由源色彩空间转换到RGBW目标色彩空间的方法和设备

摘要

揭示了用来实现从三色基色图像数据集到多色基色集的转换的系统和方法，该多色基色集中的一个为白色。一种方法将包含色彩C1、C2和C3的三色图像数据集转换为包含色彩C1、C2、C3和W的四色图像数据集。

说明书

背景技术

在权利共有的美国专利申请中：(1)2001年7月25日提交的美国专利 申请序号09/916,232(“‘232申请”)，其标题为“ARRANGEMENT OF COLOR PIXELS FOR FULL COLOR IMAGING DEVICES WITH SIMPLIFIED ADDRESSING”；(2)2002年10月22日提交的美国专利申请序号10/278,353 (“‘353申请”)，其标题为“IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT PANEL DISPLAY SUB-PIXEL ARRANGEMENTS AND LAYOUTS FOR SUB-PIXEL RENDERING WITH INCREASED MODULATION TRANSFER FUNCTION RESPONSE”；(3)2002年10月22日提交的美国专利申请序号10/278,352 (“‘352申请”)，其标题为“IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT PANEL DISPLAY SUB-PIXEL ARRANGEMENTS AND LAYOUTS FOR SUB-PIXEL RENDERING WITH SPLIT BLUE SUB-PIXELS”；(4)2002年9月13日提交 的美国专利申请序号10/243,094(“‘094申请”)，其标题为“IMPROVED FOUR COLOR ARRANGEMENTS AND EMITTERS FOR SUB-PIXEL RENDERING”；(5)2002年10月22日提交的美国专利申请序号10/278,328 (“‘328申请”)，其标题为“IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT PANEL DISPLAY SUB-PIXEL ARRANGEMENTS AND LAYOUTS WITH REDUCED BLUE LUMINANCE WELL VISIBILITY”；(6)2002年10月22日提交的美 国专利申请序号10/278,393(“‘393申请”)，其标题为“COLOR DISPLAY HAVING HORIZONTAL SUB-PIXEL ARRANGEMENTS AND LAYOUTS”； (7)2003年1月16日提交的美国专利申请序号01/347,001(“‘001申请”)， 其标题为“IMPROVED SUB-PIXEL ARRANGEMENTS FOR STRIPED DISPLAYS AND METHODS AND SYSTEMS FOR SUB-PIXEL RENDERING SAME”，公开了用于改进图像显示装置的成本/性能曲线的新型子像素排列， 在此作为参考引述。

对于在水平方向上具有偶数个子像素的特定子像素重复组，公开了用以 实现正确的点反转模式的下列系统和技术，在此作为参考引述：(1)美国专 利申请序号10/456,839，其标题为“IMAGE DEGRADATION CORRECTION IN NOVEL LIQUID CRYSTAL DISPLAYS”；(2)美国专利申请序号 10/455,925，其标题为“DISPLAY PANEL HAVING CROSSOVER CONNECTIONS EFFECTING DOT INVERSION”；(3)美国专利申请序号 10/455,931，其标题为“SYSTEMA ND METHOD OF PERFORMING DOT INVERSION WITH STANDARD DRIVERS AND BACKPLANE ON NOVEL DISPLAY PANEL LAYOUTS”；(4)美国专利申请序号10/455,927，其标题为 “SYSTEM AND METHOD FOR COMPENSATING FOR VISUAL EFFECTS UPON PANELS HAVING FIXED PATTERN NOISE WITH REDUCED QUANTIZATION EEROR”；(5)美国专利申请序号10/456,806，其标题为“DOT INVERSION ON NOVEL DISPLAY PANEL LAYOUTS WITH EXTRA DRIVERS”；(6)美国专利申请序号10/456,838，其标题为“LIQUID CRYSTAL DISPLAY BACKP LANELAYOUTS AND ADDRESSING FOR NON-STANDARD SUBPIXEL ARRANGEMENTS”。

当结合在这些申请和下列权利共有的美国专利申请中进一步公开的子像 素着色(SPR)系统和方法，这些改进特别显著：(1)2002年1月16日提交 的美国专利申请序号10/051,612(“‘612申请”)，其标题为“CONVERSION OF RGB PIXEL FORMAT DATA TO PENTILE MATRIX SUB-PIXEDL DATA FORMAT”；(2)2002年5月17日提交的美国专利申请序号10/150,355(“‘355 申请”)，其标题为“METHODS AND SYSTEMS FOR SUB-PIXEL RENDERING WITH GAMMAADJUSTMENT”；(3)2002年8月8日提交的 美国专利申请序号10/215,843(“‘843申请”)，其标题为“METHODS AND SYSTEMS FOR SUB-PIXEL RENDERING WITH ADAPTIVE FILTERING”； (4)2003年3月4日提交的美国专利申请序号10/379,767，其标题为 “SYSTEMS AND METHODS FOR TEMPORAL SUB-PIXEL RENDERING OF IMAGE DATA”；(5)2003年3月4日提交的美国专利申请序号10/379,765， 其标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR MOTION ADAPTIVE FILTERING”；(6)2003年3月4日提交的美国专利申请序号10/379,766，其 标题为“SUB-PIXEL RENDERING SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVED DISPLAY VIEWING ANGLES”；(7)2003年4月7日提交的美 国专利申请序号10/409,413，其标题为“IMAGE DATA SET WITH EMBEDDED PRESUBPIXEL RENDERED IMAGE”，因此其在此作为参考引 述。

附图说明

在本说明书中包含并且构成此说明书一部分的附图阐明了本发明的典型 实施和实施例，并且结合说明用于解释本发明的原理。

图1示出一色彩空间，其内的四个基色将该空间分为不同区域。

图2描绘两个色彩空间和样本图像数据点，来范例说明色域内(in-gamut) 和色域外(out-of-gamut)情况。

图3示出按照本发明的原理制成的色域转换系统的一个实施例。

具体实施方式

现在将对在附图中所示例说明的那些具体实施方案和实施例作详细的参 考。在可能的地方，将在所有附图中采用相同的参考号码来称谓相同或类似 的部件。

在共同等待审批的、标题为“METHOD AND APPARATUS FOR CONVERTING FROM A SOURCE COLOR SPACE TO A TARGET COLOR SPACE”的专利申请书中，描述了一种用来从一个色彩空间转换到另一个多 基色空间的技术，其中在CIE色度图上将该多基色空间分为三角形。这些三 角形布置在相邻的基色和白色点之间。通常，在四色多基色显示器内，将存 在四个三角形。但是如果W是基色中的一个，并直接位于白色点之下，则这 些三角形中至少有一个压缩成为一根直线。可是，如同在下面将更详细地讨 论的，对于这些三角形中的每一个，得到对于不处于三角形角落处的基色具 有非零系数的矩阵。这些系数是对于RGBW系统内的W的一个解。

本RGBW转换系统的一个实施例，如同有四个基色那样进行处理，但把 色度图分成三个三角形。图1以CIE比色图表(CIE color chart)内的RGBW 基色示出通常的情况。当然，将会知晓：本系统和技术对于任何带有W作为 基色之一的四色基色系统(例如CMYW和类似的系统)都是适用的。利用 这种系统，从每一个都具有用于第四基色的系数的三个矩阵产生对于RGBW 的一个可能的解，该解将从三角形的基色底边处的0到白色点处的1之间线 性地插入白色值。也将知晓：——尽管三角形对于由W与R，G和B中的两 个所界定的区域是一种自然的选择——其它区域对于本发明的目的是可能 的。还将知晓：也可能有多于三个非白基色。

现在描述使用于本系统的一个实例。当描述任何显示器的特性时，通常 利用色度计来测量红色(x_r，y_r)、绿色(x_g，y_g)蓝色(x_b，y_b)的色度和白 色点(X_w，Y_w，Z_w)的CIE XYZ坐标。红色、绿色和蓝色的小写字母z的 坐标可用公式z＝1-x-y来计算。用标准的转换方程也能够从白色点来计算 (x_w，y_w，z_w)。把这些插入矩阵转换方程，并展开方程来适用于四色RGBW 系统而产生：

$\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}{x}_r·\mathrm{Cr}& x_g·\mathrm{Cg}& x_b·\mathrm{Cb}& x_w·\mathrm{Cw}\\ y_r·\mathrm{Cr}& y_g·\mathrm{Cg}& y_b·\mathrm{Cb}& y_w·\mathrm{Cw}\\ z_r·\mathrm{Cr}& z_g·\mathrm{Cg}& z_b·\mathrm{Cb}& z_w·\mathrm{Cw}\end{array}\right)·\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\\ W\end{array}\right)$        方程(1)

一旦算出这些“C”系数，该方程将把RGBW值转换为CIE XYZ。为了 计算它们，可以把白色点(X_w，Y_w，Z_w)引入代替(X，Y，Z)，用数值(1， 1，1，1)代替所期望的RGBW数值，并将C值作为因子分离出去变成单独 的矢量而产生：

$\left(\begin{array}{c}{X}_w\\ Y_w\\ Z_w\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}{x}_r& x_g& x_b& x_w\\ y_r& y_g& y_b& y_w\\ z_r& z_g& z_b& z_w\end{array}\right)·\left(\begin{array}{c}\mathrm{Cr}\\ \mathrm{Cg}\\ \mathrm{Cb}\\ \mathrm{Cw}\end{array}\right)$         方程(2)

替代地，由于：(1)目标多基色显示器的不同背光照明；或(2)如果源 图像数据是在关于它的白色点或者它的所测定的基色不同于目标显示器的给 定假设下生成的，可以对[Xw，Yw，Zw]采用不同的值——不同于标准白色 点——以改变得到的方程。白色点内的这种改变，可对源图像数据赖以生成 的那些假设和源图像数据将于其上进行着色的显示器特性之间的色彩差异进 行校正。

将注意到：中间矩阵是3 x 4矩阵，因而没有逆矩阵。替代地，可能利用 数值求解器软件包来找到C值的许多组解中的一组。然后可接着把得到的Cr、 Cg、Cb和Cw值插回方程1中，填在最后的未知数里。利用这些值，方程1 现在可把任何RGBW值转换为CIE XYZ，不过，可能要求具有一种逆映射。 还应知晓：可以对于方程1内的RGBW元组采用任何其它预定值——但这种 已知的元组的选择将改变在方程2中找到的C的值。

由于方程1内的中间矩阵不是方阵，而不能求出逆矩阵来建立逆方程， 方程3是使用已知值和方程1来对于图1中的每个三角形求解方程3中的矩 阵的这种可能的逆映射。

$\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\\ W\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}R1& R2& R3\\ G1& G2& G3\\ B1& B2& B3\\ W1& W2& W3\end{array}\right)·\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right)$       方程(3)

下面利用对于红色(1，0，0，0)、绿色(0，1，0，0)和白色(1，1， 1，1)已知的RGBW的坐标，方程1可用于找到匹配的CIE XYZ坐标。然 后数值求解器能对方程3内的3 x 4矩阵找出将产生这三个结果的解。这个矩 阵能把其色度位于图1中RGW三角形内部的任何CIE XYZ色彩转换为 RGBW。利用对于绿色(0，1，0，0)蓝色(0，0，1，0)和白色(1，1，1， 1)已知的RGBW坐标执行相同的步骤来产生矩阵，该矩阵能对其色度位于 图1中GBW三角形内部的任何色彩进行转换。利用对于蓝色(0，0，1，0) 红色(1，0，0，0)和白色为(1，1，1，1)已知的RGBW坐标执行相同的 步骤来产生矩阵，该矩阵能对其色度位于图1中BRW三角形内部的任何色 彩进行转换。

预先计算一次这三个矩阵，并且当必要时与其它转换矩阵组合。例如， 如果三值输入色彩是REC 709 RGB值(有时称为sRGB)，然后可以把用于将 sRGB值转成CIE XYZ的标准转换矩阵与RGBW矩阵的每一个组合起来，以 把它们改变为直接将sRGB转换为RGBW的矩阵。一旦构造了这三个矩阵， 就在软件转换方法中将它们作为表格加以储存，或者将它们烧录到硬件转换 设备的ROM内。

REC 709的色度值为：红色为(0.64，0.33)、绿色(0.30，0.60)、和蓝 色(0.15，0.06)。D65标准白色点CIE XYZ值是(0.950468，0.999999， 1.088970)。如果使用这些标准建议值作为对于上述步骤的输入值，方程1得 到的矩阵是：

 

0.2998450.2606830.1314810.2579890.1546080.5213670.0525930.2714330.0140550.0868940.6924680.295582

接着，对于图1上RGW三角形内适用的方程3的矩阵是：

 

4.436563-2.03784-1.08265-1.3502092.649123-0.3359050.055635-0.2039961.0570690.055635-0.2039961.057069

对于图1上GBW三角形内适用的方程3的得到的矩阵是：

 

3.240696-1.537253-0.498569-2.534083.1446890.242317-1.130950.2927051.6366173.240696-1.537253-0.498569

最后，对于在图1上BRW三角形内适用的方程3的矩阵是：

 

4.821372-2.818797-0.701364-0.969261.8760.0415560.437457-0.9788921.435395-0.969261.8760.041556

对于RGBW基色符合REC 709和D 65标准的特殊场合，这个矩阵组将 把CIE XYZ转换到RGBW。这对于测试或易于实现的目的可以作为有用的转 换。然而，对于任何特定的显示器，可能要求测定实际的彩色带(chromatic tie)，并生成对于此类显示器特别地校准过的矩阵。应当知晓：尽管本技术领 域中把这些色彩空间格式转换到RGB格式是众所周知的，类似的分析可以导 致从其它三色色彩空间(例如YCbCr)到RGBW的转换。

RGBW色域限制

当利用上面的矩阵把sRGB转换成RGBW图像时，可能发生RGBW的 色域不具有与sRGB完全相同容量的情形。两个色彩空间在CIE色度中可以 具有相同的色域，可是RGBW不能以所有的亮度来显示所有的这些彩色。结 果是：当转换到RGBW时，在sRGB中有一些色彩不能显示。这示于图2的 二维图中。该图是通过两个色彩空间的、为了说明的目的将差异夸大的切片 的简化图。中央的六边形区域代表可以在RGBW中显示的色彩，而外面的方 形是可以由sRGB来显示的色彩。应当注意到：这样绘制RGBW和sRGB色 彩空间，使得白色在两个空间内(即以最大亮度进行规一化)是相同的点。 认为图2中的所有的点是在转换到RGBW空间之后，因此这些点的一部分将 位于色域外。

通过检测边界外的值，可以检测RGBW中(或在这方面的任何多基色色 彩空间)色彩位于色域外的情况。如果在0-255的范围上计算色彩分量，这 些色域外的值将大于255。一个实施例把所有得到的色彩分量钳位到最大许 可值。然而，这导致得到的色彩的色调的改变。图2示出这种效应的一个实 例。点P是RGBW色域外的色彩，并导致色域外的值。如果将色域外的值简 单地钳位到最大许可值，得到的色彩将是色彩D。可能更期望色彩E作为得 到的色彩，该色彩也位于RGBW色彩色域的边缘上，但是具有与初始的色彩 P相同的色调。

为了计算正确的色彩E，采用下列步骤：当检测到色域外的色彩时，找 出四个RGBW色彩分量中的最大值。最大许可值(通常为255)和最大RGBW 值之间的比值是一个缩放因子，接着用它来校正所有的四个RGBW分量。用 相同的数值缩放所有的四个分量保留了色调，并得到正确的色彩E而不是“简 单钳位”的色彩D。

应当注意：尽管保留了色调，这仍是一个钳位处理，在直线E-C上的所 有色彩，都将钳位到单个色彩E。在一些已有技术中，计算缩放直线BLACK-C 上的所有色彩的缩放因子。它对点C处的色彩进行缩放，使之处于点E，而 且对点P处的色彩进行缩放，使之处于点P’。这类色域缩放具有将点Q的色 彩改变为Q’的色彩的效果——使某些彩色比它们可能需要的较为暗淡。本 实施例没有这种效果——点Q处的色彩仍保持明亮，而没有以点Q’处的暗 淡的色彩来替代。

上述钳位，具有与整体图像统计相匹配的优点，该统计指出同时具有高 饱和度和高亮度两者的情况是罕见的。那就是说，在自然的摄影图像里不经 常遇到色域外的色彩。另外，人眼较少能够识别处于缩放尺度较高端的亮度 中的差异，从而把所有色域外的色彩量化为具有相同色调的色域内色彩的最 大值的这种差异的丢失，不倾向于由除了最老练的观察者之外的任何观察者 所注意到。

计算缩放因子的过程，可通过利用最大RGBW数值作为进入倒数表的索 引来进行。通常，倒数表的使用会导致出现一些误差。然而，于此情况，最 大RGBW值的可能值的范围，使得所有倒数值落在1/x曲线“好”的部分上， 而不是落在尾部，大多数误差都是于尾部而引出的。结果是，为这个设计构 造的设备可利用倒数表和乘法器来实现，免除了进行除法的复杂性。图3示 出这样一个设备。

图3示出色域流水线300的一部分。色度/亮度数据(例如L，x，y)通 过3xn矩阵乘法器302转换为RGB和W分量——这可能造成色域外的RGBW 值。如果数据在色域外，RGB数据中的一个将大于显示器所能着色的值。当 一个或更多的这些彩色分量处在显示器的范围之外时，最大值(MAX)检测 器304将检测到这个情况，并把范围外分量的最大值输出到倒数查找表(倒 数LUT)306。LUT将输出缩放因子，使乘法器308把RGBW值缩回到色域 范围。在初始的RGB值位于色域范围内的情形，设计MAX单元和倒数LUT 来输出缩放因子1，以保持相同的图像值。在另一个实施例中，将需要另一 个检测器来检测色域内的色彩，并把它们多路传输绕过乘法器直接到显示器。

在以上实施例中所涉及的功能块，可利用硬件和/或软件的任何组合，包 括诸如一个或多个的存储器设备或电路的部件或模块来具体实现。例如，可 编程的门阵列或类似的电路可配置为来具体实现这种功能块。在其它的例子 中，运行存储器内的程序的微处理器也能够实现这种功能块。

尽管已经参考范例实施例描述了本发明，本领域的技术人员将可以理解 在不偏离本发明的范围可以进行各种修改并且可以用等价物替换其中的元 件。此外，在不偏离其中的基本范围下，可以进行很多修改来适用特定的条 件或者材料到教导中。因此，意图是本发明不局限于作为意图实施本发明的 最佳模式揭示的最佳实施例，但是本发明将包括落入附加的权利要求的范围 内的所有实施例。