背投电视机数字会聚自动调整系统以及调整方法

摘要

一种背投电视机数字会聚的自动调整系统以及调整方法，属于电视机技术。调整系统包括数字会聚控制板、CCD照像机及图像采集卡。CCD照像机和图像采集卡以IEEE1394连接，图像采集卡和计算机以控制接口连接，计算机与数字会聚控制板以自动会聚调整接口连接。CCD照像机具有1300×1030像素，图像采集卡选用数据宽度为32位的PCI总线控制方式，数字会聚控制芯片为STV2050型。自动调整方法包括图像采集、计算机读取图像数据并进行位置分析及灰度等级的二值化分析、将经二值化分析的会聚数据进行运算和调整等步骤。它调整精度高、矫正能力强、位置容差范围大、应用成本低。可广泛应用于背投电视机数字会聚的自动调整中。

说明书

                         技术领域

本发明属于背投电视机技术领域，更明确地说涉及背投电视机数字会聚自动调整系统以及调整方法的改进。

                         背景技术

数字会聚自动调整系统主要运用在背投电视机(这里仅指CRT类型的背投电视机，以下描述中特指CRT类型背投电视机)的生产线上。传统的手工会聚调试效率太低，质量太差，已成为大批量生产的瓶颈。因此，近年来大多数生产厂已运用数字会聚自动调整系统来代替效率低、一致性差的手工会聚调试，同时可为工厂节约大量的劳动力资源。

目前在各大电视机生产厂家应用的数字会聚自动调整系统，其控制原理如出一辙。但也存在着共同的缺陷：1。调整精度差，自动调整完毕后需人工进行大量修补工作。2。矫正能力不强，电视机位置容差范围较小。3。存在唯一性，仅仅适应4∶3或16∶9中的一种。4。制造成本高。

本发明的目的，就在于克服上述缺点和不足，提供一种建立在ST公司的STV2050会聚处理控制芯片之上，结合图像处理科学和电子应用及控制的系统性工程技术研究，包含硬件组成部分和软件组成部分的，调整精度高，矫正能力较强，电视机位置容差范围较大，应用范围较广，应用成本较低的背投电视机数字会聚自动调整系统以及调整方法。

                       发明内容

为了达到上述目的，本发明包括安装在背投电视机中的数字会聚控制板、用于拍照背投电视机显示的会聚网格图像信号的CCD照像机以及图像采集卡。CCD照像机和图像采集卡以IEEE1394连接线体连接。图像采集卡上安装着控制接口，控制接口还连接着工业控制计算机。工业控制计算机与数字会聚控制板间连接着自动会聚调整接口。

CCD照像机具有1300×1030像素，图像采集卡选用数据宽度为32位的PCI总线控制方式，数字会聚控制板上的数字会聚控制芯片为STV2050型。

数字会聚自动调整系统一般是通过同步触发采集卡采集电视机上的会聚网格图像信号，然后和电脑所模拟的标准网格图像信号比较，找出网格图像信号中的某些特征点之间的差别，包括H/V以及不同颜色。

再根据在一定范围内的数据上的差别，进行一系列特征数据调整，然后使用插值算法计算所有特征点的会聚矫正数据。矫正完毕，重新进行图像采集，反复分析计算。当然需要考虑由于电视机位置摆放的不同所造成的在采集图像时出现的非线性失真。

本发明主要包含的部件有：图像采集卡、ccd照相机、连接线体以及控制接口电路、工业控制电脑等。ccd照相机具备1300×1030的分辨率，采集速度可达到11.75fps。图像采集卡选用数据宽度为32位的PCI总线方式，目的就是借用PCI总线所固有的33MHz的工作频率。这样在进行图像数据传输时将能达到264mbps的传输率，完全能保证满足1300×1030×11.75×3＝45.00mbps的图象数据传输速度。图像采集卡和ccd照相机之间使用IEEE1394连接方式，工业控制电脑通过CCD照相机采集图像，然后进行图像数据读取、图像数据分析、图像数据运算，最后转换成会聚控制数据流，经过电脑并行口传输到电视机上的会聚控制单元板。

会聚处理芯片的型号为STV2050。STV2050是ST公司生产的专用会聚处理控制芯片，可分别对红、绿、蓝三色各点行场扫描波形进行控制，最后经过放大输出RH、RV、GH、GV、BH、BV六路信号。

自动调整方法包括下述调整步骤：    

(1)图像采集：通过数字会聚控制板上的逻辑芯片进行H同步头分频实时触发CCD照像机，CCD照像机曝光后，将背投电视机显示的会聚网格图像信号数据通过IEEEE1394传输到图像采集卡。

(2)工业控制计算机通过控制端口读取图像数据并进行精密的会聚网格交叉点的位置分析，灰度等级的图像经过二值化分析。

(3)将经二值化分析的会聚数据进行运算和调整。包括：

①通过全白场信号，检测电视机屏幕外边框。计算因为电视机的角度以及镜头本身失真造成的图象梯形失真，同时按照外边框计算出当前电视机的理想中心位置。按照实际的中心位置和理想中心位置之间的差别找出电视机静态偏移；

②静态调整中心：通过调整OSD位置，使绿色中心和理想中心重合，然后调整红色和兰色的静态偏移使中心重合；

③分别调整红色、绿色、兰色会聚：本系统在调整过程中，先提取5×5个特征点进行插值算法运算，然后使用16×13进行精细的调整，确保R、G、B三色会聚完全重合；

④保存数据：调整完毕，用户可自行设定自动保存数据或手动保存数据；

⑤切换电视制式：本系统兼容多种电视扫描模式，每种扫描模式的数据单独存储，一种模式调整完毕，用户可更换后重新开始新状态调整，而不需要退出本系统。

本发明的任务就是这样完成的。

本发明提供了一种建立在ST公司的STV2050会聚处理控制芯片之上，结合图像处理科学和电子应用及控制的系统性工程技术研究，包含硬件组成部分和软件组成部分的，调整精度高，矫正能力较强，电视机位置容差范围较大，应用范围较广，应用成本较低的背投电视机数字会聚自动调整系统以及调整方法。它可广泛应用于背投电视机数字会聚的自动调整中。

                          附图说明

图1为本发明自动调整系统的结构示意图。

图2为控制接口的示意图。

图3为自动会聚调整接口的管脚定义。

图4～图6分别为计算机预留的并行接口的378H、379H、37AH端口的定义。

图7为其控制方法的示意。

图8为二值化分析过程的示意图。

图9为会聚数据运算和调整过程的示意图。

                       具体实施方式

实施例1。一种背投电视机数字会聚的自动调整系统，如图1所示。它包括安装在背投电视机1中的数字会聚控制板2、用于拍照背投电视机1显示的会聚网格图像信号的CCD照像机3以及图像采集卡4。CCD照像机3和图像采集卡4以IEEE1394连接线体5连接。图像采集卡4上安装着控制接口6，控制接口6还连接着工业控制计算机7。工业控制计算机7与数字会聚控制板间连接着自动会聚调整接口8。CCD照像机3具有1300×1030像素。图像采集卡4选用数据宽度为32位的PCI总线控制方式。数字会聚控制板2上的数字会聚控制芯片为STV2050型。

图2示出了连接图像采集卡4和工业控制计算机7的控制接口6。图3为自动会聚调整接口的管脚定义。

在本系统控制中，由于最后运算数据的最终效果就是控制会聚发生芯片STV2050以及进行数据的保存。这样便要求系统在制定的时候必须使用IIC总线的方式进行STV2050和E2PROM的控制。本发明使用内欠嵌汇编的编程方法进行并口控制，这样在软件比较简洁、方便和直观。电脑在配置的时候预留了并行接口的I/O地址，一个并行口具备3个端口：数据端口、状态端口、控制端口。如：LPT1的三端口地址分别是：数据端口378H、状态端口379H、控制端口37AH。数据端口作为输出端口，状态端口作为输入端口，控制端口作为输入/输出端口。本系统控制程序就是使用LPT1。端口详细定义以及控制方法分别见图4、图5、图6和图7。

实施例2。一种使用实施例1背投电视机数字会聚自动调整系统的调整方法。它包括下述调整步骤：

(1)图像采集：通过数字会聚控制板上的逻辑芯片进行H同步头分频实时触发CCD照像机，CCD照像机曝光后，将背投电视机显示的会聚网格图像信号数据通过IEEEE1394传输到图像采集卡；

(2)工业控制计算机通过控制端口读取图像数据并进行精密的会聚网格交叉点的位置分析，灰度等级的图像经过二值化分析；

(3)将经二值化分析的会聚数据进行运算和调整，包括：

①通过全白场信号，检测电视机屏幕外边框。计算因为电视机的角度以及镜头本身失真造成的图象梯形失真，同时按照外边框计算出当前电视机的理想中心位置。按照实际的中心位置和理想中心位置之间的差别找出电视机静态偏移；

②静态调整中心：通过调整OSD位置，使绿色中心和理想中心重合，然后调整红色和兰色的静态偏移使中心重合；

③分别调整红色、绿色、兰色会聚：本系统在调整过程中，先提取5×5个特征点进行插值算法运算，然后使用16×13进行精细的调整，确保R、G、B三色会聚完全重合；

④保存数据：调整完毕，用户可自行设定自动保存数据或手动保存数据；

⑤切换电视制式：本系统兼容多种电视扫描模式，每种扫描模式的数据单独存储，一种模式调整完毕，用户可更换后重新开始新状态调整，而不需要退出本系统。

图像采集时，通过会聚板上的逻辑芯片进行H同步头分频实时触发CCD照像机。CCD照像机曝光后，传输图像数据到图像采集卡。然后，计算机读取图像数据进行数据分析，集成代码段如下(由于图像数据量大，CCD照像机和图象采集卡之间使用IEEEE1394进行数据传输)：

..............SUBDESIGN hisense(　　VSYNC，HSYNC：INPUT；　　CAMERA_TRIG ：OUTPUT；　　...........)　　BEGIN　　...........　　vblk_count.clock＝dff(VSYNC，HSYNC，，)；--dff(dff(VSYNC，HSYNC，，)＆dff(dff(VSYNC，HSYNC，，)，HSYNC，，)，！HSYNC，，)；CAMERA_TRIG＝dff(vblk_count.q[]＝＝B″0001″，HSYNC，，)；--tff(vcc，dff(vsync，hsync，，)，，)；　　........

图象处理方法如下：

CCD照相机曝光后采集的图像(单色采集而言)一般为具备一定灰度等级的图像。在本发明所述的自动会聚调整系统中，要进行精密的会聚网格交叉点的位置分析，灰度等级的图像必须经过二值化分析。所谓二值化分析，就是使图像转化为比较容易和处理的二值图像信息。二值图像是一种简单的图像格式，它只有两个灰度级，即″0″表示黑色的像素点，″255″表示白色的像素点。二值化分析的过程可见图3所示。

在进行图象的二值化过程中，选取适当的阀值是关键的一步。应通过一个特定的阀值将图象数据进行分割，但是对于背投电视机而言，如果采用通常的某一特定阀值将不能有效的处理图象二值化的问题，因为背投电视机的成像原理决定了图象的中间部分亮度高，而边缘部分较暗淡。因此，如果仅仅靠一个阀值分析的时候，边缘部分很可能被去掉。比较好的方法就是使用迭代求图像最佳分割阈值的二值化方法。具体实现为将图象分成部分小块，计算每小块图象的临界值，对于不同的小块图象，根据所在区域的像素点不同，在区域的临界值基础上加一定的常数量作为该区域的二值化临界值。但是要求选择的区域面积不能太小，这样便带来计算量大的后果。

二值图像处理在图像处理领域同样占据很重要的位置。在本系统中，往往需要对获得的二值图像进行进一步的处理工作，以便有利于后期的计算工作。二值图像处理运算是从数学形态学下的集合论方法发展起来的。常用的二值图像处理操作有许多方法，如腐蚀、膨胀、细化、开运算和闭运算等等。

二值图像基本的形态学运算是腐蚀和膨胀，简单的腐蚀是消除物体的所有边界点的一种过程，其结果是使剩下的物体沿其周边比原物体小一个像素的面积。如果物体是圆的，它的直径在每次腐蚀后将减少两个像素，如果物体在某一点处任意方向上连通的像素小于三个，那么该物体经过一次腐蚀后将在该点处分裂为二个物体。简单的膨胀运算是将与某物体接触的所有背景点合并到该物体中的过程。过程的结果是使物体的面积增大了相应数量的点。如果物体是圆的，它的直径在每次膨胀后将增大两个像素。如果两个物体在某一点的任意方向相隔少于三个像素，它们将在该点连通起来。腐蚀可以消除图像中小的噪声区域，膨胀可以填补物体中的空洞。对一个图像先进行腐蚀运算然后再膨胀的操作过程称为开运算，它可以消除细小的物体、在纤细点处分离物体，平滑较大物体的边界时不明显的改变其面积。如果对一个图像先膨胀然后再收缩，称之为闭运算，它具有填充物体内细小的空洞、连接邻近物体、在不明显改变物体面积的情况下平滑其边界的作用。通常情况下，当有噪声的图像用阈值二值化后，所得到的边界是很不平滑的，物体区域具有一些错判的孔洞，背景区域散布着一些小的噪声物体。连续的开和闭运算可以显著的改善这种情况，这时候需要在连接几次腐蚀迭代之后，再加上相同次数的膨胀，才可以产生所期望的效果。

下面给出本系统中实现腐蚀和膨胀的函数代码：

////////////////////////////////二值图像腐蚀操作函数BOOL ImageErosion(BYTE*pData，int Width，int Height){//pData为图像数据的指针，Width和Height为图像的宽和高；BYTE*pData1；int m，n，i，j，sum，k，sum1；BOOL bErosion；if(pData＝＝NULL){AfxMessageBox(″图像数据为空，请读取图像数据″)；return FALSE；}//申请空间，pData1存放处理后的数据；pData1＝(BYTE*)new char[WIDTHBYTES(Width*8)*Height]；if(pData1＝＝NULL){AfxMessageBox(″图像缓冲数据区申请失败，请重新申请图像数据缓冲区″)；return FALSE；}memcpy(pData1，pData，WIDTHBYTES(Width*8)*Height)；for(i＝10；i＜Height-10；i++)for(j＝32；j＜Width-32；j++){bErosion-FALSE；sum＝*(pData+WIDTHBYTES(Width*8)*i+j)；if(sum＝＝255){//求像素点八邻域的灰度均值；for(m＝-1；m＜2；m++){for(n＝-1；n＜2；n++)<!-- SIPO <DP n="7"> --><dp n="d7"/>{sum1＝*(pData+WIDTHBYTES(Width*8)*(i+m)+j+n)；if(sum1＝＝0){*(pData1+WIDTHBYTES(Width*8)*i+j)＝0；bErosion＝TRUE；break；}}if(bErosion){bErosion＝FALSE；break；}}}}memcpy(pData，pData1，WIDTHBYTES(Width*8)*Height)；return TRUE；}////////////////////////////////////二值图像的膨胀操作BOOL ImageDilation(BYTE*pData，int Width，int Height){BYTE*pData1；int m，n，i，j，sum，k，sum1；BOOL bDilation；if(pData＝＝NULL){AfxMessageBox(″图像数据为空，请读取图像数据″)；return FALSE；<!-- SIPO <DP n="8"> --><dp n="d8"/>}//申请空间，pData1存放处理后的数据；pData1＝(BYTE*)new char[WIDTHBYTES(Width*8)*Height]；if(pData1＝＝NULL){AfxMessageBox(″图像缓冲数据区申请失败，请重新申请图像数据缓冲区″)；return FALSE；}memcpy(pData1，pData，WIDTHBYTES(Width*8)*Height)；for(i＝10；i＜Height-10；i++)for(j＝32；j＜Width-32；j++){bDilation＝FALSE；sum＝*(pData+WIDTHBYTES(Width*8)*i+j)；if(sum＝＝0){//求像素点八邻域的灰度值；for(m＝-1；m＜2；m++){for(n＝-1；n＜2；n++){sum1＝*(pData+WIDTHBYTES(Width*8)*(i+m)+j+n)；if(sum1＝＝255){*(pData1+WIDTHBYTES(Width*8)*i+j)＝255；bDilation＝TRUE；break；}}if(bDilation)<!-- SIPO <DP n="9"> --><dp n="d9"/>{bDilation＝FALSE；break；}}}}memcpy(pData，pData1，WIDTHBYTES(Width*8)*Height)；return TRUE；}

图9示出了会聚数据运算和调整的过程。

实施例1和实施例2调整精度高、矫正能力强、位置容差范围大、应用成本低。可广泛应用于背投电视机数字会聚的自动调整中。