臺灣博碩士論文加值系統

為了滿足影像顯示高畫質之需求，目前液晶面板之顯示技術以廣視角、高對比、高色純度、高解析度以及提升動畫性能為主要研發方向，而動態Gamma曲線校正主要是針對高對比度與高灰階解析度的特性進行改善，以獲得更高品質與高對比的影像顯示。Gamma曲線校正是修正液晶材料的特性轉換比例曲線，使人眼能分辨面板的亮度層次，由於Gamma曲線為非線性分佈，導致人眼對亮度強弱的感受呈現指數關係。不同的Gamma曲線能強化及表現出影像之畫質特徵，以優化視覺效果之呈現。本論文應用以平均亮度及最大灰階為輸入參數之模糊法則，實現動態Gamma電壓修正的控制方法，針對不同輸入影像的特性，進行即時的Gamma電壓調整，以達到動態Gamma控制之效果，進而使面板呈現高對比與高色彩的影像品質。
本論文首先針對Gamma曲線進行畫質特性之分析與量測，並比較理想Gamma曲線與實際Gamma曲線之差異，進而研究與提出Gamma曲線之修正技術；論文重點為研發動態Gamma之控制技術，應用模糊控制法則實現動態Gamma電壓之即時調整，選擇最符合影像特性之Gamma曲線，以改善液晶顯示器的灰階亮度分佈，進而強化影像畫面的顯示品質。最後，本論文建構一套以FPGA為核心之液晶顯示器控制平台，以評估影像畫質的改善效果，進而驗證系統性能。

In order to enhance the quality of TFT-LCD image, the high resolution, wide view angle, high contrast, and dynamic image enhancement are the significantly researching issues of TFT-LCD technology which the dynamic gamma control is utilized to improve the image quality for the high contrast and high color depth of TFT-LCD system. The gamma curve correction is used to regulate the transferring characteristic curve of liquid crystal to recognize the luminance gradation of TFT-LCD panel for the practical human vision. The gamma curve reveals nonlinear since the relationship between human vision and TFT-LCD luminance is exponential. Each gamma curve possessing the different characteristic might be devoted to refine the TFT-LCD display images. In this thesis, the characteristics of gamma curves are analyzed and measured to perform the comparison between the actual and ideal curves. The correcting technology of gamma curves is then studied and developed. Furthermore, the average luminance and the maximum gray level are used as the fuzzy variables to design the fuzzy rule of the dynamic gamma control for TFT-LCD system. Therefore, the high contrast and high color depth are achieved by implement the real-time gamma voltage corrections and choosing the most suitable gamma curve for the different image characteristics to improve the image quality of TFT-LCD display. Eventually, the dynamic gamma control is illustrated by the practical demonstrations on FPGA-based platform to compare and verify the enhancement performance of the TFT-LCD image quality.

致謝 i
摘 要 ii
Abstract iii
目 錄 iv
圖目錄 viii
表目錄 xiii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 論文架構 3
第二章 顯示器基本原理與控制應用技術 5
2.1 顯示器構成與類型 5
2.1.1 自發光型顯示器 6
2.1.2 非自發光型顯示器 6
2.2 何謂Gamma曲線....................... 7
2.3 Gamma特性簡介....................... 9
2.3.1 傳統Gamma參考電壓產生方式.......... 12
2.3.2 可程式化Gamma參考電壓產生方式.......14
2.4 Dithering基本原理與應用技術.......... 15
2.5 模糊控制理論與應用................... 16
2.5.1 概念..................... ........17
2.5.2 變數選擇與論域分割................. 18
2.5.3 模糊控制規則...................... 21
2.5.4 模糊推論及解模糊化................. 22
第三章 Gamma曲線畫質特性與分析............ 25
3.1 不同Gamma曲線的資料轉換..............25
3.2 Gamma曲線對畫質之影響................26
3.3 理想Gamma與實際Gamma曲線之比較........30
3.4 Gamma曲線量測法則....................32
3.4.1 Gamma調整步驟.....................33
第四章 Gamma曲線之校正技術................37
4.1 Gamma資料查表法..................... 37
4.2 Dithering技術應用...................39
4.2.1 Dithering技術實現之演算法..........39
4.2.2 應用實例..........................43
第五章 動態Gamma之特性與實現..............51
5.1 動態Gamma特性.......................51
5.2 動態Gamma實現方法....................53
5.3 VHDL實現方式........................55
第六章 動態Gamma模糊控制技術..............57
6.1 模糊控制法則設計.....................57
6.1.1 選擇輸入參數...................... 57
6.1.2 模糊控制規則...................... 60
6.1.3 模糊推論與解模糊化................. 61
6.2 MATLAB模擬驗證......................63
6.3 模糊歸屬函數選擇分析.................66
第七章 系統整合與驗證....................71
7.1 光學量測設備........................71
7.2 多功能全彩訊號產生器.................72
7.3 面板模組規格........................73
7.4 FPGA實驗平台........................73
7.5 驗證結果............................75
7.5.1 靜態影像表現.......................75
7.5.2 動態影像表現.......................80
第八章 結論與未來展望.....................82
8.1 結論................................82
8.2 未來展望............................ 83
參考文獻............................... 84
附錄A Dithering校正前之Gamma曲線量測數據....87
附錄A Dithering校正後之Gamma曲線量測數據....92

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