深入理解示波器的灰度顯示和色溫顯示

　　本文主要論述波形三維映射原理，并結合ZDS示波器講述灰度顯示和色溫顯示的意義。

　　波形數據的三維信息包括：時間，幅度和幅度命中次數。傳統DSO對波形的處理過程中，通過波形的原始數據進行抽樣提取一幅波形所需要的數據進行繪制，這樣抽樣顯示就只有時間和幅度信息。而在現代DSO中，可將一次觸發后采集到的所有數據展現在屏幕上，并通過三維映射灰度圖來體現時間，幅度以及波形數據在每一個幅度上命中次數。例如一次觸發采樣有14000個采樣點，DSO屏幕水平方向上有700個像素點，那么在傳統的DSO中只需要在14000個采樣點中，每隔200個樣點抽取1個，共抽取700個像素點來表現波形的整體概貌。而進行波形三維映射時，這200個樣點將全部壓縮在一個時間點上，并根據不同的幅度值映射到三維數據庫中。

　　圖 1 三維波形數據庫

　　如圖 1所示，三維波形數據庫可以看作是一個m×k的二維矩陣，m表示DSO屏幕的垂直分辨率(幅度)，k表示DSO的水平分辨率(時間)，而矩陣中元素amk表示幅度命中次數，如圖2所示。

　　圖 2 三維數據庫矩陣

　　為了將三維波形數據庫中的信息轉換為方便用戶觀察的顯示畫面，需要將幅度命中次數轉換為波形灰度或顏色等級，所以波形三維映射模型實質上是一種三維波形成像技術。它直接將每次采集到得數據映射到三維數據庫(灰度圖)，然后將灰度圖以人眼可以接受的速率傳送到屏幕上顯示。

　　圖 3左側是8次采樣并疊加后的三維波形數據庫實例，右側是轉換后的波形顯示。從中可以看出，每一列元素的和等于采樣次數8，每個元素的值大小代表了該采樣點在8次采樣中的命中次數。在通過表 1的顏色查找表將命中次數值與顏色對應起來時，命中次數信息就轉換成了顏色信息。

　　命中次數012345678

　　顏色黑色深藍色藍色青色綠色黃色橙色紅色白色

　　表 1顏色查找表

　　圖 3三維波形數據庫

　　通過上面的原理介紹，我們就可以知道，示波器中每一屏的波形其實是由若干幀采樣波形疊加而成的。在正常顯示模式下，示波器用灰度大小表示波形出現的概率，波形出現的概率越大，波形的顏色就越亮，波形出現的概率越小，波形的顏色就越暗，如下圖 4所示：

　　圖 4 波形灰度圖

　　除此之外，為了方便用戶更清除的觀察波形出現的概率大小，ZDS系列示波器還配備了色溫顯示功能。在色溫顯示模式下，通過波形的色溫的冷暖來反映波形出現的概率的大小，出現頻率低的波形用冷色顯示，出現頻率高的波形用暖色顯示，如下圖 5所示：

　　圖 5 波形色溫圖

　　上面主要介紹了示波器的波形三維映射原理，并結合到ZDS示波器講述了灰度顯示和色溫顯示的含義，通過本文可以加深對示波器波形顯示的理解。