CN112466259B - 一种示波器的灰度补偿方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种示波器的灰度补偿方法和装置，所述的方法通过将示波器所采集的通道数据转换为二维的波形数据，获取波形数据中平行于y轴的每一列波形像素点的点数，并确定各列波形像素点对应的灰度强度值，再根据波形像素点对应的灰度强度值，确定波形像素点对应的最大灰度强度值和最小灰度强度值，根据最大灰度强度值和最小灰度强度值的差值确定灰度补偿值，再通过灰度补偿值对波形像素点对应的灰度强度值进行灰度补偿，经过灰度补偿后使得最终显示在示波器显示界面的波形图像更加清晰。

Description

一种示波器的灰度补偿方法和装置

技术领域

本发明涉及示波器技术领域，具体涉及一种示波器的灰度补偿方法和装置。

背景技术

目前市面上的数字示波器的显示界面的背景颜色大多为黑色，但对于某些用户需求，市面上也会有显示界面的背景颜色为白色的数字示波器。由于背景颜色为白色的显示界面与某些颜色的波形曲线对比度较小，例如蓝色，在这种情况下，若波形曲线的灰度强度值较小时，波形曲线和显示界面的背景就很难进行分辨。此外，若数字示波器所采集信号对应的波形曲线的灰度强度值相差较大，即波形曲线的灰度强度值较为分散，波形曲线颜色会很浅，影响用户对所采集信号的观测。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是能够对示波器信号波形的灰度强度值进行补偿。

根据第一方面，一种实施例中提供一种示波器的灰度补偿方法，包括：

对每个通道输入的信号进行数据采集和处理；

将处理后的通道数据转换为二维的波形数据；

获取所述波形数据中平行于y轴的每一列波形像素点的点数；根据各列波形像素点的点数，分别确定各列波形像素点对应的灰度强度值；

根据所述波形像素点对应的灰度强度值，确定所述波形像素点对应的最大灰度强度值和最小灰度强度值；再根据所述最大灰度强度值和最小灰度强度值，确定所述波形像素点对应的灰度补偿值；

根据所述波形像素点对应的灰度补偿值，对所述波形像素点对应的灰度强度值进行补偿。

根据第二方面，一种实施例中提供一种示波器的灰度补偿装置，包括：

数据采集处理模块，用于对每个通道输入的信号进行数据采集和处理；

二维波形数据转换模块，用于将处理后的通道数据转换为二维的波形数据；

灰度确定模块，用于获取所述波形数据中平行于y轴的每一列波形像素点的点数；根据各列波形像素点的点数，分别确定各列波形像素点对应的灰度强度值；

灰度补偿值确定模块，用于根据所述波形像素点对应的灰度强度值，确定所述波形像素点对应的最大灰度强度值和最小灰度强度值；再根据所述最大灰度强度值和最小灰度强度值，确定所述波形像素点对应的灰度补偿值；

灰度补偿模块，用于根据所述波形像素点对应的灰度补偿值，对所述波形像素点对应的灰度强度值进行补偿。

依据上述实施例的示波器的灰度补偿方法和装置，将示波器所采集的通道数据转换为二维的波形数据，获取波形数据中平行于y轴的每一列波形像素点的点数，并确定各列波形像素点对应的灰度强度值，再根据波形像素点对应的灰度强度值，确定波形像素点对应的最大灰度强度值和最小灰度强度值，根据最大灰度强度值和最小灰度强度值的差值确定灰度补偿值，再通过灰度补偿值对波形像素点对应的灰度强度值进行灰度补偿，经过灰度补偿后使得最终显示在示波器显示界面的波形图像更加清晰。

附图说明

图1为示波器信号波形处理显示的流程图；

图2为波形显示区域背景颜色为白色时波形图像的示意图；

图3为一种实施例的示波器的灰度补偿方法的流程图；

图4为一种实施例的确定灰度补偿值的方法流程图；

图5为一列平行于y轴的像素点的灰度强度值的分区示意图；

图6为不同补偿算法的补偿结果示意图；

图7为一种实施例的示波器的灰度补偿装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

请参考图1，图1为示波器信号波形处理显示的流程图，示波器包括模数转换器（ADC）、可编程逻辑器件（FPGA）、中央处理器（CPU）和显示屏，其中ADC将模拟信号数据转换为数字信号数据后输出至FPGA，FPGA先对数字信号数据进行预处理，并以帧为单位将预处理后的数字信号数据进行采集并存储在存储器中，在触发信号的触发下从存储器中读取一帧数字信号数据进行数据处理，并对处理后的一帧数字信号数据进行波形映射得到一帧二维的波形数据，其中波形数据中每个波形像素点所需的数字信号数据的个数（点数）即为该波形像素点对应的灰度强度值，再将一帧二维的波形数据中每个波形像素点的灰度强度值转换为RGB值，即得到波形图像，将波形图像与CPU输出的显示界面图像进行合并，得到最终的显示数据，并在显示屏上显示该显示数据。

示波器的显示界面图像至少包括波形显示区域，通常情况下波形显示区域的背景颜色为黑色，但对于某些用户需求，背景颜色还可以为白色。请参考图2，图2为波形显示区域背景颜色为白色时波形图像的示意图。从图2中可以看出，波形显示区域的大小为600*400，其垂直方向上包含200个ADC码字，波形图像为蓝色，背景颜色为白色。图2中靠上的波形图像为示波器采集噪声信号的波形，靠下的波形图像为示波器采集正弦波信号的波形，这两种波形均为在示波器相同配置下进行测试的。当采集正弦波信号时，第0列波形像素点的灰度强度值集中在28附近，第0列波形比较清晰，依此类推，正弦波信号对应的波形中每一列的像素点的灰度强度值均较为集中，因此正弦波信号对应波形整体比较清晰。当采集噪声信号时，第0列波形像素点的灰度强度值分布在较大范围内，第0列波形中间部分较为清晰，两端的颜色都非常浅，使其和背景颜色容易混在一起，对比度不高，依此类推，噪声信号对应的波形中每一列的像素点的灰度强度值均分布在较大范围内，中间部分清晰，两端的颜色非常浅，容易和背景颜色混在一起，对比度不高，不便于用户观察，导致用户体验不好。

在本发明实施例中，通过计算示波器当前需显示的波形数据中平行于y轴的每一列波形像素点对应的最大灰度强度值和最小灰度强度值，确定各列波形像素点对应的灰度强度值的的分布范围，根据分布范围的不同，选择不同的灰度补偿值对各列波形像素点的灰度强度值进行补偿，实现对波形更加灵活细腻的补偿。

请参考图3，图3为一种实施例的示波器的灰度补偿方法的流程图，本实施例所提供的方法对当前需显示的一帧波形数据中的平行于y轴的每一列波形像素点的灰度强度值依次进行补偿，所述的方法包括步骤101至步骤105，下面具体说明。

步骤101，对每个通道输入的信号进行数据采集和处理。

示波器每个通道输入的信号经过数据采集以帧为单位存储在存储器中，并在触发信号的触发下从存储器中读取一帧信号数据，并对该一帧信号数据进行数据处理，本实施例可对该一帧信号数据进行插值、同步等数据处理。

步骤102，将处理后的通道数据转换为二维的波形数据。本实施例将上述数据处理后的一帧信号数据转换为一帧二维的波形数据，即将一帧信号数据按照预设的转换关系转换为波形数据，波形数据由很多个像素点组成。

步骤103，获取波形数据中平行于y轴的每一列波形像素点的点数；根据各列波形像素点的点数，分别确定各列波形像素点对应的灰度强度值。

在本实施例中，波形数据为上述转换后得到的一帧波形数据，波形数据中平行于y轴的每一列波形像素点为波形数据中平行于y轴的每一列波形所包含的所有像素点，其中一个波形像素点的点数是指将信号数据转换得到一个波形像素点所需采集的信号数据的点数。波形像素点的点数的多少与该波形像素点对应的灰度强度值成正比关系，也就是波形像素点的点数越多，该波形像素点对应的灰度强度值就越大。本实施例中波形像素点的点数与波形像素点对应的灰度强度值具有预设的转换关系，其可以通过灰度等级来进行转换，例如现有10个灰度等级，当波形像素点的点数为1-10时，该像素点的灰度等级为1，当像素点的点数为11-20时，该像素点的灰度等级为2，当像素点的点数为21-30时，该像素点的灰度等级为3，依此类推，按照预设的转换关系，根据波形像素点的点数可得到波形像素点的灰度等级，灰度等级与灰度强度值具有固定的关系，最终可确定波形像素点的灰度强度值。

本实施例中，波形像素点的灰度强度值越大，该波形像素点最终显示出来的色彩越明亮。

步骤104，根据波形像素点对应的灰度强度值，确定波形像素点对应的最大灰度强度值和最小灰度强度值；再根据最大灰度强度值和最小灰度强度值，确定所述波形像素点对应的灰度补偿值。

由于一帧波形数据中平行于y轴的一列波形像素点有多个，且波形像素点之间的灰度强度值也不会完全相同，因此根据平行于y轴的一列所有波形像素点对应的灰度强度值，可得到该列波形像素点对应的最大灰度强度值和最小灰度强度值。若以第0列为例，则可得到第0列的波形像素点对应的最大灰度强度值和最小灰度强度值。

由于波形像素点的灰度强度值越大，则波形像素点的颜色越清晰，灰度强度值越小，波形像素点的颜色越浅，因此若平行于y轴的第0列所有波形像素点的最大灰度强度值和最小灰度强度值之间相差越小，对应第0列波形越清晰，反之，第0列波形越容易与显示界面的背景颜色混淆。

其中第0列波形像素点的最大灰度强度值和最小灰度强度值之差表征了第0列波形像素点的灰度强度值的分布范围，因此，本实施例根据第0列波形像素点的灰度强度值的分布范围，确定不同的灰度补偿值对第0列波形像素点的灰度强度值进行补偿。

步骤105，根据波形像素点对应的灰度补偿值，对波形像素点对应的灰度强度值进行补偿。

在一实施例中，根据波形像素点对应的灰度补偿值，对波形像素点对应的灰度强度值进行补偿，包括：

将波形像素点对应的灰度补偿值与该波形像素点对应的灰度强度值进行叠加，得到波形像素点的第一灰度强度值。

在一实施例中，平行于y轴的第0列波形像素点对应的灰度补偿值可以为一个值，即对第0列所有波形像素点按照相同的灰度补偿值进行补偿，换而言之，将第0列的每个波形像素点的灰度强度值与灰度补偿值相加，即可得到第0列的每个波形像素点的第一灰度强度值，完成了第0列波形像素点的灰度强度值的补偿。

在另一实施例中，平行于y轴的第0列波形像素点对应的灰度补偿值可以为一组值，也就是，对于第0列不同位置的波形像素点对应不同的灰度补偿值，这样可实现分段对一列波形像素点进行灰度补偿，使得灰度补偿更加灵活。

其中，将波形像素点对应的灰度补偿值与该波形像素点对应的灰度强度值进行叠加，包括：

获取示波器显示界面中所述波形像素点对应的背景亮度值；

将波形像素点对应的灰度补偿值、背景亮度值与灰度强度值进行叠加。

本实施例对波形像素点的第一灰度强度值进行颜色模式转换，得到波形像素点对应的RGB值，即得到该列波形像素点的波形图像。

本实施例将第0列波形像素点对应的灰度补偿值、第0列波形像素点对应的示波器显示界面的背景亮度值和第0列波形像素点对应的灰度强度值进行叠加，最终得到第0列波形像素点的第一灰度强度值，再对第一灰度强度值进行颜色转换，得到第0列波形像素点的RGB值，也就是，得到了第0列的波形图像。其中，背景亮度值由用户设定，其在0%~100%之间可调。

上述方法中的步骤103-步骤105以一帧波形数据中的平行于y轴的第0列波形像素点为例进行说明，对于一帧波形数据中的平行于y轴的其他列波形像素点也按照上述步骤103-步骤105进行补偿处理，得到一帧波形图像，将该帧波形图像与显示界面图像进行合并得到一帧显示数据，最终可通过显示模块对一帧显示数据进行显示。

在一实施例中，在步骤104中据所述最大灰度强度值和最小灰度强度值，确定所述波形像素点对应的灰度补偿值，包括：

根据所述波形像素点对应的灰度强度值，按照多个预设灰度补偿算法，得到所述波形像素点对应的多个预选灰度补偿值；

根据所述最大灰度值和最小灰度值的差值大小，从所述多个预选灰度补偿值中选择一个作为灰度补偿值。

其中多个预设灰度补偿算法均为现有的灰度补偿算法，本实施例以均值补偿算法、递减补偿算法和分段补偿算法为例来确定灰度补偿值。

请参考图4，图4为一种实施例的确定灰度补偿值的方法流程图，包括：

步骤201，均值补偿步骤：按照灰度强度值从高到低顺序，从波形数据中平行于y轴的一列波形像素点对应的灰度强度值中截取预设数量的波形像素点，将所截取的预设数量的波形像素点对应的灰度强度值放入灰度强度值集合X中。然后，根据公式y=C-x得到灰度强度值集合X对应的波形像素点的灰度补偿值，并将灰度值补偿值保存在ROM中，其中C为预设的灰度补偿最大值，y为所截取的预设数量的波形像素点对应的灰度补偿值，x为所截取的预设数量的波形像素点对应的灰度强度值。例如一列波形像素点为8bit，按照灰度强度值从高到低的规则截取其中高6bit的波形像素点对应的灰度强度值作为索引地址，此时往ROM中以y=127-x（x∈[0，63]）的规则按索引地址增大的方向存入灰度补偿值y。

步骤202，递减补偿步骤：按照灰度强度值从高到低的顺序，从波形数据中平行于y轴的一列波形像素点对应的灰度强度值中截取预设数量的波形像素点，将所截取的预设数量的波形像素点对应的灰度强度值放入灰度强度值集合X中。然后，根据公式y=C-2x得到灰度强度值集合X对应的波形像素点的灰度补偿值，并将灰度值补偿值保存在ROM中，其中C为预设的灰度补偿最大值，y为所截取的预设数量的波形像素点对应的灰度补偿值，x为所截取的预设数量的波形像素点对应的灰度强度值。例如平行于y轴的一列波形像素点为8bit，按照灰度强度值从高到低的规则截取其中高6bit的波形像素点对应的灰度强度值作为索引地址，此时往ROM中以y=127-2x（x∈[0，63]）的规则按索引地址增大的方向存入灰度补偿值y。

步骤203，分段补偿步骤：计算波形数据中平行于y轴的一列波形像素点对应的最大灰度强度值和最小灰度强度值的差值，即delta=max-min，其中max为最大灰度强度值，min为最小灰度强度值，delta为最大灰度强度值和最小灰度强度值的差值；然后，将最大灰度强度值和最小灰度强度值的差值分为4等份，也即是将波形数据中该列波形像素点对应的灰度强度值分布范围等分为4个区域，判断该列每一个波形像素点对应的灰度强度值落在上述4个区域的哪个区域中。若一波形像素点的灰度强度值落在值较高的三个区域中时，该波形像素点对应的灰度补偿值为预设的灰度补偿最大值；若波形像素点的灰度强度值落在值最低的一个区域中时，按照灰度强度值从大到小的规则，将落入值最低的一个区域的波形像素点中截取预设数量的波形像素点，将所截取的预设数量的波形像素点对应的灰度强度值作为落入该区域的波形像素点的灰度补偿值。

请参考图5，图5为平行于y轴的一列波形像素点的灰度强度值的分区示意图，其中data表示平行于y轴的一列任一波形像素点的灰度强度值，max表示最大灰度强度值，min表示最小灰度强度值，当data落入区域1、2、3中时，将灰度补偿值更新为127，Y=127 (data=[12 3])，当data落入区域0中时，截取data的高6bit作为data的灰度补偿值，Y=data[7:2](data=[0])。

上述三个补偿算法中，均值补偿算法和递减补偿算法通过截取较高值的灰度强度值，能够整体提高一列所有波形像素点的灰度强度值，以使整体亮度提高。分段补偿算法通过把一列波形像素点中的3/4部分亮度整体调高，剩下1/4的边缘部分以对应波形像素点的data/4的数值输出，使得大部分波形区域的亮度被调亮，少部分不关心区域保持原有的灰度梯度接口，实现局部波形亮度调节。请参考图6，图6中的（a）为采用现有补偿算法得到的波形图像，（b）为采用递减补偿算法得到的波形图像，（c）为采用均值补偿算法得到的波形图像，（d）为采用均值补偿算法得到的波形图像。

需要说明的是，上述三个补偿算法只是本实施例所提供的一种实施例，其还可通过多种现有的补偿算法进行灰度补偿。

基于上述描述可知，本发明实施例对波形数据中平行于y轴的每一列中每个波形像素点进行实时灰度补偿，不需要额外软件的介入，且资源消耗较少，请参考表1，表1为按照单个补偿算法得到的灰度补偿值曲线的资源占用情况。

表1

Silice LUTs	Silice registers	Slice	LUTs as logic	LUT flip flop paris
					6	6	4	6	6

从表1中可以看出，对于由丰富LUT表资源的FPGA来说，每个灰度补偿值曲线的资源占用量是非常少的。此外，灰度补偿值曲线灵活，拓展性强，且可以选择多个补偿算法线性叠加得到。并且，本实施例所提供的方法还可以局部调节波形亮度。

请参考图7，图7为一种实施例的示波器的灰度补偿装置的结构示意图，包括数据采集处理模块301、二维波形数据转换模块302、灰度确定模块303、灰度补偿值确定模块304和灰度补偿模块305。

数据采集处理模块301用于对每个通道输入的信号进行数据采集和处理。

二维波形数据转换模块302用于将处理后的通道数据转换为二维的波形数据。

灰度确定模块303用于获取波形数据中平行于y轴的每一列波形像素点的点数；根据各列波形像素点的点数，分别确定各列波形像素点对应的灰度强度值。

灰度补偿值确定模块304用于根据波形像素点对应的灰度强度值，确定波形像素点对应的最大灰度强度值和最小灰度强度值；再根据最大灰度强度值和最小灰度强度值，确定波形像素点对应的灰度补偿值。

灰度补偿模块305用于根据波形像素点对应的灰度补偿值，对波形像素点对应的灰度强度值进行补偿。

在一实施例中，据波形像素点对应的灰度补偿值，对波形像素点对应的灰度强度值进行补偿，包括：

将波形像素点对应的灰度补偿值与该波形像素点对应的灰度强度值进行叠加，得到波形像素点的第一灰度强度值。

在一实施例中，将波形像素点对应的灰度补偿值与该波形像素点对应的灰度强度值进行叠加，包括：

获取示波器显示界面中所述波形像素点对应的背景亮度值；

将所述波形像素点对应的灰度补偿值、背景亮度值与灰度强度值进行叠加。

在一实施例中，还包括：

对波形像素点的第一灰度强度值进行颜色模式转换，得到波形像素点对应的RGB值。

在一实施例中，根据最大灰度强度值和最小灰度强度值，确定波形像素点对应的灰度补偿值，包括：

根据波形像素点对应的灰度强度值，按照多个预设灰度补偿算法，得到所述波形像素点对应的多个预选灰度补偿值；

根据最大灰度值和最小灰度值的差值大小，从多个预选灰度补偿值中选择一个作为灰度补偿值。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种示波器的灰度补偿方法，其特征在于，包括：

对每个通道输入的信号进行数据采集和处理；

将处理后的通道数据转换为二维的波形数据；

获取所述波形数据中平行于y轴的每一列波形像素点的点数；根据各列波形像素点的点数，分别确定各列波形像素点对应的灰度强度值；

根据所述波形像素点对应的灰度强度值，确定所述波形像素点对应的最大灰度强度值和最小灰度强度值；再根据所述最大灰度强度值和最小灰度强度值，确定所述波形像素点对应的灰度补偿值；

根据所述波形像素点对应的灰度补偿值，对所述波形像素点对应的灰度强度值进行补偿；

所述根据所述最大灰度强度值和最小灰度强度值，确定所述波形像素点对应的灰度补偿值，包括：

根据所述波形像素点对应的灰度强度值，按照多个预设灰度补偿算法，得到所述波形像素点对应的多个预选灰度补偿值；

根据所述最大灰度值和最小灰度值的差值大小，从所述多个预选灰度补偿值中选择一个作为灰度补偿值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述波形像素点对应的灰度补偿值，对所述波形像素点对应的灰度强度值进行补偿，包括：

将所述波形像素点对应的灰度补偿值与该波形像素点对应的灰度强度值进行叠加，得到所述波形像素点的第一灰度强度值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述波形像素点对应的灰度补偿值与该波形像素点对应的灰度强度值进行叠加，包括：

获取示波器显示界面中所述波形像素点对应的背景亮度值；

将所述波形像素点对应的灰度补偿值、背景亮度值与灰度强度值进行叠加。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，还包括：

对所述波形像素点的第一灰度强度值进行颜色模式转换，得到所述波形像素点对应的RGB值。

5.一种示波器的灰度补偿装置，其特征在于，包括：

数据采集处理模块，用于对每个通道输入的信号进行数据采集和处理；

二维波形数据转换模块，用于将处理后的通道数据转换为二维的波形数据；

灰度确定模块，用于获取所述波形数据中平行于y轴的每一列波形像素点的点数；根据各列波形像素点的点数，分别确定各列波形像素点对应的灰度强度值；

灰度补偿值确定模块，用于根据所述波形像素点对应的灰度强度值，确定所述波形像素点对应的最大灰度强度值和最小灰度强度值；再根据所述最大灰度强度值和最小灰度强度值，确定所述波形像素点对应的灰度补偿值；

灰度补偿模块，用于根据所述波形像素点对应的灰度补偿值，对所述波形像素点对应的灰度强度值进行补偿；

所述根据所述最大灰度强度值和最小灰度强度值，确定所述波形像素点对应的灰度补偿值，包括：

根据所述波形像素点对应的灰度强度值，按照多个预设灰度补偿算法，得到所述波形像素点对应的多个预选灰度补偿值；

根据所述最大灰度值和最小灰度值的差值大小，从所述多个预选灰度补偿值中选择一个作为灰度补偿值。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述根据所述波形像素点对应的灰度补偿值，对所述波形像素点对应的灰度强度值进行补偿，包括：

将所述波形像素点对应的灰度补偿值与该波形像素点对应的灰度强度值进行叠加，得到所述波形像素点的第一灰度强度值。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述将所述波形像素点对应的灰度补偿值与该波形像素点对应的灰度强度值进行叠加，包括：

获取示波器显示界面中所述波形像素点对应的背景亮度值；

将所述波形像素点对应的灰度补偿值、背景亮度值与灰度强度值进行叠加。

8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，还包括：

对所述波形像素点的第一灰度强度值进行颜色模式转换，得到所述波形像素点对应的RGB值。

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