一種基於LED的多功能自動顯示系統的製作方法

2023-10-28 13:47:07

本發明涉及led領域，具體是一種基於led的多功能自動顯示系統。

背景技術：

20世紀90年代led技術的長足進步,不僅是發光效率超過了白熾燈,光強達到了燭光級,而且顏色也從紅色到藍色覆蓋了整個可見光譜範圍,這種從指示燈水平到超過通用光源水平的技術革命導致各種新的應用,諸如汽車信號燈、交通信號燈、室外全色大型顯示屏以及特殊的照明光.

眾所周知，led由於具有節能、環保、可光控、固體化、長壽命等很多優點，已經被廣泛應用於城市的公共照明、辦公及室內照明等各個領域。led的優勢突出，若將用作信號傳遞工具，既美觀，又能夠直觀向用戶傳遞信息，從而能夠顯著提升用戶體驗。

技術實現要素：

本發明提供一種基於led的多功能自動顯示系統，為解決本發明的技術問題所採取的技術方案是：

一種基於led的多功能自動顯示系統，所述系統包括視頻攝取模塊、圖像處理模塊、綜合管控模塊、顯示模塊、輸入模塊、led點陣控制器、led點陣驅動器以及led光源點陣；所述視頻攝取模塊、圖像處理模塊、顯示模塊、輸入模塊以及led點陣控制器均與所述綜合管控模塊通訊連接；

所述視頻攝取模塊實時獲取視頻圖像並將所述視頻圖像傳輸至所述圖像處理模塊，所述圖像處理模塊對所述視頻圖像進行分析，獲取分析結果，並將所述分析結果發送至所述綜合管控模塊；所述顯示模塊用於向用戶顯示led光源點陣被點亮的場景；所述輸入模塊用於用戶向所述綜合管控模塊輸入所述基於led的多功能自動顯示系統所需參數；

所述led點陣控制器與所述led點陣驅動器通訊連接；所述led點陣驅動器與所述led光源點陣通訊連接。

進一步地，所述led光源點陣為多個led光源點構成的點陣，每一個led光源點均由一個六角rgb三基色led燈珠構成，每個六角rgb三基色led燈珠均被焊接於一鋁基板之上，所述鋁基板被散熱膠固定於散熱器之上。

進一步地，所述綜合管控模塊包括：

第一映射表管理模塊，用於管理消息對照表，所述消息對照表用於管理圖像處理模塊的分析結果與點陣顯示消息的對照關係；

點陣顯示消息獲取模塊，用於根據像分析模塊的分析結果得到點陣顯示消息；

初始化參數獲取模塊，用於獲取用戶輸入的初始化參數和圖像信息；

第一傳輸模塊，用於將所述點陣顯示消息和所述初始化參數輸入至所述led點陣控制器。

進一步地，所述led點陣控制器包括：

第二映射表管理模塊，用於管理點陣顯示映射表以及點陣顯示參數映射表，所述點陣顯示映射表用於表徵點陣顯示消息與點陣顯示出的圖像信息的映射關係；所述點陣顯示參數映射表用於表徵點陣顯示消息與點陣顯示參數的映射關係；

點陣顯示信令初始生成單元，用於根據點陣顯示消息以及初始化參數生成點陣顯示初始信令；

點陣顯示信令二次生成單元，用於根據所述點陣顯示參數以及點陣顯示初始信令生成點陣顯示二級信令；

佔空信號生成單元，用於根據點陣顯示初始信令以及點陣顯示二級信令生成佔空信號，並將所述佔空信號傳輸至led點陣驅動器；

第二傳輸單元，用於將點陣顯示初始信令以及點陣顯示二級信令傳輸至led點陣驅動器。

進一步地，所述佔空信號生成單元包括：

第一佔空信號生成器，用於生成第一佔空信號，所述第一佔空信號用於驅動r色led燈珠；

第二佔空信號生成器，用於生成第二佔空信號，所述第二佔空信號用於驅動g色led燈珠；

第三佔空信號生成器，用於生成第三佔空信號，所述第三佔空信號用於驅動b色led燈珠。

進一步地，所述led點陣驅動器中的驅動器與所述led光源點陣中的光源點對應連接，一個驅動器連接一個光源點。

本發明的有益效果：

本發明提供一種基於led的多功能自動顯示系統，能夠自動獲取視頻圖像，並根據圖像處理結果使得led光源點陣發出不同的顯示信息，實現了視頻獲取到信息輸出的全程自動化，通過led光源點陣發光來進行信息傳遞不僅有信息傳遞準確的優點，而且具有趣味性和美觀性。進一步地，本發明中將數據處理分別在綜合管控模塊和led點陣控制器兩個設備中完成，系統耦合性降低，並且通過在led光源點陣中引入三基色led燈珠並計算其佔空比，使得led光源點陣能夠發出自然中的各種混色光，優化了用戶體驗。

附圖說明

圖1為本發明一種基於led的多功能自動顯示系統；

圖2為本發明綜合管控模塊框圖；

圖3為本發明led點陣控制器框圖；

圖4為本發明驅動電路改進示意圖；

圖5為本發明中圖像處理模塊框圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步地詳細描述。

如圖1所示，一種基於led的多功能自動顯示系統，所述系統包括視頻攝取模塊101、圖像處理模塊102、綜合管控模塊103、顯示模塊104、輸入模塊105、led點陣控制器106、led點陣驅動器107以及led光源點陣108；所述視頻攝取模塊101、圖像處理模塊102、顯示模塊104、輸入模塊105以及led點陣控制器106均與所述綜合管控模塊通訊連接；

所述視頻攝取模塊101實時獲取視頻圖像並將所述視頻圖像傳輸至所述圖像處理模塊102，所述圖像處理模塊102對所述視頻圖像進行分析，獲取分析結果，並將所述分析結果發送至所述綜合管控模塊103；所述顯示模塊104用於向用戶顯示led光源點陣被點亮的場景；所述輸入模塊105用於用戶向所述綜合管控模塊輸入所述基於led的多功能自動顯示系統所需參數；

所述led點陣控制器106與所述led點陣驅動器107通訊連接；所述led點陣驅動器107與所述led光源點陣108通訊連接。

具體地，所述led點陣驅動器中的驅動器與所述led光源點陣中的光源點對應連接，一個驅動器連接一個光源點。led光源點陣108中的光源點採輸入模塊用輸入模塊廣輸入模塊州輸入模塊巨輸入模塊宏輸入模塊光輸入模塊電輸入模塊生輸入模塊產輸入模塊的輸入模塊六輸入模塊腳輸入模塊rgb輸入模塊三輸入模塊基輸入模塊色輸入模塊led輸入模塊燈輸入模塊珠輸入模塊，其輸入模塊主輸入模塊波輸入模塊長輸入模塊分輸入模塊別輸入模塊為輸入模塊λr＝輸入模塊620輸入模塊nm、λg＝輸入模塊523輸入模塊nm、λb輸入模塊＝輸入模塊465輸入模塊nm。將輸入模塊led輸入模塊燈珠焊接在鋁基板上，由於結溫升高會引起色漂移、輸入模塊出光效率降低，從而導致輸入模塊rgb輸入模塊三基色比例失調，因此，本發明實施例中需要將鋁基板用導熱膠固定在散熱器上，以減小由結溫造成的誤差。每種顏色的燈珠對應的輸入模塊led點陣驅動器都可以通過其內置晶片的引腳對某個顏色的燈珠進行獨立地調光。

如圖2所示，所述綜合管控模塊103包括：

第一映射表管理模塊1031，用於管理消息對照表，所述消息對照表用於管理圖像處理模塊的分析結果與點陣顯示消息的對照關係。

圖像處理模塊102可以依據多個主題進行分析，每個主題對應多個分析結果。具體地，本發明實施例中所述分析結果為目標密度，不同的目標密度對應不同的點陣顯示消息。

點陣顯示消息獲取模塊1032，用於根據像分析模塊的分析結果得到點陣顯示消息。

具體地，根據目標密度在所述消息對照表即可得到點陣顯示消息。

初始化參數獲取模塊1033，用於獲取用戶輸入的初始化參數和圖像信息。

第一傳輸模塊1034，用於將所述點陣顯示消息和所述初始化參數輸入至所述led點陣控制器。

如圖3所示，所述led點陣控制器106包括：

第二映射表管理模塊1061，用於管理點陣顯示映射表以及點陣顯示參數映射表，所述點陣顯示映射表用於表徵點陣顯示消息與點陣顯示出的圖像信息的映射關係；所述點陣顯示參數映射表用於表徵點陣顯示消息與點陣顯示參數的映射關係。具體地，所述點陣顯示參數包括點陣顯示顏色、點陣顯示顯示亮度以及點陣是否閃爍三個欄位。

具體地，所述第二映射表管理模塊1061包括：

點陣顯示消息管理單元10611，用於用戶添加、刪除和查詢點陣顯示消息；

第一記錄添加單元10612，用於獲取用戶輸入的圖像信息以及用戶輸入的點陣顯示消息構建記錄，並將所述記錄添加至第二映射表管理單元；所述點陣顯示消息為在所述點陣顯示消息管理單元10611存在記錄的點陣顯示消息。

第二記錄添加單元10613，用於獲取用戶輸入的點陣顯示參數以及用戶輸入的點陣顯示消息構建記錄，並將所述記錄添加至第二映射表管理單元；所述點陣顯示消息為在所述點陣顯示消息管理單元10611存在記錄的點陣顯示消息。

比如，顯示消息1、2、3、4分別對應目標密度為低、中、高和很高；用戶一共輸入了4個圖像信息，分別為圖像1、圖像2、圖像3和圖像4，在點陣顯示映射表若顯示消息1對應圖像1，則當分析結果中目標密度為低時，即對應顯示圖像1。

可見，圖像處理結果、點陣顯示消息以及點陣顯示出的圖像信息均為一一對應。

再比如，顯示消息1、2、3、4分別對應目標密度為低、中、高和很高；用戶一共輸入了4組點陣顯示參數，分別為點陣顯示參數1、點陣顯示參數2、點陣顯示參數3和點陣顯示參數4，在點陣顯示映射表若顯示消息1對應點陣顯示參數1，則當分析結果中目標密度為低時，即對應點陣顯示參數1。

可見，圖像處理結果、點陣顯示消息以及點陣顯示參數均為一一對應。

點陣顯示信令初始生成單元1062，用於根據點陣顯示消息以及用戶輸入的初始化參數生成點陣顯示初始信令。

點陣顯示信令初始生成單元只根據初始化參數和點陣顯示消息得到點陣顯示初始信令，所述點陣顯示初始信令使用默認的點陣顯示參數。

比如，默認設置顯示顏色為紅色、亮度為中等，不閃爍，則點陣顯示初始信令即控制led光源點陣顯示紅色的亮度為中等的圖像信息，並且不閃爍。

點陣顯示信令二次生成單元1063，用於根據所述點陣顯示參數以及點陣顯示初始信令生成點陣顯示二級信令。

點陣顯示二級信令不同於點陣顯示初始信令，其對於點陣顯示參數有具體的規定。

相較於上述舉例的點陣顯示初始信令，若在第二映射表管理模塊得到的點陣顯示參數為顯示顏色為黃、亮度為高等，閃爍，則點陣顯示二級信令即驅動led光源點陣顯示黃色的亮度為高等的圖像信息，並且閃爍。

佔空信號生成單元1064，用於根據點陣顯示初始信令以及點陣顯示二級信令生成佔空信號，並將所述佔空信號傳輸至led點陣驅動器。

本發明實施例基於pwm佔空比驅動led燈珠以實現變色的效果，在佔空信號生成單元1064，本發明實施例假設改變驅動led燈珠的pwm佔空比，其色品坐標基本不發生改變，而光通量相應地線性變化，故光通量與佔空比成正比例函數關係。因此，本發明實施例中使用佔空比作為控制所述六角rgb三基色led燈珠的唯一因素，即佔空信號生成單元1064通過生成佔空信號即可使得六角rgb三基色led燈珠發出混色光。

本發明實施例根據混色光佔空比的研究結果，設置佔空信號生成單元包括：

第一佔空信號生成器，用於生成第一佔空信號，所述第一佔空信號用於驅動r色led燈珠。

第一佔空信號生成器根據公式得到佔空比dr，並根據佔空比dr生成第一佔空信號，並所述第一佔空信號發送至led點陣驅動器中控制相應六角rgb三基色led燈珠中紅色燈珠的晶片上。

公式中，ym為得到的混色光的光通量，(xr,yr)為混色光對應的r色光的色品坐標，(xg,yg)為得到的混色光對應的g色光的色品坐標，(xb,yb)為得到的混色光對應的b色光的色品坐標，(x,y)為混色光坐標。

第二佔空信號生成器，用於生成第二佔空信號，所述第二佔空信號用於驅動g色led燈珠。

第二佔空信號生成器根據公式得到佔空比dg，並根據佔空比dg生成第二佔空信號，並所述第二佔空信號發送至led點陣驅動器中控制相應六角rgb三基色led燈珠中綠色燈珠的晶片上。

公式中，ym為得到的混色光的光通量，(xr,yr)為混色光對應的r色光的色品坐標，(xg,yg)為得到的混色光對應的g色光的色品坐標，(xb,yb)為得到的混色光對應的b色光的色品坐標，(x,y)為混色光坐標。

第三佔空信號生成器，用於生成第三佔空信號，所述第三佔空信號用於驅動b色led燈珠。

第三佔空信號生成器根據公式得到佔空比db，並根據佔空比db生成第三佔空信號，並所述第三佔空信號發送至led點陣驅動器中控制相應六角rgb三基色led燈珠中藍色燈珠的晶片上。

第二傳輸單元1065，用於將點陣顯示初始信令以及點陣顯示二級信令傳輸至led點陣驅動器。

進一步地，led點陣驅動器自動解析點陣顯示初始信令和點陣顯示二級信令中以得到初始化參數以及圖像信息，並根據初始化參數以及圖像信息自動生成點陣數據，並根據點陣顯示參數顯示與所述點陣數據相對應的點陣圖像。

其中，圖像信息可以是漢字、字母、數字、標點等字符，還可以是手寫的任意圖形。所述點陣圖像為led光源點陣的整體的圖像，包括led光源點陣中各點的亮暗情況。在一個具體實施方式中，led點陣驅動器包括一圖形區域初始化裝置，所述圖形區域初始化裝置用於設置所述圖像信息在所述led光源點陣中的顯示區域，其中，所述顯示區域包括顯示位置以及區域大小。例如，一個led光源點陣的尺寸為32*32，包括從第1行到第32行、從第1列到第32列中的各個點，若顯示位置為中心區域、區域大小為8*8，則用戶輸入的圖像信息將被局限在該點陣第13行至第20行、第13列至第20列的區域內。其中，先將與圖像信息對應的圖片縮放至8*8單位的尺寸大小，然後對該圖片進行二值化處理，最後將該二值化後的圖片劃分為8*8塊並對每一塊取樣以生成相應的點陣圖像。進一步地，在具體的點陣圖像的顯示過程中依據點陣顯示參數進行顯示。

進一步地，本發明點亮led點陣是基於圖像處理的結果，下面本發明實施例以目標密度為主題，詳細描述圖像處理的過程。

具體地，所述圖像處理模塊用於分析視頻圖像中的目標密度，並將所述目標密度分為無密度、低密度、中密度、高密度和很高密度五個等級，其中低密度、中密度、高密度和很高密度四個等級中，每個等級對應一種點陣顯示消息。

進一步地，如圖4所示，為了提升所述led光源點陣的性能，本發明實施例還對led點陣驅動器中的驅動電路進行了改進。本發明實施例中使用sd42524驅動晶片並改進驅動電路從而提升led光源點陣的光學性能。

具體地，sd42524驅動晶片包括sw、gnd、sens、vin、adj、vdd、pwm、comp8個埠。其中，vin埠通過輸入電容c1與接地端連接，sw埠與vin埠通過正嚮導通的功率管d連接，由電感l和穩壓電容c2構成的串聯支路與功率管d並聯，led光源點陣與電阻r與穩壓電容c2並聯，其中電阻r的兩端分別與vin埠和sens埠相連，gnd埠、adj埠、vdd埠均接地。需要強調的是pwm埠接收佔空信號生成單元生成的第一佔空信號、第二佔空信號或第三佔空信號。

具體地，輸入電容c1對功率管d提供啟動時的脈衝電流，在d截止時輸入電源對電容充電，以此來保證系統輸入電壓的穩定並減小輸入開關產生的噪聲。在led光源點陣兩端加上電容c2以此來減少輸出電壓的波紋，使得led光源點陣的顯示性能更加穩定。

如圖5所示，所述圖像處理模塊包括：

背景提取單元，用於提取當前視頻圖像的背景特徵。

具體地，在所述背景提取單元中設為得到的k時刻像素點(x,y)背景特徵，為k時刻像素點(x,y)背景預測特徵，z(x,y,tk)為k時刻當前視頻圖像的像素點(x,y)，則根據下述公式進行背景特徵提取：

其中進一步地，h(x,y,tk)為預設的背景第一提取係數，a(x,y,tk)為預設的背景第二提取係數。進一步地，背景提取增益係數k(x,y,tk)滿足下述公式：

k(x,y,tk)＝αc(x,y,tk)+β[1-c(x,y,tk)]，其中，α為預設的第一增益值，β為預設的第二增益值，th(tk)為預設的前景目標分割閾值。

前景提取單元，用於提取當前視頻圖像的前景特徵。

所述前景提取單元包括：

前景像素提取單元，用於將當前視頻圖像中的每個像素減去其對應的背景特徵以得到當前前景圖像；

前景二值化單元，用於根據當前前景圖像生成前景二值化圖像；所述前景二值化圖像生成公式如下：

其中fb(x,y)表示前景二值化圖像，f(x,y)表示當前前景圖像，level為前景二值化的閾值。

第一密度過濾器，用於根據所述背景特徵和所述前景特徵判斷當前視頻的目標密度是否為無密度或低密度，若是，則根據具體結果發送至綜合管控模塊。

所述第一密度過濾器包括：

第一密度提取單元，用於獲取當前視頻圖像的第一密度，所述第一密度生成公式為其中nfb(x,y)為前景二值化圖像的像素非0點的數量；ntotal為前景二值化圖像的總像素數量；

第一判斷單元，用於根據第一密度和預設第一密度閾值判斷當前視頻的目標密度是否為無密度或低密度，若ρ1為0，則無密度，若0＜ρ1≤ρ1th，則為低密度，其中ρ1th為第一密度閾值。

第二密度過濾器，用於在當前視頻的目標密度不是無密度和低密度的情況下，判斷當前視頻的目標密度，並將判斷結果傳輸至綜合管控模塊。

具體地，在第二密度過濾器中，首先將當前前景圖像灰度化得到m*m的灰度化圖像；然後，根據得到的灰度化圖像進行一次小波包分析和二次小波包分析得到20個子圖像，對每個圖像進行下述步驟以得到子圖像對應的盒維數：

將大小為m*m的圖像劃分s*s塊；

在每一個s*s的分塊中，都有一個盒子柱s*s*s』，其中s』表示需要多少個盒子覆蓋所述分塊的整個灰度曲面。如果圖像可允許最大灰度值為g，則g/s』＝m/s；

計算每個分塊的最大灰度值和最小灰度值，它們分別落在盒子k和l中，則設每個分塊對應的n(r)＝k-l+1，並計算盒維數d＝log(sumn(r))/log(1/r)；

變更分塊數，得到其對應的盒維數，並對上述盒維數的計算結果進行擬合以得到子圖像對應的盒維數；

根據上述步驟，得到當前前景圖像的灰度化圖像對應的盒維數矩陣；

將所述盒維數矩陣輸入預設的基於ls-svm的分類器，得到密度分析結果，並將其發送至綜合管控模塊。所述分析結果表明當前圖像的目標密度屬於中密度、高密度還是很高密度。所述基於ls-svm的分類器為現有技術，在此不再贅述。

本發明提供了一種基於led的多功能自動顯示系統，具體實現該技術方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。