專利名稱：用于移動顯示器的智能限幅器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在移動設備中的彩色顯示器。尤其是，本發(fā)明涉及具有限制色域的移動顯示器中的彩色重現(xiàn)。更尤其是，本發(fā)明涉及用于基色校正和限幅的裝置和方法，其尤其直接用于具有限制色域的顯示器。
在常規(guī)顯示器中的色域比人類視覺系統(tǒng)的色域要小。這就意味著我們所看到的一些顏色不能在這樣的顯示器上顯示。特別是在移動(反射的)顯示器中的色域是小的，以便獲得超出顯示器外的盡可能多的亮度。典型地，顯示器包含少于歐洲廣播聯(lián)盟(EBU)所設置色域的36％。
圖2是EBU顯示器的一個例子以及圖3是具有EBU基色飽和度的60％飽和度的基色的移動顯示器(它是36％EBU色域)，兩者具有相同亮度。問題是明顯的，在該例子中該移動顯示器具有較差的顯色性。
存在多個可能的解決方案其它的色濾波器和色域映射，它們能夠被分成色域校正和限幅。
色域問題的一個解決方案能夠通過使色濾波器變厚來提高顯示器的色域，即，通過阻塞更多的波長來使它們更飽和。當然在液晶顯示器上這將減少亮度。對帶有理想色濾波器的顯示器來說，亮度下降30％，但是對典型移動顯示器來說，亮度下降大于50％，如圖4和圖5所示。
在桌面監(jiān)視器上，具有大色域的顯示器，圖3，仍然可以是首選的，但是如果桌面監(jiān)視器的亮度被減少為環(huán)境照度的5-10％，其近似在一個燈環(huán)境下的移動顯示器，則優(yōu)選地轉(zhuǎn)換到如圖4所示的較亮顯示器上，因為在如圖5所示的小亮度面板上丟失大量細節(jié)。
本發(fā)明提供了一種算法來通過在色域和亮度之間的交替使用，特別是對具有比輸入視頻信號要小的色域的顯示器，例如移動顯示器，執(zhí)行色域映射(基色校正和限幅)。本發(fā)明的實質(zhì)是應用一個高亮度小色域的移動顯示器和在發(fā)送RGB信號給顯示驅(qū)動器之前，在輸入的RGB信號上執(zhí)行一個色域校正。這意味著，代替接收較小飽和的紅(R)、綠(G)和藍(B)基色信號，并且從而去飽和所有的顏色，該RGB信號被校正為新的基色?，F(xiàn)在，能夠在顯示器上重現(xiàn)的輸入信號的顏色不受影響，但是這種校正的結果，不能重現(xiàn)的顏色必須被映射到在色域中的一個顏色。
所以，本發(fā)明包括1.一個基色轉(zhuǎn)換；以及2.對在顯示器色域之外顏色的色域映射。
從下面如附圖所示優(yōu)選實施例的更詳細的描述中，本發(fā)明前述的和其它特征和優(yōu)點將變得明顯。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明所述的一個具有圖形模塊的移動設備的簡化框圖，其中該圖形模塊包括帶有智能限幅的色域映射；圖2示出一個EBU標準顯示器；圖3示出一個典型的現(xiàn)有技術的移動顯示器，它通過使用寬波段色濾波器在損害色域的情況下最優(yōu)化亮度；圖4示出一個通過使用寬波段色濾波器在損害色域的情況下最優(yōu)化亮度的移動顯示器；圖5示出一個通過使用窄波段色濾波器在損害亮度的情況下最優(yōu)化色域的移動顯示器；圖6示出一個通過使用寬波段色濾波器在損害色域的情況下最優(yōu)化亮度的人像移動顯示器；圖7示出對圖3和6所示的圖象的輸入信號使用色域校正的效果；圖8示出最優(yōu)化亮度的鸚鵡圖象的一個移動顯示器；圖9示出對輸入信號使用色域校正的圖7所示圖像；(注意紅色的頭和黃色的胸部上的限幅人為失真)。
圖10示出最優(yōu)化亮度的一個移動顯示器；圖11示出利用輸入信號的色域校正和亮度縮減的圖8所示顯示器；圖12示出最優(yōu)化亮度的一個移動顯示器；圖13示出用根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的所述智能限幅器校正的圖8所示的移動顯示器；
圖14示出根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例所述利用′智能′限幅實施色域映射的matlab腳本；圖15示出圖14matlab腳本的一個改進，即實施根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例的峰值；圖16A-D比較一個原始的EBU顯示器A和一個傳統(tǒng)的85％EBU顯示器B，該傳統(tǒng)的85％EBU顯示器B具有應用到傳統(tǒng)的EBU顯示器C中的本發(fā)明所述智能限幅和具有應用到傳統(tǒng)的EBU顯示器D中的本發(fā)明所述限幅和峰值；以及圖17示出對飽和度計算進一步改進后的圖15的色域映射、′智能限幅′和智能亮度縮減的matlab腳本。
本領域技術人員應當明白，下面的描述提供用于說明目的而非限制。技術人員知道在發(fā)明的精神和附加權利要求的范圍之內(nèi)具有許多變化。為了不使本發(fā)明模糊，從當前描述中可以省略已知功能和操作的不必要細節(jié)。
參見圖1A，移動顯示器104的圖形處理器101可以被改變?yōu)閳?zhí)行根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例所述的帶有輸入RGB信號101智能限幅的色域映射。在移動顯示器104上顯示帶有“智能”限幅103的合成RGB信號。在這個優(yōu)選實施例中，能夠采用圖像處理器101中的軟件或硬件來實現(xiàn)帶有“智能”限幅的色域映射的功能。在一個替換的實施例中，參見圖1B，通過專用芯片105將帶有“智能”限幅的色域映射應用到圖形處理器102的輸出信號上以及圖形處理器102和專用芯片105都是帶有顯示器104的單板移動設備。雖然所述描述可能涉及通常用于所描述的特殊移動顯示設備的術語，但是所述描述和原理同樣可以應用到其它處理系統(tǒng)，包括具有不同于圖1A和1B所示結構的系統(tǒng)。
圖1C顯示“智能”限幅器，它或是在移動設備的圖形處理器102板上，或是作為獨立芯片105?！爸悄堋毕薹靼ㄒ豢刂破?處理器單元106，用于處理指令，執(zhí)行計算并管理來自和送往網(wǎng)絡接口113以及來自和送往移動設備顯示器104的信息流和圖像。另外，控制器/處理器106與程序存儲器107通信連接。包括在程序存儲器107中的多級“智能”限幅器模塊108用于控制算法的選擇和執(zhí)行伽馬校正算法109、色域映射算法110、智能限幅算法111、和峰值算法112。控制器/處理器模塊106也可以管理網(wǎng)絡接口113，以獲取數(shù)字圖像數(shù)據(jù)并通過多級“智能”限幅器模塊108來引導它的處理，以及在移動顯示器104上顯示。另外，控制器/處理器106可以在數(shù)據(jù)存儲器(未示出)中存儲原始的和處理過的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，以便允許這些圖像的本地編輯、重新顯示和通過網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)播。值得注意的是，網(wǎng)絡可以是無線網(wǎng)絡或有線網(wǎng)絡。
如何將由一組基色點所表示的信號轉(zhuǎn)換為另外一組基色，這是該領域公知的。考慮輸入視頻信號RGB1(具有紅、綠、和藍的列)。讓A1為3×3矩陣，每列具有EBU校準顯示的R(紅)、G(綠)、和B(藍)基色的三色值(X，Y，Z)。讓A2具有類似的矩陣，用于帶有限制色域的移動顯示器。然后，所述矩陣相乘RGB2＝A2-1A1*RGB1(等式.1)將來自EBU基色的信號轉(zhuǎn)換為顯示器基色。對于具有不正確色彩基色的低飽和度移動顯示器來說，這等價于輸入信號的飽和度增加(擴展)以及色調(diào)校正，以便與EBU顯示器一樣在移動顯示器上顯示在其色域內(nèi)的顏色。在其色域外的顏色不能被再現(xiàn)，并必須將其映射到色域內(nèi)的值上。在這種映射處理中，存在多種可能。
這種映射的最簡單形式“限幅”如下所示，其中假設所述顯示信號范圍是從0到1對于每個象素(R，G，B)執(zhí)行下面的映射R(if R＜0)＝0，G(if G＜0)＝0，B(if B＜0)＝0(等式.2)R(if R＞1)＝1，G(if G＞1)＝1，B(if B＞1)＝1(等式.3)然而，限幅可能導致可見的人為失真，(色差)以及最好執(zhí)行下面算法R(R＜0)＝0，G(G＜0)＝0，B(B＜0)＝0(等式.2’)R(R＞1)＝R(R＞1)/max(R，G，B)，G(G＞1)＝G(G＞1)/max(R，G，B)，和B(B＞1)＝B(B＞1)/max(R，G，B)(等式.3’)通過設置負值到零來減少飽和度并通過用最大值(R，G，B)定標來減少亮度。沿著到黑點(限幅到黑色)的線，有效地限幅顏色。色調(diào)沒有改變。
比較如圖6和圖7所示圖像，改進是十分明顯的，然而，在諸如圖8和圖9所示“鸚鵡”的其它圖像中，色域校正和隨后的映射導致限幅人為失真的麻煩。在圖6和圖7的人像圖像與圖8和圖9的鸚鵡圖像之間的差異是人像映射具有移動顯示器色域內(nèi)的最多色彩，而鸚鵡映射具有移動顯示器色域外的許多色彩。人們能夠看到，紅色鸚鵡頭部上的色域外象素幾乎限制到相同的紅色，以及對于黃色也是類似，這導致這些區(qū)域的紋理的丟失。
為了避免色域校正的限幅人為失真，能夠?qū)⑵渑c亮度減少進行組合。在這種方式中，亮度再次變換為彩色背面，但是現(xiàn)在是“數(shù)字地”代替“物理地”。這避免了多個(可能是大量的)具有不同色彩的象素被映射到相同的色彩上，但是隨之，在色域內(nèi)的色彩也受到影響。這通常叫做“軟限幅”，并且“軟限幅”量總是能和“硬限幅”(剩余量)進行組合，以找到限幅人為失真與亮度減少之間的好的平衡。亮度減少僅僅避免了限制包含超過最大值的RGB值的色彩，但是因為這些是(通過定義)亮象素，因此在這里減少限制人為失真的效果是明顯的。
在一個優(yōu)選實施例中，亮度降低是通過將圖像內(nèi)所有像素值與0到1之間的因子相乘來完成的。在一些試驗和誤差之后，對于在移動LCD顯示器上測試的圖像(n＝10)來說，0.85的因子表現(xiàn)出較好的結果。在圖10和11中能夠看到，限幅人工噪聲已經(jīng)消失，但是圖像具有較低的亮度。
在一個優(yōu)選實施例中，基于感官屬性“多色”的解決方案是基于經(jīng)驗法則即較亮的圖像似乎具有更多的色彩。在一個優(yōu)選實施例的智能限幅算法中，亮度減少之后緊隨色域(基色)校正而不是在色域外的值上執(zhí)行硬限幅(通過將小于0的值限幅到0)，通過“加入白色”到色域外象素上來僅僅執(zhí)行智能限幅。這減少了飽和度但是同時增加了亮度。換句話說，在一個優(yōu)選實施例中，減少飽和度有利于增加亮度，其給出了類似于EBU顯示器上那樣的移動顯示器上的多色。因為RGB值中的一個小于零，所以這種智能限幅影響了那些不能被再現(xiàn)的色彩。
這個優(yōu)選實施例的算法如下●校正低飽和度色域。
對于具有R，G，B中小于0的一個象素來說，從R，G，B中減去最小的R，G，B值(例如(255，200，-10)--10＝(265，210，0))。
現(xiàn)在，不存在小于0的值，但是仍然存在大于255的值。
在一個R，G，B大于255的象素上執(zhí)行“限幅到黑色”(例如(265，210，0)＝＞(265，210，0)*255/265＝(255，202，0))。
圖13顯示對圖12的移動顯示器應用“智能限幅器”的最終結果，它僅僅最優(yōu)化亮度。
在一個替換的優(yōu)選實施例中，為了避免對比度的減少，用象素亮度來衡量“加入白色”，以便暗象素獲得加入的白色比亮象素要少。
通過在限幅期間保持色彩特性中的至少一種特性(色度，色調(diào)，飽和度，亮度，多色，等)恒定來執(zhí)行限幅。實現(xiàn)這樣的一種方式是將信號轉(zhuǎn)換到不同的空間(用一些感性地有意義的等同物)，并在那個空間執(zhí)行限幅。另外一種方法是使用查閱表。這些方法具有需要多操作的缺點(例如非線性“伽瑪”校正)，其對移動應用來說沒有效率。因此，所提出的“智能限幅”方法是確實有效率并有效的方法，以便在低質(zhì)量移動顯示器上再現(xiàn)高質(zhì)量彩色圖像。特別地在顯示器的基色具有大致相同的色調(diào)，但是比EBU基色要低的飽和度的情況下，本發(fā)明優(yōu)選實施例的簡單映射算法具有不會引入一系列色彩人為失真(色差和色調(diào)偏移)的優(yōu)點。
圖14說明執(zhí)行色域映射和“智能限幅”色彩校正的matlab腳本。圖16A-C說明在移動圖像的表面上該實施例的優(yōu)點。圖16A是一個傳統(tǒng)的EBU圖像，圖16B是一個具有85％EBU飽和度的移動顯示器，圖16C是根據(jù)本發(fā)明色域映射+智能限幅實施例來改進圖16B所示圖像的移動顯示器。
在一個替換的優(yōu)選實施例中，智能限幅與智能亮度減少相組合。圖15說明了執(zhí)行色域映射、“智能限幅”和智能亮度減少的替換實施例的matlab腳本。
圖16A-D說明用于移動顯示器的該替換實施例的優(yōu)點。圖16A是傳統(tǒng)的EBU圖像，圖16B是典型的具有85％EBU飽和度的移動顯示器，圖16C是根據(jù)本發(fā)明色域映射+智能限幅實施例來改進圖16B所示圖像的移動顯示器，以及圖16D是根據(jù)本發(fā)明色域映射+智能限幅+智能亮度減少實施例來改進圖16B所示圖像的移動顯示器。
智能亮度減少也可以認為是依賴飽和度的衰減。圖17說明對飽和度計算進一步改進的色域映射、“智能限幅”和智能亮度減少的matlab腳本。
當說明和描述了本發(fā)明優(yōu)選實施例的同時，本領域技術人員應當明白，在不脫離本發(fā)明真實范圍的情況下，可以做出各種變換和改進，用等價物代替其中的單元。另外，在不脫離它的中心范圍的情況下，可以做出許多改進以便使本發(fā)明的指教適應特定情況。因此本發(fā)明并不想限制在作為執(zhí)行本發(fā)明所預料的最佳模式的特定實施例中，而是本發(fā)明包括落在附加權利要求范圍內(nèi)的所有實施例。
權利要求
1.一種用于校正彩色圖像的方法，該方法包括步驟校正彩色圖像的色域；以及通過“加入白色”到彩色圖像的色域外數(shù)字數(shù)據(jù)來智能限幅校正過的圖像。
2.如權利要求1所述的方法，其中“加入白色”的智能限幅步驟進一步包括用數(shù)字數(shù)據(jù)的亮度來定標的步驟，其中數(shù)字數(shù)據(jù)具有獲得所加入白色比亮數(shù)字數(shù)據(jù)要少的暗數(shù)字數(shù)據(jù)。
3.如權利要求1所述的方法，進一步包括減少彩色圖像整體亮度的步驟。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述減少步驟進一步包括用0.85的固定值乘以彩色圖像的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的步驟。
5.如權利要求3所述的方法，其中所述減少步驟進一步包括作為輸入色域和顯示器色域的函數(shù)來確定減少量的步驟。
6.如權利要求3所述的方法，其中所述減少步驟進一步包括作為輸入信號飽和度的函數(shù)來確定減少量的步驟。
7.如權利要求6所述的方法，其中當飽和度等于0時，所述函數(shù)是0，當飽和度大于0.75時，所述函數(shù)最大，以及當飽和度在0到0.75之間的范圍時，所述函數(shù)等于一個作為飽和度函數(shù)的單調(diào)遞增函數(shù)。
8.如權利要求1所述的方法，進一步包括步驟在校正色域之前任意地在數(shù)字圖像數(shù)據(jù)上執(zhí)行伽瑪校正；以及如果需要，在智能限幅過的圖像上執(zhí)行反伽瑪校正。
9.如權利要求8所述的方法，進一步包括減少彩色圖像整體亮度的步驟。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述減少步驟進一步包括作為輸入信號飽和度的函數(shù)來確定減少量的步驟。
11.如權利要求10所述的方法，其中當飽和度等于0時，所述函數(shù)是0，當飽和度大于0.75時，所述函數(shù)最大，以及當飽和度在0到0.75之間的范圍時，所述函數(shù)等于一個作為飽和度函數(shù)的單調(diào)遞增函數(shù)。
12.一種用于基色校正和限幅的裝置，包括一個用于接收具有源色域的彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)的裝置；一個具有顯示色域的顯示器；用于存儲的程序存儲器和提供如下的計算邏輯設備中的一個-多種算法，包括智能限幅算法，用于將源色域映射到顯示器色域，以及(ii)多級“智能”限幅器模塊，執(zhí)行多種算法以便將源色域映射到顯示器色域；以及一個控制器/處理器單元，被配置成-控制數(shù)字數(shù)據(jù)的接收，對所接收的數(shù)字數(shù)據(jù)執(zhí)行“智能”限幅器模塊，以完成將源色域映射到顯示器色域，以及將映射過的數(shù)字數(shù)據(jù)輸出到顯示器上。
13.如權利要求12所述的裝置，進一步包括用于存儲所接收的數(shù)字數(shù)據(jù)和所輸出的彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)的存儲設備。
14.如權利要求13所述的裝置，其中多個算法包括任意執(zhí)行的伽瑪校正算法；色域映射算法，用于減少彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)的亮度；智能限幅算法，以通過“加入白色”到色域外彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)來校正彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)；以及依賴飽和度的衰減算法。
15.如權利要求13所述的裝置，其中讀智能限幅算法進一步包括基于彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)的強度來擴大限幅效應。
16.如權利要求12所述的裝置，其中多個算法包括任意地執(zhí)行的伽瑪校正算法；色域映射算法，以減少彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)的亮度；智能限幅算法，以通過“加入白色”到色域外彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)來校正彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)；以及依賴飽和度的衰減算法。
17.如權利要求16所述的裝置，其中該智能限幅算法進一步包括基于彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)的強度來擴大限幅效應。
18.一種用于基色校正和限幅的“智能”限幅器裝置，包括多個算法，其包括智能限幅算法，用于將源色域映射到顯示器色域，以及多級“智能”限幅器模塊，其執(zhí)行所述多個算法。
19.如權利要求18所述的“智能”限幅器裝置，其中多個算法包括任意地執(zhí)行的伽瑪校正算法；色域映射算法，以減少彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)的亮度；智能限幅算法，以通過“加入白色”到色域外彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)來校正彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)；以及依賴飽和度的衰減的算法。
20.如權利要求19所述的“智能”限幅器裝置，其中智能限幅算法進一步包括基于彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)的強度來擴大限幅效應。
21.一種計算機可讀介質(zhì)，包括計算指令，用于多個算法，包括智能限幅算法，用于將源色域映射到顯示器色域，以及多級“智能”限幅器模塊，執(zhí)行所述多個算法。
22.如權利要求21所述的計算機可讀介質(zhì)，其中所述多個算法進一步包括計算機指令用于任意地執(zhí)行的伽瑪校正算法；色域映射算法，以減少彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)的亮度；智能限幅算法，以通過“加入白色”到色域外彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)來校正彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)；以及依賴飽和度的衰減算法。
23.如權利要求22所述的計算機可讀介質(zhì)，其中智能限幅算法進一步包括，基于彩色圖像數(shù)字數(shù)據(jù)的強度來擴大限幅效應。
全文摘要
提供了一種用于基色校正和限幅的裝置和方法，其特別適合在移動顯示器中的應用。這是亮度減少和“智能”限幅算法的組合，并其是基于感官屬性“多色”，在其中，讓較亮的圖像似乎具有更多的色彩。在智能限幅算法中，亮度減少之后緊隨色域(基色)校正，然后通過“加入白色”到色域外象素上來僅僅執(zhí)行智能限幅。這減少了飽和度的同時增加了亮度。換句話說，減少飽和度有利于增加亮度，其給出了類似于EBU顯示器上那樣的移動顯示器上的多色。所以這種智能限幅影響了那些不能在顯示器上再現(xiàn)的色彩。
文檔編號H04N1/60GK1910901SQ200480032433
公開日2007年2月7日 申請日期2004年10月27日 優(yōu)先權日2003年11月4日
發(fā)明者M·A·克洛姆彭豪沃, E·H·A·蘭根迪克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司