TWI678101B

TWI678101B - 子像素渲染方法與顯示裝置

Info

Publication number: TWI678101B
Application number: TW107117273A
Authority: TW
Inventors: 莊啟峰; Chi Feng Chuang
Original assignee: 奇景光電股份有限公司; Himax Technologies Limited
Priority date: 2018-05-21
Filing date: 2018-05-21
Publication date: 2019-11-21
Also published as: TW202005386A

Abstract

本發明提出一種子像素渲染方法，包括：取得數位影像，此數位影像包括多個像素，每一個像素包括多個灰階值，並且數位影像中灰階值的數目大於顯示面板中子像素結構的數目；對每一個灰階值執行伽瑪轉換以取得多個子像素亮度；對子像素亮度執行子像素渲染演算法以取得多個渲染後子像素亮度；以及將渲染後子像素亮度轉換為多個渲染後灰階值，並根據渲染後灰階值驅動顯示面板，其中渲染後灰階值的數目相同於子像素結構的數目。

Description

子像素渲染方法與顯示裝置

本發明是有關於一種根據亮度來執行子像素渲染的方法與顯示裝置。

在一般的顯示面板中，子像素結構是排列為矩陣，每個子像素結構可顯示紅色、綠色與藍色的其中之一，而紅色、綠色與藍色等三個顏色的子像素結構可組成一個像素。然而，在一些特殊的面板中，一個像素只包括兩個子像素結構，例如某個像素只包括綠色與紅色等兩個子像素結構，而另一個像素只包括綠色與藍色。如何在這樣的特殊面板中正確地顯示數位影像，為此領域技術人員所關心的議題。

本發明的實施例提出一種子像素渲染方法，適用於顯示面板，此顯示面板包括多個子像素結構。子像素渲染方法包括：取得數位影像，此數位影像包括多個像素，每一個像素包括多個灰階值，並且數位影像中灰階值的數目大於子像素結構的數目；對每一個灰階值執行伽瑪轉換以取得多個子像素亮度；對子像素亮度執行子像素渲染演算法以取得多個渲染後子像素亮度；以及將渲染後子像素亮度轉換為多個渲染後灰階值，並根據渲染後灰階值驅動顯示面板，其中渲染後灰階值的數目相同於子像素結構的數目。

在一些實施例中，每一個灰階值是對應至多個顏色的其中之一，每一個子像素結構是對應至其中一個顏色，上述的顏色包括紅色、藍色與綠色。子像素渲染方法還包括：對於每一個顏色，取得對應的子像素結構的數目相對於上述像素的數目的顏色比例。

在一些實施例中，上述的子像素亮度包括第一子像素亮度與第二子像素亮度，第二子像素亮度是相鄰於第一子像素亮度，第二子像素亮度與第一子像素亮度是對應至相同的顏色。對子像素亮度執行子像素渲染演算法的步驟包括：根據第一子像素亮度所對應的顏色比例來對第一子像素亮度與第二子像素亮度做加權平均以取得對應至第一子像素亮度的渲染後子像素亮度。

在一些實施例中，上述的伽瑪轉換是根據以下方程式(1)來執行。

L_c,p=(I_c,p)^α…(1)其中c為顏色的其中之一，I_c為對應至顏色c與位置p的灰階值，L_c為對應至顏色c與位置p的子像素亮度，α為實數。

在一些實施例中，子像素渲染演算法的步驟是根據以下方程式(2)來執行。

其中β _c為對應至顏色c的顏色比例，N(p)為相鄰於位置p的位置，

為對應至顏色c與位置p的渲染後子像素亮度。

在一些實施例中，將渲染後子像素亮度轉換為渲染後灰階值的步驟是根據以下方程式(3)所執行。

其中

為對應至顏色c與位置p的渲染後灰階值。

以另一個角度來說，本發明的實施例提出一種顯示裝置，包括顯示面板與運算電路。顯示面板包括多個子像素結構。運算電路用以取得數位影像，此數位影像包括多個像素，每一個像素包括多個灰階值，並且數位影像中灰階值的數目大於子像素結構的數目。運算電路用以對每一個灰階值執行伽瑪轉換以取得多個子像素亮度，對子像素亮度執行子像素渲染演算法以取得多個渲染後子像素亮度，以及將渲染後子像素亮度轉換為多個渲染後灰階值，並根據渲染後灰階值驅動顯示面板，其中渲染後灰階值的數目相同於子像素結構的數目。

在一些實施例中，每一個灰階值是對應至多個顏色的其中之一，每一個子像素結構是對應至其中一個顏色，這些顏色包括紅色、藍色與綠色。運算電路還用以對於每一個顏色，取得對應的子像素結構的數目相對於像素的數目的顏色比例。

在一些實施例中，子像素亮度包括第一子像素亮度與第二子像素亮度，第二子像素亮度是相鄰於第一子像素亮度，第二子像素亮度與第一子像素亮度是對應至相同的顏色。運算電路還用以根據第一子像素亮度所對應的顏色比例來對第一子像素亮度與第二子像素亮度做加權平均以取得對應至第一子像素亮度的渲染後子像素亮度。

在一些實施例中，運算電路用以根據以上方程式(1)來執行伽瑪轉換。

在一些實施例中，運算電路用以根據以上方程式(2)來執行子像素渲染演算法。

在一些實施例中，運算電路用以根據根據以上方程式(3)以將渲染後子像素亮度轉換為渲染後灰階值。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧顯示裝置

110‧‧‧運算電路

120‧‧‧顯示面板

121‧‧‧子像素結構

101、102‧‧‧像素

R‧‧‧紅色

G‧‧‧綠色

B‧‧‧藍色

201~204、211~214、221~224、231~235、241~244‧‧‧子像素結構

301~304‧‧‧步驟

[圖1]是根據一實施例繪示顯示裝置的示意圖。

[圖2A]至[圖2E]是根據一些實施例繪示顯示面板上子像素結構所對應的顏色示意圖。

[圖3]是根據一實施例繪示子像素渲染方法的流程圖。

關於本文中所使用之『第一』、『第二』、...等，並非特別指次序或順位的意思，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。

圖1是根據一實施例繪示顯示裝置的示意圖。請參照圖1，顯示裝置100包括了運算電路110與顯示面板120。運算電路110是用以接收數位影像，並產生顯示面板120所適用的灰階值，運算電路110可以是時序控制器、影像處理晶片、特殊應用積體電路、或設置在顯示裝置100中的任意一個電路。顯示面板120中包括了多個子像素結構121，顯示面板120可為液晶顯示面板或有機發光二極體顯示面板，本發明並不在此限。

運算電路110所取得的數位影像包括多個像素，每個像素包括多個灰階值，每個灰階值是對應至多個顏色的其中之一，這些顏色例如為紅色、綠色與藍色。同樣地，每個子像素結構121也是對應至一個顏色。特別的是，不同於一般的顯示裝置中一個像素是對應至三個子像素結構，在此實施例中一個像素是對應至兩個以下的子像素結構。舉例來說，若數位影像的列(row)個數為M，行(column)數目為N，其中M、N為正整數，則在一般的顯示面板中共有M x N x 3個子像素結構，但在此實施例的顯示面板120中則只會有M x N x 2個子像素結構。換言之，由於數位影像中每個像素包含了三個灰階值，但每個像素只對應到顯示面板120中的兩個子像素結構121，因此數位影像中所有灰階值的數目是大於顯示面板120中所有子像素結構121的數目。

圖2A至圖2E是根據一些實施例繪示顯示面板上子像素結構所對應的顏色示意圖。請參照圖2A至圖2E，為了簡化起見，在這些實施例中僅繪示了子像素結構的顏色與相對位置，其中R、G、B分別表示紅色、綠色與藍色。此外，虛線所包圍的兩個子像素結構是對應至同一個像素。例如，在圖2A中，紅色與綠色的子像素結構201、202是對應至像素101，而藍色與紅色的子像素結構203、204是對應至像素102。在圖2B的實施例中，紅色與藍色的子像素結構211、212是對應至像素101，而藍色與紅色的子像素結構213、214是對應至像素102。在圖2C的實施例中，紅色與綠色的子像素結構221、222是對應至像素101，而藍色與紅色的子像素結構223、224是對應至像素102。在圖2D中，綠色與紅色的子像素結構231、232是對應至像素101，而綠色與藍色的子像素結構233、234是對應至像素102。在圖2E中，綠色與紅色的子像素結構241、242是對應至像素101，而綠色與藍色的子像素結構243、244是對應至像素102。在一些實施例中，每個像素所對應的兩個子像素結構可設置在同一條掃描線上或不相同的兩條掃描線上，並且/或者可設置在同一條資料線上或不相同的兩條資料線上。本領域具有通常知識者當可根據圖2A至圖2E的實施例而設計出具有其他排列的顯示面板，本發明並不限制顯示面板120上子像素結構的排列方式。

從圖2A至圖2E的實施例中可以發現每個顏色的子像素結構的數目可相同或不相同。舉例來說，在圖2A至圖2C的實施例中，紅色、綠色、與藍色子像素結構的數目都彼此相同，但在圖2D與圖2E的實施例中，綠色子像素結構的數目是大於紅色與藍色子像素結構的數目。對於每一個顏色來說，對應的子像素結構的數目相對於數位影像中像素的數目可稱為顏色比例。舉例來說，在圖2A至圖2C的實施例中，紅色、綠色與藍色的顏色比例都為2/3；在圖2D與圖2E的實施例中，綠色的顏色比例為1，而紅色與藍色的顏色比例為1/2。在其他實施例中，隨著顯示面板120的設計也可以有不同的顏色比例，本發明並不在此限。

在此實施例中，在實施子像素渲染演算法之前，會先將灰階值轉換為亮度值後，並在實施子像素渲染演算法之後把亮度值轉換為灰階值。這是因為數位影像中的灰階值並不表示真正的亮度，因此若根據灰階值來實施子像素渲染演算法則會產生顏色滲出(color bleeding)的現象。

圖3是根據一實施例繪示子像素渲染方法的流程圖。請參照圖3，在步驟301中，取得數位影像。如上所述的，此數位影像包括多個像素，每個像素包括多個灰階值，並且數位影像中灰階值的數目大於顯示面板120上子像素結構的數目。

在步驟302中，對每一個灰階值執行伽瑪轉換(gamma transform)以取得多個子像素亮度。具體來說，此步驟302是根據以下方程式(1)所執行。

L_c,p=(I_c,p)^α…(1)

其中c為紅色、綠色、與藍色的其中一個顏色。p為對應像素的位置。I_c為數位影像中對應至顏色c與位置p的灰階值。L_c為對應至顏色c與位置p的子像素亮度。α為實數，例如為2.2，但本發明並不在此限。

在步驟303中，對子像素亮度執行一個子像素渲染演算法以取得多個渲染後子像素亮度。本發明並不限制子像素渲染演算法的內容，以下僅提供其中一種可能的做法。在一些實施例中，是以上述的顏色比例來對相鄰兩個相同顏色的子像素亮度做加權平均，藉此得到渲染後子像素亮度。如果第一子像素亮度是相鄰於第二子像素亮度，且他們都對應至相同的顏色，則可以根據第一子像素亮度所對應的顏色比例來對第一子像素亮度與第二子像素亮度做加權平均以取得對應至第一子像素亮度的渲染後子像素亮度。具體來說，子像素渲染演算法的步驟可根據以下方程式(2)來執行。

為對應至顏色c與位置p的渲染後子像素亮度。以圖2A為例，對應至子像素結構204的渲染後子像素亮度是根據以下方程式(3)來計算。

圖2A的實施例中，紅色的顏色比例為2/3，L _r,p表示對應至子像素結構204的子像素亮度，而L _r,N(p)代表對應至子像素結構201的子像素亮度，其中子像素結構204是與子像素結構202最接近且具有相同顏色的子像素結構。在此實施例中，N(p)是取得左邊相鄰的位置，但在其他實施例中也可以取得上面、右邊、下面、或其他方向上相鄰的位置，本發明並不在此限。

再以圖2D為例來說明，對應至子像素結構233的渲染後子像素亮度是根據以下方程式(4)來計算，這是因為在圖2D的實施例中綠色的顏色比例為1。

此外，對應至子像素結構235的渲染後子像素亮度是根據以下方程式(5)來計算。

在圖2D的實施例中紅色的顏色比例為1/2，L _r,p表示對應至子像素結構235的子像素亮度，而L _r,N(p)為對應至子像素結構232的子像素亮度。

請參照回圖3，在步驟304中，將渲染後子像素亮度轉換為多個渲染後灰階值，並根據渲染後灰階值來驅動顯示面板120。具體來說，上述轉換的步驟是根據以下方程式(6)所執行。

其中

為對應至顏色c與位置p的渲染後灰階值。值得一提的是，如果某個像素所對應的子像素結構沒有綠色(藍色、或紅色)，則會捨棄此像素中綠色(藍色、或紅色)的渲染後灰階值。舉例來說，在圖2A的實施例中，像素101並沒有對應至藍色的子像素結構，因此像素101的藍色渲染後灰階值會被捨棄。如此一來，所有渲染後灰階值的數目是相同於顯示面板120上所有子像素結構的數目。在一些實施例中，運算電路110可以將渲染後灰階值傳送至一個源極驅動器，由源極驅動器將渲染後灰階值轉換為類比電壓，再將類比電壓傳送至對應的資料線上，然而本發明並不限制如何根據渲染後灰階值來驅動顯示面板120。圖3中各步驟可以實作為多個程式碼或是電路，圖3的各步驟之間也可以加入其他的步驟，本發明並不在此限。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種子像素渲染方法，適用於一顯示面板，其中該顯示面板包括多個子像素結構，該子像素渲染方法包括：取得一數位影像，其中該數位影像包括多個像素，每一該些像素包括多個灰階值，並且該數位影像中該些灰階值的數目大於該些子像素結構的數目；對每一該些灰階值執行一伽瑪轉換以取得多個子像素亮度；對該些子像素亮度執行一子像素渲染演算法以取得多個渲染後子像素亮度；以及將該些渲染後子像素亮度轉換為多個渲染後灰階值，並根據該些渲染後灰階值驅動該顯示面板，其中該些渲染後灰階值的數目相同於該些子像素結構的該數目，其中每一該些灰階值是對應至多個顏色的其中之一，每一該些子像素結構是對應至該些顏色的其中之一，該些顏色包括紅色、藍色與綠色，該些子像素亮度包括一第一子像素亮度與第二子像素亮度，該第二子像素亮度是相鄰於該第一子像素亮度，該第二子像素亮度與該第一子像素亮度是對應至相同的該顏色，其中該子像素渲染方法還包括：對於每一該些顏色，取得對應的該些子像素結構的數目相對於該些像素的數目的一顏色比例，其中對該些子像素亮度執行該子像素渲染演算法的步驟包括：根據該第一子像素亮度所對應的該顏色比例來對該第一子像素亮度與該第二子像素亮度做加權平均以取得對應至該第一子像素亮度的該渲染後子像素亮度。
如申請專利範圍第1項所述之子像素渲染方法，其中該伽瑪轉換是根據以下方程式(1)來執行：L_c,p=(I_c,p)^α...(1)其中c為該些顏色的其中之一，I_c為對應至該顏色c與一位置p的該灰階值，L_c為對應至該顏色c與該位置p的該子像素亮度，α為一實數。
如申請專利範圍第2項所述之子像素渲染方法，其中該子像素渲染演算法的步驟是根據以下方程式(2)來執行：L' _c,p=β_c×L _c,p+(1-β_c)×L _c,N(p)...(2)其中β_c為對應至該顏色c的該顏色比例，N(p)為相鄰於該位置p的位置，L' _c,p為對應至該顏色c與該位置p的該渲染後子像素亮度。
如申請專利範圍第3項所述之子像素渲染方法，其中將該些渲染後子像素亮度轉換為該些渲染後灰階值的步驟是根據以下方程式(3)所執行：其中I' _c,p為對應至該顏色c與該位置p的該渲染後灰階值。
一種顯示裝置，包括：一顯示面板，包括多個子像素結構；以及一運算電路，用以取得一數位影像，其中該數位影像包括多個像素，每一該些像素包括多個灰階值，並且該數位影像中該些灰階值的數目大於該些子像素結構的數目，其中該運算電路用以對每一該些灰階值執行一伽瑪轉換以取得多個子像素亮度，對該些子像素亮度執行一子像素渲染演算法以取得多個渲染後子像素亮度，以及將該些渲染後子像素亮度轉換為多個渲染後灰階值，並根據該些渲染後灰階值驅動該顯示面板，其中該些渲染後灰階值的數目相同於該些子像素結構的該數目，其中每一該些灰階值是對應至多個顏色的其中之一，每一該些子像素結構是對應至該些顏色的其中之一，該些顏色包括紅色、藍色與綠色，該些子像素亮度包括一第一子像素亮度與第二子像素亮度，該第二子像素亮度是相鄰於該第一子像素亮度，該第二子像素亮度與該第一子像素亮度是對應至相同的該顏色，其中該運算電路還用以對於每一該些顏色，取得對應的該些子像素結構的數目相對於該些像素的數目的一顏色比例，其中該運算電路還用以根據該第一子像素亮度所對應的該顏色比例來對該第一子像素亮度與該第二子像素亮度做加權平均以取得對應至該第一子像素亮度的該渲染後子像素亮度。
如申請專利範圍第5項所述之顯示裝置，其中該運算電路用以根據以下方程式(1)來執行該伽瑪轉換：L_c,p=(I_c,p)^α...(1)其中c為該些顏色的其中之一，I_c為對應至該顏色c與一位置p的該灰階值，L_c為對應至該顏色c與該位置p的該子像素亮度，α為一實數。
如申請專利範圍第6項所述之顯示裝置，其中該運算電路用以根據以下方程式(2)來執行該子像素渲染演算法：L' _c,p=β_c×L _c,p+(1-β_c)×L _c,N(p)...(2)其中β_c為對應至該顏色c的該顏色比例，N(p)為相鄰於該位置p的位置，L' _c,p為對應至該顏色c與該位置p的該渲染後子像素亮度。
如申請專利範圍第7項所述之顯示裝置，其中該運算電路用以根據以下方程式(3)以將該些渲染後子像素亮度轉換為該些渲染後灰階值：其中I' _c,p為對應至該顏色c與該位置p的該渲染後灰階值。