專利名稱：Led顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及LED顯示屏亮度自動調節(jié)技術，尤其涉及一種LED顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)及方法。
背景技術：
安裝在戶外的大屏幕LED顯示屏在使用時，由于外部環(huán)境照度不斷變化，為了保證觀察者能夠舒適地觀看，需要對LED顯示屏的亮度進行動態(tài)調節(jié)。目前，對LED顯示屏的亮度進行自動調節(jié)方式通常有以下二種。方式1:在上位機中設定一個時間表,在表中安排若干個切換時間點,每個切換時間點對應預設一個LED顯示屏的工作亮度。上位機不斷閱讀本機時間，比對時間表中的切換時間點，當本機時間到達時間表的切換時間點時，上位機讀出對應的亮度值，發(fā)送給顯示屏的控制器，由控制器調節(jié)顯示屏亮 度。采用這種方式時，盡管可以將四季的氣候導致的照度變化因素考慮到定時表中，但是，這種方式的亮度調整并不能反映環(huán)境照度的實際情況和動態(tài)變化。方式2:在LED顯示屏上方安裝一套照度傳感器，照度傳感器不斷獲取投射到顯示屏上的環(huán)境照度值，并發(fā)送給LED顯示屏的亮度調節(jié)裝置，亮度調節(jié)裝置根據接收到的照度值，經預設算法計算出一個最佳理論亮度數值，并將亮度值發(fā)給控制器來進行對屏幕亮度的調節(jié)。采用該方式時，盡管可以采用寬角度，或者多視角照度傳感器進行多點照度檢測，但是，由于照度傳感器不是模擬觀眾觀察屏幕，獲取的照度值并非屏幕亮度相對于背景亮度的對比度。因此，這種調節(jié)方式不能直接反應觀眾對屏幕的視覺對比度的感受，因此調整后的LED顯示屏的亮度仍不能滿足觀眾舒適觀看的要求。
發(fā)明內容
本發(fā)明實施例所要解決的技術問題在于，提供一種LED顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)，能夠直接檢測LED屏幕環(huán)境對比度，提高不同方位觀察者的視覺舒適度和辨識力；提供一種LED顯示屏亮度自動調節(jié)方法，能夠利用人眼的視覺機能，用幾何成像方法，模擬被觀察對象大屏幕在觀察者眼底有效視域角內的成像；檢測該成像圖像中屏幕部分亮度對環(huán)境部分亮度的比值，直接獲得接近人眼感覺的對比度參數。為了解決上述技術問題，本發(fā)明實施例提出了一種LED顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)，包括亮度偵測裝置，所述亮度偵測裝置包括鏡頭組和安裝在鏡頭組的焦平面上的多像素傳感器，所述亮度偵測裝置還包括與多像素傳感器相連接的圖像分析與特征提取單元，所述圖像分析與特征提取單元包括:
與所述多像素傳感器連接以獲取經過多像素傳感器轉化后的圖像模擬信號并進行模數轉換后進行傳輸的輸入接口模塊；
與輸入接口模塊相連以接收輸入接口模塊傳輸來的圖像數字信號并完成圖像運算和特征提取的MCU模塊；與MCU模塊相連用于存儲MCU模塊處理后的圖像數字信號的存儲模塊；
與MCU模塊連接以將對MCU模塊傳輸來的圖像數字信號進行數字濾波處理的數字信號實時處理模塊；
分別與數字信號實時處理模塊和存儲模塊相連、對圖像數字信號進行識別以獲得顯示屏亮度和環(huán)境背景亮度，并進行對比度實時分析以確定是否需要對LED顯示屏進行亮度調節(jié)的FPGA膠粘邏輯模塊；以及
與FPGA膠粘邏輯模塊相連并用于與安裝在目標LED顯示屏上的控制器相連以將FPGA膠粘邏輯模塊確定的亮度調節(jié)指令發(fā)送給控制器的輸出接口模塊。進一步的，所述鏡頭組為定焦鏡頭組，所述LED顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)還包括用于將LED顯示屏的光線引導至亮度偵測裝置的光學裝置以及與光學裝置相連接以調節(jié)光學裝置與亮度偵測裝置的間距的焦距調節(jié)機構，所述光學裝置為反射鏡或折射透鏡。進一步的，所述焦距調節(jié)機構為絲桿螺母機構，光學裝置與絲桿螺母機構的螺母固定連接。進一步的，所述鏡頭組為變焦鏡頭組，所述LED顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)還包括用于將LED顯示屏的光線引導至亮度偵測裝置的光學裝置，所述光學裝置為反射鏡或折射透鏡。進一步的，所述多像素傳感器為如下任意一種CCD靜電耦合器件:單色CCD元件或者RGB三基色CCD元件。一種基于以上任一項所述的LED顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)的LED顯示屏亮度自動調節(jié)方法，包括如下步驟:
51、系統(tǒng)啟動及初始化步驟，啟動系統(tǒng)，并進行初始化以及參數設置；
52、圖像采樣步驟，多像素亮度傳感器通過鏡頭組進行圖像采樣；
53、圖像分析處理步驟，通過與多像素亮度傳感器連接的圖像分析與特征提取單元，對采樣到的信號進行轉換、圖像運算與特征提取、存儲、數字濾波及亮度分析計算，分別獲得顯示屏亮度和環(huán)境背景亮度；
54、判斷步驟，根據分別獲得的顯示屏亮度和環(huán)境背景亮度，判斷是否調節(jié)LED顯示屏亮度，若需要調節(jié)亮度，則進行以下步驟S5，否則跳轉至步驟S2開始循環(huán)處理；
55、亮度調節(jié)步驟，通過輸出接口模塊將亮度調整指令發(fā)送給目標LED顯示屏的控制器，由該控制器對顯示屏的亮度進行實時調節(jié)，然后，再從步驟S2開始循環(huán)處理。進一步的，所述步驟S3的具體處理流程如下:
531、圖像分析與特征提取單元的輸入接口模塊對由多像素亮度傳感器傳輸來的模擬信號進行模數轉換并傳輸給MCU模塊；
532、MCU模塊對輸入接口模塊傳輸的信號進行圖像運算與特征提取之后，一方面存儲于存儲模塊中，另一方面?zhèn)鬏斨翑底中盘枌崟r處理模塊進行數字濾波處理；
533、由FPGA膠粘邏輯模塊對圖像信號進行分區(qū)識別，識別出顯示屏區(qū)域和顯示屏背景區(qū)域；
534、通過基于顯示屏邊沿線的傾斜角，計算幾何失真的大小以及據此計算圖像的幾何
失真;
535、依據顯示屏區(qū)域中的圖像本體大小對應于人眼的分辨視域角，推算出人眼有效視域角中應該包含的背景圖像區(qū)域；
536、累計分辨視域角中圖像的整體亮度和有效視域角中的圖像的整體亮度，即顯示屏亮度和背景亮度，據此計算出兩者的比值，即對比度；
537、通過將每次計算出的顯示屏亮度與前一次測得的顯示屏亮度值進行比較，以判斷亮度是否有增加，若是，則計算出新的顯示屏理論亮度值，若否，則以最近一次測得的亮度值作為新的顯示屏理論亮度值，并據此新的亮度值計算出新的對比值，并與前一次的對比值進行比較。本發(fā)明實施例的有益效果是:本發(fā)明的鏡頭組通過光學裝置配合調節(jié)焦距調節(jié)機構的調節(jié)，對目標LED大屏幕顯示屏進行成像、聚焦及視野調節(jié)，使亮度偵測裝置在分辨視域和有效視域中獲得的圖像素陣列分別等于主要觀察者在分辨視域和有效視域所獲得的圖像像素，經圖像分析與特征提取單元計算和分析后，判斷是否需要進行亮度調節(jié)并發(fā)出相應指令，從而可有效控制目標LED顯示屏的亮度。本發(fā)明可使不同方位的觀眾都能感受到比較舒適的視覺對比度，結合季節(jié)性照度變化規(guī)律，以及平時和節(jié)日時亮度計劃定時表，還可以節(jié)省電量，以及延長LED顯示屏的使用壽命。通過本發(fā)明所述LED顯示屏亮度自動調節(jié)方法可以實現(xiàn)模擬人眼聚焦及成像的機制，能夠更加準確實現(xiàn)對顯示屏及環(huán)境亮度的偵測，從而準確進行亮度的調節(jié)。
圖1是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)構成圖。圖2是本發(fā)明實施例的亮度偵測裝置構成圖。圖3是本發(fā)明實施例的圖像分析與特征提取單元組成模塊圖。圖4是本發(fā)明的 方法的系統(tǒng)工作流程圖。圖5是本發(fā)明實施例的圖像分析與特征提取處理流程圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的發(fā)明實施例及實施例中的特征可以相互結合，下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于環(huán)境視覺對比度檢測的LED顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)，包括光學裝置40、亮度偵測裝置50以及用于調節(jié)亮度偵測裝置50與光學裝置40之間距離的焦距調節(jié)機構60。結合圖2所示，所述亮度偵測裝置50用于對目標LED顯示屏10的亮度以及背景亮度20進行采樣以及圖像分析與特征提取，使得亮度偵測裝置50在分辨視域和有效視域中獲得的圖像像素陣列分別等于主要觀察者的分辨視域和有效視域中獲得的圖像像素陣列，通過計算出屏幕亮度和背景亮度的對比度，最后判斷是否對亮度進行調節(jié)，將調節(jié)亮度的信號發(fā)送到安裝在目標LED屏幕上的亮度控制器。具體地，所述亮度偵測裝置50包括鏡頭組502、多像素亮度傳感器503以及圖像分析與特征提取單元504。所述鏡頭組502用于實現(xiàn)對目標LED大屏幕及周圍環(huán)境的成像、聚焦以及對不同視點所對應的不同視野角的調節(jié)，可以采用定焦鏡頭組或者變焦鏡頭組。所述多像素亮度傳感器503與鏡頭組502相配合，安裝在鏡頭組502的焦平面上，用于將鏡頭組502采樣到的圖像進行光信號轉化成模擬信號，所述多像素傳感器503可采用CXD靜電耦合器件，例如單色CXD元件或者RGB三基色CXD元件。而圖像分析與特征提取單元504與多像素亮度傳感器503相連以對圖像信息進行分析與特征提取的處理，從而實現(xiàn)對屏幕亮度與環(huán)境亮度的分析，再把分析的結果以亮度調節(jié)信號的方式反饋到目標LED大屏幕顯示屏上的亮度調節(jié)裝置。所述圖像分析與特征提取單元504集成設置于一塊電路板上，在圖像分析程序的控制下高速運行，具有采集圖像、分析圖像、提取圖像對比度的功能。如圖3所示，所述圖像分析與特征提取單元504包括多像素傳感器接口模塊401、MCU模塊402、數字信號實時處理模塊403、FPGA膠粘邏輯模塊404、存儲模塊405以及輸出接口模塊406。所述MCU模塊402分別與數字信號實時處理模塊403、多像素傳感器接口模塊404以及存儲模塊405連接；所述FPGA膠粘邏輯模塊404分別與數字信號實時處理模塊403、存儲模塊405以及輸出接口模塊406連接；其中，所述多像素傳感器接口模塊401用于將多像素亮度傳感器503偵測到的信息解讀出來，模數轉換后傳送到后續(xù)處理單元，并負責CCD子系統(tǒng)的初始化、物理信號調制以及視頻圖像形成的各種定時信號、底層控制節(jié)拍發(fā)生等功能;MCU模塊402用于協(xié)調數字信號實時處理模塊403和多像素傳感器接口模塊401，完成圖像運算和特征提??；FPGA膠粘邏輯模塊404將數字信號實時處理模塊403以及存儲模塊405連接成一個以高速數字信號實時處理模塊為中心的有機整體，實現(xiàn)數字圖像信號處理；輸出接口模塊406負責將運算結果轉換成大屏幕控制系統(tǒng)可以接收的指令形式，經由UTP網絡傳輸媒介傳輸后，發(fā)送到大屏幕亮度調節(jié)裝置。所述光學裝置40用于將顯示屏和背景環(huán)境的光線引導至亮度偵測裝置，以便亮度偵測裝置進行分析處理。所述光學裝置可以為反射鏡或折射透鏡。在所述鏡頭組502采用定焦鏡頭組時，還需設置所述焦距調節(jié)機構60來靈活調節(jié)光學裝置40和亮度偵測裝置50之間的距離，以確保在工作過程中可以調節(jié)光學裝置40的位置，使亮度偵測裝置位于光學裝置40的焦點處。所述焦距調節(jié)機構60可以選用絲桿螺母機構，將光學裝置40安裝于絲桿螺母機構的螺母上，當絲桿轉動時，卻可使螺母帶動光學裝置沿絲桿軸向移動。如圖4所示，本發(fā)明在具體實施時的步驟如下:
51、系統(tǒng)啟動及初始化步驟，啟動系統(tǒng)，并進行初始化以及參數設置；
52、圖像采樣步驟，多像素亮度傳感器通過鏡頭組進行圖像采樣；
53、圖像分析處理步驟，通過與多像素亮度傳感器連接的圖像分析與特征提取單元，對采樣到的信號進行轉換、圖像運算與特征提取、存儲、數字濾波及亮度分析計算，分別獲得顯示屏亮度和環(huán)境背景亮度；
54、判斷步驟，根據分別獲得的顯示屏亮度和環(huán)境背景亮度，判斷是否調節(jié)LED顯示屏亮度，若需要調節(jié)亮度，則進行以下步驟S5，否則跳轉至步驟S2開始循環(huán)處理；
55、亮度調節(jié)步驟，通過輸出接口模塊將亮度調整指令發(fā)送給目標LED顯示屏的控制器，由該控制器對顯示屏的亮度進行實時調節(jié)，然后，再從步驟S2開始循環(huán)處理。結合圖5所示，上述步驟S3圖像分析與特征提取的具體處理流程如下:
531、圖像分析與特征 提取單元的輸入接口模塊對由多像素亮度傳感器傳輸來的模擬信號進行模數轉換并傳輸給MCU模塊；
532、MCU模塊對輸入接口模塊傳輸的信號進行圖像運算與特征提取之后，一方面存儲于存儲模塊中，另一方面?zhèn)鬏斨翑底中盘枌崟r處理模塊進行數字濾波處理；
533、由FPGA膠粘邏輯模塊對圖像信號進行分區(qū)識別，識別出顯示屏區(qū)域和顯示屏背景區(qū)域；
534、通過基于顯示屏邊沿線的傾斜角，計算幾何失真的大小以及據此計算圖像的幾何
失真;
535、依據顯示屏區(qū)域中的圖像本體大小對應于人眼的分辨視域角，推算出人眼有效視域角中應該包含的背景圖像區(qū)域；
536、累計分辨視域角中圖像的整體亮度和有效視域角中的圖像的整體亮度，即顯示屏亮度和背景亮度，據此計算出兩者的比值，即對比度；
537、通過將每次計算出的顯示屏亮度與前一次測得的顯示屏亮度值進行比較，以判斷亮度是否有增加，若是，則計算出新的顯示屏理論亮度值，若否，則以最近一次測得的亮度值作為新的顯示屏理論亮度值，并據此新的亮度值計算出新的對比值，并與前一次的對比值進行比較。盡管已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明 的范圍由所附權利要求及其等同范圍限定。
權利要求
1.一種LED顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)，包括亮度偵測裝置，所述亮度偵測裝置包括鏡頭組和安裝在鏡頭組的焦平面上的多像素傳感器，其特征在于，所述亮度偵測裝置還包括與多像素傳感器相連接的圖像分析與特征提取單元，所述圖像分析與特征提取單元包括: 與所述多像素傳感器連接以獲取經過多像素傳感器轉化后的圖像模擬信號并進行模數轉換后進行傳輸的輸入接口模塊； 與輸入接口模塊相連以接收輸入接口模塊傳輸來的圖像數字信號并完成圖像運算和特征提取的MCU模塊； 與MCU模塊相連用于存儲MCU模塊處理后的圖像數字信號的存儲模塊； 與MCU模塊連接以將對MCU模塊傳輸來的圖像數字信號進行數字濾波處理的數字信號實時處理模塊； 分別與數字信號實時處理模塊和存儲模塊相連、對圖像數字信號進行識別以獲得顯示屏亮度和環(huán)境背景亮度，并進行對比度實時分析以確定是否需要對LED顯示屏進行亮度調節(jié)的FPGA膠粘邏輯模塊；以及 與FPGA膠粘邏輯模塊相連并用于與安裝在目標LED顯示屏上的控制器相連以將FPGA膠粘邏輯模塊確定的亮度調節(jié)指令發(fā)送給控制器的輸出接口模塊。
2.如權利要求1所述的LED顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述鏡頭組為定焦鏡頭組，所述LED顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)還包括用于將LED顯示屏和背景環(huán)境的光線引導至亮度偵測裝置的光學裝置以及與光學裝置相連接以調節(jié)光學裝置與亮度偵測裝置的間距的焦距調節(jié)機構，所述光學裝置為反射鏡或折射透鏡。
3.如權利要求2所述的LED顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述焦距調節(jié)機構為絲桿螺 母機構，光學裝置與絲桿螺母機構的螺母固定連接。
4.如權利要求1所述的LED顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述鏡頭組為變焦鏡頭組，所述LED顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)還包括用于將LED顯示屏和背景環(huán)境的光線引導至亮度偵測裝置的光學裝置，所述光學裝置為反射鏡或折射透鏡。
5.如權利要求1所述的LED顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述多像素傳感器為如下任意一種CCD靜電耦合器件:單色CCD元件或者RGB三基色CCD元件。
6.一種基于權利要求1飛任一項所述的LED顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)的LED顯示屏亮度自動調節(jié)方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、系統(tǒng)啟動及初始化步驟，啟動系統(tǒng)，并進行初始化以及參數設置； 52、圖像采樣步驟，多像素亮度傳感器通過鏡頭組進行圖像采樣； 53、圖像分析處理步驟，通過與多像素亮度傳感器連接的圖像分析與特征提取單元，對采樣到的信號進行轉換、圖像運算與特征提取、存儲、數字濾波及亮度分析計算，分別獲得顯示屏亮度和環(huán)境背景亮度； 54、判斷步驟，根據分別獲得的顯示屏亮度和環(huán)境背景亮度，判斷是否調節(jié)LED顯示屏亮度，若需要調節(jié)亮度，則進行以下步驟S5，否則跳轉至步驟S2開始循環(huán)處理； 55、亮度調節(jié)步驟，通過輸出接口模塊將亮度調整指令發(fā)送給目標LED顯示屏的控制器，由該控制器對顯示屏的亮度進行實時調節(jié)，然后，再從步驟S2開始循環(huán)處理。
7.如權利要求6所述的LED顯示屏亮度自動調節(jié)方法，其特征在于，所述步驟S3的具體處理流程如下:·531、圖像分析與特征提取單元的輸入接口模塊對由多像素亮度傳感器傳輸來的模擬信號進行模數轉換并傳輸給MCU模塊； ·532、MCU模塊對輸入接口模塊傳輸的信號進行圖像運算與特征提取之后，一方面存儲于存儲模塊中，另一方面?zhèn)鬏斨翑底中盘枌崟r處理模塊進行數字濾波處理； ·533、由FPGA膠粘邏輯模塊對圖像信號進行分區(qū)識別，識別出顯示屏區(qū)域和顯示屏背景區(qū)域； ·534、通過基于顯示屏邊沿線的傾斜角，計算幾何失真的大小以及據此計算圖像的幾何失真; ·535、依據顯示屏區(qū)域中的圖像本體大小對應于人眼的分辨視域角，推算出人眼有效視域角中應該包含的背景圖像區(qū)域； ·536、累計分辨視域角中圖像的整體亮度和有效視域角中的圖像的整體亮度，即顯示屏亮度和背景亮度，據此計算出兩者的比值，即對比度； ·537、通過將每次計算出的顯示屏亮度與前一次測得的顯示屏亮度值進行比較，以判斷亮度是否有增加，若是，則計算出新的顯示屏理論亮度值，若否，則以最近一次測得的亮度值作為新的顯示屏理論亮度值，并據此新的亮度值計算出新的對比值，并與前一次的對比值進行比較。 ·
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LED顯示屏亮度自動調節(jié)系統(tǒng)，包括亮度偵測裝置，所述亮度偵測裝置包括鏡頭組和安裝在鏡頭組的焦平面上的多像素傳感器，所述亮度偵測裝置還包括與多像素傳感器相連接的圖像分析與特征提取單元，通過所述亮度偵測裝置能夠偵測到屏幕亮度和背景亮度，計算出兩者的最佳對比值，并對是否需要調整亮度做出判斷，以及將控制信號傳送到亮度控制器，實現(xiàn)亮度的控制。本系統(tǒng)能夠有效提高觀察者視覺上的舒適度和辨識力，而且還可以節(jié)省電量，增加LED顯示屏的使用壽命。本發(fā)明還公開了一種LED顯示屏亮度自動調節(jié)方法，可以實現(xiàn)模擬人眼聚焦及成像的機制，能夠更加準確實現(xiàn)對顯示屏及環(huán)境亮度的偵測，從而準確進行亮度的調節(jié)。
文檔編號G09G3/32GK103247260SQ20131013796
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權日2013年4月19日
發(fā)明者劉虎軍 申請人:深圳市聯(lián)建光電股份有限公司