DE4229084A1 - Automatic system for adjusting contrast of colour monitor - changes in incident light received by sensor result in computing compensation factor that is used to adjust contrast values - Google Patents

Automatic system for adjusting contrast of colour monitor - changes in incident light received by sensor result in computing compensation factor that is used to adjust contrast values

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Abstract

The colour graphics computer system provides control of the screen contrast to allow for changes in the ambient lighting level. The system has a lens (1) which focusses the ambient light onto a sensor (2) and the output is digitised (14). Maximum and minimum values are compared (18). The individual values for each colour component (8-10) are corrected by factors based upon the measured ambient brightness and are stored in memory (22-26) for transmission to the screen whenever the incident light received by the screen changes, the system responds to adjust the colour component settings. ADVANTAGE - Corrects for ambient brightness.

Description

Im folgenden wird eine Erweiterung für farbgrafikfähige Computer zur Anpassung des Bildschirmkontrasts an die Umgebungshelligkeit des Computerarbeitsplatzes beschrieben. In the following an extension for color graphics-capable computer is described for adjusting the screen contrast to the ambient brightness of the computer workstation.

Eine vergleichbare Erweiterung ist bis dato nicht bekannt. A similar extension is so far unknown. Eine automatische Kontrastanpassung wird bislang nur bei Flüssigkristall-Anzeigen (LCDs), die zum Beispiel in Quarzuhren oder tragbaren Rechnern verwendet werden, durchgeführt. An automatic contrast adjustment is so far only in liquid crystal displays (LCDs), which are used for example in quartz watches or portable computers carried out. Über einen Fotosensor wird dabei die Umgebungshelligkeit gemessen und die Hintergrundbeleuchtung der Anzeige entsprechend gesteuert. while the ambient brightness is measured by a photo sensor, and controls the backlight of the display accordingly.

Zum Stand der Technik gehört auch, daß bei RGB-Monitoren der Bildschirmkontrast über einen Regler eingestellt werden kann. also belongs to the prior art in that the display contrast can be adjusted via a regulator for RGB monitors. Die Kontrasteinstellung wird durch eine Änderung des Verstärkungsfaktors der analogen Rot-, Grün- und Blau-Komponenten bewirkt. The contrast setting is causing the gain of the analog red, green and blue by changing components. Bei abnehmenden Kontrast nimmt im RGB-Farbraum der Abstand der dargestellten Farben zueinander und zum Ursprung des RGB-Farbraums ab. With decreasing contrast in the RGB color space the distance between the colors represented takes another and to the origin of the RGB color space from.

Der wesentliche Vorteil einer automatischen Kontrastanpassung für RGB-Monitore liegt nun darin, daß die Lesbarkeit und die Sichtbarkeit des Bildschirminhaltes bei veränderlichen Beleuchtungsverhältnissen am Computerarbeitsplatz konstant gehalten wird. The main advantage of an automatic contrast adjustment for RGB monitors lies in the fact that the readability and visibility of the screen content is held constant at varying illumination conditions on the computer workstation. Damit wird die Arbeit am Computer ermüdungsfreier. In order for the computer work is tiring. Ein weiterer Vorteil besteht in der Vermeidung von unnötig hohen Kontrasteinstellungen. Another advantage is the avoidance of unnecessarily high contrast settings. Bei Kathodenstrahlröhren führt dieses zu einer marginal geringeren Emission von Röntgenstrahlung, da die Geschwindigkeit und somit die kinetische Energie der Elektronen beim Auftreffen auf dem Leuchtschirm reduziert wird. In cathode ray tubes this leads to a marginally lower emission of X-rays, because the velocity and hence the kinetic energy of the electrons is reduced when impinging on the phosphor screen.

Die Abbildung zeigt den Blockschaltplan der Kontraststeuerung. The figure shows the block diagram of the contrast control. Durch die Linse ( 1 ) wird das einfallende Licht gebündelt und vom Fotosensor ( 2 ) in eine elektrische Kenngröße (Widerstand oder Spannung) umgesetzt. Through the lens (1), the incident light is converged and converted by the photosensor (2) in an electrical characteristic (resistance or voltage). Durch den A/D-Wandler ( 14 ) wird die Helligkeit digitalisiert. By the A / D converter (14), the brightness is digitized. Die Abtastrate kann sehr niedrig gewählt werden. The sampling rate can be very low elected. Es ist ausreichend, wenn eine A/D-Wandlung zwischen zwei vertikalen Austastlücken erfolgt. It is sufficient if an A / D conversion is performed between two vertical blanking intervals. Funktionsblock ( 17 ) mittelt die Helligkeitswerte, damit kurzfristige Helligkeitsschwankungen ignoriert werden. Function block (17) averages the brightness values in order to short-term fluctuations in brightness are ignored. Die Trägheit der Kontrastanpassung wird von Zähler ( 31 ) gesteuert. The inertia of the contrast adjustment is controlled by counter (31). Dieser zählt die Anzahl der vertikalen Austastlücken. This counts the number of vertical blanking intervals. Wenn der Zählerstand "n" beträgt, wird der Zähler zurückgesetzt und das Signal "=0" während eines Vollbildes aktiviert. When the count "n" is, the counter is reset and the signal "= 0" during one frame enabled. Je größer "n" gewählt wird, desto seltener wird der Bildschirmkontrast angepaßt. The larger "n" is selected, the less the screen contrast is adjusted. Die digitale Helligkeitsinformation des A/D-Wandters ( 14 ) wird auch dem Minimum/Maximum-Speicher ( 16 ) zugeleitet. The digital brightness information of the A / D-wall-ester (14) is also sent to the minimum / maximum memory (16). Mit diesem sind auch zwei Taster ( 4 ; 5 ) verbunden, mit denen der Benutzer anzeigen kann, ob die maximal oder minimal vorkommende Beleuchtungsstärke am Arbeitsplatz erreicht ist. This two buttons (4, 5) are connected with which the user can indicate whether the maximum or minimum occurring illumination is achieved in the workplace. Dem Min/Max-Speicher ist ein Vergleicher ( 18 ) nachgeschaltet, der eine eventuelle, irrtümliche Vertauschung von Maximum und Minimum rückgängig macht. The min / max memory is followed by a comparator (18), which makes a possible, erroneous interchange of maximum and minimum reversed. Mittels des Vergleichers ist es sogar möglich, mit nur einem Taster auszukommen. By means of the comparator, it is even possible to make do with just one button. Die Ausgangswerte des Vergleichers werden im nicht-flüchtigen Konfigurationsspeicher ( 19 ) gespeichert. The output values of the comparator are stored in the non-volatile configuration memory (19). Die dort gespeicherten Werte bleiben nach dem Ausschalten des Rechners erhalten. The values ​​saved to be preserved after the computer is turned off. Als Speichertypen kommen dafür zum Beispiel EEPROMs oder akkugepufferte CMOS-RAMs in Frage. CMOS RAM for this purpose are, for example, EEPROM or battery backed into question as storage types. Mit dem Potentiometer ( 3 ) kann der maximale Kontrast-Ab schwächungsgrad eingestellt werden. With the potentiometer (3), the maximum contrast can be set-down degree of weakening. Mit dem A/D-Wandler ( 15 ) wird der Widerstandswert digitalisiert. With the A / D converter (15), the resistance value is digitized. Der Wert kann ebenfalls im Konfigurations-Speicher abgelegt werden. The value can also store configuration are stored in. Dieses ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Konfigurationsspeicher ( 19 ) über einen Systembus-Anschluß ( 6 ) verfügt. This is especially useful when the configuration memory (19) has a system terminal (6). Damit können die drei Werte dann auch programmgesteuert verändert oder abgefragt werden. Thus the three values ​​can then be programmatically changed or queried.

Die gemittelten Helligkeitswerte werden in Block ( 20 ) geclippt. The average brightness values are clipped in block (20). Wenn der Helligkeitswert am Eingang von Block ( 20 ) kleiner ist als das im Konfigurationsspeicher gespeicherte Helligkeitsminimum, wird dieser Wert ausgegeben. If the brightness value at the input of block (20) is smaller than the stored minimum brightness in the configuration memory, this value is output. Bei einer Überschreitung der maximalen Helligkeit wird das Maximum und bei Werten zwischen Minimum und Maximum der Eingangswert von Block ( 20 ) ausgegeben. When exceeding the maximum brightness, the maximum and at values between minimum and maximum input value of the block (20) is output. Mit der Clipping-Funktion wird sichergestellt, daß sich die Helligkeitswerte auch wirklich im vom Benutzer gewählten Intervall befinden. With the clipping feature ensures that the brightness values ​​really are in user-selected interval.

Die Hauptkomponente der Erweiterung ist in Block ( 32 ) untergebracht. The main component of the expansion is accommodated in block (32). Von dort wird die Initialisierung der statischen RAMs ( 22 ; 25 ; 28 ) gesteuert. From there, the initialization of the static RAM is controlled (22; 28; 25). Wenn die SRAMs initialisiert sind, so werden durch die Adreß-Multiplexer ( 21 ; 24 ; 27 ) die digitalen Farbkomponenten ( 8 ; 9 ; 10 ) an die Adreßeingänge der RAMs angelegt. (24; 27 21) the digital color component (8; 9; 10) when the SRAMs are initialized so by the address multiplexer are applied to the address inputs of the RAMs. Die Multiplexer ( 23 ; 26 ; 29 ) sorgen dafür, daß die Datenleitungen der Speicherbausteine mit den Eingängen des Video-Digital/Analog-Wandlers ( 11 ; 12 ; 13 ) verbunden werden. The multiplexer (23; 26; 29) ensure that the data lines of the memory devices to the inputs of the video digital / analog converter (11; 12; 13) are connected. Wenn während einer vertikalen Austastlücke die RAMs neu initialisiert werden, ändern sich die Datenströme. If the RAM is initialized during a vertical blanking interval, the data streams to change.

Dann verbinden die Adreß-Multiplexer ( 21 ; 24 ; 27 ) die Ausgänge des Adreß-Zählers ( 30 ) mit den Adreß-Eingängen der SRAMs. Then, connect the address multiplexer (21; 24; 27), the outputs of the address counter (30) with the address inputs of the SRAM. Die Datenleitungen des RAMs, die nun auf Eingang geschaltet sind, werden mit den Ausgängen des RAM-Initialisierers ( 32 ) verbunden. The data lines of the RAM, which are now connected to the input are connected to the outputs of the RAM initializer (32).

Die Rechen-Operationen des RAM-Initialisierers sind im folgenden dargestellt: The computing operations of the RAM initializer are shown below:

Zunächst wird die relative Umgebungshelligkeit bestimmt: First, the relative ambient brightness is determined:

Die Werte von rHelligkeit liegen im geschlossenen Intervall von null bis eins. The values ​​of rHelligkeit are in the closed range from zero to one.

Damit die nachfolgenden Gleichungen transparenter werden, sollen folgende Annahmen gemacht werden: So that the following equations are transparent, the following assumptions should be made:

  • - Die Auflösung des A/D-Wandlers ( 15 ) betrage 8 Bit, dieser 8-Bit-Wert heiße MinFaktor - The resolution of the A / D converter (15) amounts to 8 bit, this 8-bit value hot MinFaktor
  • - Die Rot-, Grün- und Blau-Komponenten haben ebenfalls eine Tiefe von 8 Bit. - The red, green and blue components also have a depth of 8 bits.

MinFaktor/255 ist der Faktor, um den die Farbkomponenten maximal abgeschwächt werden dürfen. MinFaktor / 255 is the factor may be a maximum attenuated by the color components.

Der Faktor mit dem alle Farbkomponenten zu multiplizieren sind (MulFaktor), ergibt sich nun so: multiply the factor by which all color components (MulFaktor), there is now this:

also: so:

R′ = R * MulFaktor R '= R * MulFaktor
G′ = G * MulFaktor G '= G * MulFaktor
B′ = B * MulFaktor. B '= B * MulFaktor.
(R′, G′ und B′ bezeichnen die RGB-Ausgangssignale ( 11 ; 12 ; 13 ). (R ', G' and B 'denote the RGB output signals (11; 12; 13).

Damit Integer-Arithmetik benutzt werden kann, werden die Farbkomponenten mit dem Zähler des Bruchs (MulFaktorZ) multipliziert und anschließend durch den Nenner geteilt, also: So integer arithmetic can be used, the color components are then shared with the numerator of the fraction (MulFaktorZ) multiplied by the denominator, that is:

R′ = R * MulFaktorZ/255 ("/" ist das Divisionszeichen) R '= R * MulFaktorZ / 255 ( "/" is the division sign)
G′ = G * MulFaktorZ/255 G '= G * MulFaktorZ / 255
B′ = B * MulFaktorZ/255. B '= B * MulFaktorZ / 255th

Um nicht jeden eintreffenden Farbwert durch 255 teilen zu müssen, bietet sich ein Trick an: To have to share not every incoming color value by 255, a trick offers

R′ = R * MulFaktorZ/255 * 256/256 R '= R * MulFaktorZ / 255 * 256/256
G′ = G * MulFaktorZ/255 * 256/256 G '= G * MulFaktorZ / 255 * 256/256
B′ = B * MulFaktorZ/255 * 256/256. B '= B * MulFaktorZ / 255 * 256/256.

R′ = R * (256 * MulFaktorZ/255)/256 R '= R * (256 * MulFaktorZ / 255) / 256
G′ = G * (256 * MulFaktorZ/255)/256 G '= G * (256 * MulFaktorZ / 255) / 256
B′ = B * (256 * MulFaktorZ/255)/256. B '= B * (256 * MulFaktorZ / 255) / 256th

Der Term "256 * MulFaktorZ/255" wird im folgenden kurz mit "MulFaktor2" bezeichnet. The term "256 * MulFaktorZ / 255" is referred to below as "MulFaktor2".

Die Ganzzahl-Division durch 256 ist trivial, da einfach nur die unteren 8 Bit ignoriert werden müssen. The integer division by 256 is trivial, simply because only the lower 8 bits to be ignored.

Die Multiplikation wird durch den Einsatz der SRAMs vermieden. The multiplication is avoided by the use of SRAMs. Die notwendige Initialisierung der RAMs während einer vertikalen Austastlücke verläuft so: In einem Latch, das bei obigen Annahmen 16 Bits breit sein muß, wird die Variable x gehalten. The necessary initialization of the RAM during a vertical blanking period runs as follows: In a latch, which must be at above assumptions, 16 bits wide, the variable x is kept. Diese wird zunächst auf null gesetzt. This is initially set to zero.

Der Zähler ( 30 ) adressiert nun die Speicherzelle 0 der drei Speicher und schreibt in diese den Wert von x. The counter (30) is now addressing the memory cell 0 of the three stores and writes to the value of x. Dann wird x um MulFaktor2 erhöht und das höherwertige Byte in die Speicherzelle 1 geschrieben usw. Die Initialisierung ist beendet, wenn in die Speicherzelle 255 der Wert 255 * MulFaktor2/256 geschrieben wurde. Then x is increased to MulFaktor2 and the high byte written to the memory cell 1, etc. The initialization is complete when / 256 was written into the memory cell 255 of 255 * MulFaktor2.

Nach einer Initialisierung würde der Speicherinhalt der drei SRAMs bei obigen Annahmen so aussehen: After initialization, the memory content of the three SRAMs would look at above assumptions like this:
Adresse 0: 0 * MulFaktor2/256 Address 0: 0 * MulFaktor2 / 256
Adresse 1: 1 * MulFaktor2/256 Address 1: * 1 MulFaktor2 / 256
Adresse 2: 2 * MulFaktor2/256 Address 2: 2 * MulFaktor2 / 256
Adresse 3: 3 * MulFaktor2/256 Address 3: 3 * MulFaktor2 / 256
. , . , . ,
Adresse 255 : 255 * MulFaktor2/256. Address 255: 255 * MulFaktor2 / 256th

Die Kontrastanpassung ist um so besser, je größer die Farbtiefe ist. The contrast adjustment is all the better, the greater the color depth. Eine Farbtiefe von 8 Bit pro Farbkomponente ist praktisch das Optimum, weil dabei eine Änderung des Bildschirmkontrasts sehr "weich" und vom Benutzer fast unbemerkt erfolgen kann. A color depth of 8 bits per color component is practically the optimum, because this change the screen contrast can very "soft" and carried by the user almost unnoticed. Selbstverständlich kann die Farbtiefe auch niedriger gewählt werden und die Rot-, Grün- und Blau-Farbkomponenten können auch unterschiedlich viele Bits aufweisen. Of course, the color depth may also be chosen lower and the red, green and blue color components may also have different number of bits.

Bei palettenorientierten Farbgrafiksystemen kann die beschriebene Erweiterung überwiegend programmgesteuert realisiert werden, da es ausreicht, nach einigen Vollbildern in der vertikalen Austastlücke die Farbpalette zu ändern. In palette-oriented color graphic systems, after a few frames of the extension described can be mainly realized programmatically, since it is sufficient, in the vertical blanking interval to change the color palette. Der Schaltungsbedarf für die Erweiterung würde sich dann auf den Fotosensor und dem dazugehörigen A/D-Wandler mit Systeminterface beschränken. The circuit required for the expansion would then be limited to the photosensor and the corresponding A / D converter system interface.

Bei True-Color-Systemen ist eine weiterreichende Verlagerung der Aufgaben in ein Programm nicht möglich, da nur mit den zusätzlichen SRAMs der Kontrast schnell genug angepaßt werden kann. In true-color systems, a broader shift in responsibilities is not possible in a program, there can be adjusted only with the additional SRAMs contrast fast enough. Die Zugriffszeit der zu wählenden SRAMs hängt ganz von der maximalen Auflösung ab. The access time of the SRAM to be selected depends on the maximum resolution.

Einige Funktionsblöcke der Erweiterung (außer 21 - 29 ) ließen sich gut in einem Micro-Controller unterbringen. Some functional blocks of the extension (except 21-29) could be well accommodated in a micro-controller.

Claims (1)

  1. Schaltungsergänzung für RGB-Farbgrafiksysteme mit beliebiger Farbtiefe zur Kontrastanpassung des Monitorbildes an die Umgebungshelligkeit des Computerarbeitsplatzes, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: Circuit complements RGB color graphics systems with any color depth to contrast adjustment of the monitor image to the ambient brightness of the computer workstation, characterized by the following features:
    • - Der Kontrast wird so gesteuert, daß er proportional zur Umgebungshelligkeit zunimmt. - The contrast is controlled so that it increases in proportion to the ambient brightness.
    • - Der Kontrast wird dadurch gesteuert, daß die digitalen Rot-, Grün- und Blau-Komponenten, die von der Videologik des jeweiligen Computers stammen, vor ihrer Weiterleitung an den Video-Digital/Analog-Wandler um einen bestimmten Faktor verkleinert werden. - The contrast is thereby controlled so that the digital red, green and blue components, which are reduced in size prior to their transmission to the video digital / analog converter by a certain factor derived from the video logic of the respective computer. Durch die Verringerung der RGB-Komponenten werden die Farben näher zum Ursprung des RGB-Farbraums gezogen und heben sich zunehmend weniger voneinander ab. By reducing the RGB component colors will be drawn closer to the origin of the RGB color space and stand out less and less from each other. Um einen analogen Effekt im YUV-Farbraum zu erzielen, muß lediglich die V-Komponente verringert werden. To achieve a similar effect in the YUV color space, only the V component must be reduced.
    • - Der Grad der Abschwächung ist abhängig vom Wert (hier: Widerstand) eines Fotosensors, vor dem eine konvexe Linse zur Fokussierung montiert werden kann. - The degree of attenuation depends on the value (in this case resistance) of a photo-sensor, in which a convex lens can be mounted for focusing.
    • - Die Herunterskalierung der Farbkomponenten wird mit drei (für Rot, Grün und Blau je einen) schnellen Speichern, vorzugsweise mit statischen RAMs, erledigt. - The downscaling of the color components is done with three (red, green and blue depending on a) rapid storage, preferably with static RAMs. Je eine Farbkomponente wird an den Adressbus eines Speichers angeschlossen. Per one color component of a memory is connected to the address bus. Am Datenbus liegt dann die herunterskalierte Farbkomponente an. At the bus then the scaled-down color component is present. Die Initialisierung der drei Speicher erfolgt in der vertikalen Austastlücke. The initialization of the three storage takes place in the vertical blanking interval.
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