CN107172743B - 一种全自动调整船用控制台亮度的智能校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动调整船用控制台亮度的智能校正方法，能够自动测量出控制台上导光板、指示灯的亮度信息；然后发出统一的脉宽调变方波给所有的导光板、指示灯，然后在上串联电阻，自动改变在导光板、指示灯这些串联电阻，从而测出每个导光板、指示灯的亮度信息与串联电阻与亮度的变化关系；最后算出在多种工作模式下，在以误差最小的目标下，各个导光板、指示灯的最优串联电阻值，然后用户可以在电路上真正串联上这些最优的串联电阻值。本发明智能校正方法不仅客观，而且节省了操作人员的精力，减少劳动力，降低成本，准确率，使得用户的肉眼能够在舒适的光照环境下工作。

Description

一种全自动调整船用控制台亮度的智能校正方法

技术领域

本发明涉及一种控制台指示系统使用时的辅助方法，特别是涉及一种全自动调整船用控制台亮度的智能校正方法，属于船用控制台仪器亮度调整技术领域。

背景技术

船用控制台是船舶的重要控制中心，是船舶航行的重要决策机构，有着不可替代的核心作用。在控制台上面，是各个厂家提供的显示船舶各种重要参数仪器。目前，这些仪器都是采用发光体来指示各种参数信息，而这些发光体的本质上都已经是采用了发光二极管完成的，所以这些发光二极管虽然原理一样、控制的方法一样。但是各家仪器的生产商选择的发光二极管的型号、参数各不一样，所以导致了它们的显示亮度各不一致，有的在白天很暗，影响了用户的观测，而有的在夜间很暗，在漆黑的环境下，亮度特别的高，使得用户的肉眼很难在很亮和很暗的环境下快速适应和切换，这就影响了用户面临各种突发条件时的快速反应。

现有的调光模式有调整电源电压、调整电源的脉宽调制方波占空比、微调二极管串联电阻阻值等几种方案。调整电源电压需要对每个发光体都单独调整电压，其硬件成本很高。通过发送脉宽调制方波给这些发光体，通过调整脉宽调制方波的占空比来调整它们的亮度，这只能整体性的进行调光。微调二极管串联电阻阻值的方案由于这些发光体数量众多，有时会有上百个，上百个发光体的发光性能各不一样，所以还需要进一步的对各个发光体进行手动测量和微调，工作极为麻烦。

如果存在一种智能设备，能够使用调整电源的脉宽调制方波占空比、微调二极管串联电阻阻值的方案组合下，自动测得各个发光体的最优串联电阻阻值的方案，和对应脉宽调制方波占空比。那么首先能够整体良好的调整这些各种重要仪器的亮度，使得这些仪器的亮度达到均匀、一致，可以船厂进一步的根据用户的设置改变这些设备到用户适应的亮度，也可以提供相应的参数使得仪器生产商在生产时就能够调整这些亮度，使得出现一个行业标准，更好的提供给系统集成的船厂。

经广泛的调查研究，现有的论文、专利均无此类产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种全自动调整船用控制台亮度的智能校正方法，智能调整各导光板、指示灯的亮度，使得用户的肉眼能够在舒适的光照环境下工作。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种全自动调整船用控制台亮度的智能校正方法，包括如下步骤：

步骤1，设置发送到船用控制台上发光体的脉宽调制方波的占空比变化步长，以步长的速度，将脉宽调制方波的占空比从0％变化到100％，设置船用控制台上发光体串联电阻的所有阻值，测量单个发光体在各个阻值下、并且脉宽调制方波的占空比从0％变化到100％对应的亮度值；重复上述步骤，得到所有发光体在各个阻值下、脉宽调制方波的占空比从0％变化到100％对应的亮度值；

步骤2，获取船用控制台的亮度模式以及各亮度模式对应的亮度值，设定单个发光体的最大亮度误差容忍度比例，将亮度模式按重要性由高往低排序，并将排好序的亮度模式从1开始编号；

步骤3，亮度模式从1开始，采用遍历法，计算出最优的电阻配置方案及其对应的脉宽调制方波的占空比；

步骤4，根据最优的电阻配置方案及其对应的脉宽调制方波的占空比，调整各发光体串联的电阻阻值，调整船用控制台亮度。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明一种全自动调整船用控制台亮度的智能校正方法，不仅客观，而且节省了操作人员的精力，减少劳动力，降低成本，准确率，使得用户的肉眼能够在舒适的光照环境下工作。

附图说明

图1是本发明实施例的机械结构示意图。

图2是本发明实施例的电路结构示意图。

图3是本发明实施例的程序流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1、图2所示，本发明一种全自动调整船用控制台亮度的智能校正设备中，硬件部分自动测量出控制台上导光板、指示灯的亮度信息；然后发出统一的脉宽调变方波给所有的导光板、指示灯，自动改变在导光板、指示灯上串联电阻，从而测出每个导光板、指示灯的亮度信息与串联电阻与亮度的变化关系，提供分析的计算资源。其结构包括电源、按钮、发光模块、发音模块、控制器模块、程控开关模块、通信模块、亮度计、电脑等。

其中，如图1所示，电源、按钮、发光模块、发音模块、控制器模块、程控开关模块、通信模块集中在一个控制板内，该控制板与电脑沟通。电脑是驱动控制板的工作，采集亮度计的信息，分析保存信息，改变程控开关的工作状态。

本实施例中，电源，用于对整个系统进行供电，本实施例中采用的是220V的交流电源转两路5V的模块电源，其中一路是给电路工作，一路是驱动导光板、指示灯。按钮为控制电源打开和关闭时使用，本实施例中采用的是轻触自锁的微动开关。发光模块用于显示硬件的工作状态，正常或者报警，本实施例中采用的是全彩的发光二极管。发音模块用于显示硬件的工作状态，正常或者报警，本实施例中采用的普通蜂鸣器。控制器模块用于接受电脑的操作指令后，发出对应模式的、规定的脉宽调制方波给所有的导光板、指示灯的接地端，整体调整它们的亮度。同时接受电脑的操作指令，不断发出指令给程控开关，使得程控开关改变对应导光板、指示灯的串联电阻，个别改变它们的亮度。它还驱动发音、发光模块的工作。本实施例中，总控制器采用的是STM32F107芯片。程控开关用于在被控制器选择的情况下，通过不同通道与导光板、指示灯，本实施例中，程控开关选择的是4组各8路的pca9548型号的程控开关。它由STM32F107芯片的5条引脚进行控制，选择脉宽调制方波给所有的导光板、指示灯的接地端与地之间的阻值，它阻值从100欧姆变化到100K欧姆，其中10种变化值，它在控制板上只有一套，一头通过插槽与发光体的地端联系，一头与脉宽调制方波联系，通过插拔可以选择不同的发光体进行测量。通信模块用于控制器与电脑之间的联系，这里选择的是MAX232芯片。亮度计用于在电脑的操作下，检测导光板、指示灯的亮度，本实施例中采用的是两个高清摄像机，型号为大恒水星1200万像素彩色工业网络传输相机。电脑用于分析亮度计的结果，用于分析和保存信息，用于驱动控制器模块来带动程控开关的工作，从而改变各个导光板、指示灯的亮度的工作，用于提供计算资源给算法使用，本实施例中采用的是戴尔T5810型图形工作站。

如图3所示，进一步地，本发明一种全自动调整船用控制台亮度的智能校正设备中，算法部分用于算出在多种工作模式下，在以误差最小的目标下，各个导光板、指示灯的最优串联电阻值，然后用户可以在电路上真正串联上这些最优的串联电阻值。其中工作过程分为采样和分析两个部分。

步骤1其采样工作过程如下：

步骤1-1、电脑发送信息给驱动控制器模块，以步长PWM_step的速度，对于第1个脉宽调制方波的占空比PWM，本实施例PWM_step＝0.4％，第1个即为0.4％的占空比；

步骤1-2、电脑发送信息给驱动控制器模块，对第1个发光体的串联电阻阻值进行调整，调整到第1个阻值，本实施例中所有电阻阻值为100欧姆变化到100K欧姆，其中32种变化值，第1个阻值即为100欧姆；

步骤1-3、采集该发光体的亮度值L(1,1,1)，采集过程见步骤2；

步骤1-4、电脑发送信息给驱动控制器模块，对第1个发光体的串联电阻阻值进行调整，调整到第2个阻值，并采集该发光体的亮度值L(1,1,2)，采集过程见步骤2；然后依次采集到所有变化阻值的亮度值到L(1,1,JM)。本实施例中JM＝32。

步骤1-5、电脑发送信息给驱动控制器模块，对第2个发光体的串联电阻阻值进行调整，调整到第1个阻值，并采集该发光体的亮度值L(2,1,1)，采集过程见步骤2；然后依次采集到所有变化阻值的亮度值到L(2,1,JM)。本实施例中JM＝32；然后电脑发送信息给驱动控制器模块，依次逐个对第LEDM个发光体的串联电阻阻值进行调整，调整到第1个阻值，并采集该发光体的亮度值L(LEDM,1,1)，采集过程见步骤2；然后依次采集到所有变化阻值的亮度值到L(LEDM,1,JM)。本实施例中JM＝32，LEDM＝100；

步骤1-6、电脑发送信息给驱动控制器模块，以步长PWM_step的速度，对于第2个脉宽调制方波的占空比PWM。然后依照步骤1-1到步骤1-5的顺序，依次采集到所有变化阻值的亮度值到L(LEDM,2,JM)。本实施例中JM＝32，LEDM＝100；然后依次以步长PWM_step的速度，将脉宽调制方波的占空比PWM从第2个依次变化到IM，中间不断按照步骤1-1到步骤1-5的顺序，测量到所有变化阻值的亮度值到L(LEDM,IM,JM)。本实施例中，IM＝255，这是依照相机的256级亮度值设定的，0是为纯黑，255是为纯白，原本IM＝0时，为纯黑，不用测量，直接从第IM＝1时，开始测量。

步骤2亮度计的测量方式为：

步骤2-1、把两个相机一个在左(CL)，一个在右(CR)对称，其拍摄范围基本正好覆盖完全测试发光体；

步骤2-2、在左边相机和右边相机的视野范围内，手动对每个发光体的位置，设置一个方形的区域，标注为Reg(CL,m,i,j,color)、Reg(CR,m,i,j,color)，其中Reg代表的是图像中的区域，CL和CR代表的是左边的相机和右边的相机，m代表的是第m个发光体，i代表的是在第i个脉宽调制方波的占空比，j代表的是第j个串联电阻阻值，color代表的是该发光体的原本颜色。本实施例中，为红(color＝1)、绿(color＝2)、蓝(color＝3)、白和其他(color＝4)；

步骤2-3、在拍摄到的彩色图片Img(CL,m,i,j,color)和Img(CR,m,i,j,color)中提取出Reg(CL,m,i,j,color)、Reg(CR,m,i,j,color)，根据color的值进行灰度图转换出对应灰度图像GrayImg(CL,m,i,j)、GrayImg(CR,m,i,j)：

如果color值为1，那么灰度图转换的过程为仅提取彩色图片的红色分量；

如果color值为2，那么灰度图转换的过程为仅提取彩色图片的绿色分量；

如果color值为3，那么灰度图转换的过程为仅提取彩色图片的蓝色分量；

如果color值为4，那么灰度图转换的过程为提取彩色图片的红、绿、蓝三个分量和的平均值。

步骤2-4、然后，取出GrayImg(CL,m,i,j)、GrayImg(CR,m,i,j)中的极大值，作为其亮度值：

L(CL,m,i,j)＝max(GrayImg(CL,m,i,j))

L(CR,m,i,j)＝max(GrayImg(CR,m,i,j))

步骤2-5、把它们取平均值作为最终的结果：

每一种(除去0％之外的共计255种)脉宽调制方波的占空比下，工作步骤为32*100＝3200次；全部工作步骤为255*32*100＝816000次。如果每个变化、检测的步骤约为0.02秒，那么该步骤共需约6小时。这样就可以测量出所有的L(m,i,j)。

本发明的分析工作过程如下：

步骤3、根据任务要求，得到预先人工设定的多个亮度模式下的Ltar＝(Ltar1,Ltar2,…,LtarN)，得到预先人工设定的最大单个发光体的亮度误差容忍度比例Lterr。本实施例中，采用了100个发光体，发光体驱动采用的是32种串联电阻变化，3个亮度模式，包括有白天、傍晚、夜晚。单个发光体亮度误差最大容忍度比例Lterr为20％。

把亮度模式的重要性由高往低排，1代表的是优先级最高，N代表的是优先级最低，然后采用遍历法，进行综合计算。原理为先根据最优的亮度模式固定一些串联电阻配置方案，然后对这些配置方案进行在不同亮度模式下的误差值综合选优。本实施例中，3个亮度模式的优先级顺序为夜晚、傍晚、白天，即夜晚模式下为最重要的模式。

步骤3-1、计算出所有发光体在亮度模式为1、所有脉宽调制方波的占空比在统一的情况下，进行发光体之间互相不关联、各自独立调整各自不同电阻阻值下，寻找各自发光体与亮度模式要求值的误差值总和为最小那个电阻值配置。

本步骤先在统一的脉宽调制方波的占空比下，对一个发光体穷尽所有电阻变化阻值可能性，找出其误差为最小的那个阻值。然后再依次变化到其他所有发光体，穷尽其所有电阻变化阻值可能性，找出其误差为最小的那个阻值。

本实施例中，即首先在第1个脉宽调制方波的占空比(0.4％)下，先改变第1个发光体的串联电阻阻值，从100欧姆变化到100K欧姆，共计32种变化。在这个32个结果中，寻找误差最小值。然后依次对剩下的99个发光体，单独各自改变其电阻变化，寻找其各自的误差最小值。

该步骤用公式表达如下：

在优先级为1的亮度模式下，可变化的脉宽调制方波占空比为第i个时，第m个发光体的优化串联电阻配置方法为如下式：

ω_1,m,i(j)＝L(m,i,j)-Ltar1，其中，j＝1～JM

其中，Ro(1,m,i)代表的是在模式为在优先级为1的亮度模式下，脉宽调制方波占空比为第i个时，第m个发光体的最优串联电阻阻值。

符号代表的是对应关系，当右边式子条件成立的情况下，左边对应的结果。

符号Argmin{}代表的是要求右边括号中的值为最小，本式子中即要求ω_1,m,i(j)为最小，计ω_1,m,i(j)为最小时为

L(m,i,j)为第m个发光体，在被设置为脉宽调制方波占空比为第i个下、串联的电阻阻值为第j个下的发光值，它由亮度计获得。

Ltar1为在所有工作开始时，预先人工设定的多个亮度模式中，优先级为1的亮度模式的目标亮度值。

整个式子表示，即在JM个串联电阻配置中，选择出实际测量的亮度值L(m,i,j)与预先人工设定的目标亮度值之间误差最小的那个。

步骤3-2、在所有可变化的脉宽调制方波占空比固定的情况下，满足步骤3-1的条件下，所有发光体实际测量亮度值与预先人工设定的目标亮度值之间误差之和进行从小到大的升序排序，得到list_n个电阻配置组合和它们的脉宽调制方波占空比的值，其中，误差之和越小越为最优。

本实施例中，即把步骤3-1得到的不同Ro(1,m,i)，在可变化的脉宽调制方波占空比i固定的情况下，计算出所有发光体的最优误差之和ω_1,i，这些从脉宽调制方波占空比从1到IM的最优误差ω_1,i构成了集合ω₁(i)。本实施例中共有255个脉宽调制的可能，那么ω₁(i)就有从ω₁(1)～ω₁(255)个可能。本实施例中，把ω₁(i)从小往大排，越小越优，从中选择出最优的list_n＝10个串联电阻配置组合Roo(1,list,m,i)，其中，list＝1～list_n。该步骤仅仅涉及计算机计算，时间按毫秒计算。

该步骤用公式表达如下：

在优先级为1的亮度模式下，可变化的脉宽调制方波占空比为第i个时，第m个发光体的优化串联电阻配置方法为如下式：

ω₁(i)＝{ω_1,i}，其中，i＝1,…,IM

其中，Roo(1,list)代表的是在模式为在优先级为1的亮度模式下，最优排序为第list个最优时最优串联电阻阻值配置方案，其信息内容包括有脉宽调制方波占空比为第i个，第m个发光体的阻值。其各自最小的误差和即ω_o,1(list)即对应于ω₁(i)，此刻最优占空比PWM_o,1(list)也同时可以对应获得。

符号代表的是对应关系，当右边式子条件成立的情况下，左边对应的结果。

符号ω_1,m(i)代表的是从脉宽调制方波占空比从1到IM的最优误差之和构成了集合。

符号{}↑代表的是把符号内的集合，按照值从小到大排序，即越小越排在前面。

步骤3-3、然后以亮度模式为2即所有发光体亮度目标为Ltar2的前提下，即仅仅是改变脉宽调制方波的占空比，i从第1个变化到第IM，得到list_n个电阻配置方案Roo(1,list)在各个脉宽调制方波的占空比的各自误差和的集合ω_2,i,list，然后在各自的电阻配置方案Roo(1,list)下选出最小的误差和的那个脉宽调制方波的占空比作为自己的最优占空比PWM_o,2(list)，和最小误差和ω_o,2(list)。

本实施例中，list_n是10个，IM为100个。假设list_n＝1，那么最优的过程就是在电阻配置方案Roo(1,1)下，在100个占空比下，找出误差和为最小的那1个。list_n是10，那么共有10组结果。

对应于第二个重要的亮度模式的误差总和ω₂(i)。

其中，i＝1,…,IM

然后，然后以亮度模式为N即所有发光体亮度目标为LtarN的前提下，即仅仅是改变脉宽调制方波的占空比，i从第1个变化到第IM，得到list_n个电阻配置方案Roo(1,list)在各个脉宽调制方波的占空比的各自误差和的集合ω_N,i,list，然后在各自的电阻配置方案Roo(1,list)下选出最小的误差和的那个脉宽调制方波的占空比作为自己的最优占空比PWM_o,N(list)，和最小误差和ω_o,N(list)。

本实施例中，N＝3；

步骤3-4、在上述所有的list＝1～list_n的电阻配置方案Roo(1,list)下，计算出它们在不同模式下的最小误差和的总和：

其中，ii从1变到N，代表的是不同的亮度模式。

然后，在这个list_n个结果中，以ωt(list)从小到大再次排序，得到Roo(list)。

步骤3-5、计算这时Rooo(1)的电阻配置方案的所有发光体在不同模式下的LtarN的差值是否大于Lterr。如果，存在有这样的情况，那么在步骤3-4中选出Rooo(2)电阻配置方案。并进行步骤7-4的判断。如果仍有，那么就选下一个，直至最后，如果全部没有，那么就退出报警。如果有，那么输出最优的Roooo电阻配置方案，及其对应PWM_oo,N。

其使用过程如下：

步骤4、得到Roooo和PWM_oo,N后，使用时，用户就可以在电路上把所有的可调电阻的电路简化为手动可调电阻阻值的可调电阻，用人工的方法把各自电阻阻值调整到Roooo方案；然后在对应的模式下采用控制芯片统一输出1路PWM_oo,N值给所有的发光体，从而在极低成本的前提下，大大提高了光一致性。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种全自动调整船用控制台亮度的智能校正方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，设置发送到船用控制台上发光体的脉宽调制方波的占空比变化步长，以步长的速度，将脉宽调制方波的占空比从0％变化到100％，设置船用控制台上发光体串联电阻的所有阻值，测量单个发光体在各个阻值下、并且脉宽调制方波的占空比从0％变化到100％对应的亮度值；重复上述步骤，得到所有发光体在各个阻值下、脉宽调制方波的占空比从0％变化到100％对应的亮度值；

步骤2，获取船用控制台的亮度模式以及各亮度模式对应的亮度值，设定单个发光体的最大亮度误差容忍度比例，将亮度模式按重要性由高往低排序，并将排好序的亮度模式从1开始编号；

步骤3，亮度模式从1开始，采用遍历法，计算出最优的电阻配置方案及其对应的脉宽调制方波的占空比；

步骤4，根据最优的电阻配置方案及其对应的脉宽调制方波的占空比，调整各发光体串联的电阻阻值，调整船用控制台亮度。