Verstehen Sie die Farbbildschirme/elektronisches Papier/E-Paper-Anzeige

Ursprüngliche Website

https://github.com/zephray/NekoInk/wiki/Understanding-color-screens

Vollfarbige EPDs
Es gibt verschiedene Technologien, die zum Erstellen von Vollfarb-EPDs verwendet werden könnten. Die beiden gängigsten Technologien sind CFA und ACeP.

CFA
CFA steht für Color Filter Array, was im Grunde aus farbigem Glas/Film auf dem Bildschirmpixel besteht. Dies ist auch die Technologie, die bei den meisten Farb-LCDs verwendet wird. Eink Kaleido, Eink Triton und Color DES basieren auf dieser Technologie. Der Hauptvorteil besteht darin, dass es relativ einfach zu steuern ist und das Low-Level-Fahren das gleiche wie bei den Graustufen-Panels ist. Daher hat es die gleiche Aktualisierungszeit (100 ~ 200 ms) und die gleiche Graustufenstufe (16 Stufen entsprechen 16 ^ 3 = 4096 Farben). Der Nachteil ist, dass der CFA etwas Licht herausfiltert (aufgrund seiner farbigen Natur), die Bildschirmreflexion wird durch den CFA negativ beeinflusst. Der Bildschirm wird am Ende ziemlich dunkel. Bisher verwenden alle farbigen E-Reader CFA-basierte Displays. NekoInk unterstützt Farb-DES-Bildschirme, sollte aber mit einigen geringfügigen Softwaremodifikationen auch Kaleido und Triton unterstützen können.

ACeP
ACeP steht für Advanced Color ePaper, ist eine von Eink entwickelte Technologie. Es gibt 2 Varianten, Eink Gallery und Eink Gallery Palette. Ersteres erreicht 32K Farben, letzteres nur 7 Farben. Es verwendet CMY-Farbpigmente ähnlich wie Farbdrucker, um eine Vollfarbanzeige zu erreichen. Der Vorteil ist, dass es im Vergleich zu CFA-basierten Lösungen viel heller ist. Der Nachteil ist, dass es viel schwieriger zu fahren und ziemlich langsam ist: Der Bildschirm der Eink Gallery der 1. Generation benötigt 30 Sekunden (!), um aktualisiert zu werden, und das Gerät der 2. Generation, das auf der SID DisplayWeek vorgeführt wurde, könnte eine Aktualisierungsgeschwindigkeit von ~ 1 Sekunde erreichen, obwohl das immer noch viel langsamer ist als CFA-basiert Lösungen. Der NekoInk könnte möglicherweise parallele ACeP-Panels (Atelier) mit reinen Softwareänderungen ansteuern, aber um ehrlich zu sein, weiß ich es nicht.

Farbe DES: GDEW101C01
Der GDEW101C01 ist ein 10,1-Zoll-Farb-DES-Bildschirm von Good Display. Er verwendet CFA, um Farbbilder zu erzeugen. Daher ist es für die EPDC-Hardware nur ein normales Graustufen-Panel mit einer Reihe von Pixeln. Die Pixel sind jedoch abhängig von ihrer Farbe Standort aufgrund des CFA. Da es keine Hardwarebehandlung für solche Bildschirme gibt, ist es Sache der Software, den richtigen Farbwert an die entsprechenden Pixel zu senden.

Pixelanordnung
Color DES unterscheidet sich in Bezug auf das CFA-Design ein wenig von einem typischen Farb-TFT-LCD. Typischerweise wird bei TFT-LCDs ein RGB-Pixel als Pixel bezeichnet und jede R/G/B-Komponente wird als Subpixel bezeichnet. Beim Farb-DES wird das Subpixel schließlich als Pixel bezeichnet, und jedes Pixel ist entweder rot, grün oder blau. In der Anzeigeindustrie werden solche Pixel häufiger als Punkte bezeichnet.

Pengo, CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, über Wikimedia Commons

Auf dem obigen Foto ist die DES-Pixelanordnung dieselbe wie bei XO-1.

Dies bedeutet nicht unbedingt, dass die effektive Auflösung durch 3 geteilt werden muss. Diese Anordnung ist in Bezug auf die wahrnehmbare Auflösung etwas "effizienter" als RGB-Streifen. Eine detailliertere Analyse finden Sie im Artikel „Comparing the Effective Resolution of Various RGB Subpixel Layout“.

Verarbeitungsbild für Color DES
Wenn das Bild ohne Verarbeitung auf Farb-DES angezeigt wird, würde es wie ein Graustufenbild aussehen. Dies ist ähnlich, wenn Sie einfach denselben Farbwert an R/G/B-Komponenten auf einem Farb-LCD-Display senden.

Um Farbe zu erhalten, senden Sie nur die Farbkomponente, die der Pixelfarbe entspricht.

Beispielsweise ist für Pixel 01 das Pixel auf dem Bildschirm grün. Dann sollte nur der grüne Anteil aus dem Bildpuffer an den Bildschirm gesendet werden.

Um eine einfache 4096-Farbbildanzeige zu erhalten, ist dies alles, was benötigt wird. Um die Bildqualität zu verbessern, werden jedoch im Allgemeinen einige weitere Schritte angewendet:

Tiefpassfilterung
Der zuvor beschriebene Bildanzeigeprozess ist im Wesentlichen ein Downsampling-Prozess für jede Farbkomponente: Nur 1/3 des Pixels wird an den Bildschirm gesendet. Dann wird dies zu einem klassischen Signalverarbeitungsproblem: Das Abtasten des Signals würde dazu führen, dass Frequenzkomponenten über Nyquist in den niederfrequenten Teil zurückfallen. Oder einfacher gesagt, Sie würden gezackte Kanten/Aliasing sehen, was Dinge sind, die im Originalbild nicht vorhanden waren. Um dies zu verhindern, muss zuerst eine Tiefpassfilterung (Unschärfe) auf das Bild angewendet werden, um diese Hochfrequenzkomponenten zu entfernen. Das folgende Diagramm aus dem OLPC-Wiki zeigt eine einfache Möglichkeit, einen solchen Filter zu implementieren:

Zittern

DES-Panels unterstützen nur bis zu 16 Graustufen mit der aktuellen Wellenform. Dies entspricht 4096 Farben, was nicht so gut ist. Dithering könnte angewendet werden, um ein besseres Bild zu erzeugen (Erhöhung des SNR im Sinne der Signalverarbeitung). Siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Dither für Hintergrundinformationen.

Die Grundidee ist, dass beim Abrunden der Farbe (Auswählen der nächstliegenden Farbe aus der 16-stufigen Grauskala aus der 256-stufigen Eingabe) der Fehlerwert (Differenz) berechnet und zu benachbarten Pixeln addiert wird (so dass diese Fehler bei der Verarbeitung berücksichtigt werden). Pixel später). Der gesamte Prozess wird als Fehlerdiffusion bezeichnet. Die Fehlerdiffusion verwendet einen Diffusionskern, der das Ziel und den Prozentsatz des diffundierten Fehlers angibt. Es gibt viele klassische Kernel, wie Floyd-Steinberg, Stucki und Sierra usw., die häufig für das Dithering von Bildern verwendet werden. In diesem Fall funktionieren sie jedoch nicht: Der Dithering-Prozess sollte den Fehler nur auf Pixel mit derselben Farbe übertragen / verteilen. Als Ergebnis habe ich mir einen eigenen Kernel ausgedacht, der im imgview-Tool implementiert ist, das im Repo enthalten ist. Es scheint ziemlich gut zu funktionieren, obwohl Sie immer versuchen könnten, das zu optimieren und sich ein eigenes auszudenken.

Eine andere zu berücksichtigende Sache ist Gamma. Der Dithering-Prozess umfasst einen Schritt des Auswählens des nächstliegenden Werts. Die Auswahl des nächstliegenden numerischen Werts bedeutet jedoch nicht notwendigerweise die nächstliegende Farbe. Das Bild befindet sich typischerweise im sRGB-Raum, der nichtlinear ist. Dies führt dazu, dass die einfache Rundung die falsche Farbe auswählt und auch den falschen Fehlerwert berechnet. Eine Lösung besteht darin, im linearen Raum zu arbeiten. Dies wird auch als Gamma-bewusstes Dithering bezeichnet. Sie können weitere Informationen online lesen, zum Beispiel hier: https://learnopengl.com/Advanced-Lighting/Gamma-Correction.

Sie zusammenfügen
Dieses Repo stellte ein Tool namens imgview zur Verfügung, das all dies erledigt und PNG-Bilder auf NekoInk anzeigt. Aufgrund des geringen Kontrasts und des geringen Reflexionsvermögens des EPD-Panels konnte die Gamma-Aware-Verarbeitung im Allgemeinen ohne viele sichtbare Artefakte abgeschaltet werden. LPF könnte auch für Nicht-Text-Anzeigen ausgeschaltet werden.