LED显示屏亮度自动调节系统及方法
技术领域
本发明涉及LED显示屏亮度自动调节技术,尤其涉及一种LED显示屏亮度自动调节系统及方法。
背景技术
安装在户外的大屏幕LED显示屏在使用时,由于外部环境照度不断变化,为了保证观察者能够舒适地观看,需要对LED显示屏的亮度进行动态调节。目前,对LED显示屏的亮度进行自动调节方式通常有以下二种。
方式1:在上位机中设定一个时间表,在表中安排若干个切换时间点,每个切换时间点对应预设一个LED显示屏的工作亮度。上位机不断阅读本机时间,比对时间表中的切换时间点,当本机时间到达时间表的切换时间点时,上位机读出对应的亮度值,发送给显示屏的控制器,由控制器调节显示屏亮度。采用这种方式时,尽管可以将四季的气候导致的照度变化因素考虑到定时表中,但是,这种方式的亮度调整并不能反映环境照度的实际情况和动态变化。
方式2:在LED显示屏上方安装一套照度传感器,照度传感器不断获取投射到显示屏上的环境照度值,并发送给LED显示屏的亮度调节装置,亮度调节装置根据接收到的照度值,经预设算法计算出一个最佳理论亮度数值,并将亮度值发给控制器来进行对屏幕亮度的调节。采用该方式时,尽管可以采用宽角度,或者多视角照度传感器进行多点照度检测,但是,由于照度传感器不是模拟观众观察屏幕,获取的照度值并非屏幕亮度相对于背景亮度的对比度。因此,这种调节方式不能直接反应观众对屏幕的视觉对比度的感受,因此调整后的LED显示屏的亮度仍不能满足观众舒适观看的要求。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于,提供一种LED显示屏亮度自动调节系统,能够直接检测LED屏幕环境对比度,提高不同方位观察者的视觉舒适度和辨识力;提供一种LED显示屏亮度自动调节方法,能够利用人眼的视觉机能,用几何成像方法,模拟被观察对象大屏幕在观察者眼底有效视域角内的成像;检测该成像图像中屏幕部分亮度对环境部分亮度的比值,直接获得接近人眼感觉的对比度参数。
为了解决上述技术问题,本发明实施例提出了一种LED显示屏亮度自动调节系统,包括亮度侦测装置,所述亮度侦测装置包括镜头组和安装在镜头组的焦平面上的多像素传感器,所述亮度侦测装置还包括与多像素传感器相连接的图像分析与特征提取单元,所述图像分析与特征提取单元包括:
与所述多像素传感器连接以获取经过多像素传感器转化后的图像模拟信号并进行模数转换后进行传输的输入接口模块;
与输入接口模块相连以接收输入接口模块传输来的图像数字信号并完成图像运算和特征提取的MCU模块;
与MCU模块相连用于存储MCU模块处理后的图像数字信号的存储模块;
与MCU模块连接以将对MCU模块传输来的图像数字信号进行数字滤波处理的数字信号实时处理模块;
分别与数字信号实时处理模块和存储模块相连、对图像数字信号进行识别以获得显示屏亮度和环境背景亮度,并进行对比度实时分析以确定是否需要对LED显示屏进行亮度调节的FPGA胶粘逻辑模块;以及
与FPGA胶粘逻辑模块相连并用于与安装在目标LED显示屏上的控制器相连以将FPGA胶粘逻辑模块确定的亮度调节指令发送给控制器的输出接口模块。
进一步的,所述镜头组为定焦镜头组,所述LED显示屏亮度自动调节系统还包括用于将LED显示屏的光线引导至亮度侦测装置的光学装置以及与光学装置相连接以调节光学装置与亮度侦测装置的间距的焦距调节机构,所述光学装置为反射镜或折射透镜。
进一步的,所述焦距调节机构为丝杆螺母机构,光学装置与丝杆螺母机构的螺母固定连接。
进一步的,所述镜头组为变焦镜头组,所述LED显示屏亮度自动调节系统还包括用于将LED显示屏的光线引导至亮度侦测装置的光学装置,所述光学装置为反射镜或折射透镜。
进一步的,所述多像素传感器为如下任意一种CCD静电耦合器件:单色CCD元件或者RGB三基色CCD元件。
一种基于以上任一项所述的LED显示屏亮度自动调节系统的LED显示屏亮度自动调节方法,包括如下步骤:
S1、系统启动及初始化步骤,启动系统,并进行初始化以及参数设置;
S2、图像采样步骤,多像素亮度传感器通过镜头组进行图像采样;
S3、图像分析处理步骤,通过与多像素亮度传感器连接的图像分析与特征提取单元,对采样到的信号进行转换、图像运算与特征提取、存储、数字滤波及亮度分析计算,分别获得显示屏亮度和环境背景亮度;
S4、判断步骤,根据分别获得的显示屏亮度和环境背景亮度,判断是否调节LED显示屏亮度,若需要调节亮度,则进行以下步骤S5,否则跳转至步骤S2开始循环处理;
S5、亮度调节步骤,通过输出接口模块将亮度调整指令发送给目标LED显示屏的控制器,由该控制器对显示屏的亮度进行实时调节,然后,再从步骤S2开始循环处理。
进一步的,所述步骤S3的具体处理流程如下:
S31、图像分析与特征提取单元的输入接口模块对由多像素亮度传感器传输来的模拟信号进行模数转换并传输给MCU模块;
S32、MCU模块对输入接口模块传输的信号进行图像运算与特征提取之后,一方面存储于存储模块中,另一方面传输至数字信号实时处理模块进行数字滤波处理;
S33、由FPGA胶粘逻辑模块对图像信号进行分区识别,识别出显示屏区域和显示屏背景区域;
S34、通过基于显示屏边沿线的倾斜角,计算几何失真的大小以及据此计算图像的几何失真;
S35、依据显示屏区域中的图像本体大小对应于人眼的分辨视域角,推算出人眼有效视域角中应该包含的背景图像区域;
S36、累计分辨视域角中图像的整体亮度和有效视域角中的图像的整体亮度,即显示屏亮度和背景亮度,据此计算出两者的比值,即对比度;
S37、通过将每次计算出的显示屏亮度与前一次测得的显示屏亮度值进行比较,以判断亮度是否有增加,若是,则计算出新的显示屏理论亮度值,若否,则以最近一次测得的亮度值作为新的显示屏理论亮度值,并据此新的亮度值计算出新的对比值,并与前一次的对比值进行比较。
本发明实施例的有益效果是:本发明的镜头组通过光学装置配合调节焦距调节机构的调节,对目标LED大屏幕显示屏进行成像、聚焦及视野调节,使亮度侦测装置在分辨视域和有效视域中获得的图像素阵列分别等于主要观察者在分辨视域和有效视域所获得的图像像素,经图像分析与特征提取单元计算和分析后,判断是否需要进行亮度调节并发出相应指令,从而可有效控制目标LED显示屏的亮度。本发明可使不同方位的观众都能感受到比较舒适的视觉对比度,结合季节性照度变化规律,以及平时和节日时亮度计划定时表,还可以节省电量,以及延长LED显示屏的使用寿命。通过本发明所述LED显示屏亮度自动调节方法可以实现模拟人眼聚焦及成像的机制,能够更加准确实现对显示屏及环境亮度的侦测,从而准确进行亮度的调节。
附图说明
图1是本发明实施例的系统构成图。
图2是本发明实施例的亮度侦测装置构成图。
图3是本发明实施例的图像分析与特征提取单元组成模块图。
图4是本发明的方法的系统工作流程图。
图5是本发明实施例的图像分析与特征提取处理流程图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的发明实施例及实施例中的特征可以相互结合,下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示,本发明提供一种基于环境视觉对比度检测的LED显示屏亮度自动调节系统,包括光学装置40、亮度侦测装置50以及用于调节亮度侦测装置50与光学装置40之间距离的焦距调节机构60。
结合图2所示,所述亮度侦测装置50用于对目标LED显示屏10的亮度以及背景亮度20进行采样以及图像分析与特征提取,使得亮度侦测装置50在分辨视域和有效视域中获得的图像像素阵列分别等于主要观察者的分辨视域和有效视域中获得的图像像素阵列,通过计算出屏幕亮度和背景亮度的对比度,最后判断是否对亮度进行调节,将调节亮度的信号发送到安装在目标LED屏幕上的亮度控制器。具体地,所述亮度侦测装置50包括镜头组502、多像素亮度传感器503以及图像分析与特征提取单元504。
所述镜头组502用于实现对目标LED大屏幕及周围环境的成像、聚焦以及对不同视点所对应的不同视野角的调节,可以采用定焦镜头组或者变焦镜头组。
所述多像素亮度传感器503与镜头组502相配合,安装在镜头组502的焦平面上,用于将镜头组502采样到的图像进行光信号转化成模拟信号,所述多像素传感器503可采用CCD静电耦合器件,例如单色CCD元件或者RGB三基色CCD元件。
而图像分析与特征提取单元504与多像素亮度传感器503相连以对图像信息进行分析与特征提取的处理,从而实现对屏幕亮度与环境亮度的分析,再把分析的结果以亮度调节信号的方式反馈到目标LED大屏幕显示屏上的亮度调节装置。所述图像分析与特征提取单元504集成设置于一块电路板上,在图像分析程序的控制下高速运行,具有采集图像、分析图像、提取图像对比度的功能。如图3所示,所述图像分析与特征提取单元504包括多像素传感器接口模块401、MCU模块402、数字信号实时处理模块403、FPGA胶粘逻辑模块404、存储模块405以及输出接口模块406。所述MCU模块402分别与数字信号实时处理模块403、多像素传感器接口模块404以及存储模块405连接;所述FPGA胶粘逻辑模块404分别与数字信号实时处理模块403、存储模块405以及输出接口模块406连接;其中,所述多像素传感器接口模块401用于将多像素亮度传感器503侦测到的信息解读出来,模数转换后传送到后续处理单元,并负责CCD子系统的初始化、物理信号调制以及视频图像形成的各种定时信号、底层控制节拍发生等功能;MCU模块402用于协调数字信号实时处理模块403和多像素传感器接口模块401,完成图像运算和特征提取;FPGA胶粘逻辑模块404将数字信号实时处理模块403以及存储模块405连接成一个以高速数字信号实时处理模块为中心的有机整体,实现数字图像信号处理;输出接口模块406负责将运算结果转换成大屏幕控制系统可以接收的指令形式,经由UTP网络传输媒介传输后,发送到大屏幕亮度调节装置。
所述光学装置40用于将显示屏和背景环境的光线引导至亮度侦测装置,以便亮度侦测装置进行分析处理。所述光学装置可以为反射镜或折射透镜。
在所述镜头组502采用定焦镜头组时,还需设置所述焦距调节机构60来灵活调节光学装置40和亮度侦测装置50之间的距离,以确保在工作过程中可以调节光学装置40的位置,使亮度侦测装置位于光学装置40的焦点处。所述焦距调节机构60可以选用丝杆螺母机构,将光学装置40安装于丝杆螺母机构的螺母上,当丝杆转动时,却可使螺母带动光学装置沿丝杆轴向移动。
如图4所示,本发明在具体实施时的步骤如下:
S1、系统启动及初始化步骤,启动系统,并进行初始化以及参数设置;
S2、图像采样步骤,多像素亮度传感器通过镜头组进行图像采样;
S3、图像分析处理步骤,通过与多像素亮度传感器连接的图像分析与特征提取单元,对采样到的信号进行转换、图像运算与特征提取、存储、数字滤波及亮度分析计算,分别获得显示屏亮度和环境背景亮度;
S4、判断步骤,根据分别获得的显示屏亮度和环境背景亮度,判断是否调节LED显示屏亮度,若需要调节亮度,则进行以下步骤S5,否则跳转至步骤S2开始循环处理;
S5、亮度调节步骤,通过输出接口模块将亮度调整指令发送给目标LED显示屏的控制器,由该控制器对显示屏的亮度进行实时调节,然后,再从步骤S2开始循环处理。
结合图5所示,上述步骤S3图像分析与特征提取的具体处理流程如下:
S31、图像分析与特征提取单元的输入接口模块对由多像素亮度传感器传输来的模拟信号进行模数转换并传输给MCU模块;
S32、MCU模块对输入接口模块传输的信号进行图像运算与特征提取之后,一方面存储于存储模块中,另一方面传输至数字信号实时处理模块进行数字滤波处理;
S33、由FPGA胶粘逻辑模块对图像信号进行分区识别,识别出显示屏区域和显示屏背景区域;
S34、通过基于显示屏边沿线的倾斜角,计算几何失真的大小以及据此计算图像的几何失真;
S35、依据显示屏区域中的图像本体大小对应于人眼的分辨视域角,推算出人眼有效视域角中应该包含的背景图像区域;
S36、累计分辨视域角中图像的整体亮度和有效视域角中的图像的整体亮度,即显示屏亮度和背景亮度,据此计算出两者的比值,即对比度;
S37、通过将每次计算出的显示屏亮度与前一次测得的显示屏亮度值进行比较,以判断亮度是否有增加,若是,则计算出新的显示屏理论亮度值,若否,则以最近一次测得的亮度值作为新的显示屏理论亮度值,并据此新的亮度值计算出新的对比值,并与前一次的对比值进行比较。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。