LCoS伽马校正电路的研究
场序彩色LCoS智能伽玛矫正电路设计
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词 ： 序 彩 色 ； 玛 矫 正 ； Ｃ Ｓ芯 片 ； 考 电 压 源 场 伽 Ｌｏ 参
ｓ ｂｆｅｄ ｕ —ｉｌ．Ｔｈ ｉｃ ｉ ｈ ｓ ａ ｏ ｔ ｄ ｔ ｅ １ ｂｔ ｄ ａ ｅ ｉｔ ｒ ｌｄ ｅ Ａ ｏ ｖ ｒｅ ｎ ａ ｅ ｃｒｕ ｔ ａ ｄ ｐ ｅ ｈ ｉ ｕ ｌｒ ｓｓｏ ａ ｄ ｒ Ｄ／ ｃ ｎ ｅ ｔｒ ａ ｄ ｈ ｓ ０
Ｋｅ ａ ｏ ａ ｏ ｙｏ ｈ ｔ Ｅ ｅｔｏ ｉ ｈ ｎ Ｆ ｌ Ｄｅ ｉ ｓａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｑ ｅｏ ａ ｊ ｎ ｙ Ｌ ｂ ｒ ｔｒ ｆ Ｐ ｏｏ ｌｃｒ ｎｃ Ｔ ｉ ｉ ｓ ｍ ｖ ｃ ｎ ｅｈ ｉ ｕ ｆ Ｔｉｎ ｉ ， ｅ
Ｋｅ ｂ ｒ ｔｒ ｆ Ｏｐｔ ｅｔｏ ｉ ｎ ｒ ｙＬａ ｏ ａｏ ｙ ｏ ｏＥｌｃｒ ｎｃ Ｉ ｆｏ ｍａｔｏ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔｅｈ ｏ ｏ ｉｎ Ｓｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇｙ，
ｄ ｅ ｕｃ ｄ． Ｉ ｓｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄｉ ｉａ ｏｎ ｒ ｌｍｅ ｈ ｎｄ ｃ ｎ ｂ ｎｔ ｇｒ ｔ ｄ ｔ ｈｅ ｆｅ ｄ ｓ ｑ ｎ ｉｌ ｔ ｉ ｓ ｄ ｏ ｈ ｇ ｔ ｌｃ ｔ ｏ ｔ ｏｄ ａ ａ ｅ ｉ ｅ ａ ｅ ｏ ｔ ｉ ｌ ｅ ｕｅ ｔａ
文章 编 号 ： ０ ７２ ８ ２ １ ） ５０ １ — ５ １ ０ — ７ ０（ ０ ０ ０ — ７ ３０
场 序彩 色 Ｌ ｏ 智 能伽玛矫正 电路设 计 ＣＳ
耿卫东 ， 刘会 刚 ， 艳 艳 ， 刘 商广 辉 ， 金 庆 ， 思捷 ，全 治臻 胡
液晶电视的GAMMA曲线和色温自动校正技术研究的开题报告
液晶电视的GAMMA曲线和色温自动校正技术研究的开题报告一、选题背景随着数字技术的快速发展，液晶电视已经成为了人们最喜欢的电视种类之一。
它不仅具有外形美观、性能卓越等特点，而且具有高清晰度、高亮度、高对比度等优势，成为人们家庭娱乐的必备品。
然而，在使用液晶电视的过程中，人们发现存在一些问题，比如画面过亮、画面呈现的色彩不够真实、黑色有轻微发灰等问题。
这些问题的根本原因就是因为液晶电视在生产过程中，存在一些不足之处：GAMMA曲线和色温自动校正技术不够精细、不够智能等等。
因此，对于液晶电视的GAMMA曲线和色温自动校正技术的研究具有非常重要的意义，能够提高液晶电视的画面质量和性能，满足人们的娱乐需求。
二、研究内容本研究的主要内容包括三个方面：1、液晶电视的GAMMA曲线研究GAMMA曲线是指液晶电视在显示图像的过程中对图像亮度调节的一种方式，不同亮度下的GAMMA曲线会影响图像的展示效果。
本研究将对液晶电视的GAMMA曲线进行分析和研究，通过调整电视内部的参数，使得电视可以适应不同亮度环境下的显示效果，达到更佳的视觉效果。
2、液晶电视的色温自动校正技术研究液晶电视的色温对于画面的真实性以及整体效果产生重要影响。
因此，本研究将对液晶电视的色温进行自动调整，提高电视的整体画面效果。
通过对电视内部的参数进行调整，实现电视自适应的动态调整模式，使得液晶电视在不同的色温环境下达到最佳的颜色显示效果。
3、液晶电视的智能化调整技术研究本研究将开发一套液晶电视的智能化调整技术，实现对电视自身参数的实时监测和调整，以及对人眼视觉特点的分析和优化，使得液晶电视可以智能适应用户的需求，提供更加出色的视觉体验。
同时，本研究还将对电视的广泛应用场景进行考虑，通过多种实验和测试确保该技术的可行性和效果。
三、研究意义本研究的意义在于：1、提升液晶电视的视觉效果和画面质量。
2、发展液晶电视行业的科技。
3、为人们提供更好的观看效果和舒适度。
基于fpga的lcos微显示器的数字伽马校正
基于F P G A的L C o S微显示器的数字伽马校正徐海涛1,2,黄嵩人1,陈弈星2(1.湘潭大学物理与光电工程学院,湘潭411105;2.南京芯视元电子有限公司)摘要:本文针对微显示芯片L C o S的伽马校正问题,对比了传统模拟校正伽马与数字校正伽马的优缺点,同时提出了16段线性数字G a mm a校正,此方法基于F P G A实现,在驱动源端对数据进行分段线性点对点校正,这样不仅可以省去L C o S内部D A C电阻匹配部分,而且可以实现R G B三色各自的G a mm a校正,有效提高了灰阶精度,且具有很大的配置灵活性㊂关键词:L C o S;伽马校正;F P G A中图分类号:T N41.9;T N27文献标识码:AD i g i t a l G a m m a C o r r e c t i o n o f L C o S B a s e d o n F P G AX u H a i t a o1,2,H u a n g S o n g r e n1,C h e n Y i x i n g2(1.C o l l e g e o f P h y s i c s a n d O p t o e l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g,X i a n g t a n U n i v e r s i t y,X i a n g t a n411105,C h i n a;2.N a n j i n g X i n s h i y u a n E l e c t r o n i c C o.,L t d.)A b s t r a c t:I n t h e p a p e r,t h e g a mm a c o r r e c t i o n p r o b l e m o f L C o S i s c o m p a r e d w i t h t h e a d v a n t a g e s o f t r a d i t i o n a l a n a l o g c o r r e c t i o n g a mm a a n d d i g i t a l c o r r e c t i o n G a mm a.A t t h e s a m e t i m e,16-p o i n t d i g i t a l g a mm a c o r r e c t i o n i s p r o p o s e d.T h i s m e t h o d i s b a s e d o n F P G A.I t c o r-r e c t s t h e s e g m e n t a t i o n l i n e a r p o i n t-t o-p o i n t c o r r e c t i o n o f t h e d i g i t a l a t t h e d r i v i n g s o u r c e.T h i s n o t o n l y e l i m i n a t e s t h e m a t c h i n g p a r t o f t h e L C o S i n t e r n a l r e s i s t a n c e D A C,b u t a l s o r e a l i z e s t h e c o r r e c t i o n o f R G B.T h e c o r r e c t i o n o f t h e r e s p e c t i v e g a mm a e f f e c t i v e l y i m p r o v e s t h e g r a y s c a l e a c c u r a c y a n d h a s g r e a t c o n f i g u r a t i o n f l e x i b i l i t y.K e y w o r d s:L C o S;g a mm a c o r r e c t i o n;F P G A引言随着全息㊁A R以及V R技术的不断发展,微显示芯片的需求越来越大,要求也越来越高㊂L C o S微显示芯片是一种L C D与C MO S集成电路有机结合的反射型显示芯片,其作为微显示芯片具有亮度高㊁分辨率高㊁功耗低㊁帧率高㊁体积小等诸多优点,受到人们的重视㊂而作为显示器就存在着G a mm a的校正需求,本文提出了一种基于F P G A的L C o S微显示器数字G a mm a校正的系统,分别为红绿蓝三基色各自校正,相比于L C o S内部的模拟G a mm a校正,提高了校准的精度,减少了L C o S的版图面积,且由于数字的可配性而具有很大的灵活性㊂1G a m m a校正由来当自然界的亮度线性增长的时候,由于人类对于亮度的感觉大致呈对数的关系,即人眼对于低灰阶的敏感度更高,关系曲线如图1所示,所以为了让人感受到的自然光是均匀增长的,需要液晶的亮度与电压的增长也呈对数关系,且是其反函数㊂G a mm a2.2曲线如图2所示,函数关系为Y=X^2.2㊂其中,Y表示归一化后的亮度,X表示灰阶归一化处理后的数据(即X=x/255,x范围为0~255)㊂这样人们心中的电压亮度曲线就呈线性关系㊂归一化后的坐标如图3所示,图中黑色线条表示的就是这个叠加的效果㊂图1人眼对于低灰阶的敏感度曲线而L C o S液晶的响应曲线,即亮度与电压关系是一条图2 G a m m a 2.2曲线图3 归一化后的坐标近似 S 的曲线,如图4所示,所以相对于标准的G a m -m a 2.2曲线,需要把每一个灰阶下的亮度对等到相应的实际电压上,也就是所谓的G a mm a 电压上㊂G a mm a 的最初定义就是用来描述显示设备非线性程度的专有名词㊂G a mm a 校正是为了克服这些非线性关系而引入的一种传输函数㊂图4 液晶光电特性曲线2 L C o S 中的模拟G a m m a 校正法传统的L C o S 伽马校正采用模拟校正的方法㊂驱动将数字信号送到L C o S 显示芯片,8位数据可以表示的范围为0~255,经过L C o S 芯片内部电阻D A C 之后,就可以转换为特定大小的G a mm a 电压加载在液晶上,便可以呈现想要的亮度㊂其中电阻D A C 可以配置校正的点有8个,即可以校正调整的G a mm a 关键电压点有8个㊂针对这8个G a mm a 点在L C o S 内部设置了8组寄存器来存储想要设定的数值(一个电压点对应一组电压值是因为L C o S 内部电压分为高低帧切换)㊂也即配置特定灰阶值下图像的G a mm a 电压值,相当于人为把输入的灰阶拉到对应的G a mm a 2.2曲线标准亮度对应的液晶光电特性上的电压值,这样,8个点灰阶(0,2,46,100,154,208,242,254)处对应的电压下,就可以显示标准的亮度了,而中间的灰阶采用的是近似线性的方法拟合,这样所有的灰阶都得到了一定程度上的校正㊂这8组寄存器数值的设定就决定了线性电阻D A C 的特性㊂然而电阻D A C 需要许多大小不同的电阻,且在版图布局布线的过程中,往往需要花很大的精力去匹配不同阻值的电阻来校正线性电阻D A C ,即电阻匹配部分的存在使得版图的面积增大且变得复杂,而且匹配后的线性电阻D A C 是采用8分段线性拟合的,其精度也受到限制㊂其次,实际液晶的光电特性曲线会根据R G B 光的不同而略有差距,而这里只能参考某一种光照下的光电特性曲线(试验中用G 光(=532n m ))来做计算和配置㊂模拟校正测试结果与标准曲线对比如图5所示,图中虚线曲线为理论灰阶亮度曲线图㊂设置L C o S 内部8个G a mm a 电压点的数值,输入128张不同的灰阶图片,使用彩色色差计实际测得的灰阶与亮度的关系实线与实际的G a mm a 2.2理论曲线存在差距,模拟校正结果明显有一定误差㊂图5 模拟校正测试结果与标准曲线对比3 数字G a m m a 17点校正法3.1 校正原理以及实现方案本文提出的数字G a mm a 校正方法,本质也是分段线性近似目标函数G a mm a 2.2,但分成了16段,提高了精度以及灵活的可配性㊂该校正系统包括彩色色差计㊁C P U ㊁F PG A 以及L C o S 微显示芯片㊂使用F P G A ,在驱动侧对源端的数字进行校正操作,使得可以替代L C o S 中匹配线性电阻D A C 特性的操作,省去电阻D A C 的匹配部分,这样,L C o S 内部电阻D A C 直接就是线性关系即可(线性关系的D A C :如在L C o S 电压范围为2.3~4.8V 时,若输入到L C o S 的数据为40,则对应的G a mm a 电压为((40/255)ˑ(4.8-2.3)V )㊂具体操作流程如图6所示㊂图6 操作流程图首先可以任意给定一组L C o S 内部8组寄存器的G a mm a 数值(为方便计算可设置成线性),使用彩色色差计测量L C o S 的灰阶与亮度的关系,注意这时候给的是绿色光(532n m ),得到L C o S 液晶的光电特性曲线如图7所示,基本呈一个 S 形的曲线,而想要得到的灰阶与亮度的曲线关系是G a mm a 2.2,所以需要把0~255灰阶压缩到2.8~3.8V 电压对应的灰阶值中㊂图7 实测L C o S 液晶的光电特性曲线其次,将测量结果在MA T L A B 中对比G a mm a 2.2曲线,可在标准G a mm a 2.2曲线上选取灰阶值为0㊁16㊁32㊁48㊁ ㊁240㊁255(16等间距)对应的亮度处,对应相同的亮度找到实测的L C o S 光电特性曲线上对应的电压值,将电压值除以线性D A C 对应的电阻就可以换算成对应的G a mm a 数值,即可得到0㊁16㊁32㊁48㊁ ㊁240㊁255这些点所对应的补偿后的G a m m a 数值,用L U T [0]㊁L U T [1]㊁ ㊁L U T [16]来表示这17个点的值,即得到绿光的查找表㊂然后使用P C 机将这17个数据通过I 2C 口配置到S p a r t a n 6的F P G A 内部工程中,开始对数据进行校正㊂F P G A 中的数字校正代码操作实际上是下列的一个分段线性函数,公式拟合出的理论曲线如图8所示㊂L U T [0]~L U T [16]表示的就是上述的插值点,每个点之间是线性的㊂具体可用下式表示:V o u t =L U T [V i n /16]+V i n %16*(L U T V i n /16+1 -LU T [V i n /16])/16其中, / 表示整除去余数; %表示整除取余数; * 表示乘法;L U T [0~16]的范围均为0~255㊂根据上式,每输入一个V i n 数据就会得到一个新的数据,这个数据就是校正之后的伽马数值,便实现了所有数据的一一校正㊂图8 分段线性函数按照上述图6的流程操作直到达到理想的效果㊂图9即为两次数字校正逼近标准G a mm a 2.2的测试结果(测量结果有一定的环境误差)㊂另外,前面提到的对于R G B 各自单色的光照下,液晶的光电响应特性有一定的微小差距,在模拟校正下,只有一套校正系统(参考绿光光电特性曲线做的校正),不可能针对三种颜色都做出校正,而数字校正则可以实现,在F P G A 内部空间转时序出来的单独R ㊁G ㊁B 帧的数据,首先测量各帧在各自对应的光照下的液晶响应特性曲线,然后与标准G a m m a 2.2曲线对比,将得到的对比值分别在F P G A 出口的R ㊁G ㊁B 帧数据进行上述同样的数字校正,相当于F P G A 内部做了三个校正的分段函数,这样最终的L C o S 上灰阶显示更加接近G a m m a 2.2㊂图9 两次数字校正与标准伽马2.2曲线对比3.2 实验结果对比图10和图11为L C o S 通过显微镜放大之后的黑白图片对比:对比传统的模拟校正效果与本次采用的17点数字G a mm a 校正效果,模拟校正效果整体偏亮,数字校正更加贴近G a mm a 2.2,对比度更加突出,细节显示也有很好的提升,如图10中猫左上角的白云细节,右下角的树枝纹理㊂图10模拟校正与数字校正显微镜放大图图11 细节对比图结 语使用S pa r t a n 6的F P G A 作为驱动,采用R G B 三色各自的16分段线性数字G a mm a 校正之后,点亮L C o S ,显示的灰阶层次以及细节上比以往单色下的模拟校正精度和灵活性有所提高,在实际应用中具有很高的实用价值㊂参考文献[1]魏永毅,李海峰,刘旭.液晶投影机自动G a mm a 校正系统[J ].浙江大学学报:工学版,2005,39(11):2729.[2]蒋明敏,喻金华,蒋玲.基于F P G A 液晶显示屏的伽马校正研究[J ].电脑知识与技术,2015,39(11):2729.[3]卢颖飞.单片L C o S 时序彩色化显示的研究[D ].杭州:浙江大学,2012.[4]刘会刚,耿卫东,高丕涛,等.L C o S 伽马校正电路的研究[J ].半导体光电,2009,30(6):958961,965.[5]何德文.一种L C D 监视器批量G AMMA 校正方法与系统[P ].中国,201310206824.X ,2013(5):29.[6]吕秋珍.一款基于液晶电视G AMMA 校正及色温自动调整系统 G AMMA 曲线对光色显示特性的影响[J ].职业,2011(3):183184.[7]衡杰.基于F P G A 的工业相机图像处理系统设计[D ].苏州:苏州大学,2013.徐海涛(硕士研究生),主要研究方向为数字集成电路设计;黄嵩人(教授),主要研究方向为S o C 设计㊁射频识别技术;陈弈星(博士研究生),主要研究方向为微显示芯片设计㊂(责任编辑:薛士然 收稿日期:2019-12-09) [4]J I A N G Y Y ,Y A N G Y ,X I A O T ,e t a l .K e r n e l d a t ar a c e d e t e c t i o n u s i n g d e b u g r e gi s t e r i n L i n u x [C ]//2014I E E E C O O L C h i p s X V I I .Y o k o h a m a ,J a pa n ,2014:554556.[5]W R I C HA R D S ,B I L L F ,A N D R E W M R.U N I X N e t w o r kP r o g r a mm i n g,V o l u m e 1,T h i r d E d i t i o n :T h e S o c k e t s N e t -w o r k i n g A P I [M ].B e i j i n g:P O S T S &T E L E C OM P R E S S ,2015:124126.[6]J A S M I N B ,MA R K S .C++G U I P r o g r a mm i n g wi t h Q t 4,S e c o n d E d i t i o n [M ].B e i j i n g :P u b l i s h i n g Ho u s e o f E l e c t r o n i c s I n d u s t r y,2008:4550.[7]WA N G Q N ,X U X L ,HA U N G G ,e t a l .L i n u x Q T b a s e dc o n f i g u r a t i o n s o f t w a r ede v e l o p m e n tf o r m o b i l e e l e c t r i c e n e r -g y e f f i c i e n c y d e t e c t i o n s ys t e m [C ]//2016C h i n e s e C o n t r o l a n d D e c i s i o n C o n f e r e n c e .Y i n c h u a n ,C h i n a ,2016:231235.[8]T I R UMA L A R S N ,P R A S A D E V ,V E N K A T E S WA R L U NB .A c r i t i c a l p e r f o r m a n c e s t u d y o f m e m o r y m a p p i n g on m u l t i c o r e p r o c e s s o r s :A n e x pe r i m e n t w i t h k m e a n s a l go r i t h m w i t h l a r g e d a t a m i n i n g da t a s e t s [J ].I n t e r n a t i o n a l o f J o u r n a l o f C o m p u t e r A p p l i c a t i o n s ,2010,1(9):189192.[9]王亮,高志远.内存映射技术在L i n u x 驱动程序中的应用和实现[J ].中国科技信息,2017,13(14):8990.[10]J O N A T HA N C ,A L E S S A N D R O R ,G R E G K H.L i n u x D e -v i c e D r i v e r s ,T h i r d E d i t i o n [M ].B e i j i n g :C h i n a E l e c t r i c P o w e r P r e s s ,2006:248251.朱坤(硕士),主要研究方向为嵌入式系统与应用㊂通讯作者:白鹏飞(硕士生导师),主要研究方向为电子及显示㊁图像视频处理;周国富(教授),主要研究方向为新型显示技术㊁绿色光电子材料与器件㊁超液晶智能材料技术㊂(责任编辑:薛士然 收稿日期:2019-12-11)。
伽玛校正电路及伽玛校正方法[发明专利]
![伽玛校正电路及伽玛校正方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/164e9957960590c69fc37648.png)
专利名称：伽玛校正电路及伽玛校正方法专利类型：发明专利
发明人：宋东翰,王尚杰
申请号：CN201410310564.5
申请日：20140630
公开号：CN105304003A
公开日：
20160203
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种应用于一显示器的伽玛校正电路包含有一第一储存单元、一第二储存单元、一第一校正电路以及一第二校正电路，其中该第一储存单元储存了一第一伽玛查找表，且该第二储存单元储存了一第二伽玛查找表。
该第一校正电路接收一输入讯号，并根据该第一伽玛查找表来产生对应该输入讯号的一中间讯号；以及该第二校正电路接收该中间讯号，并根据该第二伽玛查找表来产生对应该中间讯号的一输出讯号至一显示面板；其中该第一伽玛查找表系于该显示器启动后存入该第一储存单元。
申请人：晨星半导体股份有限公司
地址：中国台湾新竹县竹北市台元街26号4楼之1
国籍：CN
代理机构：上海专利商标事务所有限公司
代理人：徐伟
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场序彩色LCoS智能伽玛矫正电路设计
场序彩色LCoS智能伽玛矫正电路设计耿卫东;刘会刚;刘艳艳;商广辉;金庆;胡思捷;全治臻【摘要】基于数字控制的方式,设计了一种LCoS多模式智能伽玛矫正电路,可以集成到场序彩色LCoS显示芯片内,在系统CPU的控制下,能够独立编程设置RGB各子场的γ矫正曲线,并能够在系统工作过程中进行γ矫正的调节.采用了10位双电阻梯数模转换电路,具有输出电压精度高,电路结构简单,功耗低等特点.文章给出了电路的内部结构、软件流程和测试结果.测试结果表明,输出模拟电压在0～5 V时,输出电压最大误差只有3 mV.【期刊名称】《液晶与显示》【年(卷),期】2010(025)005【总页数】5页(P713-717)【关键词】场序彩色;伽玛矫正;LCoS芯片;参考电压源【作者】耿卫东;刘会刚;刘艳艳;商广辉;金庆;胡思捷;全治臻【作者单位】南开大学,光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津,300071;南开大学,光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津,300071;南开大学,光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津,300071;南开大学,光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津,300071;南开大学,光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津,300071;南开大学,光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津,300071;南开大学,光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津,300071【正文语种】中文【中图分类】TN27%TP331.2为了让显示器能够显现近似真实的自然景物图像，现行的视频显示系统都需要γ矫正过程［1－7］。
伽马校正电路构造原理
伽马校正电路构造原理
一、输入信号处理
伽马校正电路的输入信号通常为模拟信号或数字信号。
在输入端，首先需要对信号进行预处理，包括信号的放大、滤波、采样率转换等操作，以确保信号的质量和稳定性。
预处理阶段还可能包括对信号的格式转换，以满足后续处理模块的需求。
二、伽马校正核心
伽马校正核心是电路中的核心部分，主要完成伽马校正计算。
该部分通常由一个或多个运算放大器、比较器等元件组成。
根据伽马校正的原理，输入信号经过运算放大器进行非线性变换，产生与输入信号成一定函数关系的输出信号。
这一过程中，运算放大器的参数设计十分重要，需满足精度和动态范围等要求。
三、输出信号处理
经过伽马校正核心处理后的信号，还需要进行必要的后处理才能满足最终的输出需求。
常见的输出信号处理包括滤波、缩放、阻抗变换等操作，以保证输出的信号质量。
对于数字信号，可能还需要进行数模转换等操作，以便于与外部系统进行接口。
四、反馈控制
为了实现动态的伽马校正效果，反馈控制是必不可少的环节。
通过引入反馈环路，可以实时监测输出信号的状态，并根据需要调整伽马校正核心的参数，以达到自动校准和动态调整的目的。
反馈控制不仅可以提高电路的稳定性，还可以降低对外部硬件的依赖。
总之，伽马校正电路构造原理涉及多个方面，从输入信号处理到输出信号处理，再到反馈控制，每个环节都对最终的校正效果产生影响。
理解这些原理有助于设计更为高效和稳定的伽马校正电路。
单片式LCoS视频显示系统的伽马校正的开题报告
单片式LCoS视频显示系统的伽马校正的开题报告一、选题背景及研究意义单片式液晶反射式光管（Liquid Crystal on Silicon，LCoS）是一种新技术，它将液晶技术、CMOS晶片技术和投影仪技术三个领域融合在一起，具有高色彩饱和度、高亮度、高对比度、高分辨率和高稳定性等优点。
因此，单片式LCoS投影技术在高清晰度电视、高端教学展示、高清晰度多媒体教室等领域具有广阔的应用前景。
然而，在实际应用中，单片式LCoS投影技术中存在着伽马校正不足等问题。
伽马校正是图像显示中的关键技术之一，用于调整图像的亮度和对比度，以达到更好的显示效果。
因此，如何对单片式LCoS视频显示系统进行伽马校正，以获得更好的视觉效果，是当前亟待研究的问题。
本研究选择单片式LCoS视频显示系统的伽马校正作为研究对象，通过理论研究和实验验证，探究其伽马校正的具体方法和实现过程，旨在提高单片式LCoS投影技术的显示品质，为其在多个领域的应用提供技术支持。
二、研究内容和方法本研究的主要内容是单片式LCoS视频显示系统的伽马校正，具体包括以下几个方面：1、研究伽马校正原理和方法：通过对伽马曲线的分析，探究伽马校正的原理和实现方法，并与其他图像处理技术进行比较，选择最优的处理方法。
2、设计伽马校正算法：根据伽马校正的原理和方法，设计适用于单片式LCoS视频显示系统的伽马校正算法。
3、实验验证：通过实验，验证所设计算法的有效性和准确性，并与其他图像处理算法进行比较。
本研究所采用的研究方法主要包括文献调研、理论分析、算法设计和实验验证等。
其中，文献调研用于查找各种有关伽马校正、图像处理等领域的研究，并对相关领域的研究方法和成果进行系统化归纳和总结；理论分析主要通过对伽马校正的原理进行理论分析，确定适用于单片式LCoS视频显示系统的伽马校正方法；算法设计的重点是设计实用的伽马校正算法，并为其编写程序进行实现；实验验证则通过对所设计算法的实验验证，来验证其有效性和准确性。
图像处理中GAMMA校正的研究和实现
为了补偿这方面的不足 ,我们需要使用反效果补 偿曲线来让显示器尽可能地输出与输入图像相同的图 像 ,这样才能在显示器上得到比较理想的输出结果 。 一般的反效果可以直接被赋予存储在帧缓存中的图 像 ,使 Gamma曲线呈非线性 ,也可以通过 RAMDAC进 行这种反效果补偿 (或者说是 Gamma曲线矫正 ) 。这 样 ,就可以在显示器上看到与输入图像接近的图像 。 当然 ,这只是理想状态下的情况 ,在实际应用中并不可 能得到完美的校正效果 ,所以不同的厂商之间所竞争 的就是谁能做到最接近于这个效果 。
·32·
同时进行 Gamma校正 ,经过 D /A 转换器把帧缓存颜 色数字信号转变成电子枪的电压值 ,此时的电压值和 帧缓存的颜色信号是一一对应 ,至于如何根据输入信 号的强度找到 CRT的电压值 ,已经在上面给出了详细 的公式 ,不再赘述 ,此时的 γ = 0. 45;然后经过 CRT显 示器成像 ,显示器的 Gamma值 γ = 2. 2,最终完成校正 过程 。至此 ,完成了对图像的 Gamma校正过程 。
(5)
255
B gamma = 255 B source 0. 45 255
根据视觉编码的特点 ,取 γ = 1. 015,设最小强度
I0 = 0. 02,最小强度取决于 CRT显示器的性能 ,显示器 的动态范围为最大强度与最小强度的比值 ,即 I255 / I0
= 1 /0. 02 = 50,则由递推关系式可以得到强度值如表 ·31·
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Research of LCoS Gamma Correction Circuit
L IU H ui g ang, GENG Wei do ng , GAO Pi t ao, L IU Yan yan, YANG Shu m ao
Dec. 2009
3 伽马校正电路结构
L CoS 伽马校正电路的原理图如图 5 所示。伽 马校正电路包括数据变换电路、数据控制器、双梯电 阻 DA C、输出缓冲器等。各部分电路实现的功能如 下: 数据变换电路把输入的 24 位 RGB 数据转换成 30 位的 RGB 数据, 然后输入到 数据控制器。数据 控制器把输入的单个像素数据经过寄存、锁存后, 再 整行输出给各双梯电阻 DAC。双梯电阻 DAC 实现
高清显示器件的驱动电路应该能够提供高色深
和高分辨率的驱动能力, 为了开发高清 L CoS 显示
芯片, 在 LCoS 芯片的驱动电路中集成了 10 位数模
转换器。然而, 上面所提到的高分辨的非线性电阻 DA C、二 进 制加 权 电阻 DAC、R 2R DAC 和文 献
[ 11 12] 提 到 的电 阻 阵列 DAC 都不 适 合 集成 于
1 伽马校正
伽马 校 正 控 制 显 示 图 像 的 整 体 亮 度。 ( Gam ma) 是式( 1) 所示幂函 数的指数, L 是 图像的 亮度, E 是输入电压。
刘会刚 等: LCoS 伽马校 正电路的研究
L= E
( 1)
对于某一特定的显示器, 的取值范围在 2. 2
至 2. 6 之间。图 1 是伽马曲线的传输模型, 左上图 是电压和液晶透过率之间的关系曲线, 右上图是电
L CoS 列驱动电路。为了克服以上 DAC 的缺点, 我 们提出了一种双梯结构的电阻 DAC( 简称双梯电阻
DA C) 。
图 1 伽马曲线的传输模型
2 双梯电阻 DA C 的设计
双梯电阻 DAC 原理图如 图 2 所 示, 其 中 VH 和 VL 分别是 DA C 的最高和最低参考电压。双梯 电阻 DAC 由粗分电阻级和细分电阻级组成。粗分 电阻级组成 DAC 的高 6 位, 由 BIT - 4 至 BIT - 9 组成。细分电阻级组成 DAC 的低 4 位, 由 BIT - 0 至 BIT - 3 组成。Xn 是 DAC 的输出端。
在电阻 DAC 中, 传统的二进制加权电阻 DAC 结构简单, 逻辑关系直观[ 9] , 但当其分辨率提高时, 版图面积迅速增大, 不适合集成在 L CoS 驱动电路 中。而 R 2R 电阻网络 DAC 所用电阻少, 各电阻之 间差值小[ 10] , 占用的版图面积小, 但由于寄 生电阻 和电阻匹配误差的存在, 当分辨率提高时, 需要特殊 的工艺对其进行调整, 这些工艺通常非常复杂和昂 贵, 增加了生产成本, 也不适合集成在 L Co S 驱动电 路中。文献[ 11] 实现一个 10 位的电阻 DAC 则需要 16 个粗分电阻和一个 32 ! 32 的细分电阻矩阵, 两 个 5 32 译码器, 一些或非门, 另外每个细分电阻上 都要接一个开关和一个与非门, 电路结构复杂, 版图 面积大且布局布线烦琐。文献[ 12] 实现一个 10 位 的电阻 DAC 则需要一个 16 ! 64 的电阻矩阵, 一个 16 选 1 和一个 64 选 1 的数字选择器, 并且译码电 路采用温度译码, 电路结构也复杂, 占用版图面积也 较大。和文献[ 11 12] 相比, 同样达到 10 位的分辨 率, 本文提出的双梯电阻 DAC 仅需要 80 个电阻、2 个 4 16 译码器、1 个 2 4 译码器和一些开关。这种 结构的双梯电阻 DAC 由两级电阻 串组成, 所 需电 阻个数少, 电路结构简单, 易于实现, 和数字译码电 路的结合应用, 减小了 10 位电阻 DAC 的版图面积, 并和 CM OS 工艺相兼容, 适用于 L CoS 的列驱动电 路。
∀ 半导体光电# 2009 年 12 月第 30 卷第 6 期
示, 所以需要对图像进行伽马校正。作为液晶显示 器的一种, L Co S 显示器也不例外, 也需要伽马校正 电路对显示图像进行伽马校正。
以往的伽马校正电路采用非线性数模 转换器 ( DA C) 来实现[ 3 6 ] 。然而, 由于非线性电阻 DA C 需 要许多不同阻值的电阻, 占用版图面积大, 而且在版 图布局布线过程中, 为了达到不同阻值电阻之间的 匹配需要花费大量的时间和精力。此外, 非线性结 构电阻 DAC 是用分段的方法( Piece Wise M et hod) 对液晶的响应曲线进行伽马校正, 其精度也是有限 的[ 7 8] 。本文对液晶显示器件的伽马校正功能进行 了分析, 并提出了一种新型的用于 L CoS 的伽马校 正电路, 以及用于伽马校正电路的新型电阻 DA C。
压和灰度级之间的关系曲线, 左下图是液晶的伽马
பைடு நூலகம்
校正曲线。需要说明的是图 1 中所示伽马曲线是由 8 位二进制 代码所表 示, 变 化范围从 0( 20 - 1) 至
255( 28 - 1) 。然而, 如果 伽马 的值大 于 2. 2, 那么
256 级灰度是不够的, 因此伽马曲线的分辨率必须 从 8 位二进制码扩展到 10 位[ 7] 。
收稿日期: 2008- 08- 14. 基金项目: 天津市自然科学基金资助项 目( 033600711) ; 天津 市科委攻关项目( 033187011) .
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术, 具有分辨率高、像素面积占有率高、功耗小、响应 速度快、体积小、重量轻等特点[ 1] 。L Co S 与 T F T L CD、OLED 等 其他 平板 显示 器件 最大 的不 同是 L CoS 直接制作在硅晶 圆上, 其显示屏 自身周边携 带控制电路[ 2] 。伽马校正是显示器件的基本功能, 其控制显示画面的整体亮度。当一幅图像在屏幕上 显示时, 也许会因为图像太暗或者太亮无法正常显
Abstract: One g am ma correct ion cir cuit for liquid crystal o n silicon ( L CoS) is proposed. Dual ladder resist or DAC ( Dig it al t o Analog Conv er ter) is one of main com ponent s of t he g am ma cor rect io n circuit . Dual ladder r esist or DAC consist s o f coarse resist or st age and f ine resisto r st age. T he m ost adv ant age of t he DAC is that it s lay out area is sm all. In t his paper, t he proposed 10 bit dual ladder resisto r DAC only requires eig hty resist ors, t w o 4 t o 16 deco ders, one 2 t o 4 decoder and som e sw it ches w it h a supply v olt ag e of 5 V. T his DAC is implement ed by 0. 35 m CM OS t echno logy . T he post simulat io n r esult s t hat it s diff erent ial no n linearit y ( DN L ) and int egral non linear it y ( INL ) are less than 0. 5 L SB and 0. 4 L SB, respect ively. M eanw hile, the gamm a cor rect circuit w as simulat ed, and t he g amma co rrect ion curve of liquid cryst al is given. Sim ulat ion result s show t hat the g amma cor rect io n circuit can m eet the requirements of L CoS display syst em .
粗分电阻级由一个 2 4 译码器、一个 4 16 译码 器、开关和 4 组相同的电阻串组成。4 组电阻串由 一个 4 ! 16 的电阻矩阵实现。每组电阻串由 16 个
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SEMICONDUCTOR OPTOELECTRONICS Vol. 30 No. 6
相同的电阻串联组成, 其结构如图 3 所示。开关由 CM OS 开关实现。粗分电阻级的工作原理如下, 2 4 译码器对 BIT - 9 和 BIT - 8 进行译码, 译码输出分 别控制 4 组电阻串的行开关( Row sw it ch) 。由于 2 4 译码器的作用, 4 组电阻串无论何时只选择 1 组导 通。4 16 译码器对 BIT - 4 至 BIT - 7 进行译码, 译 码输出分别控制每组电阻串上的 16 个开关( Swit ch < 1 ∃ 16> ) , 每个开关和一个电阻相连, 从而每组电 阻串输出 16 个不同的台阶电压( T AP < 1 ∃ 16> ) 。 因此通过 2 4 译码器、4 16 译码器、开关和 4 ! 16 的 电阻矩阵( 4 组相同的电阻串) 的共同作用产生精确 的 64 个台阶电压。每组电阻串输出的 16 个不同的 台阶电压通过相邻电压选择电路( Adjacent Vo ltag e T ap Circuit) , 选择输出两个相邻的电压 RP 和 RN, 其中 RP 高于 RN。