專利名稱：液晶顯示器的幀速調制的制作方法
本申請為1997年7月9日提交的、申請?zhí)枮镹o.08/890611的待審查在先申請的部分后續(xù)申請，該申請以引用方式整體結合在本申請中。
一般來說，本發(fā)明涉及顯示裝置，更具體地說，本發(fā)明涉及對于每個圖像單元(像素)只有兩種狀態(tài)(接通/斷開)或有限數(shù)量的分立狀態(tài)可供選擇的顯示裝置。更確切地講，本發(fā)明涉及用于增強顯示裝置例如液晶顯示器的灰度表現(xiàn)力的方法和裝置。
有許多種裝置可以用于圖像顯示，它們的顯示性能有很大差異。例如，在CRT顯示器上，光是由三種主要的熒光物質，紅色、綠色和藍色(RGB)熒光物質生成的，上述三色光由CRT中的電子束分別激發(fā)產生。通過對毗連的紅色、綠色和藍色熒光物質(構成每個像素)中的每一個施加變化強度的電子束，可以生成各種顏色和亮度的光。彩色圖像通常由像素陣列表示，各個像素的值由一個24位字表示，即每種顏色成分用一個8位字節(jié)表示。每一像素的每種顏色成分可以用0-255范圍內變化的一個強度值表示。在CRT上顯示的彩色圖像(例如計算機生成的)可以包含在這一色域或范圍內的大量顏色。
與CRT相比，液晶顯示器(LCD)的精度低得多，可能只限于每個像素1位的二值狀態(tài)(接通/斷開)，或者最多每個像素用4位數(shù)值表示。液晶顯示器生成的顏色或者灰度遠遠低于8位像素精度所能表示的。液晶顯示器一般由在兩塊基板之間間隙中填充液晶物質形成的平板構成。通過利用外加信號控制液晶物質的取向調制入射光，使其通過液晶板或將其阻斷來顯示圖像。各個像素排列成矩陣或陣列，由一組掃描電極和數(shù)據(jù)電極驅動。通?？刂泼總€像素在完全接通或完全斷開狀態(tài)之間轉換(二值)。在某些液晶顯示器中，可以通過施加處于完全接通和完全斷開電壓之間的液晶盒增量電壓實現(xiàn)中間灰度。但是，對于這種中間電壓電平的產生和維持存在許多實際的限制。利用與各個像素電極對齊鑲嵌的彩色濾光片或者使用由光學器件如分色鏡分成紅色、綠色和藍色成分的白光可以在液晶顯示器上顯示彩色圖像，利用液晶顯示器板對上述各種顏色成分進行調制。
為了以相對較高精度(例如8位/像素)在液晶顯示器上真實地表現(xiàn)一幅圖像，必須增加視覺上可以感覺得到的灰度亮度級數(shù)。一種方法就是幀速周期法或幀速調制法，按照這種方法，在多幀刷新過程中交替驅動一個像素打開和關閉以產生在該模式周期上的平均強度的視覺效果。例如，如果在三幀刷新過程中打開一個像素和在二幀刷新過程中關閉該像素，則對于該刷新周期似乎產生3/5的灰度強度。這種方法可能存在一些缺點，例如感覺閃爍(圖像似乎迅速地出現(xiàn)和消失)或浮動(圖像似乎存在虛影)。
人們已經作出各種努力來減少這些視覺缺陷。例如，授予Scheffer等人的美國專利US-5642133通過調制顯示列驅動信號的幅值或脈沖高度使液晶顯示器具有許多灰度級。但是，這種系統(tǒng)需要使用多極驅動器。授予Singhal等人的美國專利US-5313224試圖通過沿時間軸和顯示器的水平和垂直軸擴展調制像素的相位來減少閃爍。授予Akodes的美國專利US-4921334則是將多極驅動器與連續(xù)幀之間的時間復合結合使用的一個例子。授予Garrettt的美國專利US-5608649試圖通過使用難以辨別的模式在開狀態(tài)和關狀態(tài)之間循環(huán)轉換來減少閃爍。授予Liu的美國專利US-5389948根據(jù)原始圖像中對應像素的灰度值、幀數(shù)、和混色顯示矩陣(dither matrix)中一個單元的值改變每個像素的照度。雖然這些現(xiàn)有技術有助于減少閃爍視覺幻象，但是它們提供均勻的點陣圖形或大量的灰度級數(shù)的能力是有限的。
所以，本發(fā)明的一個目的是克服現(xiàn)有技術系統(tǒng)中存在的缺點，以在具有有限精度的顯示器中表現(xiàn)灰度梯度。
具體地說，本發(fā)明的一個目的是提供用于在液晶顯示器(LCD)上顯示圖像的一種改進的系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個目的是提供用于對液晶顯示器進行幀速調制以減少閃爍和視覺幻象的一種改進的系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一個目的是增加能夠在二值顯示器上表現(xiàn)出來的灰度級數(shù)。
本發(fā)明的又一個目的是在幀速調制圖像的每一幀中提供均勻的點陣圖形。
本發(fā)明利用分散的混色顯示矩陣產生非常均勻的點陣圖形。這種顯示矩陣是使用頻率調制或分散點屏蔽方法產生的。圖3表示作為示例的一個16×16分散混色顯示矩陣。
為了產生p/q的灰度，我們首先根據(jù)每個顯示周期的幀數(shù)或幀刷新率q生成從1至q的一個線性量化灰度級表。在時間t(1)，為激活選擇量化表中的前p個表列值。在其后的各個時間t(2)、t(3)、……t(q)，循環(huán)移動量化表中的數(shù)值，選擇移動之后量化表中前p個表列值。例如，為了產生3/5的灰度，生成如圖5所示的量化表。對于每一幀激活表中前3個表列值。隨著時間的推移，所述前3個表列值的量化級將如圖5所示變化。5幀中的激活級依序為(1,2,3)、(4,5,1)、(2,3,4)、(5,1,2)、和(3,4,5)。采用這種方法，在任何幀中有三級是激活的，但是選定用于激活的特定級是逐幀變化的。
激活量化級借助于分散的混色顯示矩陣變換，如圖3所示，以生成相應圖形序列，這些圖形序列將在液晶顯示器板中顯示以表現(xiàn)不同的灰度?；焐@示矩陣(例如圖3)在矩陣中每個表列值的秩量化至q級(例如圖5)。這樣就構成圖4所示的量化矩陣。一個像素根據(jù)其相應的量化級是否激活而打開或關閉。在3/5灰度的例子中，根據(jù)每個陣元的秩將該矩陣量化至5個不同的級。如圖5所示依序在5幀中產生激活級。激活級的移動構型利用產生相應圖形序列的量化矩陣變換。由于選擇圖3所示的矩陣，該矩陣使點陣分布最為均勻，所生成的圖形在每一幀都保持均勻性。
通過參照以下結合附圖所作的說明和提出的權利要求能夠更好地理解本發(fā)明，從而明了本發(fā)明的其它目的和成就。
在附圖中相同的參照標號指示相同的部分。


圖1A、1B、和1C為表示本發(fā)明的運行環(huán)境的各種基本結構的方框示意圖；圖2A和2B共同構成本發(fā)明的主要功能部分的方框示意圖；圖3表示本發(fā)明的一個示例混色顯示矩陣的閾值；圖4表示量化到5級的圖3所示混色顯示矩陣；圖5表示本發(fā)明量化表的一個示例，其表列值在5幀中移動；圖6為本發(fā)明用于生成混色顯示矩陣的方法的起始階段的流程圖7為為本發(fā)明用于為混色顯示矩陣各個單元指定最低秩值的方法的流程圖；圖8為用于說明Voronoi分區(qū)的示意圖；圖9A-C用于說明方塊分區(qū)；圖10A-C共同構成本發(fā)明用于為混色顯示矩陣各個單元指定較高秩值的方法的流程圖；圖11為用于評估間隙大小的高斯內核的示意圖；圖12為本發(fā)明的主要功能單元的另一部分的方框示意圖；和圖13為表示本發(fā)明方法的一般步驟的流程圖。
現(xiàn)在參見圖1A、1B和1C，它們均為本發(fā)明運行環(huán)境的一般方框示意圖。源圖像S從一個圖像生成裝置或輸入裝置10輸出，所說圖像生成裝置或輸入裝置可以是例如具有圖形制作能力的一臺個人計算機、數(shù)字式攝像機、掃描儀等。源圖像可以是來自一個視頻源的靜止圖像或運動圖像。利用圖像處理單元12處理源圖像，并傳送到LCD顯示裝置14予以顯示。LCD顯示裝置14可以是例如計算機或投影儀的平板顯示器。
圖像處理單元12可以用硬件結合分立元件、軟件、固件、專用集成電路(ASICs)或其任意組合實現(xiàn)。此外，在本說明書中將圖像處理單元劃分成功能塊只是為了便于描述。這些塊的功能和物理邊界是依裝置而不同的。例如，圖1B表示與LCD顯示裝置14集成在一起的圖像處理單元。圖像處理單元的各個部分可以在功能上與輸入裝置比LCD顯示裝置更加相關，或者反過來。圖1C表示用圖像處理單元構成個人計算機(PC)18的一部分的一個實施例，該計算機可以控制圖像處理單元12、LCD顯示裝置14、打印機26、輸入裝置如掃描儀16和數(shù)字攝像機28的操作和它們之間的通信，以及分別與PC總線30直接或間接連接的外圍設備如I/O裝置24的控制和與其的通信。在該實施例中，源圖像可以是預先存儲在(并且或許經過處理而增強的)一個I/O裝置24中，而且可以通過I/O接口20裝載到PC中，或者可以利用數(shù)字圖像輸入裝置例如數(shù)字攝像機28捕捉圖像。此外，可以將軟件形式的圖像處理單元12從一個外部存儲裝置，即I/O裝置24，裝載到PC的存儲器中。或者，可以將由硬件、ASIC、固件等，或者其組合構成的圖像處理單元包含在一個任選插件22中，后者可以插入一個PC卡槽中。
雖然本發(fā)明可以應用于具有這些基本部分的任何一種這類裝置中，但是為了便于說明，僅僅在如圖2A和2B所示的特定的圖像處理單元如LCD顯示裝置14的運行環(huán)境下描述本發(fā)明。在圖2所示的示例系統(tǒng)中，將構成PC18的一部分、用于控制圖像處理和其它系統(tǒng)操作的一個中央處理器(CPU)36通過總線40與一個圖形控制器38連接，所說總線40可以是PC總線30的一部分或者是與其不同的一條總線。圖形顯示控制器38通過總線44與視頻存儲器42相連，用于從中檢索圖像數(shù)據(jù)，并且通過總線46與LCD顯示裝置14相連，用于向其傳輸圖像數(shù)據(jù)。圖形顯示控制器38在總線46上傳送數(shù)據(jù)信號(Px,y)、掃描線時鐘信號、幀信號和像素時鐘信號以控制LCD裝置14。如圖所示，混色顯示矩陣發(fā)生器78也與總線40連接，下文中將對其工作方式予以介紹。如圖所示，為了便于討論，將混色顯示矩陣發(fā)生器78作為一個獨立的功能塊，它可以構成圖像處理單元14的一部分(圖1A、1B和1C)，并且可以用具有分立元件的硬件、軟件、固件、專用集成電路(ASIC)、或其組合加以實施。
源圖像S可以來自各種輸入裝置，包括具有圖像產生能力的個人計算機、掃描儀、數(shù)字攝像機等。圖像可以是一份文件、照片或文字與圖形混合圖像的數(shù)字表示，例如位圖或位圖組合的形式，并且存儲在視頻存儲器42中，所說存儲器可以是任何適合的存儲器或者一個存儲器例如一個隨機存取存儲器(RAM)的一個指定區(qū)域。所存儲的電子圖像由許多被稱為像素(像素pixel是圖像元素picture element的縮寫)或圖素(圖素pel是打印元素print element的縮寫)的離散采樣值構成。每個像素由它的位置(例如x和y坐標)和強度限定。一般來說，計算機存儲圖像所使用的精度是每像素8位，這樣可以表示256灰度級。為了便于討論，假定輸入源圖像S的分辨率和LCD顯示器的分辨率相同。但是，在大多數(shù)情況下，已經采用各種過濾技術對源圖像進行向下采樣或向上采樣以與LCD的分辨率兼容。
像素時鐘信號監(jiān)視當前像素的x-坐標，掃描線時鐘信號監(jiān)視當前像素的y-坐標，其值(強度)包含在像素數(shù)據(jù)信號Px,y中。幀信號或垂直消隱信號用于監(jiān)視在一個顯示時間周期內每個顯示幀的計數(shù)。LCD顯示屏在一個顯示時間周期內刷新許多次以表現(xiàn)相同的圖像數(shù)據(jù)。圖形顯示控制器控制視頻存儲器在每個新的顯示時間周期提取新的圖像數(shù)據(jù)用于顯示。眾所周知，這種常規(guī)操作可以用幀緩存器和先進先出(FIFO)緩存器來實現(xiàn)。
像素時鐘信號和掃描線時鐘信號還用于尋址混色顯示矩陣48?；焐@示矩陣是混色矩陣閾值的一個N×N陣列。利用混色顯示矩陣48是由于，與原始圖像相比，通常的LCD顯示器只能在完全接通和完全斷開(在灰階顯示中)兩種狀態(tài)再現(xiàn)每個像素，而在原始圖像中每個像素可以具有256個可能值之一。某些LCD顯示器能夠在一定程度上實現(xiàn)較為精細的顯示值量化，但是即使是那些能夠實現(xiàn)的量化也幾乎總是比原始圖像粗糙。為了實現(xiàn)較為精細的灰階量化顯示，我們采用半色調(half-toning)技術，按照這種技術在均勻灰度區(qū)域利用相互間插的白像素和黑像素實現(xiàn)灰度顯示，每種像素的百分比依賴于所要實現(xiàn)的灰度效果。當然，大部分需要顯示的圖像都具有像素值不均勻的區(qū)域，所以必須有一種方式可以將一個像素與另一個像素強度值不同的這些像素進行半色調處理。對這種像素進行半色調處理的一種相對較為快速的方法就是“混色方法”。
混色法(dithering)包括將像素值與一個混色顯示矩陣的相應閾值進行比較的步驟。例如，讓我們假設該混色矩陣的大小為16×16，圖像空間為640像素乘480線?；焐幚戆ㄔ诶碚撋鲜够焐仃嚫采w原始圖象的每個這類子區(qū)域，使得每個像素與一個相應的混色閾值相關聯(lián)。將一個給定的像素圖像值與其如此指定的閾值進行比較，確定該像素是否接通或斷開。如果給定像素的圖像值超過該像素的混色閾值，則該像素是接通的。否則就是斷開的。每個像素的混色運算輸出是該像素接通或斷開的一個二值指示。利用模數(shù)計數(shù)器，即像素計數(shù)器50和掃描線計數(shù)器52，將混色顯示矩陣的陣元變換到x-y圖像坐標空間，使得D(x,y)=D(i,j)，對于i=x mod N和j=y mod N。本發(fā)明利用一種新方法使用混色矩陣發(fā)生器78產生混色顯示矩陣48的值，在下文中將對其進行詳述，該方法公開在待審查的美國專利申請No.08/890611(1997年7月9日提出申請)中，該專利申請以引用方式結合在本申請中。圖3中表示了利用這種新方法生成的示例性的16×16混色顯示矩陣。這種混色顯示矩陣可以在所顯示的圖像中產生非常均勻的像素圖形。
利用比較器54將當前像素值Px,y(即0-255)與相應的混色顯示矩陣Di,j值進行比較，從而產生Pdith=1或Pdith=0這兩個值之一。例如，如果當前像素Px,y具有灰度值150，而映射到該x-y坐標的混色顯示矩陣陣元Di,j的閾值為122，則比較器54將輸出Pdith=1值。為了便于解釋，圖中示出比較器54兩個獨立的輸出，但是只能夠獲得一個輸出，該輸出對于Pdith=1為高電平(激活)，對于Pdith=0為低電平(未激活)。比較器54的輸出被輸入到像素輸出發(fā)生器56(圖2B)，下面對此予以介紹。
為了改善所顯示圖像的視覺效果，在本發(fā)明中應用幀速調制來擴展用LCD顯示器表現(xiàn)的灰度梯度。LCD刷新的幀率或頻率對于不同顯示裝置是不同的。在一個幀調制系統(tǒng)中，形成顯示器上圖像的像素在不同的幀中相應于所表現(xiàn)的色彩的灰度級或灰度梯度而接通或斷開。在本申請的討論中，將每個顯示周期的幀數(shù)表示為q。舉例來說，假設顯示器每個周期刷新5次(q=5)和顯示器的一個區(qū)域的有效灰度為3/5(例如將121/255量化為5個可顯示的灰度級)。如果這個區(qū)域中所有的像素都只是在前三幀中接通，而在后二幀中斷開，則會出現(xiàn)顯而易見的閃爍。改變像素隨時間變化接通和斷開的模式，并且保持接通和斷開像素的比例，有助于減少擾動效果。
參見圖2A，在本發(fā)明中混色顯示矩陣閾值Di,j還輸入到多閾值處理單元58，其根據(jù)每個顯示周期的幀速或幀數(shù)量化該輸入值。例如，如果每個幀周期(q=5)有5幀，則該閾值將被量化為1、2、3、4或5。圖4表示了圖3所示的混色顯示矩陣量化到5灰度級的量化結果。多閾值處理單元58的輸出是一個量化的混色顯示矩陣值DijQ。這個值輸入到激活級比較器60(圖2B)，其將量化的混色顯示矩陣值DijQ與量化表62中的激活表列值進行比較。
如圖2B所示，量化表62由一個線性的、多輸出、循環(huán)移位寄存器構成。量化表62中表列值的數(shù)目由顯示周期中的幀數(shù)(q)確定。例如，如果為5幀/周期，則表62由值為1、2、3、4和5的5個表列值構成。每一幀刷新周期的輸出數(shù)由所表示的量化像素值(p)確定。為了產生p/q的灰度梯度，線性量化表62按照幀/周期值q由灰度級為1至q的q個表列值構成。在時間t(1)，根據(jù)輸出#線上的量化像素值p，選擇量化表中前p個表列值進行激活。將這些表列值在輸出線64上輸出到激活灰度級比較器60。在其后的每個時間t(2)、t(3)、…t(q)，在激活移位線上的幀信號之后，將量化表中的數(shù)值循環(huán)移位，例如移動兩個位置，并在移位之后選擇量化表中前p個表列值以從線64輸出。例如，為了產生3/5的灰度梯度，生成如圖5所示的量化表。在每一時間周期，將該表中前3個表列值輸出作為激活灰度級。隨著時間推移，這前3個表列值中的量化灰度級不斷變化。如圖5所示，在5幀中的激活灰度級依序為(1,2,3)、(4,5,1)、(2,3,4)、(5,1,2)和(3,4,5)。利用這種結構，在任何一幀中都激活3個灰度級，但是為激活所選擇的特定灰度級是逐幀變化的。
所表現(xiàn)的灰度梯度p/q是利用當前像素值Px,y和幀速確定的。如圖2A所示，當前的像素值Px,y輸入到多閾值處理單元58中，該單元將量化當前的像素值。在上述的具有5幀/周期的示例中，多閾值處理單元58將當前像素值量化為等于1、2、3、4或5的像素量化值p，相應的灰度分別為1/5、2/5、3/5、4/5和5/5。
如圖2B所示，將線性量化表62的輸出線64上的作用電平輸入作用電平比較器60。如上所述，還將量化混色矩陣值DijQ輸入作用電平比較器60。作用電平比較器60將各個作用電平與當前的量化混色矩陣值DijQ比較以確定對應于當前像素Px,y的混色矩陣值是否是一個作用電平或非作用電平。例如，如果當前當前像素Px,y具有某一灰度值，并且映射到該x-y坐標的混色矩陣位置Di,j的閾值為120，則該量化混色矩陣值DijQ為3(比較圖3和圖4)。此外，使用如圖5所示的示例，如果顯示周期在第一幀t(1)，作用電平比較器60將當前的量化混色矩陣值3與當前的作用電平值1、2和3進行比較，以找到一個匹配值。然后，比較器60輸出一個作用電平信號Latv=1，指示對應于當前像素的量化混色矩陣閾值與當前幀中的作用電平之一匹配。再利用圖5所示的示例，如果顯示周期在第二幀t(2)，作用電平60將當前的量化混色矩陣值3與當前的作用電平值4、5和1進行比較，沒有發(fā)現(xiàn)匹配值。然后，比較器60輸出一個作用電平信號Latv=0，指示對應于當前像素的量化混色矩陣閾值與當前幀中的任何一個作用電平都不匹配。為了解釋清楚，在圖中表示了比較器60的兩種獨立輸出結果，但是實際上只能實現(xiàn)一個輸出Latv。對于Latv=1為高電平(作用電平)，對于Latv=0為低電平(非作用電平)。比較器60的輸出結果輸入到像素輸出發(fā)生器56中。
像素輸出發(fā)生器56從比較器54接收混色像素值Pdith，并從比較器60接收作用電平值Latv。像素輸出發(fā)生器表示為兩個門邏輯算子。如果混色像素值Pdith和作用電平值Latv都等于1(或高電平或作用電平)，則邏輯與門56A產生一個信號Pout=1。這意味著如果當前像素值超過相應的混色矩陣閾值，并且對于當前幀來說量化混色矩陣值為量化表中的一個作用值，則產生信號Pout=1。如果混色像素值Pdith或作用電平值Latv都等于0(或低電平或非作用電平)，則邏輯或門56B產生一個信號Pout=0。這意味著如果當前像素值沒有超過對應的混色矩陣閾值，或對于當前幀來說量化混色矩陣值不是量化表中的一個作用值，則產生信號Pout=0。為了便于討論，圖中所示像素輸出發(fā)生器56具有兩個門和兩個輸出，但是實際上只能實現(xiàn)一個與門，該與門具有Pdith和Latv輸入和一個輸出Pout，僅僅當輸入都為作用電平(或1或高電平)時，該輸出為作用電平(或1或高電平)。Pout信號，該信號表示當前像素的數(shù)據(jù)值(接通/斷開，或1/0)，輸入到LCD顯示控制板64中。
LCD顯示控制板64按照常規(guī)方式工作，可以包括例如水平和垂直移位寄存器66和68、像素和線驅動器70和72、像素數(shù)據(jù)鎖存器74和一個LCD顯示器76?；谙袼貢r鐘信號，水平移位寄存器66啟動一個可選擇像素鎖存器74保存輸入的像素數(shù)據(jù)，所說像素數(shù)據(jù)通過像素驅動器70的像素數(shù)據(jù)捕捉線在顯示器76上形成一行。根據(jù)掃描線時鐘信號，垂直移位寄存器68確定顯示器76的哪一行接收所說像素數(shù)據(jù)行。垂直移位寄存器68利用各個連續(xù)的掃描線時鐘信號使以前的行失效，而使用一個繼續(xù)行驅動器72使顯示器76各行啟用以接收下一行像素數(shù)據(jù)。對于每一幀圖像信息重復這個過程。
本發(fā)明的上述方面獲得了一種靈活裝置，這種裝置能夠在LCD顯示器上表現(xiàn)任何數(shù)目的灰度，并且只受特定顯示器幀速率的限制。所說電平移位量化表確保幀與幀之間的轉換，而不會產生可以感覺得到的閃爍或浮動。按照本發(fā)明所使用的混色矩陣使得各幀的點圖一致。
下面介紹混色矩陣生成操作，更加詳細的介紹可以參見美國專利申請No.08/890611(1997年7月9日提出申請)，該申請全部內容以引用方式結合在本申請中。
圖6至圖11表示混色矩陣發(fā)生器78的操作?；焐仃嚢l(fā)生器78可以構成處理器14(圖1A、1B和1C)或PC18的一部分，為了便于討論圖中將其表示為一個獨立的功能塊，而且可以用包含分立元件的硬件、軟件、固件、專用集成電路(ASIC)、或它們的任意組合實施。(下面)考慮每個像素8位的數(shù)字圖像的情況。一個像素可以具有255-0之間的任意灰度值，其中255(=28-1)相當于完全白或完全“接通”，0相當于完全黑或“斷開”。如果成象裝置是諸如打印機之類的裝置，其中成像劑(在打印機的情況下為墨粉)施用量的增加會使圖像亮度降低，在圖像顯示過程中通常將圖像數(shù)據(jù)轉換為互補值。以下的討論將以這種互補色值進行表述，即較高的值表示較暗的圖像，并且使用“墨點”術語，而不使用“接通”像素和“斷開”像素，但是其原理同樣適用于正色彩或灰度表示，諸如在LCD顯示器或陰極射線管中產生的顯示。
為了使描述更加具體，我們假設矩陣用于進行具有8位輸入值和1位輸出值的混色運算，因此每個像素具有256可能的輸入像素值。所以不同的閾值的數(shù)目一定是比之小一，即255。設定矩陣大小為128×128，每個閾值將出現(xiàn)在64或65個混色矩陣位置上(191值×64位置/值+65值×64位置/值=128×128位置)。
現(xiàn)在，為混色矩陣賦值的一般方法開始時幾乎任意地選擇一個初始光灰度值和選定(少有)應當用于應均勻呈現(xiàn)該初始灰度值的子區(qū)域的初始點圖形?？梢允褂毛@得該初始點圖形的各種方法。從例如向具有均勻的初始灰度的一個圖像應用“誤差擴散”產生的輸出的一個混色矩陣大小的子區(qū)域可以獲得點圖形。誤差擴散是一種眾所周知的半色調方法，按照這種方法將從在一個像素處進行半色調處理獲得的量化誤差“擴散”到相鄰像素。誤差擴散能夠比混色更好地使整體誤差最小，但是在許多情況下混色方法是更為可取的，因為這種方法計算量較小。
圖6中所示方框82代表誤差擴散過程。圖6所示程序的目的是產生一個二值矩陣，其大小為所要產生的混色矩陣的大小，其陣元表示當該子區(qū)域具有等于起始值的均勻灰度值時相應的子區(qū)域像素是否將接受一個墨點當所有輸入像素值等于起始值時，包含“1”的二值矩陣位置對應于應當接受墨點的子區(qū)域像素，而包含“0”的二值矩陣位置對應于其它的子區(qū)域像素。設定初始灰度值為0(白色)至255(黑色)灰度級上的比如說10(淺灰)。這意味著完美地講，墨水應當沉積在642個子區(qū)域像素，即128×128子區(qū)域像素的10/255的像素上，從而理想地在誤差擴散輸出中應當包含許多邏輯“1”。
實際上，“1”的數(shù)目可以不恰好是642，從而可以增加點數(shù)，如方框84所示。選擇用于增加點的矩陣位置是從對應于包含“Voronoi頂點”的候選像素中選擇的。如下面結合附圖8所解釋的，Voronic頂點是距至少三個與其最接近的包含點的像素的中心等距離的一個點，所以最大的間隙，或空白中包含這樣一個點。通過為每個候選位置評定一個分數(shù)可以確定位于最大空隙中的那些點，所說分數(shù)是通過對候選位置的卷積核定中心和求取對應于尚不含有點的像素的核函數(shù)系數(shù)之和而獲得的。盡管可以使用其它類型的核函數(shù)，但是對于實現(xiàn)該目的來說，具有1.5個像素寬度標準偏差的一個11×11階高斯核函數(shù)是適合的核函數(shù)。我們結合該方法其后的階段介紹空隙尺寸和點群緊密度的其它度量標準。
即使不需要調整點數(shù)，誤差擴散過程也會給這些點的設置造成不均勻性，因此執(zhí)行均勻化程序86，即從最緊密的點群將“1”移動到最大空隙，直到移出“1”的最緊密點群生成最大空隙位置。
在識別出應當接受墨點以形成初始灰度級的子區(qū)域像素之后，我們開始為形成如此定位墨點的混色矩陣閾值賦值。我們逐步地為閾值賦值。我們知道，對應于包含“1”的初始二值矩陣的混色矩陣陣元位置上的閾值都應當小于10，而在所有其它位置閾值應當為10或者更大。為閾值賦值任務的第一階段是確定所有小于10的閾值的位置。
圖7表示這個階段，它包括從二值矩陣最密集的位置反復地移出“1”，即在前面的移出墨點步驟之后概念上從剩余的最密集墨點位置移出一個墨點。當移出足夠多的“1”以將剩余數(shù)目減少到表現(xiàn)灰度值9所需的墨點數(shù)目時，所有對應于在該過程中已經從中移出“1”的二值矩陣位置的混色矩陣位置都應當接受閾值9當灰度值為10時應當允許在這些位置沉積墨點，而當灰度為9時不允許。通過按照這種方式繼續(xù)地移動“1”，可以類似地識別應當接受從8至0的閾值的位置。
圖7表示這個運算階段，但是沒有參照實際的閾值，其依賴于量化級數(shù)和混色矩陣的大小(在本例中，分別為28=256和128×128)。相反，圖7以更上位的術語將該運算表述成為每個位置賦予一個秩值，秩值表示對應子區(qū)域像素在其序列中的階數(shù)，如果隨著子區(qū)域像素數(shù)目允許的程度該子區(qū)域逐漸變暗，則在所說序列中的這些像素將接受墨點。就是說，如果輸入量化級數(shù)(在本例中為28)大于混色矩陣位置數(shù)(在本例中為128×128)，則秩值和閾值相同，所以它等于閾值數(shù)。換句話說，利用諸如下列關系式可以容易地從秩值獲得閾值T=trunc(RNT/NL)
其中T為閾值，trunc(x)為不大于x的最大整數(shù)，R為秩值，NT為閾值數(shù)(在本例中為28-1=255)，NL為混色矩陣位置的數(shù)目。我們更愿意在開始時通過計算秩值來賦值，因為明確地賦予和保存秩值使得賦值運算能夠用于不同的量化程度。就是，一旦已經確定了秩值R，則可以在除將上述方程應用于T之外無需任何其它處理就為不同的NT/NL值生成不同的混色矩陣。正如上述方程所指示的，盡管對于實現(xiàn)本發(fā)明目的來說為一個混色矩陣位置賦予一個秩值等價于為其賦予一個閾值，但是我們將交替地提及這兩個概念。
在本例中對應于從中去掉“1”的第一二值矩陣位置的混色矩陣位置的秩值為641，因為如果該子區(qū)域是逐漸變暗的，則該位置是接受墨點的前642個位置中最后一個。圖7中方框88表示初始化秩值的過程。對于越來越小的秩值重復圖7所示程序，直至已經按照方框90所表示的步驟為所有初始選擇位置的秩值賦值為止。
我們使用兩種不同方式識別對應于最密集的子區(qū)域像素的位置。當在二值矩陣中“1”的總數(shù)，即混色矩陣概念上覆蓋的子區(qū)域中剩余墨點的數(shù)目達到應當接受0閾值的位置數(shù)目時，如在方框92表示的步驟中所確定的，我們通過確定候選位置上卷積核函數(shù)的中心和求取對應于保留墨點的像素的核函數(shù)系數(shù)之和來評估密集程度。與以前一樣，我們使用一個11×11核函數(shù)，其值正比于具有1.5標準偏差的一個兩維高斯函數(shù)。方框94表示在據(jù)此評定的密集度基礎上從這些位置中進行選擇。
但是，在剩余點數(shù)變?yōu)?閾值之前，通過Voronoi分區(qū)方法識別最密集的像素，方框96表示這個過程。參照圖8可以理解Voronoi分區(qū)。
圖8表示由一個混色矩陣限定的一個子區(qū)域，為了便于說明，所說混色矩陣大小為10×10；即，其大大小于上述128×128的示例混色矩陣。讓我們假定該二值矩陣指定只有像素100、102、104、106、108和110接受墨點，當所說子區(qū)域98呈現(xiàn)圖7程序所確定的淺灰灰度級之一時，所說二值矩陣指定哪些像素將接受墨點。對于如此選擇的每個像素，Voronoi分區(qū)與包含所有與該像素中心點至少象與任何其它仍然選定接受墨點的像素中心一樣接近的一個分區(qū)相關。用于確定該(多邊形)分區(qū)頂點和為進行區(qū)域確定計算而將這些頂點排序的方法是本領域眾所周知的，可以在例如K.Mulmuley所著的Computational Geometry,AnIntroduction Through Randomized Algorithms,Prentice-Hall出版社，Englewood Cliffs,NJ,1944中找到。
在執(zhí)行分區(qū)運算時，必須記住是利用混色矩陣“拼成”圖像；在均勻灰度圖像中相鄰的子區(qū)域像素112和114在對應的像素100和102接受墨點時也接受墨點，從而所得的分區(qū)如圖8中虛線所示。特別是，像素100的分區(qū)也包括區(qū)域116，因為區(qū)域116中包含的這些點比到像素108和110更接近對應的像素112?？疾爝@一點的一種方式是將該子區(qū)域想象成一張柔軟的紙，將這張紙的上邊沿與其下邊沿貼在一起以形成管狀，將管的兩端連接在一起形成一個環(huán)面，使用所得環(huán)面上各點之間的最短距離確定Voronoi分區(qū)。
分區(qū)用于確定哪些接受墨點的像素在墨點最密集的區(qū)域中。與最小面積Voronoi分區(qū)相關的像素被認為與最緊密的點群相關。
如果僅有一個這樣的像素點群是最緊密的，則相應的混色矩陣位置是指定當前秩值的位置。如果不止一個像素分區(qū)具有最小面積，可以簡單地從最小分區(qū)面積像素中隨機地選擇出將要從中去掉墨點的下一個像素。我們發(fā)現(xiàn)應用其它的像素選擇標準能夠抑制用其它方式無法消除的視覺上的擾動虛影。
鑒于在圖7所示步驟118中應用的點群緊密度度量表明了對應于候選混色矩陣位置的候選像素周圍的其它包含墨點的像素的密集程度，在方框120中應用的點群緊密度度量表明候選位置周圍具有接近指定秩值的秩值(迄今為止所確定的)的位置的密集程度。構成“接近”的標準可以通過設計加以選擇。例如，對于某些設計來說，如果一個秩值相關的閾值僅與所指定閾值相同或差1，則認為秩值接近。對于其它設計來說，如果一個秩值與所指定的秩值的差值小于具有每個閾值的子區(qū)域像素數(shù)目(在本例中=64或65)，則認為秩值接近。我們稱之為“距離標準”。
通過采用實施這種標準的Voronoi分區(qū)點群緊密度度量可以實現(xiàn)本發(fā)明的教導，但是我們更愿意采用一種不同的度量。在方框120表示的步驟中，對于這些接近秩值的像素聚集在一個給定像素周圍的緊密度的度量簡單地就是從給定像素至一個接近秩值的像素的最短距離在步驟118中所涉及的候選位置中，這種接近秩值位置中被認為是最緊密點群的位置為與最接近秩值位置距離最小的候選位置。就是說，如果P={pi；i=0,…,M-1}是M個這種接近秩值位置的集合，而X={xi；j=0,…N-1}是經歷步驟118的N個候選位置的集合，則下一個被賦予秩值的位置的下標J由下式給出J=argminj{miniD(xj,pi)},]]>其中D(x,y)為上述環(huán)面上對應于位置x和y的子區(qū)域像素之間的最小測地距離。
如果這個標準也導致一種約束，我們對于相關的位置應用另一種標準，如方框121所示。對于這種標準，需將整個子區(qū)域矩陣劃分成若干組。例如，如果該二值矩陣大小為128×128，我們可以將圖9A所示的子區(qū)域分成16個大小為32×32的組，如圖中虛線所示。由于與以上參照圖8所述相同的理由，一個組的位置對應于當平面子區(qū)域變形為一個環(huán)面時彼此接近的像素，所以對應于接近子區(qū)域一個邊沿的一個像素的位置與對應于接近相反邊沿的一個像素的位置屬于相同的組。例如，圖9A中子區(qū)域122a-b構成圖9B中的一個組，圖9A中子組123a-d構成圖9C中的一個組。
如果其中像素對應于給定的一個殘留候選位置的一個組中比包含對應于任何其它殘留候選位置的像素的其它組包含更多的剩余墨點，即，如果二值矩陣的對應子矩陣比對應于包含一個殘留候選位置的一個組的任何其它子矩陣包含更多的剩余“1”，則所說給定的殘留候選位置就是所選擇的下一個賦予秩值的位置。否則，從殘留候選位置中進行的選擇是隨機的。
在如此選擇了下一個位置之后，將當前的秩值(或者等價地，相關的閾值)輸入混色矩陣中相應位置，如方框124所示，并減小在下一個循環(huán)中賦予的秩值，如方框126所示。然后重復圖7所示的循環(huán)直至賦予0秩值為止。
與圖7程序相反，該圖7中是以遞減次序向各個位置賦予秩值的，這些位置將接受低于初始選定灰度值的閾值，圖10A、10B和10C(統(tǒng)稱圖10)中的程序是按照遞增次序向將接受大于初始選定灰度值的閾值各個位置賦予秩值的。如方框128所示，圖10的程序從與圖7所示相同的初始二值矩陣開始，但是圖10中的程序是向對應于初始二值矩陣中“0”的位置賦予秩值，而不是向對應于“1”的位置賦予秩值。
如方框130所示，這個程序從等于初始二值矩陣中“1”的數(shù)目的一個秩值開始，即該程序從還未被賦值的最低秩值開始。如方框132和134所示，當增加的秩值不再小于混色矩陣位置總數(shù)時，該程序停止，所說位置總數(shù)在一個M×N矩陣中為MN。
到那時，按照依賴于秩值的方式選擇下一個秩值的位置。圖10B表示將秩值范圍劃分成四個區(qū)間。在本例中最低區(qū)間的上限VBOUND為1600，或這是總秩值范圍的大約10％。現(xiàn)在，賦予這個范圍內的秩值時，二值矩陣的絕大多數(shù)位置包含“0”幾乎所有位置都賦予閾值。例如，在圖8所說的子區(qū)域98中，除了像素100、102、104、106、108和110之外的所有像素都是候選者。因此，如圖10B中方框136和138所示，該程序通過執(zhí)行Voronic分區(qū)減少了候選位置的數(shù)目。具體地說就是，僅當一個位置對應于包含所形成的分區(qū)頂點例如分區(qū)142的一個子區(qū)域像素，例如像素140時，才可以認為這個位置是一個候選位置。
該方法通過為每個候選位置給予一個分數(shù)確定這些位置中哪一個位置對應于最大空隙或空白中的一個(包含Voronoi頂點)子區(qū)域像素，所說分數(shù)通過對該候選位置的卷積核函數(shù)求中心和求取對應于尚不含有墨點的像素的核函數(shù)之和而求得。方框143表示這個步驟，還可以認為這個步驟是識別其周圍接受墨點像素聚集的緊密度最小的像素。為此目的可以使用的一種類型的核函數(shù)是一個具有1.5像素寬度標準偏差的9×9高斯核函數(shù)，圖1表示了其中的一個示例。
如果得到一個約束分數(shù)，我們應用距離標準，如方框144所示。運算過程與圖7中步驟120所示相同，但是有兩個例外。第一，在用于應用所說標準的組中已經賦值位置的秩值小于正在賦予的秩值，而不是大于。第二，由于墨點是概念上添加到最大空隙中，而不是從最緊密的點群中移出，所選擇的像素為這種接近秩值像素最為松散地，而不是最為緊密地，聚集在其周圍的一個像素，從而檢索過程針對最大距離，而不是最小距離進行。就是說，如果P={pi；i=0,…,M-1}是M個這種接近秩值位置的集合，而X{xj；j=0,…N-1}是經歷前面步驟的N個候選位置的集合，則下一個賦予秩值位置的下標J由下式給出J=argmaxj{miniD(xj,pi)},]]>
其中D(x,y)為上述環(huán)面上對應于位置x和y的子區(qū)域像素之間的最小測地距離。
如果仍然得到一個關聯(lián)結果，我們就通過應用與在圖7中方框121中使用的組分區(qū)標準互補的一種標準打破它。如果其中像素對應于給定的殘留候選位置之一的一個組的位置使之包含比包括對應于任何其它殘留候選位置的像素的組較少的墨點，即，如果該二值矩陣的相應子矩陣包含的“1”少于對應于包含殘留候選位置的一個組的任何其它子矩陣，則給定的殘留候選位置就是下一個選擇賦予秩值的位置。通過隨機選擇可以打破任何其它關聯(lián)。
對于開始時關聯(lián)的候選位置賦予秩值的次序在許多情況下是重要的，通過應用步驟144和146的標準或者圖7中步驟120和121的標準可以確定這個次序。首先，如果關聯(lián)候選位置的數(shù)目超過仍然需要賦予當前閾值的位置的數(shù)目，例如，如果相對于具有255個不同閾值的一個128×128矩陣這類候選位置的數(shù)目大于64或65，則該秩值次序對于那些關聯(lián)位置中的不同位置將要接受的閾值產生影響，從而如果不認真選擇，有可能出現(xiàn)輕色調和中色調干擾虛影。第二，如果所選擇的候選位置位于應用選擇標準的卷積核函數(shù)以計算另一個候選位置的分數(shù)，該分數(shù)將改變，并且能夠防止象在其它情況下一樣選擇其它位置接受相同的閾值。第三，如果其Voronoi分區(qū)與所選定的候選位置分區(qū)共享一個或多個頂點，并且因此由該選擇改變其Voronoi分區(qū)的大小，則可以以相似的結果，類似地改變另一個候選位置的分數(shù)。在實施本發(fā)明過程中，可以檢驗這些條件，并且僅僅在應用時它們使用附加選擇標準，但是我們選擇一致地使用附加標準，從而使所得的混色矩陣的質量相對不依賴于量化電平和賦予任何閾值的位置數(shù)目。
我們將秩值(或閾值)輸入選定的混色矩陣位置，并且由于圖10中的程序按照遞增次序賦予秩值，即沿著增大圖像暗度的方向，因此我們在相應的二值矩陣位置增加一個“1”，如方框148所示。方框150表示在重復圖10循環(huán)之前使秩值遞增。
在某些點，二值矩陣中“1”的數(shù)量，即達到對應于當前賦予秩值的灰度值的墨點數(shù)量足夠大，使得根據(jù)已經賦值位置計算Voronoi分區(qū)變得意義不大。這就是上文中我們稱為VBOUND1的電平。如果賦予的秩值超過該電平，但是低于電平VREGION，在后一電平“0”的數(shù)量已經減少到電平VBOUND1對應的“1”的數(shù)量，則候選空白的數(shù)量不會象在步驟138中一樣由于Voronoi分區(qū)而減少。相反，通過以與參照步驟143所述相同方式應用一個核函數(shù)，可以為所有空白賦予分數(shù)。方框153和154表示圖10所示程序的這個方面。如果必要的話，可以如上所述，在圖10C所示的步驟144、146和148中進一步減少候選位置的數(shù)量。
一旦賦予的秩值已經達到電平VREGION，該值等于總秩值范圍的90％，如果分區(qū)是基于二值矩陣中“0”的位置，而不是基于其中“1”的位置，由于“0”的數(shù)目已經減少到電平VBOUND1對應的“1”的數(shù)目，因此使用Voronoi又變得有意義。如方框155、156和158所示，這正是圖10中程序所作的，只要賦予的秩值小于一個較高電平VBOUND2，在這個電平剩余的“0”的數(shù)目，即余下需賦予秩值的位置的數(shù)量，等于每個閾值的混色矩陣位置的數(shù)量(在本例中為64或65)。這個數(shù)目足夠低，使得無需采取特殊的措施來減少候選位置的數(shù)目。如果所賦予的秩值超過VBOUND2，則該程序使用方框154所示運算賦予分數(shù)。在兩種情況下，如果需要消除關聯(lián)，可以再次使用圖10C所示的運算。
當選擇位置或者只是賦予秩值，從而作為其輸出產生混色矩陣秩值時，可以使用圖7和圖10中的程序明確地賦予閾值，這些秩值暗指所說閾值。在后一種情況下，在這之后根據(jù)上述關系明確地賦予閾值。然后將所得的矩陣保存在混色矩陣48中，并如上所述用于本發(fā)明中。
雖然在以上說明中，已經將各種功能單元描述為LCD顯示裝置14的部分，但是它們也可以構成圖像處理單元12的部分或者構成其它系統(tǒng)組成例如個人計算機18的部分。如圖12所示，LCD顯示裝置14、圖象處理單元12和/或PC18還可以包括，例如，一個中央處理器(CPU)36、包含隨機存取存儲器(RAM)160、只讀存儲器(ROM)162和臨時寄存器組164的多種存儲器、和一個輸入/輸出控制器166，所有各個部分都連接在一條內部總線168上。雖然為了便于說明，獨立地表示上述各個單元，但是這些功能單元可以構成前面所述功能單元諸如視頻存儲器42、混色矩陣48、混色矩陣發(fā)生器78、多閾值單元58、比較器60等的一部分或者全部。此外，根據(jù)構成一種中央控制網絡的系統(tǒng)例如一臺掃描儀、打印機和LCD顯示器的性質，這些功能單元可以是具有控制掃描、打印和LCD顯示裝置的程序的通用計算機的一部分。另外，應當理解，這些功能單元可以用分立元件、專用集成電路、執(zhí)行適合軟件的處理器和諸如此類的部件以及它們的任意組合實現(xiàn)。
本申請中所述的用于操作LCD裝置14和/或圖象處理單元12和/或各種功能單元的操作系統(tǒng)軟件和/或專用軟件可以存儲在存儲器160、162和164的任意組合中，或者可以存儲在外部的一個或多個I/O單元中，包括硬盤驅動器170、軟盤驅動器172、和光盤驅動器174，上述驅動器分別與I/O總線180相連。用于操作各個功能單元和/或用于實施本發(fā)明方法的軟件可以存儲在一種媒體例如硬盤170A上、軟盤172A或光盤174A上，或者可以存儲在一個遠程裝置178中，并通過通信接口176輸入。
圖13表示本發(fā)明方法的總流程。在步驟S10，作為一個例子，圖形控制器38將檢索下一個圖像，并在步驟S12讀入視頻存儲器42。圖像數(shù)據(jù)的檢索和臨時存儲將根據(jù)裝置的不同而不同，并且與裝置的相對速度、存儲容量和帶寬有關。這種操作在本領域中是眾所周知的。在步驟S14，接收第一像素值Px,y，該值表示一個灰度或顏色。在步驟S16，將該像素值與一個相應的混色矩陣閾值Di,j進行比較。如果該像素值小于該閾值，則傳送到LCD顯示器的輸出像素值Pout將為0(斷開)。如果當前像素值至少與該閾值一樣大，則在步驟S18將量化的混色矩陣閾值DijQ與量化表的作用電平進行比較。如果量化的混色矩陣閾值DijQ是量化表中的作用電平之一，則傳送到LCD顯示器的輸出像素值Pout為1(或接通)。在步驟S20，如果當前像素不是圖像中最后一個像素，則在步驟S22接收下一個像素，重復從步驟S16開始的循環(huán)，直至對于當前的刷新幀周期顯示出整個圖像為止，程序進入步驟S24。如果這是顯示周期中最后的幀刷新顯示，則在步驟S10接收下一個圖像。如果不是，將量化表中的電平移位，使得現(xiàn)在的作用電乎為新的電平值，程序循環(huán)返回到步驟S14，以接收當前圖像的第一個像素。
雖然已經結合幾個具體實施例介紹了本發(fā)明，但是對于本領域技術人員來說，在上述描述的基礎上顯然還存在許多其它的替換、改進和變化。因此，本申請所述的發(fā)明應當包含所有屬于權利要求書的構思和范圍內的這類替換、改進、應用和變化。
權利要求
1.用于增強顯示裝置灰度表現(xiàn)力的一種設備，所說顯示裝置具有每個顯示周期q幀的幀速，所說設備包括一個第一比較器，其用于將表示一個當前像素灰度的一個強度值與一個相應的混色顯示矩陣閾值進行比較，并產生一個像素接通/斷開信號；一個量化表，其用于存儲從1至q的一組量化值，根據(jù)量化像素值p輸出p個量化值作為激活量化值，和響應幀信號使所說表中的量化值移位；一個第二比較器，其用于將一個量化的混色顯示矩陣閾值與所說的激活量化值比較以產生一個激活的閾值信號；一個像素輸出發(fā)生器，其響應所說的像素接通/斷開信號和所說的激活量化閾值信號產生一個像素輸出信號；一個顯示器，其響應所說的像素輸出信號顯示所說的當前像素，所說像素在q幀的顯示周期內平均灰度值為p/q。
2.如權利要求1所述的一種設備，其特征在于還包括用于存儲一組閾值的一個混色顯示矩陣。
3.如權利要求2所述的一種設備，其特征在于還包括至少一個計數(shù)器，所說計數(shù)器響應當前像素的坐標，尋址所說混色顯示矩陣，以輸出所說混色顯示矩陣的對應閾值。
4.如權利要求2所述的一種設備，其特征在于還包括一個多閾值單元，所說多閾值單元用于量化所說相應的混色顯示矩陣閾值以產生在從1至q范圍內的一個混色顯示矩陣量化閾值。
5.如權利要求2所述的一種設備，其特征在于還包括用于生成所說混色顯示矩陣的一個混色顯示矩陣發(fā)生器，其包括用于生成由混色顯示矩陣陣元構成的一個混色顯示矩陣的裝置，所說混色顯示矩陣陣元包含混色顯示矩陣閾值，并通過重復地將各個閾值賦值于所說的各個混色顯示矩陣陣元使之與一幅圖像子區(qū)域的各個子區(qū)域像素相關；用于確定一組子區(qū)域像素中每一個像素與其周圍像素相對緊密度的裝置，當所說子區(qū)域具有對應于所賦予閾值的均勻灰度級時，所說的這些周圍像素接收字點；用于識別由此確定其緊密度最大的每個子區(qū)域像素的裝置；用于確定所識別的一組子區(qū)域像素中每一個像素與其周圍子區(qū)域像素相對緊密度的裝置，所說周圍子區(qū)域像素已經賦予閾值，所說閾值的秩的范圍依賴于所賦予的閾值，并且排除一些當該子區(qū)域具有對應于所賦予閾值的均勻灰度級時接收字點的子區(qū)域像素；用于選擇由此確定其緊密度最大的至少一個子區(qū)域像素的裝置；和用于將所說閾值賦予與所選擇的一個子區(qū)域像素相關的一個混色顯示矩陣陣元的裝置。
6.如權利要求1所述的一種設備，其特征在于它還包括一個多閾值處理單元，其用于將表示所說當前像素灰度的所說強度值量化以產生范圍在從1至q的所說量化像素值p。
7.如權利要求1所述的一種設備，其特征在于所說量化表由一個移位寄存器構成。
8.如權利要求7所述的一種設備，其特征在于所說量化表由一個循環(huán)移位寄存器構成。
9.如權利要求7所述的一種設備，其特征在于所說量化表由一個線性循環(huán)移位寄存器構成。
10.如權利要求1所述的一種設備，其特征在于所說顯示器是一個液晶顯示器(LCD)。
11.用于增強顯示裝置灰度表現(xiàn)力的一種方法，所說顯示裝置具有每顯示周期q幀的幀速，該方法包括以下步驟將表示當前像素灰度的一個強度值與一個對應的混色顯示矩陣閾值進行比較，并產生一個像素接通/斷開信號；將一組在從l至q范圍內的量化值存儲在一個量化表中；根據(jù)一個量化像素值p從所說量化表中輸出p個量化值作為激活量化值；響應幀信號使所說表中的量化值移位；將一個量化混色顯示矩陣閾值與所說激活量化值進行比較，并產生一個激活量化閾值信號；響應所說像素接通/斷開信號和所說激活量化閾值信號產生一個像素輸出信號；響應所說像素輸出信號在q幀的一個顯示周期內以p/q的平均灰度值顯示所說當前像素。
12.如權利要求11所述的一種方法，其特征在于它還包括將一組閾值存儲在一個混色顯示矩陣中的步驟。
13.如權利要求12所述的一種方法，其特征在于它還包括響應一個當前像素的坐標尋址所說混色顯示矩陣，并輸出所說混色顯示矩陣對應閾值的步驟。
14.如權利要求12所述的一種方法，其特征在于它還包括量化所說混色顯示矩陣對應閾值以產生在從1至q范圍內的一個混色顯示矩陣量化閾值的步驟。
15.如權利要求12所述的一種方法，其特征在于它還包括產生所說混色顯示矩陣的步驟，所說混色顯示矩陣產生步驟包括生成一個混色顯示矩陣，所說混色顯示矩陣陣元包含混色顯示矩陣閾值，并且通過反復將閾值賦予所說混色顯示矩陣陣元而與一個圖像子區(qū)域的對應子區(qū)域像素相關；確定一組子區(qū)域像素中每一個與其周圍驅域像素的相對緊密度，當所說子區(qū)域具有相應于所賦予閾值的均勻灰度級時所說周圍像素接收字點；識別由此確定其緊密度最大的每一個子區(qū)域像素；確定如此識別的一組子區(qū)域像素中每一個像素與其周圍子區(qū)域像素的相對緊密度，所說周圍子區(qū)域像素已經賦予閾值，其秩的范圍依賴于所賦予的閾值，并且排除當所說子區(qū)域具有相應于所賦予閾值的均勻灰度級時接收字點的一些子區(qū)域像素；選擇由此確定具有最大緊密度的至少一個子區(qū)域像素；和將閾值賦予與如此選定的一個子區(qū)域像素相關的一個混色顯示矩陣陣元。
16.如權利要求11所述的一種方法，其特征在于它還包括量化所說表示當前像素灰度的一個強度值以產生所說在從1至q范圍內的量化像素值p的步驟。
17.如權利要求11所述的一種方法，其特征在于它還包括將所說量化表存儲在一個移位寄存器中的步驟。
18.如權利要求17所述的一種方法，其特征在于它還包括將所說量化值在所說量化表中循環(huán)移位的步驟。
19.如權利要求17所述的一種方法，其特征在于它還包括將所說量化值線性地存儲在所說量化表中的步驟。
20.如權利要求11所述的一種方法，其特征在于它還包括在一個液晶顯示器(LCD)上顯示所說當前像素的步驟。
21.一種機器可讀媒體，其中包含可由所說機器執(zhí)行的指令程序以實現(xiàn)增強顯示裝置灰度表現(xiàn)力方法，所說顯示裝置具有每顯示周期q幀的幀速，所說增強方法包括以下步驟將表示當前像素灰度的一個強度值與一個對應的混色顯示矩陣閾值進行比較，并產生一個像素接通/斷開信號；將一組在從1至q范圍內的量化值存儲在一個量化表中；根據(jù)一個量化像素值p從所說量化表中輸出p個量化值作為激活量化值；響應幀信號使所說表中的量化值移位；將一個量化混色顯示矩陣閾值與所說激活量化值進行比較，并產生一個激活量化閾值信號；響應所說像素接通/斷開信號和所說激活量化閾值信號產生一個像素輸出信號；響應所說像素輸出信號在q幀的一個顯示周期內以p/q的平均灰度值顯示所說當前像素。
22.如權利要求21所述的一種媒體，其特征在于所說增強方法將一組閾值存儲在一個混色顯示矩陣中的步驟。
23.如權利要求22所述的一種媒體，其特征在于所說增強方法還包括響應一個當前像素的坐標尋址所說混色顯示矩陣，并輸出所說混色顯示矩陣對應閾值的步驟。
24.如權利要求22所述的一種媒體，其特征在于所說增強方法還包括量化所說混色顯示矩陣對應閾值以產生在從1至q范圍內的一個混色顯示矩陣量化閾值的步驟。
25.如權利要求22所述的一種媒體，其特征在于所說增強方法還包括產生所說混色顯示矩陣的步驟，所說混色顯示矩陣產生步驟包括生成一個混色顯示矩陣，所說混色顯示矩陣陣元包含混色顯示矩陣閾值，并且通過反復將閾值賦予所說混色顯示矩陣陣元而與一個圖像子區(qū)域的對應子區(qū)域像素相關；確定一組子區(qū)域像素中每一個與其周圍像素的相對緊密度，當所說子區(qū)域具有相應于所賦予閾值的均勻灰度級時所說周圍像素接收字點；識別由此確定其緊密度最大的每一個子區(qū)域像素；確定如此識別的一組子區(qū)域像素中每一個像素與其周圍子區(qū)域像素的相對緊密度，所說周圍子區(qū)域像素已經賦予閾值，其秩的范圍依賴于所賦予的閾值，并且排除當所說子區(qū)域具有相應于所賦予閾值的均勻灰度級時接收字點的一些子區(qū)域像素；選擇由此確定具有最大緊密度的至少一個子區(qū)域像素；和將閾值賦予與如此選定的一個子區(qū)域像素相關的一個混色顯示矩陣陣元。
26.如權利要求21所述的一種媒體，其特征在于所說增強方法還包括量化所說表示當前像素灰度的一個強度值以產生所說在從1至q范圍內的量化像素值p的步驟。
27.如權利要求21所述的一種媒體，其特征在于所說增強方法還包括將所說量化表存儲在一個移位寄存器中的步驟。
28.如權利要求27所述的一種媒體，其特征在于所說增強方法還包括將所說量化值在所說量化表中循環(huán)移位的步驟。
29.如權利要求27所述的一種媒體，其特征在于所說增強方法還包括將所說量化值線性地存儲在所說量化表中的步驟。
30.如權利要求21所述的一種媒體，其特征在于所說增強方法還包括在一個液晶顯示器(LCD)上顯示所說當前像素的步驟。
31.用于在具有M級灰度顯示能力的顯示裝置上顯示具有可用每像素N位表示的一組灰度級的一個源圖象的一種系統(tǒng)，其中M小于2N，該系統(tǒng)包括用于提供所說源圖象的一個輸入裝置；具有每顯示周期q幀幀速的一個顯示裝置；一個第一比較器，用于將表示所說源圖象的一個當前像素的灰度的一個強度值與混色顯示矩陣的一個對應閾值進行比較和輸出一個像素接通/斷開信號；一個量化表，用于存儲在從1至q范圍內的一組量化值，根據(jù)一個量化像素值p輸出p個量化值作為激活量化值，和響應一個幀信號使所說量化值在所說表中移位；一個第二比較器，用于將一個混色顯示矩陣量化閾值與所說激活量化值進行比較以產生一個激活量化閾值信號；一個像素輸出發(fā)生器，其響應所說像素接通/斷開信號和所說激活量化閾值信號產生一個像素輸出信號；一個顯示器，其響應所說像素輸出信號，在q幀的一個顯示周期內以p/q的平均灰度值顯示所說當前像素。
32.如權利要求31所述的一種系統(tǒng)，其特征在于所說輸入裝置是一個掃描儀。
33.如權利要求31所述的一種系統(tǒng)，其特征在于所說輸入裝置是一臺個人計算機。
34.如權利要求31所述的一種系統(tǒng)，其特征在于所說輸入裝置是一個數(shù)字攝像機。
35.如權利要求31所述的一種系統(tǒng)，其特征在于所說輸入裝置是一個媒體。
36.如權利要求31所述的一種系統(tǒng)，其特征在于所說顯示裝置是一臺計算機。
37.如權利要求31所述的一種系統(tǒng)，其特征在于所說顯示裝置是一個投影儀。
38.如權利要求31所述的一種系統(tǒng)，其特征在于所說顯示器是一個液晶顯示器(LCD)。
全文摘要
通過以下步驟可以增強具有每顯示周期q幀幀速的顯示裝置的灰度表現(xiàn)力:將表示當前像素灰度強度值與混色顯示矩陣的對應閾值進行比較產生像素接通/斷開信號,將一組量化值存儲在量化表中,從量化表中輸出p個量化值作為激活量化值,使量化值在量化表中移位,將量化閾值與該激活量化值比較產生激活量化閾值信號,響應像素接通/斷開信號和激活量化閾值信號產生像素輸出信號,在q幀的一個顯示周期內以p/q的平均灰度顯示當前像素。
文檔編號G02F1/133GK1235329SQ9910441
公開日1999年11月17日 申請日期1999年3月25日 優(yōu)先權日1998年3月25日
發(fā)明者林宗男, 疏效平, J·斯威科 申請人:精工愛普生株式會社