CN102737584B

CN102737584B - 用于自动调节户外led显示屏亮度的控制系统及控制方法

Info

Publication number: CN102737584B
Application number: CN201210253157.6A
Authority: CN
Inventors: 杨峰; 翟临博
Original assignee: Shandong Normal University
Current assignee: Shandong Normal University
Priority date: 2012-07-21
Filing date: 2012-07-21
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2032-07-21
Also published as: CN102737584A

Abstract

本发明涉及一种用于自动调节户外LED显示屏亮度的控制系统及控制方法。所述控制系统包括户外LED显示屏、测试模块、采集发射光和反射光的光学系统、光传感器、信号放大器、模数转换器、LED显示屏亮度自动控制系统；所述户外LED显示屏通过LED显示屏控制器控制；所述采集发射光的光学系统包括遮光罩和定焦镜头，定焦镜头和测试模块由LED显示屏控制器控制、扫描和驱动；所述遮光罩屏蔽无用的环境光，定焦镜头影像测试模块的发射光到光传感器，光传感器将光信号转换成电信号，并通过信号放大器放大，经过信号放大器放大的模拟信号给模数转换器，变为相应的数字信号，传送到LED显示屏亮度自动控制系统，进行其亮度自动调节。

Description

用于自动调节户外LED显示屏亮度的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于自动调节户外LED显示屏亮度的控制系统及控制方法。

背景技术

户外LED显示屏显示内容的清晰程度与显示屏自身发光亮度有关，同时与环境光有关，比如太阳的照射。若太阳光线越强，显示屏的内容就越不容易被看清，显示屏的亮度就需要提高；若太阳光线较弱，当然夜晚最弱，显示屏的亮度就可以降低，降低后的好处是：1、显示屏不刺眼，2、显示屏功耗降低，3、能够提高显示屏LED灯的寿命。

笼统地说，环境光越强将越降低显示屏的清晰程度。准确的说，人们所观察到的LED显示屏的清晰程度，并不直接受环境光影响，而是受环境光经显示屏反射到人眼中的光线强度影响，反射光越强越降低显示屏的清晰程度。现有的测光方法如CN100578602C等，主要测的是环境光的强度，而不是反射光的强度。LED显示屏的环境光与其反射光并不是线性关系，在有些情况下非常不相关。情况1：为减少阳光对户外LED显示屏的影响，LED发光像素都有一个遮光的帽檐，帽檐使发光像素有一个局部的暗区，增加显示的对比度，帽檐太短遮光效果不好，帽檐太长遮挡其他发光像素发光，当阳光接近垂直地面照射显示屏时，如中午时，即使阳光很强，环境光也很强，由于帽檐的遮挡，其反射光也不会很强；当阳光接近平行地面照射显示屏时，如日出日落时，即使阳光较弱，环境光也较弱，由于阳光直接照射到LED发光像素上，其反射光也不会很弱。当多云天气，阳光经过云层的折射变成了多个方向的光线，也使得反射光与环境光不能建立对应关系。情况2：反射光除了与阳光照射角度有关外，还与显示屏的结构和材料有关：LED发光像素的帽檐结构不同，其反射光的强弱就不同；显示屏表面材料的反光性能也影响反射光的强弱，当显示屏风吹日晒、其表面落满灰尘时，其反射光也要增大。所以必须根据显示屏反射光的强弱调节显示屏的亮度才能保证其调节的有效性。

LED显示屏的灰度等级问题：为使显示内容有层次感，LED显示屏设计有灰度等级，一般是用发光的占空比来实现的。例如256级灰度，其灰度值选择为0/255,1/255,2/255,…,255/255之一，其中1/255级灰度的实现为：1个单位的时间LED灯发光，254个单位的时间LED灯不发光，重复上述过程的频率超过50Hz，人眼看不出闪烁。由于占空比与平均发光亮度的非线性，使得灰度等级具有非线性特性，可以增加灰度等级的数目进行非线性校正。LED显示屏的每个像素点可以具有不同的灰度值。

LED显示屏的亮度等级问题：LED显示屏设计有亮度等级，也可以是用发光的占空比来实现。比如16级亮度，其亮度值为0/15,1/15,2/15,…,15/15。亮度等级也具有非线性特性，一般不需要进行非线性校正。LED显示屏整体具有一个亮度等级。

LED灯的衰减问题：如果LED灯的亮度没有衰减，LED显示屏的亮度等级可以完全根据LED显示屏的反射光的强弱来确定。但是，LED灯的亮度在使用一段时间后，一般一年左右，会有一个较为明显的衰减。在相同的反射光下，原本能满足清晰可见的亮度等级的发射光，经过LED灯亮度的衰减后，其亮度不一定能满足LED显示屏内容清晰可见的效果。

发明内容

本发明目的是为解决自动调节户外LED显示屏亮度问题，提供一种用于自动调节户外LED显示屏亮度控制系统及控制方法。本发明的方法是用实时测得发射光和反射光之比，即信噪比，来确定LED显示屏的亮度等级。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种用于自动调节户外LED显示屏亮度的控制系统，包括户外LED显示屏、测试模块、采集发射光和反射光的光学系统、光传感器、信号放大器、模数转换器、LED显示屏亮度自动控制系统；所述户外LED显示屏通过LED显示屏控制器控制；所述测试模块设置在户外LED显示屏上，或者测试模块独立设置，与户外LED显示屏在同一个平面上；所述采集发射光的光学系统包括遮光罩和定焦镜头，所述遮光罩和定焦镜头安装于户外LED显示屏的对面下方；所述定焦镜头和测试模块由LED显示屏控制器控制、扫描和驱动；所述遮光罩屏蔽无用的环境光，所述定焦镜头影像测试模块的发射光到光传感器，光传感器将光信号转换成电信号，并通过信号放大器放大，经过信号放大器放大的模拟信号给模数转换器，变为相应的数字信号，传送到LED显示屏亮度自动控制系统，进行其亮度自动调节。

所述用于自动调节户外LED显示屏亮度的控制系统的控制方法，其步骤如下：

第一步：由LED显示屏控制器控制测试模块不发光，测光系统测得数据即为反射光的数值，为无效的噪声，假设为N；

第二步：由LED显示屏控制器控制测试模块，按照当前的显示屏亮度等级发光，测光系统测得数据为发射光和反射光之和，减去反射光N，得到发射光，为有效信号，假设为S；

第三步：按照公式1计算，得到信噪比SNR；

SNR=S/N （1）

第四步：根据SNR确定户外LED显示屏的亮度等级，当SNR小于门限SNRmin时，LED显示屏亮度自动控制系统控制户外LED显示屏的当前亮度等级逐级递增，直到当前亮度等级达到亮度等级的最大级，或直到当前亮度等级能满足SNR大于SNRmin且当前亮度等级减1级便不能满足SNR大于SNRmin时，LED显示屏以当前亮度等级显示；当SNR大于门限SNRmin时，LED显示屏亮度自动控制系统控制户外LED显示屏的当前亮度等级逐级递减，直到当前亮度等级达到亮度等级的最小级，或直到当前亮度等级能满足SNR大于SNRmin且当前亮度等级减1级便不能满足SNR大于SNRmin时，LED显示屏以当前亮度等级显示；当SNR等于SNRmin时，LED显示屏以当前亮度等级显示；

其中，SNRmin的确定方法为：在不同天气条件下，设置户外LED显示屏为各种亮度等级，重复前述步骤中第一步至第三步，测试信噪比SNR，得到能满足人们清晰观看户外LED显示屏内容的最低信噪比为SNRmin，尤其是测试太阳光最强、光线的方向最接近平行地面的情况下的信噪比SNRmin。

所述上述步骤中第一步至第四步根据太阳光的变化，定时执行，比如30分钟执行一次即可。

本发明的有益效果是：

本发明与现有技术相比，使用了信噪比SNR评价指标，实时测得发射光和反射光之比，在满足人们能看清户外LED显示屏内容的前提下，能更加准确地控制户外LED显示屏的亮度，使户外LED显示屏具有较好的显示效果、节电效果，减少LED灯的衰减，使户外LED显示屏的寿命延长。

附图说明

图1为本发明的控制系统。

图2为本发明测光步骤流程图；

图3为一个平面的户外LED显示屏的控制系统示意图；

图4为两个平面的户外LED显示屏的控制系统示意图；

图5为三个平面的户外LED显示屏的控制系统示意图；

图6为一个曲面的户外LED显示屏的控制系统示意图。

其中：101、户外LED显示屏；102、遮光罩；103、定焦镜头；104、光传感器；105、LED显示屏亮度自动控制系统；106、信号放大器；107、模数转换器；108、LED显示屏控制器；109、测试模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：

图1和图3为一套用于自动调节户外LED显示屏亮度的控制系统，包括户外LED显示屏101、测试模块110、采集发射光和反射光的光学系统、光传感器104、信号放大器106、模数转换器107、LED显示屏亮度自动控制系统105；所述户外LED显示屏101通过LED显示屏控制器108控制；所述测试模块109设置在户外LED显示屏101上，或者测试模块109独立设置，与户外LED显示屏101在同一个平面上；所述采集发射光的光学系统包括遮光罩102和定焦镜头103，所述遮光罩102和定焦镜头103安装于户外LED显示屏的对面的下方，以不遮挡LED显示屏为准；所述定焦镜头103和测试模块109由LED显示屏控制器108控制、扫描和驱动；所述遮光罩102屏蔽无用的环境光，所述定焦镜头103影像测试模块109的发射光到光传感器104，光传感器104将光信号转换成电信号，并通过信号放大器106放大，经过信号放大器106放大的模拟信号给模数转换器107，变为相应的数字信号，传送到LED显示屏亮度自动控制系统105，进行其亮度自动调节。

光传感器104，可以使用NEC公司生产μPD3575D，它是一种高灵敏度、低暗电流、1024像元的内置采样保持电路和放大电路的线阵CCD图像传感器，将光信号转换成电信号，进一步给信号放大器放大。所述LED显示屏亮度自动控制系统105根据相应的数字信号，得出户外LED显示屏101应该显示的亮度等级，送给户外LED显示屏101，进行其亮度的自动调节。

如图2所示，用于自动调节户外LED显示屏亮度的控制系统的控制方法，步骤如下：

第二步：由LED显示屏控制器108控制测试模块109，按照当前的显示屏亮度等级发光，测光系统测得数据为发射光和反射光之和，减去反射光N，得到发射光，为有效信号，假设为S。

第三步：按照公式1计算，得到信噪比SNR；

SNR=S/N （1）

第四步：根据SNR确定户外LED显示屏101的亮度等级，当SNR小于门限SNRmin时，LED显示屏亮度自动控制系统105控制户外LED显示屏的当前亮度等级逐级递增，直到当前亮度等级达到亮度等级的最大级，或直到当前亮度等级能满足SNR大于SNRmin且当前亮度等级减1级便不能满足SNR大于SNRmin时，户外LED显示屏101以当前亮度等级显示；当SNR大于门限SNRmin时，LED显示屏亮度自动控制系统105控制户外LED显示屏101的当前亮度等级逐级递减，直到当前亮度等级达到亮度等级的最小级，或直到当前亮度等级能满足SNR大于SNRmin且当前亮度等级减1级便不能满足SNR大于SNRmin时，户外LED显示屏101以当前亮度等级显示；当SNR等于SNRmin时，户外LED显示屏101以当前亮度等级显示；

上述步骤一到步骤四，根据太阳光的变化，定时执行，比如30分钟执行一次即可。

实施例2：

如图4所示，为双面屏的用于自动调节户外LED显示屏亮度控制系统，可以是两套实施例1的控制系统。

实施例3：

如图5所示，为三面屏的用于自动调节户外LED显示屏亮度控制系统，可以是三套实施例1的控制系统。

实施例4：

如图6所示，为曲面屏的测光控制系统，可以是多套实施例1的控制系统。

Claims

1.一种用于自动调节户外LED显示屏亮度的控制系统的控制方法，控制系统包括户外LED显示屏、测试模块、采集发射光和反射光的光学系统、光传感器、信号放大器、模数转换器、LED显示屏亮度自动控制系统；所述户外LED显示屏通过LED显示屏控制器控制；所述测试模块设置在户外LED显示屏上，或者测试模块独立设置，与户外LED显示屏在同一个平面上；所述采集发射光的光学系统包括遮光罩和定焦镜头，所述遮光罩和定焦镜头安装于户外LED显示屏的对面下方；所述定焦镜头和测试模块由LED显示屏控制器控制、扫描和驱动；所述遮光罩屏蔽无用的环境光；其特征是，步骤如下：

第三步：按照公式1计算，得到信噪比SNR；SNR＝S/N(1)

其中，SNRmin的确定方法为：在不同天气条件下，设置户外LED显示屏为各种亮度等级，重复前述步骤中第一步至第三步，测试信噪比SNR，得到能满足人们清晰观看户外LED显示屏内容的最低信噪比为SNRmin。

2.如权利要求1所述用于自动调节户外LED显示屏亮度的控制系统的控制方法，其特征是，权利要求1中所述的控制方法步骤根据太阳光的变化，定时执行。