论文摘要
书籍是人类进步的阶梯,电子纸（Electronic Paper）显示器的出现有可能使书籍的演进再次发生革命。电子纸具有超薄、超低功耗、宽视角、阅读舒适等优点,并且电子纸具有反复使用的特性,随着电子纸柔性材料的研究进展,其显示特性越来越接近普通纸张,被形象誉为“一张永远写不完的纸”。值得注意的是,由于电子纸不一致的阈值电压导致电子纸的光电效应曲线的非线性,目前的解决方案是利用脉冲宽度调制（PWM）方式来设计驱动波形,利用TFT阵列作为电压开关,通过扫描TFT阵列并提供不同的电压可以实现PWM的驱动波形。但是这种方案导致电子纸显示灰度更多的依赖于帧频,限制了灰度等级。因此目前的电子纸显示都以单色的16级灰度显示屏为主,显示图像质量无法满足人们要求。本课题针对电子纸显示灰度等级不足的问题,提出了一种针对于电子纸的改进型数字半色调技术。在提高电子纸帧扫描频率难度较大的情况下,有效的提高电子纸显示灰度的人眼视觉效果。该半色调技术基于改进型误差扩散算法,根据输入图像的灰度值分布来动态的设定算法的阈值,将传统的单阈值扩展至16个阈值,利用蛇形扫描路径并采用相对应的误差扩散滤波器,减少了传统半色调处理后的龟纹现象和滞后现象,实现了电子纸图像增强。课题设计了电子纸显示驱动硬件系统和软件测试系统,结合基于改进型误差扩散算法的半色调技术,实现显示图像最优再现。硬件系统核心采用ARM和电子纸显示驱动控制芯片,利用ARM实现电子纸显示系统的整体控制、数据处理和数据传输,电子纸显示控制芯片进行数据缓存并根据特定的环境调用相应驱动波形实现电子纸显示屏准确的图像显示,并且在硬件系统中添加电源管理模块,利用自举升压电路减少系统功耗。软件系统以μC/OS-Ⅱ操作系统为核心,在操作系统中移植电子纸控制芯片驱动程序,操作系统读取存储卡中图像数据进行电子纸显示,实现半色调算法测试验证。本课题实现了基于图像增强技术的电子纸显示驱动系统,在MATLAB软件中利用峰值信噪比（PSNR）对改进型误差扩散算法进行评价,同时在电子纸系统样机中对半色调处理后图像进行测试验证,两者结果都表明了该算法的有效性和先进性,在单色16级灰度的电子纸显示屏上显示图像过渡平滑,有效的提高了图像的人眼视觉效果,实现了显示灰度等级的提高。