图5:A/B=2(左)、A/B=1/2(右)
通常,工程师们利用利萨如图形来测量信号间的频率比与相位差。但是,工程师们的想象力和创造力是无限的,他们在X-Y模式下解锁了更多的利萨如图形趣味玩法!
“被玩坏的”X-Y模式
例如,我们想要在示波器屏幕上显示一个笑脸
图7:预设的笑脸图
1、边缘检测
运用OPENCV通过CANNY算子将图像进行二值化处理,即可得到一个亮度阶跃性较强的图形,此时进行边缘检测,通过阶跃卷积得到图像中的边缘信息。若图像中有多个边缘,那么会将所有的边缘依次排序放入波表中。
2、矢量分解
将波表导入信号源,输出X、Y两个通道的同步信号,分别接入示波器两路通道,开启X-Y模式,得到图形。
本次我们使用RIGOL最新发布的DS70000系列数字示波器进行演示:
图8:DS70000屏幕显示(采用8bit分辨率、数字余辉功能关闭)
如图所示,屏幕上出现了一个笑脸。但是这个笑脸模糊不清、忽明忽暗,需要用示波器的一些功能对其加以调试。
3、高分辨率
数字示波器的垂直分辨率是衡量示波器将电压转换为数字量的精细程度的重要指标。
示波器将模拟信号转换成数字信号时,要将其量化,量化的精细程度则取决于垂直分辨率。当垂直分辨率高时,例如16bit,电压V可以被量化成V/2^16 段,此时模拟信号的电压进行数字化后,得到值也就更精确。而8bit分辨率时电压只能被量化成V/2^8段。显然,模拟信号转换成的近似值误差会更大。如同平时用的测量工具,1mm为单位的小尺测量物体必然没有50um为单位的游标卡尺测量的准确。
那么,由于被测的模拟信号是连续的,精度高的示波器计算信号上相邻两点的数值差也会越小,因此点组成的线显示在示波器上也就会更丝滑。DS70000系列数字示波器基于RIGOL新一代UltraVision III平台,提供最高达16bit的垂直分辨率。
图9:DS70000屏幕显示(采用16bit分辨率、数字余辉功能关闭)
当分辨率较低时(图8),由于量化噪声及高频噪声的引入,图形在屏幕上呈现模糊的量化状态;而如图9所示,在选择16bit分辨率时,图像线条的细节呈现更完美。
4、数字余辉
余辉一词来自于早期的模拟示波器,它指的由于CRT上荧光材料被激发后发光,但是其能量下降是需要时间的,因此当电子束移开当前位置后,该位置上的荧光材料不会直接停止发光,而是逐渐变暗,导致了波形在屏幕上会停留一段时间,然后再逐渐消失。而现代的数字示波器通过提升波形捕获率和波形的数学统计模仿出类似模拟示波器的多级辉度显示效果,即数字余辉技术。
图10:DS70000屏幕显示(采用16bit分辨率、数字余辉功能开启)
最终,一个完整、稳定的笑脸就出现啦!