CN106840616A - 一种基于多传感器的显示器测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多传感器的显示器测量装置，包括数据采集模块、数据融合处理模块以及数据标定模块；数据采集模块采集显示器的显示参数，并传输给数据融合处理模块；数据融合处理模块融合去除冗余后的显示参数，得到测量估计值；数据标定模块根据测量估计值与实际值之间的映射关系，计算参数测量值后输出。本发明采用色彩传感器替代传统的光传感器和滤光片，简化了测量装置的结构；使用多个传感器共同测量，减少了突发事件对单个传感器测量结果的影响；使用改进的数据融合算法对采集的数据进行处理，实现简单，提高了测量精度的同时保证了测量结果的实时性与一致性；具有构造简单、便于携带、造价低等优点，具有很强的实用性和广泛的适用性。

Description

一种基于多传感器的显示器测量装置

技术领域

本发明涉及一种显示器测量装置，具体涉及一种基于多传感器的显示器测量装置。

背景技术

随着计算机与数字化显示技术的发展，显示器越来越多的应用于一些专业领域。不同于现在我们普遍使用的显示器，专业显示器有着更为严格的要求。为保证显示器的质量，并使显示器的工作状态保持长时间一致，需要定期对显示器进行校正。

现在用于显示器校正的显示器测量设备构造复杂且价格昂贵，

不便普及；而便携式显示器测量装置大多由单个的光传感器与滤光片构成，传感器测量精度容易受各种噪声影响，且高精度的滤光片价格都很贵，为了节约成本，一般选用的滤光片的精度较低，这些影响都限制了显示器测量装置的精度。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种构造简单、便于携带、造价低、并提高实时测量精度的显示器测量装置。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种基于多传感器的显示器测量装置，包括数据采集模块、数据融合处理模块以及数据标定模块；

数据采集模块采集显示器的显示参数，并传输给数据融合处理模块；

数据融合处理模块接收显示器的显示参数，融合去除冗余后的显示参数，减少外部因素对测量数据的影响，进而得到测量估计值；

数据标定模块根据测量估计值与实际值之间的映射关系，计算得到参数测量值后输出。

上述数据采集模块包括若干并联的色彩传感器。

上述显示参数包括显示器的亮度及色度参数。

上述测量估计值的计算方法包括以下步骤：

S1、使用分布图法对色彩传感器采集到的数据进行实时的一致性检验，判断是否存在离异值，剔除离异值后得到色彩传感器的有效测量数据；

S2：融合上述有效测量数据，并根据算数平均法计算有效测量数据的估计值及测量方差；

S3：使用自适应加权融合算法对若干色彩传感器的估计值及测量方差进行计算，得到最终的显示器参数测量估计值。

进一步的，上述步骤S1中有效测量数据的采集方法为：

A1、将色彩传感器在相同时间段内对同一显示器参数的n个测量值分别记为：x₁₁,x₁₂,...,x_1n，...，x_k1,x_k2,...,x_kn；

A2、对色彩传感器i的n个测量值进行从小到大排序，得到：y_i1,y_i2,...,y_in，其中y_i1为下限值，y_in为上限值；

定义中位值为：

定义上四分位值f_u为[y_im,y_in]的中位值，

定义下四分位值f_l为[y_i,y_im]的中位值，

记Δf为：Δf＝f_u-f_l；

则可获得实时的有效数据的判定区间[g₁,g₂]，其中：

A3、色彩传感器i的测量值x_i1,x_i2,...,x_in在区间[g₁,g₂]内被认为是有效测量值，否则被认定为离异值，剔除离异值后得到的有效测量数据记为z_i1,z_i2,...,z_im(m≤n)，其中，1-m为连续排序。

进一步的，上述步骤S2中采用算数平均法计算色彩传感器i的有效测量数据的估计值及相对应的方差

其中，

进一步的，上述步骤S3中，由自适应加权融合算法可知，每个色彩传感器的测量值的权重为：

其中，N为传感器的个数；

将式(2)计算得到的方差代入式(3)，得到多传感器自适应加权计算的权重值；

由式(3)及式(1)的结果计算最终的参数测量估计值：

上述测量估计值与实际值之间的映射关系为：通过线性拟合方式得到的测量估计值与实际值关系式。具体的：根据色彩传感器的特性，对于同一测量对象，可以得到四个测量估计值，记为：R、G、B、W，若选定CIE XYZ色彩空间作为参数测量值的标准，则：

其中，a₁,a₂,a₃,b₁,b₂,b₃,c₁,c₂,c₃,d₁,d₂,d₃可以通过线性拟合的方式得到。

上述参数测量值的计算方法为：通过数据采集模块和数据融合处理模块得到同一测量对象的四个参数测量估计值：R_i,G_i,B_i,W_i，将测量估计值代入式(5)，得到X_i,Y_i,Z_i，其中X_i,Y_i,Z_i为输出到PC端显示的参数测量值。

本发明的有益之处在于：本发明的一种基于多传感器的显示器测量装置，采用色彩传感器替代传统的光传感器和滤光片，简化了测量装置的结构；使用多个同规格、位置临近的传感器共同测量，减少了突发事件对单个传感器测量结果的影响；使用改进的数据融合算法对采集的数据进行处理，实现简单，在不依靠先验知识(不需要通过查表来确定参数)前提下，提高了测量精度的同时保证了测量结果的实时性与一致性。

本发明用于显示器亮度及色度等参数的测量，并有效的提高了测量精度，具有构造简单、便于携带、造价低等优点，同时具有很强的实用性和广泛的适用性。

附图说明

图1为本发明的一种基于多传感器的显示器测量装置的结构示意图。

图2为本发明的一种基于多传感器的显示器测量装置的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

参考图1所示，本发明提供一种基于多传感器的显示器测量装置，其包括数据采集模块、数据融合处理模块以及数据标定模块；

数据采集模块由多个相同规格、位置临近的数字色彩传感器并联组成，用于采集显示器屏幕亮度及色度参数；

数据融合处理模块由一块MCU组成，用于接收并处理传感器采集的数据；

数据标定模块为与MCU相连的PC端的上位机软件，数据标定模块可接收MCU输出的测量估计值，计算得到接近于实际值的测量结果并通过PC端显示。

参考图2所示，数据采集模块主要实现传感器的配置，数据的定时读取。色彩传感器使用时先选定传感器中颜色滤波器的类型。当选择红色滤波器时，入射光中的蓝色及绿色都会被滤除，而只得的红光的光强，通过选通另外的颜色滤波器就能得到蓝光的光强及绿光的光强。所以选择不同的滤波器会测量到不同的参数值。为保证测量结果的实时性以及融合数据的可靠性，将传感器的单次测量时间设置为10ms，依次选通某一滤波器，得到一组参数的测量值，每个传感器连续测量10组值，将每个传感器测得的10个值使用分布图法先进行一致性判断并去除离异值，再将剩下的有效测量数据通过算数平均法融合为一个测量估计值，并计算相对应的测量方差；用相同的方法处理其他传感器，将处理后得到的各传感器的测量估计值进行自适应加权融合，得到一个参数的测量估计值，并将结果通过MCU的USB接口发送给PC端，由PC端的上位机软件再次计算并显示。

具体为：

将多个相同规格的色彩传感器在相同时间段内对同一显示器参数的n个测量值分别记为：x₁₁,x₁₂,...,x_1n，...，x_k1,x_k2,...,x_kn。

对色彩传感器i的n个测量值进行从小到大排序，得到：y_i1,y_i2,...,y_in，其中y_i1为下限值，y_in为上限值。

定义中位值为：

定义上四分位值f_u为[y_im,y_in]的中位值，

定义下四分位值f_l为[y_i,y_im]的中位值，

记Δf为：Δf＝f_u-f_l；

则可获得实时的有效数据的判定区间[g₁,g₂]，其中：

色彩传感器i的测量值x_i1,x_i2,...,x_in在区间[g₁,g₂]内被认为是有效测量值，否则被认定为离异值，剔除离异值后得到的有效测量数据记为x_i1,x_i2,...,x_im。

采用算数平均法计算色彩传感器i有效测量数据的平均值x_i及相对应的方差

其中，

由自适应加权融合算法可知，每个色彩传感器的测量值的权重为：

其中，N为传感器的个数。

将由式(2)计算得到的方差代入式(3)，得到多传感器自适应加权计算的权重值。

由式(3)及式(1)的结果计算最终的参数测量估计值：

式(4)的计算结果由MCU输出到PC端，由上位机进行标定并显示测量结果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于多传感器的显示器测量装置，其特征在于，包括数据采集模块、数据融合处理模块以及数据标定模块；

数据采集模块采集显示器的显示参数，并传输给数据融合处理模块；

数据融合处理模块接收显示器的显示参数，融合去除冗余后的显示参数，得到测量估计值；

数据标定模块根据测量估计值与实际值之间的映射关系，计算得到参数测量值后输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的显示器测量装置，其特征在于，所述数据采集模块包括若干并联的色彩传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的显示器测量装置，其特征在于，所述显示参数包括显示器的亮度及色度参数。

4.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的显示器测量装置，其特征在于，所述测量估计值的计算方法包括以下步骤：

S1、使用分布图法对色彩传感器采集到的数据进行实时的一致性检验，判断是否存在离异值，剔除离异值后得到色彩传感器的有效测量数据；

S2：融合上述有效测量数据，并根据算数平均法计算有效测量数据的估计值及测量方差；

S3：使用自适应加权融合算法对若干色彩传感器的估计值及测量方差进行计算，得到最终的显示器参数测量估计值。

5.根据权利要求4所述的一种基于多传感器的显示器测量装置，

其特征在于，所述步骤S1中有效测量数据的采集方法为：

A1、将色彩传感器在相同时间段内对同一显示器参数的n个测量值分别记为：x₁₁,x₁₂,...,x_1n，...，x_k1,x_k2,...,x_kn；

A2、对色彩传感器i的n个测量值进行从小到大排序，得到：y_i1,y_i2,...,y_in，其中y_i1为下限值，y_in为上限值；

定义中位值为：

$y_{im}=\left\{\begin{array}{c}{y}_{i\left(\frac{n+1}{2}\right)},n=2a+1\\ \frac{y_{i(\frac{n}{2}+1)}+y_{i\left(\frac{n}{2}\right)}}{2},n=2a\end{array}\right.$

定义上四分位值f_u为[y_im,y_in]的中位值，

定义下四分位值f_l为[y_i,y_im]的中位值，

记Δf为：Δf＝f_u-f_l；

则可获得实时的有效数据的判定区间[g₁,g₂]，其中：

$g_1=f_l-\frac{\mathrm{\Δ}f}{2},g_2=f_u+\frac{\mathrm{\Δ}f}{2}$

A3、色彩传感器i的测量值x_i1,x_i2,...,x_in在区间[g₁,g₂]内被认为是有效测量值，否则被认定为离异值，剔除离异值后得到的有效测量数据记为z_i1,z_i2,...,z_im(m≤n)，其中，1-m为连续排序。

6.根据权利要求4所述的一种基于多传感器的显示器测量装置，其特征在于，所述步骤S2中采用算数平均法计算色彩传感器i的有效测量数据的估计值及相对应的方差

${\stackrel{\‾}{z}}_i=\frac{1}{m}\underset{j=}{\overset{m}{\Σ}}{z}_{ij}---\left(1\right)$

${\widehat{\mathrm{\σ}}}_i^2=\frac{{\stackrel{\‾}{s}}_i^2}{m}---\left(2\right)$

其中，

7.根据权利要求4所述的一种基于多传感器的显示器测量装置，其特征在于，所述步骤S3中，由自适应加权融合算法可知，每个色彩传感器的测量值的权重为：

$W_i=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_i^2\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_i^2}}---\left(3\right)$

其中，N为传感器的个数；

将式(2)计算得到的方差代入式(3)，得到多传感器自适应加权计算的权重值；

由式(3)及式(1)的结果计算最终的参数测量估计值：

$\hat{z}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{W}_i{\stackrel{\‾}{z}}_i---\left(4\right)$

8.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的显示器测量装置，其特征在于，所述显示器的显示参数的采集频率为5-15ms。

9.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的显示器测量装置，其特征在于，所述测量估计值与实际值之间的映射关系为：

通过线性拟合方式得到的测量估计值与实际值关系式，根据色彩传感器的特性，对于同一测量对象，可得到四个测量估计值，记为：

R、G、B、W，若选定CIE XYZ色彩空间作为参数测量值的标准，则：

$\left\{\begin{array}{c}X=a_{1}R+b_{1}G+c_{1}B+d_{1}W\\ Y=a_{2}R+b_{2}G+c_{2}B+d_{2}W\\ Z=a_{3}R+b_{3}G+c_{3}B+d_{3}W\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中，a₁,a₂,a₃,b₁,b₂,b₃,c₁,c₂,c₃,d₁,d₂,d₃可以通过线性拟合的方式得到。

10.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的显示器测量装置，其特征在于，所述参数测量值的计算方法为：通过数据采集模块和数据融合处理模块得到同一测量对象的四个参数测量估计值：R_i,G_i,B_i,W_i，将测量估计值代入式(5)，得到X_i,Y_i,Z_i，其中X_i,Y_i,Z_i为输出到PC端显示的参数测量值。