基于平滑濾波的虛擬顯示模型及控制方法

王彬宇，王瑞光，鄧意成

基于平滑濾波的虛擬顯示模型及控制方法

王彬宇1，2，王瑞光1*，鄧意成1

(1．中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林長春130033; 2．中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049)

針對新型虛擬LED顯示屏提出一種基于平滑濾波器的虛擬顯示模型和控制方法，該方法與傳統(tǒng)方法相比能在降低數(shù)據(jù)帶寬的條件下提高虛擬顯示的灰度等級。分析了戶外發(fā)光二極管顯示屏(LED)的顯示原理，指出提高LED顯示器分辨率和灰度是提升其顯示效果最直接的方法。介紹了傳統(tǒng)虛擬顯示的實(shí)現(xiàn)及控制原理和存在的問題，然后針對目前的虛擬LED顯示屏提出一種虛擬顯示的建模及控制方法，再用模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方法的可行性及效果，最后與傳統(tǒng)的虛擬顯示建模及控制方法做對比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用本文提出的建模和控制方法呈現(xiàn)的圖像清晰，圖像細(xì)節(jié)不流失，準(zhǔn)確地還原了圖像原來真實(shí)的情況。本文提出的虛擬顯示建模和控制方法能夠準(zhǔn)確還原圖像信息，可以用于新型的虛擬LED顯示屏。

虛擬顯示;LED顯示屏;分時復(fù)用;亞像素共享

1 引言

LED虛擬顯示是一種通過特殊的控制手段來控制虛擬LED顯示屏的技術(shù)，使顯示屏能顯示的分辨率超過自身分辨率。普通LED顯示屏的像素點(diǎn)是凝聚在一起的，可以用人眼識別，而這種技術(shù)所顯示的像素點(diǎn)是分散的，在一般情況下人眼識別不出，所以稱這種像素為“虛擬像素”［1］，這種技術(shù)就叫做虛擬顯示技術(shù)。此技術(shù)旨在解決LED顯示屏分辨率和價格的矛盾［2］。

LED顯示屏是通過控制不同顏色的LED發(fā)光二極管的亮滅來實(shí)現(xiàn)圖像顯示的設(shè)備。顯示屏的參數(shù)有響應(yīng)時間、最大亮度、分辨率、灰度等級、點(diǎn)距、刷新速度等，其中亮度、分辨率和灰度等級能夠直接影響到人的視覺感受，一般最大亮度越高，在環(huán)境亮度越高的情況下越能看清顯示器內(nèi)容，而顯示屏的分辨率越高，顯示的圖像就應(yīng)該越清晰［3］，灰度越大，顯示的顏色種類越豐富。由于目前LED顯示屏的LED燈管最大亮度都能達(dá)到SJT 11141-2012《LED顯示屏通用規(guī)范》中的標(biāo)準(zhǔn)，并且LED亮度的最大值受制于制造工藝。所以廠商提升LED顯示屏實(shí)際顯示效果最直接的方法就是提高顯示屏的分辨率和灰度等級。虛擬LED顯示屏是LED顯示屏的一種，它可在相同的LED燈管數(shù)量下比普通LED顯示屏顯示更高分辨率的圖像，所以在成本，工藝的限制下，想要獲得更好的顯示效果，虛擬LED顯示屏不失為一個不錯的選擇。但是傳統(tǒng)的虛擬顯示屏在滿足分辨率的時候降低了灰度等級，所以傳統(tǒng)虛擬LED顯示屏的灰度等級還有提升空間。

在LED虛擬顯示提出的時候，由于當(dāng)時LED發(fā)光二極管制造水平不高，紅色LED達(dá)不到要求的亮度，所以為了滿足紅色光的亮度要求，每個像素采用的是兩個紅色，一個藍(lán)色，一個綠色的組合，所以當(dāng)時的虛擬LED顯示屏也繼承了這一特點(diǎn)，早期虛擬LED顯示屏也是采用兩紅一綠藍(lán)的像素結(jié)構(gòu)［4-6］，目前LED虛擬顯示的研究大都是以這種屏幕為基礎(chǔ)來討論的。但是隨著LED制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，紅色的LED已經(jīng)可以達(dá)到和其他顏色LED同等的亮度，所以最新的LED虛擬顯示采用的是紅綠藍(lán)三色均勻分布的排列方式。由于之前的LED虛擬顯示的建模和算法都是建立在“兩紅一綠藍(lán)”的基礎(chǔ)上的，所以之前的算法和建模對于新的虛擬LED顯示屏，不一定是最優(yōu)的，甚至是不能用的。針對這一情況，本文基于目前的均勻分布的虛擬LED顯示屏，提出一種虛擬顯示的建模和控制法使得均勻分布的虛擬顯示屏發(fā)揮出更好的效果。

2 虛擬顯示的原理及屏幕組成

2．1LED虛擬顯示器的原理

LED顯示屏顯示的實(shí)現(xiàn)主要是利用人眼的視覺暫留，由于圖像從人眼傳到大腦大概需要1/ 24 s，所以LED顯示屏在1 s內(nèi)刷新60次的話，人眼看到的就是一幅或者一系列不閃，連續(xù)的畫面。每個LED燈管在每次的刷新過程中又細(xì)分為點(diǎn)亮和熄滅兩個階段，由于一次刷新時間間隔很短，人眼識別不出，所以在人看來只是LED燈管的明暗程度不同，而每個燈管在一次顯示中明暗程度由視頻里面的信息控制，不同明暗程度的顏色組成了最終的色彩，一般每個顏色由8 bit的數(shù)據(jù)控制，可以實(shí)現(xiàn)256種不同的明暗程度，這個數(shù)據(jù)稱為8 bit灰度。8 bit灰度的紅綠藍(lán)顏色的混合就能形成大概1600萬種顏色，這已經(jīng)超出了人眼能識別的顏色范圍［7］，所以一般顯示器采用的是每種顏色8 bit的位寬的顯示灰度。我們把組成一個像素的3種顏色的每一種稱為亞像素［8-9］，這樣3個RGB的亞像素就組成了一個像素點(diǎn)［10-11］，大量像素點(diǎn)就組成了一幅可被人識別的圖像。

LED虛擬顯示器就是一種特殊的LED顯示器，其成像原理和LED顯示器既有相似之處，又有所區(qū)別。虛擬LED顯示屏的成像原理大體和LED顯示屏原理一樣，都是通過RGB亞像素的顏色調(diào)和來形成像素最終組成一幅完整的圖像，但是與傳統(tǒng)的LED顯示器不同的是虛擬LED顯示屏的每個顏色的燈管是均勻分布的，見圖1，2。

圖1 早期虛擬顯示屏的像素排列Fig．1Array of traditional virtual LED display screen

圖2 目前虛擬顯示屏的像素排列Fig．2Array of virtual LED display screen at present

這樣的排列方法主要是為了亞像素的復(fù)用，而虛擬顯示的主要內(nèi)容也是亞像素的復(fù)用，亞像素的復(fù)用指的就是每個亞像素參與多個像素的成像，也就是說一個亞像素與多個像素的形成都有關(guān)聯(lián)。而普通的LED顯示屏的亞像素只參與單個像素的形成。在燈管數(shù)量一定時，使用亞像素復(fù)用技術(shù)的虛擬LED顯示屏能夠比傳統(tǒng)的LED顯示屏顯示更多的像素點(diǎn)，這樣就增大了屏幕的分辨率。

2．2傳統(tǒng)虛擬顯示屏的建模及控制方法

傳統(tǒng)虛擬顯示屏是兩紅一綠藍(lán)的排列方式，每個虛擬像素包含了4個亞像素，其像素點(diǎn)的劃分由圖3表示。

由圖可以看到R22與參與了P11，P12，P21，P22，四個點(diǎn)的成像，所以R22參與了4個像素點(diǎn)的組成，這樣的情況我們稱R22的復(fù)用次數(shù)為四次，可以看到位于非邊緣的亞像素點(diǎn)都是被復(fù)用4次的，這樣在相同燈管數(shù)量的條件下，采用這樣復(fù)用的虛擬顯示屏能達(dá)到普通LED顯示屏分辨率的4倍，所以這種建模方法被廣泛應(yīng)用在了LED虛擬顯示上。

圖3 傳統(tǒng)虛擬顯示屏的建模Fig．3Mathematical modeling of traditional virtual LED display screen

采用這樣的虛擬LED顯示屏控制方法也和一般的LED顯示屏不一樣，目前采用的控制方法是分時復(fù)用的控制方法，假設(shè)一幅圖像包含4個像素P11，P12，P21，P22，那么在普通LED顯示器是在T內(nèi)同時顯示這4個像素點(diǎn)，而虛擬LED顯示屏如圖3那樣的需要在0～1/4T內(nèi)顯示P11，1/4T～2/4T內(nèi)顯示P12，2/4T～3/4T內(nèi)顯示P21，3/4T～T內(nèi)顯示P22，當(dāng)T無限小時，由于人眼的視覺暫留，看上去就像顯示的是4個點(diǎn)，這樣就實(shí)現(xiàn)了虛擬顯示，由于這種控制方法分時段對亞像素進(jìn)行控制，所以稱為分時復(fù)用。

這種建模和控制方法是最廣泛使用的虛擬顯示的建模和控制方法，但是根據(jù)其控制方法可以知道在同等帶寬條件下，因?yàn)槊總€燈管的灰度固定，在平均之后，這種方法所顯示的實(shí)際顏色灰度變成了原來的1/4，并且采用分時復(fù)用的控制方式加大了對硬件的需求，使得所用器件工作頻率更高，加大了硬件成本以及系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。

2．3本文提出的虛擬LED顯示屏建模方法

由于技術(shù)的進(jìn)步及制作工藝的提升，紅色LED燈管的亮度已經(jīng)達(dá)到與藍(lán)綠LED同等亮度的水平，所以現(xiàn)在的LED顯示屏的一個像素點(diǎn)是由一紅一綠一藍(lán)LED燈管組成，虛擬LED顯示屏也相應(yīng)的改變，目前，虛擬LED顯示屏由紅綠藍(lán)LED燈管均勻分布組成，見圖2。傳統(tǒng)的虛擬LED顯示屏的建模方法就不再適合現(xiàn)在這種排列方式的虛擬LED顯示屏了，所以需要提出一種適合目前虛擬LED顯示屏的建模方法和控制方法。

由于紅綠藍(lán)燈管的均勻分布，現(xiàn)在一個像素點(diǎn)就由3個LED燈管組成，所以不能再像傳統(tǒng)虛擬LED顯示屏那樣采用正方形的劃分，所以考慮到3個點(diǎn)組成像素點(diǎn)，本文提出了三角形劃分像素點(diǎn)的建模方法，具體劃分見圖4。

圖4 目前虛擬顯示屏的像素排列Fig．4Mathematical modeling of latest virtual LED display screen

可以看到，本文提出的建模方法以每個亞像素為頂點(diǎn)把屏幕劃分成無數(shù)三角形，虛擬像素點(diǎn)位于每個三角形的外心，由于虛擬點(diǎn)到每個LED燈管的距離相等，所以三基色中的每個顏色不會因?yàn)榫嚯x不同而產(chǎn)生混色上的不均勻。并且顯示屏從整體上來看三角形均勻分布，所以能夠達(dá)到虛擬像素點(diǎn)均勻分布的要求。

目前虛擬顯示屏一紅一綠一藍(lán)LED燈管組成一個虛擬像素還有另外兩種排列方式［1，5］，其中文獻(xiàn)［1］的排列方式是等邊三角形，文獻(xiàn)［5］中的排列沒有給出明確的虛擬像素的劃分方式，兩篇文章所以控制方法都是傳統(tǒng)的虛擬顯示控制方法，并且前一種排列方法某些燈管的最大復(fù)用次數(shù)達(dá)到了4次，這樣加重了由于使用虛擬顯示而導(dǎo)致的最大亮度減小的情況。

2．4采用單次掃描的控制方法

雖然傳統(tǒng)的分時復(fù)用的控制方法也可以用在新的虛擬LED顯示屏上，但是每個亞像素的復(fù)用次數(shù)為3，并且屏幕需要的刷新率為一般LED顯示屏的3倍，所以針對本文提出建模方法提出另一種虛擬顯示的控制方法。

由前面可知傳統(tǒng)虛擬顯示的根本原理是利用人眼的視覺暫留，假設(shè)屏幕顯示一幀圖像的時間為T，利用傳統(tǒng)虛擬顯示的原理控制虛擬LED顯示屏?xí)rB22在0～1/3T內(nèi)參與顯示P11;1/3T～2/ 3T內(nèi)參與顯示P12;2/3T～T內(nèi)參與顯示P22。那么在這三段時間內(nèi)假設(shè)亞像素B22顯示的時間分別為t1、t2、t3，由于T的間隔非常小，我們看到的B22的實(shí)際亮度就是t1，t2，t3時間內(nèi)B22亮度的加權(quán)，所以雖然實(shí)際上在T時間內(nèi)B22是刷新了3次，但是人眼看到的B22就和B22在T內(nèi)亮(t1+t2+ t3)時間的LED燈管的亮度是一樣的，所以根據(jù)這個原理，可以提出一種新的控制方法，這種控制方法能夠使虛擬顯示和普通LED顯示屏控制一樣一幀圖像只需要刷新一次。

根據(jù)上面的分析，可以知道傳統(tǒng)虛擬顯示在顯示一幀圖像時，每個燈管的亮度在對于人眼來說就是三次的刷新的亮度和，所以理論上可以找出一種計(jì)算方法根據(jù)傳統(tǒng)虛擬顯示每次刷新的亮度計(jì)算出在T時間內(nèi)等效的亮度，然后把所有計(jì)算出來的亮度值映射到屏幕，這樣的話既實(shí)現(xiàn)了虛擬顯示，刷新次數(shù)又和普通LED顯示屏的刷新次數(shù)相等。

首先是需要明確的是控制需要的是什么樣的排列數(shù)據(jù)。一般的LED顯示屏每個像素由紅綠藍(lán)三色組成，而圖像一般是以三維矩陣存儲的，三維矩陣中的每個矩陣對應(yīng)于一種基色。三維矩陣中每個矩陣中相同坐標(biāo)的3個點(diǎn)剛好對應(yīng)一個像素的三基色的值。傳普通的LED顯示屏和傳統(tǒng)的虛擬LED顯示屏就是這樣把三維矩陣并行送入顯示屏。但是在虛擬LED顯示屏中，每個矩陣上的點(diǎn)對應(yīng)的顏色是單一的，這樣就造成了很大一部分?jǐn)?shù)據(jù)不產(chǎn)生實(shí)際效果，這也是傳統(tǒng)虛擬顯示控制的一大弊端。虛擬LED顯示屏每種顏色的燈管是均勻分布的，并不需要在某個點(diǎn)顯示不同的顏色，所以說可以只用一個一維矩陣來存儲需要顯示的圖片的信息。這樣做的好處是能夠減少傳輸?shù)斤@示屏的無用數(shù)據(jù)，使得在同等帶寬條件下，本文的控制方法可以實(shí)現(xiàn)相比傳統(tǒng)虛擬顯示控制方法三倍的灰度。

在虛擬LED顯示屏實(shí)際顯示時，可以把虛擬LED顯示屏看成是一個“缺項(xiàng)”的LED顯示屏，如果用一個數(shù)列表示普通LED的一個像素點(diǎn)的話，那么每個點(diǎn)可以表示成(R，G，B)其中R，G，B為0～255的某個數(shù)。但是由于在虛擬LED顯示屏中，每個像素點(diǎn)由單色的LED燈管組成，所以可以用紅色可以用(R，0，0)，綠色可以用(0，G，0)，藍(lán)色可以用(0，0，B)來表示，這為接下來的計(jì)算提供了理論基礎(chǔ)。

要實(shí)現(xiàn)虛擬顯示，首先要對一般的視頻做相應(yīng)的處理，從虛擬顯示屏的結(jié)構(gòu)上就可以知道，每個亞像素的亮度需要共享給相鄰的3個像素，所以這個亞像素的亮度值在源視頻里是與相鄰的3個像素點(diǎn)的亮度相關(guān)的，這里由于只是空間域上的關(guān)系，所以只需要對普通的視頻做空間域上的變換，在數(shù)字圖像處理中對圖像空間域做變換最常用的就是平滑濾波器，在本文中，由于采用的三角形排列方式，所以只需要用到掩膜右上角的三個像素點(diǎn)，并且每個像素點(diǎn)在亞像素計(jì)算中權(quán)值相等，所以創(chuàng)建如圖5的掩膜。

圖5 實(shí)驗(yàn)用到的掩膜Fig．5Mask used in experiment

此掩膜由數(shù)字圖像處理中的平滑濾波器演變而來，可以看作一個特殊的平滑濾波器，但是其作用并不是為了濾波，而是為了做空間域上的變換，使得處理后的圖像數(shù)據(jù)成為我們需要的數(shù)據(jù)。在對圖像做處理的時候，圖像的邊緣填0用于解決掩膜在圖像邊緣時超出圖像界限而出現(xiàn)的問題。這樣處理過后的圖像仍然是一個三維的矩陣。而我們需要的是一個一維矩陣，所以再在這個矩陣的基礎(chǔ)上把其中我們需要的數(shù)據(jù)提取出來，具體操作如下:根據(jù)實(shí)際屏幕的排序，把對應(yīng)的點(diǎn)的顏色數(shù)值提取出來，假如實(shí)際的屏幕排列如圖4的那樣排列，那么在圖像的(1，1)點(diǎn)我們提取紅色的亞像素的值作為R11的值，在(1，2)點(diǎn)處我們提取綠色亞像素的值作為G12的值，這樣按順序提取出來的各種亞像素的值就可以重新得到一個新的一維矩陣，這就是我們需要的用于虛擬LED顯示屏的圖像矩陣。

一般掩膜的前面應(yīng)該添加一個歸一化系數(shù)，使圖像處理后的亞像素值域和圖像處理前的亞像素值域相等，但是由于本文控制方法把圖像矩陣從原來的三維矩陣變成了一個一維矩陣，這樣在相同數(shù)據(jù)大小下就能用更多的數(shù)據(jù)表示一個亞像素，提供更高的灰度等級，所以去掉了歸一化系數(shù)，這樣每個亞像素由10 bit的數(shù)據(jù)組成，這樣每個亞像素理論上能有210種不同的亮度，但是由于是亞像素的值直接相加，所以每個顏色的灰度為3×28，這樣平均后每個虛擬像素的實(shí)際灰度和原視頻的灰度等級保持一致。但是由于亞像素的最大亮度不變，由亞像素實(shí)現(xiàn)的虛擬像素就會變暗，理論上最大亮度為普通LED顯示屏的1/3。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3．1模擬實(shí)驗(yàn)

首先通過普通的LCD顯示器模擬虛擬顯示的顯示效果，LCD是液晶顯示器，其顯示原理也是利用RGB三基色的混色來達(dá)到顯示各種顏色的目的，并且掃描方式和新型LED虛擬顯示器相似，所以當(dāng)LCD每個像素點(diǎn)只顯示一種顏色時，就可以模擬出虛擬顯示屏的顯示效果，實(shí)驗(yàn)選取一張印度小姐的圖片作為顯示圖像，原圖如圖6所示。

圖6 處理前的圖片F(xiàn)ig．6Picture before processed

然后使用MATLAB對圖像按照圖5的掩膜對圖像做處理(這里由于LCD硬件的限制，需要在掩膜前面加上歸一化系數(shù)1/3)，得到新的圖片，然后再把每個像素點(diǎn)按照圖4的規(guī)則去掉相應(yīng)的亞像素，這樣就得到了一幅每個像素點(diǎn)都“缺項(xiàng)”的圖片，并且這張圖片的實(shí)際矩陣是三維的。由于在計(jì)算機(jī)上一維矩陣所成的圖像是黑白的，所以這里保留原圖三維矩陣的特征。此時把所得到的圖像就可以用于模擬LED的虛擬顯示，顯示的效果如圖7所示。

對比原圖，處理后的圖像亮度整體變暗，這也究這印證了在前面2．3節(jié)歸一化處所提到的圖像亮度降低的問題。在色彩方面，可以看到模擬顯示的圖像色彩還原沒有原來的絢麗，原因是在普通LCD顯示屏上面硬件所支持的最大灰度等級為8 bit，模擬虛擬顯示的一個燈管灰度等級是256級，但是當(dāng)3個像素共享時，每個像素得到的灰度理論上為256/3級，所以圖像的灰度等級實(shí)際上是降低了的，一定程度上影響了顏色的表達(dá)。

圖7 處理后的圖片F(xiàn)ig．7Picture after processed

但是通過模擬的圖像可以看到圖像輪廓清晰分明，能準(zhǔn)確還原原圖的信息，所以在LCD上的模擬表明本文提出的建模方法是可行的。而具體的效果還需要通過在虛擬顯示屏上實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。

3．2在虛擬LED顯示屏上的效果

圖8 在LED虛擬顯示系統(tǒng)Fig．8System of virtual LED display

圖9 在虛擬LED顯示屏上顯示的圖片F(xiàn)ig．9Picture on virtual LED screen

實(shí)驗(yàn)所用的顯示屏是最新的高密度虛擬LED顯示屏，其分辨率為192×192，點(diǎn)間距為P1．25，采用等效8 bit灰度等級(亞像素灰度等級為10 bit)。實(shí)驗(yàn)用的實(shí)現(xiàn)虛擬顯示的視頻處理器是Spartan-6 XC6SLX16，所用的圖像處理及控制系統(tǒng)如圖8所示。所用的相機(jī)的頻率，所以不能拍攝到正確的虛擬顯示屏的顯示效果圖。但是在人眼看來在虛擬顯示屏上面的顯示效果好于在LCD上的模擬。在虛擬LED顯示屏上圖像能夠正確表達(dá)出輪廓及信息，能夠達(dá)到還原原圖的能力。實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，虛擬LED顯示屏的顯示顯示效果比模擬顯示效果好，總結(jié)起來有如下兩點(diǎn)原因:(1)虛擬LED顯示屏的亞像素均勻分布，并且每個亞像素能實(shí)現(xiàn)10bit灰度等級，比LCD模擬顯示和傳統(tǒng)虛擬LED顯示的灰度高;(2)LED顯示屏是靠不同顏色的LED燈管發(fā)光直接顯示，并且實(shí)驗(yàn)采用的是高密度LED顯示屏，在一定區(qū)域內(nèi)LED燈管數(shù)量大，所以能達(dá)到很高的亮度，一定程度上彌補(bǔ)了在顯示階段每個LED燈管加權(quán)平均那部分損失的亮度。

3．3傳統(tǒng)虛擬顯示建模及控制方法與基于平滑濾波的虛擬顯示建模及控制方法的對比

表1比較的是普通LED顯示屏，傳統(tǒng)虛擬顯示，本文提出的虛擬顯示的各項(xiàng)性能指標(biāo)，其中在計(jì)算相同燈管下分辨率的時候普通LED顯示屏采用的亞像素的組合方式是一紅一綠一藍(lán)的組合，這是目前大部分LED顯示屏的組合，如果在早期LED兩紅一綠藍(lán)的組合下LED屏幕的分辨率是低于800×600的。

系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)虛擬顯示變換的設(shè)備是視頻處理器，而視頻發(fā)送卡和接收卡都可以與普通的LED顯示屏通用，所以系統(tǒng)具有較強(qiáng)的移植性。系統(tǒng)搭建好之后開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，大體效果參見圖9。

由于LED顯示屏的掃描頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)相比傳統(tǒng)虛擬顯示，本文提出的虛擬顯示能夠?qū)崿F(xiàn)更高的灰度等級，并且占用資源更小，控制簡單，所以可以應(yīng)用在原來使用虛擬顯示的場合。

表1 各種顯示方法的對比Tab．1Comparison of three display methods

在實(shí)驗(yàn)中，顯示效果最好的是普通LED顯示屏，雖然同樣是8 bit灰度，普通LED顯示色彩還原更加真實(shí)，這是因?yàn)槟壳癓ED燈管亮度的限制，導(dǎo)致虛擬顯示所能夠呈現(xiàn)的畫面的最大亮度達(dá)不到普通LED顯示的最大亮度，并且由于亞像素分散分布，混色效果不如亞像素集中分布的普通LED顯示，所以使得圖像重現(xiàn)不如普通LED顯示。但是在相同燈管數(shù)量的條件下虛擬顯示實(shí)現(xiàn)的分辨率高，彌補(bǔ)了這一不足。

4 總結(jié)

在傳統(tǒng)的虛擬顯示的基礎(chǔ)原理上，結(jié)合平滑濾波器的原理提出了一種新的虛擬顯示方法，并通過模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論的可行性，最后實(shí)驗(yàn)效果到達(dá)了預(yù)期目標(biāo)。本文提出的虛擬顯示模型及控制方法能夠在相同的LED燈管數(shù)量下提供比普通LED顯示更高的分辨率，這樣降低了屏幕的成本，并且在相同燈管密度下能夠?qū)崿F(xiàn)更密度的圖像顯示，在有限空間條件下顯示更多內(nèi)容。相比傳統(tǒng)的虛擬顯示降低了帶寬和硬件需求，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度。并且提供了比傳統(tǒng)虛擬顯示更高的灰度等級，使得顯示效果接近于普通LED顯示屏。這符合評定LED顯示屏灰度和分辨率的雙重要求，這樣在需要降低成本，提高分辨率的室內(nèi)場合具有實(shí)際的應(yīng)用價值。

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［11］HallR．Comparing spectral color computation methods［J］．IEEE Computer Graphics and Applications，1999，19(4):47-53．

Virtual display modeling and control method based on smoothing filter

WANG Bin-yu1，2，WANG Rui-guang1*，DENG Yi-cheng1
(1．ChangChun Institute of Optics，F(xiàn)ine Mechanics and Physics，Chinese Academy of Science，Changchun 130033，China; 2．Graduate University of Chinese Academy of Science，Beijing 100049，China)

A new mathematical modeling method based on smoothing filter is proposed for the latest virtual LED display screen and a new control method is proposed for the application of the new modeling method．Compared with traditional virtual display system，system with new mathematical modeling and control method can decrease the need of the data bandwidth and increase the gray scale of the virtual display system．Firstly，the article analyzed the imaging principle of LED screen and explored the nature of virtual display and gave the evaluation criteria of the LED screen which include resolution and gray scale．Secondly，the article introduced the implementation of the traditional virtual display and its problems．Thirdly，the article proposed a new mathematical modeling method for the latest virtual LED display screen and predicted the feasibility of new method．Then，the article used a LCD screen to simulate the feasibility of new method and used the virtual LED screen to verify the result of new control and modeling method．At last，the article compared traditional and new meth-od．The experimental results indicated that by using the new control and modeling method，the image displayed on virtual LED screen is vivid and the detail of image is fully displayed．Therefore，the new method of control and modeling can be used in virtual LED screen．

virtual display;LED screen;time-sharing multiplexing;subpixel-sharing

TP751

A

10．3788/YJYXS20153004．0673

王彬宇(1990－)，男，四川宜賓人，碩士研究生，主要從事FPGA數(shù)字圖像處理與應(yīng)用研究。

1007-2780(2015)04-0673-08

2015-06-06;

2014-08-22．

吉林省重大科技轉(zhuǎn)化項(xiàng)目(No．09ZDZH006)

*通信聯(lián)系人，E-mail:wby111@msn．cn