RGBW显示器的特性及映射算法评价方法研究

发布时间：2017-04-02 09:19

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【摘要】：随着对显示设备高亮度、低功耗和准确显示颜色的不断追求,以及高分辨率显示面板的快速发展,RGBW显示技术成为国内外的热门研究方向之一。该技术基于红绿蓝白四色子像素的新型布局方式,通过信号映射算法,将传统RGB显示器的rgb信号转换到RGBW显示器所需的RGBW信号,优秀的信号映射算法能够给RGBW显示器带来高亮度、低功耗的特性,并且能够在保持显示颜色色品的同时扩大显示颜色空间范围。随着RGBW技术理论的快速发展、硬件制作技术的提高、子像素布局方式的多元化和信号映射算法的不断提出,该技术已进入实用化阶段,部分厂商已在市场上推出各具特色的RGBW显示器。RGBW显示器的显示效果在很大程度上决定于信号映射算法的具体转换过程及算法与子像素布局间的兼容程度,不同算法间亮度提升能力和颜色保留能力均有差别,而同一算法在不同子像素布局上也会有不同的显示性能。因此如何从现有的映射算法中挑选出较为优秀的算法,以及根据子像素布局设计出优秀的新型算法已成为RGBW技术研究的热点领域之一。然而尽我所知,国内外尚没有成体系且科学、有效的RGBW信号映射算法客观评价方法,只有少数针对映射算法的主观评价,但这种评价方法费时费力,且难以分析出优秀信号映射算法的关键本质,针对不同子像素布局显示性能的研究也不充足,这些因素都大大影响了RGBW显示设备在市场上的推广,已成为显示领域亟待解决的重要问题之一。在显示领域,映射算法评价,即对应的RGBW图像评价中最为重要的是综合指标的评价,而非单一指标评价,因此其客观评价模型较难建立。本文在研究分析不同子像素布局基础上,根据其中一种布局方式,对信号映射算法的评价方法进行了深入的研究。具体来讲,为使算法能够有效地兼容不同的子像素布局,本文研究了4种较有代表性的布局方式,以其中一种棋盘式布局为例,深入分析了该布局对显示亮度与颜色空间的影响,这种分析方式同样可应用于其他布局。在了解不同布局方式对显示性能造成的影响后,就可有根据地对映射算法进行相关微调,使之在具有不同布局方式的显示器上取得较好的显示效果。另外,本文对一款已在市场上流通的RGBW显示器进行了亮度、颜色空间和相关显示指标的实际测量,结果也表现出了RGBW系统在各方面的优越性,相关数据使人们对该显示器的性能有了更为直观的认知,这有助于对算法的针对性改进。为对算法进行综合指标的客观评价,本文归纳提出优秀信号映射算法应满足的三点要求,据此提出了可应用于挑选优秀算法的普适性等式和亮度因子n,并设计模拟实验对7种算法进行了针对亮度和色彩等单一评价指标的评价,结果表明满足普适性等式的映射算法在颜色保留方面具有较好地表现,亮度因子也有效表征了算法对显示亮度的提升能力。为了解综合指标与单一指标间的关系,进行了信号映射算法针对亮度、色彩、清晰度和综合四个指标的主观评价实验,并根据评价数据统计构建了综合指标的回归预测模型。因此,通过普适性等式与亮度因子对映射算法进行单一指标的客观评价,再结合该回归预测模型,就可对映射算法进行综合指标的客观评价。本文提出的普适性等式、亮度因子和映射算法综合质量客观评价方法,既可用于对现有映射算法的评价研究,也可为新型映射算法的提出提供理论指导;由于普适性等式的推导过程考虑了具体的子像素布局和硬件参数,所以这一等式可用于修改现有映射算法,使之兼容于具有不同硬件参数和子像素布局的显示设备。因此,本文的研究成果具有重要的指导意义和实际应用价值,有助于RGBW显示技术的普及推广。
【关键词】：RGBW 白色子像素 子像素布局 高亮度 颜色空间 映射算法 普适性等式 亮度因子 客观评价 主观评价
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN873
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 研究背景与意义11-13
• 1.2 国内外发展现状13-17
• 1.2.1 RGBW显示技术的发展及应用13-14
• 1.2.2 信号映射算法的发展14-17
• 1.3 主要研究内容与结构安排17-18
• 第2章 RGBW显示模式及其特征性能指标18-32
• 2.1 液晶显示面板基础知识18-22
• 2.1.1 灰度显示原理19
• 2.1.2 彩色滤光片19-20
• 2.1.3 像素开口率20-22
• 2.2 子像素布局22-25
• 2.2.1 Kodak RGBW22
• 2.2.2 VS RGBW22-23
• 2.2.3 Checkerboard RGBW23
• 2.2.4 PenTile RGBW23-25
• 2.3 性能指标分析25-31
• 2.3.1 亮度25-27
• 2.3.2 基于子像素共享的高分辨率27-28
• 2.3.3 色域及颜色空间28-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 实际RGBW显示器的性能测试及其分析32-44
• 3.1 测量准备32-35
• 3.1.1 仪器32-33
• 3.1.2 测试条件33-35
• 3.2 显示器稳定性35-37
• 3.3 色品恒定37-38
• 3.4 通道独立性38-39
• 3.5 颜色空间39-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第4章 RGBW显示映射算法及其客观评价44-61
• 4.1 白色子像素44-46
• 4.1.1 取值方式44-46
• 4.1.2 共同点分析46
• 4.2 算法2的颜色保留方式46-48
• 4.3 算法4的颜色保留方式48-51
• 4.3.1 Retinex理论简介49
• 4.3.2 Retinex在颜色保留上的应用49-51
• 4.4 基于色品不变的普适性等式51-56
• 4.5 基于普适性等式的算法客观评价56-60
• 4.6 本章小结60-61
• 第5章 RGBW映射算法的视觉感知实验61-77
• 5.1 评价图像61-62
• 5.2 评价指标的选择和含义62-64
• 5.2.1 亮度62
• 5.2.2 色彩62-63
• 5.2.3 清晰度—细节63
• 5.2.4 综合指标63-64
• 5.3 实验条件和过程64-68
• 5.3.1 图像显示方式64-65
• 5.3.2 显示器特性化65-66
• 5.3.3 观察者及其打分标准66
• 5.3.4 评价条件及方式66-68
• 5.4 实验数据处理及结果分析68-76
• 5.4.1 数据预处理68
• 5.4.2 算法排序分析68-72
• 5.4.3 回归预测模型分析72-76
• 5.5 本章小结76-77
• 总结与展望77-80
• 参考文献80-85
• 附录A 评价图像85-88
• 附录B 主要符号88-90
• 攻读硕士学位期间发表论文及研究与果清单90-91
• 致谢91

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