在显示装置上将图象数据采样加权映射到象素子组元的制作方法

专利名称：在显示装置上将图象数据采样加权映射到象素子组元的制作方法
背景技术：
1.相关申请本申请是1998年10月7日提交的题目为“显示文本等图象的方法与设备”的美国专利申请09/168,012的继续申请，还是1999年1月29日提交的题目为“执行图象染色和光栅化操作的方法与设备”的美国专利申请09/240,654的继续申请，这两项申请在此引作参考。
2.发明领域本发明涉及显示图象的方法与设备，特别涉及通过把图象的不同部分表示在多个象素子组元中每一个上而不是整个象素上而显示图象的显示方法与设备。
3.发明背景彩色显示装置已成为大多数计算机用户首选的显示装置。在监视器上显示彩色一般是通过操作显示装置发光(如红绿蓝光组合成人的肉眼可感受的一种或多种彩色)而实现的。
在阴极射线管(CRT)显示装置中，通过使用荧光涂层产生不同颜色的光，这种荧光涂层以点依次加在CRT屏上。通常用不同的荧光涂层产生三种颜色的每一种，红绿蓝导致重复的荧光点序列，受到电子束激发时就产生红绿蓝彩色。
术语象素一般指例如在数千个光点的矩形格栅中的一个光点，计算机逐个用光点在显示装置上形成图象。对于彩色CRT，其中红绿蓝荧光点的单个三素色组无法寻址，可能的最小象素尺寸要依赖于激发荧光体的电子枪的聚焦、对准和带宽。在各种已知的CRT显示器结构中，红绿蓝荧光点的一个或多个三素色组发射的光容易交叠在一起，在一定距离呈现为单色光源。
在彩色显示器中，可以改变对应于红绿蓝加性原色发射的光的强度而得到几乎任何一种期望的彩色象素。不加色，即不发射光，就产生黑色象素。加100％的全部三色可得到白色。


图1示出一台已知的便携式计算机100，它包括机壳101、盘驱动器105、键盘104和平面显示器102。
便携式个人计算机100倾向于使用液晶显示器(LCD)或其它平面显示装置102，而不是CRT显示器。这是因为二者相比，平面显示器容易实现小型和轻量。此外，平面显示器的功耗比同尺寸CRT显示器的小，更适用于电池供电的场合。
随着平面彩色显示器的质量不断提高，成本不断降低，它在桌面应用中正开始替代CRT显示器。相应地，平面显示器特别是LCD正在越益普及。
几年来，对CRT显示装置的显示已经开发和优化了大多数图象处理技术，包括在计算机屏上产生和显示各种字体，如字符组。
然而，原有的文本显示过程未考虑平面显示装置独特的物理特性，特别在RGB彩色光源的物理特性方面，这类物理特性与CRT装置的特性有很大区别。
彩色LCD显示器是利用多个迥异可寻址单元(这里称为象素子单元或象素子组元)表示被显示图象每个象素的示例显示装置。一般，彩色LCD显示器的每个象素用单个象素元表示，而象素元通常包括三个非方形单元，即红绿蓝(RGB)象素子组元。这样，一组RGB象素子组元一起组成单个象素元。已知类型的LCD显示器包括一系列RGB象素子组元，它们通常沿显示器编排成条形，RGB条一般在一个方向占居整个显示器长度，得出的RGB条有时称为“RGB条”。应用于计算机的普通LCD监视器，宽度大于其高度，RGB条倾向于垂直方向排列。
图2A示出一种已知的可用作显示器102的LCD屏200，包括多个行(R1-R12)与列(C1-C16)，每个行/列交叉形成的方形代表一个象素元。图2B详细示出了该已知显示器200的左上角部分。
注意，在图2B中每个象素元(如(R1，C4)象素元)是如何包括三个不同的子单元或子组元的，即红子组元206、绿子组元207与蓝子组元208。每个已知象素子组元206、207、208均为象素宽度的1/3或接近1/3，而在高度上与象素的高度一样或接近一样。这样，组合后，这三个1/3宽度的象素子组元206、207、208就形成单个象素元。
如图2A所示，RGB象素子组元206、207、208的一种已知排列沿显示器200形成向下的垂直彩色条。因此，在图2A与2B的已知方式中，有时把1/3宽度的彩色子组元206、207、208的这种排列称为“垂直条”。
作为示例，图2A只示出了12行、16列，而常见的列×行比率包括例如640×480、800×600和1024×768。注意，已知的显示装置一般涉及按横向方式编排的显示，即在图2A中监视器宽度比其高度更宽，条形以垂直方向编排。
制造的LCD具有以几种附加图案排列的象素子组元，如在摄录机取景器中通常包括Z形与△形。虽然本发明的诸特点可应用于这类象素子组元排列，由于RGB条形结构更具普遍性，所以在应用RGB条形显示器方面将说明本发明的示例性实施例。
根据习惯，把象素元的每组象素子组元当作单个象素单位对待，因而在已知的系统中，象素元的所有象素子组元的光强值由图象同一部分产生。例如，研究一下图2C示出的用格栅220表示的图象。图2C中，每个方块表示图象某一区域，而该象区准备用单个象素元表示，如对应于方格230的红绿蓝象素子组元。图2C中，用画线的圆代表产生光强值的单个图象采样。注意已知系统是如何用图象220的单个采样222对每个红绿蓝象素子组元232、233、234产生光强值的。这样，在已知系统中，通常把RGB象素子组元用作一个组来产生对应于要表示图象的单个采样的一个单色象素。
将每个象素子组元组发出的光有效地加在一起而产生单色效应，其色调、饱和度和强度取决于各个三象素子组元的值。比方说，各象素子组元的潜在强度为0-255，若规定所有三个象素子组元的强度都是255，肉眼看到的象素为白色。然而，如果所有三个象素子组元给出切断各三象素子组元的值，看到的象素为一黑色象素。改变每个象素子组元各自的强度，可在这两个极值之间产生数百万种色彩。
在已知系统中，由于单个采样被映射到三个象素子组元(每个子组元的宽度为象素的1/3)，由于这些单元的中心偏离采样中心1/3，出现左右象素子组元的空间位移。
例如研究一下要表示的某一图象，它是一个绿蓝成分为零的红色立方体。当在图2A类型的LCD显示器上显示时，作为该采样与绿色图象子组元之间的位移结果，该立方体在显示器上的视在位置将与其实际位置的左侧偏移象素的1/3。同样地，蓝色立方体将向右侧移动象素的1/3。因此，应用于LCD屏的已知成象技术会导致不希望有的图象位移误差。
文本字符代表一类特别难以精确地显示的图象，假定平面显示器的分辨率一般为72或96点(象素)/英寸(dpi)。这样的显示分辨率比大多数打印机支持的600dpi差远了，而在书刊等大多数商业打印文本中甚至可发现更高的分辨率。
由于大多数视频显示装置的显示分辨率较低，因而画出光滑字符形状的象素还不够多，在尺寸为10、12和14点型的一般文本中尤其如此。以这样的一般文本尺寸，相同字体的不同尺寸与重量之间的分级，例如厚度，要比其印刷品粗糙多了。
标准象素的相对粗糙尺寸容易造成混淆作用，所显示的类型字符边沿不平坦。例如，象素的粗糙尺寸容易导致形成字体字符的笔画的衬线、短线或端部(如底部)装饰划成方形，这就难以精确地显示专门使用衬线的许多高度可读或装饰性字体。
这类问题在字干(stem)(如字符的垂直部分)特别明显。由于象素是普通监视器的最小显示单元，因此用小于一个象素字干重量的常规技术是无法显示字符字干的。再者，字干重量一次只能增加一个象素，这样使字干重量从一个象素跳到两个象素宽。通常，一个象素宽的字符字干太淡，而两个象素宽的字符字干太粗体。由于在显示屏上对小的字符形成粗体字型字体要涉及字干重量从一个象素变成两个象素，二者的重量差为100％。在印刷中，粗体可能一般只比其同等的常规或罗马体重20或30％。通常，这种“一个象素，两个象素”问题一直作为显示器装置必须接受的固有特性来对待。
字符显示领域以前的研究工作部分集中于开发能在CRT显示器上改进字符显示的防混淆技术。常用的防混淆技术涉及对包括字符边沿的象素应用灰度级。实际上，这种斑点形状降低了边沿的空间频率，却能更好地接近原来的字符形状。尽管已知的防混淆技术能明显提高显示在CRT显示装置上的字符质量，但是当应用于在象素子组元编排上与CRT显示器有较大差异的LCD显示装置时，许多这类技术就无效了。
虽然防混淆技术有助于解决与至少在CRT显示器上显示较低分辨率文本表示有关的混淆问题，但是在本发明之前，一直认为象素尺寸和无法精确地显示字符字干宽度的问题是必须允许的显示装置的一种固定特性。
为此，显然要求有在平面显示装置上显示文本的新的改进的方法与设备。希望至少有一些新方法适用于现有的显示装置与计算机，还希望至少有一些方法与设备改进在运用例如新的显示装置和/或新的文本显示方法的新型计算机上显示的文本质量。
在许多计算机应用中，虽然文本显示(图形的特殊情况)是最为关注的，但是也要求用改进方法与设备精确而清楚地显示其它图形、几何形状(如圆、方块等)和照相等拍摄图象。
发明概述本发明针对通过把图象的不同部分表示在多个象素子组元上而不是在整个象素上而显示图象的方法和装置。
本发明的发明人认识到人眼对光亮度边缘(这里光强度发生变化)比对色度边缘(这里色强度发生变化)敏感得多得多的众所周知的原理。这就是为什么很难读出绿色背景上的红色文本的原因。发明人还认识到眼睛对红、绿和蓝具有不等的灵敏度的众所周知的原理。事实上，在全白象素的100％光强度当中，红色象素子组元对整个感知光亮度的贡献约占30％，绿色占60％，而蓝色占10％。
本发明的各种特征是指利用显示的各个象素子组元作为独立光强度源，由此使显示的有效分辨率在垂直于RGB条带方向的尺寸上增加到高达3倍。这可以实现可见分辨率的明显改善。
虽然与已知的显示技术相比本发明的方法可能导致色度质量的某些减退，正如以上讨论的，人眼对光亮度边缘比对色度边缘更敏感。于是，即使在考虑到本发明技术在色彩质量上具有负面影响时，与已知的染色技术相比，本发明能够提供图象质量的明显改善。
正如以上讨论的，已知的监视器趋向于使用垂直条带。由于字符字干出现在垂直方向，当对水平流动文本染色时准确控制垂直线厚度的能力趋向于比控制水平线厚度的能力更重要。
考虑到这些，得出结论，至少对于文本应用，非常需要监视器在水平方向而不是垂直方向上具有最大分辨率。于是，按照本发明实施的各种显示装置利用垂直而不是水平的RGB条带。它提供这样的监视器，当按照本发明使用时，水平方向的分辨率比垂直方向的分辨率更大。然而，本发明同样能够应用于水平RGB条带的监视器，与传统的图象染色技术相比导致垂直方向的分辨率提高。
除了适合于把象素子组元处理为独立光强度源时使用的新显示装置外，本发明涉及新的和改进的文本、图形和图象染色技术，该技术便于象素子组元按照本发明使用。
包括文本在内的图象的显示涉及到包括扫描变换的步骤。扫描变换是把图象的几何表示转换为位映射的过程。本发明的扫描变换操作涉及把图象的不同部分映射到不同的象素子组元。这明显地不同于已知的扫描变换技术，这里采用图象的相同部分来确定代表一个象素的3个象素子组元中每一个所使用的光强度值。
在扫描变换操作期间可以应用加权。在应用加权时，可以用图象不同尺寸区来确定一个特定象素子组元是否应当接通或断开。例如，在扫描变换期间可以使用加权，从而使用被映射到一个象素的图象区60％来确定绿色象素子组元的光强度，使用被映射到同一象素的图象区30％来确定红色象素子组元的光强度，使用被映射到同一象素的图象区10％来确定蓝色象素子组元的光强度。
本发明的扫描变换操作可以与包括图象缩放、提示和颜色处理的其他操作一起使用，考虑到图象内的象素子组元边界和平面显示装置的象素子组元的分别可控制特性。
本发明的方法和装置的许多附加特征、实施例和优点在以下的详细描述中给出。
附图简述图1示出已知的便携式计算机。
图2A示出已知的LCD屏。
图2B比图2A更详细地示出图2A的一部分已知的显示屏。
图2C示出已知系统中进行的图象采样操作。
图3示出的已知步骤涉及制备和存贮供以后文本生成与显示使用的字符信息。
图4示出一本电子书籍，具有按照本发明一实施例的以立式排列安置的平面显示器。
图5示出按本发明实施的计算机系统。
图6示出按本发明一示例性实施例执行的图象采样。
图7A示出按本发明实施的彩色平面显示屏。
图7B示出图7A的一部分显示屏。
图7C示出按本发明另一实施例实施的显示屏。
图8示出包括在图5计算机系统存储器里的各种单元(如例行程序)，用于在计算机系统的显示器上提供文本图象。
图9示出按本发明一实施例提供显示文本的方法。
图10A与10B示出按本发明各种示例性实施例执行的缩放操作。
图11示出按本发明一实施例执行的加权扫描变换操作。
图12示出要显示在象素场上的某个字符的高分辨率表示。
图13示出如何用已知技术表示图12的字符。
图14-17示出按本发明各种文本染色技术表示图12所示字符的不同方式。
较佳实施例的详细描述如上所述，本发明针对通过把图象的不同部分表示在多个象素子组元中每一个上而不是整个象素上而把图象(如文本和/或图形)显示在显示装置上的方法与设备。
本发明的各种方法把每个象素子组元用作分别独立的光强源，而不是把包括象素的一组RGB象素子组元当作单个光强单元。这样允许具有RGB水平或垂直条的显示装置处理成在垂直于条方向的尺度上的有效分辨率比条尺度上的大3倍。本发明的各种设备针对着能利用单独控制象素子组元能力的显示装置与控制设备。
在扫描变换操作期间可以应用加权。在应用加权时，可以用图象不同尺寸区来确定一个特定象素子组元是否应当接通或断开。利用加权，象素的象素子组元当中至少有一个具有向其映射的图象数据的两个或以上采样或块。
在加权的一个例子中，使用被映射到一个象素的图象区60％来确定绿色象素子组元的光强度，使用被映射到同一象素的图象区30％来确定红色象素子组元的光强度，使用被映射到同一象素的图象区10％来确定蓝色象素子组元的光强度。
A.示例的计算和硬件环境图5和以下讨论对一示例性设备作一概述，该设备至少能实施本发明的某些特征。本发明的各种方法一般以计算机可执行的指令(如程序模块)来描述，这类指令由个人计算机等计算机装置执行。本发明的其它特征将以显示装置元件与显示屏等物理硬件描述。
除了特定描述的计算机装置外，还可用其它设备实施本发明方法。程序模块可以包括执行某一任务或实施特定摘录数据类型的例行程序、程序、目标、元件、数据结构等。此外，本领域的技术人员将明白，本发明的至少某些方面可以用其它结构实施，包括应用于例如汽车、航空、工业应用等场合的手持装置、多处理器系统、基于微机或可编程的消费类电子产品、网络计算机、小型计算机、机顶盒、主机架计算机、显示器等。本发明的至少有些方面还可在分布计算环境中实施，其中由通过通信网联接的远程处理装置执行诸任务。在某种分布计算环境中，程序模块可设置在本机和/或远程的存储器装置中。
参照图5，实施本发明至少某些方面的示例性设备500包括通用计算装置。个人计算机520可以包括处理单元521、系统存储器522及将包括系统存储器522的各种系统元件耦合至处理单元521的系统总线523。系统总线523是几类总线结构的任意一类，包括存储器总线或存储器控制器、外设总线和应用任一种总线结构的本机总线。系统存储器522可以包括ROM 524和/或RAM525。基本的输入/输出系统526(BIOS)可以贮存在ROM524中，包括诸如在启动期间在个人计算机520内的诸单元之间帮助传递信息的基本例行程序。个人计算机520还可包括对硬盘读写的硬盘驱动器527(未示出)、对(如可卸式)磁盘529读写的磁盘驱动器528以及对可卸式(磁光)光盘531(如CD或其它(磁光)光媒体)读写的光盘驱动器530。硬盘驱动器527、磁盘驱动器528和(磁光)光盘驱动器530可分别用硬盘驱动器接口532、磁盘驱动器接口533和(磁光)光盘驱动器接口534同系统总线523耦合。这些驱动器及其相关的存储媒体提供非易失性存贮可机读的指令、数据结构、程序模块和其它个人计算机520的数据。虽然这里描述的示例性环境应用了硬盘、可卸式磁盘529和可卸式光盘531，但是本领域的技术人员应明白，还可用其它类型的存贮媒体代替或增设上述的存贮装置，诸如盒式磁带、快擦式存储器卡、数字视频盘、Bernoulli卡盘、RAM、ROM等。
例如，可将操作系统535、一条或多条应用程序536、其它程序模块537和/或程序数据538等若干程序模块存储在硬盘527、磁盘529、(磁光)光盘531、ROM524或RAM525上。用户可通过键盘540和指向装置542等输入装置将指令与信息送入个人计算机520。也可包括话筒、操纵杆、游戏机盘、卫星盘、扫描器等其它输入装置(未示出)。这些和其它输入装置一般通过耦合至系统总线523的串行端口接口546连接至处理单元521。然而，可用平行端口、游戏机端口或通用串行总线(USB)等其它接口连接输入装置。监视器547或其它类显示装置也可经视频适配器548等接口连接至系统总线523。除了监视器547外，个人计算机520可包括扬声器与打印机等其它外围输出装置(未示出)。
个人计算机520可在网络环境中工作，网络环境将逻辑上的连接限定于一台或多台远程计算机，如远程计算机549。远程计算机549可以是另一台个人计算机、服务器、路由器、网络PC、对等装置或其它公共网络节点，可包括许多或所有上述相对于个人计算机520描述的单元。图5示出的逻辑连接包括局域网(LAN)551与广域网(WAN)552、因特网和企业内联网(intranet)。
当应用于LAN时，个人计算机520可通过网接口适配器(或“NIC”)553连接至LAN551。当应用于WAN时(如因特网)，个人计算机520可包括调制解调器或其它在广域网552上建立通信的装置。调制解调器554(内部或外部)可以经串行口接口546接至系统总线523。在网络化环境中，至少有些个人计算机520的程序模块可存入远程存储器装置。网络连接是一种示例，可以使用在计算机之间建立通信链路的其它装置。
图7A示出按本发明一实施例实施的显示装置600，它适用于如便携式计算机或希望配用平面显示器的其它系统。显示装置600可构制成LCD显示器。在一实施例中，已知计算机100的显示器与控制逻辑被本发明的显示装置600和显示控制逻辑(如例行程序)代替，向便携计算机提供水平RGB条和用于表示图象不同部分的象素子组元。
如图所示，对16×12象素的显示，显示装置600包括16列象素元C1-C16和12行象素元R1-R12。象大多数计算机监视器那样，显示器600配置成宽大于高。为便于表示，虽然将显示器600限于16×12象素，但是应该理解，图7A类型的监视器可以具有任意数量的垂直与水平象素元，使显示器的水平与垂直象素元之比为例如640×480、800×600、1024×768和1280×1024，以及导致方块显示的比率。
显示器600的每个象素元包括3个子组元，即红色象素子组元602、绿色象素子组元604和蓝色象素子组元606。在图7A实施例中，每个象素子组元602、604、606的高度均等于或接近等于象素高度的1/3，宽度等于或接近等于象素的宽度。
在监视器600中，将RGB象素子组元编排成水平条，这同前述监视器200中应用的垂直条结构相反。监视器600可应用于特定的图形场合，根据应用要求，此时要求比水平更大的垂直分辨率。
图7B详细示出显示器600的左上角部分，水平RGB条图案清晰可见，字母R、G、B表示相应的色彩象素子组元。
图7C示出按本发明构成的另一显示装置700。图7C示出在LCD显示器等显示装置中应用的垂直RGB条，与水平象素元相比具有更多的垂直象素元。虽然图示为12×16显示，但是应理解，可用任意数量的象素列/行构制显示器700，包括造成方块显示的列/行比率。
显示装置700完全适用要求对水平流动的文本作立式型显示的场合。至于图2A的监视器，每个象素元包括3个象素子组元，即R、G、B象素子组元。
虽然显示器7A适用于特定的图形场合，但是在生成高质量字符方面，字符字干(字符较细长的垂直部分)的准确表示比衬线的表示重要得多。垂直条有不同的优点，当按本发明使用时，允许字干一次调节的宽度为象素的1/3。这样，将带垂直条结构的装置200或700等显示装置与本发明的显示方法一起使用，可提供比已知水平条结构(字干宽调节限于1个象素增量)更高质量的文本。
垂直条的另一优点是能在宽度上以小于象素尺寸的增量(如1/3象素尺寸增量)调节字符间距。字符间距是字迹清楚的一个重要文本特征，因此应用垂直条产生有改进的文本间距和更精细的字干重量。
图8示出包括在图5计算机系统存储器里的各种单元，如例行程序，用于在本发明的计算机系统的显示器上提供文本图象。
如图所示，应用例行程序536(可以是例如文字处理器应用)包括一文本输出子组元801。文本输出子组元801负责将箭头813表示的文本信息输出给操作系统535，以在显示装置547上呈现出来。文本信息包括例如识别要染色的字符的信息、在描述期间要用的字体和要染色的字符的点尺寸。
操作系统535包括在显示装置547上控制文本显示的各种元件，这些元件包括显示信息815、显示适配器814和图形显示接口802。显示信息815包括例如在染色期间要应用的缩放信息和/或前景/背景色彩信息。显示适配器从图形显示接口802接收位映射图象，并产生供给视频适配器548的由显示器547作光学呈现的视频信号。箭头815表示位映射图象从图形显示接口802传到显示适配器814。
图形显示接口802包括处理图形与文本的例行程序。单元804是用于处理文本的类型光栅化程序。类型光栅化程序负责处理从应用536获得的文本信息，并从中产生位映射表示。类型光栅化程序804包括字符数据806和染色和光栅化例行程序807。
字符数据806可包括例如矢量图形、直线、点和曲线，对一组或多组字符提供高分辨率的数字表示。
如图3所示，众所周知，处理文本字符302可产生其高分辨率的数字表示，如数据806，它可以存入存储器供文本生成时使用。因此，这里不再讨论数据806的生成304与存贮306。
染色与光栅化例行程序807包括扫描变换子例行程序812，还可以包括缩放子例行程序808、提示子例行程序810和色彩补偿子例行程序813。虽然执行扫描变换操作以呈现文本图象是平常的，但是本发明的例行程序和子程序不同于已知的程序，其中考虑、利用屏幕的RGB象素子组元或将其当作能够被用于表示要染色图象不同部分的分立的光强度实体。
B.缩放和扫描变换操作按照本发明能够使用的染色与光栅化例行程序包括缩放例行程序和扫描变换例行程序，这使显示屏的RGB象素子组元用作为分立的光强度实体，它们表示要染色图象的不同部分。
按照本发明的一个实施例，进行非正方形缩放，它是每个象素元中包含的象素子组元的方向和/或数目的函数。具体而言，以比条方向更大的比率在垂直于条的方向上对高分辨率字符数据(例如由文本和字体信息规定的待显示字符的直线和点表示)进行缩放。这允许接下来的图象处理操作能够利用更高程度的分辨率，这是按照本发明利用各个象素子组元作为独立的光强度源能够实现的。
因此，当把图7A所示类型的显示器用作在其上显示数据的装置时，就以比水平方向更大的比率在垂直方向进行缩放。在使用带垂直条的屏(如图2和7C所示的屏)时，则以比垂直方向更大的比率在水平方向进行缩放。
垂直与水平图象方向之间的缩放差异的变化依赖于所用的显示器和待执行的后续扫描变换处理。在给定的实施例中，用包括缩放信息的显示信息815确定待执行的缩放。
在本发明各种实施例中，在垂直于条的方向作缩放，比率与形成每个象素的象素子组元数量无关。例如，在用RGB象素子组元形成每个象素的一个实施例中，沿垂直于条的方向作缩放的比率是沿条方向作缩放的比率的20倍。在大多数场合中，字符或图象是(但不一定是)沿垂直于条的方向缩放的，其比率能按其光强贡献成比例地进一步划分红绿蓝条。
图10A和10B示出在垂直于条的方向已经缩放3倍而在平行于条的方向上缩放1倍的图象数据。相比之下，图11示出在垂直于条的方向上已经缩放10倍的图象数据。因此，容易理解图11代表缩放和扫描变换的一个例子，由此象素子组元中至少一个可以具有对其映射的两个或以上采样。
图10A示出对高分辨率表示的字母i1002作的缩放操作，i1002是该字母在水平条监视器上的预期显示，如图7A所示。注意，在该例中，沿水平(x)方向的缩放比率为1，而沿垂直(y)方向的缩放比率为x3，导致缩放的字符1004比原来的字符1002高了3倍，但宽一样。
图10B示出对高分辨率表示的字母i1002作的缩放操作，i1002是该字母在垂直条监视器上的预期显示，如图2A和7C所示。注意，在该例中，沿水平(x)方向的缩放比率为x3，而沿垂直(y)方向的缩放比率为x1，导致缩放的字符1008与原来的字符1002正好一样高，但宽为三倍。
其它缩放量也可以，例如，作为后续扫描变换操作的一部，在对象素子组元确定光强值时要实行的加权扫描变换操作的场合中，缩放作为所用的RGB条与加权的函数而执行。在一个示例性实施例中，沿垂直于RGB条的缩放比率等于扫描变换操作期间使用的整数加权之和。在一个特定实施例中，这导致沿垂直于条方向的缩放比率为10x，而沿平行于条方向的缩放比率为1x。以这一比率的缩放产生接下来能够在扫描变换操作中使用的缩放图象数据，如图11所示，以下将作更详细的描述。
扫描变换涉及将代表字符的缩放几何形状变换成位映射图象。常规扫描变换操作将象素当作独立的单元，能够把相应部分的缩放图象映射到其中。因此在常规扫描变换操作中，用图象的相同部分确定一部分缩放图象被映射其中的象素元的每个RGB象素子组元要用的光强值。图2C是一已知扫描变换处理的示例，它涉及对要表示为位映射的图象进行采样，并根据采样值产生光强值。
根据本发明，把象素的RGB象素子组元当作独立的光强单元。因此，把每个象素子组元当作能够把缩放图象的单独部分映射到其中的单独光强组元。这样，本发明可将缩放图象的不同部分映射入不同的象素子组元，提供比已知扫描变换技术更高的分辨率。即在各种实施例中，可用缩放图象的不同部分独立地确定每个象素子组元要用的光强值。
图6示出一示例性扫描变换，其中，用由格子620表示的图象的空间位移各图象采样622、623、624来产生红绿蓝光强值，这些值与生成的位映射图象630的对应部分632、633、634有关。对图象数据进行采样并把各图象采样622、623和624映射到与部分632、633和634相关的红绿蓝象素子组元(如图6所示)代表对应于把这些采样映射到各个象素子组元的步骤的动作的例子。在图6例中，红和蓝图象采样与绿采样在距离上分别移动了象素宽度的-1/3，和+1/3，从而避免了图2C所示已知采样/图象表示法碰到的位移问题。
在图中所示的示例中，用白色指示在扫描变换操作产生的位映射图象中“接通”的象素子组元。不是白色的象素子组元被“切断”。
在黑色文本中，“通”表示与该象素子组元有关的光强值被控制，使该象素子组元不输出光。假定一种白背景象素，则把不“通”子组元指定为使它们输出其全光输出的光强值。
在使用前景与背景彩色时，“通”表示对某一象素子组元指定某一值，若用全部三种象素子组元产生前景颜色，该值就产生规定的前景颜色。若用全部三种象素子组元产生背景彩色，则对不“通”的象素子组元指定产生规定背景彩色的值。
确定某个象素子组元在缩放时是否接“通”的第一种技术，是确定被映射到该象素子组元的缩放图象块(segment)(用一部分缩放格子表示)的中心是否在待显示的图象的缩放表示以内。另一种技术是确定被映射到该象素子组元的缩放图象块的50％或以上是否被要显示的图象占据。若被占据，就接通该象素子组元。例如，当格子块1202表示的缩放图象块被图象1004占据至少50％时，就接通相应的象素子组元C1，R5。在下面讨论的图11例中，采用了确定何时接通某个象素子组元的第一种技术。
图11示出在扫描变换操作中作加权的一个例子。在加权时，可用缩放图象的不同尺寸区域确定某一特定象素子组元是否接通或切断，或处于其间的某一值(如灰度等级缩放)。
如上所述，人的肉眼以不同的比率感受来自不同颜色光源的光强。对于感受的白色象素的亮度，贡献率为绿色约60％，红色约30％，蓝色约10％；白色象素的亮度是将红绿蓝象素子组元设定成其最大光强输出而造成的。
根据本发明的一个实施例，扫描变换时应用了加权，从而用映射到某一象素的60％缩放图象区域确定绿色象素子组元的光强，用映射到同一象素的分立的30％缩放图象区域确定红色象素子组元的光强，并用映射到同一象素的分立的10％缩放图象区域确定蓝色象素子组元的光强。
在本发明一特定实施例中，在缩放操作中，图象缩放沿垂直于条的方向的比率是沿条方向的比率的10倍，这有助于加权的扫描变换操作。然后在扫描变换期间运用如上述类型的加权扫描变换操作处理缩放的图象。
图11示出对已经在垂直方向缩放10倍和在水平方向缩放1倍的图象1002缩放型式的第一列1400所作的加权扫描变换操作。图11中，对应于单个象素的这部分图象包括10个块。按上述的加权缩放技术，用缩放图象的每个象素区的第一组三个块来确定对应于位映射图象1402中一个象素的红色象素子组元的光强值。用缩放图象1400的每个象素区的下一组六个块来确定对应于位映射图象1402中同一象素的绿色象素子组元的光强值，这样留下缩放图象1400每个象素区的最后一个块，用来确定蓝色象素子组元的光强值。
如图11所示，这种处理导致位映射图象1402的列1、行4的蓝象素子组元和列1、行5的红色象素子组元被接通，而列1的其余象素子组元被切断。
一般地，本发明的扫描变换过程一直是用象素子组元“接通”或“断开”来描述的。
本发明的各个实施例，尤其适合于图形图象使用，都涉及到使用灰度等级技术。在这类实施例中，与如上述的实施例一样，扫描变换操作涉及独立地将缩放图象的部分映射到对应的象素子组元而形成位映射图象。然而在灰度等级实施例中，指定给某一象素子组元的光强值是作为被映射到该象素子组元(被待显示的缩放图象占据)的缩放图象区部分的函数确定的。例如，如果某一象素子组元可被指定在0与255之间的光强值，0为有效地切断，255为全光强，则被要显示的图象占据50％的缩放图象块(格子块)会导致由于把缩放图象块映射到相应象素子组元的结果造成的象素子组元被分配127强度值。根据本发明，同一象素的邻近象素子组元具有其光强值，该值作为缩放图象的另一部分(如块)的函数而独立地确定。
C.示例的染色例行程序本发明的扫描变换操作可以使用图9的染色和光栅化例行程序807，按照本发明的一个实施例让文本显示。如图所示，例行程序807从步骤902开始，这里例如根据从应用程序536收到的文本信息，在操作系统的控制下执行该例行程序。在步骤904中，输入被文本染色和光栅化例行程序807接收。输入包括从应用程序536获得的文本、字体和点尺寸信息905。此外，输入包括例如通过操作系统从存储器中存储的监视器设置获得的缩放信息和/或前景/背景彩色信息与象素尺寸信息815。输入还包括数据806，它包括要显示的文本字符的高分辨率表示(例如以直线、点和/或曲线的形式)。
有了在步骤904中收到的输入，操作进行到步骤910，这里可以使用缩放子例行程序808进行缩放操作，如这里所揭示的。
再次参考图9，操作进行到步骤912，其中通过执行提示子例行程序810可以进行对缩放图象的提示。术语格栅吻合有时用于描述提示过程。
提示涉及缩放字符(例如字符1004、1008)在格栅1102、1104中的对准，这被用作后续扫描变换操作的一部分。它还涉及图象轮廓的变形，让图象更好地符合格栅的形状。格栅是作为显示装置的象素元的物理尺寸的函数确定的。
能够与本发明的缩放与扫描变换操作一起使用的示例性提示操作的详细情况在题目为“显示文本等图象的方法与设备”的美国专利申请09/168,012中作了揭示，例如，图11A、11B及相应文字说明。本申请是美国专利申请09/168,012的继续，后者前面已经在这里引作参考。
操作再进行到步骤914，其中按照本发明，例如通过执行扫描变换子例行程序812进行扫描变换操作。美国专利申请09/168,012的图12A、12B和13及其说明内容进一步揭示了与本发明扫描变换操作相关的一般原理。
一旦在图9的步骤914中产生了要显示的文本的位映射表示，可以将它输出到显示适配器或者作进一步处理，进行颜色处理操作和/或颜色调节，以增强图象质量。能够与本发明的扫描变换操作一起使用的的示例颜色处理操作和颜色调节的详细情况在美国专利申请09/168,012中作了揭示。
把经处理的位映射918输出到显示适配器814，收到待处理的附加数据/图象，暂停例行程序807的操作。
图12示出叠加在某一格子上的要染色的字母n的高分辨率表示，该格子代表有水平条的12×12象素阵列。
图13示出如何应用常规显示技术对图12的字母n染色，示出的全尺寸象元各包括三种象素子组元。注意全象素尺寸极限是如何在该字母脊部导致形状致突变，从而导致混淆和较平坦的顶部。
图14示出如何能够按本发明用2/3象素高度基底来改进字母n的染色。该基底是用2种象素子组元而不是用全部三种象素子组元在行10、列1-4和8-10中形成的。还要注意如何改进了字母的脊部，改进的方法是脊部的宽度为整个象素高度，但是每个水平全高度象元沿垂直方向交错1/3象素高度排列，形成比图13所示更准确更平滑的脊部。
图15示出如何按本发明将字母n的脊部在厚度上从一个象素厚度减至2/3象素厚度。
图16示出如何按本发明将字母n的基底减至象素1/3的最小厚度，还示出如何将字母n的脊部减至象素1/3的厚度。
图17示出如何按本发明表示字母n，其基底与脊部具有象素1/3的厚度。
能够在其上实施本发明的扫描变换操作的显示装置的一个例子示于图4，图4示出计算机化的电子书籍装置400，如图4所示，电子读物400包括分别显示读物奇偶页的第一与第二显示屏402、404。图7C所示类型的显示装置例如被用作图4的电子读物400的显示器402、404。电子读物400进一步包括诸如键板或键盘408的输入装置和诸如CD盘驱动器407的数据存贮装置。设置的铰链406可折迭电子读物400，不用时可保护显示器402、404。可用内部电池对电子读物400供电。同样地，本发明的其它便携式计算机实施例也可电池供电。
虽然本发明描述的大部分内容是呈现文本，但是应当理解，本发明同样适用于图形而减小混淆并提高能用常规彩色LCD显示器等条形显示器实现的有效分辨率。此外，应当理解，本发明的许多技术可用来处理位映射图象(如扫描的图象)而供显示。
根据这里描述的发明，本领域的技术人员显然了解各种附加实施例和对本发明讨论的诸实施例的更改。应该理解，这类实施例都不偏离本发明，而且都在本发明范围内。
权利要求
1.在包含处理单元和显示图象的显示装置的计算机系统中的一种改善被显示图象的分辨率的方法，所述显示装置具有多个象素，每个象素包括至少三个象素子组元，每个象素子组元具有不同颜色，其特征在于所述方法包括以下步骤把代表图象的信息的采样映射到象素的各个象素子组元，而不是把这些采样映射到该整个象素，象素的每个象素子组元已经向其映射一组空间上不同的一个或多个采样，以及其中象素子组元中至少有一个具有向其映射的一组两个或更多个采样；基于向其映射的不同组的一个或多个采样，产生该象素的每个象素子组元的分立的发光强度值；以及利用所述分立的发光强度值把图象显示在显示装置上，导致象素的每个象素子组元而不是整个象素代表图象的不同部分。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述象素子组元具有宽度尺寸和大于宽度尺寸的高度尺寸，所述方法进一步包括以比平行于高度尺度的方向更大的比率因子在平行于宽度尺度的方向对代表图象的信息进行缩放的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述象素子组元具有高度尺寸和大于高度尺寸的宽度尺寸，所述方法进一步包括以比平行于宽度尺度的方向更大的比率因子在平行于高度尺度的方向对代表图象的信息进行缩放的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，把不同数目的采样映射到象素的每个象素子组元。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，以3∶6∶1的比率把采样分别映射到象素的象素子组元中所包含的红色象素子组元、绿色象素子组元和蓝色象素子组元。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，表示图象的信息包括图象的轮廓并与前景颜色和背景颜色相关。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生每个象素子组元的光强度值的步骤包括基于图象和映射到所述象素子组元的这组一个或多个采样的相对位置选择光强度值“通”和“断”的步骤。
8.在包含处理单元和显示图象的显示装置的计算机系统中的一种改善被显示图象的分辨率的方法，所述显示装置具有多个象素，每个象素包括至少三个象素子组元，每个象素子组元具有不同颜色，包括第一象素子组元、第二象素子组元和第三象素子组元，其特征在于所述方法包括以下动作对表示图象的信息进行采样，从而获得多个采样；把第一组一个或多个采样映射到显示装置的象素的第一象素子组元；把第二组一个或多个采样映射到象素的第二象素子组元；把第三组一个或多个采样映射到象素的第三象素子组元，其中第一、第二和第三组彼此在空间上是不同的，第一、第二和第三组中至少有一组包括两个或更多个采样；对于第一、第二和第三象素子组元中的每一个，基于向其映射的特定一组一个或多个采样，产生分立的发光强度值；以及通过利用分立的发光强度值分别控制第一、第二和第三象素子组元中每一个，把图象显示在显示装置上，象素的第一、第二和第三象素子组元的每一个而不是整个象素代表图象的不同部分。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，多个象素的每一个具有一宽度尺寸，显示图象的动作导致一文本字符，该文本字符有一部分在与宽度尺寸平行的方向上具有不为宽度尺寸整数倍的尺寸。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，文本字符的这部分是文本字符的字干，而该字干的尺寸不是象素宽度的整数倍。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，多个象素的每一个具有一高度尺寸，显示图象的动作导致一文本字符，该文本字符有一部分在与高度尺寸平行的方向上具有不为高度尺寸整数倍的尺寸。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括对表示图象的信息进行颜色处理操作的动作，颜色处理操作补偿当不同组的一个或多个采样被映射到第一、第二和第三象素子组元时已经引入到信息中的颜色畸变。
13.在包含处理单元和显示图象的显示装置的计算机系统中的一种实施改善被显示图象分辨率方法的计算机程序产品，所述显示装置具有多个象素，每个象素包括至少三个象素子组元，每个象素子组元具有不同颜色，其特征在于所述计算机程序产品包括计算机可读的媒体，载有执行所述方法的可执行指令，其中所述方法包括以下步骤把代表图象的信息的采样映射到象素的各个象素子组元，而不是把这些采样映射到该整个象素，象素的每个象素子组元具有已经向其映射的一组空间上不同的一个或多个采样，其中象素子组元中至少有一个具有向其映射的一组两个或更多个采样；基于向其映射的不同组的一个或多个采样，产生该象素的每个象素子组元的分立的发光强度值；以及利用分立的发光强度值把图象显示在显示装置上，导致象素的每个象素子组元而不是整个象素代表图象的不同部分。
14.如权利要求13所述的计算机程序产品，其特征在于，所述象素子组元具有宽度尺寸和大于宽度尺寸的高度尺寸，所述方法进一步包括以比平行于高度尺度的方向更大的因子在平行于宽度尺度的方向对代表图象的信息进行缩放的步骤。
15.如权利要求13所述的计算机程序产品，其特征在于，所述象素子组元具有高度尺寸和大于高度尺寸的宽度尺寸，所述方法进一步包括以比平行于宽度尺度的方向更大的因子在平行于高度尺度的方向对代表图象的信息进行缩放的步骤。
16.如权利要求13所述的计算机程序产品，其特征在于，所述可执行的指令执行对信息进行采样的步骤，使得不同数目的采样被映射到象素的每个象素子组元。
17.如权利要求16所述的计算机程序产品，其特征在于，以3∶6∶1的比率把采样分别映射到象素的象素子组元中所包含的红色象素子组元、绿色象素子组元和蓝色象素子组元。
18.如权利要求13所述的计算机程序产品，其特征在于，表示图象的信息包括图象的轮廓并与前景颜色和背景颜色相关。
19.如权利要求13所述的计算机程序产品，其特征在于，产生每个象素子组元的光强度值的步骤包括基于图象和映射到所述象素子组元的这组一个或多个采样的相对位置选择光强度值“通”和“断”的步骤。
20.在包含处理单元和显示图象的显示装置的计算机系统中的一种实施改善被显示图象分辨率方法的计算机程序产品，所述显示装置具有多个象素，每个象素包括至少三个象素子组元，每个象素子组元具有不同颜色，包括第一象素子组元、第二象素子组元和第三象素子组元，其特征在于所述计算机程序产品包括计算机可读的媒体，该媒体载有进行所述方法的可执行指令，其中所述方法包括以下动作对表示图象的信息进行采样，从而获得多个采样；把第一组一个或多个采样映射到显示装置的象素的第一象素子组元；把第二组一个或多个采样映射到象素的第二象素子组元；把第三组一个或多个采样映射到象素的第三象素子组元，其中第一、第二和第三组彼此在空间上是不同的，第一、第二和第三组中至少有一组包括两个或更多个采样；对于第一、第二和第三象素子组元中的每一个，基于向其映射的特定一组的一个或多个采样，产生分立的发光强度值；以及通过利用各发光强度值分别控制第一、第二和第三象素子组元中每一个，把图象显示在显示装置上，象素的第一、第二和第三象素子组元的每一个而不是整个象素代表图象的不同部分。
21.如权利要求20所述的计算机程序产品，其特征在于，多个象素的每一个具有一宽度尺寸，显示图象的动作导致一文本字符，该文本字符有一部分在与宽度尺寸平行的方向上具有不为该宽度尺度整数倍的尺寸。
22.如权利要求21所述的计算机程序产品，其特征在于，文本字符的这部分是文本字符的字干，而该字干的尺寸不是象素宽度的整数倍。
23.如权利要求20所述的计算机程序产品，其特征在于，多个象素的每一个具有一高度尺寸，显示图象的动作导致一文本字符，该文本字符有一部分在与高度尺寸平行的方向上具有不为该高度尺度整数倍的尺寸。
24.如权利要求20所述的计算机程序产品，其特征在于，所述方法进一步包括在表示图象的信息上进行颜色处理操作的动作，颜色处理操作补偿当不同组的一个或多个采样被映射到第一、第二和第三象素子组元时已经引入到所述信息中的颜色畸变。
25.一种供包含处理单元和存储器装置的计算机系统使用的显示装置，所述显示装置能够显示图象并包括多个象素，每个象素包括至少三个象素子组元，每个象素子组元具有不同颜色；以及计算机程序产品，它包括计算机可读的媒体，它载有可执行的指令，当被存储在所述存储器装置中时使所述计算机系统实施改善被显示图象分辨率的方法，所述方法包括以下步骤把代表图象的信息的采样映射到象素的各个象素子组元，而不是把这些采样映射到该整个象素，象素的每个象素子组元已经向其映射一组空间上不同的一个或多个采样，其中象素子组元中至少有一个具有一组向其映射的两个或更多个采样；基于向其映射的不同组的一个或多个采样，产生该象素的每个象素子组元的分立的发光强度值；以及利用分立的发光强度值把图象显示在显示装置上，导致象素的每个象素子组元而不是整个象素代表图象的不同部分。
26.如权利要求25所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置包括具有多个象素的液晶显示器。
27.如权利要求26所述的显示装置，其特征在于，多个象素中每一个的至少三个象素子组元包括红色象素子组元、绿色象素子组元和蓝色象素子组元，每一个是分别控制的。
28.如权利要求26所述的显示装置，其特征在于，进一步包括构成至少一部分图象的被显示文本字符，作为显示图象的步骤的结果，所述文本字符被显示在显示装置上。
29.如权利要求28所述的显示装置，其特征在于，多个象素的每一个具有一宽度，以及其中文本字符有一部分在平行于象素宽度的方向上具有其值不为该宽度整数倍的尺寸。
30.如权利要求29所述的显示装置，其特征在于，文本字符的这部分是文本字符的字干，字干的宽度不是象素宽度的整数倍。
31.如权利要求28所述的显示装置，其特征在于，多个象素的每一个具有一高度，以及其中文本字符有一部分在平行于象素高度的方向上具有其值不为该高度整数倍的尺寸。
32.如权利要求25所述的方法，其特征在于，将多个象素的象素子组元安排成在显示装置上形成相同颜色象素子组元的条。
33.一种供包含处理单元和存储器装置的计算机系统使用的显示装置，所述显示装置能够显示图象并包括多个象素，每个象素包括至少三个各具有不同颜色的象素子组元，包括第一象素子组元、第二象素子组元和第三象素子组元；以及计算机程序产品，它包括计算机可读的媒体，它载有可执行的指令，当被存储在所述存储器装置中时使所述计算机系统实施改善被显示图象分辨率的方法，所述方法包括以下动作对表示图象的信息进行采样，从而获得多个采样；把第一组一个或多个采样映射到显示装置的象素的第一象素子组元；把第二组一个或多个采样映射到所述象素的第二象素子组元；把第三组一个或多个采样映射到所述象素的第三象素子组元，其中第一、第二和第三组彼此在空间上是不同的，第一、第二和第三组中至少有一组包括两个或更多个采样；对于第一、第二和第三象素子组元中的每一个，基于向其映射的特定一组的一个或多个采样，产生分立的发光强度值；以及通过利用分立的发光强度值分别控制第一、第二和第三象素子组元中每一个，把图象显示在显示装置上，象素的第一、第二和第三象素子组元的每一个而不是整个象素代表图象的不同部分。
34.如权利要求33所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置包括具有多个象素的液晶显示器。
35.如权利要求34所述的显示装置，其特征在于，多个象素中每一个的至少三个象素子组元包括红色象素子组元、绿色象素子组元和蓝色象素子组元，每一个是分别控制的。
36.如权利要求34所述的显示装置，其特征在于，进一步包括构成至少一部分被显示图象的被显示文本字符。
37.如权利要求36所述的显示装置，其特征在于，多个象素中每一个具有一宽度，所述文本字符有一部分在平行于象素宽度的方向上具有其值不是宽度整数倍的尺寸。
38.如权利要求37所述的显示装置，其特征在于，文本字符的这部分是文本字符的字干，字干的宽度不是象素宽度的整数倍。
39.如权利要求36所述的显示装置，其特征在于，多个象素中每一个具有一高度，所述文本字符有一部分在平行于象素高度的方向上具有其值不是高度整数倍的尺寸。
40.如权利要求33所述的方法，其特征在于，将多个象素的象素子组元安排成在显示装置上形成相同颜色象素子组元的条。
全文摘要
揭示了对图象数据(1400)进行采样并把采样(C1的R、G、B)映射到构成LCD显示器(1402)一个象素元(R1－R6),使得每个象素子组元具有向其映射的图象(1400)的不同部分以及象素子组元中至少有一个具有向其映射的两个或更多个采样的方法与设备。所述方法可以与普通彩色LCD显示器一起使用,后者包括由三个不重叠红绿蓝矩形象素子单元或象素子组元构成的象素。用各个RGB象素子组元的可分别控制特征来有效地提高屏幕在一个尺度上的分辨率。扫描变换过程把图象数据(1400)的采样(C1的R、G、B)映射到各个象素子组元,包括把两个或更多个采样映射到象素子组元中的至少一个上。结果,象素子组元的每一个代表图象(1400)的不同部分。基于图象的不同部分单独产生红绿蓝象素子组元每一个的颜色值,而不是基于单个采样或者图象(1400)的相同部分产生整个象素的颜色值。
文档编号G09G5/28GK1335976SQ99811813
公开日2002年2月13日 申请日期1999年10月7日 优先权日1998年10月7日
发明者W·希尔, M·达根, 小L·B·凯利, G·C·希契考克, J·T·韦特德 申请人:微软公司