Матрица PenTile — это семейство запатентованных схем субпиксельных матриц, используемых в дисплеях электронных устройств . PenTile — торговая марка Samsung . Матрицы PenTile используются в дисплеях AMOLED и LCD .
Эти субпиксельные макеты специально разработаны для работы с фирменными алгоритмами субпиксельной визуализации, встроенными в драйвер дисплея, что обеспечивает совместимость по принципу «plug and play» с обычными полосовыми панелями RGB (красный-зеленый-синий).
«PenTile Matrix» ( неологизм от penta-, что означает «пять» по-гречески и tile ) описывает геометрическую компоновку прототипического расположения субпикселей, разработанного в начале 1990-х годов. [1] Компоновка состоит из квинконса , включающего два красных субпикселя, два зеленых субпикселя и один центральный синий субпиксель в каждой элементарной ячейке. Она была вдохновлена биомимикрией сетчатки человека , которая имеет почти равное количество колбочек типа L и M , но значительно меньше колбочек S. Поскольку колбочки S в первую очередь отвечают за восприятие синего цвета, который не оказывает заметного влияния на восприятие яркости , уменьшение количества синих субпикселей по отношению к красным и зеленым субпикселям на дисплее не снижает качество изображения. [2] [ требуется проверка ] Однако компоновка может вызвать искажение изображения из-за утечки цвета, которое можно уменьшить с помощью фильтров. [3] [4] В некоторых случаях компоновка приводит к уменьшению муара и блочности по сравнению с обычными компоновками RGB. [5] Макет PenTile специально разработан для работы и зависимости от субпиксельного рендеринга, который использует в среднем только один с четвертью субпиксель на пиксель для рендеринга изображения. То есть любой заданный входной пиксель сопоставляется либо с логическим пикселем с красным центром, либо с логическим пикселем с зеленым центром.
PenTile была изобретена Кэндис Х. Браун Эллиотт, за что она была награждена премией Отто Шаде Общества по отображению информации в 2014 году. [6] Технология была лицензирована компанией Clairvoyante с 2000 по 2008 год, в течение которого несколько прототипов дисплеев PenTile были разработаны рядом азиатских производителей жидкокристаллических дисплеев (ЖК-дисплеев). В марте 2008 года Samsung Electronics приобрела активы интеллектуальной собственности PenTile компании Clairvoyante. Затем Samsung профинансировала новую компанию Nouvoyance, Inc. для продолжения разработки технологии PenTile. [7]
Компоновка PenTile RGBG, используемая в дисплеях AMOLED и плазменных [8] , использует зеленые пиксели, чередующиеся с чередующимися красными и синими пикселями. Человеческий глаз наиболее чувствителен к зеленому цвету, особенно для информации о яркости с высоким разрешением. Зеленые субпиксели сопоставляются с входными пикселями по принципу один к одному. Красные и синие субпиксели подвергаются субдискретизации, восстанавливая сигнал цветности с более низким разрешением. Сигнал яркости обрабатывается с использованием адаптивных фильтров рендеринга субпикселей для оптимизации реконструкции высоких пространственных частот из входного изображения, при этом зеленые субпиксели обеспечивают большую часть реконструкции. Красные и синие субпиксели способны восстанавливать горизонтальные и вертикальные пространственные частоты, но не самую высокую из диагональных. Диагональная информация о высокой пространственной частоте в красном и синем каналах входного изображения передается в зеленые субпиксели для реконструкции изображения. Таким образом, схема RG-BG создает цветной дисплей с на треть меньшим количеством субпикселей, чем традиционная схема RGB-RGB, но с тем же измеренным разрешением дисплея яркости . [9] [10] Это похоже на фильтр Байера , обычно используемый в цифровых камерах .
По состоянию на 2021 год «почти все OLED-экраны в портативных потребительских устройствах используют ту или иную форму субпиксельной компоновки Pentile». [11]
Технология PenTile RGBW, используемая в ЖК-дисплеях, добавляет дополнительный субпиксель к традиционным красному, зеленому и синему субпикселям, представляющим собой чистую область без цветового фильтрующего материала и с единственной целью пропускания подсветки , [24] отсюда W для белого цвета . Это позволяет создавать более яркое изображение по сравнению с RGB-матрицей при использовании того же количества энергии или создавать столь же яркое изображение при использовании меньшего количества энергии. [25]
Макет PenTile RGBW использует каждый красный, зеленый, синий и белый субпиксель для представления информации о яркости высокого разрешения колбочкам человеческого глаза, воспринимающим красный и зеленый цвета , при этом используя объединенный эффект всех цветовых субпикселей для представления информации о цветности (цвете) с более низким разрешением всем трем типам колбочек. В совокупности это оптимизирует соответствие технологии отображения биологическим механизмам человеческого зрения. [26] Макет использует на треть меньше субпикселей для того же разрешения, что и макет полосы RGB (RGB-RGB), несмотря на наличие четырех основных цветов вместо обычных трех, используя рендеринг субпикселей в сочетании с рендерингом метамеров . Рендеринг метамеров оптимизирует распределение энергии между белым субпикселем и объединенными красными, зелеными и синими субпикселями: W <> RGB, для улучшения резкости изображения.
Чип драйвера дисплея имеет преобразователь цветового векторного пространства RGB в RGBW и алгоритм отображения гаммы , за которым следуют алгоритмы метамерной и субпиксельной визуализации . Для поддержания насыщенного качества цвета, во избежание одновременной ошибки контраста между насыщенными цветами и пиковой яркостью белого, одновременно снижая требования к мощности подсветки, яркость подсветки дисплея находится под управлением движка драйвера PenTile. [27] Когда изображение в основном состоит из ненасыщенных цветов, близких к белому или серому , яркость подсветки значительно снижается, часто до менее чем 50% пикового значения, в то время как уровни ЖК-дисплея увеличиваются для компенсации. Когда изображение имеет очень яркие насыщенные цвета, яркость подсветки поддерживается на более высоких уровнях. PenTile RGBW также имеет дополнительный режим высокой яркости, который удваивает яркость областей изображения ненасыщенного цвета, таких как черно-белый текст, для улучшения видимости на открытом воздухе.
Продолжающиеся споры относительно определения или измерения разрешения цветных субпиксельных плоских дисплеев заставили многих людей [32] [33] [34] усомниться в заявлениях о разрешении дисплеев PenTile. [35] Журналисты отметили, что « практически в каждом существующем плоскопанельном телевизоре каждый пиксель состоит из одного красного, одного зеленого и одного синего субпикселя (RGB), все одинакового размера ». [8] В традиционных плоскопанельных экранах разрешение определяется количеством красных, зеленых и синих субпикселей, в группах по три в массиве на каждой оси. В результате каждый пиксель или группа субпикселей может отображать любой цвет на экране, независимо от соседних пикселей. Это не относится к экранам PenTile.
Метод измерения и определения разрешения цветных дисплеев Ассоциации стандартов видеоэлектроники ( VESA ) заключается в измерении контрастности пар линий, требуя минимум 50% контрастности Майкельсона для дисплеев, предназначенных для отображения текста. [36] Разработчики дисплеев PenTile используют этот критерий VESA для контрастности пар линий, чтобы вычислить указанные разрешения. [37] В макете RGBG чередующиеся красные и синие субпиксели «делятся» или подвыбираются с соседними пикселями. Из-за того, что плотность субпикселей на дисплеях PenTile на треть ниже [38], структура пикселей может быть более заметной по сравнению с полосатыми дисплеями RGB с той же плотностью пикселей. [39] [40] Потеря субпикселей для заданной спецификации разрешения привела к тому, что некоторые журналисты описали использование PenTile как «теневую практику» [41] и «своего рода мошенничество». [42]
Для заданного размера и спецификации разрешения экран PenTile может выглядеть зернистым, пикселизированным, пятнистым, с размытым текстом на некоторых насыщенных цветах и фонах по сравнению с цветом полосы RGB. [43] Предполагается, что этот эффект вызван ограничением количества субпикселей, которые могут участвовать в реконструкции изображения, когда цвета сильно насыщены по отношению к основным. В случае RGBW это вызвано тем, что субпиксель W не будет доступен для поддержания насыщенного цвета. В случае RGBG этот эффект возникнет, когда цветовая граница в основном красная или синяя, поскольку полностью заполненный (один зеленый на пиксель) субпиксель не может вносить свой вклад. Во всех других случаях текст и особенно полноцветные изображения эффективно реконструируются. [27]
Компоновка PenTile уменьшает количество субпикселей, необходимых для создания указанного разрешения. Следовательно, можно достичь разрешения HD на экране PenTile AMOLED с меньшими затратами, чем при использовании других технологий, и большинство обозревателей отмечают, что дисплеи с разрешением «300 ppi» (согласно VESA — не полные пиксели) (такие как Samsung Galaxy S III ) делают эффект PenTile менее заметным, чем дисплеи PenTile с более низким разрешением ( Droid Razr ). Второе преимущество — более низкое энергопотребление: использование дисплея PenTile в HTC One S делает его более энергоэффективным и тонким, чем эквивалентные ЖК-экраны, что обеспечивает ему лучшее время работы от батареи, чем IPS LCD в HTC One X. [44] [45] [46] [47] Экран PenTile AMOLED также дешевле, чем AMOLED с полосой RGB. [48]
По данным Samsung, дисплеи PenTile AMOLED имеют более длительный срок службы за счет меньшего количества синих субпикселей. [49]
Большинство дисплеев PenTile используют прямоугольные сетки чередующихся зеленых и синих/красных пикселей. Однако Samsung Galaxy S4 использует массив PenTile Diamond Pixel, где зеленые пиксели овальные и повторяются в одну линию, в то время как красные и синие пиксели больше и чередуются между линиями зеленого, обеспечивая более однородные цвета с меньшим количеством аберраций по сравнению с дисплеем PenTile предыдущего поколения на Galaxy S III. [50]
Дисплеи PenTile для смартфонов получили неоднозначную оценку. Например, дисплей Motorola Atrix 4G имел «неточные цвета и плохие углы обзора, не говоря уже о практически нечитаемом тексте при максимальном увеличении». Также при сравнении оригинального Droid Razr и более дешевого RAZR V, TN TFT LCD RAZR V (низкоуровневый LCD по сравнению с более дорогой панелью IPS LCD) оказался намного четче, чем Super AMOLED Advanced PenTile Droid Razr, несмотря на то, что оба экрана использовали одинаковое «разрешение». [51] [52]