y_w\frac{x_w}{y_w}{(\frac{a^{*}}{500}+\frac{L^{*}}{116})}^3\\ Y=Y_w\left(\frac{L^{*}}{116}\right)\\ Z=Y_w\frac{z_w}{y_w}{(\frac{b^{*}}{200}+\frac{L^{*}}{116})}^3\end{array}\right.$

式中：

Y_w为RGB显示器白场的光通量；

2.4)以三刺激值XYZ为条件带入所需转换的显示器实际的基色参数RGB显示器基色计算三基色强度比例r:g:b；具体公式如下：

$\left[\begin{array}{c}r\\ g\\ b\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}\frac{x_r}{y_r}{Y}_r& \frac{x_g}{y_g}{Y}_g& \frac{x_b}{y_b}{Y}_b\\ Y_r& Y_g& Y_b\\ \frac{z_r}{y_r}{Y}_r& \frac{z_g}{y_g}{Y}_g& \frac{z_b}{y_b}{Y}_b\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$

2.5)随着彩度C以步长ΔC递减重复步骤2.1)-步骤2.4)，若得到合理解，则该点为色域边界；所述合理解为当rgb均处于[0,1]区间内；

2.6)遍历0～360°色相角，0～100亮度范围，记录所有的色域边界点，构成响应标准的立体色域；可以得到RGB显示器在L*a*b*空间的色域结构。

3.如权利要求1所述的一种RGBW类型四基色显示器灰阶组合转换方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括以下步骤：

3.1)在LCH颜色空间内，将色相角h以间隔Δθ采样，亮度轴L以间隔ΔL采样；

3.2)在设定的条件下，以和设定值相同的色相角h和亮度轴L，彩度C从极远处以步长ΔC递减；

3.3)将步骤3.2)每次以步长ΔC递减后所在的LCH坐标转换为L^*a^*b^*坐标；之后将L^*a^*b^*坐标转换为三刺激值XYZ；具体公式如下：

LCH坐标转换为L^*a^*b^*坐标：

$\left\{\begin{array}{c}{L}^{*}=L\\ a^{*}=C\cos \left(h\right)\\ b^{*}=C\sin \left(h\right)\end{array}\right.$

L^*a^*b^*坐标转换为三刺激值XYZ：

$\left\{\begin{array}{c}X=Y_w\frac{x_w}{y_w}{(\frac{a^{*}}{500}+\frac{L^{*}}{116})}^3\\ Y=Y_w\left(\frac{L^{*}}{116}\right)\\ Z=Y_w\frac{z_w}{y_w}{(\frac{b^{*}}{200}+\frac{L^{*}}{116})}^3\end{array}\right.$

式中：

Y_w为RGB显示器白场的光通量；

3.4)以三刺激值XYZ为条件带入所需转换的显示器实际的基色参数RGB显示器基色计算三基色强度比例r:g:b:w；规定以w分量最小min(w)作为不定方程求解时的目标函数带入公式求解，最终得到唯一一组四基色强度比例r:g:b:w；具体公式如下：

$\left[\begin{array}{c}r\\ g\\ b\\ w\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}\frac{x_r}{y_r}{Y}_{r\_\mathrm{new}}& \frac{x_g}{y_g}{Y}_{g\_\mathrm{new}}& \frac{x_b}{y_b}{Y}_{b\_\mathrm{new}}& \frac{x_w}{y_w}{Y}_{w\_\mathrm{new}}\\ Y_{r\_\mathrm{new}}& Y_{g\_\mathrm{new}}& Y_{b\_\mathrm{new}}& Y_{w\_\mathrm{new}}\\ \frac{z_r}{y_r}{Y}_{r\_\mathrm{new}}& \frac{z_g}{y_g}{Y}_{g\_\mathrm{new}}& \frac{z_b}{y_b}{Y}_{b\_\mathrm{new}}& \frac{z_w}{y_w}{Y}_{w\_\mathrm{new}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right];$

3.5)随着彩度C以步长ΔC递减重复步骤3.1)-步骤3.4)，若得到合理解，则该点为色域边界；所述合理解为当rgbw均处于[0,1]区间内；

3.6)遍历0～360°色相角，0～100亮度范围，记录所有的色域边界点，构成响应标准的立体色域；可以得到RGBW显示器在L*a*b*空间的色域结构。