Αλγόριθμοι βελτιστοποίησης κατανάλωσης ενέργειας σε LCD οθόνη
| dc.contributor.advisor | Θεοδωρίδης, Γεώργιος | |
| dc.contributor.author | Οικονόμου, Κωνσταντίνος | |
| dc.contributor.author | Θεοδωρακόπουλος, Ορέστης | |
| dc.contributor.committee | Κουφοπαύλου, Οδυσσέας | |
| dc.contributor.committee | Μπίρμπας, Μιχάλης | |
| dc.contributor.committee | Θεοδωρίδης, Γεώργιος | |
| dc.contributor.other | Oikonomou, Konstantinos | |
| dc.contributor.other | Theodorakopoulos, Orestis | |
| dc.date.accessioned | 2018-06-12T10:17:17Z | |
| dc.date.available | 2018-06-12T10:17:17Z | |
| dc.date.copyright | 2018-02-23 | |
| dc.degree | Διπλωματική Εργασία | el |
| dc.description.abstract | 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. | el |
| dc.description.translatedabstract | The aim of this thesis is to find ways to minimize the consumption of a TFT-LCD LED display by reducing its brightness while maintaining the quality of the visual performance. A large portion of the energy (between 20-55 %) consumed on such a display is due to the brightness level that the illuminating light source is irradiating (backlight level). The reduction of the backlight level and the processing of the projected image are proposed in an attempt to drastically reduce the consumption of the display and in order to achieve the best possible ratio between power gain and image quality. In this direction, a research is carried out on earlier papers and based on these, the Rolloff algorithm is developed and implemented in MATLAB, which will be used in comparison with the algorithms developed in this thesis. The necessary measurements are then made to develop the image processing algorithms and measurements with the camera are taken first. By changing the brightness of the display as well as the shades in the 3 basic colors (red, green, blue) we capture the visual effect of the display in photos. The sum of the photos are compared to the original photo using photo comparison software (SSIM), producing the result tables that form the basis of this thesis. Based on these table data three image processing algorithms (Best, Margin, Set) were developed and implemented in MATLAB. The second type of measurements were the ones taken with the Lightmeter. Similarly to camera measurements, the brightness of the display and the shade of the 3 basic colors change in the same way, except that in this case the indication on the Lightmeter is recorded for the different cases. Three result tables were produced from these measurements, one for each basic color. These tables were utilized in the development of another algorithm in MATLAB. The algorithm is called Lighmeter128 or Lightmeter184 depending on the image point its application starts. Finally, the algorithms resulting from the two types of measurements are combined and three more algorithms are developed. These combined algorithms are called LightBest, LightMargin, LightSet and were implemented in MATLAB. Once the various algorithms mentioned were developed, they were implemented individually in five different images. Their results are imprinted with the camera and then the process of comparing the photos with the original image using the same software (SSIM) mentioned in the first type of measurements follows. This process results in the creation of a pivot table containing all the results of the algorithms. For each backlight level and based on this table the optimal algorithm is proposed and the consumption gains are listed accordingly. It can be observed that a backlight reduction to 70% results in a 30% reduction in screen consumption while the average image distortion does not exceed 10%. Finally, a reference is made about possible ideas on how this thesis can be continued in future work. In particular, the hardware-level implementation of the algorithms for real-time applications is suggested along with their implementation for video and the extension of this thesis on OLED and AMOLED displays. | el |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10889/11368 | |
| dc.language.iso | gr | el |
| dc.rights | 0 | el |
| dc.subject | TFT-LCD οθόνη | el |
| dc.subject | Ανάπτυξη αλγορίθμων | el |
| dc.subject | Διατήρηση ποιότητας προβαλλόμενης εικόνας | el |
| dc.subject | Επίπεδο φωτεινότητας | el |
| dc.subject | Υλοποίηση χαμηλής κατανάλωσης | el |
| dc.subject | Πίνακες σύγκρισης | el |
| dc.subject.alternative | TFT-LCD display | el |
| dc.subject.alternative | Algorithm development | el |
| dc.subject.alternative | Preservation of image quality | el |
| dc.subject.alternative | Backlight level | el |
| dc.subject.alternative | Low power implementation | el |
| dc.subject.alternative | Comparison tables | el |
| dc.subject.ddc | 621.381 044 | el |
| dc.title | Αλγόριθμοι βελτιστοποίησης κατανάλωσης ενέργειας σε LCD οθόνη | el |
| dc.title.alternative | Algorithms for power consumption optimization on LCD diplays | el |
| dc.type | Thesis | el |