Αλγόριθμοι βελτιστοποίησης κατανάλωσης ενέργειας σε LCD οθόνη

• Κύριοι συγγραφείς: Οικονόμου, Κωνσταντίνος, Θεοδωρακόπουλος, Ορέστης
• Άλλοι συγγραφείς: Θεοδωρίδης, Γεώργιος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2018
• Θέματα: TFT-LCD οθόνη; Ανάπτυξη αλγορίθμων; Διατήρηση ποιότητας προβαλλόμενης εικόνας; Επίπεδο φωτεινότητας; Υλοποίηση χαμηλής κατανάλωσης; Πίνακες σύγκρισης; TFT-LCD display; Algorithm development; Preservation of image quality; Backlight level; Low power implementation; Comparison tables; 621.381 044

Σκοπός της διπλωματικής είναι η αναζήτηση τρόπων ελαχιστοποίησης της κατανάλωσης μιας LED TFT-LCD οθόνης με μείωση της φωτεινότητας και ταυτόχρονη διατήρηση της ποιότητας του οπτικού αποτελέσματος. Ένα μεγάλο ποσοστό της ενέργειας (μεταξύ 20-55%) που καταναλώνεται σε μια τέτοια οθόνη οφείλεται στο επίπεδο φωτεινότητας που ακτινοβολεί η φωτεινή πηγή της οθόνης (backlight level). Στην προσπάθεια για δραστική μείωση της κατανάλωσης μιας οθόνης προτείνεται η μείωση του επιπέδου του backlight και η επεξεργασία της προς προβολή εικόνας με τρόπο τέτοιο ώστε να επιτυγχάνεται η καλύτερη δυνατή σχέση μεταξύ κέρδους ισχύος και ποιότητας εικόνας. Προς αυτή την κατεύθυνση, πραγματοποιείται κατ’ αρχάς μία έρευνα σε παλαιότερες εργασίες και με βάση αυτές αναπτύσσεται και υλοποιείται σε MATLAB ο αλγόριθμος Rolloff ο οποίος θα χρησιμοποιηθεί για σύγκριση με τους αλγόριθμους της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας. Στη συνέχεια, πραγματοποιούνται οι απαραίτητες μετρήσεις για την ανάπτυξη των αλγόριθμων επεξεργασίας εικόνας. Αρχικά λαμβάνονται μετρήσεις με την φωτογραφική κάμερα. Μεταβάλλοντας τη φωτεινότητα της οθόνης, καθώς και τις αποχρώσεις στα 3 βασικά χρώματα (κόκκινο, πράσινο, μπλε) αποτυπώνουμε το οπτικό αποτέλεσμα της οθόνης σε φωτογραφίες. Οι διάφορες φωτογραφίες συγκρίνονται με την αρχική πρωτότυπη φωτογραφία με τη χρήση λογισμικού σύγκρισης φωτογραφιών (SSIM) παράγοντας τους πίνακες αποτελεσμάτων που αποτελούν τη βάση της διπλωματικής μας εργασίας. Με βάση τα δεδομένα των πινάκων αναπτύχθηκαν τρεις αλγόριθμοι επεξεργασίας εικόνων, ο Best , ο Margin και ο Set, οι οποίοι υλοποιήθηκαν σε MATLAB. Ο δεύτερος τύπος μετρήσεων που πραγματοποιήθηκε ήταν οι μετρήσεις με το φωτεινόμετρο. Αντίστοιχα με τις μετρήσεις με την φωτογραφική κάμερα η φωτεινότητα της οθόνης και οι αποχρώσεις των τριών βασικών χρωμάτων μεταβάλλονται με τον ίδιο τρόπο με τη διαφορά πως σε αυτή την περίπτωση καταγράφεται η ένδειξη του φωτεινόμετρου για τις διάφορες περιπτώσεις. Από τις μετρήσεις προέκυψαν τρεις πίνακες αποτελεσμάτων, ένας για κάθε χρώμα. Οι πίνακες χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη ενός ακόμα αλγόριθμου που υλοποιήθηκε σε MATLAB. Ο αλγόριθμος ονομάζεται Lightmeter128 ή Lightmeter184 ανάλογα με το σημείο που ξεκινά η εφαρμογή του στην εικόνα. Τέλος συνδυάζονται οι αλγόριθμοι που προέκυψαν από τα δύο είδη μετρήσεων και προκύπτουν ακόμα τρεις αλγόριθμοι. Οι συνδυαστικοί αυτοί αλγόριθμοι ονομάζονται LightBest, LightMargin, LightSet και υλοποιήθηκαν σε MATLAB. Αφού υλοποιήθηκαν οι διάφοροι αλγόριθμοι που αναφέρθηκαν εφαρμόζονται ο καθένας ξεχωριστά σε πέντε διαφορετικές εικόνες. Τα αποτελέσματά τους αποτυπώνονται με την φωτογραφική κάμερα και ακολουθεί η διαδικασία σύγκρισης των φωτογραφιών με την αρχική εικόνα χρησιμοποιώντας το ίδιο λογισμικό που αναφέρθηκε στον πρώτο τύπο μετρήσεων (SSIM) . Με αυτό τον τρόπο προκύπτει ο συγκεντρωτικός πίνακας των αποτελεσμάτων των αλγόριθμων. Με βάση τον συγκεντρωτικό πίνακα προτείνεται ο βέλτιστος αλγόριθμος για κάθε επίπεδο φωτεινότητας, ενώ παρατίθενται και τα κέρδη κατανάλωσης σε κάθε επίπεδο. Παρατηρείται πως με μείωση του backlight στο 70% επιτυγχάνεται μείωση της κατανάλωσης της οθόνης σε ποσοστό της τάξης του 30%, ενώ η μέση παραμόρφωση της εικόνας δεν ξεπερνά το 10%. Κλείνοντας, γίνεται αναφορά σε πιθανές ιδέες για το πώς μπορεί να συνεχιστεί η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία σε μελλοντική δουλειά. Πιο συγκεκριμένα, προτείνεται η υλοποίηση του αλγορίθμου σε επίπεδο hardware για εφαρμογές πραγματικού χρόνου, η εφαρμογή του βίντεο και η επέκταση της εργασίας σε οθόνες OLED και AMOLED.