CN1808559A - 一种提高显示面板亮度与影像品质的影像处理装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高显示面板亮度与影像品质的影像处理装置与方法，该装置与方法包括一色彩分布计算单元，将原本的影像色彩数据进行判断分类，再计算全部输入影像色彩数据在区块二的比例值；一控制因子数值产生单元，根据该比例值，决定出一转换控制因子与一背光亮度控制因子的数值，通过该转换控制因子输出至一数值转换单元，将原本输入的影像色彩(RGB)数据转换为新的影像色彩(R’G’B’W’)数据，而该背光亮度控制因子会输出至一背光亮度控制单元用以控制背光亮度。

Description

一种提高显示面板亮度与 影像品质的影像处理装置与方法

技术领域

本发明涉及一种提高显示面板亮度与影像品质的影像处理装置与方法，针对一种RGBW色彩系统在不牺牲亮度增亮的条件下，仍可显示优质的色彩，维持影像显示的品质，达到增加双倍亮度、维持色调与色饱和、维持影像对比品质三者兼具的目的。

背景技术

近年来面板像素由4色子像素(sub pixel)组成，除了红光(R)、绿光(G)以及蓝光(B)之外，还有白光(W)。该RGBW的色彩系统可以改善液晶显示器的光使用效率，其中该子像素配列方式如图1及图2所示。

美国专利US 5,929,843中提出了一种RGB-to-RGBW影像数据数值转换处理的方式，如图3所示。其中，R、G、B为影像色彩输入值，R’、G’、B’、W’为影像色彩输出值，及一最小数值萃取器11选出W续发光的数据数值W’。演算方式如下：

R’＝R

G’＝G

B’＝B

W’＝min(R，G，B)

由于W的子像素部分可以同时增加影像色彩RGB的成份，因此，利用上述的算法可以达到影像亮度增亮的效果。但是此算法的缺陷在于无法维持原本影像的色调与色饱和，这是因为影像色彩的RGB三色光成份的增加量完全相同，原本影像的RGB比例关系有可能因此被改变，其改变可由下列方程式了解：

R∶G∶B≠(R’+W’)∶(G’+W’)∶(B’+W’)

因此，若影像的RGB三色光比例被改变了，就会改变影像的色调与色饱和。其色彩空间示意图请参阅图4所示(为方便比较，所有色彩空间示意图将以二维(G，R)空间表示)，图中A点代表原本的影像色彩RGB，A’点代表经此算法处理后的影像色彩R’G’B’，由图4中A点转换到A’点的路径不通过原点来看，虽然专利US 5,929,843所提出的方法可以增加亮度，但却无法维持原本色彩的色调与色饱和。

针对美国专利US 5,929,843虽可增加影像亮度但却无法维持原本影像的色调与色饱和的缺陷。美国专利US 6,724,934中提出了一种新型RGB-to-RGBW影像数据数值转换处理的方式，对其进行了改善。

该US 6,724,934专利所使用的方式为根据影像像素的RGB数据数值关系先作判断分类，若数据数值被归在区块一B1，如图5所示，则

W’＝min(2×R，2×G，2×B)

R’＝2×R-W’

G’＝2×G-W’

B’＝2×B-W’

图5中A点代表原本的影像色彩RGB，A’点代表经此算法处理后的影像色彩R’G’B’，该A点转换到A’点可以达到2倍亮度的增加，并同时维持原本色彩的色调与色饱和。这是因为R∶G∶B＝(R’+W’)∶(G’+W’)∶(B’+W’)。

但，若影像像素的RGB数据数值关系在判断分类后，若被归在区块二B2，如图6所示，则

s＝1+{min(R，G，B)/〔max(R，G，B)-min(R，G，B)〕}

W’＝min(s×R，s×G，s×B)

R’＝s×R-W’

G’＝s×G-W’

B’＝s×B-W’

图6中B点代表原本的影像色彩RGB，B’点代表经此算法处理后的影像色彩R’G’B’，可以达到s倍亮度的增加，并同时维持原本色彩的色调与色饱和。因为R∶G∶B＝(R’+W’)∶(G’+W’)∶(B’+W’)。

不过，虽然该美国专利US 6,724,934所提出的算法可以达到影像亮度增亮的效果，并维持原本影像的色调与色饱和，但该算法的缺陷在于影像色彩RGB位于区块一B1与区块二B2的亮度增加的程度会有所不同，区块一B1内色彩亮度增加的程度会等于2，而区块二B2内色彩亮度增加的程度会等于s(其中1≤s≤2)。尤其是在区块二B2内一些高亮度与高饱和度的色彩亮度增加的程度会与区块一B1内色彩亮度增加的程度有很大的差异。因为区块二B2内一些高亮度与高饱和度的色彩亮度增加的程度会接近1，但区块一内的色彩的亮度增加的程度会等于2。

这会造成影像的实时对比(simultaneous contrast)变动过大的现象，破坏了影像显示的品质与效果，尤其是影像同时显示一些高亮度、高饱和性的色彩与高亮度偏白的色彩时，整体影像品质被破坏的最为严重。

针对前述的缺陷，三星公司在SID2004会议中再提出一篇“Implementation of RGBW Color System in TFT-LCDs”的论文，一种可适性白增益(Adaptive White Scaling，AWS)的RGB-to-RGBW影像数据数值转换处理的演算方式。

请参阅图7所示，在输入原本的影像色彩(RGB)的同时预设的增亮倍率w会先送至一色彩失真分析器22，该色彩失真分析器22会根据输入影像色彩(RGB)数据与增亮倍率w计算影像增亮前后的色彩失真值e，若此时计算得到的色彩失真值e大于临界值，则一w调节器23会降低增亮倍率w，并将新的增亮倍率w再送入该色彩失真分析器22，重新计算该色彩失真值e，根据此回路，此程序会一直持续到该色彩失真值e小于临界值才停止，此时该增亮倍率w才会进入RGBW转换器21中。

这样，不同的影像数据(RGB)会有不同的增亮倍率w，用以控制不同的影像在增亮前后的色彩失真值e均能维持在临界值以下，抑制某些影像增亮后影像实时对比变动过大的现象。

但该论文所述的演算方式具有以下缺陷：

1、必须重复计算影像增亮前后的色彩失真值e，方能调整出最适合于输入影像数据(RGB)的增亮倍率w，这样将耗费复杂且大量的影像计算与硬件成本。

2、为了降低影像增亮前后的色彩失真值e，且为了改善输入影像增亮后影像实时对比变动过大的现象，此AWS的演算方式必须通过降低增亮倍率w来达到。也就是说，虽然改善了影像显示对比的品质，却无法维持系统所需的亮度增亮效果。请参阅图8所示，为原本增亮倍率w为2(w＝2)时可显示的色彩空间，但为了降低输入影像增亮前后的色彩失真值e，会降低增亮倍率w(如图9所示)，甚至影像同时显示一些高亮度高饱和性的色彩与高亮度偏白的色彩时，为了抑制增亮后影像实时对比变动过大的现象，只好将增亮倍率w压低至接近1(如图10所示)，这样几乎失去了提高整体影像色彩亮度的效果，根本无法达到增加亮度、维持色调与色饱和、维持影像对比品质三者兼具的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术中存在的缺陷，提供一种可在维持原本影像色彩的色调与色饱和的条件下，提高影像色彩显示的亮度的影像处理装置与方法。

本发明的另一目的在于克服增亮后影像实时对比变动过大的问题，提高增亮后影像显示的对比品质与效果。

本发明的再一目的在于不需耗费复杂且大量的影像计算与硬件成本，可以有效降低影像处理的运算量，节省电路硬件成本。

本发明的又一目的在于不牺牲亮度增亮的条件下，仍可维持影像显示的品质，达到增加双倍亮度、维持色调与色饱和、维持影像对比品质三者兼具的显示优质色彩的目标。

本发明是一种提高显示面板亮度与影像品质的影像处理装置，可以改善液晶显示器的光使用效率的RGBW色彩系统装置与方法，该装置包括：一色彩分布计算单元，用以将原本的影像色彩数据进行计算，计算影像色彩数据位于区块一或区块二其中的任一区块的比例值；一控制因子数值产生单元，用以输入比例值，而决定出一转换控制因子与一背光亮度控制因子的数值；一数值转换单元，输入转换控制因子，且数值转换单元用以将原本的影像色彩数据转换为新的影像色彩数据；一背光亮度控制单元，输入背光亮度控制因子，且背光亮度控制单元用以控制显示面板的背光亮度。

该方法包括如下步骤，一色彩分布计算单元将原本的影像色彩数据进行计算，计算影像色彩数据位于色彩空间的区块一或区块二其中的任一区块的比例值；再由一控制因子数值产生单元根据比例值决定出一转换控制因子与一背光亮度控制因子的数值；一数值转换单元将根据转换控制因子与原本输入的影像色彩数据转换为一新的影像色彩数据；而一背光亮度控制单元将根据输入的背光亮度控制因子控制显示面板的背光亮度。

根据本发明的影像处理装置与方法可在维持原本影像色彩的色调与色饱和的条件下，提高影像色彩显示的亮度。

附图说明

图1是现有技术的RGBW的子像素的配列示意图。

图2是现有技术的RGBW的子像素的另一配列示意图。

图3是US 5,929,843的影像处理方式的示意图。

图4是US 5,929,843的色彩空间示意图。

图5是US 6,724,934的色彩空间示意图(数据数值被归在区块一)。

图6是US 6,724,934的色彩空间示意图(数据数值被归在区块二)。

图7是三星公司所提出的影像数据数值转换处理方式的示意图。

图8是三星公司所提出的处理方式的色彩空间示意图(w＝2)。

图9是三星公司所提出的处理方式的色彩空间示意图(w＝1.6)。

图10是三星公司所提出的处理方式的色彩空间示意图(w＝1.2)。

图11是根据本发明的影像处理方式的示意图。

图12是根据本发明的色彩空间示意图(p＝0，b＝1)。

图13是根据本发明的色彩空间示意图(p＝0.4，b＝1.4)。

图14是根据本发明的色彩空间示意图(p＝0.8，b＝1.8)。

具体实施方式

有关本发明的详细内容及技术说明，现结合附图说明如下：

请参阅图11所示，是本发明的影像处理方式的示意图。一色彩分布计算单元32输入原本的影像色彩RGB数据，该色彩分布计算单元32将输入影像的每个像素的色彩进行判断分类，以色彩的RGB数据数值关系为依据，将该色彩位于色彩空间的关系区分为区块一B1与区块二B2(如图12所示)，并计算输入影像色彩位于区块一B1或区块二B2其中的任一区块的比例值(后续将以计算输入影像色彩在区块二B2的比例值p(0≤p≤1)说明本发明)。

其中位于区块一B1的色彩的RGB数据数值关系为：max(R，G，B)/min(R，G，B)≤2；而位于区块二B2的色彩的RGB数据数值关系为：max(R，G，B)/min(R，G，B)＞2。再计算全部输入影像色彩RGB数据在区块二B2的比例值p，其中p＝(色彩位在区块二B2内的像素数目)/(影像总像素数目)。

一控制因子数值产生单元(control variable generating unit)33，该控制因子数值产生单元33会根据该色彩分布计算单元32所输出的比例值p，以决定出一转换控制因子s与一背光亮度控制因子b的数值。该转换控制因子s会输出至一RGB-to-RGBW数值转换单元31，该背光亮度控制因子b会输出至一背光亮度控制单元34。(其中该转换控制因子s、背光亮度控制因子b与比例值p的关系可以如：b＝p+1；s＝2/(p+1)；但该关系可根据产品特性调整，而不以此为限)。

该数值转换单元31会输入原本的影像色彩RGB数据及该控制因子数值产生单元33产生的转换控制因子s，根据该转换控制因子s(1≤s≤2)将影像色彩输入值为R、G、B转换为影像色彩输出值R’、G’、B’、W’。若影像像素的色彩位在区块一B1，则

W’＝min(s×R，s×G，s×B)

R’＝s×R-W’

G’＝s×G-W’

B’＝s×B-W’

若影像像素的色彩位在区块二B2，则

k＝1+(s-1){min(R，G，B)/〔max(R，G，B)-min(R，G，B)〕}

W’＝min(k×R，k×G，k×B)

R’＝k×R-W’

G，＝k×G-W’

B’＝k×B-W’

经此算法处理后的影像色彩，将可以维持原本色彩的色调与色饱和。因为R∶G∶B＝(R’+W’)∶(G’+W’)∶(B’+W’)。

又，该背光亮度控制单元34根据输入的背光亮度控制因子b(1≤b≤2)，用以控制显示面板的背光亮度。当b值为1，背光亮度维持原始值，当b值为2时，背光亮度增加为原始值的两倍。

请参阅图12，为当输入影像色彩在区块二B2的比例值p为0时(p＝0)可显示的色彩空间，依前述的关系式(b＝p+1；s＝2/(p+1))，当比例值p为0时，背光亮度控制因子b为1，转换控制因子s为2，代表此时输入影像的色彩全部位于区块一B1内，背光亮度可维持原始值，影像可以达到增加双倍亮度的效果。

请再参阅图13，为当输入影像色彩在区块二B2的比例值p为0.4时(p＝0.4)可显示的色彩空间，依前述的关系式(b＝p+1；s＝2/(p+1))，当比例值p为0.4时，背光亮度控制因子b为1.4，转换控制因子s为1.43，代表此时输入影像的色彩位于区块二B2内的有40％。因此，背光亮度增加为初始的1.4倍，可提高区块二B2内的色彩亮度增加的程度，缩小区块二B2内色彩亮度增加程度与区块一B1内色彩亮度增加程度的差异，且影像仍可达到双倍亮度增加的效果。

请再参阅图14，为当输入影像色彩在区块二B2的比例值p为0.8时(p＝0.8)可显示的色彩空间，依前述的关系式(b＝p+1；s＝2/(p+1))，当比例值p为0.8时，背光亮度控制因子b为1.8，转换控制因子s为1.11，代表此时输入影像的色彩位于区块二B2内的有80％。也就是说，输入影像大部分比例的色彩位于区块二B2，所以会将背光亮度增加为初始的1.8倍，以大幅提高区块二B2内的色彩亮度增加的程度，使区块二B2内一些高亮度与高饱和度的色彩的亮度增加程度也可以接近2，区块一B1内的色彩的亮度增加的程度仍会等于2，这样可以有效缩小区块二B2与区块一B1内色彩亮度增加程度的差异。藉此除影像仍可达到双倍亮度增加的效果外，还可同时维持影像亮度增加前后的对比的品质，可以有效地抑制增亮后影像实时对比变动过大的现象。

综合前述，本发明提出的影像处理装置与方法与现有技术的影像处理方式相比较具有以下优点：

1、本发明在维持原本影像色彩的色调与色饱和的条件下，可以提高影像色彩显示的亮度。

2、本发明可以改善该美国专利US 6,724,934的缺陷，克服增亮后影像实时对比变动过大的问题，可以提高增亮后影像显示的对比品质与效果，尤其是影像同时显示一些高亮度高饱和性的色彩与高亮度偏白的色彩时，影像品质可获得大幅改善。

3、本发明与三星公司的“Implementation of RGBW ColorSystem in TFT-LCDs”论文相比较，该论文必须重复计算影像增亮前后的色彩失真值e，才能调整出最合适于输入影像数据的增亮倍率w，因此需要大量复杂的影像计算与硬件成本。而本发明提出的影像处理装置与方法，只需将输入影像的色彩RGB数据数值计算一次，用以找出输入影像色彩位于区块一B1或区块二B2其中任一区块的比例值，即可完成RGB-to-RGBW的数据转换处理，有效降低了影像处理的运算量，节省了电路硬件成本。且本发明在不牺牲亮度增亮的条件下，仍可维持影像显示的品质，达到增加双倍亮度、维持色调与色饱和、维持影像对比品质三者兼具的显示优质色彩的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则的内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提高显示面板亮度与影像品质的影像处理装置，用于改善液晶显示器的光使用效率的RGBW色彩系统，其特征在于，所述装置包括：

一色彩分布计算单元(32)，用以将原本的影像色彩数据进行计算，计算影像色彩数据位于区块一(B1)或区块二(B2)其中的任一区块的比例值；

一控制因子数值产生单元(33)，用以输入所述比例值(p)，而决定出一转换控制因子(s)与一背光亮度控制因子(b)的数值；

一数值转换单元(31)，输入所述转换控制因子(s)，且所述数值转换单元(31)用以将原本的影像色彩数据转换为新的影像色彩数据；

一背光亮度控制单元(34)，输入所述背光亮度控制因子(b)，且所述背光亮度控制单元(34)用以控制显示面板的背光亮度。

2.一种提高显示面板亮度与影像品质的影像处理方法，用于改善液晶显示器的光使用效率，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

一色彩分布计算单元(32)将原本的影像色彩数据进行计算，计算影像色彩数据位于色彩空间的区块一(B 1)或区块二(B2)其中任一区块的比例值；

再由一控制因子数值产生单元(33)根据所述比例值决定出一转换控制因子(s)与一背光亮度控制因子(b)的数值；

一数值转换单元(31)将根据所述转换控制因子(s)与原本输入的影像色彩数据转换为一新的影像色彩数据；

而一背光亮度控制单元(34)将根据输入的背光亮度控制因子(b)控制显示面板的背光亮度。

3.根据权利要求2所述的影像处理方法，其特征在于，所述区块一(B1)内的色彩的RGB数据数值关系为：max(R，G，B)/min(R，G，B)≤2。

4.根据权利要求2所述的影像处理方法，其特征在于，所述区块二(B2)内的色彩的RGB数据数值关系为：max(R，G，B)/min(R，G，B)＞2。

5.根据权利要求2所述的影像处理方法，其特征在于，所述比例值(p)为全部输入影像色彩RGB数据在所述区块二(B2)的比例。

6.根据权利要求2所述的影像处理方法，其特征在于，当色彩位于色彩空间的所述区块一(B1)时，所述数值转换单元(31)根据所述转换控制因子(s)与原本输入的影像色彩RGB数据转换为一新的影像色彩R’G’B’W’的关系式为：

W’＝min(s×R，s×G，s×B)；

R’＝s×R-W’；

G’＝s×G-W’；

B’＝s×B-W’。

7.根据权利要求2所述的影像处理方法，其特征在于，当色彩位于色彩空间的所述区块二(B2)时，所述数值转换单元(31)根据所述转换控制因子(s)与原本输入的影像色彩RGB数据转换为一新的影像色彩R’G’B’W’的关系式为：

k＝1+(s-1){min(R，G，B)/〔max(R，G，B)-min(R，G，B)〕}；

W’＝min(k×R，k×G，k×B)；

R’＝k×R-W’；

G’＝k×G-W’；

B’＝k×B-W’。

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