专利名称：变换三种彩色输入信号为多种彩色信号的制作方法
技术领域：
本发明涉及对于三种颜色图像信号的彩色处理，所述图像信号是在具有四种基色或多种基色的彩色OLED显示器上显示的。
背景技术：
附加彩色的数字图像显示器设备是众所周知的，并且是基于各种不同的技术，例如阴极射线管、液晶调制器、和诸如有机发光二极管(OLED)之类的固体光发射器。在普通的OLED彩色显示器设备中，像素包括红、绿、蓝色的OLED。这些发光基色确定了一个色域，并且，通过附加地组合来自这三个OLED中的每一个的照明，即，利用人视觉系统的综合能力，可以实现宽范围的彩色。可以使用OLED直接产生彩色，其中利用了掺杂的有机材料来发射电磁光谱中期望部分的能量；或者，按照另一种方式，可以利用彩色滤波器来衰减宽频带发射的(表观白色的)OLED，以实现红、绿、蓝色。
可以使用白色的或接近白色的OLED与红、绿、蓝OLED一起来改善随时间而变的功率效率和/或亮度稳定性。改善随时间而变的功率效率和/或亮度稳定性的另外的一些可能性包括使用一个或多个附加的非白色的OLED。然而，指定要在彩色显示器设备上显示的图像和其它数据在一般情况下都要在三个通道内存储和/或发送，即，对应于一组标准的基色(例如sRGB)或一组特定的基色(例如，测量的CRT荧光)具有三个信号。认识到对于这个数据通常要进行采样以便假定发光元件的特定空间排列也是很重要的。在OLED显示器设备中，这些发光元件通常并排地安排在一个平面内。因此，如果对于输入的图像数据进行采样以便在三种彩色显示器设备上显示，那么，还必须对于这些数据进行重新采样以便在每个像素具有四个OLED的显示器上显示，而不是在三个通道显示器设备中使用的三个OLED上显示。
在CMYK打印领域中，称之为底色去除或灰色分量替换的变换是从RGB到CMYK进行的，或者，更加具体地说，是从CMY到CMYK进行的。就其最基本的概念而论，这些变换是从CMY值中扣除某一部分并且将这个数量加到K值上。因为这些方法在一般情况下涉及非连续的色调系统，所以这些方法由于图像结构限制而变得十分复杂，但是，因为通过要在其上打印的基板可以确定扣除的CMYK图像中的白色，所以这些方法相对于彩色处理来说仍旧是相当简单的。如果附加的基色的颜色不同于显示系统的白色点，则在连续的色调附加彩色系统中应用模拟算法的尝试可能会引起彩色误差。此外，在这些系统中使用的彩色在一般情况下可能叠置在另一种彩色的顶部，因此当显示四种颜色时仍旧不需要空间上重新采样数据。
在顺序字段彩色投影系统领域中，众所周知的是，使用白色基色与红、绿、蓝基色组合。投影白色以增加由红、绿、蓝基色提供的亮度，从根本上减小投影的彩色中的某些彩色(如果不是所有的话)的彩色饱和度。在2002年9月17日颁布的US6453067中，Morgan等人提出一种方法，这种方法教导一种处理方法根据红、绿、蓝强度的最小值计算白色基色的强度，随后经过比例变换计算经过修改的红、绿、蓝强度。这种比例变换表面上看是在试图校正由于亮度增加引起的彩色误差，所述亮度增加是由白色提供的，但是通过比例变换进行的简单校正决不会对于所有的彩色恢复所有的在增加白色当中失掉的彩色饱和度。在这种方法中没有扣除步骤，这在至少某些彩色中可以保证彩色误差。此外，Morgan的公开内容中描述了一个问题，这个问题是在白色基色的颜色不同于显示器设备的期望的白色点而又没有充分解决的情况下产生的。这个方法简单地采纳了一个平均有效白色点的概念，这就有效地限制了对于白色基色的选择，只能在显示器设备白色点周围的一个很窄的范围。由于红、绿、蓝、和白色元素都要投影以便在空间相互叠加，所以对于在四色彩色显示器设备上的显示不需要空间上重新采样数据。
Lee等人描述了类似的方法(SID 2003参考文献)，用于驱动具有红、绿、蓝、和白色像素的彩色液晶显示器。Lee等人计算红、绿、蓝信号最小时的白色信号，然后比例变换红、绿、蓝信号以便校正某些彩色误差，但不是校正所有的彩色误差，这样做的目的是亮度增强最高。Lee等人的方法遭遇与Morgan碰到的相同的彩色不准确度，并且对于输入到红、绿、蓝和白色元素的阵列的三种彩色数据的空间重新采样没有提到。
在铁电液晶显示器的领域，Tanioka在1999年7月27日颁发的US5929843中给出另一种方法。Tanioka的方法遵循的算法与熟悉的CMYK处理方法类似，向W信号分配红、绿、蓝信号的最小值，并且从每个红、绿、蓝信号中扣除这个最小值。为了避免出现空间假像，这个方法给出如下教导将一个可变的比例因子加到在低亮度水平导致较平滑的彩色的最小信号上。由于与CMYK算法的这种相似性，所以Tanioka的方法遭受与以上所述的相同问题，即，具有与显示器白色点的颜色不同的颜色的白色像素将引起彩色误差。与Morgan等人的情况(以上引用的US6453067)类似，投影的彩色元素在一般情况下在空间要相互叠加，所以不需要对数据进行空间重新采样。
要说明的是，OLED显示器设备的光产生的物理性质和调制与在打印、通常用在字段顺序彩色投影中的显示器设备、和液晶显示器中的使用的设备的物理性质有明显的不同。这些差异对于变换三种彩色输入信号的方法施加了不同的限制。在这些差异中，有一种差异就是OLED显示器设备基于OLED原理关断一个OLED上的照明源的能力。这方面不同于通常用在字段顺序显示器设备和液晶显示器中的设备，因为这些设备在一般情况下要调制从大面积光源发射出来的保持在恒定水平的光。此外，在OLED显示器设备领域中众所周知的是，高的驱动电流密度导致较短的OLED寿命。所述这种效果不应该是上述领域中所应用设备的特征。
虽然在现有技术中已经讨论了叠层的OLED显示器设备，它们在每个可见的空间位置上可以提供全部的彩色数据，然而，OLED显示器设备通常都是由安排在单独一个平面内的OLED的多种彩色构成的。当显示器提供具有不同空间位置的多个彩色发光元件时，众所周知的是，采样这种空间安排的数据。例如，1994年8月23日授予Benzschawel等人的US5341153讨论了一种方法，用于在较低分辨率的液晶显示器上显示高分辨率的彩色图像，在所述液晶显示器中不同彩色的发光元件具有不同的空间位置。使用这种方法，当针对可提供子像素再现的格式采样数据的时候，要考虑原始图像的空间位置和面积，对于它们进行采样以产生每个发光元件的信号。虽然这个专利的确提到了对于具有四种不同颜色的发光元件的显示器设备的数据进行采样，但是并没有提供从传统的三色图像信号变换成适合于在具有四种不同颜色发光元件的显示器设备上显示的图像信号。此外，Benzschawel等人假定输入数据来源于一个图像文件，这个图像文件的分辨率高于显示器的分辨率，并且包含在每个像素位置的所有彩色发光元件的信息。
现有技术还包括用于从发光元件的一个预期的空间安排到发光元件的第二个空间安排的重新采样图像数据的方法。在2003年2月20日出版的Brown Elliott等人的美国专利申请No.2003/0034992A1讨论了一种重新采样数据的方法，期望所述的数据从在具有三种颜色的发光元件的一种空间安排的一个显示器设备上显示变到在具有三种颜色发光元件的不同空间安排的显示器设备上显示。具体来说，这个专利申请讨论了重新采样三色数据的问题，将期望在具有发光元件的传统安排的显示器设备上显示的三色数据重新采样，变到期望在具有发光元件的可替换安排的显示器设备上显示的三色数据。然而，该申请并没有讨论在四色或多色设备上显示的数据的变换问题。
因此需要一种改进的方法来变换包含图像或其它数据的三种彩色输入信号为四色或多色输出信号。
发明内容
按照本发明满足了这个需要，本发明提供一种方法，用于变换对应于三个确定色域的基色的三种彩色输入信号(R，G，B)为对应于该确定色域的基色和一种附加的基色W的四种彩色输出信号(R’，G’，B’，W)，所述附加的基色W用于驱动具有不同于W的白色点的显示器，所述的方法包括如下步骤归一化所述彩色输入信号(R，G，B)，以使每个信号中的相等数量的组合产生一种颜色，这种颜色的XYZ三色刺激值等于附加的基色的三色刺激值，从而产生归一化的彩色信号(Rn，Gn，Bn)；计算一个公共信号S，公共信号S是三个归一化的彩色信号(Rn，Gn，Bn)的函数F1；计算公共信号S的一个函数F2，并且将所述函数F2加到三个归一化的彩色信号(Rn，Gn，Bn)中的每一个上，从而提供三个彩色信号(R’，G’，B’)；归一化三个彩色信号(R’，G’，B’)，以使每个信号中相等数量的组合产生一种颜色，这种颜色的XYZ三色刺激值等于显示器白色点的三色刺激值，从而可以产生四种彩色输出信号中的三种彩色输出信号(R’，G’，B’)；和，计算公共信号S的一个函数F3，并且将函数F3分配给第四个彩色输出信号W。
优点本发明的优点是可以提供一种变换，这种变换当附加的OLED不在显示器白色点时仍可保持显示系统的彩色精度不变。此外，按照本发明的一个方面，所述变换可以优化映射以保持OLED显示器设备的寿命不变。所述变换还可以提供使数据在空间重新格式化成期望的OLED空间安排的方法。
图1是用于描述色域内彩色和色域外彩色的现有技术的CIE1931的色度图；图2是说明本发明方法的流程图；图3是表示现有技术的OLED设备的特性曲线图；图4是OLED的寿命作为用于驱动OLED的电流密度的函数的曲线图；图5是说明其中包括空间内插的本发明方法的流程图；图6a描述的是OLED的现有技术典型RGB色条排列；图6b描述的是OLED的现有技术典型RGB的δ排列；图7是说明用于确定所假定的OLED排列的方法的流程图；图8a描述的是与本发明一起使用的OLED的RGBW色条排列；图8b描述的是与本发明一起使用的OLED的RGBW四元排列；图9是说明与本发明一起使用的用于执行彩色信号的空间重新采样的方法的流程图。
具体实施例方式
本发明涉及一种用于变换包含图像或其它数据的三种彩色输入信号为四色或多色输出信号以便在具有四基色或多基色的附加的显示器设备上显示的方法。本发明例如用于变换标准的三色RGB输入彩色图像信号为四色信号以便驱动四色OLED显示器设备，所述四色OLED显示器设备的像素由发光元件构成，每个发光元件发射四种颜色当中的一种颜色的光。
图1示出1931CIE色度图，显示四色OLED显示器设备的基色的假想表示。红色基色2、绿色基色4、和蓝色基色6确定了一个色域，这个色域由三角形8限定。附加的基色10基本上是白色，因为在这个例子中附加的基色10靠近这个曲线的中心，但它不一定非要在显示器白色点上。在色域8的外部还示出一个可替换的附加基色12，后边将描述它的使用。
一个指定的显示器设备都有一个白色点，在一般情况下要用在本领域中已知的方法通过硬件或软件来调节这个白色点，在本例中这个白色点是固定的。白色点是从三种基色(在此例中，是红、绿、蓝基色)的组合得到的颜色，组合时所述的三种基色被驱动到它们最大的可寻址范围。白色点由它的色度坐标和它的亮度确定，通常称之为xyY值，通过下面的方程可以将xyY值转换成CIE XYZ三色刺激值X=xy·Y]]>Y＝YZ=(1-x-y)y·Y]]>应该指出的是，所有的三色刺激值都要经过亮度Y进行比例变换，显然，XYZ三色刺激值严格地说具有亮度的单位，例如cd/m2。然而，白色点亮度通常要用数值100归一化成一个无量纲量，使其有效地成为一个百分亮度。在这里，使用术语“亮度”时总是指的是百分亮度，XYZ三色刺激值也是在相同的意义下使用。于是，xy色度值为(0.3127，0.3290)的一个普通的显示器白色点D65具有XYZ三色刺激值为(95.0，100.0，108.9)。
显示器白色点和三个显示基色(在此例中是红、绿、蓝基色)的色度坐标一起规定了一个荧光矩阵，对它的计算在本领域中是众所周知的。众所周知的还有，非正式术语“荧光矩阵”虽然在历史上属于使用发光荧光体的阴极射线管显示器，但是还可以更加一般地用在具有物理荧光材料或者没有物理荧光材料的显示器的数学描述上。荧光矩阵将强度转换成XYZ三色刺激值，有效地模拟了附加的彩色系统即显示器，并且与此相反，荧光矩阵还可以将XYZ三色刺激值转换成强度。
一种基色的强度在这里定义为正比于这种基色的亮度的一个值，并且对于基色的强度进行比例变换，以使三种基色中的每一种基色的单位强度的组合产生一个彩色刺激值，这个彩色刺激值的XYZ三色刺激值等于显示器白色点的三色刺激值。这个定义还限制了荧光矩阵中各项的比例变换。OLED显示器例如具有红绿蓝基色色度坐标分别为(0.637，0.3592)、(0.2690，0.6508)、(0.1441，0.1885)，并且具有D65白色点，这个OLED显示器具有如下的荧光矩阵M3M3=56.716.022.432.138.729.20.5454.76104]]>当列矢量产生XYZ三色刺激值时，荧光矩阵M3乘以强度，如在下面这个方程中的那样M3×I1I2I3=XYZ]]>在这里，I1是红色基色的强度，I2是绿色基色的强度，I3是蓝色基色的强度。
要说明的是，荧光矩阵是典型的线性矩阵变换，但是对于从强度导向XYZ三色刺激值、或者相反从XYZ三色刺激值导向强度的任何变换或变换组，都可以概括出荧光矩阵变换的概念。
概括出来的荧光矩阵还可以用于处理多于三种的基色。当前的例子包含一个附加基色，它的xy色度坐标为(0.3405，0.3530)，接近白色，但是不在D65白色点上。在任意选择的亮度为100的情况下，附加基色具有XYZ三色刺激值(96.5，100.0，86.8)。这三个值可以不加修改地附加到荧光矩阵M3上，从而产生第四列，当然，为方便起见，相对于在由红、绿、蓝基色定义的色域内可能出现的最大值，比例变换所述的XYZ三色刺激值。荧光矩阵M4表示如下M4=56.716.022.488.132.138.729.291.30.5454.7610479.3]]>这个方程与先前给出的方程类似，可用于转换对应于红、绿、蓝和一个附加的基色的强度的一个四个数值矢量为XYZ三色刺激值，在所述显示器设备中它们的组合具有如下形式M4×I1I2I3I4=XYZ]]>
在一般情况下，荧光矩阵的数值处在转换之中，其中考虑到在XYZ三色刺激值中颜色的规范，并且导致在显示器设备中产生这种颜色所需的强度。当然，这个色域限制了可能再现的彩色的范围，并且色域之外的XYZ三色刺激值规范导致范围
之外的强度。可以应用已知的色域映射技术来避免出现这种情况，但它们的应用对于本发明来说离题太远，这里不予讨论。对于3×3荧光矩阵M3来说，该转换是简单的，但对于3×4荧光矩阵M4来说，不能唯一地确定该转换。本发明提供一种为所有四个基色通道分配强度值而不需要转换3×4荧光矩阵的方法。
本发明的方法从三个确定色域的基色的彩色信号开始，在这个例子中，所述彩色信号是红、绿、蓝基色的强度。这些强度或者是从XYZ三色刺激值规范通过荧光矩阵M3的上述转换达到的，或者是通过转换RGB、YCC、或其它的线性的或非线性编码的三通道彩色信号使之成为对应于该确定色域的基色和显示器白色点的已知方法达到的。
图2示出了本发明方法的一般步骤的流程图。首先相对于附加基色W归一化三种彩色输入信号(R，G，B)22。遵循OLED的例子，归一化红、绿、蓝色的强度，使得每种颜色的单位强度的组合产生一个彩色刺激值，这个彩色刺激值的XYZ三色刺激值等于附加基色W的三色刺激值。这是通过比例变换红、绿、蓝色的强度(表示为列矢量)、并且通过使用该确定色域的基色再现附加基色的颜色所需的强度的倒置(inverse)实现的1.0100001.0000001.400×RGB=RnGnBn]]>使用归一化的信号(Rn，Gn，Bn)26来计算28一个公共信号S，所述公共信号S是函数F1(Rn，Gn，Bn)。在本例中，所述的函数F1是一个特定的最小函数，用于选择三个信号中的最小非负信号。使用公共信号S计算30函数F2(S)的值。在此例中，函数F2提供算术反转(inversion)F2(S)＝-S将函数F2的输出加到32归一化的彩色信号(Rn，Gn，Bn)上，得到与初始基色通道对应的归一化的输出信号(Rn`，Gn`，Bn`)34。通过使用确定色域的基色比例变换用于再现附加基色的颜色所需要的强度，将这些信号归一化(36)成显示器白色点，从而可以得到与输入彩色通道对应的输出信号(R’，G’，B’)0.9900001.0000000.715×Rn′Gn′Bn′=R′G′B′]]>公共信号S用于计算40函数F3(S)的值。在这个简单的四色OLED例子中，函数F3简单地是识别函数。函数F3S的输出分配给输出信号W42，输出信号W42是用于附加基色W的彩色信号。在此例中的四种彩色输出信号是强度，并且可以组合成一个四个数值的矢量(R’，G’，B’，W)，或者在一般情况下为(I1’，I2’，I3’，I4’)。3×4荧光矩阵M4乘上这个矢量，表示的是由显示器设备产生的XYZ三色刺激值M4×I1′I2′I3′I4′=XYZ]]>如在这个例子中所示的，当函数F1选择最小非负信号的时候，函数F2和F3的选择就确定了对于色域内的彩色来说彩色再现的精度如何。如果F2和F3两者都是线性函数，F2为负斜率并且F3为正斜率，则结果是，从红、绿、蓝基色中扣除强度，并且强度附加到附加基色上。进而，当线性函数F2和F3的斜率数值相等但方向相反时，则通过分配给附加基色的强度将从红、绿、蓝基色扣除的强度完全考虑在内，保持精确的彩色再现并且提供与三色系统相同的强度。
如果F3的斜率的数值大于F2的斜率，则系统的亮度将要增大，彩色精度将要下降，减小了饱和度。相反，如果F3的斜率的数值小于F2的斜率，则系统的亮度将要降低并且彩色精度将要下降，增加了饱和度。如果F2和F3是非线性函数，只要F2在减小并且F2和F3相对于独立的轴是对称的，则仍旧可以保持彩色精度不变。
在任何这样的情况下，都可以将函数F2和F3设计成按照由彩色输入信号表示的颜色而变化。例如，函数F2和F3当亮度增加或彩色饱和度减小时可以变得更加陡峭，或者函数F2和F3可以相对于彩色输入信号(R，G，B)的色调进行变化。还可以有函数F2和F3的许多组合，用于提供相对于确定色域的基色具有不同的附加基色利用水平的彩色精度。此外，函数F2和F3的组合可能存在损失彩色精度以有利于亮度。在设计或使用显示器设备当中这些函数的选择取决于显示器设备的打算应用和规范。例如，便携式OLED显示器设备在功率效率方面(因此在电池寿命方面)应该获益很大，与一种或多种确定色域的基色相比，应该最大限度地利用具有较大功率效率的附加基色。与数字照相机或其它成像设备一起使用的这样的显示器也要求彩色精度，本发明的方法可以提供功率效率和彩色精度这两者。
本发明提供的归一化步骤允许在显示器设备的色域内精确地再现彩色，与附加基色的颜色无关。在附加基色的颜色与显示器白色点准确相同的唯一情况下，这些归一化步骤减小了识别函数，这种方法产生的结果与简单的白色替换相同。在任何其它的情况下，由于忽略归一化步骤引入的彩色误差量在很大程度上取决于附加基色和显示器白色点之间的颜色差异。
归一化在显示器设备中显示的彩色信号的变换中特别有用，所述的显示器设备具有一个附加基色，这个附加基色在由确定色域的基色确定的色域之外。现在回到图1，图中所示的附加基色12在色域8的外部。因为附加基色12在色域8的外部，使用红、绿、蓝基色再现它的颜色所需的强度超过范围
。虽然这在物理上是不可实现的，但是这些值可以用在计算当中。当附加基色的色度坐标为(0.4050，0.1600)时，绿色基色所需的强度是负值，但是可以使用前边表示过的相同的关系式来归一化这些强度1.000000-1.4110001.543×RGB=RnGnBn]]>在红、绿、蓝基色的色域以外的颜色，具体来说即在红蓝色色域边界和附加基色之间的颜色，对于绿色基色来说则要求负的强度，对于红和蓝色基色来说则要求正的强度。在这种归一化以后，红色和蓝色值是负的，绿色值是正的。函数F1选择绿色作为最小的非负值，并且用来自附加基色的强度部分地或者整体地替换绿色。在通过撤消归一化计算附加基色的强度以后，清除负值
1.000000-0.7090000.648×Rn′Gn′Bn′=R′G′B′]]>归一化步骤可以保持彩色精度不变，完全可以允许在附加的显示器中使用白色、接近白色、或者任何其它颜色作为附加基色。在OLED显示器中，使用接近显示器白色点但并不在显示器白色点上的白色发射体是完全可行的，就像使用第二蓝色、第二绿色、和第二红色、或者甚至于是色域扩大的发射体(如黄色或紫色)一样。
使用经过计算得到的强度近似值这样的信号，可以节省成本或处理时间。众所周知，图像信号经常是非线性编码的，或者是为了最大限度地使用比特深度，或者是为了将显示器设备的期望的特性曲线(例如γ曲线)考虑在内。先前已经定义了在显示器白色点上归一化为1的强度，但是如果在此方法中指定了线性函数，则显然可以看出，比例变换成代码值255的强度、峰值电压、峰值电流、或者与每个基色的亮度输出线性相关的任何其它量都是可能的，并且不会导致彩色误差。
使用非线性相关的量(例如伽玛(γ)校正代码值)来近似所述的强度，将要导致彩色误差。然而，根据偏离线性的程度以及使用哪一部分关系曲线，当考虑时间或成本节省时，误差小还是可以接受。例如，图3表示一个OLED的特性曲线，说明OLED对代码值的非线性强度响应。这个曲线有一个拐点52，表面看来，拐点52的上方比下方更加线性。使用代码值近似表示强度可能是一个很差的选择，但若从代码值中扣除一个常数(对于如图3所示的例子，这个常数近似为175)从而可以使用如图3所示的拐点52，则可以得到好得多的近似。如以下所述计算提供给图2所示方法的信号(R，G，B)RcvGcvBcv-175=RGB]]>在使用下面的步骤完成如图2所示的方法以后，清除这种移动R′G′B′+175=Rcv′Gcv′Bcv′]]>
这种近似可以节省处理时间或硬件成本，因为这种近似方法用简单的加法代替了查找操作。
使用本发明变换三种彩色输入信号使其成为大于四种颜色的输出信号，需要连续地应用如图2所示的方法。所述方法的每个连续应用都要计算附加基色之一的信号，并且通过为这种基色规定的优先级的倒置(inverse)来确定计算的顺序。例如，考虑一个OLED显示器设备，所述显示器设备具有已经讨论过的红、绿、蓝基色，红、绿、蓝基色的色度分别为(0.637，0.3592)、(0.2690，0.6508)、(0.1441，0.1885)，此外还要加上两个附加基色，一个略黄，色度为(0.3405，0.3530)，另一个略蓝，色度为(0.2980，0.3105)。这两个附加基色分别称之为黄色和浅蓝色。
确定附加基色的优先级可以考虑亮度随时间的稳定性、功率效率、或者发射器的其它特性。在这种情况下，黄色基色的功率效率比浅蓝色基色的功率效率大，因此计算顺序从浅蓝色开始，然后才是黄色。一旦计算出红、绿、蓝、和浅蓝色的强度，则必须将一个值搁置一边，以便使所述方法开始转换剩余的三个信号为四个信号。将所述的搁置一边的值的选择可以是任意的，最佳的选择是一个信号，这个信号是通过函数F1计算出来的最小值的源。如果这个信号是绿色强度，则所述方法根据红、蓝、和浅蓝色的强度计算黄色强度。最后使所有这5个强度放在一起即红、绿、蓝、浅蓝色、和黄色强度都用于显示。可以建立一个3×5荧光矩阵以便在显示器设备中模拟它们的组合。这种技术很容易扩展到从三种输入彩色信号开始计算用于任何数目的附加基色的信号。
在图2中所描述的方法可以进一步改进以优化RGB到R’G’B’的转换，更好地匹配OLED器设备的物理约束。由本文作者执行的用于模拟OLED显示器寿命的数学模拟表明当白色OLED的色度坐标接近显示器白色点的色度坐标的时候，尺寸与RGB OLED相同的白色OLED的寿命明显短于RGB OLED的寿命。例如，在用于数字照相机背部所设计的典型显示器中，在某些条件下，红绿蓝OLED的投影寿命是白色OLED的投影寿命的2倍，由于显示器设备的寿命受到寿命最短的OLED的限制，所以重要的是，在用于产生四个基色的四个OLED的寿命之间提供较好的平衡。
在本领域中众所周知的是，OLED的寿命强烈地依赖于用于驱动OLED的电流密度，较大的电流密度导致明显缩短的寿命。图4示出的是OLED的寿命为电流密度函数的曲线。此外还知道，显示器中的电流密度正比于用于驱动OLED的电流，所述电流正比于所产生的亮度。因此，通过对于任何OLED避免使用任何较高的强度，就可以提高OLED的寿命。
图2中所示的算法通常要降低R、G、B的强度并且增加W信道的强度。但是当正在试图产生的白色的色度坐标接近白色OLED的色度坐标时，这个事实增加了红、绿和蓝OLED的寿命但是对于白色OLED要产生高的强度。为了避免对于W使用高的强度，可以将F2和F 3定义为一个非线性函数，从而当S的值较大时，F2和F3将产生比当S的值较小时产生的绝对值小的绝对值。这些函数或者用数学方法描述，或者通过一个查找表描述。一个优选的查找表对于F2提供-S值，对于F3提供S值，但是当S的值大于某个阈值时，分别提供-S和S的一个部分。通过适当地选择S的这个部分以及截止值，可以为W选择一个最大强度而不会损失彩色精度。可以对于W的强度的最大值进行选择，以使对于期望的应用来说白色OLED的寿命等效于红、绿、蓝OLED的寿命。
还要指出的是，当白色OLED的的色度坐标接近显示器白色点的色度坐标的时候，RGB信号的归一化步骤24和36也可能是不需要的。按照另一种方式，可以将RGB强度归一化(24)为白色基色，但不将这些值归一化(36)为显示器的白色点。
本发明的方法可以在图像处理方法的范畴内实施，所述图像处理方法允许输入数据在空间重新采样成在OLED显示器设备上的OLED的RGBW图形。在这种方法中，通常使用一种方法(如以上所述的方法)将三种彩色输入信号转换成四色(或多色)信号。然后进行重新采样以便在四色或多色显示器设备中确定OLED的适当强度。这个重新采样的过程可以考虑相关的显示属性，例如采样区、采样位置、和每个预期的OLED尺寸。
这个过程进一步还可以包括一个步骤为输入数据确定一个预期的RGB显示格式。如果这个步骤确定已经为具有OLED的特定空间排列的显示器设备采样了图像数据，则可以执行一个初步的重新采样，所述的重新采样导致三种彩色输入信号，这个三种彩色输入信号表示一个像素内的相同的空间位置。这个初步步骤使随后的三色到四色的变换能够在显示器设备的每个空间位置上确定四个彩色值。
在图5中表示可用于重新采样和变换三种彩色信号的一个过程。所述过程接收(60)三种彩色输入信号，它们的强度是线性的。确定(62)空间采样的输入信号的采样格式。一旦确定了采样格式，则确定64是否为具有不同空间位置的OLED再现了用于三种彩色输入信号的信号。如果为具有不同空间位置的发光元件再现了数据，则执行在每个采样位置重新采样(66)具有三色信息的数据的任选步骤，并且可以产生在三种彩色输入信号表示的每个空间位置的彩色值、在最终显示器上每个空间位置的彩色值、或者在其它空间位置的彩色值。
然后转换(68)三种彩色信号，以便使用诸如图2所示的较早讨论的方法之类的方法，形成四个或多个彩色信号。如果在步骤66没有完成重新采样，则对于四个或多个彩色显示器设备的空间图形重新采样(70)四个或多个彩色输出信号。虽然在任何三个到四个或多个彩色空间内插过程中都可以应用这些基本步骤，然而确定输入信号和重新采样数据的步骤也可以通过不同复杂性水平的多个方法来实现。下面更加具体地说明这些步骤中的每一个。
确定输入信号为了正确地变换三种彩色输入信号为对应于确定色域的基色和一个附加基色，期望有一个空间重叠的输入信号(即，在每个空间位置提供三个彩色输入信号的一个信号)。然而，由于在本领域中公知的三种彩色信号的空间内插，可以利用光发射元件的一个特定的空间排列为显示器设备采样这个输入信号。例如，可以为如图6a所示的显示器设备空间采样输入的信号，其中显示设备80具有像素82，像素82由安排成条形的红色OLED84、绿色OLED86、和蓝色OLED88组成。这就是说，在计算机操作系统(例如MS Windows 2000)中，一个典型的绘制程序可以绘制信息，其目的在于使所述信息以条形图形显示在显示器设备上。
为了确定空间采样的输入信号的格式，可以使用多个装置，其中包括通过元数据标志或者通过信号分析来传送预期的数据格式。为了使用元数据进行这种确定，可以为三种彩色输入信号提供一个或多个数据字段，表示在显示器设备上的发光元件的预期安排。
还可以对输入信号进行分析，以便确定数据中的任何空间偏移。为了进行这种分析，重要的是要确定输入信号的特征，这些特征表示的是重新采样是否应用到三种彩色输入信号上。在图7中示出了一种执行这种分析的方法。这种方法可以允许不同的三种彩色输入信号之间的自动差异，三种彩色输入信号包括没有重新采样的彩色输入信号、已经重新采样因而可以在如图6a所示的条形图形上显示的彩色输入信号、已经重新采样因而可以在如图6b所示的δ图形上显示的彩色输入信号。在这个例子中包括了这些图形，因为在显示领域内这些空间安排都是通用的安排。然而，本领域的普通技术人员应该理解的是，可以扩展这种方法，以便可以确定是否要对于可替换的图形重新采样彩色输入信号。
如图7所示，在三种彩色输入信号中的每一个上执行边缘增强(90)。由于OLED的排列(例如在图6a中所示的条形图形)由在水平方向相互偏移的OLED组成，所以可以向图像信号施加水平边缘增强程序。通过使用下面的方程在每个水平位置i和垂直位置j计算一个值，可以应用一个这样的数字边缘增强算法Ei，j，c＝Vi，j，c-V(i+1，j，c)方程1在这里，Ei，j，c是在彩色信号c中水平位置i的增强值，Vi，j，c是彩色c中位置i，j的输入值，V(i+1，j，c)是彩色c中的位置i+1，j的输入值。
然后，在三个边缘增强的彩色输入信号的每一个中，确定(92)边缘像素。确定边缘像素的一种通用技术是向增强值加一个阈值。具有大于这个适当阈值的值的位置就被认为是边缘像素。这个阈值可以与三个边缘增强的彩色信号中的每一个相同，或者也可以不同。
然后定位(94)其信号处在所有三种彩色通道中的一个或多个边缘位置。通过确定包含增强像素的空间位置就可以找到这些边缘位置，在所述的增强像素中，大于阈值的值都发生在由像素的尺寸确定的采样窗口内。
然后，确定(96)一个边缘特征的位置。一个适当的边缘特征例如可以是每个边缘的半高度的空间位置。为了计算一个边缘的半高度，可以使一个轮廓(例如二阶多项式或双曲函数)与在边缘像素位置的3-5个像素内的初始数据拟合。然后确定这个函数的一个点，即最大幅度的一半，并且将这个值的空间位置确定为边缘特征的位置。对于在三种彩色输入信号中的每一个信号的边缘，独立地完成这个步骤。
可以比较(98)三种彩色信号的边缘上这个特征的空间位置，并且分析每个边缘特征的对齐程度。然而，由于这些位置可能不准确，要为每个彩色信号内的多个边缘确定相对于像素边缘的空间位置的相对空间位置，并且为每个彩色输入信号内的所有识别的边缘位置求平均值(100)。
每种颜色的边缘特征的平均相对位置与其它颜色的边缘特征的平均相对位置进行比较(102)。如果三种颜色的这些边缘特征中至少两种颜色的边缘特征错位超过了一个OLED的宽度，则强烈地表示已经执行了前一个空间重新采样步骤。通过这种比较，可以确定(104)是否已经应用所述的空间重新采样。如果所有的三个边缘特征都错位，则将所述信号内插到发光元件的一个图形中，例如在图6a中所示的条形图形，所述发光元件在一维方向内具有所有的能量。如果在一个行上的两种颜色的边缘特征发生在与相邻行上的一种或多种颜色的边缘特征相同的空间位置，则要将所述信号内插到扩充两行的发光元件的图形中，如内插在图6b中所示的δ图形中。通过这种比较，可以确定(106)显示器中发光元件采取的空间排列。
重新采样执行重新采样，或者是为了对于从预期在如图6a和6b所示的现有技术的条形图形或δ图形上显示的一种格式到在每个空间位置上表示一个值的彩色信号的另一种格式的数据进行重新采样，或者用于对于从每个空间位置的彩色信号的一种格式到包括一个白色子像素的一个图形(例如图8a中所示的条形图形或者图8b中所示的四元图形)的数据进行重新采样。如这些附图中的每一个所示的，显示器设备110由具有红色OLED114、绿色OLED116、蓝色OLED118、和白色OLED120的像素112组成。
各种不同的重新采样技术在本领域内是公知的，已经由其它人进行过描述，其中包括以上引用的美国专利申请No.2003/0034992A1，和Klompenhouwer等人的“用于彩色矩阵显示器的子像素图像比例变换”(SID 02 Digest，pp.176-179)。这些技术通常包括相同的基本步骤。为了执行重新采样，选择(130)单个彩色信号(例如红、绿、蓝、或白色)。确定(132)输入信号的采样网格(即每个采样的位置)。然后确定(134)期望的采样网格。在期望的采样网格中选择(136)对应于像素中一个空间位置的采样点。如果在这个空间位置的输入信号中不存在采样，则在一维或二维中定位(138)彩色信号中(即，或者在三种颜色输入信号中，或者四种颜色输出信号中，这取决于过程中何时应用重新采样)的相邻输入信号值。然后计算(140)与由相邻输入信号值表示的空间位置有关的一组加权系数。通过多种方案都可以计算出这些系数，其中包括确定在每个空间维数内输入信号从期望的采样位置到相邻的采样位置的距离、对这些距离求和、并且将每个距离除以用在每个方向内从所选的采样点到相邻采样位置的距离的和。然后，相邻输入信号值乘以(142)它们对应的加权系数以产生加权的输入信号值。然后，将这些最终的值相加在一起(144)，得到在期望的采样网格内所选位置的重新采样数据。对于期望的采样网格中的每个网格位置，并且对于每个彩色信号，重复(146)这个相同的过程。
通过如图5所示执行空间重新采样和彩色变换，最终的信号不仅从三种颜色信号转换成四种或多种颜色信号，而且还将最终信号从具有一种已采用的空间采样的三种颜色的信号转换成具有期望的空间采样的多于三种颜色的信号。
这种方法可以用在专用集成电路(asic)、可编程逻辑器设备、显示驱动器、或软件产品。每个这样的产品都可以形成通过存储可编程的参数进行调节的函数F1、F2、F3。可以在制造环境内调节这些参数，或者通过可以访问这些参数的软件产品来调节这些参数。
在本领域众所周知的是，在OLED显示器设备内提供补偿OLED材料的老化或衰变的方法。这些方法提供用于测量或预测OLED材料衰变的装置，因而可以提供每种基色的亮度或者在每个像素内每种基色的亮度的估算值。当可以得到这种信息时，就可以使用这种信息作为计算显示器的相对亮度的一个输入。按照另一种方式，在具有确定老化的显示器设备中，可以期望调节F1、F2、F3，以便减小对于显示器设备内正在承受大部分衰变的基色的依赖性。在具有红、绿、蓝、和白色信号的显示器设备中，可以使用F1、F2、F3中的任何一个或者所有F1、F2、F3全体的调节来移动较多的亮度输出到红、绿、蓝色基色或者到白色基色，其中，降低这些OLED组的之一的亮度会减慢用于产生一种期望的颜色的OLED的衰变。
以上已经具体参照某些优选实施例详细描述了本发明，但应该理解的是，在本发明的精髓和范围内可以实现各种变化和改进。
元件表2红色基色色度4绿色基色色度6蓝色基色色度8色域三角形10附加的色域内基色色度12附加的色域外基色色度22用于确定色域的基色的输入信号24计算附加基色归一化信号的步骤26归一化到附加基色的信号28计算公共信号的函数F1的步骤30计算公共信号的函数F2的步骤32附加步骤34归一化到附加基色的输出信号36计算白色点归一化信号的步骤40计算公共信号的函数F3的步骤42用于附加基色的输出信号52曲线的拐点60接收步骤62格式化确定步骤64空间位置确定步骤66重新采样三种彩色输入信号的步骤68转换成四种颜色输出信号的步骤70重新采样四种颜色输出信号的步骤80显示器设备82像素84红色OLED86绿色OLED88蓝色OLED90执行边缘增强的步骤92确定边缘像素的步骤
94定位边缘的步骤96确定边缘特征的步骤98比较边缘特征的步骤100平均相对的边缘特征的位置的步骤102比较平均的相对边缘特征的位置的步骤104确定空间重新采样的应用的步骤106确定已采取的空间排列的步骤110显示器设备112像素114红色OLED116绿色OLED118蓝色OLED120白色OLED130选择彩色信号的步骤132确定输入采样网格的步骤134确定期望的采样网格的步骤136选择采样点的步骤138定位相邻输入信号值的步骤140计算加权系数的步骤142乘以相邻输入信号值的步骤144相加最终值的步骤146重复步骤
权利要求
1.一种方法，用于变换对应于三个确定色域的基色的三种彩色输入信号(R，G，B)为对应于该确定色域的基色和一种附加的基色W的四种彩色输出信号(R’，G’，B’，W)，用于驱动具有不同于W的白色点的显示器，所述的方法包括如下步骤a)归一化所述三种彩色输入信号(R，G，B)，以使每个信号的相等数量的组合产生一种颜色，这种颜色的XYZ三色刺激值等于附加基色的三色刺激值，从而产生归一化的彩色信号(Rn，Gn，Bn)；b)计算一个公共信号S，公共信号S是三个归一化的彩色信号(Rn，Gn，Bn)的函数F1；c)计算公共信号S的一个函数F2，并且将所述函数F2加到三个归一化的彩色信号(Rn，Gn，Bn)的每一个上，从而提供三个彩色信号(R’，G’，B’)；d)归一化三个彩色信号(Rn’，Gn’，Bn’)，以使每个信号的相等数量的组合产生一种颜色，这种颜色的XYZ三色刺激值等于显示器白色点的三色刺激值，从而可以产生四种彩色输出信号中的三种颜色输出信号(R’，G’，B’)；和e)计算公共信号S的一个函数F3，并且将函数F3分配给第四个彩色输出信号W。
2.根据权利要求1所述的方法，其中函数F1是归一化的彩色信号(R，G，B)中的最小者。
3.根据权利要求1所述的方法，其中函数F1是非负的归一化彩色信号(Rn，Gn，Bn)中的最小者。
4.根据权利要求1所述的方法，其中函数F2是负的函数。
5.根据权利要求1所述的方法，其中函数F2和F3是线性函数。
6.根据权利要求5所述的方法，其中线性函数F2和F3是相反的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中函数F2和F3根据彩色输入信号(R，G，B)的值变化。
8.根据权利要求7所述的方法，其中函数F2和F3的斜率随彩色输入信号(R，G，B)表示的彩色饱和度的减小而增加。
9.根据权利要求7所述的方法，其中函数F2和F3的斜率随彩色输入信号(R，G，B)表示的亮度的增加而增加。
10.根据权利要求7所述的方法，其中函数F2和F3是非线性的，并且当公共信号S是高电平时具有较小的斜率。
11.根据权利要求7所述的方法，其中函数F2和F3按照彩色输入信号(R，G，B)表示的色调而变化。
12.根据权利要求1所述的方法，其中彩色输入信号(R，G，B)表示它们对应的基色的强度，对所述的基色进行归一化，以使每个信号中相等数量的组合产生一种颜色，这种颜色的XYZ三色刺激值等于期望的白色点的三色刺激值。
13.根据权利要求1所述的方法，其中彩色输入信号(R，G，B)与它们对应的基色的强度是非线性相关的。
14.根据权利要求13所述的方法，其中彩色输入信号是代码值。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将代码值移动一个量，以便与强度较好地近似为线性，并且进一步包括如下步骤将三种彩色输出信号(R’，G’，B’)移动所述移动量的负值。
16.根据权利要求1所述的方法，进一步还包括如下步骤将四种颜色的输出信号(R’，G’，B’，W)中的三种进一步变换成四种附加颜色输出信号(A’，B’，C’，W2)，其中的A’，B’，C’是三个经过变换的彩色输出信号，W2是另一个附加的基色的彩色输出信号，用于通过应用步骤a-e来驱动显示器；和对于任何数目的附加的基色，重复所述进一步的变换。
17.根据权利要求16所述的方法，其中在每次重复过程最终得到的四种颜色输出信号中选择哪三种彩色输入信号做进一步处理，取决于当前正在重复过程中的函数F1。
18.根据权利要求16所述的方法，其中在每次重复过程最终得到的四种颜色输出信号中选择哪三种彩色输入信号做进一步处理，取决于所选基色的功率效率。
19.根据权利要求1所述的方法，进一步还包括针对OLED显示器设备中OLED的空间排列，空间重新采样四种颜色输出信号。
20.根据权利要求19所述的方法，其中空间重新采样的步骤还包括a)在显示器设备中选择对应于一个OLED的采样点；b)在四种颜色输出信号中定位对应于所选的采样点的OLED的颜色的相邻输出信号值；c)形成与由相邻输出信号值表示的空间位置有关的一组加权系数；d)相邻输出信号值乘以它们对应的加权系数，产生加权的输出信号值；e)相加加权的输出信号值以获得所选的采样点的重新采样的输出值。
21.根据权利要求1所述的方法，其中三种颜色输入信号表示一个像素内不同的空间位置，还包括如下步骤重新采样三种颜色输入信号以表示在这个像素内的相同空间位置。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括a)在一个像素内选择对应于一个空间位置的采样点；b)在三种颜色输入信号中定位对应于所选的采样点的颜色的相邻输入信号值；c)形成与由相邻输入信号值表示的空间位置有关的一组加权系数；d)相邻输入信号值乘以它们对应的加权系数，产生加权的输入信号值；e)相加加权的输入信号值以获得所选的采样点的重新采样的输入信号值。
23.一种方法，用于变换对应于三个确定色域的基色的三种彩色输入信号(R，G，B)为对应于该确定色域的基色和一种附加的基色W的四种彩色输出信号(R’，G’，B’，W)，从而可以改善OLED显示器设备的寿命，所述的方法包括如下步骤a)计算一个公共信号S，公共信号S是三个彩色信号(R，G，B)的函数F1；b)计算公共信号S的一个函数F2，以使函数F2的斜率对于大的S值比对于小的S值低，并且将所述函数F2加到三个彩色信号(R，G，B)中的每一个上，从而提供三个输出彩色信号(R’，G’，B’)；以及c)计算公共信号S的一个函数F3，以使函数F3的斜率对于大的S值比对于小的S值低，并且将函数F3分配给第四个彩色输出信号W。
24.根据权利要求23所述的方法，进一步还包括如下步骤归一化所述彩色输入信号(R，G，B)，以使在每个信号中的相等数量的组合产生一种颜色，这种颜色的XYZ三色刺激值等于附加的基色的三色刺激值，从而产生归一化的彩色信号(Rn，Gn，Bn)。
25.根据权利要求23所述的方法，其中函数F1是彩色信号(R，G，B)中的最小者。
26.根据权利要求23所述的方法，其中函数F2是负的函数。
27.根据权利要求23所述的方法，其中函数F2和F3是非线性函数。
28.根据权利要求27所述的方法，其中函数F2和F3是相反的。
29.根据权利要求23所述的方法，其中函数F2和F3按照彩色输入信号(R，G，B)的值变化。
30.根据权利要求23所述的方法，其中函数F2和F3按照彩色输入信号(R，G，B)表示的色调变化。
31.根据权利要求23所述的方法，其中彩色输入信号(R，G，B)表示它们对应的基色的强度，对于所述的基色进行归一化，以使每个信号中相等强度的组合产生一种颜色，这种颜色的XYZ三色刺激值等于期望的白色点的三色刺激值。
32.根据权利要求31所述的方法，其中彩色输入信号是代码值，并且其中可将代码值移动一个量，以便与所述强度较好地近似为线性，并且还包括将三种颜色输出信号(R’，G’，B’)移动所述移动量的负值。
33.根据权利要求23所述的方法，进一步还包括在一个OLED显示器设备内，对于OLED的空间排列，空间重新采样四种颜色输出信号。
34.根据权利要求33所述的方法，其中空间重新采样的步骤包括a)在显示器设备中选择对应于一个OLED的采样点；b)在四种颜色输出信号中定位对应于所选的采样点的OLED的颜色的相邻输出信号值；c)形成与由相邻输出信号值表示的空间位置有关的一组加权系数；d)相邻输出信号值乘以它们对应的加权系数，以产生加权的输出信号值；e)相加加权的输出信号值以获得所选的采样点的重新采样的输出值。
35.根据权利要求23所述的方法，其中三种颜色输入信号表示一个像素内不同的空间位置，所述方法进一步包括重新采样三种颜色输入信号以表示在这个像素内的相同空间位置。
36.根据权利要求35所述的方法，进一步包括a)在一个像素内选择对应于一个空间位置的采样点；b)在三种颜色输入信号中定位对应于所选的采样点的颜色的相邻输入信号值；c)形成与由相邻输入信号值表示的空间位置有关的一组加权系数；d)相邻输入信号值乘以它们对应的加权系数，产生加权的输入信号值；e)相加加权的输入信号值以获得所选的采样点的重新采样的输入信号值。
37.一种方法，用于变换对应于三个确定色域的基色的三种彩色输入信号(R，G，B)为对应于该确定色域的基色和一种附加的基色W的四种彩色输出信号(R’，G’，B’，W)，从而可以改善OLED显示器设备的寿命，所述的方法包括如下步骤a)计算一个公共信号S，公共信号S是三个彩色信号(R，G，B)的一个函数F1；b)计算公共信号S的一个函数F2，并且将函数F2相加到三个彩色信号(R，G，B)中的每一个上，从而提供三个彩色信号(R’，G’，B’)；c)计算公共信号S的一个函数F3，并且将函数F3分配给第四个彩色输出信号W；d)在显示器设备内选择对应于一个OLED的采样点；e)在四种颜色输出信号中定位对应于所选的采样点的OLED的颜色的相邻输出信号值；f)形成与由相邻输出信号值表示的空间位置有关的一组加权系数；g)相邻输出信号值乘以它们对应的加权系数，产生加权的输出信号值；h)相加加权的输出信号值以获得所选的采样点的重新采样的输出值。
全文摘要
一种用于驱动显示器的方法，所述的方法包括如下步骤归一化所述彩色输入信号(R，G，B)，以使在每个信号中的相等数量的组合产生一种颜色，这种颜色的XYZ三色刺激值等于附加基色的三色刺激值，从而产生归一化的彩色信号(Rn，Gn，Bn)；计算一个公共信号S，公共信号S是归一化的彩色信号(Rn，Gn，Bn)的函数F1；计算公共信号S的一个函数F2，并且将所述函数F2加到归一化的彩色信号(Rn，Gn，Bn)中的每一个上，从而提供彩色信号(Rn’，Gn’，Bn’)；进行归一化(Rn’，Gn’，Bn’)以使每个信号中相等数量的组合产生一种颜色，这种颜色的XYZ三色刺激值等于显示器白色点的三色刺激值，从而可以产生四种彩色输出信号中的三种颜色输出信号(R’，G’，B’)；和计算公共信号S的一个函数F3，并且将函数F3分配给第四个彩色输出信号W。
文档编号G09G3/32GK1813283SQ200480018046
公开日2006年8月2日 申请日期2004年6月16日 优先权日2003年6月26日
发明者M·J·穆尔多赫, M·E·米勒, R·S·科克 申请人:伊斯曼柯达公司