TWI295455B - - Google Patents

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1295455 、 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係針對紅綠藍三色系統影像色彩資料數值轉 ’ 換成紅綠藍白四色系統影像色彩資料數值，利用一簡單且 ^ 易於實施之演算法，提供面板顯示品質之色調與色飽和補 償效果。 【先前技術】 由於近年來有面板像素（pixel)由4色子像素（sub • pixel)組成，除了紅光（R)、綠光（G)以及藍光（B) ^ 外還有白光（W)。在近來顯示面板高解析度的需求下，該 ‘ RGBW之色彩系統可提供顯示器更高亮度或更低功耗之 解決方案，其中該子像素紅（R)綠（G)藍（B)白（W) 的配列方式如「第1圖」及「第2圖」所示。 美國專利US 5,929,843提出一種RGB-to_RGBW影像 資料數值轉換處理之方式，其方法為紅綠藍白四色系統之 白色影像資料數值可等於紅綠藍三色系統之紅綠藍三者 • 影像資料數值之最小值，而紅綠藍白四色系統之紅綠藍影 像資料數值可分別等於紅綠藍三色系統之紅綠藍三者影 ‘ 像資料數值。如「第3圖」所示，R、G、B為影像色彩 輸入值，R’、G’、B’、W’為影像色彩輸出值，及一最小數 值萃取器11選出白光(W)須發光之資料數值W’。演算方 式如下： 1295455 b，= b W’ = min(R，G，B) 2白光(w)子像素部份可以同時增加影像色彩紅⑻ 雄泣⑻之成份，因此，利用上述之演算法可以達到(與 像党度(hnninance)增亮之效果。但^此演算法之缺點在ς 無法維持原本影像之色調(hue)與色飽和(saturati〇n)，這是 因為影像色彩之紅(R)綠(G)藍(B)三色域份的增加量完疋 全相同，原本影像之紅⑻綠⑹藍(B)比例關係有可能因此 被改變’其改變可由下列方程式了解·· R ·· G ·· B#(R，+W，）··（G，+W，）··（B，+w，） 因此，若影像之紅(R)綠（G)藍（B)三色光比例被改變 了’就會改變影像之色調與色飽和。其色彩空間示意圖請 參閱「第4圖」（為方便比較’所有色彩空間示意圖將以 二維(G，R)空間表示）’圖中Afi代表原本之影像色彩 (RGB)’A點代表經此演算法處理後之影像色彩(R，G，B，）， 由「第4圖」中A點轉換到A，點的路徑不通過原點來看， 雖然專利178 5,929,843所提出之方法可以增加亮度，但卻 無法維持原本色彩之色調與色飽和。 針對美國專W US 5,929,843雖可增加影像亮度 (luminance)但卻無法維持原本影像之色調（hue)與色飽和 (saturation)的缺失。所以，在美國專利us 6,724 934中， 提出-種㈣RGB _toRGB W f彡像f贼值㈣處理之方 式，加以改善該US 5,929,843專利之缺失。 該US 6,724,934專利所使用的方式為，根據影像晝素 1295455 、 之紅(R)綠（G)藍（B)資料數值關係先作判斷分類（假設灰階 最大值為255時），若資料數值被歸在區塊一 B1，如「第 5圖」所示，A1點代表原本之影像色彩（Rgb)，ΑΓ點代 表經此演算法處理後之影像色彩(11，〇,6，），該人1點轉換到 ΑΓ點可以達到2倍亮度的增加，並同時維持原本色彩之 色調與色飽和，這是因為R : G : B = (R，+W，）：（G，+W，）： (B，+W，）。 其演算方式為（假設灰階最大值為255時），如果 籲 min(2xR，2xG，2χΒ)小於 255，則 W’ = min(2xR，2xG，2xB); R’ = 2xR—W，； G’ = 2><G— W，； B’ = 2xB — W，。 如果 min(2xR，2xG，2xB)大於 255，貝ij W，= 255 ; R’ = 2xR-w，； ^ G’ = 2xG-W，； B5 = 2χβ —W5 〇 a、但’若影像晝素之紅⑻綠(G)藍⑼資料數值關係在判 斷刀類後，若被歸在區塊二B2，如「第6圖」所示，B點 代表原本之影像色彩(RGB)，B，點代表經此演算法處理後 之衫像色彩(r’g，b，），可以達到3(1^8$2)倍亮度的增加， 並同時維持原本色彩之色調與色飽和。因為R: G: B = (R， +W ) · (G ：（B’ +w’）。演算方式為（假設灰階最大值 1295455 為 255 時），s=l + { min(R，G，B) /〔 max(R，G，B) — min(R，G，B)〕};如果 min(sxR，sxG，sxB)小於 255，則 W’ = min(sxR，sxG，s><B); R，二 sxR — W，； G，= sxG —W，； B，二 sxB — W，。 如果 min(2xR，2><G，2xB)大於 255，貝U W’ = 255 ; R，= sxR — W，； G，= sxG—W’ ； B，= sxB —W，。 不過，雖然該美國專利US 6,724,934所提出之演算法 可以達到影像亮度增亮之效果，並維持原本影像之色調與 色飽和，但該演算法之缺點在於影像色彩（RGB)位於區塊 一 B1與區塊二B2之亮度增加的程度會有所不同，區塊一 B1内色彩亮度增加之程度會等於2，而區塊二B2内色彩 亮度增加之程度會等於s(其中l$s$2)。尤其是在區塊二 B2内一些高亮度與高飽和度之色彩亮度增加的程度會與 區塊一 B1内色彩亮度增加的程度有很大之差異。因為區 塊二B2内一些高亮度與高飽和度之色彩亮度增加的程度 會接近1，但區塊一 B1内之色彩之亮度增加之程度會等於 2 〇 這會造成影像的即時對比（simultaneous contrast)變動 過大之現象，破壞了影像顯示之品質與效果，尤其是影像 1295455 • 同時顯示一些高亮度、高飽和性之色彩與高亮度偏白之色 彩時，整體影像品質被破壞的最為嚴重。 針對前述的缺失，該三星（Samsung)公司在SID2004 會議中再提出一篇，，Implementation of RGB W Color 一 ^ ·

System in TFT_LCDs”論文，一種可適性白增益（Adaptive White Scaling，AWS)之 RGB-to-RGBW 影像資料數值轉換 處理之演算方式。 請參閱「第7圖」所示，在輸入原本之影像色彩（Rgb) • 的同時預設之增亮倍率w會先送至一色彩失真分析器 (color distortion analyzer)22,該色彩失真分析器22會依據 輸入影像色彩(RGB)資料與增亮倍率w計算影像增亮前後 之色彩失真值e，若此時計算得到之色彩失真值e大於臨 界值，則一 w調節器（w contr〇Her)23會降低增亮倍率w， 並將新的增亮倍率值w再送入該色彩失真分析器22，重新 計算該色彩失真值e，依此迴路，此程序會一直持續到該 色彩失真值e小於臨界值才停止，此時該增亮倍率值w才 • 會進入 RGBW 轉換器（RGBW COnverter)21 中。 如此’不同之影像資料(RGB)會有不同之增亮倍率 W，用以控制不同之影像在增亮前後之色彩失真值e皆能 維持在臨界值以下，抑制某些影像增亮後影像即時對比變 動過大之現象。 但該論文所述之演算方式有以下之缺點： 1·必須重複計算#彡像增亮前後的色彩失真值e，方能 調整出最合適於輸入影像資料(RGB)之增亮倍率w，如此 1295455 將耗費複雜且大量的影像計算與硬體成本。 2·為了降低影像增亮前後之色彩失真值e，且為改善 輸入影像增亮後影像即時對比變動過大之現象，此可適性 白增益(AWS)的演算方式必須籍由吃低增亮倍率w來達 成。也就疋說，雖然挽救了影像顯示對比之品質，卻無法 維持系統所需之亮度增亮效果。請參閱「第8圖」所示， 為原本增壳倍率w為2( w==2)時可顯示之色彩空間（c〇1〇r

Space)，但為了降低輸入影像增亮前後之色彩失真值e，會 降低增壳倍率w (如「第9圖」所示），甚至影像同時顯示 一些高亮度高飽和性之色彩與高亮度偏白之色彩時，為了 抑制增亮後影像即時對比變動過大之現象，只好將增亮倍 率w壓低至接近1 (如「第1〇圖」所示），如此幾乎失去 提南整體影像色彩免度之效果，根本無法達到增加亮度、 維持色調與色飽和、維持影像對比品質三者兼具之目標。 【發明内容】 爰是，為解決上述之缺失，本發明主要目的在於所提 供維持原本影像色彩之色調（hue)與色飽和（saturation)的條 件下’提南影像色彩顯示之亮度（luminance)。 本發明另一目的在於克服增亮後影像即時對比 (simultaneous contrast)變動過大之問題，提高增亮後影像 顯示之對比（contrast)品質與效果。 本發明再一目的在於不需耗費複雜且大量的影像計 算與硬體成本，可以有效降低影像處理之運算量，節省電 路硬體成本。 本發明係一種四色資料轉換之方法及其裝置，利用一 1295455 . 最小值萃取器取得一畫素之三色光原始資料數值最小 值，作為該晝素轉換至四色系統後之白色資料數值。及一 減法單元計算出該晝素之色彩差值，再將該色彩差值由該 減法單元輸出補償至相鄰晝素，而該畫素藉由一加法單元

Oft- 計算，補加相鄰晝素輸出之色彩差值。利用相鄰晝素之空 間視覺與色覺效應，使人眼在觀察時，該晝素不但有亮度 增加之效果，又因為補加色彩差值於相鄰晝素之補償效 應，改善原本該晝素因缺少這些色彩之差值所造成色調與 • 色飽和之改變。 【實施方式】 茲有關本發明之詳細内容及技術說明，現配合圖式說 明如下： 請參閱「第11圖」所示，係本發明之演算示意圖。 其中本發明之裝置包括··一最小值萃取器31，用以接收該 晝素之三原色R(i，j)G(i，j)B(i，j)資料，並取其最小值min(r，g， b)作為該晝素之白色資料數值w。一減法單元33，用以計 φ 算出該晝素之色彩差值r_diff、g一 diff、b一 diff，其中該 色彩差值r_diff、 g_diff、b_diff為該畫素三原色 R(i，j)G(i，j)B(i，j)資料數值r, g，b分別減去白色資料數值w 之差值，並將該色彩差值（r_diff、g_diff、b_diff)由該減 法單元(33)輸出補償至相鄰畫素。一加法單元32用以補加 相鄰畫素輸出之色彩差值與該晝素之三原色 &(以)〇(丨」)：6(丨，」）資料數值相加，形成該晝素輸出之三色光 &’(^)〇’(丨，』贝’(^)之資料數值。 本發明補加色彩差值於相鄰晝素之方式為，當有一紅 11 1295455 綠G⑽藍响)三色系統之晝素，且該 RG，j辦G(U)藍Baj)之原始資料數值為—、f用 該最小值萃取器31取得此全等利用 眘料赵僧夕, (1〇)綠吼減B(i，j) 、" ’、，作為該畫素由紅綠藍三色系統轉換至 紅綠G，(i，皿Β，(υ)^，如四色系 w’⑽之資料數值w，其中w=min(r，g，b)。 巴 wvRiiJf G，(i,J*)M B，(iJ) ^ W，(iJ)E9 ^ 1J)°卩份’在色彩表現上可視為等同於在原該晝 ^工R(u)綠G(i，·响)三色光成份上同時增加相同程 t增加大小即為白& w，（υ)部份之影像數值w，因 換後視覺上三色光成份之有效值為

Red r+ w ；

Green = g + w ；

Blue = b +w 〇 發出ί t’Γί同ΐ使該晝素之紅R(i，j)綠G，(i，j)藍B，(i，j) rV 5二色先之有效值皆能達到兩倍於原始紅R(i，j)綠 一BQj)三色光系統之原始資料數值為r、g b，則這 二色分別各缺少了一部分數值為 ' r—diff = r —w ; g—diff = g — w ; b—diff = b — w。 哆查 ΐ Γ Γ (r—diff，g-diff，b-diff)在此定義為 Γ1^ 值會等於；，之差值’至少有-個色彩之差 g、b中至少會有一個與白色數值w 12 1295455 相等(米因為w = min(r，g，b))。 藍B(7.f一晝素使用該最小值萃取器31取得紅R(i，j)綠G(i，j) 換$ '色光原始資料數值r、g、b最小值作為該畫素轉 數值、，工藍白戊心七’貿”四色系統後之白色⑺’^山資料 # P二後。再透過該減法單元33計算出該晝素紅R，(i,j) ^ B .1山藍BU)色彩之差值，即為原本紅R(i，j)綠G(i，j) =(以)數值r、g、b分別減去白色之資料數值w之色彩 差值 r—diff、g—diff、b—diff。 ^ 將這三個色彩差值r—diff、g—diff、b—diff，由該減法 ，元 33 輪出的色彩差值 r—diff—out、g—diff_out、b_diff_out 補加至相鄰畫素中的三色光(R，G，B，）的資料數值。 而該晝素也透過該加法單元32計算，接受相鄰晝素 傳、6 匕的色衫差值 r—diff一in、g—diff—in、b_diff—in，形成 一相互補充差值的樣態。利用相鄰晝素之空間視覺效應， 使人眼在觀察時，該晝素不但有亮度增加之效果，又因為 補加色彩差值於相鄰晝素之空間上的補償效應，可以改善 原本該晝素因缺少這些色彩之差值所造成色調與色飽和 .之改變’達到補償影像色彩之色調與色飽和之目的，形成 一種利用補加色彩差值於相鄰畫素的方式。 現以紅（R)綠（G)兩色空間圖（Color Space)來表示，如 「第12圖」所示。A3點代表原本之影像色彩，A3,點代 中W = min(r，g，b))，演算法處理後之 影像色彩，雖可增加亮 度但卻無法維持原本色彩之色調與色飽和。A3，，點代表 A3點經相部晝素補加色彩差值處理後之等效影像色彩， 圖中係以minhgA^r為例，所以該畫素之色彩差值 13 1295455 g_diff=g-w，根據鄰近晝素資料數值差距不大的比例下該 晝素補充之色彩差值g_diff也約為g-w。所以本發明除可 利用紅綠藍白（RGBW)四色系統增加亮度之外，並透過演 ^ 算法補償增亮過程中可能導致之色調與色飽和之改變。 — 其中，該補加色彩差值於相鄰晝素之樣態，係可為該 晝素之第一維度之單向相鄰晝素（如「第13圖」所示），即 整個顯然面板上單一晝素所補償色彩差值的方向係對其 第一維度單向（包含：向左、向右、向上或向下）之相鄰晝 素做補償色彩差值的動作。 _ 或，第一維度之雙向相鄰晝素(如「第14圖」所示）， 即整個顯然面板上單一晝素所補償色彩差值的方向係對 其第一維度雙向（包含：左右方向或上下方向）之相鄰晝素 做平均分配之補償色彩差值的動作。 或，第二維度之雙向相鄰晝素(如「第15圖」所示）， 即整個顯然面板上單一晝素所補償色彩差值的方向係對 其第二維度雙向（包含上下左右）之相鄰晝素做平均分配之 補償色彩差值的動作。 ❿ 或，所有包圍該晝素之相鄰晝素(如「第16圖」所示）， 即整個顯然面板上單一晝素所補償色彩差值的方向係對 與其相鄰之晝素（包含上下左右及斜角共8個相鄰晝素）做 平均分配之補償色彩差值的動作。 或，補償至所有包圍該晝素之相鄰晝素之子晝素（如 「第17圖」所示），即整個顯然面板上單一晝素所補償色 彩差值的方向係對與其相鄰之晝素（包含上下左右及斜角 共8個相鄰晝素）的子畫素，對與該些子晝素做平均分配之 補償色彩差值的動作。。 14 1295455 夠口 月，利用簡單易於實施之演算法，但卻可提供足 二=之色調與色飽和補償效果，使紅綠藍自(RGBW)® 之影像色彩的實際紅綠藍(RGB)三色比例，能盡量 (ΙΙ^βΠ、來紅綠藍（RGB)三色系統之影像色彩的紅綠藍 瞀、二色光比例，但又要避免許〜多複雜之影像數值計 # 省影像處理之電路面積與運算時間。 該㈣用補加色彩差值於相鄰晝素之方式，使紅綠 JL與# & 四色系統在提供影像色彩亮度增加之同時， ζζ^杉之色調與色飽和能獲得適當之補償而仍可非 Γϊΐΐ原本紅綠m统之情形。而本發明所提之補 半叙值=相鄰晝素方式，其演算方式也只有使用到加 運算’大幅降低演算之複雜度，如此可以減少運 ί口二ΐΐ路面積與運算時間，非常符合顯示面板小尺寸 產⑽低成本之要求。 与德述’可將本發明提出之資料轉換方法與習知的 :貝γϊγ”？比較，本發明有以下之優點： 太狀發明在提高原本影像色彩顯示之亮度的條件下， 本發月可以轉影像色彩之色顺色飽和。 料數值案針對紅㈣(rgb)三色线影像色彩資 值，握nn藍白（RGBW) 色系統影像色彩資料數 果之、、寅算方★運异簡單但可提供足夠色調與色飽和補償效 間。/、式，將可以節省影像處理之電路面積與運算時 太蘇！述僅為本發明之較佳實_而已，並非用來限定 等變二範凡依本發明申請專利範圍所做的均 一i飾，白為本發明專利範圍所涵蓋。 15 1295455 【圖式簡單說明】 第1圖，係習知RGBW之子像素配列示意圖。 第2圖，係習知RGBW之子像素另一配列示意圖。 第3圖，係US 5,929,843之影像處理方式之示意圖。 — 第4圖，係US 5,929,843之色彩空ft示意圖。 第5圖，係US 6,724,934之色彩空間示意圖（資料數值被歸 在區塊一）。 第6圖，係US 6,724,934之色彩空間示意圖（資料數值被歸 p 在區塊二）。 第7圖，係三星（Samsung)公司所提影像資料數值轉換處理 方式之示意圖。 第8圖，係三星（Samsung)公司所提處理方式之色彩空間示 意圖（w=2)。 第9圖，係三星（Samsung)公司所提處理方式之色彩空間示 意圖（w=L6)。 第10圖，係三星（Samsung)公司所提處理方式之色彩空間 示意圖（w=1.2)。 • 第11圖，係本發明之演算示意圖。 第12圖，係本發明之色彩空間示意圖。 第13圖，係本發明補償色彩差值於第一維度之單向相鄰 晝素之示意圖。 第14圖，係本發明補償色彩差值於第一維度之雙向相鄰 晝素之示意圖。 第15圖，係本發明補償色彩差值於第二維度之雙向相鄰 晝素之示意圖。 第16圖，係本發明補償色彩差值於所有包圍該晝素之相 16 1295455 鄰晝素之示意圖。 第17圖，係本發明補償色彩差值於所有包圍該晝素之相 鄰子晝素之示意圖。 【主要元件符號說明】 11 :最小數值萃取器 ‘ 21 : RGBW轉換器 22 :色彩失真分析器 23 : w調節器 31 :最小數值萃取器 32 :加法單元 33 :減法單元

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Claims (1)

1295455 十、申請專利範圍： 1·-種=色資料轉換之方法，該方法包括： 】用敢】值卒取器取得一晝素之三原色資料數值 •小值，1為該晝素之白色資料數值；及 ㈣^法單元計算出職素之色§差值，再將該色彩差 值由该減法皁70輪出補償至相鄰晝素； 私時i該晝素藉由—加法單_人相鄰晝素輸出之色 色彩差值與該晝素之三原色資料數值相加， 形成该畫素輸出之三原色之資料數值。 值為範圍第1項所述之方法，其中該色彩差 值:μ旦素—原色貧料數值分別減去白色資料數值之差 其中該相鄰畫 其中該相鄰晝 其中該相鄰畫 其中該相鄰晝 其中該補償至 Ρ晝素之子晝 ^3·如申請專利範圍第1項所述之方法 素係為第一維度之單向相鄰晝素。 ^4·如申請專利範圍第1項所述之方法 素係為第一維度之雙向相鄰畫素。 / 5·如申請專利範圍第1項所述之方法 素係為第二維度之雙向相鄰畫素。 少6·如申請專利範圍第1項所述之方法 素係為所有包圍該晝素之相鄰畫素。 、7·如申請專利範圍第1項所述之方法 相郇晝素係為補償至所有包圍該晝素之相 素0 種四色資料轉換之裝置，該裝置包括： μΓ最小值萃取11，用以接收三原色資料，並取复吾f 值作為該晝素之白色資料數值； /、 ’、 18 1295455 一減法單元，用以計算出該晝素之色彩差值，並將該 色彩差值由該減法單元輸出補償至相鄰晝素； 一加法單元，用以補加相鄰晝素輸出之色彩差值與該 晝素之三原色資料數值相加，形成該晝素輸出之三原色之 - 資料數值。 ~ 9. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中該色彩差 值為該晝素三原色資料數值分別減去白色資料數值之差 值。 10. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中該相鄰畫 _ 素係為第一維度之單向相鄰晝素。 11. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中該相鄰晝 素係為第一維度之雙向相鄰晝素。 12. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中該相鄰晝 素係為第二維度之雙向相鄰晝素。 13. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中該相鄰晝 素係為所有包圍該晝素之相鄰畫素。 14. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中該補償至 • 相鄰晝素係為補償至所有包圍該晝素之相鄰晝素之子晝 素0 19