อัลกอริทึมที่มีรายละเอียดสำหรับจำลองเอฟเฟกต์การคงอยู่ของ phosphor ที่โดดเด่นของ analog oscilloscopes ได้จุดประกายการสนทนาที่เต็มไปด้วยความคิดถึงในหมู่วิศวกรเกี่ยวกับประสบการณ์ในช่วงแรกของพวกเขากับเครื่องมือคลาสสิกเหล่านี้ อัลกอริทึมนี้แก้ไขข้อจำกัดทางภาพของ digital oscilloscopes สมัยใหม่ที่มีปัญหาในการจำลองความงามตามธรรมชาติและคุณค่าในการวินิจฉัยของจอแสดงผล phosphor
คุณสมบัติของจอแสดงผลฟอสฟอร์:
- การวาดเส้นต่อเนื่องด้วยลำแสงอิเล็กตรอน
- ความเข้มของแสงเพิ่มขึ้นเมื่อลำแสงเคลื่อนที่ช้าลงหรือมีการซ้อนทับของเส้น
- การกระจายตัวแบบเบลอเชิงเลขชี้กำลัง (ไม่ใช่แบบ Gaussian)
- การสลายตัวแบบเลขชี้กำลังตามเวลาสำหรับการคงอยู่ของแสงส่องหลัง
- การไล่ระดับสีตามธรรมชาติเผยให้เห็นคุณสมบัติของสัญญาณ
 |
|---|
| การแสดงสัญญาณรูปคลื่นในรูปแบบดิจิทัลที่เน้นความซับซ้อนทางภาพที่ออสซิลโลสโคปแบบอนาล็อกให้ได้ |
คุณค่าทางการศึกษาของเครื่องมือ Analog
วิศวกรหลายคนยังจำได้ว่า analog oscilloscopes ทำหน้าที่เป็นเครื่องมือการเรียนรู้ที่เหนือกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องมือสมัยใหม่ การไม่มีฟีเจอร์อัตโนมัติเช่นปุ่ม auto-scale บังคับให้นักเรียนเข้าใจหลักการพื้นฐานของการวัดสัญญาณอย่างแท้จริง วิธีการแบบลงมือทำนี้สร้างวิศวกรรุ่นหนึ่งที่พัฒนาความเข้าใจโดยสัญชาตญาณที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับการทำงานของ oscilloscope
อย่างไรก็ตาม ความท้าทายทางการศึกษาก็เป็นเรื่องจริง ห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัยที่เต็มไปด้วยอุปกรณ์ analog ที่เก่าแก่มักจะกลายเป็นพิธีกรรมการผ่านด่านที่มีชื่อเสียงสำหรับนักศึกษาวิศวกรรม ด้วยตัวควบคุมที่ไม่เสถียรและเวลาที่จำกัดสำหรับการสอนที่เหมาะสม นักเรียนหลายคนต่อสู้เพื่อเข้าใจแนวคิดต่างๆ เช่น oscilloscopes สร้างการแสดงผลที่เสถียรของสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาได้อย่างไร
บริบทไทม์ไลน์การศึกษา:
- 2007: ออสซิลโลสโคปแบบอนาล็อกยังคงใช้สำหรับการฝึกอบรมนักศึกษาวิศวกรรมไฟฟ้า
- 1986: ออสซิลโลสโคปแบบอนาล็อกเป็นเครื่องมือทั่วไปในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัย
- Tektronix 2465A/B ซีรีส์มีความสามารถในการปรับมาตราส่วนอัตโนมัติในยุคแรกๆ
- สิทธิบัตรจำนวนมากเกี่ยวกับแนวคิดการแสดงผลแบบ digital phosphor น่าจะหมดอายุแล้ว
ความท้าทายในการนำไปใช้ทางเทคนิค
อัลกอริทึมนี้จัดการกับหลายแง่มุมสำคัญที่ทำให้จอแสดงผล phosphor มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว ไม่เหมือนกับการวาดเส้นธรรมดาระหว่างจุดข้อมูล การจำลองต้องคำนึงถึงความเร็วของลำแสง electron ซึ่งกำหนดความเข้มของแสง บริเวณที่ลำแสงเคลื่อนที่ช้าหรือทับซ้อนกันหลายครั้งจะปรากฏสว่างกว่า ทำให้เกิดการไล่ระดับความเข้มตามธรรมชาติ
เอฟเฟกต์การเบลอเชิงพื้นที่รอบเส้น phosphor ไม่เป็นไปตามการกระจาย Gaussian ทั่วไปที่ใช้ในซอฟต์แวร์ประมวลผลภาพ แต่จะใช้การกระจายแบบเอกซ์โพเนนเชียลที่ตรงกับวิธีที่แสงกระเจิงระหว่างอนุภาค phosphor coating ได้ดีกว่า สิ่งนี้สร้างรูปแบบการเรืองแสงที่สมจริงมากขึ้นรอบสัญญาณที่ติดตาม
คุณสมบัติหลักของอัลกอริทึม:
- การประมาณค่าแบบ spline ระหว่างจุดข้อมูล (เช่น 1000 จุดเพิ่มเติมต่อช่องว่าง)
- เคอร์เนลเบลอแบบเลขชี้กำลังสำหรับเอฟเฟกต์เรืองแสงที่สมจริง
- การจำลองการสลายตัวตามเวลาสำหรับความคงทนของฟอสเฟอร์
- การจำลองความเร็วชัตเตอร์กล้องสำหรับการถ่ายทำจอแสดงผล
- การกำจัดปัญหา aliasing และลวดลาย moiré
 |
|---|
| การแสดงภาพกราฟิกของคลื่นเสียงที่แสดงการเปลี่ยนแปลงของแอมพลิจูดและความถี่ที่เกี่ยวข้องกับการจำลองออสซิลโลสโคป |
การประยุกต์ใช้และการปรับใช้ของชุมชน
อัลกอริทึมนี้พบทางเข้าสู่การประยุกต์ใช้ในเชิงสร้างสรรค์นอกเหนือจากการจำลอง oscilloscope แล้ว นักพัฒนาเริ่มนำการเรนเดอร์แบบ phosphor เข้าไปในเกมและแอปพลิเคชันแบบโต้ตอบ ทดลองกับอัตราการจางหายและโทนสีที่แตกต่างกันเพื่อให้ได้เอฟเฟกต์จอแสดงผลวินเทจที่แท้จริง
มันขึ้นอยู่กับหลายปัจจัยตั้งแต่วัสดุรองรับไปจนถึงความแรงของลำแสง ผมเคยเห็น oscilloscopes เก่าแก่ที่ใช้เวลามากกว่านั้นด้วย ความงามของเครื่องจักรเหล่านั้น ไม่มีสองเครื่องที่เหมือนกัน
ลักษณะการคงอยู่แตกต่างกันอย่างมากระหว่างรุ่น oscilloscope และประเภท phosphor ที่แตกต่างกัน โดยจอแสดงผลบางตัวแสดงแสงหลงเหลือที่มองเห็นได้เป็นเวลาหลายวินาทีหลังจากปิดเครื่อง
ข้อได้เปรียบในการวินิจฉัยของจอแสดงผล Phosphor
นอกเหนือจากความคิดถึงแล้ว จอแสดงผล phosphor ยังมีข้อได้เปรียบในการวินิจฉัยที่แท้จริงซึ่งจอแสดงผลดิจิทัลสมัยใหม่ยากที่จะเทียบได้ การไล่ระดับสีตามธรรมชาติเผยให้เห็นลักษณะของสัญญาณที่วิศวกรที่ผ่านการฝึกฝนสามารถตีความได้ในพริบตา สำหรับสัญญาณที่มีการปรับแอมพลิจูด รูปแบบความเข้มสามารถเผยให้เห็นว่าคลื่นพาหะเป็นรูปไซน์ สามเหลี่ยม หรือสี่เหลี่ยมจัตุรัสตามวิธีที่สัญญาณใช้เวลาในระดับแรงดันที่แตกต่างกัน
อัลกอริทึมแสดงให้เห็นหลักการเหล่านี้โดยการเรนเดอร์สัญญาณทดสอบที่แสดงการกระจายความเข้มที่สมจริง กำจัด aliasing และรูปแบบ moiré ที่พบบ่อยในวิธีการเรนเดอร์ดิจิทัลแบบดั้งเดิม สิ่งนี้สร้างการแสดงภาพที่นุ่มนวลและให้ข้อมูลมากขึ้นซึ่งแสดงลักษณะสัญญาณพื้นฐานได้ดีกว่า
ความสนใจที่เพิ่มขึ้นในการจำลองจอแสดงผล phosphor สะท้อนทั้งความคิดถึงทางเทคโนโลยีและการยอมรับว่าแนวทางเก่าบางอย่างมีข้อได้เปรียบเฉพาะตัวที่คุ้มค่าแก่การรักษาไว้ในการนำไปใช้สมัยใหม่
อ้างอิง: Algorithm for simulating Phosphor Persistence of Analog Oscilloscopes
 |
|---|
| หน้าจอออสซิลโลสโคปแสดงรูปคลื่นที่เน้นความสามารถในการวินิจฉัยของจอแสดงผลฟอสเฟอร์ |