论文总字数：26620字

摘 要

随着人类社会的不断发展，信息化的程度越来越高，人们每日都从显示器中获取到越来越丰富的信息。在专业领域，尤其是医疗领域和视觉创作领域，对于显示器精准还原图像的能力具有非常高的要求。本文侧重于医疗显示器的校色研究。

校色有软件校色和硬件校色两大类别之分。因为现阶段显卡发展水平的限制，软件校色具有最高8 bit色深的局限，和可能导致色彩丢失的缺陷，而硬件校色则可以实现颜色的全面和准确显示。

本文要设计实现的是显示硬件校色电路系统，对携带分辨率达到FHD的LVDS（Low-voltage differential signaling，低电压差分信号）进行处理。硬件包括五个部分，LVDS接收部分，信号处理核心部分，LVDS发送部分，单片机部分，以及将以上连接起来并起到供电功能的底板部分。

本方案采用了THine公司的LVDS接收器和发送器芯片实现LVDS的解码和编码，选用了Xilinx Spartan-6 XC6SLX100 FPGA和Micron MT41J256M16 DDR SDRAM实现核心板的信号处理，选用了STM32F103RET6最小系统作为单片机模块，选用了TI TPS62130与MAXIM MAX1510ETB 作为电源管理芯片。整体实现了模块化设计，利于测试、维护和扩展。

本方案考虑到了系统的向前兼容性，提出了将输出信号转换为V-by-One HS的可行方案，有利于加大系统的适用范围和延长系统的支持寿命。

关键词：硬件校色，LVDS，DICOM

Abstract

With the continuous development of human society, the degree of informatization is getting higher and higher, and people are acquiring more and more abundant information from the display every day. In the professional field, especially in the medical field and visual creation field, there is a very high requirement for the ability of the display to accurately restore images. This thesis focuses on the research of color calibration of medical displays.

Methods of color calibration are divided into two major categories: software color calibration and hardware color calibration. Due to the limitation of the development level of the graphics card at this stage, the software color calibration has the limitation of its deepest 8-bit color depth. The software color calibration also has the defect that may cause color losses. On the contrary, hardware color calibration can achieve full and accurate color display.

This thesis is to design a display hardware color calibration circuit system, which is able to handle the resolution of FHD on LVDS (Low-voltage differential signaling). The hardware consists of five parts, the LVDS input part, the signal processing core part, the LVDS output part, the MCU (Microcontroller Unit) part, and the base plane part that connects the above and supplies power.

This program uses THine's LVDS receiver and transmitter chip to achieve LVDS decoding and encoding, selects the Xilinx Spartan-6 XC6SLX100 FPGA and Micron MT41J256M16 DDR SDRAM to achieve the core board’s signal processing, chooses the minimal system of STM32F103RET6 as the MCU, and selects the TI TPS62130 and MAXIM MAX1510ETB as power supply management chip. The overall implementation is modular design, which is conducive to testing, maintenance and expansion.

This scheme considers the forward compatibility of the system and proposes feasible solutions for converting the output signal into V-by-One HS, which is beneficial to increase the scope of application and extend the support life of this system.

KEY WORDS: Hardware Color Calibration, LVDS, DICOM

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.1.1 软件校色与硬件校色 1

1.1.2 灰阶校准 1

1.1.3 彩色校准 3

1.2 课题设计内容 4

1.3 论文结构 4

第二章 系统设计 5

2.1 系统整体设计 5

2.2 器件选择 5

2.2.1 LVDS接收器与发送器 5

2.2.2 FPGA与DDR SDRAM 10

2.2.3 电源管理芯片 11

2.2.4 单片机 12

2.3 电路设计 12

2.3.1 LVDS接收部分设计 12

2.3.2 RGB信号处理部分设计 16

2.3.3 LVDS发送部分设计 21

2.3.4 底板与电源管理部分设计 24

2.3.5 实物成品 26

第三章 系统调试 27

3.1 调试设备 27

3.2 调试方案 29

3.2.1 调试准备 29

3.2.2 LVDS接收子板调试 29

3.2.3 LVDS发送子板调试 29

3.2.4 系统整体调试 31

3.3 调试结果 32

3.3.1 LVDS接收子板调试 32

3.3.2 LVDS发送子板调试 35

3.3.3 系统整体调试 36

第四章 结论 38

4.1 设计总结 38

4.2 提高显示色准的更多方向 38

4.2.1 亮度和对比度 38

4.2.2 视角和响应时间 39

4.2.3 亮度稳定性 39

4.3 设计展望 39

致谢 42

参考文献 43

绪论

课题背景及意义

随着人类社会的不断发展，信息化的程度越来越高，人们每日都从显示器中获取到越来越丰富的信息。在医学领域，随着医疗产业的数字化发展，医生诊断的方式也从传统的胶片读片过渡到了显示器上读片。如今在医学成像上已经出现了PACS（Picture Archiving and Communication System，图像归档和通信系统）这一广泛采用的系统，作为成像链的最终部分，显示屏是医学成像的关键元素。随着时间的推移，硬件会出现变化和退化，并且硬件本身的素质就万千不同。考虑到上述这两种无法避免的情况，为了保证医用显示器的一致性与整体性，就必须采取校色的方式，使得图像能够精准还原。^[1]

软件校色与硬件校色

ICC配置文件是国际色彩联盟（International Color Consortium）在色彩管理中推出的标准，它表征了一组颜色输入或输出设备或者是色彩空间的数据。通过定义设备源或目标色彩空间同PCS（Profile Connection Space，配置文件连接空间）的映射关系，ICC配置文件描述了特定设备的颜色属性或查看要求。这个PCS可以是CIELAB（L * a * b）或者是CIEXYZ。可以使用对表格进行插值或者进行一系列参数变换的方式来进行映射。^[2]

软件校色，需要校色仪器和校色软件配合完成，通过软件来指定屏幕的一系列显示内容，用校色仪器测量屏幕在这些显示下的亮度、GAMMA、色温等一系列参数，将测量的数据通过软件的算法生成ICC文件。操作系统通过显卡输出的图像会经过ICC的校正再进入显示器。

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