一种彩色电润湿显示器颜色校正方法及其装置与流程

本发明涉及显示器技术领域，特别涉及一种彩色电润湿显示器颜色校正方法及其装置。

背景技术：

近年来，由于对显示器低功耗和户外阅读的需求而使反射式显示器件备受关注，其中有一种新型反射式电润湿(电润湿又名电湿润)(electrowettingdevice，ewd)显示器件，因其是基于加电状态下对极性液体的控制下实现显示，故而相对于其他的反射显示器件而言反应速度较快，同时也能实现高亮度、高对比度、低能耗。但如何在电润湿器件上显示精准的彩色图像甚至视频仍有很大的进步空间。为了能够在电润湿显示器上实现精准的彩色图像和视频显示，必须有一套能根据电润湿器件电学特性设计的彩色图像实现方法。

一般常见电润湿显示器实现彩色图像和视频显示的器件结构有rgb(红绿蓝)平铺结构方式和cmy(青品红黄)层叠结构方式两种。其中rgb平铺结构方式的电润湿器件将每一基色的单元平铺放置，分别由r、g、b三基色单元构成一个显示像素，再由众多像素构成一个显示器。每一基色分别由相应的基色数据经灰度调制器调制产生相应的驱动电压驱动该基色单元油墨伸缩而显示不同亮度的颜色，三基色显示单元经过加法空间混色而实现彩色的显示。其中cmy层叠结构方式的电润湿器件将每一基色的单元层叠放置，分别由c、m、y三基色单元由上到下层叠放置构成一个显示像素，再由众多像素构成一个显示器。每一基色分别由相应的基色数据经灰度调制器调制产生相应的驱动电压驱动该基色单元油墨伸缩而显示不同亮度的颜色，三基色显示单元经过减法空间混色而实现彩色的显示。事实上显示设备颜色的再现与各种显示设备本身的特性密切相关，同时目前用于电润湿显示器显示的彩色图像数据并不是电润湿器件专用的图像数据，研究表明这些图像数据更适合灰度(亮度)与图像数据呈现线性关系或者近似线性关系的平板显示器件使用。众所周知典型的电润湿显示器件的显示亮度(或开口率)与驱动电压之间是非线性关系，因此将这些彩色图像数据的直接进行灰度调制后去驱动彩色电润湿显示器实现彩色图像的显示，将会导致所还原显示的图像颜色不精准，彩色图像失真严重等诸多问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种彩色电润湿显示器颜色校正方法及其装置，实现彩色图像数据在显示器上再现真实精准的颜色，能够大大地改善彩色电润湿器件的图像还原显示能力，实现更优的显示画质。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种彩色电润湿显示器颜色校正方法，依据彩色电润湿器件各基色相对亮度l与驱动电压v的非线性关系，即l-v曲线，经过对各色彩基色数据的反l-v变换，变换使得原始图像色彩的还原再现能够适应彩色电润湿显示器的l-v特性，从而使各基色相对亮度与基色图像数据控制产生的驱动电压实现近似线性关系，最终实现彩色图像数据在显示器上再现真实精准的颜色。

在本发明一实施例中，所述的反l-v变换是指构造彩色电润湿器件各基色相对亮度l与驱动电压v的非线性曲线函数的反函数，使得其与l-v曲线进行相乘，最终实现用于各基色灰度调制区间的综合l-v曲线趋于线性，从而使各基色相对亮度与基色图像数据控制产生的驱动电压实现近似线性关系，电润湿显示器再现颜色与所要显示的图像颜色趋于一致。

在本发明一实施例中，该方法具体包括以下步骤，

步骤s1：通过实验或者通过已有的实验数据获得需要驱动的彩色电润湿器件相对亮度或开口率与驱动电压的l-v曲线，并确定用于灰度调制的曲线区间，然后采用数学拟合方法获得该曲线区间的曲线的数学函数表达式记为l1(v)；

步骤s2：根据数学反函数的求解方法，求出l1(v)函数的反函数v1(l)，并求得该函数的幂指数记为m；

步骤s3：根据彩色电润湿器件显示各基色所需还原再现灰度等级g与显示器亮度l之间的关系式g＝k×l^1/m计算出所需还原的各灰度等级对应的亮度值l；

步骤s4：根据步骤s3求得的亮度值l再结合电润湿电子纸l-v曲线求得产生该些亮度值所需驱动电压值v；

步骤s5：根据步骤s4求得的驱动电压值v再根据产生驱动电压的调制方法从而求得每一个输出驱动电压v所对应的输入驱动基色图像数据值；

经以上变换步骤s1-s5实现了各基色原始图像数据到根据彩色电润湿显示器本身固有l-v特性的反l-v校正处理，实现各基色相对亮度与基色图像数据控制产生的驱动电压实现近似线性关系，最终实现彩色图像数据在显示器上再现真实精准的颜色。

在本发明一实施例中，所述彩色电润湿器件显示各基色所需还原再现灰度等级g的数量为2的次方数。

在本发明一实施例中，所述彩色电润湿器件各基色相对亮度l与驱动电压v的非线性关系，为电压上升非极性流体收缩阶段或电压下降非流体扩张阶段。

本发明还提供了一种实现上述所述方法的彩色电润湿显示器颜色校正装置，包括主控制器单元、彩色图像数据输入接口单元、rgb通道数据反l-v变换单元、rgb灰度调制器单元、行扫描器单元、电源单元；所述主控制器单元用于完成实现彩色电润湿显示器颜色校正控制电路系统的编程控制；所述彩色数据输入接口单元用于完成三基色彩色图像数据输入控制；所述rgb通道数据反l-v变换单元用于实现原始彩色图像数据到目标彩色图像数据的变换控制；所述rgb灰度调制器单元用于各灰度图像数据到目标驱动电压调制产生控制；所述行扫描器单元用于产生电润湿器件行扫描所需的电压脉冲信号；所述电源单元用于为整个装置供电。

在本发明一实施例中，所述rgb通道数据反l-v变换单元由具有查找表功能的存储器件、fpga模块或者具备运算功能的集成电路构成。

在本发明一实施例中，所述rgb灰度调制器单元由具备将图像数据转换成对应的脉冲宽度或者转换成对应幅度的电压值的集成电路构成，用于将rgb图像数据转换成对应的脉冲宽度信号或者驱动电压输出到彩色电润湿显示屏相应的列电极上。

在本发明一实施例中，所述行扫描器单元由地址译码器和脉冲放大器电路或者由行扫描集成器件构成。

在本发明一实施例中，所述电源单元由多电压输出开关电源或者线性稳压电压电路构成。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明加入了包含有将一般的彩色图像数据根据电润湿显示器l-v特性进行反l-v变换的处理电路模块，实现了各基色原始图像数据到根据电润湿显示器本身固有l-v特性的反l-v校正处理，最终实现各基色相对亮度与基色图像数据控制产生的驱动电压实现近似线性关系，最终实现彩色图像数据在显示器上再现真实精准的颜色，能够大大地改善彩色电润湿器件的图像还原显示能力，实现更优的显示画质。

附图说明

图1是典型电润湿显示器相对亮度与驱动电压关系曲线图。

图2是本发明实施例选定电润湿显示器归一化的相对亮度与驱动电压关系图。

图3是本发明实施例求解得到的电润湿显示器归一化的相对亮度与驱动电压反函数关系图。

图4是本发明实施例求得的反l-v曲线亮度灰阶划分与列驱动电压关系示意图。

图5是本发明实施例提供的彩色电润湿显示器颜色校正电路装置系统框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明的一种彩色电润湿显示器颜色校正方法，依据彩色电润湿器件各基色相对亮度l与驱动电压v的非线性关系，即l-v曲线，经过对各色彩基色数据的反l-v变换，变换使得原始图像色彩的还原再现能够适应彩色电润湿显示器的l-v特性，从而使各基色相对亮度与基色图像数据控制产生的驱动电压实现近似线性关系，最终实现彩色图像数据在显示器上再现真实精准的颜色。所述的反l-v变换是指构造彩色电润湿器件各基色相对亮度l与驱动电压v的非线性曲线函数的反函数，使得其与l-v曲线进行相乘，最终实现用于各基色灰度调制区间的综合l-v曲线趋于线性，从而使各基色相对亮度与基色图像数据控制产生的驱动电压实现近似线性关系，电润湿显示器再现颜色与所要显示的图像颜色趋于一致。

该方法具体包括以下步骤，

步骤s1：通过实验或者通过已有的实验数据获得需要驱动的彩色电润湿器件相对亮度或开口率与驱动电压的l-v曲线，并确定用于灰度调制的曲线区间，然后采用数学拟合方法获得该曲线区间的曲线的数学函数表达式记为l1(v)；

步骤s2：根据数学反函数的求解方法，求出l1(v)函数的反函数v1(l)，并求得该函数的幂指数记为m；

步骤s3：根据彩色电润湿器件显示各基色所需还原再现灰度等级g与显示器亮度l之间的关系式g＝k×l^1/m计算出所需还原的各灰度等级对应的亮度值l；

步骤s4：根据步骤s3求得的亮度值l再结合电润湿电子纸l-v曲线求得产生该些亮度值所需驱动电压值v；

步骤s5：根据步骤s4求得的驱动电压值v再根据产生驱动电压的调制方法从而求得每一个输出驱动电压v所对应的输入驱动基色图像数据值；

经以上变换步骤s1-s5实现了各基色原始图像数据到根据彩色电润湿显示器本身固有l-v特性的反l-v校正处理，实现各基色相对亮度与基色图像数据控制产生的驱动电压实现近似线性关系，最终实现彩色图像数据在显示器上再现真实精准的颜色。

所述彩色电润湿器件显示各基色所需还原再现灰度等级g的数量为2的次方数。

所述彩色电润湿器件各基色相对亮度l与驱动电压v的非线性关系，为电压上升非极性流体收缩阶段或电压下降非流体扩张阶段。

本发明还提供了一种实现上述所述方法的彩色电润湿显示器颜色校正装置，包括主控制器单元、彩色图像数据输入接口单元、rgb通道数据反l-v变换单元(包括r通道数据反l-v变换单元、g通道数据反l-v变换单元、b通道数据反l-v变换单元)、rgb灰度调制器单元(包括r灰度调制器单元、g灰度调制器单元、b灰度调制器单元)、行扫描器单元、电源单元；所述主控制器单元用于完成实现彩色电润湿显示器颜色校正控制电路系统的编程控制；所述彩色数据输入接口单元用于完成三基色彩色图像数据输入控制；所述rgb通道数据反l-v变换单元用于实现原始彩色图像数据到目标彩色图像数据的变换控制；所述rgb灰度调制器单元用于各灰度图像数据到目标驱动电压调制产生控制；所述行扫描器单元用于产生电润湿器件行扫描所需的电压脉冲信号；所述电源单元用于为整个装置供电。

所述rgb通道数据反l-v变换单元由具有查找表功能的存储器件、fpga模块或者具备运算功能的集成电路构成。所述rgb灰度调制器单元由具备将图像数据转换成对应的脉冲宽度或者转换成对应幅度的电压值的集成电路构成，用于将rgb图像数据转换成对应的脉冲宽度信号或者驱动电压输出到彩色电润湿显示屏相应的列电极上。所述行扫描器单元由地址译码器和脉冲放大器电路或者由行扫描集成器件构成。所述电源单元由多电压输出开关电源或者线性稳压电压电路构成。

以下为本发明的具体实现实例。

本发明的一种彩色电润湿显示器颜色校正方法，包括以下步骤：

步骤s1：通过实验或者已有的实验数据获得要驱动的电润湿器件相对亮度(或开口率)与驱动电压l-v关系曲线，并事先确定用于灰度调制的曲线区间，然后将该区间的曲线用数学拟合方法获得该曲线的数学函数表达式记为l1(v)；

步骤s2：根据数学反函数的求解方法，求出l1(v)函数的反函数l2(v)，并求得该函数的幂指数记为m；步骤s3：根据电润湿显示各基色所需还原再现灰度等级gall与显示器亮度l之间的关系式g＝k×l^1/m可以计算出所需还原的各灰度等级对应的亮度值l；

步骤s4：根据步骤s3求得的亮度值l再结合电润湿电子纸反l-v函数l2(v)曲线可以求得产生这些亮度值所需驱动电压值v；

根据已经求得的电润湿器件相对亮度(或开口率)与驱动电压反l-v关系函数l2(v)曲线和电润湿灰度显示的灰阶总数gall，将函数l2(v)纵轴归一化亮度划分成16等分，通过作图等办法画出gall-1条与电压量轴平行的直线，并分别与反l-v关系函数l2(v)曲线相交，然后再从相交点作为起点画出gall-1条与归一化亮度轴平行的直线，并分别与电压轴相交；以归一化零电压作为电压起点0，分别依次读取与电压轴相交平行线相交点的电压值，分别记为v1，v2，……，vgall-1，这些电压值分别列于表1中的第三列归一化列驱动电压值。

表1

步骤s5：根据步骤s4求得的驱动电压值v再根据产生驱动电压的调制方法从而求得每一个输出驱动电压v所对应的输入驱动基色图像数据值；

具体实施例为：将每一个归一化列驱动电压值v乘以gall(值为16)然后四舍五入得到整数值，然后将这个整数值变换成对应的二进制数，该二进制数值即为该归一化列驱动电压值v所对应校正后输出的图像数据。比如第7个灰度值对应的归一化驱动电压值为“0.62”，将0.62×16＝9.92，取整后为“10”，其对应的二进制数为“1010”，则“1010”即为基色数据原始第7灰阶校正后输出的数据。其余灰阶校正前后对应的数据计算方法跟前面所述方法一样，很快就可以求得16个校正后的基色图像数据，这些数据列于表1的第四列中。

在本实施例中，我们假设所要驱动显示的彩色电润湿显示屏为rgb平铺加法混色式彩色电润湿显示屏，分辨率为64列和64行，所需驱动电压极性为列正行负。同时测得该电润湿显示屏典型相对亮度与驱动电压关系曲线如图1所示，同时从图1的l-v曲线选定电润湿显示器归一化的相对亮度与驱动电压关系曲线如图2所示，同时我们选择目前常见电子纸显示器彩色图像每基色灰度为16灰阶，然后我们根据彩色电润湿显示器颜色校正方法变换方法的s1～s3步骤，求解得到的电润湿显示器归一化的相对亮度与驱动电压反函数关系曲线如图3所示，同时根据s4步骤求得的反l-v曲线亮度灰阶划分与列驱动电压关系示意如图4所示。

如图5所示，在以上所述彩色电润湿显示器颜色校正方法的基础上，本发明所提供的是实现电路装置方案主要包括：其包括主控制器单元、彩色图像数据输入接口单元、rgb通道数据反l-v变换单元、rgb灰度调制器单元、行扫描器单元、电源单元；所述主控制器单元用于完成实现彩色电润湿显示器颜色校正控制电路系统的编程控制；所述彩色数据输入接口单元用于完成三基色彩色图像数据输入控制；所述rgb通道数据反l-v变换单元用于实现原始彩色图像数据到目标彩色图像数据的变换控制；所述rgb灰度调制器单元用于各灰度图像数据到目标驱动电压调制产生控制；所述行扫描器单元用于产生电润湿器件行扫描所需的电压脉冲信号；所述电源单元向其它单元模块供电。

主控制器单元由具有编程控制功能的单片机cpu、嵌入式cpu或者计算机cpu等，我们选用stm32系列单片机，用于完成实现彩色电润湿显示器颜色校正控制电路系统的编程控制，完成数据传输控制和时序控制等。彩色数据输入接口单元由具有缓存功能或者锁存功能的数字逻辑电路构成，我们选用hc245八位数据缓冲芯片，用于完成灰度数据输入缓存控制，根据本实施例的情况，输入的灰度数据为4位，输入时序由stm32单片机完成。rgb通道数据反l-v变换单元、由具有查找表功能的存储器件、fpga芯片或者具备运算功能的集成电路构成，我们选用alterafpgamax系列芯片epm7032sc7，采用verilog语言编写查找表程序，用于实现原始彩色图像数据到目标彩色灰度图像数据变换控制，在本实施例中所构造的fpga查找表模块满足4位二进制数据输入，根据表1第二列输入基色图像数据查找表输出第四列输出校正后基色图像数据。

接着从r、g、b通道数据反l-v变换单元查表输出的数据分别送入rgb灰度调制器单位，将4位基色数据分别调制为列所需的驱动电压值并分别输出到彩色电润湿显示屏各个对应基色的列驱动电极上，作为电润湿显示器列显示驱动电压信号。按本实施例的假定，彩色电润湿显示屏共有每基色64路列驱动电极，因此需要64×3套列灰度调制器这样的列电压处理电路。

行扫描器单元由地址译码器和脉冲放大器电路或者由行扫描集成器件构成，用于产生电润湿器件行扫描所需的电压脉冲信号，我们选用alterafpgamax系列芯片epm7128sc7和具有负电压放大功能的脉冲集成放大器uln2803芯片构成，该工作芯片的工作电压选定为电润湿器件的阈值电压设定为-23.35v，根据电润湿显示屏共有64行的行驱动电极，因此需要采用verilog语言编写6-64译码器模块即6位地址信号输入，该6位地址信号由stm32单片机根据图像数据扫描时序产生并输入到epm7128sc7芯片的地址信号输入端，产生的64路一行周期有效脉冲扫描脉冲输出，并分别输入到8片uln2803集成放大器芯片中进行电压放大，最后将放大后的负电压有效的扫描脉冲与64路电润湿显示屏行电极连接。电源单元由多电压输出开关电源或者线性稳压电压电路构成，用于为电路装置的各个模块提供所需的工作电压，主要包括数字逻辑电路电压、线性电压放大器单元所需的电压、行扫描器单元所需的电压等。

需要说明的是，本发明实施例中假定的电润湿显示屏为rgb三基色平铺式加法彩色显示器，如果所要驱动的电润湿显示器为其它基色组合而成或者采用cmy层叠式减法实现彩色的显示屏时，以上所述的电路实施过程依然可以采用，只不过对于cmy层叠式彩色显示器电路来说，彩色图像数据输入接口单元输入的不是一般的彩色图像数据，而是先经过由rgb彩色图像数据变换为cmy彩色图像数据输入，其余电路的核心内容与我们上面所述的驱动电路系统完全一致，这样就可以实现各种类型彩色电润湿显示器颜色的校正并实现精准颜色图像的显示。

需要说明的是，本发明实施例所假定的电润湿显示屏的分辨率为64×64点阵，本发明方法其实也完全适用于比它低或者比它高的各种分辨率彩色电润湿显示屏，此时所需的行列驱动路数做相应的增减即可。当然如果达到一定分辨率后，所需要的主控器cpu就需要选择更高性能的处理器，才能顺利的处理和控制本电路系统，但是不管采用何种芯片，本发明的核心想法不会改变。

需要说明的是，本发明实施例所假定的彩色电润湿显示屏为无源驱动显示屏，其实本发明的方法和电路装置也适用于有源驱动的电润湿显示屏，将获得同样的预期效果。

以上所述各部分电路模块在单片芯片的统一协调控制下，产生实现一幅幅彩色电润湿显示器还原图像显示所需的行列电极驱动电压信号，最后就可以在电润湿显示屏上实现每基色16灰阶共计4096色彩色图像的显示，并且达到精准图像颜色的再现，大大提高图像的显示效果。

需要说明的是，本发明实施例所假定电润湿显示器件相对亮度与驱动电压关系曲线图如图1所示，其实本发明的校正方法并没有特别限定该曲线的为该特定形状，一般来说只要该曲线为非线性关系，本发明的校正方法均可以适用。

需要说明的是，电润湿又名电湿润，本发明中电润湿显示器颜色校正方法同样也适用于电湿润显示器。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。