CN1072428C - 图像显示装置的图像自动补偿器及其补偿方法 - Google Patents

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Abstract

一种自动补偿在画面上显示的图像，从而能体现最佳图像的图像显示装置的图像自动补偿器和方法。
根据上述装置和方法，颜色传感器感知装置外部的照明环境并输出与各颜色成分相应的电信号，A/D变换器将上述颜色成分信号数字化。控制部从上述数字变换过数值判断现在装置的外部环境，检索与判断过的外部环境相符合的图像补偿数据，图像信号处理部根据上述图像补偿数据补偿原来的图像信号。

Description

图像显示装置的图像自动补偿器及其补偿方法
本发明涉及在图像显示装置例如彩色电视接收机等相对应于周围照明或自然光那样的外部环境自动地补偿由画面显示的图像的色温、色调、色饱和度、对比度、亮度并体现最佳图像的图像显示装置的图像自动补偿器和图像自动补偿方法。
已有的图像显示装置，特别是彩色电视接收机所适用的图像信号处理装置和方法有肤色补偿电路和由TV外部照明亮度而引起的画面亮度自动调节电路。
肤色补偿电路是分析接收的图像信号，如判断是人的肤色就以预先规定颜色(肤色)输出的技术，若判断和外部光状态没有关系的被接收信号的颜色是肤色，就立即输出规定的肤色，所以不能适当地对应肤色的多样性，即使和肤色类似的颜色也同样动作，往往会发生颜色再现上的错误，所以在自然色的再现上有限制因素多的问题。
画面亮度自动调节电路是感知TV外部的亮度并调节画面亮度的技术，图1表示适用于该画面亮度自动调节电路的彩色电视接收机的结构。
如图1所示，上述彩色电视接收机由对天线接收的广播信号进行选台的调谐器部(1)；处理上述调谐器部(1)选过台的广播信号的中频信号的中频处理部(2)；用上述中频处理部(2)的输出信号对图像和声音信号进行检波的检波部(3)；将从上述检波部(3)来的检波过的声音信号进行处理的声音信号处理部(4)；输出由上述声音信号处理部(4)处理过的声音信号的扬声器(5)；用户输入TV操作命令的键矩阵变换电路或遥控等的键输入部(6)；用上述键输入部(6)输入的命令控制调谐器部(1)并进行选台，根据下述周边亮度感知电路(10)感知的周边亮度控制下述图像信号处理部(8)并调节画面亮度的微计算机(7)；处理上述检波部输出的图像信号，接受微计算机(7)的控制并调节画面亮度的图像信号处理部(8)；用图像显示由上述图像信号处理部(8)处理过的图像信号的图像显示管(9)；和感知TV周边的亮度并输入到微型机(7)的周边亮度感知电路(10)构成。
上述那样结构的画面亮度自动调节电路的动作如下所示。
根据输入到键输入部(6)的命令，微计算机(7)控制调谐器部(1)并进行广播信号的选台，由调谐器部(1)选过台的广播信号通过中频处理部(2)变换成中频信号后输入给检波部(3)。
检波部(3)以它的中频检波图像和声音信号，声音信号和图像信号分别供给声音信号处理部(4)和图像信号处理部(8)。
声音信号处理部(4)进行声音信号的放大和各种功能、即立体声、多路声音等的诸信号处理并输出给扬声器(5)。图像信号处理部(8)进行图像信号的放大和其颜色信号及亮度信号的处理，然后输出给图像显示管(9)。
周边亮度感知电路(10)利用光导电池(Cds)等的传感器感知TV周边的亮度，并将感知后的周边亮度信号供给微计算机(7)，但这时，是利用模拟/数字变换器将亮度感知信号变换成数字信号供给微计算机(7)的。因此，微计算机(7)在原来的亮度数据值(CD)上对外部亮度引起的数据(CD和基准数据(C0))进行适当地运算(例如，CD=CD×C1/C0)，并将该结果值供给图像信号处理部(8)。图像信号处理部(8)用外部亮度数据(C1)补偿亮度数据(CD)，然后调节图像显示管(9)的画面亮度。
然而，在上述画面亮度自动调节电路的场合，使TV图像充分地再现自然色是困难的。即，作为彩色电视接收机等的图像再现要素是色调(Hue)、色饱和度(Saturation)、对比度(Contrast)、亮度(Brightness)、色温(White Balance)等，由于这些要素没有综合控制，仅单纯地控制亮度(或对比度)，所以不可能再现自然色，难以表现考虑到颜色性质的最佳图像。
本发明的目的为了解决上述问题，提供一种能感知图像显示装置外部的自然光或照明颜色来判断外部环境，通过与上述外部环境相对应地补偿画面上所显示的图像，从而体现最佳图像并使自然色再现的忠实性提高的图像显示装置的图像自动补偿器和图像自动补偿方法。
本发明提供的图像显示装置的图像自动补偿器的特征在于它是由颜色传感机构，A/D变换器、控制机构和图像信号处理机构构成，颜色传感机构感知装置外部的照明环境并输出与各颜色成分相对应的电信号；
A/D变换器将上述颜色传感机构的输出值变换成数字；
控制机构根据存储着的程序命令处理上述A/D变换器的输出并具有下述手段：
(ⅰ)存储符合外部环境的图像补偿数据的存储手段，
(ⅱ)读出上述A/D变换器的输出并从上述图像补偿数据中检索透宜数值的检索手段，
(ⅲ)输出由上述检索手段检索出的数值的输出手段；
图像信号处理机构根据上述控制机构处理过的信号来补偿原来的图像信号。
本发明提供的图像显示装置的自动图像补偿方法的特征在于该方法是由下述步骤构成：
感知装置外部的照明环境，分离各颜色成分并输出电信号的步骤；
将上述颜色传感机构输出的颜色成分信号进行数字化的步骤；
从上述数字变换步骤变换过的数值判断现在装置外部环境的步骤；
检索适应上述步骤判断的外部环境的图像补偿数据的检索步骤；
用上述图像补偿数值补偿原来图像信号的步骤。
在这样结构的本发明中，根据键输入部输入的命令，微计算机控制调谐器部并进行广播信号的选台，由调谐器部选台的广播信号用中频处理部变换成中频信号，输入检波部。
检波部用上述中频信号对图像和声音信号进行检波，声音信号和图像信号分别供给声音信号处理部和图像信号处理部。
声音信号处理部进行声音信号的放大和各种功能、即立体声、多路声音等的诸信号处理并输出给扬声器。图像信号处理部进行图像信号的放大和其颜色信号及亮度信号的处理，输出给图像显示管。
颜色感知/处理部感知TV外部的自然光或照明色，放大感知的信号，除去杂音，作为颜色数据供给A/D变换器。
微计算机利用上述颜色数据判断现在的外部照环境，根据判断的结果，将适当补偿的图像数据(色调、色饱和度、对比度、亮度、色温数据)供给图像处理部。
图1是采用已知的自动画面亮度调节电路的彩色电视接收的方框结构图。
图2采用本发明的图像自动补偿装置的彩色电视接收机的方框图结构图。
图3是图2中颜色感知/处理部的结构图。
图4是表示本发明全部动作的流程图。
图5是表示外部环境引起的各颜色成分的颜色传感器输出值的表。
图6是表示用于存储数据的外部环境的各种条件的图。
图7A、图7B是表示各颜色成份输出和而产生的各图像补偿数据的表。
图8A、图8B是表示本发明其它实施例动作的流程图。
如下述那样，参照图2至图7，说明本发明的动作。
参照图2，本发明由对天线接收的广播信号进行选台的调谐器部(100)；处理上述调谐器部(100)选过台的广播信号的中频信号的中频处理部(200)；用上述中频处理部(200)的输出信号对图像和声音信号进行检波的检波部(300)；处理上述检波部(300)检波过的声音信号的声音信号处理部(400)；输出上述声音信号处理部(400)处理过的声音信号的扬声器(500)；用户输入TV操作命令的键矩阵变换电路或遥控等的键输入部(600)；用上述键输入部(600)输入的命令控制调谐器部(400)并进行选台，根据下述颜色感知/处理部(1000)感知的自然光或照明光控制下述的图像处理部(800)、进行画面图像的补偿的微计算机(700)；处理上述检波部(300)输出的图像信号，接受微计算机(700)的控制并输出补偿过的图像信号的图像信号处理部(800)；显示上述图像信号处理部(800)处理过的图像信号的图像显示管(900)；感知和处理TV周边自然光或照明色并输入给微型机(700)的颜色感知/处理部(1000)构成。
上述颜色感知/处理部(1000)如图3所示地由将外部自然光或照明色用红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的3种原色进行分离感知的颜色传感器(11A)、将上述颜色传感器(11A)感知的颜色信号进行放大的放大部(11B)、在上述放大部(11B)放大的颜色信号中除去杂音成分的低通滤波器(11C)和将上述低通滤波器(11C)输出的模拟信号变换成数字信号供给微计算机(700)的A/D变换器(11D)构成。
上述A/D变换器(11D)由于微计算机功能的扩大趋势，也可以内装在上述微型机(700)内。
如下述那样，参照图2、图3和图4的流程图说明上述结构的本发明的图像显示装置的图像自动补偿器的动作和其补偿方法。
微计算机(700)根据键输入部(600)的输入命令控制调谐器部(100)并进行广播信号的选台，经调谐器部(100)选过台的广播信号由中频处理部(200)变换成中频信号，输入给检波部(300)。
检波部(300)从上述中频信号中对图像和声音信号进行检皮，并把声音信号供给声音信号处理部(400)，把图像信号供给图像信号处理部(800)。
声音信号处理部(400)进行声音信号的放大和各种功能，即立体声、多路声音等的诸信号处理，并用扬声器(500)输出。图像信号处理部(800)进行图像信号的放大和颜色信号及亮度信号的处理并用图像显示管(900)输出。
颜色感知/处理部(1000)感知TV外部的自然光或照明光，将感知的信号放大、除去杂音后作为颜色数据供给A/D变换器(11D)。
微计算机(700)利用上述颜色数据判断现在的外部照明环境，根据该结果将适当补偿过的图像数据(色调、色饱和度、对比度、亮度、色温数据)供给图像处理部(800)。
若更具体地考察，如图3所示，颜色传感器(11A)从自然光或外部照明中分离感知红色、绿色、蓝色(R、G、B)信号。上述颜色传器作为光传感器由于其感知信号电平微弱，所以通过放大部(11B)放大该信号电平并供给低通滤波器(11C)。
低通滤波器(11C)除去通过颜色传感器(11A)和放大部(11B)的信号的杂音成分[在混入低频闪烁(Flicker)的光源场合有类似正弦波的杂音]，仅得到所希望的颜色信号。
经过低通滤波器(11C)的颜色信号由A/D变换器变换成数据数字信号，作为颜色数据输入给微计算机(700)。
当输入外部自然光或照明等的颜色数据时，微计算机(700)分析判断现在的外部环境，利用判断结果将适当的颜色补偿数据供给图像信号处理部(800)。通常将R、G、B称为光的3种原色，通过变换该三色的浊合比率就能将所有颜色表示在图像显示管上，作为实例，白色是红色、蓝色和绿色的照射程度各是1的场合，将红色、蓝色和绿色的照射比例减小到0.5时就成为灰色，所有三色都不照射时就显示黑色。
相反，颜色传感器将入射光分离成红、绿、蓝(R、G、B)，输出符合各色的电信号。即输出与各色所含的R、G、B的成分量相应的电信号。
图5例示TV的外部环境由萤光灯、白热灯、太阳光(白天)、无照明(暗室)而引起的3种原色的输出值。
将上述数据存储在微计算机的存储器中，作为判断现在的外部环境的基准数据。
参照图4的流程图说明本发明的全部动作。
微计算机(700)读出对从上述颜色传感器(11A)输出的对现在外部照明进行量化的颜色数据(颜色传感器的输出电压值)，根据该数据判断现在的外部环境。然后检索图像信号处理部(800)所供给的颜色数据并在检索现在输出的原来图像的状态后，与上述外部环境状态相互进行比较。
这儿，对颜色传感器来的所有量化的颜色数据值都能进行图像补偿，但这时，处理步骤就极其复杂，并且，由于人类的视觉能力实际上不能敏感地认别精密的图像差异，所以，如图6所示地考虑一般家庭主要使用的照明状态或自然光的状态(包含天气的晴朗情况和时间差别)，多少综合地设定外部环境状态，比较地判定该状态。
即，如图6所示，若将判断外部环境的要素设定成晴天、阴天、雨天、早晨、白天、傍晚、夜间、萤光灯、白热灯、无照明，就能设定36种图像环境状态，其中在夜间场合，和天气相关的关系少，并且若考虑得到类似的输出值的场合，能适当地减少状态的数目。
这时，不仅在颜色传感器(11A)所感知的颜色数据值与预先存储的基准数据值完全一致的场合，而且也能将包括在设定的一定范围内的场合作为适宜的外部环境状态而决定。
如上述那样，不管是对感知的所有颜色数据进行补偿的场合，还是综合几个并和分开的外部环境状态一致的场合，即使在某个实施例场合，微计算机(700)保有输入的颜色数据，检索原来图像状态，和现在输入的外部环境状态进行比较，是否相同。
若比较的结果是相同的，微计算机(700)原封不动地将原来的图像数据输出给图像信号处理部(800)，保持原来的图象环境，相反时在输入的外部环境状态中对原来的图像进行补偿，然后供给图像信号处理部(800)，所以对应于TV周边的环境用最佳的色调、色饱和度、亮度、对比度、色温等将图像显示在图像显示管(900)上。
作为实例，将外部环境引起的图像补偿在亮度：0至62等级，色饱和度：0至62等级，对比度：0至62等级，色调：-31等级至+31等级中设定最佳等级，输出给图像信号处理部(800)，但在无照明状态的夜间时，用色调=0、色饱和度=31、亮度=31、对比度=62、色温=9000K进行补偿后输出，在白热灯下的夜间时，以色调=-5、色饱和度=26、亮度=60、对比度=62、色温=10000K输出。
当然，这样的数值是根据实测而求得的，因受到照度或照明等以外的其它环境因素的影响，所以有较小的差异，但如考虑人类的视觉能力，这就是以最佳判断的数值输出的实施例。
上述的各种状态数据不同时，由于白热灯照明状态比无照明状态更明亮，在白热灯照明状态时，增加画面的亮度，白热灯的场合，由于红色成分多，但通过色调和色饱和度的调节能相对地减少画面所表示的红色信号成分的大小。
到现在，上述说明的实施例是通过读出颜色传感器输出的各R、G、B的输出的量化数据来判断外部环境，从而输出补偿过的图像。参照图7A、图7B和图8A、图8B，说明对接收的图像数据进行补偿的其它实施例。
本实施例涉及判断颜色传感器的量化即数字化的R、G、B输出的和或R和B的大小及相关关系并补偿图像数据的方法。
该方法是这样的，颜色传感器的量化的R、G、B输出值(6比特场合0～64)的和(S)与外部照明的照度有相关关系，首先从该数据(S)的大小决定图像补偿数据，补偿该图像数据，然后再用图7B所示的B-R或R-B的数值补偿色温(White Balance)。
更详细地进行说明，图7A是表示区分对比度为30～100等级、亮度为40～60等级、色饱和度为45～50等级、精细度为30～60等级并输出时的各图像补偿数据。
也就是表示根据各R、G、B输出的和，即根据外部照明的照度进行输出的图像数据补偿的各图像补偿数据。
图7B是二次图像补偿数据，颜色传感器量化的R、G、B的输出和在一定范围内时，通过判断R和B值的差和相关关系追加补偿色温(White Belance)，就能根据外部照明的种类完成完美的颜色再现。
从传感器读出A/D量化输出值后，运算A和B的差异值即R-B或B-R的数值后，比较被定义的外部环境的G及R和B的差异值，用软件地制作的查阅表(Lookup Table)补偿亮度、色饱和度、对比度、精细度、色温(White Balance)等的颜色信息。这儿，全部测定R-B和B-R的理由是因为不能软件地处理负数。
图8A、图8B是本发明的其它实施例，作为上述图7A、7B所示的表而引起的动作的流程图(Flowchart)，表示算出颜色传感器的R、G、B的输出而引起的各补偿数据的步骤。
如以上所述，本发明使图像显示装置的外部照明环境而引起的对比度、亮度、色饱和度、色温等的图像数据值适当地、分步骤有差别地变化并进行测定，用各数据建筑数据基础，并存储在微计算机的存储器内，利用该数据判断实际的外部环境，由于能自动补偿图像信号(色调、色饱和度、对比度、亮度、色温等)，所以能忠实地进行自然色的再现，能体现高质量的图像。

Claims (7)

1．一种用于图像显示装置的图像补偿器，它包括：
一产生多个颜色信号的传感器，各颜色信号分别对应于投射在传感器上的环境光的多个颜色组份中的一种组份；
一存储多组补偿数据的存储器，各组分别对应于多个环境光状态的一种，并代表多个图像显示特性；和
一微控制器，它测定响应多个颜色信号的各个环境光状态，并根据存储在存储器中的、对应于所测定的各环境光状态的一组补偿数据产生补偿信号，以便对展示在图像显示装置上的电视图像进行补偿。
2．根据权利要求1所述的图像补偿器，其特征在于所述图像显示特性包括对比度、亮度、饱和度、清晰度、色温和色调中的两个或更多。
3．根据权利要求1或2所述的图像补偿器，其特征在于所述微控制器包括根据多个颜色信号中至少两个相加来测定各环境光状态的测定器，和选择存储在存储器中的、对应于所测定的各环境光状态的那组补偿数据的选择器，微控制器根据由所述选择器选择的那组补偿数据产生一个补偿信号。
4．根据权利要求3所述的图像补偿器，其特征在于所述测定器进一步根据多个颜色信号中的两个或更多的相关性来测定各环境光状态。
5．根据权利要求1或2所述的图像补偿器，其特征在于所述微控制器包括根据多个颜色信号中至少两个相加来测定各环境光状态和根据这种相加的结果和多个颜色信号之间的相关性来测定各环境光状态的测定器，以及选择存储在存储器中的、对应于所测定的各环境光状态的那组补偿数据的选择器，微控制器根据由所述选择器选择的那组补偿数据产生一个补偿信号。
6．一种用于图像显示装置的图像补偿方法，它包括以下步骤：
测定环境光并产生多个电信号，各电信号分别对应于所述环境光的多个颜色组份中的一种；
将对应于各颜色组份的多个电信号中的两个或更多的数值相加；
根据相加的数值测定环境光状态；
产生对应于所测定的环境光状态的图像补偿数据；和
利用该图像补偿数据补偿一原始图像信号。
7．根据权利要求6所述的图像补偿方法，其特征在于所述图像补偿数据产生步骤包括下列分步骤：
产生第一组对应于所测定的环境光状态的图像补偿数据；和
根据相加的数值和两个或更多数值之间的相关性产生第二细图像补偿数据。
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