CN102254524A - 使第一显示器呈现第二显示器影像特征的装置及方法 - Google Patents

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CN102254524A CN2011100372208A CN201110037220A CN102254524A CN 102254524 A CN102254524 A CN 102254524A CN 2011100372208 A CN2011100372208 A CN 2011100372208A CN 201110037220 A CN201110037220 A CN 201110037220A CN 102254524 A CN102254524 A CN 102254524A
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Abstract

本发明涉及一种影像转换装置，用以使第一显示器呈现第二显示器的影像特征，该装置包含：第一转换单元，用以根据与该第二显示器有关的第二伽玛值，将该第一显示器的第一影像信号转换为第一输出信号；第二转换单元，用以根据与该第一显示器及该第二显示器有关的一转换增益函数，将该第一输出信号转换为第二输出信号；以及第三转换单元，用以根据与该第一显示器有关的第一伽玛值，将该第二输出信号转换为第二影像信号。

Description

使第一显示器呈现第二显示器影像特征的装置及方法
技术领域
本发明有关于一种影像转换装置，特别是用以使第一显示器呈现第二显示器的影像特征。
背景技术
在广泛使用的液晶显示器当中，背光照明组件是一不可或缺的重要组件。图1即为先前技术的背光源式显示器示意图。请参考图1，一背光照明组件11的光线可自液晶显示器10的边缘或者后方穿透过一层藉由一输入数据所控制的扭转式液晶12(twisted liquid crystals)，让使用者得以接收该光线而观看液晶显示器10所显示的内容。
有别于液晶显示器，近来已有另一种显示器类型，称为电子纸显示器(e-paper)。图2为先前技术的电子纸显示器结构示意图。请参考图2，电子纸显示器20舍弃液晶显示器中的嵌入式背光组件(embedded backlight)，藉由控制器25用以控制该电子纸显示器20中位于穿透式上层电极22与分段式下层电极24之间的电子墨水23(electronic ink)，使输入光线在基板21中进行扩散与调变，进而反射出输出光线。因此，由于与液晶显示器所使用的光源操作原理不同，电子纸显示器20所显示出的影像质量与液晶显示器10相比之下明显不同。
图3说明不同的显示器具有不同的显示影像特征。请参考图3，一文字或图片的数据文件，例如一PDF档案，传输至一液晶显示器10的第一数据译码器10a，以产生第一译码影像信号，接着将该第一译码影像信号输出至一液晶显示器控制器10b，以产生第一影像信号，并且将该第一影像信号输出至一液晶显示器面板10c以产生一液晶显示影像。另一方面，将该PDF档案传输至一电子纸显示器20的第二数据译码器20a，以产生第二译码影像信号，然后将该第二译码影像信号输出至电子纸显示器控制器20b，以产生第二影像信号，并将该第二影像信号输出于一电子纸显示器面板20c以产生一电子纸显示影像。
然而，由于液晶显示器10与电子纸显示器20彼此使用不同物理材料，并且使用不同的光源操作方式，该液晶显示影像所具有的特征，例如亮度(Luminance)以及色度(Chrominance)与该电子纸显示影像所具有的特征不相同。因此希望能有一种影像转换装置，可使不同的显示器具有相同或类似的显示影像特征。
发明内容
一种影像转换装置，用以使第一显示器呈现第二显示器的影像特征，该装置包含：第一转换单元，用以根据与该第二显示器有关的第二伽玛值，将该第一显示器的第一影像信号转换为一第一输出信号；第二转换单元，用以根据与该第一显示器及该第二显示器有关的一转换增益函数，将该第一输出信号转换为第二输出信号；以及第三转换单元，用以根据与该第一显示器有关的第一伽玛值，将该第二输出信号转换为第二影像信号。
在以下的实施例中，将描述本发明的影像转换装置如何根据该第一显示器及该第二显示器的显示特性完成影像信号的转换。
附图说明
本发明的前揭摘要以及上文的详细说明在伴随附图阅读下当可更容易了解。为达本发明的说明目的，各附图中图绘出现有的较佳具体实施例。然应了解本发明并不限于所绘的精确排置方式或设备装置。
在本图式中：
图1为先前技术的背光源式显示器示意图；
图2为先前技术的电子纸显示器结构示意图；
图3说明不同的显示器具有不同的显示影像特征；
图4说明利用影像转换装置使不同的显示器具有相同或类似的显示影像特征；
图5为界定根据本发明其中一实施例的影像转换函数的参数的示意图；
图6A为根据本发明其中一实施例，利用影像转换装置使不同的显示器具有相同或类似的显示影像特征；
图6B至6D为根据本发明的实施例的影像转换装置方块图；
图7为根据本发明的其它实施例的影像转换装置方块图；
图8为根据本发明其中一实施例，影像信号转换前后的特性曲线图；以及
图9为根据本发明其中一实施例，使第一显示器呈现第二显示器影像特征的方法流程图。
主要组件符号说明
10液晶显示器
10a    第一数据译码器
10b    液晶显示器控制器
10c    液晶显示器面板
11     背光照明组件
12     扭转式液晶
20     电子纸显示器
20a    第二数据译码器
20b    电子纸显示器控制器
20c    电子纸显示器面板
21     基板
22     穿透式上层电极
23     电子墨水
24     分段式下层电极
25     控制器
30     影像转换装置
31     第一转换单元
32     第二转换单元
33     第三转换单元
34     单一查找表
35     单一计算器
40     第一显示器
40a    第一数据译码器
40b    第一显示器控制器
40c    第一显示器面板
50     第二显示器
50a    第二数据译码器
50b    第二显示器控制器
50c    第二显示器面板
99     外部光源
具体实施方式
以下对较佳实施例的详细描述旨在说明本发明，而非对本发明的实施方式有所限制。
图4说明本发明一实施例中利用影像转换装置使不同的显示器产生相同或类似的显示影像特征。请参考图4，以液晶显示器10以及电子纸显示器20为例，本发明的目的在于提供一影像转换装置30，该影像转换装置30以亮度(Luminance)以及色度(Chrominance)作为参数而进行信号的转换，并且以最小的能量损失，而达成当同一个文字或图片的数据文件分别显示于两种不同性质的显示面板时，可具有相同的特征。其中影像的格式可为一光谱(spectrum)、CIEXYZ、RGB、YCbCr以及YUV等等。值得注意的是，图4实施例的影像转换装置30设置在显示器之外，其经由实体的光接收/感测装置(未图标)侦测显示器所呈现的影像的光信号，并将此光信号数字化以进一步进行本发明特有的信号处理。下述将对于本发明的影像转换装置30的信号处理原理和方式有更详尽的解释，在此暂不详述。以下首先对本发明的发明概念进行解释。
承图4的实施例，图5为界定本实施例影像转换函数的参数的示意图。图5绘示一外部光源99进入电子纸显示器20的基板21，经过反射后，发射出的一输出光线具有一输出亮度，该输出亮度即为一低限输出亮度与一调变输出亮度的总和，可用下列公式表示：
L＝L_min+L_modulated，
其中L代表该输出亮度；L_min代表电子纸显示器20所提供的该低限输出亮度；L_modulated代表电子纸显示器20所提供的该调变输出亮度，并且该调变输出亮度可以下列式子表示：
L_modulated＝(L_max-L_min)×(in)r，
其中L_max代表电子纸显示器20所提供的一高限输出亮度；in代表一输入信号；r代表与电子纸显示器20有关的一伽玛值(Gamma)，而在本发明其中的一实施例中，亮度的单位可为流明(lm)或烛光(cd)。
上述表达式在实际的运算过程当中，(in)r为一已正规化(normalize)的纯量因子(factor)，其值介于0与1之间，不具有单位。
由以上可理解到，当该输入信号in为最小值时，此时(in)r＝0，因此该输出亮度可表示为：
L＝L_min+L_modulated＝L_min+(L_max-L_min)×0＝L_min
亦即，该输出亮度＝该低限输出亮度；
而当该输入信号in达到最大值时，此时(in)r＝1，因此该输出亮度可表示为：
L＝L_min+L_modulated＝L_min+(L_max-L_min)×1＝L_max，
亦即，该输出亮度＝该高限输出亮度。
图6A为根据本发明其中一实施例，利用影像转换装置使不同的显示器的显示影像产生相同或类似的显示影像特征(亦即让使用者肉眼观察到的影像特征是相同或类似的)。请参考图6A，一文字或图片的数据文件，例如一PDF档案，传输至第一显示器40的第一数据译码器40a，以产生第一译码影像信号，并输出至第一显示器控制器40b，以产生第一影像信号(in_gg)，并将该第一影像信号(in_gg)出输至一影像转换装置30进行转换，以输出一特征转换影像信号(in_f)至第一显示器面板40c用以显示第一显示影像。
同理，该文字或图片的数据文件传输至第二显示器50的第二数据译码器50a，以产生第二译码影像信号，并输出至第二显示器控制器50b，以产生第二影像信号(in_g)至第二显示器面板50c用以显示第二显示影像，其中该第一显示影像的特征，例如亮度及色度相同于该第二影像的特征。
以下针对该影像转换装置30的信号转换原理及过程加以说明。
图6A当中，该第一显示器40具有该第一显示影像的第一亮度，承前文所述，该第一亮度可表示为：
Light 1＝Lf_min+(Lf_max-Lf_min)×(in_f)r_f，
其中Light 1代表该第一亮度；Lf_max代表该第一显示器40所提供的一高限输出亮度；Lf_min代表该第一显示器40所提供的一低限输出亮度；(in_f)为该特征转换影像信号；(r_f)为第一伽玛值。
而该第二显示器50具有该第二显示影像的第二亮度，该第二亮度可表示为：
Light 2＝Lg_min+(Lg_max-Lg_min)×(in_g)r_g，
其中Light 2代表该第二亮度；Lg_max代表该第二显示器50所提供的一高限输出亮度；Lg_min代表该第二显示器50所提供的一低限输出亮度；(in_g)为该第二影像信号；(r_g)代表第二伽玛值。
于本发明其中的一实施例当中，由于第一显示器40为液晶显示器，所以该第一伽玛值(r_f)被设为2.2(如教科书中所教示)，并且Lg_min远大于Lf_min，使Lf_min可忽略不考虑，因此该第一亮度可表示为：
Light 1＝(Lf_max)×(in_f)2.2。
承上所述，为使该第一亮度与该第二亮度相同，可以下列方式推导：
假设Light 1＝Light 2，
则(Lf_max)×(in_f)2.2＝Lg_min+(Lg_max-Lg_min)×(in_g)r_g，
(in_f)2.2＝[Lg_min/Lf_max]+[(Lg_max-Lg_min)/Lf_max)]×(in_g)r_g，(in_f)＝{[Lg_min/Lf_max]+[(Lg_max-Lg_min)/Lf_max)]×(in_g)r_g}(1/2.2)，由此可观察出特征转换影像信号与第二影像信号的关系为
in_f＝[A+B×(in_g)r_g](1/2.1)，其中A＝(Lg_min/Lf_max)可视为一转换偏移量(Transfer_Offset)，并且B＝(Lg_max-Lg_min)/Lf_max)可视为一转换增益(Transfer_Gain)，
因此上述表达式可写成：
in_f＝[(Transfer_Offset)+(Transfer_Gain)×(in_g)r_g](1/2.2)，
亦即，该特征转换影像信号＝[(该转换偏移量)+(该转换增益)×(该第二影像信号)该第＝伽玛值](1/2.2)。
然而，该第一影像信号(in_gg)与该第二影像信号(in_g)皆为数字信号，因此可使该第一影像信号(in_gg)相同于该第二影像信号(in_g)，即(in_gg)＝(in_g)，于是上述表达式可再进一步写成：
in_f＝[(Transfer_Offset)+(Transfer_Gain)×(in_gg)r_g](1/2.2)，
亦即，该特征转换影像信号＝[(该转换偏移量)+(该转换增益)×(该第一影像信号)该第二伽玛值](1/2.2)。
由以上说明可理解到，本发明的影像转换装置30可藉由该第一显示器40与该第二显示器50的显示特性(如亮度和色度)有关的该转换增益与该转换偏移量，而将该第一影像信号(in_gg)转换为该特征转换影像信号(in_f)，并输出至该第一显示器面板40c，以显示该第一显示影像，使得该第一显示影像的特征，例如亮度(Luminance)以及色度(Chrominance)相同于该第二显示影像的特征。本实施例中以液晶显示器为例，因此第一伽玛值为2.2，然而，本发明的范畴不限于此，在其它实施例中，第一伽玛值将依据不同型式的显示器而对应有不同的值。
图6B至6D为根据本发明的实施例的影像转换装置方块图。请参考图6B，影像转换装置30包含有第一转换单元31、第二转换单元32以及第三转换单元33。此实施例将前述影像转换的推导过程与装置以不同的转换单元实现。依照以上实施例中的理论，所欲取得的特征转换影像信号与第二影像信号的关系为
in_f＝[A+B×(in_g)r_g](1/2.2)，
所以，当影像转换装置的输入为第一影像信号in_gg，则可经由本例的三个转换单元依照以下实施方式，将第一影像信号in_gg转换为特征转换影像信号作为影像转换装置的输出。
首先，该第一转换单元31包含第一查找表或第一计算器。该第一转换单元31接收并转换第一影像信号(in_gg)，并输出第一输出信号(L1)，该转换过程可以下列式子表示：
L1＝(in_gg)(r_g)，
亦即，该第一输出信号＝(该第一影像信号)(一第二伽玛值)。
该第二转换单元32包含第二查找表或第二计算器。该第二转换单元32接收并转换该第一输出信号(L1)，并输出第二输出信号(L2)，该转换过程可以下列式子表示：
L2-＝(Transfer_Offset)+(Transfer_Gain)×L1，
亦即，该第二输出信号＝一转换偏移量+一转换增益×该第一输出信号，
其中该转换偏移量表示为(Lg_min)/(Lf_max)，该转换增益表示为(Lg_max-Lg_min)/(Lf_max)；而其中Lf_max代表该第一显示器40所提供的高限输出亮度，Lg_max代表该第二显示器50所提供的高限输出亮度，而Lg_min代表该第二显示器50所提供的低限输出亮度。
该第三转换单元33包含第三查找表或第三计算器。该第三转换单元33接收并转换该第二输出信号(L2)，以输出一特征转换影像信号(in_f)，该转换过程可以下列式子表示：
(in_f)＝L2 (1/r_f)，
亦即，该特征转换影像信号＝该第二输出信号(1/一第一伽玛值)。
请参考图6C，本实施例运作方式类似于图6B，其不同之处在于本实施例将第6B图中的该第一转换单元31、该第二转换单元32及该第三转换单元33整合成一单一查找表34。
请参考图6D，本实施例运作方式类似于图6B，其不同之处在于本实施例将图6B中的该第一转换单元31、该第二转换单元32及该第三转换单元33整合成一单一计算器35。
图7为根据本发明的其它实施例的影像转换装置方块图。请参考图7，本实施例运作方式类似于图6B，其不同之处在于该影像转换装置30还包含有第一矩阵以及第二矩阵的运算。图7中，一维度为[1xM]的第一影像信号(in_gg)具有第一色彩格式(例如是RGB)，输出至该影像转换装置30进行转换。经由一第一转换单元31转换得到一维度为[1xM]的第一输出信号(L1)。接着，将该维度为[1xM]的第一输出信号(L1)乘以一维度为[MxN]的第一矩阵以输出一维度为[1xN]的第一输出信号(L1)至第二转换单元32。然而，此时该维度为[1xN]的第一输出信号(L1)则具有第二色彩格式(例如是YUV)。
该维度为[1xN]的第一输出信号(L1)经由该第二转换单元32转换而得到一维度为[1xN]的第二输出信号(L2)。并将该维度为[1xN]的第二输出信号(L2)乘以一维度为[NxM]的第二矩阵，得到一维度为[1xM]的第二输出信号(L2)。此时该维度为[1xM]的第二输出信号(L2)具有该第一色彩格式。接着，再将该维度为[1xM]的第二输出信号(L2)输出至一第三转换单元33而得到一维度为[1xM]的特征转换影像信号(in_f)，并且该维度为[1xM]的特征转换影像信号(in_f)具有该第一色彩格式。
图7中的影像转换装置30，使用矩阵的维度转换概念，亦即，先将该第一色彩格式转换为该第二色彩格式，而该第二色彩格式有利于在该第二转换单元32当中所进行的运算，例如，可降低运算复杂度，并提升运算速度及精确度。待该第二转换单元32运算完毕，再将该第二色彩模式转换回该第一色彩模式并输出加以运算。
图8为根据本发明其中一实施例，影像信号转换前后的特性曲线图。请一并参考图8及前述公式：
该第二输出信号＝一转换偏移量+一转换增益×该第一输出信号，
其中该第一输出信号与该第二输出信号彼此为一正比关系，并且，图8中的斜率即为该第二输出信号除以该第一输出信号之值，即可代表该转换增益。此外，当该第一输出信号为0时，该第二输出信号即为该转换偏移量。
图9为根据本发明其中一实施例，使第一显示器呈现第二显示器影像特征的方法流程图。请参考图9，于步骤901首先提供第一显示器，其包含第一控制器与第一显示面板，且具有一背光源。其次，于步骤902提供第二显示器，其包含第二控制器与第二显示面板，且不具有任何背光源。接着在步骤903提供一可供显示于显示器的数据文件。于步骤904将该数据文件输入于该第一显示器，使其输出第一显示影像，该第一显示影像具有第一显示影像的特征，包含亮度及色度。同理，于步骤905将该数据文件输入于该第二显示器，使其输出第二显示影像，该第二显示影像具有第二显示影像的特征，包含亮度及色度。接着，于步骤906决定与该第一显示器有关的第一伽玛值(r_f)，以及与该第二显示器有关的第二伽玛值(r_g)。藉由步骤907的检测该第一显示器当中的第一控制器所输出的第一影像信号(in_gg)，步骤908的检测与该第一显示器有关的第一低限亮度(Lf_min)与一第一高限亮度(Lf_max)，以及步骤909的检测与该第二显示器有关的第二低限亮度(Lg_min)与第二高限亮度(Lg_max)，而于步骤910决定一转换偏移量与一转换增益。接下来，于步骤911将该第一影像信号(in_gg)予以特征转换为一特征转换影像信号(in_f)，亦即，特征转换影像信号(in_f)＝[(该转换偏移量)+(该转换增益)×(该第一影像信号)该第二伽玛值](1/该第一伽玛值)。
如上所述，利用本发明提供的影像转换装置以及相关的影像转换方法，可将两不同显示器显示出的不同影像特征进行转换，而产生相同或相似的影像特征，藉此，同一个影像输入信号能在不同显示器上产生相同或相似的显示效果。例如，在光学特性表现允许的状况下，亦可将影像转换装置设置于前述实施例的电子纸显示器中。总而言之，本发明的概念可广泛地应用于各种显示装置上，不限应用于液晶显示器。
藉由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (20)

1.一种影像转换装置，用以使第一显示器呈现第二显示器的影像特征，该装置包含：
第一转换单元，用以根据与该第二显示器有关的第二伽玛值，将该第一显示器的第一影像信号转换为第一输出信号；
第二转换单元，用以根据与该第一显示器及该第二显示器有关的一转换增益函数，将该第一输出信号转换为一第二输出信号；以及
第三转换单元，用以根据与该第一显示器有关的第一伽玛值，将该第二输出信号转换为第二影像信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第一显示器是一背光源式显示器，而该第二显示器是一非背光源式显示器。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，该第一显示器是一液晶显示器，而该第二显示器是一电子纸显示器。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第一转换单元包含第一查找表与第一计算器两者其中之一。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，该第一查找表与该第一计算器用以界定关系如下：
(该第一输出信号)＝(该第一影像信号)该第二伽玛值。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第二转换单元包含第二查找表与第二计算器两者其中之一。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，该第二查找表与该第二计算器用以界定关系如下：
(该第二输出信号)＝(一转换偏移量+一转换增益×该第一输出信号)，
其中该转换偏移量表示为(Lg_min)/(Lff_max)，该转换增益表示为(Lg_max-Lg_min)/(Lf_max)；以及
其中Lf_max代表该第一显示器所提供的高限输出亮度值，Lg_max代表该第二显示器所提供的高限输出亮度值，而Lg_min代表该第二显示器所提供的低限输出亮度值。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第三转换单元包含第三查找表与第三计算器两者其中之一。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，该第三查找表与该第三计算器用以界定关系如下：
(该第二影像信号)＝(该第二输出信号)1/该第一伽玛值。
10.一种影像转换装置，用以使第一显示器呈现第二显示器的影像特征，该影像转换装置包含一单一查找表与该单一计算器两者其中之一，其有关对应该第一显示器的第一影像信号、该第一显示器与该第二显示器有关的一转换增益函数以及该第二显示器的第二伽玛值。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该单一查找表或该单一计算器用以界定以下关系：
(该第二影像信号)＝(该第二输出信号)1/该第一伽玛值，
其中(该第二输出信号)＝(该转换偏移量+该转换增益×该第一输出信号)，并且(该第一输出信号)＝(该第一影像信号)该第二伽玛值；
其中该转换偏移量表示为(Lg_min)/(Lf_max)，而该转换增益表示为(Lg_max-Lg_min)/(Lf_max)；并且
其中Lf_max代表该第一显示器所提供的高限输出亮度值，Lg_max代表该第二显示器所提供的高限输出亮度值，而Lg_min代表该第二显示器所提供的低限输出亮度值。
12.一种影像转换方法，用以使第一显示器呈现第二显示器的影像特征，该影像转换方法包含：
根据与该第二显示器有关的第二伽玛值，将该第一显示器的第一影像信号转换为第一输出信号；
根据与该第一显示器及该第二显示器有关的一转换增益函数，将该第一输出信号转换为第二输出信号；以及
根据与该第一显示器有关的第一伽玛值，将该第二输出信号转换为第二影像信号。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，该第一显示器是一背光源式显示器，而该第二显示器是一非背光源式显示器。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该第一显示器是一液晶显示器，而该第二显示器是一电子纸显示器。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，另包含提供第一查找表与第一计算器两者其中之一，以根据该第二伽玛值，将该第一影像信号转换为该第一输出信号。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，根据与该第二显示器有关的该第二伽玛值将该第一影像信号转换为该第一输出信号的步骤用以下关系来实现：
(该第一输出信号)＝(该第一影像信号)该第二伽玛值。
17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，另包含提供第二查找表与第二计算器两者其中之一，以根据该转换增益函数，将该第一输出信号转换为该第二输出信号。
18.如权利要求12所述的方法，其特征在于，根据与该第一显示器及该第二显示器的显示特性有关的该转换增益函数将该第一输出信号转换为该第二输出信号的步骤用以下关系来实现：
(该第二输出信号)＝(该转换偏移量+该转换增益×该第一输出信号)，
其中该转换偏移量表示为(Lg_min)/(Lf_max)，而该转换增益表示为(Lg_max-Lg_min)/(Lf_max)；以及
其中Lf_max代表该第一显示器所提供的高限输出亮度值，Lg_max代表该第二显示器所提供的高限输出亮度值，而Lg_min代表该第二显示器所提供的低限输出亮度值。
19.如权利要求12所述的方法，其特征在于，另包含提供第三查找表与第三计算器两者其中之一，以根据该第一伽玛值，将该第二输出信号转换为该第二影像信号。
20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，根据与该第一显示器有关的该第一伽玛值，将该第二输出信号转换为该第二影像信号的步骤用以下关系来实现：
(该第二影像信号)＝(该第二输出信号)1/该第一伽玛值。
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