??? 摘 要：? 通過(guò)對(duì)白平衡" title="白平衡">白平衡原理的分析,，介紹了基于7110 CRT色彩分析儀" title="色彩分析儀">色彩分析儀的白平衡自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的組成及原理，并從軟硬件兩方面給出了實(shí)現(xiàn)的方法和具體算法,。經(jīng)生產(chǎn)運(yùn)行表明,，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定,、可靠，大大提高了電視機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量，為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益,。
??? 關(guān)鍵詞： 白平衡? I2C總線? 彩色電視機(jī)? 7110 CRT 色彩分析儀
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??? 白平衡是彩色電視機(jī)質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo),，而白平衡調(diào)整是彩電生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵工序之一，它關(guān)系到彩電的色彩是否真實(shí)重現(xiàn)所要顯示對(duì)象的原色彩,。每臺(tái)彩電出廠前都要用白平衡調(diào)整儀將其白平衡調(diào)整至規(guī)定的出廠標(biāo)準(zhǔn),。采用致茂公司生產(chǎn)的7110 CRT色彩分析儀集成的白平衡自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，在PC機(jī)的控制下,，通過(guò)I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,，具有調(diào)整質(zhì)量高、調(diào)整速度快等特點(diǎn),，完全滿足彩電批量生產(chǎn)的需要,。
1 白平衡原理分析
??? 白平衡調(diào)整，其目的是當(dāng)彩色電視機(jī)在接收黑白圖像信號(hào)或彩色圖像中的黑白部分時(shí),，盡管屏幕上三基色熒光粉都在發(fā)光,，但在適當(dāng)?shù)木嚯x外觀看時(shí),，在任何對(duì)比度下能呈現(xiàn)黑白圖像,，而不顯示出任何其它色彩[1]。這不僅是黑白兼容的要求,，而且也是獲得正確的彩色圖像的先決條件,。但實(shí)際上，三基色熒光粉的發(fā)光效率是不相同的,，而且,，三個(gè)電子束的控制特性的截止點(diǎn)和斜率也是不完全相同的。所以,，在生產(chǎn)過(guò)程中,，必須進(jìn)行白平衡調(diào)整。
??? 白平衡調(diào)整通常分兩個(gè)步驟,，即暗平衡調(diào)整和亮平衡調(diào)整,。為了說(shuō)明調(diào)整原理，先對(duì)三基色原理進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹,。
1.1? 三基色原理
??? 三基色原理是彩色電視的最基本原理之一,。利用這一原理，基本上可以模擬出自然界的各種彩色,。例如：
??? 紅色（R）+綠色（G）=黃色（Y）
??? 紅色（R）+藍(lán)色（B）=紫色（M）
??? 綠色（G）+藍(lán)色（B）=青色（C）
??? 當(dāng)紅,、綠、藍(lán)三色同時(shí)混合時(shí),，一般得到較淡的顏色,，如淡青、淡紫、淡黃及淡綠等,。當(dāng)三者比值合適時(shí),，又可以獲得白色，即為：
??? 紅（R）+綠（G）+藍(lán)（B）=白色（W）
??? 當(dāng)R,、G,、B三色混合比例保持不變，而只是各自的亮度按同一比例增加或減少時(shí),，所混合成的顏色不變,，但合成色的亮度也按同一比例增加或減少。把利用這三基色相混合得到全部彩色的原理稱為三基色原理[1],。
1.2? 暗平衡調(diào)整
??? 由于制造工藝的不同,，即使各電子槍所加電壓一樣，三條電子束的控制特性也不可能完全一樣,。圖1（a）給出了白平衡調(diào)整前三條電子束的調(diào)制特性曲線,，這里假設(shè)三個(gè)電子槍所加電壓完全相同。從中可以看出三電子束控制特性的截止點(diǎn)和斜率均不一樣,，從t1到t2期間,，因?yàn)橹挥屑t電子束流，故在顯像管屏幕上只發(fā)出很暗的紅光,；從t2到t3期間,，由于紅、藍(lán)兩電子束都已有電流,，故顯像管發(fā)出暗紫色,；從t3開始，由于三基色都存在,，故發(fā)出的光接近白色,。可見,，在低亮度區(qū)域中由于起始柵偏壓不一致不能正確顯示出暗灰色,，而是被淡淡地染上一層彩色。
??? 為了校正這種效應(yīng),，就必須設(shè)法使三電子束的起始柵偏壓一致,。常用的辦法是調(diào)整顯像管三個(gè)控制極的靜態(tài)偏置電壓（單槍三束管）或三個(gè)加速極電壓（三槍三束管）使三條電子束相對(duì)應(yīng)的陰柵極控制性曲線Ib/ Vg具有相同的截止點(diǎn)，如圖1（b）所示,。這樣,，就能滿足三個(gè)電子槍在t1時(shí)刻同時(shí)導(dǎo)通，消除了暗區(qū)出現(xiàn)彩色的可能性而獲得白平衡,。
1.3? 亮平衡調(diào)整
??? 通過(guò)暗平衡調(diào)整,，實(shí)現(xiàn)了低亮度時(shí)的白平衡，但由于斜率不同和熒光粉發(fā)光特性不同，所以在高亮場(chǎng)時(shí)仍不為純白色而帶有彩色[1],。因此,，還必須調(diào)整三個(gè)電子束陰極的激勵(lì)信號(hào)電平，以使高亮度時(shí)得到白平衡,。如果以R信號(hào)幅度為基準(zhǔn),，則調(diào)整G、B信號(hào)幅度,，補(bǔ)償調(diào)制特性曲線斜率的不同和熒光粉的發(fā)光效率的差異引起的失真,。白平衡調(diào)整后，特性曲線的斜率應(yīng)該一致,。如圖1（c）所示,。
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2 系統(tǒng)組成
2.1? 系統(tǒng)組成框圖
??? 由7110 CRT色彩分析儀集成的I2C總線白平衡自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)由工控機(jī)" title="工控機(jī)">工控機(jī)、7110色彩分析卡,、視頻信號(hào)卡" title="信號(hào)卡">信號(hào)卡,、射頻調(diào)制器、測(cè)色鏡頭,、彩色電視機(jī),、I2C總線以及自動(dòng)調(diào)整軟件等組成。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示,。
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2.2? 硬件功能簡(jiǎn)介
2.2.1? 7110色彩分析儀
??? Chroma Model 7110 CRT色彩分析儀是一種以PC-based為設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn),，測(cè)量彩色電視及CRT監(jiān)視器色彩成分因子及白平衡的多功能儀器。它可以提供CRT及監(jiān)視器在生產(chǎn)過(guò)程中的亮度及色彩測(cè)量控制作業(yè),，如亮度、色純度,、白平衡等各種測(cè)試項(xiàng)目,，并以板卡的形式與PC 16-bit AT-ISA bus兼容，連接自身所帶的測(cè)色鏡頭,，在使用者,、PC機(jī)與電視機(jī)之間，構(gòu)成一個(gè)完善的視訊顯示測(cè)試系統(tǒng),。
??? 該儀器同時(shí)擁有xyY,、TΔuvY、u′v′Y,、RGB四種不同的可切換的色度坐標(biāo)系統(tǒng)（本自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采用RGB模式）,，可適用于各種不同場(chǎng)合的測(cè)試需求。在實(shí)際的白平衡測(cè)試過(guò)程中,，使用者可搭配視頻信號(hào)卡（白場(chǎng)信號(hào)發(fā)生器）,，結(jié)合自動(dòng)測(cè)試軟件，整合成一套由PC機(jī)控制的自動(dòng)白平衡調(diào)整系統(tǒng)，進(jìn)行TV生產(chǎn)測(cè)試和QC等應(yīng)用,。
2.2.2? 視頻信號(hào)卡和射頻調(diào)制器
??? 視頻信號(hào)卡與PC 16-bit AT-ISA bus兼容,，能產(chǎn)生調(diào)整所需的高、低亮度白場(chǎng)視頻信號(hào),。在調(diào)整過(guò)程中,，由于R、G,、B數(shù)據(jù)的不斷變化,，白場(chǎng)信號(hào)的亮度也隨之變化。在PC機(jī)調(diào)整軟件的控制下,，視頻信號(hào)卡產(chǎn)生白場(chǎng)信號(hào)的亮度會(huì)自動(dòng)調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)值,。該視頻信號(hào)經(jīng)射頻調(diào)制器調(diào)制成射頻信號(hào)，通過(guò)AV端子向彩電提供需要測(cè)量的白場(chǎng)信號(hào),，并由CRT顯像管顯示出來(lái),，供測(cè)試之需。
2.2.3? I2C總線簡(jiǎn)介
??? I2C總線是Philips公司推出的一種串行總線,。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，只用兩根信號(hào)線即可實(shí)現(xiàn)尋址、數(shù)據(jù)雙向傳送及各種控制功能[2],。這兩根信號(hào)線一根是數(shù)據(jù)線（SDA）,，一根是時(shí)鐘線（SCL）。所有帶有I2C總線接口的器件,，均可直接掛到這兩根線上,，實(shí)現(xiàn)器件間的數(shù)據(jù)雙向傳輸。
??? 通過(guò)I2C總線,，數(shù)據(jù)寫入IC器件的時(shí)序如圖3所示,。
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??? 在白平衡調(diào)整時(shí)，首先通過(guò)I2C總線輸入電視機(jī)IC器件地址,，共7個(gè)字節(jié),；接著一個(gè)字節(jié)表示此操作是讀操作還是寫操作（圖3表示寫操作）；8個(gè)字節(jié)傳輸后,，IC器件收到信息后反饋一個(gè)ACK應(yīng)答信號(hào),。ACK之后輸入副地址，同樣在正確接收信息后返回一個(gè)ACK應(yīng)答信號(hào),；最后輸入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù),，結(jié)束寫入數(shù)據(jù)操作[3]。同理,，數(shù)據(jù)讀出時(shí),，只需將指令由寫操作改為讀操作即可,。數(shù)據(jù)讀出的時(shí)序如圖4所示。
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2.2.4? 工控機(jī)
??? 工控機(jī)（586CPU）是整個(gè)系統(tǒng)的心臟,，利用自主研發(fā)的自動(dòng)調(diào)整軟件,，控制視頻信號(hào)產(chǎn)生的白場(chǎng)信號(hào)高、低亮度的變化,，并讀取7110色彩分析儀測(cè)得的R,、G、B值,，通過(guò)一定算法修改電視機(jī)IC器件的顏色參數(shù)控制寄存器和E2PROM中的顏色參數(shù)存儲(chǔ)單元" title="存儲(chǔ)單元">存儲(chǔ)單元內(nèi)容,，從而控制整個(gè)白平衡調(diào)整系統(tǒng)自動(dòng)有序地工作。
2.3? 軟件設(shè)計(jì)
??? 白平衡調(diào)整中的光學(xué)數(shù)據(jù)采集,、數(shù)據(jù)處理,、算法實(shí)現(xiàn)、I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸控制,、白平衡調(diào)整的自動(dòng)循環(huán)等,，均通過(guò)586工控機(jī)執(zhí)行調(diào)整軟件來(lái)進(jìn)行運(yùn)算和控制。本自動(dòng)調(diào)整軟件采用Borland C++語(yǔ)言編寫,，程序具有Windows風(fēng)格,，操作非常簡(jiǎn)單。操作界面包括儀器的校零,、器件地址,、E2PROM地址、基準(zhǔn)槍,、初始值的設(shè)定等功能,，能方便地切換到其他機(jī)型，有效地避免了換一種機(jī)型換一個(gè)軟件的時(shí)間和人力資源的浪費(fèi),。
??? 下面以某機(jī)芯為例來(lái)說(shuō)明軟件的實(shí)現(xiàn)流程：該機(jī)芯以紅槍（R）為基準(zhǔn)槍,，在紅槍數(shù)據(jù)（R）不變的情況下，調(diào)整G和B兩槍的控制參數(shù),，使彩色電視機(jī)達(dá)到白平衡。在進(jìn)行白平衡調(diào)整時(shí),，程序首先讀取E2PROM顏色參數(shù)存儲(chǔ)單元的預(yù)置值,，接著讀取7110色彩分析儀通過(guò)測(cè)色鏡頭測(cè)得的高、低亮度值和R,、G,、B值。如果亮度值與亮度標(biāo)準(zhǔn)值不一致,，則先根據(jù)誤差的大小和正負(fù)改變亮度控制值的大小并調(diào)整方向,，將調(diào)整后的高,、低亮度控制值寫入視頻信號(hào)卡，控制高,、低亮度達(dá)到亮度標(biāo)準(zhǔn)值,；如果測(cè)得的R、G,、B值與R,、G、B標(biāo)準(zhǔn)值不一致,，則根據(jù)誤差的大小和正負(fù)修正上一次得到的RCUTOFF,、GCUTOFF、BCUTOFF,、GDRIVE,、BDRIVE的值，然后把R,、G,、B的調(diào)整值寫入IC的顏色參數(shù)控制寄存器。這樣重復(fù)循環(huán)即可完成白平衡自動(dòng)調(diào)整,，最后一次的調(diào)整數(shù)據(jù)寫入E2PROM,。程序的簡(jiǎn)化流程框圖如圖5所示。
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3 7110實(shí)現(xiàn)白平衡自動(dòng)調(diào)整的過(guò)程
??? 在進(jìn)行白平衡調(diào)整時(shí),，由于使用IC器件的不同,，有兩種進(jìn)入調(diào)整狀態(tài)的方式：按遙控器“BUS OFF”鍵，或由PC機(jī)控制由I2C總線插頭的另一根BUS線向被調(diào)整電視機(jī)提供低電平觸發(fā)信號(hào),。對(duì)于使用遙控器進(jìn)入工廠調(diào)整模式的被調(diào)電視機(jī),，在寫入E2PROM后即退出工廠調(diào)整模式，而對(duì)于用低電平觸發(fā)方式進(jìn)入工廠調(diào)整模式的電視機(jī),，則要求白平衡調(diào)整完畢后將此信號(hào)恢復(fù)為高電平,，使電視機(jī)的MCU恢復(fù)其對(duì)E2PROM的控制。下面仍以紅槍為基準(zhǔn),，通過(guò)其余兩槍的調(diào)整來(lái)說(shuō)明自動(dòng)調(diào)整的整個(gè)過(guò)程,。
??? 在調(diào)整準(zhǔn)備工作完成后，操作者連接射頻信號(hào)線到電視AV端子,，加上白場(chǎng)信號(hào),；啟動(dòng)腳踏開關(guān)，推進(jìn)測(cè)色鏡頭充分接觸彩電屏幕,；把I2C總線的5芯插頭插入機(jī)芯板上的I2C插座,。此后的工作由程序自動(dòng)完成：由PC控制拉低BUS控制線，奪取對(duì)I2C總線的控制權(quán),，從而使彩電進(jìn)入工廠調(diào)整模式,，電視屏幕上有“BUS OFF”提示,；程序讀取E2PROM中的顏色參數(shù)存儲(chǔ)單元初始數(shù)據(jù)，收到ACK信號(hào)后,，表示總線插頭和插座已經(jīng)導(dǎo)通,，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫工作；然后計(jì)算機(jī)從7110色彩分析儀中取得低亮及高亮的R,、G,、B值，使其與R,、G,、B標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，若小于標(biāo)準(zhǔn)值則按照一定的步長(zhǎng)增加,，將調(diào)整后的R,、G、B值對(duì)應(yīng)的高,、低亮調(diào)整數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線（SDA）寫入IC器件的顏色參數(shù)控制寄存器,，反之則將比原值小的高、低亮調(diào)整數(shù)據(jù)寫入IC器件寄存器,，此時(shí)電視機(jī)屏幕顏色中的R,、G、B值隨之改變,，再由測(cè)色鏡頭將其R,、G、B值傳送回計(jì)算機(jī)進(jìn)行比較,，同時(shí)程序調(diào)整高,、低亮度至亮度標(biāo)準(zhǔn)值，這樣反復(fù)循環(huán)直至與標(biāo)準(zhǔn)值之差在允許范圍內(nèi)即為合格,。然后將最后一次得到的R,、G、B值寫入E2PROM,。最后,，程序控制拉高BUS控制線，釋放I2C總線,，電視屏幕上顯示“BUS OPEN”,。此后，操作者拔掉總線插頭,，再次啟動(dòng)腳踏開關(guān)，測(cè)色鏡頭撤離電視屏幕,，白平衡調(diào)整完成,。整個(gè)調(diào)整過(guò)程除輔助工作由操作者執(zhí)行外,，其余均由PC機(jī)控制自動(dòng)完成，所花時(shí)間一般在10s以內(nèi),，因而效率較高,。
??? 本白平衡自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，具有調(diào)整速度快,、調(diào)整精度高等特點(diǎn),。經(jīng)生產(chǎn)線實(shí)際使用后，反映效果良好,。調(diào)整一臺(tái)彩電的白平衡需要7～10s,，加上操作人員輔助時(shí)間，通過(guò)一臺(tái)彩電共需要20s左右,。它不僅大大降低了調(diào)試人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,，而且充分保證了彩電白平衡調(diào)整的準(zhǔn)確度和一致性，使彩電生產(chǎn)效率和質(zhì)量得到明顯提高,。
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