專利名稱：在光柵掃描數字示波器中控制亮度和對比度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在光柵掃描數字示波器中控制亮度和對比度的方法。
示波器向用戶顯示電子信號的行為。在傳統的模擬示波器中，波形顯示是通過電子束入射到涂在陰極射線管的熒光屏的熒光粉上而產生的。電子束在熒光屏上的入射點以均勻速度沿水平方向(X方向)掃過熒光屏，并隨著觀測信號的幅度作垂直(Y方向)偏轉。
影響波形顯示的兩個變量是顯示的亮度(顯示射出的總光強)和顯示的對比度(顯示的最亮照明單元發(fā)射的光強與顯示的最暗照明單元發(fā)射的光強的比值)。
傳統示波器的用戶界面具有一個控制波形顯示亮度的旋鈕。該旋鈕，通常稱之為強度控制鈕，控制供給陰極射線管電子槍的電流。對于強度控制鈕的給定設定值，顯示的波形段的強度決定于該波形段的斜速率和該波形段所代表的事件出現的頻速率。在低設定值時，用戶可能看不到偶然事件的波形特征或特別快速的邊緣。因此，用戶可以提高設定值，直到可以看到完整的波形為止，此時，在低速邊緣和高速邊緣之間、以及經常事件和偶然事件之間通常存在著非常大的對比度。進一步提高強度，直到達到最大強度為止，這時經常事件的強度受到最大電流值的限制，而偶然事件的強度將持續(xù)提高，由此降低了對比度。
傳統模擬示波器是通用測量儀器。許多技術人員和工程師都熟悉根據強度控制鈕的旋轉而調節(jié)顯示的方法。
在多通道示波器中，不同的色調代表不同的信號通道綠色代表一個通道，紅色代表另一個通道。當逆時針旋轉強度控制鈕時，對應于強度降低，其效果是降低用以顯示波形的給定色調的飽和度。
在色溫顯示中，不同的色調代表不同的強度范圍偏紅的色調表示高強度范圍，偏藍的色調表示低強度范圍。當順時針旋轉強度控制鈕時，其效果是將代表給定強度的色調向光譜的紅端移動。
參考
圖1，通常的光柵掃描數字示波器包括具有2維像素陣列的顯示板10，其中每個像素的位置由行號和列號唯一地確定。示波器還包括具有2維地址空間的光柵掃描存儲器14。光柵掃描存儲器中的存儲地址以1對1的方式對應顯示板10的像素位置。每個像素的狀態(tài)決定于光柵掃描存儲器14中的相應存儲地址的內容。
對于圖1所示的示波器，光柵掃描存儲器為每個像素存儲n比特信息，其中n是大于1的整數，該信息使每個像素具有2n種照明狀態(tài)。其中的一個狀態(tài)是關閉，在其它2n-1種狀態(tài)中，像素由不同的強度照明。由此，例如4比特深的光柵掃描存儲器可以支持相對于最大照明的15種級別(灰度級)，以及暗或關閉狀態(tài)。
根據信號的特性和示波器的設定值，給定的像素列可以包括一個或多個照明像素(此后，稱之為點)。每列顯示一個矢量，該矢量定義為列中的最高點和最低點之間的列段。
矢量的亮度決定于矢量中的點的強度和。如果點的強度比例于存儲在光柵掃描存儲器的相應地址中的數據字的值，那么矢量的亮度就比例于矢量中的點的數據字的和。顯示的亮度是所有矢量亮度的和，因此，它比例于所有矢量中的點的數據字的和。
圖1所示的數字示波器還包括A/D變換器18，它具有在電路的測試點采集電子信號的輸入端。A/D變換器在采集間隔中對信號取樣，并量化樣本，產生數字化的數據字序列。A/D變換器產生的、具有值D1-DN的數據字作為線性波形記錄存儲在具有1維地址空間A1-AN的采集存儲器22中。
當采集結束時，存儲在采集存儲器中的線性波形記錄傳遞到光柵儀26，該光柵儀產生光柵波形記錄，并將其存儲在具有2維地址空間(X1-XN，Y1-YN)的光柵儀存儲器30中。(使用相同后綴N是為了簡化，并不意味著，例如，組{Xi}中的單元數目與組{Ai}中的單元數目相同。)存儲在光柵儀存儲器30中的光柵波形記錄內的數據字地址的X分量由線性波形記錄中的至少一個字的地址Ai導出，地址的Y分量由線性波形記錄中的至少一個字的值Di導出。
存儲在光柵掃描存儲器14中的數據字的每一個地址組合(Xi，Yi)代表一個事件，該事件由時間(決定于Xi)和信號電平(決定于Yi)的唯一組合確定。
光柵波形記錄可以添加到存儲在光柵掃描存儲器14中的已有顯示記錄中，以控制顯示板10的狀態(tài)。參考圖2A-2C，其中的數字值表示數據字的十進制值，圖2A表示在添加新采集的光柵波形記錄之前顯示板的三個相鄰列中的原始顯示記錄，圖2B表示在相應的新采集間隔得到的光柵波形記錄，圖2C表示將圖2B的光柵波形記錄添加到圖2A的顯示記錄而得到的更新顯示記錄。由此，如果在多次采集中發(fā)生同一事件，那么在光柵掃描存儲器14中表示該事件的數據字的值將增大。
如圖1所示，光柵掃描存儲器的內容受衰減操作34控制，該操作在單位時間內按照選定值降低存儲在光柵掃描存儲器的每個地址上的值，這樣，與經常發(fā)生的事件相比，只有偶然發(fā)生的事件以降低的強度顯示出來。
示波器包括控制器38，該控制器控制圖1所示的其它部件的操作，和操作員控制端42，該控制端允許用戶調節(jié)示波器的設定值。
在一種已知的光柵掃描技術中，稱之為點模式，光柵波形記錄中的數據字的地址(Xi，Yi)由線性波形記錄中的一個數據-地址對導出。因此，光柵波形記錄中的數據字以1對1的方式對應于線性波形記錄中的數據-地址對。
通常期望的是，顯示給示波器用戶的波形應當是基本連續(xù)的，在點之間沒有任何顯著的水平或垂直間隙。然而，當光柵儀工作在點模式時，顯示中的點與點之間存在間隙。因此，根據信號和示波器的設定值，光柵掃描的點模式不是最優(yōu)的。
在另一種已知的模式中，稱之為全矢量模式，光柵波形記錄不僅包括由線性波形記錄的各個數據-地址對導出的數據字，而且包括由光柵儀合成的、以確保波形連續(xù)的附加數據字，這樣，矢量的端點在垂直方向相對于相鄰矢量的端點的偏差不超過一個像素，矢量的兩個端點之間的所有像素，以及這兩個端點都受到照明。
1998年2月19日提交的美國專利申請第09/026,185號，其全部公開內容在此引用作為參考，公開了一種光柵掃描的稀疏矢量模式，其中矢量的端點相對于相鄰矢量的垂直偏差可以大于一個像素，在給定矢量的兩個點之間存在一個或多個像素構成的間隙。在稀疏矢量模式中引入隨機性，這樣，即使連續(xù)采集的線性波形記錄是相同的，在一般情況下，各個光柵波形記錄也不會是完全相同的，一次采集中產生的矢量間隙將由后續(xù)采集填充。
在專利申請第09/026,185號描述的示波器的實用裝置中，影響光柵儀工作的一個變量是最小轟擊量，它表示光柵波形記錄中非零數據字的最小值。根據線性波形記錄的特性，光柵波形記錄中的非零數據字的值(轟擊量)可以大于最小轟擊量。影響示波器工作的另一個變量是衰減速率，它表示衰減操作34使顯示記錄中的非零數據字在單位時間內降低的量。
衰減速率和最小轟擊量分別決定于控制器38提供給衰減操作34和光柵儀26的值。
在專利申請第09/026,185號描述的示波器的實用裝置中，表示給定信號通道中的事件的點具有一種選定的顏色，例如紅色，未照明像素是黑的。點的亮度決定于光柵掃描存儲器的相應地址上的數據字的值。對于高數據字值，點明亮的，隨著數據值的下降，點按照漸深、漸暗的色調逐漸變黑。光柵掃描存儲器的給定地址上的數據字的值，從而是顯示中相應點的亮度，決定于由光柵掃描存儲器中的相應地址表示的事件的轟擊量和衰減速率。顯示設備可以進行調節(jié)以改變顯示的亮度和對比度。對比度可以表示事件出現頻速率的差異，因為較少受到轟擊的像素要比經常受到轟擊的像素暗。如果對比度值很低，那么經常受到轟擊的像素的亮度和較少受到轟擊的像素的亮度之間的差異將減小，最終所有的事件看起來都是相同的。此外，對比度可以表示事件邊緣速率上的差異低速邊緣比高速邊緣亮。
描述在光柵的稀疏矢量模式中顯示矢量的方式的三個變量在此分別稱為矢量加權VW，等于矢量中各個點的數據字的值的總和；光柵加權W，等于每次轟擊的單位強度(存儲在光柵掃描存儲器中表示特定事件的數據值在又一次出現該事件時的增量)；矢量填充N，等于矢量中點的最大數目。
在光柵掃描的稀疏矢量模式中，VW的值對于所有的矢量基本保持恒定，以便保證所有矢量的亮度相同，而與矢量的長度無關。如果矢量中的點的實際數目為N，則VW＝W*N。如果給定矢量中的點的實際數目少于N，那么就提高該矢量的W值以保證VW恒定。
根據本發(fā)明，提供了一種操作光柵掃描數字信號采集和波形顯示裝置的方法，其中表示信號事件的點根據存儲在光柵掃描存儲器中的相應數據字的值利用顏色參數顯示，方法包括由用戶接口控制單元接收單個顏色參數控制值、根據單個顏色參數控制值產生影響存儲在光柵掃描存儲器中的數據字的值的多個獨立控制值。
為了更好地理解本發(fā)明，將通過示例的方式參考附圖以便理解本發(fā)明是如何實現的，其中圖1是示出現有技術數字示波器的一些特征的框圖，圖2示出圖1所示的示波器的操作，圖3是示出本發(fā)明數字示波器的一些特征的框圖。
圖3所示的框圖結構是為了便于描述信號流出而作出的，本發(fā)明的實際裝置不必與框圖結構相一致。
在數字示波器的用戶接口中可以提供多個獨立的控制鈕，以便獨立地控制影響顯示狀態(tài)的各個變量，例如矢量加權和衰減速率，但是這種做法在用戶側產生了困難或阻力，因為用戶很熟悉傳統的模擬示波器界面，習慣于單強度控制鈕。為了分別控制亮度和對比度，還可以提供兩個控制鈕，但是許多用戶還不熟悉以一定程度的獨立性控制亮度和對比度的能力。
圖4所示的示波器的用戶控制端包括機械地連接到角度位置傳感器46的旋鈕44，該傳感器根據旋鈕的角度位置向控制器提供數字輸出值。控制器根據位置傳感器的數字輸出值調節(jié)光柵儀的工作參數和衰減操作。
控制鈕44由一個極值點(完全逆時針或最小)到相對的另一個極值(完全順時針或最大)的旋轉過程包括三個主要區(qū)域。控制器在第一和第二主要區(qū)域中調節(jié)光柵儀的工作參數和衰減操作的方式與旋轉傳統模擬示波器的強度控制鈕的效果相仿。由此，在第一主要區(qū)域，最大亮度增加，而最小亮度基本保持恒定，因此對比度(最大亮度和最小亮度的比值)增加。在第二主要區(qū)域，最大亮度開始持續(xù)增加直到飽和，而最小亮度基本上按照與最大亮度相同的速率增加。在第二區(qū)域的這一部分中，對比度保持恒定。在第二主要區(qū)域的第二部分中，在最大亮度飽和之后，最小亮度持續(xù)增加，這樣，對比度開始下降，并最終在最小亮度達到飽和之后下降到零。
控制器根據角度位置傳感器的輸出值而調節(jié)的工作參數是用于衰減操作的衰減速率和用于光柵儀的矢量加權和最小轟擊量。給定像素的轟擊量是最小轟擊量和像素的當前數據值與一個分數的和中較大的一個值，該分數的分子是矢量加權，分母是矢量長度。通過將數據值乘以一個小于1的分數，然后將結果寫回同一存儲器地址，或者將數據值減去一個常數值，然后將結果寫回同一存儲器地址，衰減操作降低光柵掃描存儲器中的數據值。
在第一主要區(qū)域，隨著旋鈕的轉動，控制器均勻地提高矢量加權，同時以相對較低的速率降低衰減速率，并保持最小轟擊值恒定。這樣做具有提高對比度和提高顯示亮度的雙重功效。對比度的提高速率(隨著旋鈕的轉動)稍低于亮度的提高速率。
在第二主要區(qū)域，控制器連續(xù)地將最小轟擊值提高到飽和值的50％，同時持續(xù)提高矢量加權。衰減速率在第二主要區(qū)域是降低的。最小轟擊值的增加使任何點的最小初始亮度等于最大、完全飽和亮度的50％。這些措施的作用是提高亮度、幫助用戶觀察偶然或暗淡的事件。當出現事件的頻速率使得對比度范圍的頂部達到飽和值時，對比度比值隨著控制鈕的進一步旋轉而降低。在第二主要區(qū)域末端，最經常出現的事件完全飽和，因此在這些事件之間沒有對比度。
在第一和第二主要區(qū)域，衰減速率只是緩慢地變化，其值的范圍使偶然事件顯示為一個開始很亮(決定于最小轟擊值)、而后迅速地衰減變暗的點。
如果用戶連續(xù)轉動控制鈕使其越過第二主要區(qū)域，那么這將表明或者是用戶懷疑發(fā)生了某種事件但沒有顯示出來，或者是用戶期望確認不存在應當被觀測到的額外事件。因此，為了顯示偶然事件或暗淡事件，例如偶然干擾信號，衰減速率在第三主要區(qū)域中隨著旋鈕的轉動而迅速地降低。如果在旋鈕處于第三主要區(qū)域時發(fā)生偶然事件，那么該事件的顯示的衰減將比旋鈕處于第一或第二主要區(qū)域時的衰減慢得多。以這種方式降低衰減速率的作用是提高用于顯示的采集的數目。
在第一和第二區(qū)域，光柵儀按照待審批的專利申請(代理卷號6672-US)中描述的稀疏矢量模式工作，該專利申請的全部內容在此引用作為參考。在第三主要區(qū)域，光柵儀工作在全矢量模式以確保用最大亮度顯示事件。
當旋鈕處于第三區(qū)域時，相對頻繁或明亮的事件具有顯著的模糊。在第一和第二區(qū)域，衰減速率的變化速率使得第二區(qū)域中的衰減速率的最小值足夠大，使第二主要區(qū)域不會出現顯著的模糊。
控制矢量加權和最小轟擊量的功能在第二主要區(qū)域的末端變化。為了提供向第三主要區(qū)域的平滑過渡，衰減速率的變化速率應當在第二區(qū)域結束之前降低，優(yōu)選地降低到零。
盡管已經描述了三個主要區(qū)域，如同區(qū)域間的邊界已清晰地定義了一樣，但是區(qū)域之間是可以有一定的疊蓋的，以避免顯示狀態(tài)的突然變化。
應當理解，本發(fā)明并不僅限于已描述的具體實施方案，在不脫離附屬權利要求及其等價物所定義的發(fā)明范圍的條件下可以作各種變化。例如，盡管已經參考利用隨著控制鈕的轉動而變化的顏色參數表示強度的裝置描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以應用于一些裝置，例如色溫顯示裝置，其中變化的是另一種參數(在色溫顯示裝置中是色調)。在每一種情況下，控制器將表示亮度的、角度位置傳感器的數字輸出轉換為數字值，并將數字值映射為一種顏色。
權利要求
1.控制光柵掃描數字信號采集和波形顯示裝置的方法，其中表示信號事件的點根據存儲在光柵掃描存儲器中的相應數據字的值用顏色參數顯示，該方法包括從用戶接口控制單元接收單個顏色參數控制值，并產生根據單個顏色參數控制值影響存儲在光柵掃描存儲器中的數據字的值的多個獨立控制值。
2.權利要求1的方法，其中所述裝置具有在每次發(fā)生事件時按照第一功能返回的值提高與該事件對應的數據字的值的光柵儀，還具有每隔單位時間就按照第二功能返回的值降低光柵掃描存儲器中的所有非零數據字的值的衰減器，所述方法包括作為輸入向第一功能和第二功能提供單個顏色參數控制值。
3.權利要求1的方法，其中用戶接口控制單元具有至少一個操作區(qū)域，在該區(qū)域中，提高單個顏色參數控制值的作用是提高最大亮度，同時保持最小亮度基本恒定。
4.權利要求3的方法，其中所述裝置具有在每次發(fā)生事件時按照第一功能返回的值提高與該事件對應的數據字的值的光柵儀，還具有每隔單位時間就按照第二功能返回的值降低光柵掃描存儲器中的所有非零數據字的值的衰減器，所述方法包括作為輸入向第一功能和第二功能提供單個顏色參數控制值，其中第一功能在一個區(qū)域內均勻地提高矢量加權。
5.權利要求1的方法，其中用戶接口控制單元具有至少一個操作區(qū)域，在該區(qū)域中，提高單個顏色參數控制值的作用是以第一速率提高最大亮度，同時以基本上低于第一速率的第二速率提高最小亮度。
6.權利要求1的方法，其中用戶接口控制單元具有至少一個操作區(qū)域，在該區(qū)域中，提高單個顏色參數控制值的作用是提高最大亮度和最小亮度。
7.權利要求6的方法，其中所述一個區(qū)域具有第一子區(qū)域，在該子區(qū)域中，提高單個顏色參數控制值的作用是提高最大亮度和最小亮度，還具有第二子區(qū)域，在該子區(qū)域中，提高單個顏色參數控制值的作用是提高最小亮度，同時保持最大亮度基本恒定。
8.權利要求6的方法，其中所述裝置具有在每次發(fā)生事件時按照第一功能返回的值提高與該事件對應的數據字的值的光柵儀，還具有每隔單位時間就按照第二功能返回的值降低光柵掃描存儲器中的所有非零數據字的值的衰減器，所述方法包括作為輸入向第一功能和第二功能提供單個顏色參數控制值，其中第一功能在所述一個區(qū)域內均勻地提高矢量加權，第二功能在所述一個區(qū)域內降低衰減速率。
9.權利要求8的方法，其中第一功能在所述一個區(qū)域內提高最小轟擊量。
10.權利要求1的方法，其中用戶接口控制單元至少具有一個第一操作區(qū)域，在該區(qū)域中，提高單個顏色參數控制值的作用是提高最大亮度同時保持最小亮度基本恒定，還至少具有一個第二操作區(qū)域，在該區(qū)域中，提高單個顏色參數控制值的作用是提高最大亮度和最小亮度。
11.權利要求1的方法，其中用戶接口控制單元至少具有一個操作區(qū)域，在該區(qū)域中，提高單個顏色參數控制值的作用是提高最小亮度，同時保持最大亮度基本恒定。
12.權利要求11的方法，其中所述一個區(qū)域具有第一子區(qū)域，在該子區(qū)域中，提高單個顏色參數控制值的作用是提高最小亮度同時保持最大亮度基本恒定，還具有第二子區(qū)域，在該子區(qū)域中，提高單個顏色參數控制值的作用是保持最大亮度和最小亮度基本恒定同時提高余輝。
13.權利要求11的方法，其中所述裝置具有在每次發(fā)生事件時按照第一功能返回的值提高與該事件對應的數據字的值的光柵儀，還具有每隔單位時間就按照第二功能返回的值降低光柵掃描存儲器中的所有非零數據字的值的衰減器，所述方法包括作為輸入向第一功能和第二功能提供單個顏色參數控制值，其中第一功能在所述一個區(qū)域內保持矢量加權基本恒定，第二功能在所述一個區(qū)域內降低衰減速率。
14.權利要求1的方法，其中用戶接口控制單元至少具有一個操作區(qū)域，在該區(qū)域中，提高單個顏色參數控制值的作用是獨立于當前亮度提高偶然點的亮度或相對于顯示的其它部分提高對比度。
15.權利要求1的方法，其中用戶接口控制單元至少具有一個第一操作區(qū)域，在該區(qū)域中，提高單個顏色參數控制值的作用是提高最大亮度同時保持最小亮度基本恒定，還至少具有一個第二操作區(qū)域，在該區(qū)域中，提高單個顏色參數控制值的作用是提高最大亮度和最小亮度，還具有一個第三操作區(qū)域，在該區(qū)域中，提高單個顏色參數控制值的作用是提高最小亮度同時保持最大亮度基本恒定。
16.權利要求15的方法，其中第三區(qū)域具有第一子區(qū)域，在該子區(qū)域中，提高單個顏色參數控制值的作用是提高最小亮度同時保持最大亮度基本恒定，還具有第二子區(qū)域，在該子區(qū)域中，提高單個顏色參數控制值的作用是保持最大亮度和最小亮度基本恒定，同時提高余輝。
17.權利要求1的方法，其中顏色參數是強度。
18.權利要求1的方法，其中顏色參數是色調。
全文摘要
光柵掃描數字信號采集和波形顯示裝置根據存儲在光柵掃描存儲器中的相應數據字的值利用顏色參數顯示代表信號事件的點。用戶接口控制單元提供單個顏色參數控制值,并根據該控制值產生根據單個顏色參數控制值影響存儲在光柵掃描存儲器中的數據字的值的多個獨立控制值。
文檔編號G01R13/02GK1243253SQ9910858
公開日2000年2月2日 申請日期1999年6月25日 優(yōu)先權日1998年6月25日
發(fā)明者J·W·約斯特, P·M·格爾拉奇 申請人:特克特朗尼克公司
專業(yè)數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
