TWI297483B - - Google Patents

Description

1297483 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 炎本發明係有關一種提高顯示面板亮度與影像品質之 處理裝置與方法，係針對一種Rgbw色彩系統在不犧 牲亮度增亮之條件下，仍可顯示優質的色彩，維持影像顯 2之un貝，達到增加雙倍党度、維持色調與色飽和、維持 影像對比品質三者兼具之目標。 【先前技術】 由於近年來有面板像素由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)。該RGBW之色彩系統可以改善液晶顯示器之光 使用效率，其中該子像素配列方式如「第1圖」及「第2 圖」所示。

美國專利US 5,929,843中有提出一種RGB-to-RGBW

影像資料數值轉換處理之方式，如「第3圖」所示。其中， R、G、B為影像色彩輸入值，R’、g，、B，、W，為影像色 彩輪出值，及一最小數值萃取器11選出白光(w)須^光之 資料數值W，。演算方式如下： 'X

R，= R

G，= G B，= B 由於白光(W)子像素部份可以同時增加影像色彩 綠（G)藍（B)之成份，因此，利用上述之演算法可以達 像亮度(luminance)增亮之效果。但是此演算法之缺點在= 1297483 Ιϊί為ί持原本影像之色調（hUe)與色飽和（saturati〇n) ’這是 全相^像色彩之紅(R)綠（G)藍（B)三色光成份的增加量完 4 %同’原本影像之紅(R)綠(G)藍(B)比例關係有可能因此 其改變可由下列方程式了解： 玟· G : Β 孕（R，+W，）：（G，+W，）：（B，+W，） ，此’若影像之紅(R)綠（G)藍（B)三色光比例被改變 夂2會改變影像之色調與色飽和。其色彩空間示意圖請 : 第4圖」（為方便比較，所有色彩空間示意圖將以 R)空間表不），圖中A點代表原本之影像色彩 「 A點代表經此演算法處理後之影像色彩(r，g，b，）， ^ 4圖」中a點轉換到A，點的路徑不通過原點來看， 2^uS 5,929,843所提出之方法可以增加亮度，但卻 …、法維持原本色彩之色調與色飽和。 針對美國專利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伽雜色飽和 (sat咖i〇n)的缺失。所以，在美國專利仍My州中， 提出一種新型RGB_t〇-RGBW影像資料數值轉換處理之方 式，加以改善。 據影像晝素之 ，若資料數值 該US 6,724,934專利所使用的方式為根 紅(R)綠(G)藍(B)資料數值關係先作判斷分類 被歸在區塊一 B1，如「第5圖」所示，則 W’=min(2xR，2xG，2xB) R，=2xR-W， G，=2xG-W， Β，=2χΒ —W， 1297483 第5圖」中八點代表原本之影像色彩(RGB)，A，點 ^ ^算法處理後之影像色彩(R，G，B，），該A點轉換 A點可以達到2倍亮度的增加，並同時維持原本色彩之 色調與色兔和。這是因為R : G : ，+ (B，+W，）。 但’右影像晝素之紅(幻綠⑹)藍(B)資料數值關係在判 分類後，若被歸在區塊二B2，如「第6圖」所示，則 s 1 + { min(R，G，B) /〔 max(R，G，B)- min(R，G，B)〕} w，===min(sxR? sxG5 sxB) R’=sxr— w， G’=sxg-W， B’=sxB-w， -第6圖」中B點代表原本之影像色彩(RGB)，B，點 ^，經此演算法處理後之影像色彩(R，G，B，)，可以達到s ^儿度的增加，並同時維持原本色彩之色調與色飽和。因 R · G · B=(R’ +W’）：（G，+W，）：（B，+W，）。 可以^過，雖然該美國專利US 6,724,934所提出之演算法 色飽和到影像免度增亮之效果，並維持原本影像之色調與 一 B1 仁該’秀异法之缺點在於影像色彩（RGB)位於區塊 B1内與區塊二B2之亮度增加的程度會有所不同，區塊一 亮产掷色彩亮度增加之程度會等於2，而區塊二B2内色彩 bI夂^首!^之程度會等於S(其中1$S$2)。尤其是在區塊二 區塊〜些南壳度與高飽和度之色彩亮度增加的程度會與 内色彩亮度增加的程度有很大之差異。因為區 内一一高亮度與高飽和度之色彩亮度增加的程度 1297483 會接近1，但區塊一内之色彩之亮度增加之程度會等於2。 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 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 RGBW Color 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)資料與增党倍率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（wcontroller)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^ ^能 雄持在臨界值以下，抑制某些影像增亮後影像即時對二= 動過大之現象。 但該論文所述之演算方式確有以下之缺點·· 1 ·必須重複計算影像增免前後的色彩失真值㊁，方能 1297483 凋整出最合適於輪入影像資料(RGB)之拇古 將耗費複雜且大量㈣像計算與硬體成Γ。， 2·為了降低影像增亮前後之色彩 輸入影像增亮後影像即時對比變動’且為改善 :增益(：)的演算方式必須藉由降低:亮^ 維持系統所需之亮度增亮效果。請參閱㈡’：無法 為原本增亮倍率42(w=2)時可顯示二」斤:’ Space)’但為了降低輸人影像增亮前後之色二 降低增亮倍率W (如「第9圖所） e曰 -些高亮度高飽和性之色彩與高亮度)偏 抑制增亮後影像即時對比變動過大二二： “整體祕“錢之絲，根本無輯到增加亮度、 _色調與色_、_影像對比品f三者兼^之目Ί 【發明内容】 A f 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)與色鮮（saturat i〇n) 的條件下，提高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。 …本發明之再一目的在於不需耗費複雜且大量的影像 计异與硬體成本，可以有效降低影像處理之運算量，節省 電路硬體成本。 1297483 本發明之再-目的在於不犧牲亮度增亮之條件下 可維持影像顯示之品質’達到增加雙倍亮度、維持色調盘 色飽和、維持影像對比品f三者兼具之顯示優f色彩的目、 標。 本發明係-種提高顯示面板亮度與影像品質之影像 處理裝置，係為可以改善液晶顯示器之光使用效率之咖 ，彩系統裝置與方法，該裝置與方法包括：—色彩分佈計 算單70將輸入原本之影像色彩資料進行判斷分類，將該色 彩位於色彩空間之關魅分為區塊—與區塊二，再計算輸 入影像色彩資料在區塊一或區塊二其中任一區塊之比例 值。一控制因子數值產生單元，再根據該比例值，用以決 定出一轉換控制因子與一背光亮度控制因子之數值。俾藉 該轉換控制因子數值會輸出至一數值轉換單元，且該數值 轉換單元將根據該轉換控制因子將原本輸入之影像色彩 (RGB)資料轉換為新的影像色彩（r’ g’ B’ W’）資料。而 該背光亮度控制因子會輸出至一背光亮度控制單元，該背 光亮度控制單元將根據輸入之背光亮度控制因子用以控 制背光亮度。 【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’係本發明之影像處理方式 之示意圖。一色彩分佈計算單元(color disribution calculating unit)32輸入原本之影像色彩(RGB)資料，該色 1297483 彩刀佈计异單元32將輸入影像之每個晝素的色彩進行判 斷分類，以色彩之紅(R)綠（G)藍(B)資料數值關係為依據， 將該色彩位於色彩空間之關係區分為區塊一 B1與區塊二 B2 (如「第12圖」所示），並計算輸入影像色彩位於區塊 一 或區塊二B2其中任一區塊之比例值(後續將以計算 輸入衫像色彩在區塊二B2之比例值p(〇 $ p ^ 1)說明本發 明）。 其中位於區塊一 B1之色彩之紅(r)綠（G)藍(B)資料數 值關係為：max(R，G，B)/min(R，G，B) $ 2 ;而位在區塊二 B2之色彩之紅(R)綠(G)藍(B)資料數值關係為：max(R，G，B) /min(R，G，B)>2。再計算全部輸入影像色彩(RGB)資料在 區塊二B2之比例值p，其中p=(色彩位在區塊二B2内之 晝素數目）/(影像總晝素數目）。 一控制因子數值產生單元（control variable generating unit)33，該控制因子數值產生單元33會根據該色彩分佈 計算單元32所輸出之比例值p，以決定出一轉換控制因子 s與一背光亮度控制因子b之數值。該轉換控制因子s會 輸出至一 RGB-to-RGBW數值轉換單元（data converting unit) 31，該背光亮度控制因子b會輸出至一背光亮度控制 單元(backlight luminance control unit)34。（其中該轉換控 制因子s、背光亮度控制因子b與比例值p之關係可以如·· b = p+l ; s = 2/(p+l);但該關係可依產品特性調整，而不 以此為限）。 該數值轉換單元31會輸入原本之影像色彩(rgb)資料 11 1297483 及該控制因子數值產生單元33產生之轉換控制因子s，根 據該轉換控制因子s(l$s$2)將影像色彩輸入值為R、 G、B轉換為影像色彩輸出值R’、G’、B’、W’。若影像晝 / 素之色彩位在區塊一 B1，則 W’ = min(sxR，s><G，sxB) R，=sxR-W, G，=sxG-W’ B，=sxB-W’ 若影像晝素之色彩位在區塊二B2，則 k=l+(s- 1){ min(R，G，B) /〔 max(R，G，B)-min(R，G，B)〕} W’=min(kxR，kxG，kxB) R，=kxR-W’ G，=kxG—W’ B，=kxB — W， 經此演算法處理後之影像色彩，將可以維持原本色彩 之色調與色飽和。因為R : G : B = (R’+W’）：（G’+W’）： (B，+W，）。 又，該背光亮度控制單元34根據輸入之背光亮度控 制因子b(l$bg2)，用以控制顯示面板的背光亮度。當b 值為1，背光亮度維持原始值，當b值為2時，背光亮度 增加為原始值之兩倍。 請參閱「第12圖」，為當輸入影像色彩在區塊二B2 之比例值p為0時(p=〇)可顯示之色彩空間，依前述之關係 式(b = p+1 ; s = 2/(ρ+1))，當比例值ρ為0時，背光亮度控 12 1297483 制，子b為丨’轉換控制因子s為2，代表此時輸人影像之 色彩王雜於區塊-B1内，背光亮度可維持原始值，影 像可以達到增加雙倍亮度之效果。 喷再參閱「第13圖」，為當輸入影像色彩在區塊二B2 之比例值p為〇·4時(ρ=()·4)可顯示之色彩空間，依前述之 關係式(b = p+1 ; s=2/(p+1))，當比例值ρ為〇·4時，背光 焭度控制因子b為14，轉換控制因子s 為1.43，代表此 時輸入衫像之色彩位於區塊二B2内的有4〇%。因此，背 光焭度增加為初始之14倍，可提高區塊二b2内之色彩亮 度私加之程度，縮小區塊二B2内色彩亮度增加程度與區 塊B1内色彩亮度增加程度之差異，且影像仍可達到雙 倍免度增加之效果。 喷再參閱「第14圖」，為當輸入影像色彩在區塊二B2 之比例值p為〇·8時(?=()8)可顯示之色彩空間，依前述之 ，係式(b=p+1; s=2/(p+1))，當比例值ρ為μ時背光 =度^制因子b為W，轉換控制因子S為1.11，代表此時 之色雜於區塊二B2 _有8g%。也就是說， =象=部分比例之色彩位於區塊二B2，所以會將背光 :二Γ刀始之!.8倍，以大幅提高區塊二B2内之色彩 冗度增加之程度，使區塊二B2内一此古丄 之色彩的亮度增加程度也可以接近2Γ&錢與高飽和度 之亮度増加的，如此色彩 B2與區塊-B1内色彩亮度增加程度有政細小9鬼一 仍可達到雙倍亮度增加之效果外，並同時維持 13 1297483 加則後之對比的品質，可以有效的抑制增亮後影像即時對 比變動過大之現象。 綜合前述，本發明提出之影像處理裝置與方法與習知 ： 的影像處理方式相比較，本發明有以下之優點·· ： 1·本發明在維持原本影像色彩之色調與色飽和的條件’· 下，本發明可以提高影像色彩顯示之亮度。 . 2·本發明可以改善該美國專利us 6,724,934之缺失， 克服增免後影像即時對比（simultaneous c〇ntrast)變動過大 之問通，可以提咼增亮後影像顯示之對比品質與效果，尤籲 其是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，影像品質可獲得大幅改善。 3·本發明與二星（Samsung)公司的，，Implementation of RGBW Color System in TFT-LCDs”論文相比較，該論文必 須重複計算影像增亮前後的色彩失真值才能調整出最 合適於輸入影像資料之增亮倍率w，如此，需要大量複雜 之影像計算與硬體成本。而本發明提出之影像處理裝置與 方法’只需將輸入影像之色彩紅(11)綠（(})藍(B)資料數值計鲁 算一次’用以找出輸入影像色彩位於區塊一 B1或區塊二 B2其中任一區塊之比例值，即可完成RGB_t〇_RGBW之資 料轉換處理’有效降低影像處理之運算量，節省電路硬體 成本。且本發明在不犧牲亮度增亮之條件下，仍可維持影 像顯不之品質，達到增加雙倍亮度、維持色調與色飽和、 維持影像對比品質三者兼具之顯示優質色彩的目標。 惟上述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定 1297483 本發明實施之範圍。即凡依本發明申請專利範圍所做的均 等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。 【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之色彩空間示意圖。 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 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 鲁 意圖（w=1.6)。 第10圖，係三星（Samsung)公司所提處理方式之色彩空間 示意圖（λν=1·2)。 第11圖，係本發明之影像處理方式之示意圖。 第12圖，係本發明之色彩空間示意圖（p=0，b=l)。 第13圖，係本發明之色彩空間示意圖（p=0.4，b=1.4)。 第14圖，係本發明之色彩空間示意圖（p=0.8，b=1.8)。 15 1297483 【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 :數值轉換單元 32 :色彩分佈計算單元 33 :控制因子數值產生單元 34:背光亮度控制單元 16

Claims (1)

1297483 而一背光亮度控制單元(34)將根據輸入之背光亮度控 制因子(b)，用以控制顯示面板之背光亮度。 3·如申請專利範圍第2項所述之影像處理方法，其中 ‘ 該區塊一（B1)内色彩之紅（R)綠（G)藍（B)資料數值關係 ' 為· max(R，G，B) / min(R，G，B) < 2。 · 4·如申請專利範圍第2項所述之影像處理方法，其中 : 該區塊二（B2)内色彩之紅（R)綠（G)藍（B)資料數值關係 ' 為· max(R，G，B) / min(R，G，B) > 2。 5·如申請專利範圍第2項所述之影像處理方法，其中 春 該比例值(ρ)為全部輸入影像色彩(RGB)資料在區塊二Β2 之比例。 6·如申請專利範圍第2項所述之影像處理方法，其中 當色彩位於色彩空間之區塊一（Bl)時，該數值轉換單元(3i) 根據該轉換控制因子（s)與原本輸入之影像色彩(RGB)資料 轉換為一新的影像色彩(r，g，b，w，)之關係式為： W5 = min(sxR5sxG5sxB); R，=sxR-W，； G，=sxG-W，； _ B’ =sxB — W5 ° 7·如申請專利範圍第2項所述之影像處理方法，其中 當色彩位於色形空間之區塊二(B2)時，該數值轉換單元(31) 根據該轉換控制因子（s)與原本輸入之影像色彩(RGB)資料 轉換為一新的影像色彩(R，G，B，W，)之關係式為： k=l+(s- 1){ min(R，G，B) /〔 maX(R，G，B)〜min(R，G B)〕} W’=min(kxR，kxG，kxB); R，=kxR-W，； 18 1297483 G，=kxG-W，； B，=kxB-W，。