CN102930827A

CN102930827A - 图像补偿、建立内建补偿矩阵组的方法及电子纸显示装置

Info

Publication number: CN102930827A
Application number: CN2011102297451A
Authority: CN
Inventors: 杨长暻
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2011-08-11
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2031-08-11
Also published as: CN102930827B

Abstract

一种像素层级的图像补偿方法、建立内建补偿矩阵组的方法以及电子纸显示装置，适用于N级灰阶的电子纸显示装置，图像补偿方法包括：提供第一级灰阶值的第一标准图像；使电子纸显示装置显示对应第一标准图像的第一图像；撷取电子纸显示装置在显示第一图像时每个像素所显示的第一实际灰阶值；比较第一级灰阶值与第一实际灰阶值以建立第一补偿矩阵；分别提供对应于该第二级灰阶值至该第N级灰阶值的第二标准图像至第N标准图像，并分别重复以上步骤以建立第二补偿矩阵至第N补偿矩阵；根据第一补偿矩阵至第N补偿矩阵补偿电子纸显示装置的输入图像；以及使电子纸显示装置根据补偿后的输入图像显示输出图像。

Description

图像补偿、建立内建补偿矩阵组的方法及电子纸显示装置

技术领域

本发明涉及一种图像补偿方法、建立内建补偿矩阵组的方法以及电子纸显示装置，且特别涉及一种电子纸显示装置的像素层级的图像补偿方法、建立内建补偿矩阵组的方法以及电子纸显示装置。

背景技术

电子纸显示装置(electronic paper display，e-paper display，or EPD)是一种新型的显示装置及技术，其特色在于此新型显示装置可像纸一样轻薄、可弯曲、且省电。电子纸的主流技术主要分为微胶囊电泳式(Micro-capsuleelectrophoretic type)、微杯电泳式(Micro-cups electrophoretic type)以及快速反应粉流体(Quick response liquid powder display，QR-LPD)等。

上述电子纸显示装置借由电场驱动带电有色粒子来显示图像，随着施加电场的方向、电压大小与脉冲宽度的不同，带电有色粒子的分布或移动便不同，因此像素会显示不同的颜色与亮度。但是有时即使施加相同的驱动波形给不同像素，不同像素之间的光学响应(Optical response)也可能会不一致，因此造成杂讯和图像对比度下降等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种图像补偿方法，用以处理电子纸显示装置中光学响应不一致的问题。

本发明一实施例提供一种像素层级(pixel level)的图像补偿方法，适用于N级灰阶的电子纸显示装置，该电子纸显示装置的像素配置成像素阵列，其中该N级灰阶包括第一级灰阶值至第N级灰阶值，其方法包括：提供该第一级灰阶值的第一标准图像，该第一标准图像的像素尺寸与该像素阵列相同，该第一标准图像的每个像素值皆为该第一级灰阶值；使该电子纸显示装置显示对应该第一标准图像的第一图像；撷取该电子纸显示装置在显示该第一图像时，该电子纸显示装置的每个像素所显示的第一实际灰阶值；分别比较该第一级灰阶值与该第一实际灰阶值以建立第一补偿矩阵，该第一补偿矩阵的补偿元素配置对应于该像素阵列；分别重复以上步骤以分别建立第二补偿矩阵至第N补偿矩阵；根据该第一补偿矩阵至该第N补偿矩阵补偿该电子纸显示装置的输入图像；以及使该电子纸显示装置根据补偿后的该输入图像显示输出图像，其中N为整数。

本发明另一实施例提供一种建立内建补偿矩阵组的方法，其适用于N级灰阶的电子纸显示装置，该电子纸显示装置的像素配置成像素阵列，其中该N级灰阶包括第一级灰阶值至第N级灰阶值，其方法包括：提供该第一级灰阶值的第一标准图像，该第一标准图像的像素尺寸与该像素阵列相同，该第一标准图像的每个像素值皆为该第一级灰阶值；使该电子纸显示装置显示对应该第一标准图像的第一图像；撷取该电子纸显示装置在显示该第一图像时，该电子纸显示装置的每个像素所显示的第一实际灰阶值；比较该第一级灰阶值与该第一实际灰阶值以建立第一补偿矩阵，该第一补偿矩阵的补偿元素配置对应于该像素阵列；分别重复以上步骤以分别建立第二补偿矩阵至第N补偿矩阵；以及建立该内建补偿矩阵组，其中该内建补偿矩阵组包括该第一补偿矩阵至该第N补偿矩阵，且N为整数。

本发明另一实施例提供一种电子纸显示装置，包括：一处理器，接收一输入图像；一存储模块，其存储一使用如前述实施例的建立内建补偿矩阵组的方法而得的内建补偿矩阵组；一补偿模块，其耦接于该处理器与该存储模块之间，利用该内建补偿矩阵组补偿该输入图像以产生一补偿图像矩阵，并将该补偿图像矩阵传送给该处理器；以及一显示器，其与该处理器耦接，接收该处理器处理及传送的该补偿图像矩阵，根据该处理的补偿图像矩阵显示一输出图像。

本发明可以有效补偿电子纸显示装置光学响应不一致的现象。

附图说明

图1所示为快速反应粉流体(QR-LPD)的示意图；

图2a所示为依据本发明一实施例的图像补偿方法的流程图；

图2b所示为标准图像、实际灰阶值矩阵以及补偿矩阵的示意图；

图2c所示为输入图像、补偿矩阵以及补偿图像矩阵的示意图；

图3所示为依据本发明一实施例的电子纸显示装置；

图4所示为依据本发明的补偿效果示意图。

【主要元件符号说明】

S201、S202、S203......S209～步骤；

30～电子纸显示装置；

310～处理器；

320～存储模块；

330～补偿模块；

340～显示器；

C1、C2......C16～补偿矩阵；

C6_1、C12_2～补偿元素；

C_IMG～补偿图像矩阵；

C_IMG_1、C_IMG_2～补偿图像元素；

IMG～输入图像；

IMG_1、IMG_2～输入图像像素；

R1～实际灰阶值矩阵；

S1～标准图像。

具体实施方式

以下说明是本发明的实施例。其目的是要举例说明本发明一般性的原则，不应视为本发明的限制，本发明的范围当以权利要求所界定的内容为准。

以下实施例中电子纸显示装置的说明以快速反应粉流体(QR-LPD)为例，但本发明所揭露的图像补偿方法及/或电子纸显示装置并不局限用于QR-LPD。

QR-LPD为干式图像显示装置，其特色为在两电极间放入适当数量的异色的粉流体(liquid powder)，此实施例以黑色和白色粉流体为例，但不局限于黑色和白色粉流体。两电极间的距离大约为50-100μm，粉流体的平均直径为0.1-20μm。如图1所示，QR-LPD的每一个小方格即被定义为一个像素，例如图1中显示4个像素，每个像素之间以条状物隔开，且每个像素内放入适当数量的黑色粉流体(black liquid powder，以blp标示)与白色粉流体(whiteliquid powder，以wlp标示)。黑色粉流体blp与白色粉流体wlp的电性不同，因此借由在两电极间施加不同的电压大小与脉冲宽度，黑色粉流体blp与白色粉流体wlp在两电极间的分布或移动便不同，因此QR-LPD可呈现不同的灰阶。例如黑色粉流体blp带正电荷而白色粉流体wlp带负电荷，当前面透明基板(未绘示)加上正电压时，白色粉流体wlp移动到前面透明基板，反射环境入射光线并因此显示白光；反之，当施加负电压时，黑色粉流体blp移动到前面透明基板，反射环境入射光线并因此显示出黑色。基于上述，随着电压的不同，黑色粉流体与白色粉流体在像素空间内的分布也不同，因此呈现不同的灰阶。

由于在制造黑色粉流体和白色粉流体时很难使所有粉流体的直径大小皆一致，除此之外，当填入粉流体于各像素时，也很难控制每个像素内的粉流体大小与数量皆相同，因此，驱动各像素的临界值也跟着不同，使得即使施加相同的驱动波形于各像素，各像素的光学响应也不同，也就是各像素所呈现的照度并不相同。当QR-LPD显示全白或全黑时通常各像素的照度差异并不明显。但是当QR-LPD的像素被往相反方向驱动时，例如从显示全白往黑色驱动时，光学响应不均匀的现象会更明显。

须强调的是，图1的粉流体与像素方格并未按照比例绘制。事实上，为了清楚说明，图1中粉流体的尺寸放大且皆以同样大小表示以便于理解。

图2a所示为依据本发明的一实施例的图像补偿方法的流程图。本实施例中仍以QR-LPD为例，其可显示16级灰阶的图像，为方便图示说明，本实施例中QR-LPD所显示的图像宽度例如为4像素，高度例如为3像素。以上数字仅为举例用，可视实际应用而有所变化。

首先，如步骤S201所示，此以X＝1，2，3，...等整数为例，开始时输入第1标准图像S1至QR-LPD，其中第1标准图像S1的每个像素的像素值皆为第1级灰阶值(即S1每个像素的灰阶值皆为1)，第1标准图像S1的大小为4×3，如图2b中S1所示。接着于步骤S202，对应输入的第1标准图像S1，经由QR-LPD显示第1图像。然后于步骤S203中，利用显微相机(Microscope)撷取当QR-LPD显示第1图像时每个像素的第1像素图像。举例而言，当QR-LPD显示第1图像时，显微相机撷取两张大小为2×3的图像，分别为撷取QR-LPD左半部的图像与右半部的图像，然后再将两张2×3的图像分割成像素大小，总共得到12张第1像素图像，像素图像类似于图1中的像素方格。接着于步骤S204中，根据所述多个第1像素图像对应决定QR-LPD显示第1图像时每个像素的第1亮度值。于步骤S205中根据每个像素的第1亮度值决定对应的第1实际灰阶值，并得到第1实际灰阶值矩阵R1，其中第1实际灰阶值矩阵R1的每个元素存储QR-LPD对应位置的像素的第1实际灰阶值，如图2b中R1所示。举例而言，根据上述12张第1像素图像，利用图像处理等方法决定每个像素的第1亮度值，接着标准化(normalize)所述多个第1亮度值，并根据标准化的所述多个第1亮度值决定对应的第1实际灰阶值。

在步骤S206中，比较第1标准图像S1与第1实际灰阶值矩阵R1以建立第1补偿矩阵C1。举例而言，第1补偿矩阵C1等于第1实际灰阶值矩阵R1减去第1标准图像S1，也就是第1补偿矩阵C1中每个元素，即为相同位置的第1实际灰阶值矩阵R1的元素的第1实际灰阶值，减去第1级灰阶值1的结果，如图2b中C1所示。。

接着重复步骤S201至S206以相同方法分别建立第2补偿矩阵C2到第16补偿矩阵C16。当第1补偿矩阵C1到第16补偿矩阵C16皆建立完成后，在步骤S209中，根据第1补偿矩阵C1到第16补偿矩阵C16补偿QR-LPD的输入图像IMG。举例而言，在步骤S208中根据第1补偿矩阵C1到第16补偿矩阵C16建立输入图像IMG的补偿图像矩阵C_IMG，输入图像IMG和补偿图像矩阵C_IMG的大小一样为4×3，其中补偿图像矩阵C_IMG的每个补偿图像元素的值，为输入图像IMG中与该补偿图像元素相同位置的像素的灰阶值，减去该灰阶值所对应的补偿图像矩阵C_IMG中与该补偿图像元素相同位置的补偿元素值的结果。以图2c为例，输入图像IMG为16灰阶的图像，其中一个像素IMG_1的灰阶值为6，所以必须根据第6补偿矩阵来补偿像素IMG_1，而第6补偿矩阵C6中与像素IMG_1同位置的补偿元素C6_1的值为-1，因此补偿图像矩阵C_IMG中与像素IMG_1同位置的补偿图像元素C_IMG_1的值为6-(-1)＝7。输入图像IMG另一个像素IMG_2的灰阶值为12，所以必须根据第12补偿矩阵来补偿像素IMG_2，而第12补偿矩阵C12中与像素IMG_2同位置的补偿元素C12_2的值为2，因此补偿图像矩阵C_IMG中与像素IMG_2同位置的补偿图像元素C_IMG_2的值为12-2＝10。依照上述方法对输入图像IMG的每个像素作补偿而得到补偿图像矩阵C_IMG中每个补偿图像元素的值。

接着于步骤S210中，QR-LPD根据补偿后的输入图像显示输出图像，也就是说，QR-LPD根据补偿图像矩阵C_IMG显示输出图像。

上述第1补偿矩阵C1到第16补偿矩阵C16可在每个QR-LPD出厂前建立，并将第1补偿矩阵C1到第16补偿矩阵C16内建在QR-LPD的存储模块中，使得QR-LPD每次接收输入图像时可根据存储模块内建的第1补偿矩阵C1到第16补偿矩阵C16来补偿输入图像。由于如步骤S203所示，本方法根据每个像素的像素图像来进行补偿，因此本方法为像素层级的补偿方法，可避免补偿时产生解析度下降等问题。值得留意的是，前述16阶的灰阶值仅为本发明示意用途，本领域普通技术人员能轻易思及将本发明揭露内容应用于更低阶或更高阶的灰阶显示单元，或其他彩色显示单元。

图3所示为依据本发明一实施例的电子纸显示装置30。电子纸显示装置30包括处理器310、存储模块320、补偿模块330以及显示器340。存储模块320存储上列所述的第1补偿矩阵C1到第16补偿矩阵C16。其中第1补偿矩阵C1到第16补偿矩阵C16分别为根据上述步骤S201至S206所产生。处理器310接收输入图像IMG。补偿模块330耦接于存储模块320与处理器310之间，其利用第1补偿矩阵C1到第16补偿矩阵C16补偿输入图像IMG以产生补偿图像矩阵C_IMG，如第2图中步骤S209的动作，并将补偿图像矩阵C_IMG传送给处理器310。在本实施例中显示器340为QR-LPD，其与处理器310耦接，接收处理器310处理及传送的补偿图像矩阵C_IMG，并如第2图步骤S210所述，根据处理的补偿图像矩阵C_IMG显示输出图像。

如上列实施例所示，本发明的图像补偿方法可补偿电子纸显示装置光学响应不一致的现象，图4为依据上列实施例的补偿效果示意图，其中纵轴为均方信号杂讯比(Mean Square Signal to Noise Ratio，MSSNR)，横轴为灰阶值。MSSNR的计算方式如下：

MSSNR = \frac{Σ_{x = 0}^{M - 1} Σ_{y = 0}^{N - 1} \tilde{f} {(x, y)}^{2}}{Σ_{x = 0}^{M - 1} Σ_{y = 0}^{N - 1} {[\tilde{f} (x, y) - f (x, y)]}^{2}}

其中M为显示图像的宽，N为显示图像的高，f(x，y)为输入图像的灰阶值，

为QR-LPD显示输出图像时以显微相机所撷取的灰阶值。

在图4中，在接收输入图像前，QR-LPD的初始图像为全白(灰阶值为16)，因此随着灰阶值减少MSSNR也跟着减少，也就是往相反方向(黑)驱动时光学响应不一致的情形越明显。如图4所示，依据本发明所示的补偿方法进行补偿后的MSSNR明显比补偿前的MSSNR进步，在中间灰阶值MSSNR进步达8.647dB，而平均来说补偿后的MSSNR进步4.662dB。因此依照本发明的实施例可以有效补偿电子纸显示装置光学响应不一致的现象。

以上实施例虽以QR-LPD为例，但本发明所揭示的图像补偿方法同样适用于其他会产生光学响应不一致的电子纸装置，例如电泳式电子纸等。

本发明的方法，或特定型态或其部分，可以以程序码的型态存在。程序码可以包含于实体媒体，如软碟、光碟片、硬碟、或是任何其他电子设备或机器可读取(如电脑可读取)存储媒体，亦或不限于外在形式的电脑程序产品，其中，当程序码被机器，如电脑载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置或系统，且可执行本发明的方法步骤。程序码也可以通过一些传送媒体，如电线或电缆、光纤、或是任何传输型态进行传送，其中，当程序码被电子设备或机器，如电脑接收、载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的系统或装置。当在一般用途处理单元实作时，程序码结合处理单元提供一操作类似于应用特定逻辑电路的独特装置。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员在不违背本发明精神和范围的情况下，可做些许变动与替代，因此本发明的保护范围当应视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种像素层级的图像补偿方法，适用于N级灰阶的电子纸显示装置，该电子纸显示装置的像素配置成像素阵列，其中该N级灰阶包括第一级灰阶值至第N级灰阶值，其特征在于，所述方法包括：

提供该第一级灰阶值的第一标准图像，该第一标准图像的像素尺寸与该像素阵列相同，该第一标准图像的每个像素值皆为该第一级灰阶值；

使该电子纸显示装置显示对应该第一标准图像的第一图像；

撷取该电子纸显示装置在显示该第一图像时，该电子纸显示装置的每个像素所显示的第一实际灰阶值；

分别比较该第一级灰阶值与该第一实际灰阶值，以建立第一补偿矩阵，该第一补偿矩阵的补偿元素配置对应于该像素阵列；

分别提供对应于该第二级灰阶值至该第N级灰阶值的第二标准图像至第N标准图像，并分别重复以上步骤以分别建立第二补偿矩阵至第N补偿矩阵；

根据该第一补偿矩阵至该第N补偿矩阵补偿该电子纸显示装置的输入图像；以及

使该电子纸显示装置根据补偿后的该输入图像显示输出图像，

其中N为整数。

2.如权利要求1所述的像素层级的图像补偿方法，其特征在于，第m补偿矩阵中的每个第m补偿元素的值，为该电子纸显示装置中与该第m补偿元素相同位置的该电子纸显示装置的对应像素的第m实际灰阶值，减去第m级灰阶值的结果，

其中m为整数且1≤m≤N。

3.如权利要求1所述的像素层级的图像补偿方法，其特征在于，还包括：

建立该输入图像的补偿图像矩阵；以及

使该电子纸显示装置根据该补偿图像矩阵显示该输出图像，

其中该补偿图像矩阵的补偿图像元素的配置对应于该像素阵列，该补偿图像矩阵中每个补偿图像元素的值，为该输入图像中与该补偿图像元素相同位置的像素的灰阶值，减去该灰阶值所对应的补偿图像矩阵中与该补偿图像元素相同位置的补偿元素值的结果。

4.如权利要求1所述的像素层级的图像补偿方法，其特征在于，还包括：

使用显微相机撷取该电子纸显示装置显示该第一图像时的多个部分图像；

将所述多个部分图像分割为多个像素图像；

根据所述多个像素图像决定该电子纸显示装置的每个像素在显示该第一图像时的第一亮度值；

标准化该第一亮度值；以及

根据标准化的该第一亮度值决定该第一实际灰阶值。

5.一种建立内建补偿矩阵组的方法，适用于N级灰阶的一电子纸显示装置，该电子纸显示装置的像素配置成像素阵列，其中该N级灰阶包括第一级灰阶值至第N级灰阶值，其特征在于，所述方法包括：

使该电子纸显示装置显示对应该第一标准图像的第一图像；

比较该第一级灰阶值与该第一实际灰阶值以建立第一补偿矩阵，该第一补偿矩阵的补偿元素配置对应于该像素阵列；

分别提供对应于该第二级灰阶值至该第N级灰阶值的第二标准图像至第N标准图像，并分别重复以上步骤以分别建立第二补偿矩阵至第N补偿矩阵；以及

建立该内建补偿矩阵组，

其中该内建补偿矩阵组包括该第一补偿矩阵至该第N补偿矩阵，且N为整数。

6.一种电子纸显示装置，其特征在于，包括：

一处理器，接收一输入图像；

一存储模块，存储一使用如权利要求5项所述的建立内建补偿矩阵组的方法而得的内建补偿矩阵组；

一补偿模块，耦接于该处理器与该存储模块之间，利用该内建补偿矩阵组补偿该输入图像以产生一补偿图像矩阵，并将该补偿图像矩阵传送给该处理器；以及

一显示器，与该处理器耦接，接收该处理器处理及传送的该补偿图像矩阵，根据该处理的补偿图像矩阵显示一输出图像。

7.如权利要求6所述的电子纸显示装置，其特征在于，该补偿模块产生的该补偿图像矩阵的大小与该显示器的像素阵列相同，该补偿图像矩阵中每个补偿图像元素的值，为该输入图像中与该补偿图像元素相同位置的像素的灰阶值，减去该灰阶值所对应的该补偿图像矩阵中与该补偿图像元素相同位置的补偿元素值的结果。