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基于FPGA的FED显示器图像处理系统的研制

作　者: 徐胜
导　师: 郭太良
学　校: 福州大学
专　业: 电路与系统
关键词: 场致发射显示器 FPGA 图像处理
分类号: TN873
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

场致发射显示器(FED)作为平板显示器的一种,兼具阴极射线管(CRT)的明亮逼真与液晶显示器(LCD)轻薄便携等优点,是一种前景十分看好的新型平板显示器件。本课题主要研究基于FPGA和数字图像处理技术对FED驱动系统的视频图像信号进行处理,改善FED显示器的图像显示质量。首先,针对FED显示器现存的亮度不均匀、灰度失真等质量缺陷和FED驱动系统功耗较高的问题进行了分析讨论和归纳总结;其次,根据成熟的数字图像处理方法和FPGA技术,结合FED显示屏的自身特性,提出通过电路设计来改善、提高FED图像显示质量的新方法与新思路;然后将其应用于低逸出功印刷型25英寸VGA级彩色FED驱动系统中;最后,对经过图像处理的FED演示样机的图像质量进行了分析与评价。本文设计的基于FPGA技术的数字图像实时处理系统是FED驱动系统中的重要组成部分,其核心部分采用了ALTERA公司的FPGA芯片,实现对FED图像数据读、写操作和时序控制等,而图像处理的算法部分主要是利用图像增强技术理论中的灰度变换方法,实现对FED的亮度非均匀性控制、灰度非线性校正以及FED的自动功率控制。该图像处理系统由于采用了FPGA技术与数字图像处理技术相结合的方法,简化了电路设计,缩小了控制电路规模,有利于提高了系统工作的稳定性。此外,自动功率控制技术的引入,既降低了对FED显示器件的要求,节约了整机系统功耗,又保护了电源,极大地提高了系统运行的可靠性。同时,该系统具有很强的扩展性,可以根据将来FED对图像质量进一步改善的要求,通过程序修改的方式进行相应的改进和扩展。目前,本实验室已研制成功具有图像处理功能的25英寸彩色FED显示器样机。该样机能显示彩色VGA视频图像,亮度达400cd/m2、对比度为1000:1,电路灰度等级是256级,在国内处于领先水平。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-7
第一章引言  7-10
  1.1 课题研究背景、目标和意义  7-9
    1.1.1 课题研究背景  7-8
    1.1.2 本论文研究课题目的、意义  8-9
  1.2 论文主要内容  9-10
第二章 FED 显示原理及驱动系统  10-17
  2.1 概述  10
  2.2 FED 显示原理与结构  10-13
    2.2.1 FED 显示原理  10-11
    2.2.2 FED 结构  11-12
    2.2.3 FED 像元的电学和光学特性  12-13
  2.3 FED 驱动系统  13-17
    2.3.1 FED 驱动原理  14
    2.3.2 FED 驱动系统构成  14-15
    2.3.3 FED 驱动系统时序  15-17
第三章数字图像处理技术和 FPGA 控制技术  17-29
  3.1 概述  17
  3.2 数字图像处理技术  17-19
    3.2.1 图像处理  17-18
    3.2.2 数字图像处理  18-19
  3.3 图像灰度处理技术  19-25
    3.3.1 灰度级修正  19-21
    3.3.2 灰度变换  21-23
    3.3.3 直方图修正  23-25
    3.3.4 FED 与图像灰度处理技术  25
  3.4 FPGA 控制技术  25-29
    3.4.1 FPGA 概述  25-26
    3.4.2 FPGA 设计  26-27
    3.4.3 FPGA 芯片选型  27-29
第四章 FED 图像处理系统设计原理  29-41
  4.1 概述  29
  4.2 FED 视频图像处理系统原理框图  29-30
  4.3 FED 视频解码与显示格式的转换  30-32
  4.4 亮度非均匀性控制  32-34
    4.4.1 亮度不均匀的影响  32
    4.4.2 亮度非均匀性处理方案  32-34
  4.5 灰度信号的非线性校正  34-37
    4.5.1 电视系统传输非线性特性  34-35
    4.5.2 CRT 的γ校正  35
    4.5.3 人类视觉对亮度的响应特性  35-36
    4.5.4 灰度处理中的反γ校正  36-37
    4.5.5 FED 灰度非线性校正  37
  4.6 自动功率控制  37-41
    4.6.1 FED 自动功率控制的引入  37-38
    4.6.2 FED 功率构成  38-39
    4.6.3 FED 自动功率控制原理  39-41
第五章 FED 图像处理系统实现  41-55
  5.1 概述  41
  5.2 硬件设计  41-45
    5.2.1 FPGA 控制系统  41-42
    5.2.2 电源设计  42-43
    5.2.3 EP1C6 配置  43-44
    5.2.4 SRAM 电路设计  44-45
  5.3 软件设计  45-55
    5.3.1 SRAM 的控制时序  45-47
    5.3.2 FED 亮度非均匀性控制  47-48
    5.3.3 FED 灰度非线性校正  48-52
    5.3.4 FED 自动功率控制  52-55
第六章 FED 图像效果分析  55-64
  6.1 概述  55
  6.2 FED 亮度非均匀性控制分析  55-58
    6.2.1 FED 亮度非均匀性控制方案比较  55-56
    6.2.2 FED 显示器亮度均匀性分析  56-58
  6.3 FED 亮度与灰度关系  58-59
    6.3.1 灰度与电流脉冲占空比  58
    6.3.2 亮度与脉宽占空比  58-59
  6.4 FED 自动功率控制分析  59-60
  6.5 FED 样机演示效果  60-63
    6.5.1 FED 样机演示效果  60-62
    6.5.2 演示效果分析  62-63
  6.6 工作展望  63-64
结论  64-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
作者简历  71

基于FPGA的FED显示器图像处理系统的研制

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