CN113709418A - 一种具有测光功能的监视器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有测光功能的监视器，接收外部视频信号后，通过比较各像素的亮度值和FPGA内预设的上下限值，将超高亮度与超低亮度的信号在FPGA内部分别渲染成不同的颜色，后将着色的信号与标准信号一起输出至屏幕进行显示，高于下限值且低于上限值的信号所生成的图像显示为透明、半透明、不透明中的一种，低于下限值的低亮信号所生成的图像显示为第一种颜色，高于上限值的高亮信号所生成的图像显示为第二种颜色，使用户简单快速地判断视频图像信号中的高或低超标区位，进而及时调整被拍摄物体的布光情况，从而使视频图像信号达到使用者理想的要求。

Description

一种具有测光功能的监视器

技术领域

本发明属于监视器技术领域，具体涉及一种具有测光功能的监视器。

背景技术

目前的监视器，相对传统和单一，其主要功能有：接收输入信号(如SDI、HDMI、复合视频等)，并进行图像缩放等处理，而后输出到屏幕上进行显示。使用监视器的主要目的之一，是为了判断视频信号是否符合使用者对输入视频的标准要求，但目前的监视器，只能判断高亮信号，不能判断低亮信号，例如：当某个区域的信号强度，设计定义应为0.1V，但因为摄像现场光线强度不足，而造成此区域信号强度低于0.1V，这种情况出现时，单凭肉眼不能判断。

发明内容

针对目前监视器只能判断高亮信号、不能判断低亮信号的不足，本发明的目的在于提出一种具有测光功能的监视器，该监视器能够同时识别输入信号的过高幅度和过低幅度，并分别采用不同的颜色标识出来，同时开放用户自定义幅度设置。

本发明的目的是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种具有测光功能的监视器，采用MCU+FPGA的电路结构，该FPGA处理电路包括色彩空间转换模块、超标定位模块、LVDS输出模块，色彩空间转换模块，用于对输入至FPGA处理电路的视频信号进行YCbCr与RGB的互转，得到输入信号各像素的亮度值Y和RGB值；超标定位模块，用于比较各像素的亮度值Y和FPGA处理电路中预设的上下限值，并根据比较结果对低于下限值的像素、高于上限值的像素分别进行着色；LVDS输出模块，用于将经超标定位模块处理后的视频信号转换为LVDS信号并输出至屏幕进行显示，高于下限值且低于上限值的信号所生成的图像显示为透明、半透明、不透明中的一种，低于下限值的低亮信号所生成的图像显示为第一种颜色，高于上限值的高亮信号所生成的图像显示为第二种颜色。

本发明提出的监视器接收外部视频信号后，通过比较各像素的亮度值和FPGA内预设的上下限值，将超高亮度与超低亮度的信号在FPGA内部分别渲染成不同的颜色，后将着色的信号与标准信号一起输出至屏幕进行显示，使用户简单快速地判断视频图像信号中的高或低超标区委，进而及时调整被拍摄物体的布光情况，从而使视频图像信号达到使用者理想的要求。

进一步的，监视器具有设置上下限IRE值的按键；用户触发按键后，MCU控制模块对输入的上下限IRE值进行换算得到对应的亮度值，后经由UART通信接口或SPI通信接口将其传入FPGA处理电路中作为预设的上下限值，进而满足不同用户的需求。

进一步的，输出至屏幕的图像上叠加超标定位指示条；超标定位指示条的外框与刻度值由MCU控制模块产生，外框在图像上的位置及外框内部的色条由FPGA处理电路产生，MCU控制模块采用RGB数据方式产生具有刻度值的外框，并将其与着色完成的信号一同在指定位置叠加并传送至FPGA处理电路，再次与内部色条叠加，刻度值小于下限值的外框内部区域渲染成第一种颜色、刻度值大于下限值且小于上限值的外框内部区域渲染成黑色、刻度值大于上限值的外框内部区域渲染成第二种颜色。

用户观测图像时，借助超标定位指示条的存在，能快速找到低于、高于、正常标准值的信号值范围。

进一步的，监视器具有开启/关闭超标区域判断的按键设定，便于用户的灵活操控。

进一步的，监视器还包括一个电源极性接反发声提示电路；该电源极性接反发声提示电路包括依次串接的电阻R3、有源蜂鸣器D10、电阻R4、电阻R5，电阻R5接地，电阻R3与第一二极管的阳极电性连接，第一二极管的阴极电性连接至移动电源的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上，移动电源的负极接口接地。

移动电源包括电池、输出DC电源的小型发电机；第一二极管包括二极管D3和二极管D4，二极管D4的阳极与电阻R3电性连接、其阴极电性连接至电池J1的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上，二极管D3的阳极与电阻R3电性连接、其阴极电性连接至DC电源J2的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上。

本发明借助电源极性接反发声提示电路，在移动电源的正、负极接反时，及时发出声音提醒，让用户第一时间纠正错误。

进一步的，监视器还包括一个电源极性接反保护电路；该电源极性接反保护电路包括第二二极管、二极管D5，第二二极管设置于移动电源的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上、且第二二极管的阳极与移动电源的正极接口电性连接，移动电源的负极接口接地；二极管D5的阳极接地，其阴极电性连接至第二二极管的阴极与监视器的内部电路之间的线路上。

移动电源包括电池、输出DC电源的小型发电机；第二二极管包括二极管D1和二极管D2，二极管D1设置于电池J1的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上、且二极管D1的阳极与电池J1的正极接口电性连接，二极管D2设置于DC电源J2的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上、且二极管D2的阳极与DC电源J2的正极接口电性连接。

本发明借助电源极性接反保护电路，在移动电源的正、负极接反时，保护监视器的内部电路不被损坏。

进一步的，监视器还包括一个电量检测电路；该电量检测电路包括串接的电阻R1和电阻R2，电阻R1电性连接至电池J1的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上，电阻R2接地；电阻R1与电阻R2之间的线路通过ADC变换接口与MCU控制模块电性连接。

本发明借助电量检测电路，在电池电量将要耗尽时，及时发出图示提醒，让用户尽快更换电池。

进一步的，监视器中还包括一个智能亮度补偿电路；该智能亮度补偿电路包括光敏传感器、背光亮度控制电路，光敏传感器通过IIC通信接口与MCU控制模块电性连接；MCU控制模块输出控制信号至背光亮度控制电路。

在外部环境光不断变化影响用户正常观看监视器时，智能亮度补偿电路自动检测环境光变化，使监视器自动调节显示亮度，从而抵消环境光变化给用户带来的影响。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例,并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一种具有测光功能的监视器的电路连接示意图。

图2是本发明提出的监视器实现测光功能的模块框图。

图3是本发明一种具有测光功能的监视器的工作流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

请参阅图1，本发明一种具有测光功能的监视器，采用MCU+FPGA的电路结构，MCU作为控制电路，用于完成内外部通讯、USB数据读取以及各种控制信息的采集与处理；FPGA作为处理电路，用于完成音频、视频输入信号的分析与处理并将处理完成的信号输出至屏幕进行显示。同时，还可通过USB线对监视器进行升级，控制监视器生成测试图形，对监视器进行色彩校正。

请同时参阅图2，该FPGA处理电路包括色彩空间转换模块、超标定位模块、LVDS输出模块，色彩空间转换模块，用于对输入至FPGA处理电路的视频信号进行YCbCr与RGB的互转，得到各像素的亮度值Y和RGB值；超标定位模块，用于比较各像素的亮度值Y和FPGA处理电路中预设的上下限值，并根据比较结果对低于下限值的像素、高于上限值的像素分别进行着色，而后将着色完成的信号、超标定位指示条进行叠加；LVDS输出模块，用于将经超标定位模块处理后的视频信号转换为LVDS信号并输出至屏幕进行显示，高于下限值且低于上限值的信号所生成的图像显示为透明(原图)、半透明、不透明(全黑)中的任一种，低于下限值的低亮信号所生成的图像显示为第一种颜色，高于上限值的高亮信号所生成的图像显示为第二种颜色，从而达到快速判断超标信号的目的。

下面以采用10bit系统的监视器为具体实施例对前述测光功能进行详细说明。

对于采用10bit系统的监视器，单个像素的亮度值Y的取值范围为0～1023.依据电平值和亮度值的转换公式：IRE＝[(Y-64)/(940-64)]*100％，可得到以IRE为单位的电平值的对应范围为-7.3％～109.4％，其中Y值64对应0IRE、Y值940对应100IRE。同时，考虑到用户的需求不同，本发明提出的监视器开放用户自定义幅度设置，即用户可通过监视器上的按键设置上下限值(以IRE为单位)，MCU控制模块接收输入的上下限IRE值后，换算出对应的亮度值、并经由UART通信接口将其传入FPGA处理电路中作为预设的上下限值。当然在本发明的其他实施例中，如果监视器采用非10bit的系统，此时需要对前述电平值和亮度值的转换公式中的参数64、940进行相应调整；此外，也可经由SPI通信接口将MCU控制模块换算得到的亮度值传入FPGA处理电路中作为预设的上下限值。

在广播级视频系统中，图像信号的安全电平值在0IRE至100IRE之间，因而FPGA电路中预设的下限值Y(将其定义为lower_limit)为64(对应0IRE)、上限值Y(将其定义为upper_limit)为940(对应100IRE)。超标定位模块以前述两个阈值为参照，通过比较输入像素的亮度值Y与上下限值的大小关系，重新映射该像素的RGB值(即进行着色)，具体的映射规则为：

注：Y_in为输入像素的亮度值，*_in为输入像素的RGB值，*_out为输出像素的RGB值。

对输入至FPGA处理电路中的视频信号进行YCbCr与RGB的互转后，假定现有三个像素点，其中像素点1的亮度值Y1＝1000、像素点2的亮度值Y2＝46、像素点3的亮度值Y3＝676，由于Y1＞940，则像素点1的输出RGB值为{1019,1019,1019}，那么像素1所生成的图像在屏幕上显示为白色；由于Y2小于64，则像素点2的输出RGB值为{4,4,4}，那么像素2所生成的图像在屏幕上显示为紫色；由于64＜676＜940，则像素点3的输出RGB值可以是{660,740,90}或者{330,370,45}(各通道值乘系数0.5)或者{4,4,4}，那么像素3所生成的图像在屏幕上显示为透明、或者半透明、或者不透明。

为方便用户对着色区域亮度范围迅速识别，本发明还在图像上叠加显示超标定位指示条。超标定位指示条的外框与刻度值由MCU控制模块产生，外框在图像上的位置及外框内部的色条由FPGA处理电路产生，MCU控制模块采用RGB数据方式产生具有刻度值的外框，并将其与着色完成的信号一同在指定位置叠加并传送至FPGA处理电路，再次与内部色条叠加，刻度值小于下限值的外框内部区域渲染成第一种颜色、刻度值大于下限值且小于上限值的外框内部区域渲染成黑色、刻度值大于上限值的外框内部区域渲染成第二种颜色，形成完整的超标定位指示条。

对于采用10bit系统的监视器，FPGA处理电路预先设置外框在图像上的显示位置x_point、y_point，外框的宽度为x_size、高度为y_size，其中y_size默认值1024，对应10bit系统的亮度取值范围0～1023.定义每一帧开始时，disp_cnt初始值为1023(即y_size-1)，disp_cnt值对应超标定位模块的亮度值Y，指示条刻度采用IRE值标注；依据图像同步和有效信号进行计数，当计数到指示条指定位置时，每显示一行，disp_cnt值减1，直至取值为0，结束。超标定位指示条的外框内部区域图像RGB值根据disp_cnt值进行替换，替换规则如下：

依据前述替换规则，最终在监视器的屏幕上显示的超标定位指示条为：刻度值小于下限值的外框内部区域图像显示为紫色，刻度值大于下限值且小于上限值的外框内部区域图像显示为黑色，刻度值大于上限值的外框内部区域图像显示为白色，直观显示低于、高于、正常标准值的信号值范围。

请参阅图3，本发明设计的监视器在使用时，当电源接通后，MCU控制模块、FPGA处理电路自行启动，触发开启测光功能的按键后，MCU向FPGA发送指令以超标区域判断方式向屏幕输出图像，不同像素所生成的图像分别呈现白色、黑色、紫色，并且图像的右侧显示超标定位指示条，根据超标定位指示条的刻度值，可快速找到超标信号值的范围。当然用户如果希望调整正常标准值区间范围，可通过监视器上的按键调整上下限值(以IRE为单位)，信号刻度标尺会实时反映调整后的值，外框内的白色图像区域、黑色图像区域、紫色图像区域的高度会相应改变，进而屏幕上的显示图像，也会跟随用户的调整而实时变化。

更进一步的，考虑到监视器需要经常用到移动电源(例如电池、输出DC电源的小型发电机)，有时需要用户自行搭接电源的正负极，如果极性接反，会造成监视器因为供电异常而不工作。为解决此问题，本发明还在监视器中设计一个电源极性接反发声提示电路。

请参阅图1，该电源极性接反发声提示电路包括依次串接的电阻R3、有源蜂鸣器D10、电阻R4、电阻R5，电阻R5接地，电阻R3分别与二极管D3的阳极、二极管D4的阳极电性连接，二极管D4的阴极电性连接至电池J1的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上，二极管D3的阴极电性连接至DC电源J2的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上，电池J1的负极接口、DC电源J2的负极接口均接地。

当监视器使用移动电源时，如果电池的正负极正确连接，则二极管D3或者二极管D4不导通，电源极性接反发声提示电路不工作；如果电池的正负极接反，则二极管D3或者二极管D4导通，电阻R3、电阻R4、电阻R5起限流作用，有源蜂鸣器D10导通并发声，提示用户移动电源的极性接反，使用户第一时间纠正错误，避免极性接反造成监视器因为供电异常而不工作的现象。

更进一步的，为避免移动电源的极性接反时造成监视器的内部电路烧坏的现象，本发明在监视器中还设计一个电源极性接反保护电路。

请参阅图1，该电源极性接反保护电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D5，二极管D1设置于电池J1的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上、且二极管D1的阳极与电池J1的正极接口电性连接，二极管D2设置于DC电源J2的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上、且二极管D2的阳极与DC电源J2的正极接口电性连接；二极管D5的阳极接地，其阴极分别电性连接至二极管D1的阴极与监视器的内部电路之间的线路、二极管D2的阴极与监视器的内部电路之间的线路上。

当监视器使用移动电源时，如果电池的正负极正确连接，则二极管D1或者二极管D2导通、二极管D5不导通，电源极性接反保护电路不工作，移动电源正常向监视器的内部电路供电；如果电池的正负极接反，则二极管D1或者二极管D2不导通、二极管D5导通，借助二极管D5的压降作用将后级电压钳位在0.2～0.5V，从而保护后级电路安全，避免监视器的内部电路烧坏的现象。

更进一步的，考虑到监视器在使用移动电源工作时，如果没有适当的提示，一旦电池的电量过低，会造成监视器突然不工作。为解决此问题，本发明在监视器中还设计一种电量检测电路。

请参阅图1，该电量检测电路包括串接的电阻R1和电阻R2，电阻R1电性连接至电池J1的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上，电阻R2接地；电阻R1与电阻R2之间的线路通过ADC变换接口与MCU控制模块电性连接。

请参阅图3，当监视器使用电池J1时，触发开启电量检测功能的按键后，电阻R1和电阻R2通过分压采样，将电池J1的电压变化通过ADC变换接口实时发送至MCU控制模块，MCU控制模块收到分压采样信号后，通过数字化模块将分压采样信号数字化，后经由UART接口将转换后的数字信号发送至FPGA处理电路，并与输入至FPGA的视频信号进行叠加，最后通过FPGA输出显示至屏幕上。当电池电量将要耗尽时及时发出图示提醒，让用户尽快更换电池。

更进一步的，考虑到监视器需要经常在强光下观看，当强光直射到屏幕上而产生反光时，会造成人眼看不清监视器屏幕上的图像，此时通常手动调节屏幕的显示亮度，但手动调节过程会打断正常的观看进度，并且环境光变化不定，用户很难实时地手动调整。为解决此问题，本发明在监视器中还设计一个智能亮度补偿电路。

该智能亮度补偿电路包括光敏传感器、背光亮度控制电路，光敏传感器通过IIC通信接口与MCU控制模块电性连接；MCU控制模块输出控制信号至背光亮度控制电路，背光亮度控制电路为现有成熟电路，在此不再详述。

请参阅图3，监视器在使用时，触发开启智能亮度补偿功能的按键后，光敏传感器检测外部环境的光线强度变化，并以数字化的方式，将所采集的光信号通过IIC通信接口传送至MCU控制模块；MCU根据变化数据，计算应调节的显示亮度量，向背光亮度控制电路发送控制信号；背光亮度控制电路通过改变输出的受控电源电压值的大小，改变屏幕的显示亮度，进而抵消环境光变化给用户带来的影响。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种具有测光功能的监视器，采用MCU+FPGA的电路结构，其特征是该FPGA处理电路包括色彩空间转换模块、超标定位模块、LVDS输出模块，色彩空间转换模块，用于对输入至FPGA处理电路的视频信号进行YCbCr与RGB的互转，得到各像素的亮度值Y和RGB值；超标定位模块，用于比较输入信号各像素的亮度值Y和FPGA处理电路中预设的上下限值，并根据比较结果对低于下限值的像素、高于上限值的像素分别进行着色；LVDS输出模块，用于将经超标定位模块处理后的视频信号转换为LVDS信号并输出至屏幕进行显示，高于下限值且低于上限值的信号所生成的图像显示为透明、半透明、不透明中的一种，低于下限值的低亮信号所生成的图像显示为第一种颜色，高于上限值的高亮信号所生成的图像显示为第二种颜色。

2.根据权利要求1所述的一种具有测光功能的监视器，其特征是监视器具有设置上下限IRE值的按键；用户触发按键后，MCU控制模块对输入的上下限IRE值进行换算得到对应的亮度值，后经由UART通信接口或SPI通信接口将其传入FPGA处理电路中作为预设的上下限值。

3.根据权利要求1所述的一种具有测光功能的监视器，其特征是输出至屏幕的图像上叠加超标定位指示条；超标定位指示条的外框与刻度值由MCU控制模块产生，外框在图像上的位置及外框内部的色条由FPGA处理电路产生，MCU控制模块采用RGB数据方式产生具有刻度值的外框，并将其与着色完成的信号一同在指定位置叠加并传送至FPGA处理电路，再次与内部色条叠加，刻度值小于下限值的外框内部区域渲染成第一种颜色、刻度值大于下限值且小于上限值的外框内部区域渲染成黑色、刻度值大于上限值的外框内部区域渲染成第二种颜色。

4.根据权利要求3所述的一种具有测光功能的监视器，其特征是监视器具有开启/关闭超标区域判断的按键设定。

5.根据权利要求1所述的一种具有测光功能的监视器，其特征是监视器还包括一个电源极性接反发声提示电路；该电源极性接反发声提示电路包括依次串接的电阻R3、有源蜂鸣器D10、电阻R4、电阻R5，电阻R5接地，电阻R3与第一二极管的阳极电性连接，第一二极管的阴极电性连接至移动电源的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上，移动电源的负极接口接地。

6.根据权利要求5所述的一种具有测光功能的监视器，其特征是移动电源包括电池、输出DC电源的小型发电机；第一二极管包括二极管D3和二极管D4，二极管D4的阳极与电阻R3电性连接、其阴极电性连接至电池J1的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上，二极管D3的阳极与电阻R3电性连接、其阴极电性连接至DC电源J2的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上。

7.根据权利要求1所述的一种具有测光功能的监视器，其特征是监视器还包括一个电源极性接反保护电路；该电源极性接反保护电路包括第二二极管、二极管D5，第二二极管设置于移动电源的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上、且第二二极管的阳极与移动电源的正极接口电性连接，移动电源的负极接口接地；二极管D5的阳极接地，其阴极电性连接至第二二极管的阴极与监视器的内部电路之间的线路上。

8.根据权利要求7所述的一种具有测光功能的监视器，其特征是移动电源包括电池、输出DC电源的小型发电机；第二二极管包括二极管D1和二极管D2，二极管D1设置于电池J1的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上、且二极管D1的阳极与电池J1的正极接口电性连接，二极管D2设置于DC电源J2的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上、且二极管D2的阳极与DC电源J2的正极接口电性连接。

9.根据权利要求1所述的一种具有测光功能的监视器，其特征是监视器还包括一个电量检测电路；该电量检测电路包括串接的电阻R1和电阻R2，电阻R1电性连接至电池J1的正极接口与监视器的内部电路之间的线路上，电阻R2接地；电阻R1与电阻R2之间的线路通过ADC变换接口与MCU控制模块电性连接。

10.根据权利要求1所述的一种具有测光功能的监视器，其特征是监视器还包括一个智能亮度补偿电路；该智能亮度补偿电路包括光敏传感器、背光亮度控制电路，光敏传感器通过IIC通信接口与MCU控制模块电性连接；MCU控制模块输出控制信号至背光亮度控制电路。

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