液晶显示全局动态调光算法的高效实现方法研究

动态调光算法包括背光值和液晶像素补偿量确定。通过查表法实现的基于图像分类的S曲线调光算法电路存在资源消耗大、处理速度慢等缺陷。本文提出了2种算法实现方式:等差数列法、最小二乘拟合法,并分别对这2种算法进行了仿真分析,得到其与查找法的最大标准差分别为1.8和0.8。在开发的全局调光液晶电视样机上进行了实际测试,和查表法得到的像素亮度相比:等差数列法的误差为3个灰度级,最小二乘法的误差在1个灰度级以内。2种算法都可使电路存储资源的利用率由原查表法的71%降低到4%。仿真和实验结果表明最小二乘法具有更好的效果。

显示器的实时色彩管理

基于动态影像切换速度快的特点,提出一种可内嵌于显示器中,通过硬件实现的色彩管理方法来提高显示器图像颜色信息的一致性。研究了ICC规范的色彩管理理论,基于三维查找表与插值法,建立了显示器驱动信号值间的非均匀查找表;利用查找表数据,通过三维插值算法实现了显示器的色彩管理,并通过对图像特征的判断完成了自适应渲染功能。在现场可编程门阵列上建立了基于该方法的显示器实时色彩管理系统,利用该系统对两台显示器进行了色彩管理实验。结果表明,在实行色彩管理前后,两台显示器的最大色差/平均色差分别为14.56/5.08与5.4/1.83ΔEuv色差单位;使用自适应渲染功能则较好地保留了原图像的细节信息。该系统可对显示器进行较高精度的色彩管理,且满足高清分辨率动态影像实时性的需求。

x86结构下的多视点裸眼立体显示实时合成并行算法研究

目前的柱栅式裸眼立体显示技术已经能够在UHD模式下具有良好的2D显示性能,但是随着分辨率的提高,立体显示图像的合成所需要处理的数据量急剧增加。为此,我们在x86架构运行环境下,提出了一种采用SIMD指令集来实现显示图像实时合成的算法。实验表明,相比于通用算法,该算法可大幅减少运算时间,速度提高了1个数量级以上。有效满足柱栅式立体显示系统图像的实时合成,具有一定的工程实际意义。

环境光对固态体积式真三维显示闪烁的影响研究

为了优化固态体积式真三维显示中的闪烁现象,研究了环境光对于显示闪烁的影响。通过傅里叶变换在频域获得环境光与成像光信号叠加后的频域能量分布,分析了环境光影响显示闪烁的原因。同时,设计完成了两组视觉感知实验并进行统计分析。结果显示,环境光的频率、最大光强及占空比对于真三维显示的闪烁程度有显著性影响,显著性差异小于0.001。其中,环境光的频率是影响显示闪烁的首要因素,环境光频率与显示刷新率相匹配是消除环境光对闪烁影响的主要途径;降低最大光强或提高占空比有助于消除闪烁。闪烁程度评价模型的评估结果与实验结果的相关系数大于0.99,研究结果对于基于层叠屏的三维显示闪烁程度优化具有积极的启发和指导作用。

固态体积式真三维立体显示器显示体驱动电路设计

固态体积式真三维立体显示器显示体是由多层大尺寸液晶光阀组成,高速投影光学引擎将对应深度的图片投射到对应深度的液晶光阀上成像,经过人眼合成即可实现立体显示,因此驱动显示体使其与高速投影光学引擎相匹配是显示立体图像的重要保证。介绍了单层液晶光阀驱动电路,该电路具有驱动能力强,响应速度快,可实现双极性驱动的特点。在解决多个上述电路并联引起振荡叠加的基础上设计了显示体驱动电路和驱动控制电路。在分析60Hz刷新频率下显示体闪烁的原因之后,基于传统驱动方式提出了一种新的驱动方式,解决闪烁现象。可以实现真三维立体无闪烁显示,对于单层48cm(19in)液晶光阀,上升时间和下降时间之和为0.5ms,实现了快速驱动。满足了固态体积式真三维显示体驱动设计要求,为大尺寸液晶光阀驱动提供了一种方法。

固态体积式真三维立体显示器双灯照明系统设计

为了提高固态体积式真三维立体显示器的显示亮度,根据方棒照明系统的特点,设计了一种基于直流驱动、平行光出射的双灯照明系统。该设计根据光学扩展量守恒原理,提出了一种通过延长投影光源汇聚距离的方法以实现双灯照明。通过光学仿真分析,对设计的双灯方棒照明系统进行优化,提高方棒照明系统的光能利用率和照明均匀性。搭建实际系统,并进行了测试。测试结果表明:采用双灯直流汞灯照明后,2层散射态光阀后的成像亮度为41 711cd/m2,是单灯的1.4倍,有效提高了固态体积式真三维显示器的成像质量。

固态体积式真三维立体显示效果优化

为了优化固态体积式真三维的立体成像效果,显示出更加逼真的立体图像,对编码图像的灰度级和成像显示体的对比度进行了研究。论文从固态体积式真三维立体显示器成像原理出发,介绍了固态体积式真三维的电路系统、光学投影系统和成像显示体,在分析和研究影响立体显示效果的主要因素后提出了两种改进的方法。一种方法是通过降低图像刷新频率,提高编码图像数据位数,从而提高像素灰度等级,另一种方法是改变液晶光阀的盒厚,以此增强显示体的对比度。在真三维样机上,成功实现了32级灰度,将颜色种类从4 096种提升至32 768种,对比度相比原样机提高了1.2倍,主观感受到更加丰富的图像细节和色彩。优化效果明显,可以显示出细节更加清晰、颜色更加丰富和效果更加真实的三维立体图像。

102cm固态体积式真三维显示器投影光源设计

针对102cm固态体积式真三维立体显示器的亮度要求,设计了基于UHP光源的四灯投影光源系统,并通过复眼均光系统实现均匀照明。仿真结果表明,光源系统总的光通量为50 009lm,为理论计算值的1.21倍,且光斑均匀性达到86%。完成102cm固态体积式真三维立体显示器的装配、测试,测得屏前静态全白场亮度138nit,图像立体感较强,无明显分层现象。仿真和样机测试结果均表明,设计满足102cm固态体积式真三维显示的亮度要求。

基于真三维立体显示的高速串行数据传输设计

在真三维显示系统中,有海量图像数据需要高速传输。为了满足数据吞吐量的需求,数据采用多路差分总线的形式进行传输,但是由于电路板布线的差异,会导致数据传输的可靠性降低。本文中采用动态相位调整(DPA)技术,保证了数据传输的可靠性和稳定性,满足了真三维显示的需求。

用于侧出式发光二极管背光的全局动态调光算法

结合背光源发展趋势,提出了适用于侧出式LED背光的全局动态调光算法。首先,根据显示图片平均灰度值、最大灰度值和平均值的差值确定背光调光亮度。接着,基于S曲线对液晶像素亮度值进行补偿。亮度大于S曲线拐点的像素的调整因子大于1,小于拐点的像素的调整因子小于1,以此有效提高静态对比度,并且不会引入溢出失真。对算法进行了仿真分析并开发了原理样机进行实际验证。结果表明:采用动态调光算法的液晶显示器的功耗严重依赖于显示内容;显示40幅不同类型的图片时,平均整机节能为9.39%;静态对比度提高了124.7%。采用本文提出的全局动态调光算法的侧出式背光具有成本低、体积轻薄、节能、对比度高的优点。

基于发光二极管配光曲线设计自由曲面透镜

针对头盔显示器(HMD)液晶像源的特殊要求,选择了一款小尺寸、高光效的发光二极管(LED)作为背光光源。基于此LED的光强分布曲线,利用非成像光学理论设计了双自由曲面透镜阵列,以期进一步提高背光光效。首先对单个LED设计了3款不同半径的双自由曲面透镜,形成了亮度均匀的圆形光斑。然后对单个透镜进行切割,形成矩形光斑,并用4个矩形透镜拼接成透镜阵列。选择了效果最优的透镜进行了加工和测试。结果表明:与传统的采用两层扩散膜的背光结构相比,采用透镜阵列和两层扩散膜后的背光的光能利用率提高了13.94%,背光亮度提高了96.4%,非均匀性由23.8%略提高到23.1%,半亮度视角由37°降低到19°。用设计的透镜及其阵列对LED光源发出的光线进行准直,易形成高亮度的均匀矩形光斑,满足头盔显示器液晶像源背光的要求。

用于视角偏转的光学膜表面微结构设计

针对传统的液晶显示器应用于一些驾驶舱时存在的特殊观看视角问题,设计了一种新型的光学膜,以使液晶显示器的最大亮度可根据观看者的位置实现特定角度的偏转。首先,基于现有背光的配光曲线,提出光学膜表面微结构为直角三角形;考虑由于直角边的全反射,半光强视角范围较窄且存在截止角,对微结构进行了棱高和角度的优化设计,使半光强处视角范围得到提高。为消除截止角并进一步增大半亮度视角范围,对微结构再次进行优化设计,提出了双峰折线形非对称的光学膜表面微结构。仿真结果表明:水平视角不变时,偏转膜垂直方向最大亮度在20°处,透过率为87.3%,半亮度视角为(-12.5°,45°)。根据设计结果加工了实际样品并进行了实验测试,测试结果表明:与传统的背光视角相比,偏转膜垂直方向最大亮度由原来的0°偏转到18.9°,半亮度视角由(-24.1°,23.5°)变为(-9.2°,45.3°),透过率为82.0%,满足了特定视角的观看要求。

改进的S形曲线全局动态调光算法

针对S形曲线全局动态调光算法对人脸图像处理的不足,提出了一种改进的S形曲线全局动态调光算法。通过对输入图像信号进行变换,判定图像中是否存在人脸,并据此调整生成的S形曲线,对像素值进行补偿并调节背光输出。仿真结果显示,改进后的算法可以准确检出人脸图像,并有效地提升了人脸图像的显示效果。样机测试结果表明,液晶电视的图像质量有明显提升且平均能耗下降21.28%。

侧入式发光二极管背光区域调光算法

为解决液晶显示存在能效和对比度不高问题,本文结合主流背光结构和区域调光技术优势,提出了一种侧入式LED背光区域调光算法,包括背光调光、亮度分配和像素补偿三个部分。调光算法将输入图像进行分区,计算每个分区的图像亮度;亮度分配算法引入资源分配和运输模型建立图像分区亮度到LED灯串亮度的映射关系。像素补偿算法使用低通滤波器模拟得到LED发出的光经导光板、扩散膜后的扩散效果,据此调整液晶像素亮度。并对该算法进行了大量的仿真实验,开发了原理性样机。对30幅典型图像实际测试表明,平均节能率为20.57%,平均结构相似性性能参数为0.985。本文提出的侧入式区域调光算法既能保持背光结构轻薄,同时具有较好的节能和显示效果。

基于直方图和主灰度的调光算法

为了有效解决液晶显示中背光能耗与显示质量的矛盾,在综合分析了灰度直方图和主灰度等图像特征与图像背光关系的基础上,提出了一种基于这些特征的调光算法。首先统计输入图像像素灰度的平均值,并依据平均值将图像划分为3种类型;然后统计图像的灰度直方图和主灰度等特征值;最后采用多元回归分析方法分析图像特征与背光之间的关系从而确定背光公式系数,再依据公式计算背光调光亮度。对该算法使用30幅典型图像进行了仿真测试,实验结果表明调光效果指数DEI为0.95,平均节能率为28.22%。与其他算法相比,本文算法具有较高的节能率和较好的显示效果,较好地平衡了显示效果和节能率的矛盾。

AMOLED灰阶补偿算法研究

为了解决一种小型AMOLED显示屏由灰阶丢失导致的图像变形问题,提出了一种AMOLED灰阶补偿算法。首先测试不同亮度下AMOLED显示灰阶时亮度变化的数据,然后依据测试数据建立亮度变化与灰阶丢失的映射关系,最后使用非线性灰阶压缩的方法对输入图像进行变换,补偿灰阶丢失引起的图像失真。通过软件仿真和硬件测试表明,该算法可以有效地补偿由于AMOLED亮度变化而无法正常显示的灰阶的问题,使图像能够正常显示。因此该算法可以保证小型AMOLED显示屏在不同亮度下工作时能够正常显示灰阶。

基于S曲线的两级动态调光算法研究

S曲线全局调光算法能够降低LED液晶显示器的功耗并提高显示图像静态对比度,为了进一步提高节能率,提出了基于S曲线的两级动态调光算法。首先对输入图像的所有像素分量进行线性放大,将输入图像的像素灰度级整体提升;然后利用S曲线对线性放大后的图像进行像素补偿,同时输出调整后的背光亮度信号。对40幅典型图像进行了仿真,结果表明:平均背光节能30%,静态对比度提高33%。开发了工程样机,对6类常见的电视节目进行测试,整机平均节能25.1%,静态对比度提高了30%。与S曲线全局调光算法相比,所提算法在显示性能保持不变的同时,能进一步将节能率提高10%。

单体结构对聚合物稳定胆甾相液晶形貌及光电性能的影响

采用紫外光聚合诱导相分离法制备聚合物稳定胆甾相液晶(PSCT),研究了单体4,4′-二[6-(丙烯酰氧基)己氧基]联苯(BAB6)、2-甲基-1,4-二[4-(3-丙烯酰氧基已氧基)苯甲酸基]对苯二酚(HCM-009)、2-甲基-1,4-二[4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酸基]对苯二酚(LCM)对常黑和常白模式PSCT光电性能的影响。结果表明:BAB6不具备液晶性,与液晶的相容性差,形成的聚合物网络疏松,网孔较大;HCM-009和LCM均具有液晶性,能很好地溶于液晶中。BAB6、HCM-009、LCM 3种单体形成的聚合物网络对液晶分子的锚定作用依次增强,常黑模式PSCT的闲值(饱和)电压减小,下降时间变长,迟滞宽度变大;而常白模式PSCT的驱动电压增大,响应速率变快。

一种高节能、低溢出率的动态调光算法

为了解决现有调光算法存在节能率低和溢出失真率高的问题,本文提出了一种高节能、低溢出率的动态调光算法。在综合考虑液晶显示器中背光亮度和像素亮度对最终显示效果存在非等效影响的实际情况下,将输入图像灰阶亮度作一定的预处理后再进行图像背光亮度计算,并且采用带有权重的线性调节方式来进行液晶像素的补偿计算。与常见调光算法的平均节能11.9%和平均溢出率12.34%相比,本文算法的平均节能可达22.15%,而溢出失真率降低至9.95%。在工程样机上对50幅图像进行了实际测试,与采用常见调光算法的显示器相比,采用本文调光算法的显示器在获得更高节能率的同时,保持了较好的显示质量,没有明显的亮度下降。

基于镜头特征的动态调光算法

视频是由若干个镜头联合构成的,不同的镜头在亮度和主灰度方面存在差异。为了有效提升对于不同类型视频的节能率,提出了一种基于镜头特征的动态调光算法。该算法运用亮度和主灰度等参数进行镜头分割,然后依据每个镜头的亮度对比度进行分类,针对不同类型镜头设置不同的调光参数进行背光调节。对该算法使用不同类型视频进行了仿真,结果表明镜头的平均检出率达到67.21%,平均精确度达到81.81%。开发了工程样机对不同类型视频进行了节能率测试,整机平均节能率达到24.89%。