TW201308280A - 影像補償方法、建立內建補償矩陣組的方法以及電子紙顯示裝置 - Google Patents

影像補償方法、建立內建補償矩陣組的方法以及電子紙顯示裝置 Download PDF

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Abstract

一種像素層級的影像補償方法，適用於N級灰階的電子紙顯示裝置，包括：提供第一級灰階值的第一標準影像；使電子紙顯示裝置顯示對應第一標準影像的第一影像；擷取電子紙顯示裝置在顯示第一影像時每個像素所顯示的第一實際灰階值；比較第一級灰階值與第一實際灰階值以建立第一補償矩陣；分別提供對應於該第二級灰階值至該第N級灰階值的第二標準影像至第N標準影像，並分別重覆以上步驟以建立第二補償矩陣至第N補償矩陣；根據第一補償矩陣至第N補償矩陣補償電子紙顯示裝置的輸入影像；以及使電子紙顯示裝置根據補償後的輸入影像顯示輸出影像。

Description

影像補償方法、建立內建補償矩陣組的方法以及電子紙顯示裝置
本發明係有關於影像補償方法，且特別有關於電子紙顯示裝置之像素層級的影像補償方法。
電子紙顯示裝置(electronic paper display, e-paper display, or EPD)是一種新型的顯示裝置及技術，其特色在於此新型顯示裝置可像紙一樣輕薄、可彎曲、且省電。電子紙的主流技術主要分為微膠囊電泳式(Micro-capsule electrophoretic type)、微杯電泳式(Micro-cups electrophoretic type)以及快速反應粉流體(Quick response liquid powder display, QR-LPD)等。
上述電子紙顯示裝置藉由電場驅動帶電有色粒子來顯示影像，隨著施加電場的方向、電壓大小與脈衝寬度的不同，帶電有色粒子的分布或移動便不同，因此像素會顯示不同的顏色與亮度。但是有時即使施加相同的驅動波形給不同像素，不同像素之間的光學響應(Optical response)也可能會不一致，因此造成雜訊和影像對比度下降等問題。
有鑑於此，本發明提供一種影像補償方法，用以處理電子紙顯示裝置中光學響應不一致的問題。
本發明一實施例提供一種像素層級(pixel level)的影像補償方法，適用於N級灰階的電子紙顯示裝置，該電子紙顯示裝置的像素配置成像素陣列，其中該N級灰階包括第一級灰階值至第N級灰階值，其方法包括：提供該第一級灰階值的第一標準影像，該第一標準影像的像素尺寸與該像素陣列相同，該第一標準影像的每個像素值皆為該第一級灰階值；使該電子紙顯示裝置顯示對應該第一標準影像的第一影像；擷取該電子紙顯示裝置在顯示該第一影像時，該電子紙顯示裝置的每個像素所顯示的第一實際灰階值；分別比較該第一級灰階值與該第一實際灰階值以建立第一補償矩陣，該第一補償矩陣之補償元素配置係對應於該像素陣列；分別重覆以上步驟以分別建立第二補償矩陣至第N補償矩陣；根據該第一補償矩陣至該第N補償矩陣補償該電子紙顯示裝置的輸入影像；以及使該電子紙顯示裝置根據補償後的該輸入影像顯示輸出影像，其中N為整數。
本發明另一實施例提供一種建立內建補償矩陣組的方法，其適用於N級灰階的電子紙顯示裝置，該電子紙顯示裝置的像素配置成像素陣列，其中該N級灰階包括第一級灰階值至第N級灰階值，其方法包括：提供該第一級灰階值的第一標準影像，該第一標準影像的像素尺寸與該像素陣列相同，該第一標準影像的每個像素值皆為該第一級灰階值；使該電子紙顯示裝置顯示對應該第一標準影像的第一影像；擷取該電子紙顯示裝置在顯示該第一影像時，該電子紙顯示裝置的每個像素所顯示的第一實際灰階值；比較該第一級灰階值與該第一實際灰階值以建立第一補償矩陣，該第一補償矩陣之補償元素配置係對應於該像素陣列；分別重覆以上步驟以分別建立第二補償矩陣至第N補償矩陣；以及建立該內建補償矩陣組，其中該內建補償矩陣組包括該第一補償矩陣至該第N補償矩陣，且N為整數。
本發明另一實施例提供一種電子紙顯示裝置，包括：一處理器，接收一輸入影像；一儲存模組，其儲存一使用如前述實施例之建立內建補償矩陣組的方法而得的內建補償矩陣組；一補償模組，其耦接於該處理器與該儲存模組之間，利用該內建補償矩陣組補償該輸入影像以產生一補償影像矩陣，並將該補償影像矩陣傳送給該處理器；以及一顯示器，其與該處理器耦接，接收該處理器處理及傳送的該補償影像矩陣，根據該處理之補償影像矩陣顯示一輸出影像。
以下說明是本發明的實施例。其目的是要舉例說明本發明一般性的原則，不應視為本發明之限制，本發明之範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
以下實施例中電子紙顯示裝置之說明以QR-LPD為例，但本發明所揭露之影像補償方法及/或電子紙顯示裝置並不侷限用於QR-LPD。
QR-LPD為乾式影像顯示裝置，其特色為在兩電極間放入適當數量的異色的粉流體(liquid powder)，此實施例以黑色和白色粉流體為例，但不侷限於黑色和白色粉流體。兩電極間的距離大約為50-100μm，粉流體的平均直徑為0.1-20μm。如第1圖所示，QR-LPD的每一個小方格即被定義為一個像素，例如第1圖中顯示4個像素，每個像素之間以條狀物隔開，且每個像素內放入適當數量的黑色粉流體(black liquid powder，以blp標示)與白色粉流體(white liquid powder，以wlp標示)。黑色粉流體blp與白色粉流體wlp的電性不同，因此藉由在兩電極間施加不同的電壓大小與脈衝寬度，黑色粉流體blp與白色粉流體wlp在兩電極間的分佈或移動便不同，因此QR-LPD可呈現不同的灰階。例如黑色粉流體blp帶正電荷而白色粉流體wlp帶負電荷，當前面透明基板（未繪示）加上正電壓時，白色粉流體wlp移動到前面透明基板，反射環境入射光線並因此顯示白光；反之，當施加負電壓時，黑色粉流體blp移動到前面透明基板，反射環境入射光線並因此顯示出黑色。基於上述，隨著電壓的不同，黑色粉流體與白色粉流體在像素空間內的分布也不同，因此呈現不同的灰階。
由於在製造黑色粉流體和白色粉流體時很難使所有粉流體的直徑大小皆一致，除此之外，當填入粉流體於各像素時，也很難控制每個像素內的粉流體大小與數量皆相同，因此，驅動各像素的臨界值也跟著不同，使得即使施加相同的驅動波形於各像素，各像素的光學響應也不同，也就是各像素所呈現的照度並不相同。當QR-LPD顯示全白或全黑時通常各像素的照度差異並不明顯。但是當QR-LPD的像素被往相反方向驅動時，例如從顯示全白往黑色驅動時，光學響應不均勻的現象會更明顯。
須強調的是，第1圖之粉流體與像素方格並未按照比例繪製。事實上，為了清楚說明，第1圖中粉流體的尺寸放大且皆以同樣大小表示以便於理解。
第2a圖所示為依據本發明之一實施例之影像補償方法的流程圖。本實施例中仍以QR-LPD為例，其可顯示16級灰階的影像，為方便圖示說明，本實施例中QR-LPD所顯示的影像寬度例如為4像素，高度例如為3像素。以上數字僅為舉例用，可視實際應用而有所變化。
首先，如步驟S201所示，此以X=1, 2, 3, … 等整數為例，開始時輸入第1標準影像S1至QR-LPD，其中第1標準影像S1的每個像素的像素值皆為第1級灰階值(即S1每個像素的灰階值皆為1)，第1標準影像S1的大小為4＊3，如第2b圖中S1所示。接著於步驟S202，對應輸入的第1標準影像S1，經由QR-LPD顯示第1影像。然後於步驟S203中，利用顯微相機(Microscope)擷取當QR-LPD顯示第1影像時每個像素的第1像素影像。舉例而言，當QR-LPD顯示第1影像時，顯微相機擷取兩張大小為2＊3的影像，分別為擷取QR-LPD左半部的影像與右半部的影像，然後再將兩張2＊3的影像分割成像素大小，總共得到12張第1像素影像，像素影像類似於第1圖中的像素方格。接著於步驟S204中，根據該等第1像素影像對應決定QR-LPD顯示第1影像時每個像素的第1亮度值。於步驟S205中根據每個像素的第1亮度值決定對應的第1實際灰階值，並得到第1實際灰階值矩陣R1，其中第1實際灰階值矩陣R1的每個元素儲存QR-LPD對應位置的像素的第1實際灰階值，如第2b圖中R1所示。舉例而言，根據上述12張第1像素影像，利用影像處理等方法決定每個像素的第1亮度值，接著標準化(normalize)該等第1亮度值，並根據標準化的該等第1亮度值決定對應的第1實際灰階值。
在步驟S206中，比較第1標準影像S1與第1實際灰階值矩陣R1以建立第1補償矩陣C1。舉例而言，第1補償矩陣C1等於第1實際灰階值矩陣R1減去第1標準影像S1，也就是第1補償矩陣C1中每個元素，即為相同位置的第1實際灰階值矩陣R1的元素的第1實際灰階值，減去第1級灰階值1之結果，如第2b圖中C1所示。
接著重複步驟S201至S206以相同方法分別建立第2補償矩陣C2到第16補償矩陣C16。當第1補償矩陣C1到第16補償矩陣C16皆建立完成後，在步驟S209中，根據第1補償矩陣C1到第16補償矩陣C16補償QR-LPD的輸入影像IMG。舉例而言，在步驟S208中根據第1補償矩陣C1到第16補償矩陣C16建立輸入影像IMG的補償影像矩陣C_IMG，輸入影像IMG和補償影像矩陣C_IMG的大小一樣為4＊3，其中補償影像矩陣C_IMG的每個補償影像元素的值，為輸入影像IMG中與該補償影像元素相同位置的像素的灰階值，減去該灰階值所對應的補償影像矩陣C_IMG中與該補償影像元素相同位置的補償元素值之結果。以第2c圖為例，輸入影像IMG為16灰階的影像，其中一個像素IMG_1的灰階值為6，所以必須根據第6補償矩陣來補償像素IMG_1，而第6補償矩陣C6中與像素IMG_1同位置的補償元素C6_1的值為-1，因此補償影像矩陣C_IMG中與像素IMG_1同位置的補償影像元素C_IMG_1的值為6-(-1)=7。輸入影像IMG另一個像素IMG_2的灰階值為12，所以必須根據第12補償矩陣來補償像素IMG_2，而第12補償矩陣C12中與像素IMG_2同位置的補償元素C12_2的值為2，因此補償影像矩陣C_IMG中與像素IMG_2同位置的補償影像元素C_IMG_2的值為12-2=10。依照上述方法對輸入影像IMG的每個像素作補償而得到補償影像矩陣C_IMG中每個補償影像元素的值。
接著於步驟S210中，QR-LPD根據補償後的輸入影像顯示輸出影像，也就是說，QR-LPD根據補償影像矩陣C_IMG顯示輸出影像。
上述第1補償矩陣C1到第16補償矩陣C16可在每個QR-LPD出廠前建立，並將第1補償矩陣C1到第16補償矩陣C16內建在QR-LPD的儲存模組中，使得QR-LPD每次接收輸入影像時可根據儲存模組內建的第1補償矩陣C1到第16補償矩陣C16來補償輸入影像。由於如步驟S203所示，本方法係根據每個像素的像素影像來進行補償，因此本方法為像素層級的補償方法，可避免補償時產生解析度下降等問題。值得留意的是，前述16階之灰階值僅為本發明示意用途，業界熟習此技藝人士當能輕易思及將本發明揭露內容應用於更低階或更高階之灰階顯示單元，或其他彩色顯示單元。
第3圖所示為依據本發明一實施例之電子紙顯示裝置30。電子紙顯示裝置30包括處理器310、儲存模組320、補償模組330以及顯示器340。儲存模組320儲存上列所述的第1補償矩陣C1到第16補償矩陣C16。其中第1補償矩陣C1到第16補償矩陣C16分別為根據上述步驟S201至S206所產生。處理器310接收輸入影像IMG。補償模組330耦接於儲存模組320與處理器310之間，其利用第1補償矩陣C1到第16補償矩陣C16補償輸入影像IMG以產生補償影像矩陣C_IMG，如第2圖中步驟S209的動作，並將補償影像矩陣C_IMG傳送給處理器310。在本實施例中顯示器340為QR-LPD，其與處理器310耦接，接收處理器310處理及傳送的補償影像矩陣C_IMG，並如第2圖步驟S210所述，根據處理之補償影像矩陣C_IMG顯示輸出影像。
如上列實施例所示，本發明之影像補償方法可補償電子紙顯示裝置光學響應不一致的現象，第4圖為依據上列實施例之補償效果示意圖，其中縱軸為均方訊號雜訊比(Mean Square Signal to Noise Ratio, MSSNR)，橫軸為灰階值。MSSNR的計算方式如下：
，
其中M為顯示影像的寬，N為顯示影像的高， 為輸入影像的灰階值， 為QR-LPD顯示輸出影像時以顯微相機所擷取的灰階值。
在第4圖中，在接收輸入影像前，QR-LPD的初始影像為全白(灰階值為16)，因此隨著灰階值減少MSSNR也跟著減少，也就是往相反方向(黑)驅動時光學響應不一致的情形越明顯。如第4圖所示，依據本發明所示之補償方法進行補償後的MSSNR明顯比補償前的MSSNR進步，在中間灰階值MSSNR進步達8.647 dB，而平均來說補償後的MSSNR進步4.662 dB。因此依照本發明之實施例可以有效補償電子紙顯示裝置光學響應不一致的現象。
以上實施例雖以QR-LPD為例，但本發明所揭示之影像補償方法同樣適用於其他會產生光學響應不一致的電子紙裝置，例如電泳式電子紙等。
本發明之方法，或特定型態或其部份，可以以程式碼的型態存在。程式碼可以包含於實體媒體，如軟碟、光碟片、硬碟、或是任何其他電子設備或機器可讀取(如電腦可讀取)儲存媒體，亦或不限於外在形式之電腦程式產品，其中，當程式碼被機器，如電腦載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置或系統，且可執行本發明之方法步驟。程式碼也可以透過一些傳送媒體，如電線或電纜、光纖、或是任何傳輸型態進行傳送，其中，當程式碼被電子設備或機器，如電腦接收、載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之系統或裝置。當在一般用途處理單元實作時，程式碼結合處理單元提供一操作類似於應用特定邏輯電路之獨特裝置。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域具有通常技術知識者，在不違背本發明精神和範圍的情況下，可做些許變動與替代，因此本發明之保護範圍當應視隨後所附之申請專利範圍所界定者為準。
S201、S202、S203……S209．．．步驟
30．．．電子紙顯示裝置
310．．．處理器
320．．．儲存模組
330．．．補償模組
340．．．顯示器
C1、C2……C16．．．補償矩陣
C6_1、C12_2．．．補償元素
C_IMG．．．補償影像矩陣
C_IMG_1、C_IMG_2．．．補償影像元素
IMG．．．輸入影像
IMG_1、IMG_2．．．輸入影像像素
R1．．．實際灰階值矩陣
S1．．．標準影像
第1圖所示為QR-LPD的示意圖；
第2a圖所示為依據本發明一實施例之影像補償方法的流程圖；
第2b圖所示為標準影像、實際灰階值矩陣以及補償矩陣的示意圖；
第2c圖所示為輸入影像、補償矩陣以及補償影像矩陣的示意圖；
第3圖所示為依據本發明一實施例之電子紙顯示裝置；
第4圖所示為依據本發明之補償效果示意圖。
S201、S202、S203……S210．．．步驟

Claims (7)

  1. 一種像素層級的影像補償方法，適用於N級灰階的電子紙顯示裝置，該電子紙顯示裝置的像素配置成像素陣列，其中該N級灰階包括第一級灰階值至第N級灰階值，其方法包括：
    提供該第一級灰階值的第一標準影像，該第一標準影像的像素尺寸與該像素陣列相同，該第一標準影像的每個像素值皆為該第一級灰階值；
    使該電子紙顯示裝置顯示對應該第一標準影像的第一影像；
    擷取該電子紙顯示裝置在顯示該第一影像時，該電子紙顯示裝置的每個像素所顯示的第一實際灰階值；
    分別比較該第一級灰階值與該第一實際灰階值，以建立第一補償矩陣，該第一補償矩陣之補償元素配置係對應於該像素陣列；
    分別提供對應於該第二級灰階值至該第N級灰階值的第二標準影像至第N標準影像，並分別重覆以上步驟以分別建立第二補償矩陣至第N補償矩陣；
    根據該第一補償矩陣至該第N補償矩陣補償該電子紙顯示裝置的輸入影像；以及
    使該電子紙顯示裝置根據補償後的該輸入影像顯示輸出影像，
    其中N為整數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之像素層級的影像補償方法，其中第m補償矩陣中的每個第m補償元素的值，為該電子紙顯示裝置中與該第m補償元素相同位置的該電子紙顯示裝置的對應像素的第m實際灰階值，減去第m級灰階值之結果，
    其中m為整數且1≦m≦N。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之像素層級的影像補償方法，更包括：
    建立該輸入影像的補償影像矩陣；以及
    使該電子紙顯示裝置根據該補償影像矩陣顯示該輸出影像，
    其中該補償影像矩陣之補償影像元素的配置係對應於該像素陣列，該補償影像矩陣中每個補償影像元素的值，為該輸入影像中與該補償影像元素相同位置的像素的灰階值，減去該灰階值所對應的補償影像矩陣中與該補償影像元素相同位置的補償元素值之結果。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之像素層級的影像補償方法，更包括：
    使用顯微相機擷取該電子紙顯示裝置顯示該第一影像時的複數個部分影像；
    將該等部分影像分割為複數個像素影像；
    根據該等像素影像決定該電子紙顯示裝置的每個像素在顯示該第一影像時的第一亮度值；
    標準化該第一亮度值；以及
    根據標準化的該第一亮度值決定該第一實際灰階值。
  5. 一種建立內建補償矩陣組的方法，其適用於N級灰階的一電子紙顯示裝置，該電子紙顯示裝置的像素配置成像素陣列，其中該N級灰階包括第一級灰階值至第N級灰階值，其方法包括：
    提供該第一級灰階值的第一標準影像，該第一標準影像的像素尺寸與該像素陣列相同，該第一標準影像的每個像素值皆為該第一級灰階值；
    使該電子紙顯示裝置顯示對應該第一標準影像的第一影像；
    擷取該電子紙顯示裝置在顯示該第一影像時，該電子紙顯示裝置的每個像素所顯示的第一實際灰階值；
    比較該第一級灰階值與該第一實際灰階值以建立第一補償矩陣，該第一補償矩陣之補償元素配置係對應於該像素陣列；
    分別提供對應於該第二級灰階值至該第N級灰階值的第二標準影像至第N標準影像，並分別重覆以上步驟以分別建立第二補償矩陣至第N補償矩陣；以及
    建立該內建補償矩陣組，
    其中該內建補償矩陣組包括該第一補償矩陣至該第N補償矩陣，且N為整數。
  6. 一種電子紙顯示裝置，包括：
    一處理器，接收一輸入影像；
    一儲存模組，其儲存一使用如申請專利範圍第5項所述之建立內建補償矩陣組的方法而得的內建補償矩陣組；
    一補償模組，其耦接於該處理器與該儲存模組之間，利用該內建補償矩陣組補償該輸入影像以產生一補償影像矩陣，並將該補償影像矩陣傳送給該處理器；以及
    一顯示器，其與該處理器耦接，接收該處理器處理及傳送的該補償影像矩陣，根據該處理之補償影像矩陣顯示一輸出影像。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電子紙顯示裝置，其中該補償模組產生的該補償影像矩陣的大小與該顯示器的像素陣列相同，該補償影像矩陣中每個補償影像元素的值，為該輸入影像中與該補償影像元素相同位置的像素的灰階值，減去該灰階值所對應的該補償影像矩陣中與該補償影像元素相同位置的補償元素值之結果。
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