用于产生白色分量以及控制 显示元件中亮度的方法和装置 本发明涉及一种图像处理装置，更具体地说，涉及一种用于产生白色分量和控制显示设备中亮度的方法和装置。
在彩色显示器监视器或彩色电视中，如果使用了平板显示器或彩色轮盘滤波器，就容易增加屏幕尺寸，但是与使用阴极射线管比较，其输出图象的亮度就会恶化。要克服这样的缺点，使用了其中白色分量被加到RGB(红、绿、蓝)三原色的四色输出系统。该白色分量可以通过使白光传输或反射到一个白光滤光器获得，它增加显示系统中银幕的整个亮度。因此，需要的是一种从红绿蓝三原色中提取白色分量的方法，以形成四基色信号。
在增加输出图象亮度的努力中，除了红绿蓝三色滤光片之外使用白光滤光器的常规方法已由美国德克萨斯仪器公司建议(USP5，233，385)。这种方法采用一个场连续方法，其中通过将一个彩色轮盘或一个电视帧空间地或时域地分成四个区域来添加一个白滤光器场或白帧。结果，该输出图象的亮度可以随着图像输出系统中的白场的尺寸成比例地增加。然而，此种亮度地增加，象征着消色差的彩色分量的增加，它会引起图象象元或象素的色饱和度减少。
另一个常规的方法已经由日本的佳能公司提出(USP 5，929，843)。由二进制液晶显示实现的这种方法包括步骤：从R，G，B彩色数据中提取白色分量数据，在白色分量上执行伪半色调处理，并且将抑制的白色分量传送到RGB和白的显示点，在这种情况下，红、绿、蓝和白是象素单元。这种方法的主要特征是利用在R，G，B彩色数据之中获得的白色分量数据进行最小值的非线性转换，其中非线性模型是伽马，偏移量和等级。上面的方法有助于将早先的以场序列为基础的白色补充到象素单元，同时按照预设模型来调整白色分量的施加量。然而，它引起这样一个问题，即随着白色的增加，色饱和度的减少达到引人注意的程度。
为解决上面的问题，本发明的目的是提供一种用于将预定彩色信号转换成包括白信号的彩色信号的方法和装置。
另一个目的是提供一种用于在不使色饱和度恶化情况下增加图象亮度的方法和装置。
因此，要实现本发明的上述目的，提供了一种用于从彩色信号中产生白信号分量的方法，它包括下述步骤：在各个彩色分量基础上计算构成该彩色信号的基色分量的亮度增量；从该基色分量的亮度增量中提取白信号分量的增量；以及，将白信号分量中的增量设置为该彩色信号的白信号分量。
其中，彩色信号由红、绿、蓝三彩色信号组成；b1是表示等级的预定常数，Brt是按照输入数据的消色差的彩色的亮度增量；Ri，Gi和Bi是该三基色分量的矢量，并且，M1=(Ri.Ri+G.Gi+Bi.Bi)2,]]>在基于各个彩色分量计算构成彩色信号的基色分量的亮度增量步骤中，最好是确定表示在彩色信号红，绿，和蓝分量中的各个亮度增量的vR，vG和vB，分别为vR=bl*Brt*Ri／M1，b1*Brt*Gi／M1，vB=bl*Brt*Bi／M1。
此外，彩色信号由三色比如红、绿和蓝组成，vR，vG和vB是红、绿和蓝基色分量的亮度增量，并且c1是表示等级的预定常数，在提取白信号分量中的增量的步骤中，最好是将此种增量W确定为常数c1乘以三原色的亮度增量之中的最小值的结果。
首先，彩色信号由三色比如红、绿和蓝组成，vR，vG和vB分别为红、绿和蓝基色分量的亮度，而b1，b2和b3为预定常数，最好是在提取白信号分量中的增量的步骤中将此种增量W确定为W=B1*vR+b2*vG+b3*vB。
为实现本发明上述目的，还提供一种用于从彩色信号中产生白信号分量的装置，该装置包括：一个基色分量亮度增量运算单元，用于在各个彩色分量基础上计算构成彩色信号的基色分量的亮度增量；一个白信号增量运算单元，从该基色分量的亮度增量中提取白信号分量的增量；以及，一个信号应用(applying)单元，用于将白信号分量中的增量设置为该彩色信号的白信号分量。
其中，彩色信号由红、绿、蓝三彩色信号组成；b1是表示等级的预定常数，Brt是按照输入数据的消色差的彩色的亮度增量；Ri，Gi和Bi是该彩色信号的三基色分量的矢量，并且，M1=(Ri.Ri+G.Gi+Bi.Bi)2,]]>最好是使基色分量亮度增量运算单元将彩色信号的红、绿和蓝分量中的各个亮度增量vR，vG和vB分别确定为vR=bl*Brt*Ri／M1，vG=bl*Brt*Gi／M1，vBrbl*Brt*Bi／M1。
此外，彩色信号由三色比如红、绿和蓝组成，vR，vG和vB是红、绿和蓝基色分量的亮度增量，并且c1是表示等级的预定常数，在提取白信号分量中的增量的步骤中，最好是将此种增量W确定为常数c1乘以基色的亮度增量之中的最小值的结果。
首先，彩色信号由三色比如红、绿和蓝组成，vR，vG和vB分别为红、绿和蓝基色分量的亮度，而b1，b2和b3为预定常数，最好是在提取白信号分量中的增量的步骤中将此种增量W确定为W=B1*vR+b2*vG+b3*vB。
要实现本发明的另一个目的，提供了一种用于控制图象亮度的方法，它包括下列步骤：在各个基色分量基础上计算构成图象彩色信号的基色分量的增量，以产生彩色信号的白信号中的增量；利用每个基色分量的亮度增量和白信号的增量来计算亮度控制分量；将图象亮度控制分量添加到图象彩色信号中，以产生一个亮度受控制的图象。
其中，该图象的彩色信号由红、绿、蓝三彩色信号组成；b1是表示等级的预定常数，Brt是按照输入数据的消色差的彩色的亮度增量；Ri，Gi和Bi是该彩色信号的三基色分量的矢量，并且，M1=(Ri.Ri+G.Gi+Bi.Bi)2,]]>在计算白信号的增量的步骤中，最好是将表示该彩色信号的红、绿和蓝分量的各个亮度增量vR，vG和vB分别确定为vR=b1*Brt*RI／M1，vG=b1*Brt*Gi／M1，vB=bl*Bit*Bi／M1。
而且，其中c1是一个表示等级的预定常数，最好是将此种增量W确定为常数c1乘以三原色的亮度增量之中的最小值值的结果，并且，其中b2和b3是预定常数，最好是将此种增量W确定为W=b1*vR+b2*vG+b3*vB。
其中，图象彩色信号由三原色比如红、绿和蓝组成，vR，vG，vB和W为红、绿、蓝和白色的亮度增量，这些增量是从产生彩色信号的白色分量的增量的步骤中获得的，在计算该图象的亮度控制分量的步骤中，最好是将基色红、绿和蓝的亮度控制分量Inc_R，Inc_G和Inc_B分别确定为Inc_R=vR-W，Inc_G=vG-W，Inc_B=vB-W。
另外，图象彩色信号由三色比如红、绿和蓝组成，Ri，Gi和Bi为三基色分量的各个矢量，Inc_R，Inc_G和Inc_B为基色红、绿和蓝的各个亮度控制分量，而d1，d2和d3为预定常数，在产生亮度受控制的图象的步骤中，最好是将亮度受控制的输出Ro，Go和Bo的基色信号分别确定为Ro=Ri+d1*Inc_R，Go=Gi+d2*Inc_G，Bo=Bi+d3*Inc_B。
要实现本发明的另一个目的，还提供了一种用于控制图象亮度的装置，它包括：一个彩色信号亮度增量运算单元，用于在各个基色分量基础上计算构成图象彩色信号的基色分量的亮度增量，以产生彩色信号的白信号的增量；一个图象亮度控制运算单元，用于利用每个基色分量和白信号的亮度增量来计算该图象亮度控制分量；以及，一个控制信号发生器，用于将图象亮度控制分量添加到该图象彩色信号中，以产生亮度受控制的图象。
其中，该图象彩色信号由三原色比如红、绿和蓝组成；vR，vG，vB和W为红、绿、蓝和白色的亮度增量，它们是从图象彩色信号亮度增量运算单元中获得的，最好是使图象亮度控制运算单元将表示基色红、绿和蓝的亮度控制分量的Inc_R，Inc_G和Inc_B分别确定为Inc_R=vR-W，Inc_G=vG-W，Inc_B=vB-W。
另外，图象彩色信号由三色比如红、绿和蓝组成，Ri，Gi和Bi为三基色分量的各个矢量，Inc_R，Inc_G和Inc_B为基色红、绿和蓝的各个亮度控制分量，而d1，d2和d3为预定常数，最好是使控制信号发生器将表示亮度受控制的基色信号Ro，Go和Bo分别确定为Ro=Ri+d1*Inc_R，Go=Gi+d2*Inc_G，Bo=Bi+d3*Inc_B。
通过参考附图对最佳实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点将变得更清楚，其中：
图1是按照本发明用于产生白信号分量的方法的流程图；
图2是图示RGB彩色空间中的彩色模型的示意图；
图3是图示由RGB矢量表示的彩色与白色分量的消色差的彩色信号之间的相互关系；
图4是利用图1所示的方法的装置的方块图；
图5是图示用于控制图象亮度的方法的流程图；
图6是利用图5所示方法的装置的方块图；和
图7是图示实现图5所示方法的另一个最佳实施例的示意图。
参考图1，它是一个流程图，显示了按照本发明产生白信号分量的方法，该方法包含下列步骤：在各个分量基础上产生构成预定彩色信号的基色分量的亮度增量(步骤100)，从基色分量的亮度增量中提取白信号分量的增加(步骤110)，并且将该白信号分量的增量设置为预定彩色信号的白信号分量(步骤120)。
在图中，图示了在RGB色彩空间中的一种彩色模型，原始为黑色，所有颜色如图2所示用RGB空间基色的红、绿和蓝色表示为一种色彩空间，从黑到白的一条线表示灰度级。在图3中，图示了由RGB矢量和白色分量的消色差的彩色信号表示的色彩之间的相互关系，一个任意的色彩用一起表示的一个灰度级矢量310表示为RGB矢量300。为了增加输出彩色的亮度，增加一个白频道会导致RGB矢量300与消色差的彩色矢量320相加，它是一个亮度增加分量，以形成一个新的RGB矢量330。然后，与由早先的RGB矢量300表示的彩色相比，由该新的RGB矢量330表示的彩色依据亮度而增加。该消色差的彩色矢量320平行于灰度级矢量310。
可以看到的是：最近形成的RGB矢量330的长度比现有的输出彩色矢量300的长度更长。在RGB彩色空间中的矢量长度的此种变化意味着彩色亮度增加。另外，在向量300与330之间的显著差异存在于该矢量的方向；即，该新的RGB矢量330更指向消色差的彩色的方向，这意味着该RGB彩色空间饱和度的减少。当原始彩色的饱和度变得更高或该亮度增量变得更大，饱和度被减少到更大的程度。
为了避免由于亮度增加而带来的此种饱和度减少，如图3所示，本发明采用这样一种方法，即通过将消色差的矢量320投射到早先的RGB矢量300上，来代替使用消色差的矢量320本身，以产生一个色度维持矢量340，提取色度维持矢量340上的白信号分量的值。
为此，在步骤100，基色分量红、绿和蓝的各自的亮度增量vR，vG和vB被计算如下：
vR=b1* Brt*Ri／M1
vG=b1*Brt*Gi／M1 …(1)
vB=b1*Brt*Bi／M1
其中，b1是表示等级预定常数，Ri，Gi和Bi为输入红绿蓝信号300的三原色的基本分量。M1和Brt分别指示RGB矢量的幅度的平方和消色差的彩色的亮度增量，其中Brt被计算如下：Brt=a1*Ri+a2*Gi+a3*Bi …(2)
其中a1，a2，和a3为预定常数，Brt被表示为Ri，Gi，和Bi的函数。相反地，Brt可以是一个预定的常数，它按照要实现的应用领域而变化。例如，通过将一个预定常数乘以vR，vG和vB的最小值可以确定Brt的值。
数学公式(1)的M1被表示如下：M1=(Ri.Ri+Gi.Gi+Bi.Bi)2---(3)]]>
其中Ri．Ri是该Ri矢量的内乘积，它是Ri矢量幅度的平方。因此，M1是RGB矢量幅度的平方。
在步骤110，白信号的亮度增量按照下述公式从那些基本彩色中提取出来：
W=c1*min(vR，vG，vB) …(4)
在这种情况下，min()是用于从三个值中选择最小值的函数，c1是表示等级的预定常数，该等级意味着白信号增加到什么程度。做为选择，W被表示成如下：
W=b1*vR+b2*vG+b3*vB … (5)
在这种情况下，b1，b2和b3为预定常数。按照公式(4)，W由vR，vG和vB中的一个确定，而按照公式(5)，W由那三个矢量的组合确定。
在该步骤120，该白信号分量增量W被设置为该彩色信号的白信号分量。此种增量W变成由第一输入RGB信号确定的白信号频道的应用值。
图4是采用图1所示方法的装置的方块图。该装置包含：一个基色分量亮度增量运算单元400，用于在各个彩色分量的基础上计算构成一个彩色信号的该基色分量的亮度中的增量；一个白信号增量运算单元410，用于从该基色分量的增量中提取白信号分量的亮度增量；以及一个信号应用单元420，用于将该白信号分量中的增量设置为该彩色信号的白信号分量。该基色分量亮度增量运算单元400计算vR，vG，和vB，它们是各个RGB基色分量的亮度增量。该白信号增量运算单元410从增量vR，vG和vB中提取白信号增量，而信号应用单元420将该白信号增量设置为一个白信号分量。
参考图5，它是一个流程图，图示了用于控制图象亮度的方法，该方法包含下列步骤：在各个基色分量基础上计算构成图象彩色信号的基色分量的增量，以产生该彩色信号中的白信号中的增量(步骤500)；利用各个基色分量的亮度增量和白信号的增量来计算图象亮度控制分量(步骤510)；并且将图象亮度控制分量加到该图象彩色信号上，以产生亮度受控制的图象(步骤520)。
具体地，在步骤510，利用vR，vG，vB和W，按照数学公式(6)来计算各个RGB频道的亮度控制分量Inc_R，Inc_G，和Inc_B；vR，vG，vB和W分别为三基色RGB的亮度增量和白信号分量，它们通过数学公式1和4或5来获得：
Inc_R=vR-W
Inc_G=vG-W …(6)
Inc_B=vB-W
在步骤520，RGB频道的基本输入信号Ri，Gi和Si与Inc_R，Inc_G和Inc_B一起操作，Inc_R，Inc_G和Inc_B是各个RGB频道的亮度控制分量以产生Ro，Go和So；Ro，Go和So是数学公式(7)中阐明的亮度受控制的输出的RGB基色信号：
Ro=Ri+d1*Inc_R
Go=Gi+d2*Inc_G …(7)
Bo=Bi+d3*Inc_B
在这种情况下，d1，d2和d3是预定的常数，它们可以调整RGB亮度控制分量的等级。这些转换的信号Ro，Go，Bo和W被传送到一个图像输出设备，比如液晶显示器。
图6是实现图5所示方法的装置的方块图。该装置包括：一个彩色信号亮度增量运算单元600，用于在各个基色分量基础上计算构成图象彩色信号的基色分量的亮度增量，以产生该图象彩色信号的白信号中的增量；一个图象亮度控制运算单元610，用于利用各个基色分量的亮度增量和白信号中的增量来计算该图象亮度控制分量；以及一个控制信号发生器620，用于将该图象亮度控制分量加到该图象彩色信号上，以产生亮度受控制的图象。优选地，该彩色信号亮度增量运算单元600可以包括原始分量亮度增量运算单元602以及白信号分量增量运算单元604。该运算单元执行与图4所示的运算单元相同的功能。
该图象亮度控制运算单元610计算各个RGB频道的亮度控制分量Inc_R，Inc_G和Inc_B，并且该控制信号发生器620产生亮度受控制的输出的RGB基色信号Ro，Go和Bo。
图7是实现图5所示方法的另外一个最佳实施例的图。RGB增量运算单元702和白信号增量运算单元704分别执行与图6所示的原始分量亮度增量运算单元602和单元604相同的功能，以输出白信号分量W；减法器710从各个RGB增量中去除白信号增量；以及加法器720将由Ri，Gi和Pi产生的信号例如d1×Inc R，d2×Inc和d3×Inc B分别加到Ri，Gi和Pi上。结果，该亮度受控制的信号Ro，Go和Bo，以及白信号分量W被输出。
尽管参考RGB彩色空间描述了本发明，但是，以相同的方式，本发明的精神可以被应用到YCrCb，YIQ，HLS或HIS彩色空间，或者CIELAB或CIELUV相关的标准彩色空间。
按照本发明，利用一个矢量来计算其饱和度未从输入图象中减少的红、绿和蓝的亮度增量，并且此种增量的最小值被用作为白色分量的输入值。另外，通过将RGB彩色加到输入RGB信号上，用原始彩色方向中的亮度增量代替消色差的彩色是可能的，这就是添加白色分量的方法，如此以致于增加利用彩色滤光片来表示彩色的彩色显示器设备比如平板显示器的亮度。相应地，该图象的色饱和度没有减少，即使增加了消色差的彩色分量。
换言之，在一个信号从三色比如RGB到包含白色分量的四色转换过程中，本发明能够在不减少饱和度的情况下增加亮度，同时还以简单有效的方法提取白色分量，这样就增加图像处理装置比如彩色显示器设备等等的性能。
在彩色转换速度为主的实施例中，按照本发明的装置的各个单元可以通过使用PLD或ASIC的硬件形式实现，而在速度不重要的情况下，那些单元可以用软件形式实现。
虽然本发明已经参考其最佳实施例进行了显示和描述，应理解的是在不脱离由附加权利要求定义的本发明的精神和范围情况下本专业中的技术人员可以设计许多改型和修改。