当microLED处于正向工作区时，难以精确调节它们的电压来获得不同的发光亮度；且当microLED/OLED工作时，会较长时间处于闭合状态，导致人眼观察到的图像显示亮度变差。为解决以上问题，本文提出一种双帧分权融合扫描策略，通过调节microLED/OLED导通时间来获得不同亮度。该方法先对数据位重新分权，使导通时间分散插入到闭合时间内，然后将分权后的各数据位权值进行双帧融合，最后重新定义数据位的扫描顺序。并根据所提出的扫描策略设计了一款面向数字驱动式硅基微显示器的扫描控制器。结果表明：本文提出的双帧分权融合扫描策略可以精确调节microLED/OLED的发光亮度，提高人眼观察到图像显示亮度。该扫描策略与其它扫描策略相比，扫描效率提升至93.75%，场频提升至2040 Hz，扫描时钟频率为102.36 MHz，且同时减小了扫描数据带宽。最后通过测试证明了扫描控制器的可行性。

针对近眼显示系统存在数据传输带宽过高的问题,构建多尺度金字塔模型实现人眼视觉区域的多分辨率显示,将人眼视觉区域空间变化率的特性应用到数据传输的过程中;根据多尺度金字塔模型设计面向近眼显示系统的微显示控制器,实现了对视频图像的编解码处理,并在分辨率为1600×1600×3的全彩高清硅基有机发光二极管(OLED)微显示器上验证控制器的可行性。实验结果表明,基于多尺度金字塔的多分辨率图像传输算法符合人眼的直观感受,较好地去除了下采样过程中出现的边界线效应,有效降低了数据的传输带宽,能够满足近眼显示领域对微显示器实时渲染性能的要求。

提出了一种双帧数模融合扫描策略,优化了数字脉宽调制部分。设计了一种硅基有机发光二极管(OLED)微显示器驱动电路,该电路包括像素驱动电路,在帧频为60 Hz、灰度等级为256、分辨率为1920 pixel×3 pixel×1080 pixel的条件下,扫描效率可达99.22%,数据传输频率降低至23.328 MHz。结果表明,该像素驱动电路可有效减少漏电流,保证灰度精度,降低最小电流,并提高硅基OLED微显示器的对比度。

头戴式虚拟现实(Virtual Reality, VR)显示的持续升温推动微显示器不断向高分辨率、高刷新率的方向发展, 然而微显示器有限的带宽难以承载虚拟世界下的海量图像数据, 为了减少微显示器系统扫描成像过程中的时间冗余, 提高数据传输效率和图像线性度, 建立了一种伪随机扫描顺序的原子扫描模型。传统的微显示器是从第一个像素到最后一个像素连续顺序扫描的, 原子扫描采用分子空间按位的扫描方法, 将整个显示屏幕分成若干子空间, 扫描时可以任意切换子空间。根据原子扫描模型设计了微显示器的原子扫描控制器, 通过分辨率为1.6 k×3×1.6 k硅基OLED微显示器的验证, 扫描达到了100%的传输效率和93.8%的线性度, 相比于传统的十二子场扫描, 时钟频率降低了约3.3倍。证明了原子扫描控制器的可行性, 适用于超高清、高分辨率、海量数据的图像显示。

针对头戴式虚拟现实应用中数据带宽传输过高的问题, 设计了一种基于人眼视觉特性的硅基OLED微显示器系统.研究人眼视觉系统, 采用纹理金字塔的Foveation滤波算法模拟人眼的动态凝视效果, 在输出图像上实现多层级纹理金字塔的多分辨图像融合; 在FPGA平台上利用Verilog HDL语言完成了各模块的结构设计, 实现了从视频信号解码到驱动1 600×1 600分辨率的全彩硅基OLED微显示器的整个过程.实验结果表明, 基于人眼视觉特性的多分辨图像融合压缩算法, 具有良好的数据压缩比, 可有效减小硅基OLED微显示器的数据传输带宽, 且符合人的视觉直观感受, 渲染质量良好, 能够满足虚拟现实嵌入式环境下对硅基OELD微显示器实时渲染数据传输需求.

为了提高硅基微显示器灰度等级及分辨率,同时保持像素灰度线性度,结合模拟幅值调制和数字脉宽调制的优点,对数模融合扫描策略进行研究。介绍了子空间位权值扫描算法及其对扫描效率提高的作用,介绍了数模融合扫描的比特位和灰度调制,以及256级灰度案例推导。结果表明:所述方法能有效降低数据传输所需频率,且随着灰度等级及分辨率增加这一优势更加明显。在256级灰度、1920 pixel×1080 pixel的分辨率时,所需数据传输频率只需52.49 MHz,扫描效率达到92.58%,且线性度为100%。该方法缩小了所需数据传输频率,有效降低了对显示器件的要求。

为了实现2K及以上超高清微型显示器的高效率高性能扫描, 建立了微型显示器的原子扫描模型。对该模型采用的数学矩阵、基于分形延伸的植入运算进行研究, 提出了原子扫描策略并推导了原子扫描序列。首先, 对现有的PWM(脉冲宽度调制)扫描策略进行扫描性能分析。然后, 在分析比较几种扫描策略性能的基础上, 说明原子扫描是实现较优性能的最佳选择。实验结果表明: 对于256级灰度, 采用32位子空间, 8位权值比为128∶64∶32∶16∶9∶4∶2∶1的原子扫描策略具有较好的线性度和较高的传输效率。在分辨率为1 600×1 600的原子扫描方案中, 时钟频率为50 MHz, 帧频可达90 Hz, 线性度接近99.8%, 传输效率高达100%, 基本满足超高分辨率扫描系统中高帧频、较低时钟、高线性度的要求。

当前, 硅基OLED(organic light-emitting diode, OLED)微显示器正向高分辨率、高刷新频率方向发展。为了实现像素面积微小型化、降低扫描数据流量从而更好满足高分辨率、高刷新率的要求, 提出了一种新型的有源矩阵硅基微显示驱动电路结构。该电路采用数模融合的扫描策略, 该策略结合了数字脉宽调制方式和模拟幅值调制方式; 设计了多列像素复用列驱动通道的结构, 满足数模融合扫描方式的时序要求。最后通过对列驱动单元后仿真, 得到关键时序参数, 结合数模融合扫描策略确定了几个具体结构方案。在保证红绿蓝三色像素尺寸在10 μm以下的情况下, 与单纯的数字扫描策略相比, 每秒数据流量降低了25%~64%。结果表明: 基于数模融合扫描策略的硅基OLED微显示驱动电路在保证像素面积微小型化基础上, 降低了扫描数据流量, 有利于高分辨率高刷新率的显示。

针对目前缩放插值算法中硬件实现比较复杂、资源消耗多、运算处理时间长、实时性较差等缺陷, 介绍了一种基于图像的双线性插值缩放算法的设计方法, 同时对算法中的浮点运算进行优化, 节省了电路的硬件开销。最终搭建了FPGA验证平台, 实现了图像的任意比缩放, 证明了设计的可行性, 达到了实验预期的目的。

针对最优灰度扫描算法在灰度级丰富的图像上产生轮廓线的问题，对算法进行非线性校正?首先分析最优扫描算法的灰度级与像素数据的关系，并与传统脉宽调制(PWM)灰度产生策略作比较，找出产生轮廓线的原因；根据人眼对不同灰度差值图像的主观感受，将灰度差值划分为可接受差值和不可接受差值；然后通过MATLAB对最优扫描各比特的灰度权值重新赋值，得到所有可能的组合，剔除不可接受差值的组合；最后计算线性度较好的组合在不同显示分辨率下的数据传输频率?实验结果表明：对于256 级灰度图像，当校正后的8位比特的权值比例为208:104:52:24:14:8:3:1 时，灰度图中的轮廓线从13 条减少到0 条?通过硅基有机发光二极管(OLED)微显示器观察，轮廓线消除，图像质量得到改善，并且在超高分辨率下，消耗的系统时钟频率比传统的场扫描法低，在降低系统成本上具有优势?