皇甫魯江，李真真，譚文靜，黃 碩，趙 輝，史世明

(京東方科技集團(tuán)股份有限公司 技術(shù)中心，北京 100176)

1 引 言

像素是數(shù)字畫(huà)面顯示最小獨(dú)立表現(xiàn)單元。在紅、綠、藍(lán)三基色色彩空間中，彩色像素需要由亮度獨(dú)立可控的紅、綠、藍(lán)三基色子像素構(gòu)成，通過(guò)混色效應(yīng)表現(xiàn)所需的色彩和亮度。這種像素通常也稱為真紅綠藍(lán)像素，包括像素構(gòu)成以及對(duì)應(yīng)的子像素?cái)?shù)字亮度灰階信號(hào)(后文多簡(jiǎn)稱為信號(hào))。目前，主流彩色數(shù)字顯示系統(tǒng)多數(shù)采用這種真紅綠藍(lán)像素。

市場(chǎng)對(duì)高品質(zhì)顯示的追求使彩色顯示器的分辨率不斷提高，在某些應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了人眼分辨能力相當(dāng)?shù)乃健＠缣O(píng)果公司iPhone 4及之后產(chǎn)品采用的“視網(wǎng)膜屏(Retina screen)”，其326 ppi(Pixels per inch，每英寸像素?cái)?shù))及以上分辨率就已經(jīng)達(dá)到設(shè)定應(yīng)用條件下人眼的分辨能力水平。高分辨率增大了顯示器的制作難度，如目前應(yīng)用于移動(dòng)顯示的有源矩陣有機(jī)電致發(fā)光二極管(Active Matrix Organic Electric Luminance Diodes，AMOLED)顯示器，其子像素圖形化主流技術(shù)FMM(Fine Metal Mask, 精細(xì)金屬掩模版)的水平，很大程度上制約了真紅綠藍(lán)高ppi AMOLED顯示器的制作。

對(duì)人類視覺(jué)特性的研究發(fā)現(xiàn)，人眼對(duì)亮度和不同顏色圖形(邊緣、形狀)的分辨能力是有差異的[1]。其中對(duì)亮度(明暗對(duì)比)圖形的分辨能力最高，紅色(紅綠對(duì)比)圖形次之，藍(lán)色(藍(lán)黃對(duì)比)圖形最低。由于綠子像素的亮度效應(yīng)高(占白平衡～65%)，紅、綠、藍(lán)三基色彩色顯示器中，綠子像素密度是像素亮度分辨率表現(xiàn)的基礎(chǔ)。當(dāng)真紅綠藍(lán)像素顯示器分辨率表現(xiàn)能力達(dá)到人眼分辨能力水平時(shí)，真紅綠藍(lán)像素中紅、藍(lán)子像素密度及相應(yīng)的基色分辨率表現(xiàn)能力就可能出現(xiàn)冗余。這意味著有可能通過(guò)優(yōu)化像素構(gòu)成及子像素相關(guān)信號(hào)的方法減少真紅綠藍(lán)像素顯示系統(tǒng)中部分紅、藍(lán)子像素，在維持顯示器亮度分辨率表現(xiàn)能力前提下，降低制作難度[2]。

本文把基于真紅綠藍(lán)像素紅、藍(lán)分辨率表現(xiàn)能力冗余的消減，由不完備子像素集構(gòu)成的與真紅綠藍(lán)像素對(duì)應(yīng)的畫(huà)面最小表現(xiàn)單元稱為低冗余虛擬像素，簡(jiǎn)稱虛擬像素。合理的虛擬像素方案可以實(shí)現(xiàn)真紅綠藍(lán)像素亮度分辨率表現(xiàn)能力和相近顯示效果。為便于敘述和區(qū)分，本文把真紅綠藍(lán)像素中的紅、綠、藍(lán)單基色子像素或信號(hào)用小寫(xiě)字母r、g、b表示，低冗余虛擬像素中的紅、綠、藍(lán)單基色子像素或信號(hào)用大寫(xiě)字母R、G、B表示。通常每個(gè)虛擬像素包含一個(gè)獨(dú)立的G子像素，以確保虛擬像素(亮度)分辨率表現(xiàn)能力，但R、B子像素?cái)?shù)減少，以此降低制作難度。同時(shí)，虛擬像素R、B子像素信號(hào)需要通過(guò)一定的算法與相關(guān)多個(gè)真紅綠藍(lán)像素的r、b信號(hào)對(duì)應(yīng)，以一定程度彌補(bǔ)子像素?cái)?shù)量減少造成的表現(xiàn)能力損失。

基于人眼亮度、色彩分辨能力的差異，合理的低冗余虛擬像素R∶G∶B 量比有2∶2∶1構(gòu)成2個(gè)虛擬像素方案，相當(dāng)于2個(gè)真紅綠藍(lán)像素中的子像素中減少1個(gè)b子像素，如PenTile矩陣[2]；以及1∶2∶1構(gòu)成2個(gè)虛擬像素方案，如條狀RGBG子像素行排布(stripe-RGBG)[3]，以及菱形RGBG 子像素排布(Diamond-RGBG)[4]，相當(dāng)于2個(gè)真紅綠藍(lán)像素中的子像素減少了1個(gè)r、1個(gè)b子像素，等等。

菱形RGBG子像素排布，(尋址行內(nèi))左右相鄰虛擬像素共享R、B子像素的虛擬像素技術(shù)在移動(dòng)AMOLED中得到了廣泛應(yīng)用，降低了制約性關(guān)鍵技術(shù)FMM技術(shù)的工藝難度，使得AMOLED的分辨率表現(xiàn)水平也能達(dá)到人眼的分辨能力水平。本文對(duì)低冗余虛擬像素的分析均以此為例進(jìn)行。

2 虛擬像素相關(guān)問(wèn)題分析

圖1 菱形RGBG虛擬像素構(gòu)成示意圖Fig.1 Sub-pixel arrangement of diamond RGBG virtual pixel

圖1是菱形RGBG虛擬像素構(gòu)成示意圖，顯示暗(黑)背景下亮(白)圖形“┐”。子像素排布最小重復(fù)單元由1個(gè)R、2個(gè)G、1個(gè)B子像素構(gòu)成，可以認(rèn)為包含RG、BG 2個(gè)(尋址)虛擬像素。需要著重說(shuō)明的是，圖中及本文其他部分亮度中心位置是按重心法得到的[5]，由于人眼分辨閾值和混色效應(yīng)的影響，在不能分辨像素邊界時(shí)，這一位置接近人眼感受的亮斑中心位置。也由于子像素形狀對(duì)所討論問(wèn)題沒(méi)有實(shí)質(zhì)影響，所以本文示意圖中子像素按簡(jiǎn)單、布圖均衡原則采用了圓形等圖形。每個(gè)虛擬像素中的G子像素一一對(duì)應(yīng)表現(xiàn)真紅綠藍(lán)像素的g信號(hào)，R、B子像素則需要采用子像素渲染(sub-pixel rendering，SPR)方法[6]，按同行左右相鄰虛擬像素共享算法表現(xiàn)相鄰2個(gè)真紅綠藍(lán)像素信號(hào)中r、b信號(hào)。典型的SPR驅(qū)動(dòng)算法如下：

(1)

SPR算法表達(dá)式中R、G、B和r、g、b分別表示虛擬像素和真紅綠藍(lán)像素中子像素的灰階信號(hào)，等號(hào)左側(cè)下標(biāo)表示R、G、B子像素所屬虛擬像素尋址坐標(biāo)，右側(cè)下標(biāo)表示輸入真紅綠藍(lán)信號(hào)設(shè)定像素尋址坐標(biāo)。參數(shù)γ涉及到γ函數(shù)，該函數(shù)表示顯示亮度(L)與灰階信號(hào)的關(guān)系Lx=Cx·xγ(字母x代表r、g、b或R、G、B信號(hào)，下標(biāo)x代表對(duì)應(yīng)的子像素，Cx由子像素器件特性決定)，算法表達(dá)式中信號(hào)R、B與信號(hào)r、b的γ變換及逆變換復(fù)合關(guān)系，表示R、B信號(hào)分別由相鄰像素r、b信號(hào)對(duì)應(yīng)的亮度整體效果決定[7]。

上述子像素構(gòu)成及SPR算法可以維持相應(yīng)真紅綠藍(lán)像素(亮度)分辨率表現(xiàn)水平，大多數(shù)情況下也有可接受的畫(huà)面表現(xiàn)效果。但R、B子像素的減少不可避免地會(huì)造成部分畫(huà)面信息損失，在某些情況下，還是可能造成一些可察覺(jué)的顯示缺陷?；谂c相應(yīng)真紅綠藍(lán)像素顯示器表現(xiàn)效果對(duì)比，被提及較多的效果瑕疵是所謂“顆粒感”[8]等均勻性表現(xiàn)問(wèn)題。下面嘗試分析其產(chǎn)生的原因。

包括真紅綠藍(lán)像素在內(nèi)，同場(chǎng)并置基色(Field Apposition Color，F(xiàn)AC)子像素排布構(gòu)成的像素，由于子像素可實(shí)現(xiàn)形狀和位置的限制，很難完全再現(xiàn)系統(tǒng)信號(hào)采樣所設(shè)定的情況，會(huì)存在空間失配(Spatial aliasing，也有譯作“走樣”)[9]問(wèn)題。在此重點(diǎn)討論與虛擬像素子像素構(gòu)成相關(guān)的空間失配對(duì)顯示效果的影響。在分辨率不充分等情況下，這些問(wèn)題可能表現(xiàn)為可察覺(jué)的畫(huà)面表現(xiàn)效果瑕疵。

圖2 真條狀紅綠藍(lán)像素構(gòu)成示意圖Fig.2 Sub-pixel arrangement of real rgb pixel

圖2是最常見(jiàn)的真條狀紅綠藍(lán)像素構(gòu)成示意圖，也顯示暗背景下亮圖形“┐”。各基色子像素的混色效應(yīng)在產(chǎn)生所需像素色彩和亮度的同時(shí)還形成像素的亮度中心。按系統(tǒng)設(shè)定，像素r、g、b信號(hào)再現(xiàn)的子像素亮度中心位置都應(yīng)位于像素表現(xiàn)區(qū)域中心。實(shí)際上，由于工藝等限制，子像素通常為簡(jiǎn)單矩形(條狀)。當(dāng)并置排布g子像素居中時(shí)，則r、b子像素位置橫向偏離了像素中心。像素表現(xiàn)白平衡時(shí)，g貢獻(xiàn)～65%亮度、r貢獻(xiàn)～30%，b僅貢獻(xiàn)～5%(具體比例與目標(biāo)白平衡和基色色坐標(biāo)相關(guān))，混色后像素亮度中心大致落在g、r中心連線近g端1/3處，參見(jiàn)圖2中標(biāo)注。像素表現(xiàn)白點(diǎn)亮度中心偏離了系統(tǒng)設(shè)定的像素中心位置，即亮度中心與設(shè)定的位置出現(xiàn)空間失配。對(duì)于真條狀紅綠藍(lán)像素，所有像素表現(xiàn)的白點(diǎn)均會(huì)出現(xiàn)相同的亮度中心偏離，表現(xiàn)畫(huà)面中的圖形、圖案通常沒(méi)有畸變，也不易出現(xiàn)由此引起的可察覺(jué)缺陷。

像素單基色表現(xiàn)的位置相對(duì)于像素亮度中心的偏離稱為色彩空間失配[10]，基色色彩空間失配對(duì)混色效果有不利影響。由于g子像素的亮度效應(yīng)，g子像素表現(xiàn)位置接近像素亮度中心，g色彩的空間失配較小。但r、b子像素的表現(xiàn)位置距像素亮度中心距離相對(duì)較大，r、b基色表現(xiàn)空間失配較大。真條狀紅綠藍(lán)采用g子像素居中結(jié)構(gòu)，就是為了盡量減小居于兩側(cè)的r、b基色子像素表現(xiàn)的空間失配，加上人眼對(duì)r、b基色的分辨能力相對(duì)較低，大多數(shù)情況下r、b基色的空間失配也不會(huì)對(duì)混色效果有明顯的影響。

在菱形RGBG虛擬像素中，由于R或B子像素?cái)?shù)量是G子像素的一半，混色效應(yīng)作用下共享R、B子像素會(huì)對(duì)相鄰虛擬像素由均勻排布G子像素主導(dǎo)的亮度中心位置分布產(chǎn)生調(diào)制，造成相鄰虛擬像素亮度中心不同方向的空間失配，影響亮度中心分布均勻性，參見(jiàn)圖1中亮度中心位置。視覺(jué)上，這種差異性空間失配相當(dāng)于在像素表現(xiàn)均勻分布亮度信號(hào)時(shí)附加R、B分布周期的明暗漲落信號(hào)。雖然附加亮度分布強(qiáng)度較弱，不會(huì)影響虛擬像素的亮度分辨率表現(xiàn)能力，但可能產(chǎn)生亮度均勻性表現(xiàn)效果瑕疵。需要說(shuō)明的是，所謂均勻是基于系統(tǒng)設(shè)定的像素空間周期性分布間距。因亮度中心空間失配產(chǎn)生的周期大于像素間距的周期性明暗信號(hào)，被認(rèn)為可能和顯示內(nèi)容干涉影響虛擬像素均勻性表現(xiàn)效果。

這里對(duì)虛擬像素亮度中心空間失配比較容易察覺(jué)的影響進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D1顯示圖形“┐”的橫向單像素白線部分(第j-1行)，混色效應(yīng)下相鄰虛擬像素由G子像素主導(dǎo)的亮度中心會(huì)分別向不同方向的共享R子像素偏移，造成虛擬像素亮度中心兩兩遠(yuǎn)離的鄰域(i-1，i列之間)偏暗，同時(shí)兩兩靠近的鄰域(i，i+1列之間)偏亮。在虛擬像素分辨率與人眼分辨能力水平接近條件下，橫向2倍虛擬像素間距周期的附加明、暗分布就容易產(chǎn)生可察覺(jué)的不均勻感了。二維均勻亮度表現(xiàn)區(qū)域，這種R、B子像素對(duì)G子像素主導(dǎo)的亮度中心調(diào)制同樣存在，也會(huì)形成大于像素分布周期的明暗分布。由于分布周期大于像素間距，容易產(chǎn)生視覺(jué)效果上的顆粒感。亮度中心空間失配更直接的影響是單線圖形或圖形邊緣畸變，參見(jiàn)圖1顯示圖形“┐”的豎線部分，出現(xiàn)了S型畸變，只是能察覺(jué)這種畸變的情況較少。

虛擬像素中，基色的空間失配也容易產(chǎn)生可察覺(jué)的影響。由于R、B子像素量比例小，使低冗余虛擬像素很難簡(jiǎn)單地確保G子像素居中的排布結(jié)構(gòu)，造成R、B基色空間失配增大，影響R、G、B間的混色效果。在均勻白圖形內(nèi)部，除同一虛擬像素的R、G、B子像素基色間混色外，相鄰不同虛擬像素子像素間也會(huì)產(chǎn)生混色效應(yīng)，可以彌補(bǔ)子像素基色空間失配對(duì)混色效應(yīng)的不利影響。但如果遇到了圖1顯示圖形“┐”橫線部分(第j-1行)G子像素集中在下緣的情況，R、B子像素基色空間失配就會(huì)集中影響上下方向整體混色效果，產(chǎn)生易察覺(jué)的色彩分離，表現(xiàn)為橫向白線或白色圖形的下緣偏綠。

3 虛擬像素顯示不均勻及相關(guān)問(wèn)題的應(yīng)對(duì)

因基色子像素表現(xiàn)空間失配造成的虛擬像素亮度中心分布不均勻，以及色彩分離等現(xiàn)象通?？梢酝ㄟ^(guò)優(yōu)化SPR算法，對(duì)稱地共享更多的周邊R、B子像素改善[11]。但復(fù)雜算法容易使虛擬像素子像素涉及的范圍尺度大于像素間距，更容易與特定顯示內(nèi)容干涉而影響顯示效果，因此應(yīng)用并不普遍。本文提出采用新的子像素排布結(jié)構(gòu)構(gòu)成虛擬像素，并配套相應(yīng)簡(jiǎn)單SPR算法，可以較好地解決相關(guān)問(wèn)題。

根據(jù)前文分析，低冗余虛擬像素顯示器亮度均勻性表現(xiàn)缺陷的主要原因，是由于大空間周期分布的R、B子像素對(duì)以像素間距周期均勻分布G子像素主導(dǎo)的虛擬像素亮度中心的調(diào)制。在G子像素均勻分布的情況下，R、B子像素大周期調(diào)制產(chǎn)生的非均勻性附加明暗分布很難避免。

考慮到視覺(jué)信息中，亮度分布信息占有絕大部分，以及人眼對(duì)亮度分布信息的敏感性，確保顯示器亮度分布成分信息的表現(xiàn)效果最為重要。因此我們提出采用非均勻G子像素排布的虛擬像素構(gòu)成方案，經(jīng)R、B子像素亮度調(diào)制，實(shí)現(xiàn)虛擬像素亮度中心的均勻分布。這一方案雖然降低了G子像素亮度分布的均勻性，可能影響G單色或G成分為主畫(huà)面均勻性表現(xiàn)效果，但白平衡像素亮度中心分布的均勻性提高，整體效能是合理的。

圖3 GGRB虛擬像素構(gòu)成示意圖Fig.3 Sub-pixel arrangement of GGRB virtual pixel

圖3是這種低冗余虛擬像素(簡(jiǎn)稱GGRB虛擬像素)構(gòu)成方案的示意圖，同樣顯示暗背景下亮圖形“┐”。與菱形RGBG類似，子像素布圖最小重復(fù)單元由1個(gè)R、2個(gè)G、1個(gè)B子像素構(gòu)成，可以認(rèn)為包含RG、BG 2個(gè)(尋址)虛擬像素。每個(gè)虛擬像素中的G子像素一一對(duì)應(yīng)表現(xiàn)真紅綠藍(lán)像素的g信號(hào)，R、B子像素按同行左右相鄰虛擬像素共享算法表現(xiàn)相鄰2個(gè)真紅綠藍(lán)像素信號(hào)中r、b信號(hào)。不同的是，由于上下重疊的R、B子像素集中排布在G-G子像素對(duì)的外側(cè)，某個(gè)虛擬像素只能與外側(cè)的同一相鄰虛擬像素共享R、B子像素(傳統(tǒng)算法分別與左、右兩側(cè)的2個(gè)虛擬像素共享R、B子像素)。為虛擬像素子像素尋址均衡，圖3中上、下重疊排布的R、B子像素，居下的B子像素配屬在下一尋址行，SPR驅(qū)動(dòng)算法如下：

(2)

在GGRB虛擬像素行內(nèi)，G子像素分布是間距不均勻的成對(duì)排布，G-G子像素對(duì)內(nèi)部G子像素橫向間距小于系統(tǒng)設(shè)定的像素間距，中間沒(méi)有共享R、B子像素；G-G子像素對(duì)之間G子像素間距大于像素間距，共享的R、B子像素上、下重疊排布于2個(gè)G-G子像素對(duì)之間。通過(guò)混色效應(yīng)，同行內(nèi)橫向不均勻排布G子像素主導(dǎo)的虛擬像素亮度中心，經(jīng)R、B子像素調(diào)制可實(shí)現(xiàn)亮度中心分布均勻性改善，參見(jiàn)圖3中標(biāo)注的虛擬像素亮度中心位置。

對(duì)于邊緣色分離，GGRB虛擬像素構(gòu)成中，R、B子像素上、下排布確保了G子像素縱向自然居中，各基色縱向色彩空間失配都比較小，對(duì)混色影響也較小，參見(jiàn)圖3顯示符號(hào)“┐”的橫線部分；同時(shí)，上、下相鄰的虛擬像素行采用關(guān)于G-G子像素對(duì)中軸與間界交錯(cuò)排布，避免在表現(xiàn)縱向白圖形邊緣或單像素豎線時(shí)G(或R、B)子像素集中在白圖形邊緣或豎線一側(cè)，各虛擬像素基色空間失配的影響集中顯現(xiàn)。參見(jiàn)圖3顯示圖形“┐”的豎線部分，由于豎線中上下虛擬像素的基色空間失配互補(bǔ)，也不易察覺(jué)色分離。

4 新虛擬像素方案效果驗(yàn)證

4.1 一種典型相關(guān)情況的傅里葉分析

空間頻率用以描述變量(信號(hào))在空間維度上分布的周期性，圖像信號(hào)空間頻率高于或分布周期小于某個(gè)閾值時(shí)，人眼不能分辨亮度的變化[1]，即看起來(lái)“均勻”。顯示器相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)傾向于把像素間距設(shè)定在人眼分辨閾值以下，使人眼只能感受到多像素表現(xiàn)的圖像信號(hào)起伏而感受不到像素間亮度不連續(xù)的顆粒感。RGBG類虛擬像素因相鄰虛擬像素的差異，表現(xiàn)均勻亮度時(shí)亮度分布中除人眼不易察覺(jué)的虛擬像素間距周期的成分，還會(huì)包含易察覺(jué)、與顯示內(nèi)容可能干涉的大于虛擬像素間距周期的成分即不均勻成分，兩種成分分別對(duì)應(yīng)高、低空間頻率。傅里葉分析可以對(duì)比相關(guān)頻率成分比例尤其是低頻成分的比例，以此判斷均勻性表現(xiàn)效果。

我們對(duì)單像素亮(白)橫線在2種不同虛擬像素顯示器中的效果進(jìn)行傅里葉分析。為便于計(jì)算假設(shè)子像素發(fā)光區(qū)都是邊長(zhǎng)為1/3像素間距p的正方形，R、G、B子像素發(fā)光面積比為1∶2∶1。這一假設(shè)與圖1、圖3示意情況稍有差異，子像素形狀不同，R、B發(fā)光面積略小，但對(duì)分析結(jié)果無(wú)根本影響。由于B子像素亮度很低，還忽略B子像素亮度的影響。白平衡下，R、G子像素發(fā)光區(qū)域亮度近似相等。在構(gòu)成兩個(gè)橫向相鄰虛擬像素的子像素橫向排布最小重復(fù)單元內(nèi)，顯示單像素橫向亮線時(shí)，單元內(nèi)(一維)亮度分布如圖4所示。

圖4 最小重復(fù)單元內(nèi)R、G亮度一維分布Fig.4 1D luminance distribution of R&G within minimum replication of sub-pixel arrangement

其中p為(虛擬)像素間距，子像素橫向分布最小重復(fù)周期為2p。以2p為基本分布周期，對(duì)應(yīng)空間分布頻率基頻ω0，把像素亮度分布在空間頻率域展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)，得到虛擬像素顯示亮度分布對(duì)應(yīng)的空間頻率成分相對(duì)亮度分布如圖5所示。

圖5 亮度一維分布傅里葉空間頻率成分Fig.5 Fourier Spatial frequency component of 1D luminance distribution

其中，0ω0空間頻率表示平均亮度，2ω0成分表示(虛擬)像素間距周期對(duì)應(yīng)的亮度分布空間頻率，分辨率充分時(shí)，這個(gè)頻率及以上頻率的亮度分布信號(hào)人眼不易識(shí)別，不會(huì)對(duì)顯示內(nèi)容造成影響。但當(dāng)2ω0對(duì)應(yīng)像素間距與人眼分辨能力接近時(shí)，1ω0頻率對(duì)應(yīng)的橫向最小重復(fù)單元為周期的亮度分布信號(hào)則可能被人眼識(shí)別而與顯示內(nèi)容干涉。例如，與顯示內(nèi)容無(wú)關(guān)的周期性亮度分布信號(hào)成分在均勻畫(huà)面背景下容易產(chǎn)生顆粒感。如圖5所示，GGRB 1D亮度分布中1ω0成分遠(yuǎn)小于菱形RGBG 1D，理論上均勻性表現(xiàn)較好。

4.2 兩種虛擬像素顯示效果對(duì)比

在此僅對(duì)比新舊虛擬像素亮度均勻性及相關(guān)色偏表現(xiàn)。我們采用視覺(jué)效果差異比較容易顯現(xiàn)的簡(jiǎn)單圖形，包括橫、豎單像素白色直線，以及白色矩形的下緣等。

圖6是兩種構(gòu)成的虛擬像素表現(xiàn)橫、豎單像素直線的實(shí)際效果放大照片。在觀察距離漸遠(yuǎn)時(shí)，可以感到B子像素的位置感逐步減弱，肉眼感受到的B子像素信息逐步融入背景。進(jìn)一步，混色效應(yīng)使R子像素顏色區(qū)域邊界逐步模糊，同時(shí)還能一定程度上感受到R、G子像素亮度分布。菱形RGBG表現(xiàn)的橫線，G子像素橫向均勻分布，但由于橫向密度減半的R、B子像素的存在，尤其是R子像素亮度效應(yīng)，容易感受到某一亮度背景上以R像素為(橫向)中心G-R-G簇2倍像素間距的明暗分布；對(duì)于GGRB虛擬像素，雖然兩兩一對(duì)的G-G子像素水平方向分布不均勻，但R、B子像素填補(bǔ)在G-G子像素對(duì)間，R子像素的亮度填補(bǔ)了G子像素對(duì)間的低亮度空間，在水平方向上形成相對(duì)均勻的亮度分布。

兩種虛擬像素表現(xiàn)單像素豎線時(shí)，菱形RGBG顯示的豎線上下相鄰虛擬像素中，G子像素上下對(duì)齊，R子像素分別在G子像素的左右兩側(cè)，造成亮度中心左右擺動(dòng)，遠(yuǎn)觀豎線有輕微扭曲感；相比之下，GGRB顯示的豎線中，虛擬像素G、R并不位于軸線上，而是分布在軸線左右兩側(cè)，使亮度中心盡量接近軸線，因此遠(yuǎn)觀感受到的白豎線相對(duì)直而平滑。

圖6 GGRB和菱形RGBG虛擬像素表現(xiàn)橫向和豎向直線效果對(duì)比Fig.6 Comparison of horizontal and vertical lines displayed in GGRB and diamond RGBG virtual pixel display

圖7是兩種構(gòu)成的虛擬像素表現(xiàn)的白色單像素水平和豎直平行線組小倍率的照片。相對(duì)于大倍率照片，小倍率照片中菱形RGBG表現(xiàn)的橫向平行線組的顆粒感，以及豎向平行線組的扭曲感更容易被察覺(jué)。正如上述舉例，可察覺(jué)的表現(xiàn)效果瑕疵主要出現(xiàn)在一定(分辨率)條件下的特定情況，對(duì)大多數(shù)顯示情況，這類瑕疵對(duì)顯示效果的影響并不明顯。

圖7 GGRB和菱形RGBG虛擬像素表現(xiàn)橫向和豎向平行線組效果對(duì)比Fig.7 Comparison of horizontal & vertical parallel lines displayed in GGRB and diamond RGBG virtual pixel display

圖8是兩種構(gòu)成虛擬像素表現(xiàn)的白色矩形的下緣?？梢钥吹?，菱形RGBG虛擬像素表現(xiàn)的矩形下緣G子像素集中在下(外)側(cè)。與內(nèi)部G子像素被R、B子像素包圍不同，下緣的G子像素僅在上方存在R、B子像素，同水平及下方無(wú)R、B子像素，因此混色效果與內(nèi)部有所差異。由于下方R、B子像素的缺失，比較容易感受到下緣偏綠；與之相對(duì)，GGRB虛擬像素下緣的G子像素在垂直方向上居于R、B子像素之間，G子像素相關(guān)混色條件與效果與內(nèi)部相似，沒(méi)有明顯的下緣偏綠現(xiàn)象。

圖8 GGRB和菱形RGBG虛擬像素表現(xiàn)白色矩形下緣效果對(duì)比Fig.8 Comparison of white rectangle’s bottom edge displayed in GGRB & diamond RGBG virtual pixel display

類似地，菱形RGBG虛擬像素表現(xiàn)的白色矩形上緣還可能被察覺(jué)微弱的偏紫，以及GGRB虛擬像素表現(xiàn)的白色矩形上緣更弱的偏紅、下緣偏藍(lán)。但由于紅、藍(lán)基色視覺(jué)敏感性的差異，這類色偏的影響遠(yuǎn)弱于邊緣偏綠。另外，兩種虛擬像素表現(xiàn)的白色矩形的左、右兩側(cè)邊緣沒(méi)有明顯缺陷。

5 結(jié) 論

低冗余虛擬像素顯示器中，G子像素分布密度同像素密度，R、B子像素?cái)?shù)量少、分布密度低。由于像素的亮度中心主要由G子像素位置主導(dǎo)確定，虛擬像素構(gòu)成中也通常傾向于采用均勻分布的G子像素排布方案。在R、B子像素混色效應(yīng)的亮度調(diào)制下，G子像素均勻分布的虛擬像素顯示器像素亮度中心分布會(huì)附加大周期的明暗分布信號(hào)。這種不均勻的明暗分布可能造成畫(huà)面均勻性表現(xiàn)效果與真紅綠藍(lán)像素表現(xiàn)效果出現(xiàn)差異。

基于降低G單基色均勻性表現(xiàn)效果，確保亮度信號(hào)均勻性表現(xiàn)效果的思想，本文提出了采用不均勻的G子像素排布，通過(guò)R、B混色效應(yīng)的亮度調(diào)制，實(shí)現(xiàn)虛擬像素亮度中心的均勻分布的方案。經(jīng)初步傅里葉級(jí)數(shù)分析和視覺(jué)對(duì)比評(píng)估，這種虛擬像素顯示器在亮度信號(hào)均勻性表現(xiàn)效果等方面的改善符合預(yù)期。