專利名稱：灰度的最優(yōu)化字符顯示技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于子象素配置作業(yè)以確定適合亮度的灰度線性化技術(shù)。此外，本發(fā)明涉及一種用于特定顯示器件使其字符灰度最優(yōu)化的技術(shù)。
傳統(tǒng)的字符是模擬性質(zhì)的，它們的形狀由平滑變化的邊界所決定。隨著光柵掃描顯示器和打印機的出現(xiàn)，由光學和機械方法所產(chǎn)生的模擬式字符已被僅能近似于字符原樣的數(shù)字式圖象所取代。情況總是這樣，因為字符邊緣具有無窮多的頻率成分，用分離的器件無法將它們準確地重視。另一方面，因為視覺系統(tǒng)帶寬有限，需要的只是將發(fā)送器(即顯示器件)的質(zhì)量與接收器(即視覺系統(tǒng))的能力相匹配。不幸的是，大部分現(xiàn)時的顯示器件的可利用的分辨率比視覺系統(tǒng)的分辨率要差。此外，顯示器件中象素的點擴散函數(shù)往往顯著地不同于理想的重構(gòu)函數(shù)的核(reconstructionReranl)(即Syncfunction)。
較高分辨率的一個替換方法是用灰度技術(shù)，在這種技術(shù)中，除了黑色和白色象素外還可實現(xiàn)大量的灰色級。通常，如果每一象素以2n個二進位來代表，則每一象素有2n級不同的灰度可資利用(受制于顯示技術(shù)的可能極限)。在字符的邊緣處應(yīng)用灰度象素能夠比單一灰度顯示裝置的任何僅有二級亮度變化的形式更真實地重顯原字符。
前不久，大部分在光柵顯示器上的文本都用二進位矩陣來表達字符，“l(fā)”和“o”與欲顯示的黑和白相對應(yīng)。一般顯示器只適應(yīng)一組字符集，這組字符集是簡單的并規(guī)范成適合于顯示器特性的形式。最近，灰度技術(shù)已成熟到允許在字符的描述中加入不同灰度的象素，這導致與模擬式的原形相比時能感到離散式的顯示字符有一些質(zhì)量上的改進。隨著較高分辨率二級亮度式顯示器和灰度裝置的出現(xiàn)，在可實現(xiàn)的字模尺寸和形式方面更具靈活性，但仍需發(fā)展有助于產(chǎn)生和評價這些字模的技術(shù)。
許多因素對在光柵掃描器件(例如陰極射線管)上顯示的數(shù)字字符可感覺的質(zhì)量產(chǎn)生影響。由于各種顯示技術(shù)特性的差異，不可能設(shè)計出單一的一組字符集使之在各種顯示器件上都有可接受的圖象質(zhì)量。常常，為個別顯示器件生產(chǎn)合適的字符組的唯一途徑是使一個字模設(shè)計者反復地修改字符的比特圖(bitmap)并在屏幕上對它們作出評價，直到獲得滿意的結(jié)果為止。為了重現(xiàn)那些設(shè)計好的字符矩陣，必須在相似的觀察條件下采用設(shè)計時使用的同一類型的顯示器。
標準的濾波技術(shù)通常被用來產(chǎn)生灰度字符。按這種方式，用一數(shù)字濾波器來卷積一個高分辨率二級亮度原字符，并對此原字符取樣以產(chǎn)生一較低分辨率的灰度字符。一種典型的灰度視頻顯示系統(tǒng)已披露，例如，在1979年6月12日頒發(fā)給賽茨(Seitz)等人的第4158200號美國專利中。其它產(chǎn)生灰度的例子已敘述于華納克(Warnock)“計算機制圖學(ComputerGraphics)”1980年7月第14卷、3期、302-307頁的“使用灰度級取樣陣列顯示字符(TheDisplayofCharactersUsingGrayLeuelSampleArrays)”內(nèi)，以及Kajiya等人于《計算機制圖學(ComywterGraphics)》1981年8月第15卷、3期、7-15頁的“在光柵掃描器件上顯示經(jīng)過濾波的高質(zhì)量文本(FilteringHignQualityTexttorDisplayonRasterScanDevices)內(nèi)。這些資料已在此處用作為參考。
對于特定的灰度顯示器來說，要為灰度特性的產(chǎn)生過程預先確定可資利用的亮度層次的數(shù)目和空間分辨率。然而，能夠用許多不同的濾波器去產(chǎn)生一個字符。還有，甚至用單一的濾波器，也能通過將濾波字符的取樣網(wǎng)格相對于原字符的原點加以移位來產(chǎn)生同一字符的不同形態(tài)。
需要有一種技術(shù)以使得灰度的線性化能滿足人類視覺系統(tǒng)觀看灰度字符顯示器時響應(yīng)特性的要求。此外，為了客觀和有效地測量字符的質(zhì)量，字模設(shè)計者需要用于構(gòu)成字符和進行象質(zhì)評價的自動化工具。雖然已為形成字符發(fā)展了許多系統(tǒng)，但評價字符的有用設(shè)備非常缺乏。因此，需要有用以產(chǎn)生和評價高質(zhì)量字符的系統(tǒng)。
本發(fā)明提供一種方法，這種方法用于灰度顯示器件中子象素邊緣的布局、以確定合適的亮度線性化值。在顯示器件的第一范圍內(nèi)顯示出第一對分區(qū)，該第一對分區(qū)具有一白色部分和以清晰的過渡線與之分隔開的一黑色部分。在顯示器件上鄰接第一范圍的第二范圍內(nèi)顯示出具有一白色部分和由一亮度居中的灰條與之分隔開的一黑色部分的第二區(qū)。灰條基本上平行于分隔第一區(qū)內(nèi)黑白兩部分的清晰過渡線，并且具有一個由子象素邊緣的布局來決定的高度。
一個觀察者位于離顯示器件一定距離處，此距離是從灰條高度和預定的視角計算出來的，而灰條灰度的設(shè)定是可變的。有選擇地設(shè)定灰度，以使得在第一和第二區(qū)的黑部和白部的分界之間呈現(xiàn)出的線條不連續(xù)性為最小，而根據(jù)此選擇設(shè)定出亮度線性化參數(shù)。
通過使觀察者位于離顯示器件各種任意的距離處，并變動灰度的設(shè)定，可以獲得預定的視角。距離是這樣確定的，即在此距離處用最小數(shù)目的灰度設(shè)定就不會呈現(xiàn)出線條不連續(xù)性。此距離和灰條高度就確定出所希視角。
可以測量大量觀察者的響應(yīng)，從而計算出一個平均響應(yīng)。此平均響應(yīng)對于確定生產(chǎn)顯示器時采用的亮度線性化值是有用的。
參閱附圖閱讀下面實施方案的詳細描述時，對所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人員來說，本發(fā)明的目的、特點和優(yōu)點將是顯而易見的，這些附圖包括

圖1概略地說明一種以原字符產(chǎn)生灰度字符圖象的技術(shù);
圖2說明圖1灰度卷積濾波器為形成灰度字符圖象所用的一種取樣網(wǎng)格;
圖3A-3E示出各種可用于計算灰度字符圖象象素亮度值的各種加權(quán)方案;
圖4概略地說明一種包括有重疊取樣區(qū)的取樣網(wǎng)格;
圖5示出了一個通過按照圖4的取樣網(wǎng)格進行濾波后所產(chǎn)生的一個灰度字符圖象;
圖6A和6B說明一個按照特定取樣網(wǎng)格所產(chǎn)生的灰度字符圖象;
圖7A和7B分別相似于圖6A和6B，并說明按照相對于原字符作了移位處理的取樣網(wǎng)格所產(chǎn)生的灰度字符圖象;
圖8說明一種灰度字符顯示系統(tǒng);
圖9說明一種灰度字符圖象的發(fā)生、顯示和觀察的試驗系統(tǒng);
圖10A和10B圖解說明用于圖9系統(tǒng)中象素的點擴散函數(shù);
圖11說明圖9系統(tǒng)中模擬視覺系統(tǒng)光學傳遞特性時采用的一種光學模糊函數(shù);
圖12說明圖9系統(tǒng)中的模擬大腦皮層傳遞特性時采用的一種視覺模糊函數(shù);
圖13概略地說明一種由字符圖象的理想表達式形成灰度字符的系統(tǒng);
圖14說明一種對于灰度子象素邊緣布局進行亮度線性化校正所用的陰極射線管屏幕顯示;
圖15說明一種相似于圖14那樣的變形了的陰極射線管屏幕顯示。
一種產(chǎn)生灰度字符圖象的技術(shù)概略地示于圖1中。簡要地說，這種技術(shù)利用一個通常的原字符發(fā)生器2來提供以二級亮度表示原字符。這個原字符發(fā)生器可以采用形成高分辨率字符的通常設(shè)備。最好以掃描方式將參量函數(shù)所定義的特定字符輪廓轉(zhuǎn)換成高精度的以二進位表示的矩陣。當然，也可利用其它熟知的原字符發(fā)生技術(shù)，諸如成象和各種解析方法。
從原字符發(fā)生器2輸出的數(shù)字信號輸入到灰度卷積濾波器(goayscaleConVolutionfilter)4?；叶染矸e濾波器4按通常的方式工作，以產(chǎn)生灰度字符圖象，灰度字符圖象可以存貯在灰度字符存貯器6內(nèi)供將來使用。
通過衡量對準了象素的主字符某一區(qū)域的貢獻，灰度卷積濾波器4可計算出一個相應(yīng)于象素亮度的設(shè)定值?，F(xiàn)參閱圖2，一個高分辨率、僅二級亮度的原字符M覆蓋以取樣網(wǎng)格G。網(wǎng)格G由取樣區(qū)SA的陣列所組成，這些取樣區(qū)可對準在字符顯示矩陣中的那些象素點上。每一取樣區(qū)SA又進一步包括一個分別取樣的陣列。
在工作時，卷積濾波器4可以通過加權(quán)在取樣區(qū)SA內(nèi)的各個取樣點的亮度貢獻計算出象素的亮度值。而象素(它的亮度值將被決定)中心區(qū)域的亮度貢獻加權(quán)求和并被圓整后就可決定最接近的象素實際亮度的設(shè)定值。
一個簡單的加權(quán)方案是對每一取樣區(qū)內(nèi)取樣點的亮度貢獻作相等的加權(quán)。給來自取樣區(qū)外的取樣以零權(quán)值。這種加權(quán)方案圖示于圖3A中。其它可能的加權(quán)方案圖示于圖3B-3E。例如，在圖3B中所示的評價方案中，給予來自取樣區(qū)中心部分的取樣點比外圍的取樣點以較大的權(quán)值。來自超過取樣區(qū)的那些取樣不再給以權(quán)值。圖3B和3C中所示的濾波器是前述瓦諾克(Warnock)文章中所出現(xiàn)的那種。圖3D表示了一個兩維輻射對稱正弦濾波器，而圖3E以圖示解說了一個兩維輻射對稱型高斯濾波器。雖然每一圖示的濾波器都是對稱的，但也可用不對稱型濾波器進行相應(yīng)的設(shè)定，而且事實上不需要用解析方法。當然，由灰度卷積濾波器4所產(chǎn)生的灰度字符圖象取決于具體使用的濾波方案。
雖然圖2的各個取樣區(qū)SA沒有重疊，但實際上取樣網(wǎng)格經(jīng)常包括如圖4中所示那樣的重疊取樣區(qū)。圖5示出了濾波器根據(jù)圖4示意的取樣網(wǎng)格對原字符取樣后計算得出的灰度字符圖象?？梢岳斫?，為圖示解說方便起見，在圖4中減少了所示的取樣區(qū)域數(shù)目。
取樣網(wǎng)格相對于原字符的位置也將影響計算出的灰度字符圖象。圖6A和6B分別示意出一種取樣網(wǎng)格和用此網(wǎng)格所得的灰度圖象。圖7A和7B示出了從相對于原字符移位了的圖6A的取樣網(wǎng)格計算出來的灰度圖象。如同可以從圖6B和7B的比較所能看到的那樣，計算所得的灰度圖象明顯地受取樣網(wǎng)格位置的影響。取樣網(wǎng)格的取向?qū)⑼瑯佑绊懹嬎闼玫幕叶葓D象。
現(xiàn)轉(zhuǎn)至圖8，描述一種顯示灰度圖象模式的通常方式。當然，這種描述僅是示范性的。所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人員將會意識到也可利用其它的方案。
字符發(fā)生器8可以從微處理器(未示出)或其同類物接收到一個字符碼。此字符碼可經(jīng)字符發(fā)生器8處理后獲得一地址值。此地址值被用作為在字符源存貯器中的檢索值，字符源存貯器中存有灰度字符信息。另一種方法是，灰度字符信息可以實時地由字符發(fā)生器直接從主字符信息計算出來。在耐曼(Naiman)等人《計算機制圖學(ComputerGraphic)》，21卷、第4期，233至242頁1987年7月的“字符快速濾波的矩形卷積(RetangularConvolutionforfastFilteringofCharacters)”一文中描述了上述的這種技術(shù)，該文在此處被用作為參考文獻。
字符發(fā)生器8最好產(chǎn)生相應(yīng)于灰度亮度設(shè)定值的串行數(shù)字圖象比特流。當然，在適當?shù)南到y(tǒng)中，可以用并行的圖象點信號。來自字符發(fā)生器8的串行圖象點亮度設(shè)定值比特串被提供給將數(shù)字串轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號的數(shù)字-視頻轉(zhuǎn)換器10。模擬視頻信號當然會包括適當?shù)乃酵叫盘柍煞趾痛怪毕[間隔。此模擬視頻信號轉(zhuǎn)而控制顯示器件12，顯示器件12響應(yīng)于此模擬視頻信號而顯示出灰度字符。此灰度字符就可由觀察者V來觀察。
該技術(shù)如眾所周知的那樣，象素亮度的設(shè)定值與顯示器件上真實實現(xiàn)的亮度值之間的關(guān)系是非線性的。曾發(fā)展了幾種技術(shù)去補償亮度的非線性。在下列的資料中描述了這樣的一些技術(shù)的例子卡脫繆爾(Catmall)，“關(guān)于補償表格的個別指導(ATutorialonCompensationTables)”，《計算機制圖學(ComputerGraphics)》，13卷，2期1-7頁，1979年8月;柯文(Cowan)，“一種利用CIE標準座標系統(tǒng)校正彩色監(jiān)視器的廉價方案(AninexpensiveSchemeforCalibrationofaColourMonitorinTermsofCIEStandardCoordinates”，《計算機制圖學(ComputerGraphics)》，17卷，3期，315-321頁，1983年7月。
最近雖然有跡象表明單一的補償表格對整個顯示面來說可能是不夠的，但對局部區(qū)域卻往往是足夠的。因此，可以在字符發(fā)生器8和數(shù)字-視頻轉(zhuǎn)換器10之間設(shè)置一線性化的表格去補償顯示器件在亮度上非線性。在顯示面上所產(chǎn)生的亮度也稍微依賴于相鄰象素的設(shè)定值。附加的因素，例如蔭罩干擾(彩色監(jiān)視器)也可能影響象素的亮度。
對于每一象素來說，照明屏幕上的一個區(qū)域，其中，稱為點擴散函數(shù)的亮度分布圖對準象素位置的中心，并從中心向外單調(diào)下降。要模擬一個象素的點擴散是稍微有點困難的。幸而，屏幕熒光粉的功率頻譜分布在整個發(fā)光水平上是不變的，而光強分布圖只是不變的縮放，即亮度分布圖在不同的設(shè)定值下以一個倍增因子為模保持其形狀。然而，由于光強分布圖是空間變化的，即它在不同的顯示部分可能有不同的形狀，這就產(chǎn)生了困難。還有，象素的點擴散函數(shù)被設(shè)計成了與相鄰象素的點擴散函數(shù)相重疊，所以光強分布圖不可能是空間無關(guān)的。
一般，一個單一點擴散函數(shù)就被作為屏幕所有部分點擴散的一般描述。
圖9說明一個灰度字符圖象的發(fā)生、顯示和觀察的模擬系統(tǒng)?；叶茸址l(fā)生器14包括原字符發(fā)生器16，原字符發(fā)生器16提供一系列代表原字符的數(shù)字化了的信號。這些數(shù)字化信號供給灰度處理器18，灰度處理器18用來按上述方式進行灰度濾波及再取樣。因此，灰度處理器18輸出的以及由此決定的灰度字符發(fā)生器14輸出的是一組相應(yīng)于計算出的灰度值的象素亮度設(shè)定值。
象素亮度設(shè)定值供給顯示模型20。顯示模型最好包括一個亮度線性化電路22以及與之串聯(lián)連接的一個點擴散濾波器24。為了在提供出一個灰度字符的在顯示面上獲得發(fā)光圖形的指示，在亮度線性化電路22中實現(xiàn)亮度線性化函數(shù)L。隨后亮度線性化電路22的輸出被象素點擴散函數(shù)所卷積。
亮度線性化函數(shù)L使來自灰度處理器的亮度設(shè)定請求滿足一特定顯示器件物理特性的要求。然而，在顯示模型中有可能假設(shè)灰度處理器的請求確定滿足顯示器件的要求。因此，點擴散濾波器有可能直接連接到灰度處理器的輸出端，如圖9中所標示出的。當然，在將亮度請求送到真實的顯示器件的屏幕以前，線性化處理還是必不可少的。
為簡化起見，可以假設(shè)象素亮度相對于陰極射線管屏幕位置是空間不變的，并且不依賴于相鄰象素的設(shè)定情況。換言之，可以作這樣的假定，即真實象素亮度只取決于亮度設(shè)定值，而不取決于在屏幕上特定象素的位置和相鄰象素亮度設(shè)定情況。
線性化了的灰度圖象被點擴散濾波器24的象素點擴散函數(shù)所卷積，以產(chǎn)生一個代表來自顯示器件的光刺激信號S。典型單色多灰度級顯示器件的象素點擴散函數(shù)圖示于圖10A中。圖10B示出了一類彩色監(jiān)視器顯示一個白色象素時的點擴散函數(shù)。當然，其它彩色監(jiān)視器會包括不同的象素點擴散函數(shù)。
一般，可以以一個單個點擴散函數(shù)來確定整個顯示的特征。然而，也有可能對屏幕的各個部分定出不同的點擴散函數(shù)。當然在極限情況下，可以對顯示器件上的每一個象素定出獨立的點擴散函數(shù)，從而建立起相鄰象素間的函數(shù)關(guān)系。
通過規(guī)定分辨率(在此分辨率下測量點擴散函數(shù))，或另一種方法，通過使用一個象素點擴散函數(shù)的解析表達式，就能夠控制精度，在此精度下給出激勵信號S。舉例來說，在英凡脫(Infante)于1986年在《信息顯示學會論文集(ProceedingsoftheSID)》，27卷、4期，275至280頁所發(fā)表的“陰極射線管顯示器中的最終分辨率和非高斯截面(UltimateResolutionandNon-GuassianProfilesinCRTDisplays)”一文中敘述了一些象素點擴散函數(shù)的解析表達式。
在灰度顯示器件上一旦獲得了一個字符的有意義的代表物的顯示，就希望確定當在一給定距離處觀察時，一典型的人眼根據(jù)成象在其視網(wǎng)膜上的圖形實際會感覺到什么。此外，還希望確定由于人眼對于構(gòu)成圖案的不同的頻率成分有不同的敏感程度而導致典型的人類視覺系統(tǒng)是如何響應(yīng)這種光刺激的。前者涉及眼睛介質(zhì)光學，而后者涉及到大腦皮層圖象處理的精神生理學測量。
這樣，光刺激信號S被提供給一個視覺系統(tǒng)模型26。視覺系統(tǒng)模型26包括一個模擬視覺系統(tǒng)光學傳遞特性的光學模糊函數(shù)電路28。光學模糊函數(shù)V0或光學點擴散描述了一個點光源成象于視網(wǎng)膜上的狀況，并且它以視角大小來表示一個點的擴散情況。在此技術(shù)領(lǐng)域里眾所周知，視角是影象在視網(wǎng)膜上的角距離。雖然合適的光學模糊函數(shù)取決于瞳孔直徑和光譜功率，但是當眼睛聚焦良好且光瞳直徑為2mm時，單個光學模糊函數(shù)足以滿足單色、有限寬帶光源的需求，請參閱1986年威利森斯(Wileey & Sons)出版的，由布夫(Boff)，K.R.考夫曼(Kaufman)，L.和索末思(Thomas).，J.P.編的《人的性能與感覺手冊(HandbooRforPerceptionandHumanPerformance)》的第一卷“知道過程和感覺(SensoryProcessesandPerception)”，4.1-4.20頁由威斯齊末(Westheimer)，G.寫的《猶如光學儀器的眼睛(TheEyeasanOpticalInstrument)》。
一種代表通過眼睛透鏡的點光源濾波的二維光學模糊函數(shù)V0示于圖11中。網(wǎng)格尺寸為30弧分×30弧分，而在離中心大致2弧分處模糊函數(shù)趨于零。用光學模糊函數(shù)V0去卷積光刺激信號S，就產(chǎn)生了能模擬在視網(wǎng)膜上經(jīng)透鏡模糊后的字符圖象的描述I。象上面所描述的象素點擴散函數(shù)，能夠通過設(shè)定精度來控制在字符圖象表達中的誤差，在該精度下定義出光學模糊函數(shù)V0。
由于光感測器的取樣和皮層圖象的處理，產(chǎn)生了附加的濾波。已知的情況是光學和精神生理的組合濾波效應(yīng)包括在人的反差靈敏度函數(shù)，這一函數(shù)描述了視覺系統(tǒng)所遭遇到的每一刺激時其空間帶通濾波的特性。象光學模糊現(xiàn)象一樣，反差靈敏度不但取決于光刺激S的瞬間頻率，而且取決于進入眼睛的總的光通量。
可以導出一個帶通點擴散函數(shù)Vc用作特定的反差靈敏度函數(shù)，當用刺激信號S卷積此帶通點擴散函數(shù)時，在濾除視覺系統(tǒng)不能檢測出的亮度反差后就產(chǎn)生圖象的表述信號Ic。設(shè)置有一個皮層模糊電路30，以用皮層模糊函數(shù)Vc去卷積刺激信號S。一個從人類反差靈敏度函數(shù)導出的兩維皮層模糊函數(shù)Vc示于圖12中。網(wǎng)格的尺寸是30弧分×30弧分。在離中心約5弧分處皮層模糊函數(shù)Vc變成負，并在約15弧分處返回到零。
給定了適合于觀察條件的光學點擴散函數(shù)和反差靈敏度函數(shù)，視覺系統(tǒng)響應(yīng)可以通過用濾波器V0和VC卷積刺激信號S以分別產(chǎn)生響應(yīng)于視覺系統(tǒng)感受圖象的信號I0和IC來代表，視覺系統(tǒng)以視網(wǎng)膜的物理映象或?qū)獯碳さ木裆眄憫?yīng)來表達。雖然示出的視覺系統(tǒng)模型26只包括一個光學模糊電路和一個皮層模糊電路，但是也可以設(shè)置有模擬人類視覺處理中間階段的附加電路。
再次轉(zhuǎn)到圖9，計算系統(tǒng)32接收作為輸入信號的I0和/或IC。此計算機系統(tǒng)可以是一個包括，例如一個處理器和輔助電路的任何適當?shù)南到y(tǒng)。在計算系統(tǒng)32和灰度處理器18之間以及計算系統(tǒng)32和亮度線性化電路22之間分別設(shè)置有反饋控制環(huán)路。
在工作過程中，此計算系統(tǒng)可以將信號I0和IC分別與它們理想的表達形式進行比較。這些比較可以應(yīng)用在迭代過程中，在這個迭代過程中控制發(fā)生和顯示的一或一個以上的參量可以被調(diào)節(jié)到使模擬系統(tǒng)的輸出最優(yōu)化。例如此計算系統(tǒng)或許指示灰度處理器去改變?yōu)V波器類型，使取樣網(wǎng)格移位或重新取向，調(diào)節(jié)取樣區(qū)的重疊情況，等待。線性化值也是可以調(diào)節(jié)的。這樣，系統(tǒng)的各個部分可以修整到最佳性能。舉例來說，對于一給定的顯示器件，可以定出最佳灰度發(fā)生器。此外，可以為某一顯示器件定出合適的亮度線性化。
灰度處理器可以提供一個并行的輸出給一常用的顯示器件。因而，模擬系統(tǒng)的產(chǎn)物有可能用目視監(jiān)控，而常用顯示器件的觀察者可積極地參與系統(tǒng)的最優(yōu)化操作。相似地，亮度線性化電路的輸出可以提供給一個供顯示用的數(shù)字-視頻轉(zhuǎn)換器。
現(xiàn)參閱圖13，模擬系統(tǒng)可用來反求灰度字符圖象。如果有一個理想視網(wǎng)膜或皮層圖象的表述形式可資利用，則這一表述形式可用于視覺系統(tǒng)模型34去求一輸出信號SI，輸出信號SI當用視覺系統(tǒng)濾波器來卷積它時將會與理想圖象相匹配。于是，此視覺系統(tǒng)模型的輸出信號SI代表到視覺系統(tǒng)的理想刺激。
信號SI可以被提供給顯示模塊36。信號SI可用來求出一信號，此信號當用點擴散函數(shù)去卷積它時會提供理想的刺激信號SI。亮度線性化函數(shù)L的逆函數(shù)被用來確定去顯示器的理想輸入。從顯示器件模型36來的輸出信號GI定義理想灰度字符圖象。此理想灰度字符圖象就可存貯于灰度存貯裝置38內(nèi)。用這種方式，可以建立起一組理想灰度字符圖象。
根據(jù)本發(fā)明的另一特點，可以精密地控制圖象邊緣于象素的配置，例如，構(gòu)成灰度字符，即對灰度強度的設(shè)定進行適當線性化處理。還有，可以配合特定的使用者人機交互性地校正顯示器件。
參閱圖14，陰極射線管屏幕40的左半?yún)^(qū)可呈現(xiàn)包括白色上部42和黑色下部44的對分區(qū)。在兩部分之間設(shè)置有一條清晰的黑/白過渡線46。陰極射線管屏幕右半?yún)^(qū)設(shè)置有一個包括白色上半部48和黑色下半部50的相似的對分區(qū)。然而，在這兩部分之間不是一條清晰的過渡線而是一居中的灰色象素條52將陰極射線管屏幕右半?yún)^(qū)的兩部分分隔開。應(yīng)該注意，將屏幕左半?yún)^(qū)和右半?yún)^(qū)分隔開的在圖14中的垂線僅是為圖示說明的目的而畫的。
居中灰度條52的象素高度取決于所希子象素圖象的配置。舉例來說，如果希望有50%的子象素配置，則灰度條52會包括兩行灰度象素。對于33%的子象素配置，會包括三行灰度象素，而對于25%的子象素配置會包括四行象素，這將在下面更詳細地描述。
在校正灰度器件的亮度以前，確定灰度圖象第一次開始工作的視角是有用的。在遠距離處，沿一字符邊緣所有可能的灰度設(shè)定由于通過視覺系統(tǒng)的濾波，會出現(xiàn)相同的情況。另一方面，在十分近距離處，一個觀察者將總能描述出灰區(qū)的外形。在一些特定的視角下，只用一個或少數(shù)幾個灰度設(shè)定就能調(diào)整好字符圖象的邊緣部分。
為了給特定的觀察者確定合適的視角，觀察者將距陰極射線管屏幕第一任意距離處，并將居中灰條52的灰度設(shè)定在整個設(shè)定范圍內(nèi)變動。確定出灰度設(shè)定的范圍，在此范圍處，在白色部分48和黑色部分50之間出現(xiàn)與過渡線46對齊的明顯黑/白過渡。然后觀察者移動至第二任意距離處，并再次確定有效灰度設(shè)定的范圍。使有效灰度設(shè)定范圍最小的距離以及灰條的高度確定了視角，在此視角下開始通過灰度成象的子象素配置工作。
一旦確定了合適的視角，可以通過供子象素邊緣配置用的亮度值的適當?shù)木€性化，相對于一特定的使用者來校正顯示器件的亮度。如果需要50%的子象素邊緣配置，灰條52將包括兩行象素，一行是垂直移位至黑/白過渡線46以上的，一行是垂直移位到黑/白過渡線以下的。
一個觀察者位于由象素高度和預定視角所確定的距離處。調(diào)節(jié)灰色區(qū)域52的象素灰度的設(shè)定值，并確定灰度的設(shè)定，在此設(shè)定值下，在黑/白過渡線46與白部48和黑部50間的交界處之間任何可覺察到的邊緣不連續(xù)性減至最小。這一確定的灰度設(shè)定相應(yīng)于用作50%子象素邊緣配置的合適的灰度設(shè)定。
然后，可以對各種子象素邊緣配置重復前述過程。如果希望對33%的邊緣配置去確定合適的灰度設(shè)定，則可在灰條52內(nèi)加上第三行灰度象素。為了維持預定的視角，可調(diào)整觀察者所處位置的距離去適應(yīng)灰條52增加的高度。再一次調(diào)整灰條52灰度的亮度設(shè)定，直至黑/白過渡線46與白部48和黑部50間視在的交界處之間邊緣可覺察程度減至最小。這種使邊緣不連續(xù)性減至最小的灰度設(shè)定確定出供子象素邊緣配置用的適當?shù)木€性化值。
對于25%的子象素邊緣配置，將在灰條52內(nèi)應(yīng)用四行象素，舉例來說，一行象素是垂直移位到黑/白過渡線46以上的，而三行象素是垂直移位到黑/白過渡線46以下的。在調(diào)整觀察者的位置以維持預定的視角不變以后，確定出用于25%子象素邊緣配置的亮度線性化值。當然，對于附加的子象素邊緣配置可以重復這一過程。
注意到在圖14中黑和白部分之間的過渡是沿水平線的。這樣，圖4中所示的顯示情況適合于有水平方向掃描的通常的陰極射線管監(jiān)視器的特性。如果黑和白部分之間的過渡是沿垂直線的，則由于陰極射線管顯示技術(shù)固有的限制，邊緣會經(jīng)常顯得不太清晰。
此外為了提供兩條邊界的不連續(xù)性，可以改變圖14中所示的圖象，以獲得圖15的圖象。用兩條邊界可能不連續(xù)性的措施，可以確定更為精密的亮度線性化設(shè)定值。此外，通過將灰條52對準在陰極射線管屏幕的中心，在水平掃描期間由掃描電子束輕微的垂直位移造成的任何不良影響減至最小。
對許多個人可以重復上面而聯(lián)系圖14和15描述的過程，于是可以計算出一個平均灰度圖象邊緣響應(yīng)。這個平均值轉(zhuǎn)而可用來確定灰度顯示器件的合適的工廠里的線性化設(shè)定。
雖然前面的敘述集中在陰極射線管屏幕顯示，但本發(fā)明的特點和優(yōu)點可同樣用于其它適當?shù)幕叶蕊@示技術(shù)。
已在說明書的前面部分敘述了本發(fā)明的原理、較佳實施方案和工作模式。然而，因為已披露的特定形式被看作是例證性的，而不是限制性的，所以并不認為企圖在此處加以保護的本發(fā)明只限于這些特定的形式。所屬技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員有可能在不偏離本發(fā)明的精神下作出變化和更動。
權(quán)利要求
1.一種為了在灰度顯示器件中子象素邊緣配置而校準亮度線性化值的方法，它包括下列步驟在所述顯示器件的第一范圍內(nèi)顯示出第一區(qū)，所述第一區(qū)具有一分隔開第一白色區(qū)部分和第一黑色區(qū)部分的清晰的過渡線；在鄰接所述第一范圍的所述顯示器件的第二范圍內(nèi)顯示出第二區(qū)，所述第二區(qū)具有由一居中的灰條分隔開的第二白色區(qū)部分和第二黑色區(qū)部分，所述灰條與所述清晰的過渡線基本上平行，且有一由所希望的子象素邊緣配置所確定的高度；使一觀察者位于離所述顯示器件一段距離處，此距離是從所述灰條高度和一預定的視角計算出來的；改變所述灰條的灰度設(shè)定；選擇所述灰度設(shè)定，選定的灰度設(shè)定使在所述清晰過渡與在所述第二白色區(qū)部分和所述第二黑色區(qū)部分間的一條過渡線之間被所述觀察者明顯看出的線條不連續(xù)性減至最?。桓鶕?jù)由所述選定步驟選定的灰度設(shè)定來設(shè)定所述顯示器件的亮度線性化值。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，為大量子象素邊緣配置重復所述步驟。
3.權(quán)利要求1的方法，其中，所述清晰過渡線條通常平行于所述顯示器件的掃描方向。
4.權(quán)利要求3的方法，其中，所述灰條對準所述顯示器件的中心。
5.權(quán)利要求1的方法，其中，所述灰條對準所述顯示器件的中心。
6.權(quán)利要求1的方法，它進一步包括確定所述視角的步驟。
7.權(quán)利要求6的方法，其中，所述確定視角步驟包括子步驟a).使所述觀察者位于離所述顯示器任意距離處;b).改變灰條的灰度設(shè)定;c).選擇灰度設(shè)定范圍，此范圍內(nèi)的設(shè)定使得在所述清晰的過渡與在所述第二白色區(qū)部分和所述第二黑色區(qū)部分間的一條過渡線之間不產(chǎn)生明顯的線條不連續(xù)性;d).對于大量離所述顯示器件的距離，重復步驟a至c;e).確定使灰度設(shè)定范圍最小的距離，在此范圍內(nèi)的灰度設(shè)定使得在所述清晰的過渡與在所述第二白色區(qū)部分和所述第二黑色區(qū)部分間的一條過渡線之間不產(chǎn)生明顯的線條不連續(xù)性;f).根據(jù)在所述確定步驟中確定的距離和所述灰條的高度計算出視角。
8.權(quán)利要求7的方法，其中，所述第二區(qū)的所述白色部分沿一條邊鄰接所述第一區(qū)的所述白色部分，且其中，所述第一區(qū)的所述黑色部分沿一條邊鄰接所述第二區(qū)的所述黑色部分。
9.權(quán)利要求1的方法，其中，所述第一區(qū)的白色部分沿一條邊鄰接所述第二區(qū)的所述白色部分，且其中，所述第一區(qū)的所述黑色部分沿一條邊鄰接所述第二區(qū)的所述黑色部分。
10.權(quán)利要求9的方法，其中，對大量子象素邊緣配置重復所述步驟。
11.權(quán)利要求9的方法，其中，所述清晰過渡線通常平行于所述顯示器件的一個掃描方向。
12.權(quán)利要求11的方法，其中，所述灰條對準所述顯示器件的中心。
13.權(quán)利要求9的方法，其中，所述灰條對準所述顯示器件的中心。
14.權(quán)利要求1的方法，其中，對大量觀察者重復所述顯示、配置、改變和選擇步驟，而所述設(shè)定步驟是根據(jù)選定的灰度設(shè)定的平均值來設(shè)定一亮度線性化值。
15.一種為灰度顯示器件去設(shè)定亮度線性化值的方法，它包括下列步驟a).在所述顯示器件的第一范圍內(nèi)顯示出第一區(qū)，所述第一區(qū)具有一條分隔開第一白色區(qū)部分和第一黑色區(qū)部分的清晰的過渡線;b).顯示出在鄰接所述第一范圍的所述顯示器件的第二范圍內(nèi)的第二區(qū)，所述第二區(qū)具有由一居中灰條分隔開的第二白色區(qū)部分和第二黑色區(qū)部分，所述灰條基本上平行于所述清晰過渡線，并具有一個由所希子象素邊緣配置確定的高度;c).使一觀察者位于離所述顯示器件任意位置處;d).改變灰條的灰度設(shè)定;e).選擇灰度設(shè)定的范圍，在此范圍內(nèi)的設(shè)定使得在所述清晰過渡與所述第二白色區(qū)部分和所述第二黑色區(qū)部分間的一條過渡線之間不產(chǎn)生明顯的線條不連續(xù)性;f).對大量離所述顯示器件的距離重復步驟c至e;g).確定使灰度設(shè)定范圍減至最小的距離，在此范圍內(nèi)的設(shè)定使得在所述清晰過渡與在所述第二白色區(qū)部分和所述第二黑色區(qū)部分間的一條過渡線之間不產(chǎn)生明顯的線條不連續(xù)性;h).根據(jù)在所述確定步驟中所決定的距離和所述灰條的高度計算出一個視角;i)對大量的觀察者，重復步驟c至h;j)計算一個平均視角;k)使一觀察者位于離所述顯示器件一個從所述灰條高度和所述平均視角計算出來的距離;l)改變灰條的灰度設(shè)定;m)選擇灰度設(shè)定，此灰度設(shè)定使得所述清晰過渡與在所述第二白色區(qū)部分和第二黑色區(qū)部分間的一條過渡線之間觀察者看得出來的線條不連續(xù)性減至最小;n)對大量的觀察者重復步驟k至m，并計算出一個由所述選擇步驟選擇出來的平均灰度設(shè)定;o)根據(jù)所述平均灰度設(shè)定，去設(shè)定一個所述顯示器件的亮度線性化值。
16.權(quán)利要求15的方法，其中，所述第一區(qū)的所述白色部分沿一條邊鄰接所述第二區(qū)的所述白色部分，且其中，所述第一區(qū)的黑色部分沿一條邊鄰接所述第二區(qū)的所述黑色部分。
17.權(quán)利要求15的方法，其中，對大量子象素邊緣配置重復這些步驟。
18.權(quán)利要求16的方法，其中，所述清晰過渡線通常平行于所述顯示器件的一個掃描方向。
19.權(quán)利要求18的方法，其中，所述灰條對準所述顯示器件的中心。
20.權(quán)利要求16的方法，其中，所述灰條對準所述顯示器件的中心。
全文摘要
為了在灰度顯示中改進圖象邊緣子象素的配置，確定了合適的亮度線性化值，可以通過一最終使用者來校準各個顯示器件，或使出廠的亮度線性化設(shè)定值得到確定?？梢詫μ囟ǖ娘@示器件最優(yōu)化其灰度字符。
文檔編號G09G5/00GK1038714SQ8910360
公開日1990年1月10日 申請日期1989年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月23日
發(fā)明者阿伯拉罕·查音姆·乃曼 申請人:惠普公司