一种用于电子墨水屏显示的三值图像处理方法及设备

本发明属于数字图像处理相关，更具体地，涉及一种用于电子墨水屏显示的三值图像处理方法及设备。

背景技术：

1、电子墨水屏大多应用于电子书、超市商品标签等需要显示简要且单一数据的场景，其中应用最广泛的是eink公司的双色图像显示屏，该显示屏只能显示黑色和白色，但随着彩色显示屏的技术不断发展，智能手机、电脑等各种显示屏带来的色彩信息越来越丰富，人们希望能从屏幕中获取更多的信息，也就意味着电子墨水屏仅靠二值图像的显示已不能满足当今人们的信息需求和视觉感受。

2、如中国发明专利cn109684895b公开了一种用于电子显示标签的三值图像处理方法，这种方法先是识别出文字和条码的起点坐标和终点坐标，再通过其特征与文字库进行矢量比对，最后再采用二值化图像处理方法处理电子显示标签的文字、条形码和二维码内容，采用三值化图像处理方法处理电子显示标签显示的图像内容。在这种方法中，电子墨水屏只显示了细节内容较少的原图像，并未涉及显示细节较为丰富的原图像，导致显示复杂图像的视觉效果较为模糊。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于电子墨水屏显示的三值图像处理方法及设备，其旨在解决电子墨水屏显示复杂图像的视觉效果较模糊的问题。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于电子墨水屏显示的三值图像处理方法，该方法包括以下步骤：

3、步骤一，将原图像裁剪至与墨水屏相同尺寸，锁定需要显示的图像内容；

4、步骤二，对裁剪过后的图像进行拉普拉斯锐化处理；

5、步骤三，提取出图像各像素点的rgb值，并将图像各像素点转化为hsv模型；

6、步骤四，对墨水屏需要显示的三种颜色所对应的hsv分量给定阈值，并对hsv模型化过后的图像像素点使用阈值法进行三值化；

7、步骤五，对三种颜色进行二进制编码及压缩；

8、步骤六，将压缩后的数据传输至电子墨水屏，通过解压缩得到图像各像素点的编码值，进而屏幕刷新后显示原始图像。

9、进一步地，步骤二具体包括以下子步骤：

10、s1、确定拉普拉斯算子；

11、s2、得到用于计算离散像素网格数据的离散拉普拉斯算子表达式；

12、s3、然后通过离散拉普拉斯算子表达式得到能用于锐化图像的拉普拉斯卷积核矩阵模板；

13、s4、采用拉普拉斯卷积核矩阵模板对裁剪过后的图像进行模板运算以得到锐化后的图像。

14、进一步地，三种颜色的阈值必须满足的关系式：

15、[(t4-t3)2(t6-t5)(t2-t1)+(r10-t9)2(t12-t11)(t8-t7)+(t16-t15)2(t18-t17)(t14-t13)]＝360s2v

16、其中，t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9、t10、t11、t12、t13、t14、t15、t16、t17、t18分别代表根据墨水屏所能显示地具体颜色所确定的阈值，s和v分别为rgb图像hsv模型化后的s值和v值。

17、进一步地，阈值范围如下：

18、colour1 t1≤h≤t2 and t3≤s≤t4 and t5≤v≤t6

19、colour2 t7≤h≤t8 and t9≤s≤t10 and t11≤v≤t12

20、colour3 t13≤h≤t14 and t15≤s≤t16 and t17≤v≤t18

21、t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9、t10、t11、t12、t13、t14、t15、t16、t17、t18必须同时满足：

22、

23、进一步地，步骤五中的压缩包括以下子步骤：

24、(1)试执行两种压缩方式，分别为压缩方式一及压缩方式二；

25、(2)计算两种压缩方式的压缩率，进而基于得到的压缩率选择最优压缩方式进行压缩，其中，压缩率＝压缩后的数据大小/压缩前的数据大小，即选择压缩率最小的压缩方式。

26、进一步地，压缩方式一的试执行包括以下步骤：

27、s1、对三种颜色分别编码为00、01、10；

28、s2、串行读取颜色编码数据，随后对每种颜色像素进行单字节编码：一个的字节的前6位的存储该颜色像素的个数，后2位存储该颜色像素的编码，格式如下：xxxxxxyy，其中，xxxxxx代表颜色像素个数，yy代表颜色像素编码，若xxxxxx溢出，即该颜色像素编码重复超过63个，则继续生成新的字节进行压缩；

29、s3、在已完成压缩的数据前面补上0，代表采用的是压缩方式一。

30、进一步地，压缩方式二的试执行包括以下步骤：

31、s1、计算出三种颜色像素各自出现的频率；

32、s2、按照出现的频率大小从高到低对这三种颜色像素分别进行编码，编码方式为：频率最高的颜色像素赋为1，其次是01，最后是00，随后按照该编码方式直接进行压缩；

33、s3、在压缩后的数据尾部加上颜色像素说明，即1xx,01xx,00xx，以至传输至墨水屏处理时能够分辨出压缩编码代表的颜色像素。其中，前面的数字代表压缩后的颜色像素编码，后两位xx代表颜色种类编码，其中后两位xx需要根据电子墨水屏的颜色显示规则来确定。1xx代表出现频率最高的颜色像素，01xx代表出现频率次高的颜色像素，00xx代表出现频率最低的颜色像素。

34、s4、在已完成压缩的数据前面补上1，代表采用的是压缩方式二。

35、进一步地，步骤六中，读取第一个bit位，确定压缩方式；若为压缩方式一，则每读取一个字节就解压一组数据，按照前6位代表颜色像素个数，后两位代表颜色种类；

36、若为压缩方式二，即读取到第一位为1，则下一步先读取数据尾部的颜色像素说明，即1xx,01xx,00xx，三种说明分别代表对应的电子墨水屏所需要显示的颜色像素。随后根据说明读取下一位，若读取到1，则说明这是出现频率最高的颜色像素，直接解压即可；若读取到0，则需要继续读取再下一位，为1，说明这是出现频率次高的颜色像素，为0，说明这是出现频率最低的颜色像素，按照说明依次解压即可。

37、本发明还提供了一种用于电子墨水屏显示的三值图像处理系统，所述系统包括存储器及处理器，所述存储器储存有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时执行如上所述的用于电子墨水屏显示的三值图像处理方法。

38、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现如上所述的用于电子墨水屏显示的三值图像处理方法。

39、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的用于电子墨水屏显示的三值图像处理方法及设备主要具有以下有益效果：

40、1.本发明针对电子墨水屏在显示三值图像时普遍存在的视觉效果模糊问题，提出了一种创新的图像处理方法；该方法通过拉普拉斯锐化、hsv模型转换、三值阈值处理等算法优化，如此不仅能够识别并强化图像中的关键轮廓信息，实现清晰呈现原图像的轮廓细节，极大地提升了墨水屏显示图像的准确性和舒适度，而且该方法适用性较强，可以用于各种颜色丰富的图像。

41、2.充分考虑了电子墨水屏的传输能力，对三值图像的像素数据进行高效压缩；这种压缩策略在保证图像无损压损的基础上，显著降低了数据传输量，有效提升了三色电子墨水屏的传输效率，尤其适用于对显示速度有较高要求的应用场景，为电子墨水屏在便携式设备、电子阅读器以及各类信息显示领域的应用，提供了新的技术解决方案。