CN107305312B - 投影亮度和对比的自动调整系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种投影亮度和对比的自动调整系统及方法，该自动调整系统包含：一影像撷取单元，撷取一影像以取得一投影区域或者投影区域外的一背景区域的亮度；一亮度测量单元，依据影像撷取单元的取像参数及一投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值；一测距单元，依据投影机的一自动对焦位置与镜头特性参数计算出一对焦距离；一亮度调整单元，依据对焦距离、环境亮度值及一亮度增大倍率计算出一输出发光强度值，其中亮度增大倍率为一预设舒适亮度值与环境亮度值的比值，且投影机依据输出发光强度值调整投射至投影区域的亮度；以及一对比调整单元，参考亮度增大倍率设定一输出对比值，且投影机依据输出对比值调整投影区域的对比。

Description

投影亮度和对比的自动调整系统及方法

技术领域

本发明关于一种投影亮度和对比的自动调整系统及投影亮度和对比的自动调整方法。

背景技术

投影机若持续投射高亮度的画面，容易造成灯源寿命减少且不易散热。一般而言，投影机画面亮度和背景亮度差异过小时，会感觉画面过暗且色泽不佳，但当投影机画面亮度和背景亮度差异过大时，观看画面时眼睛容易不适。当画面亮度和背景亮度在适当的比例下，视觉效果较佳且人眼也较舒适，因此，投影机使用时常有即时调整投影亮度的需求。然而，目前的投影机亮度都是以手动方式进行调整而较为不便。

发明内容

本发明提供一种投影亮度和对比的自动调整系统及投影亮度和对比的自动调整方法。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种投影亮度和对比的自动调整系统。投影亮度和对比的自动调整系统包含一影像撷取单元、一亮度测量单元、一测距单元、一亮度调整单元及一对比调整单元。影像撷取单元撷取一影像以取得投影区域或投影区域外的一背景区域的亮度，且亮度测量单元依据影像撷取单元的取像参数及投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值。测距单元依据投影机的自动对焦位置与镜头特性参数计算出一对焦距离，且亮度调整单元依据对焦距离、环境亮度值及一亮度增大倍率计算出一输出发光强度值，其中亮度增大倍率为一预设舒适亮度值与环境亮度值的比值，且投影机依据输出发光强度值调整投射至投影区域的亮度。对比调整单元参考亮度增大倍率设定一输出对比值，且投影机依据输出对比值调整投影区域的对比。

本发明实施例还提供一种投影亮度和对比的自动调整系统，用于调整一具自动对焦功能的投影机的一投影区域的亮度和对比，所述投影亮度和对比的自动调整系统包含：一摄像头，撷取一影像以取得所述投影区域或者所述投影区域外的一背景区域的亮度；一第一处理器，依据所述摄像头的取像参数及所述投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值；一第二处理器，依据所述投影机的一自动对焦位置与所述镜头特性参数计算出一对焦距离，依据所述环境亮度值与一预设舒适亮度值计算出一亮度增大倍率，依据所述对焦距离及所述亮度增大倍率计算出一输出发光强度值，且参考所述亮度增大倍率设定一输出对比值；一光源驱动器，依据所述输出发光强度值调整投射至所述投影区域的亮度；以及一影像处理器，依据所述输出对比值调整所述投影区域的对比。

本发明实施例还提供一种投影亮度和对比的自动调整方法，用于调整一投影机投射出的一投影区域的亮度和对比，所述投影亮度和对比的自动调整方法包含：利用一影像撷取单元撷取一影像以取得所述投影区域或者所述投影区域外的一背景区域的亮度；依据所述影像撷取单元的取像参数及所述投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值；依据所述投影机的自动对焦位置与所述镜头特性参数计算出一对焦距离；以及依据所述对焦距离及所述环境亮度值计算出一输出发光强度值及一输出对比值，且所述投影机依据所述输出发光强度值及所述输出对比值分别调整投射至所述投影区域的亮度及对比。

本发明实施例还提供一种投影亮度自动调整方法，用于调整一投影机投射出的一投影区域的亮度，所述投影亮度自动调整方法包含：利用一影像撷取单元撷取一影像以取得所述投影区域或者所述投影区域外的一背景区域的亮度；依据所述影像撷取单元的取像参数及所述投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值；依据所述投影机的自动对焦位置与所述镜头特性参数计算出一对焦距离；以及依据所述对焦距离及所述环境亮度值计算出一输出发光强度值，且所述投影机依据所述输出发光强度值调整投射至所述投影区域的亮度。

本发明实施例还提供一种投影亮度自动调整方法，用于调整一投影机投射出的一投影区域的亮度，所述投影亮度和对比的自动调整方法包含：利用一影像撷取单元撷取一影像以取得所述投影区域以及所述投影区域外的一背景区域的亮度；依据所述影像撷取单元的取像参数及所述投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值；比较所述投影区域的亮度经由一亮度修正因子加权计算后所得的加权值与预设的一舒适亮度值；以及调整所述投影机的输出亮度使所述加权值等于所述舒适亮度值。

本发明实施例还提供一种投影对比的自动调整方法，所述投影对比的自动调整方法包含：利用一影像撷取单元撷取一影像以取得所述投影区域或者所述投影区域外的一背景区域的亮度；依据所述影像撷取单元的取像参数及所述投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值；依据所述投影机的一对焦位置与所述镜头特性参数计算出一对焦距离；依据所述环境亮度值与一预设舒适亮度值计算出一亮度增大倍率；参考所述亮度增大倍率设定一输出对比值；以及依据所述输出对比值调整所述投影区域的对比。

通过上述实施例的设计，投影机可以依据目前的环境亮度来自动调整画面所需亮度或对比，提高画面亮度调整的机动性及便利性，且通过投影机亮度或对比自动调整的功能，可避免持续使用高亮度投射画面，故可延长灯源使用寿命并减少散热需求。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的投影亮度和对比的自动调整系统的方块示意图；

图2及图3为说明图1的自动调整系统的一构件组成实例的示意图；

图4为本发明一实施例，显示取像区域与投影区域的相对位置的示意图；

图5为说明由对焦距离计算输出发光强度值的一例的示意图；

图6为说明通过设定不同Gamma曲线调整对比的示意图；

图7为本发明一实施例的投影亮度和对比的自动调整方法的流程图；

图8为本发明另一实施例的投影亮度和对比的自动调整方法的流程图；

图9为本发明另一实施例的投影亮度和对比的自动调整方法的流程图；

图10为本发明另一实施例，显示取像区域与投影区域的相对位置的示意图。

附图标记

10 投影亮度和对比的自动调整系统

12 影像撷取单元

14 亮度测量单元

16 测距单元

18 亮度调整单元

19 对比调整单元

21 自动对焦单元

22 投影机

22a 镜头

23 处理器

24 摄像头

24a 取像镜头

24b 光感测器

25 光源驱动器

26 影像

27 影像处理器

28 影像处理单元

29 处理器

32 屏幕

A 投影区域

B 背景区域

C 对比值

F 亮度修正因子

I 影像

L 对焦距离

N 亮度增大倍率

O 输出发光强度值

S 环境亮度值

S1、S2 Gamma曲线

具体实施方式

有关本发明的上述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1为本发明一实施例的投影亮度和对比的自动调整系统的示意图。投影亮度和对比的自动调整系统10可依据周遭环境的亮度来自动调整投影画面所需亮度或对比，使观察者观看到相对人眼较为舒适的投影画面。如图1所示，投影亮度和对比的自动调整系统10可包含一影像撷取单元12、一亮度测量单元14、一测距单元16、一亮度调整单元18以及一对比调整单元19。影像撷取单元12可撷取一影像I以取得一投影区域或者投影区域外的一背景区域的亮度，且亮度测量单元14可依据影像撷取单元12的取像参数及投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值S。测距单元16可依据投影机22的自动对焦位置与镜头特性参数计算出一对焦距离L，且亮度调整单元18可依据对焦距离L、环境亮度值S及一亮度增大倍率N计算出一输出发光强度值O，亮度增大倍率N可为一预设舒适亮度值与环境亮度值S的比值，投影机22可依据输出发光强度值O调整投射至投影区域的亮度。对比调整单元19可参考亮度增大倍率N设定一输出对比值C，且投影机22依据输出对比值C调整投影区域的对比。如图2所示，于一实施例中，投影机22可具有自动对焦单元21而具有自动对焦的功能，且可经由镜头22a投射影像到例如屏幕32的物件上，影像撷取单元12例如可为如图3所示的一摄像头24，摄像头24例如可设置于投影机22上但不限定，测距单元16及亮度调整单元18例如可为一处理器23所构成，处理器23可提供计算对焦距离L、亮度增大倍率N及输出发光强度值O的功能，亮度调整单元18例如可为投影机22的光源驱动器25，光源驱动器25可依据输出发光强度值O调整发光强度，进而改变投射至投影区域的亮度。处理器23例如可设置于自动对焦单元21内或其他装置而不限定。对比调整单元19例如可为投影机22的一影像处理器27，影像处理器27可依据设定的输出对比值C调整输出亮度的Gamma曲线。如图3所示，摄像头24例如可包含收集光信号的取像镜头24a及将光信号转为电子信号的光感测器24b，电子信号再由影像处理单元28进行后续的影像处理。摄像头24及影像处理单元28例如可为一相机中的元件。于一实施例中，亮度测量单元14可为影像处理单元28中的一处理器29，处理器29可依据摄像头24的取像参数及投影机22的镜头特性参数计算出环境亮度值S。

如图4所示，投影机22可于屏幕32上形成一投影区域A，且照相机24可拍摄一包含且大于投影区域A的影像26，因此，影像26中于投影区域A外的区域可视为一背景区域B，照相机24于撷取影像26时，可取得投影区域A或者背景区域B的亮度，亮度测量单元14可依据摄像头24的取像参数(例如曝光时间、亮度增益值及灰阶位值)以及投影机22的镜头特性参数(例如投影画面尺寸、镜头对焦长度等)计算出一环境亮度值S。再者，测距单元16可依据投影机22的自动对焦位置与镜头特性参数计算出一对焦距离L(即投影机完成自动对焦后镜头至投射画面的直线距离)。如下说明利用投影机22的自动对焦功能获得投影机镜头22a与屏幕32间的一对焦距离L的一例。如下表一所示，假设投影机22已完成30吋画面的位置校正，获得其对应一绝对参考点的位置所需的电机步数为200步，当投影机22完成自动对焦后，镜头22a移动到目前位置所需的电机步数为124步，因投影屏幕32的位置不变，故可由下表一中得出对焦距离为2629mm。再者，若实际电机步数并未出现于下表中，可使用内插的方式或另外建立每一步数对应对焦距离的表格来获得对焦距离。

表一

投影画面所需的预设舒适亮度值可设定为环境亮度值S的N倍(N>1)，亦即，当测得环境亮度值S后，投影画面的亮度调整为环境亮度值的N倍时可获得具有舒适亮度的画面，N值可定义为亮度增大倍率。因此，于一实施例中，若投影机具有投射出N倍的亮度值的能力时，可依据对焦距离L、环境亮度值S及亮度增大倍率N计算出投影机光源所需的一输出发光强度值O而即时调整投射至投影区域A的亮度。于一实施例中，投影机22的光源驱动器25输出的输出发光强度值O可以由下列的式子获得：

输出发光强度值O(lm)＝环境亮度值(lm/m²)×亮度增益倍率N×投影区域面积(m²)＝环境亮度值S(lm/m²)×亮度增大倍率N×对焦距离L(m)×tanθv×(2×对焦距离L(m)×tanθ_H)；式中参数的定义如图5所示，其中θ_H是投影区域A相对光轴的水平夹角，且tanθ_V是投影画面相对光轴的垂直夹角。

于一实施例中，当投影机22的光源无法达到投射出N倍的亮度值的能力时，对比调整单元19可如图6所示选择加强输出对比的Gamma曲线S1，藉以弥补亮度增强的不足以获得较佳的投影画面品质。于另一实施例中，亦可先调整对比的Gamma曲线后再考虑调高亮度增益倍率N，如此可获得以较小的亮度增益倍率N得到良好的画面的效果，藉以节省光源耗电量。于另一实施例中，亦可考虑同时调整对比的Gamma曲线(例如选择曲线S1加强对比或曲线S2减弱对比)与亮度增益倍率N，以获得不错的画面品质同时能达到节能效果。

以下表二为例，若亮度增益倍率N设定在5-7倍，Gamma可在25-75％的范围内通过表值选定，以获得不错的画面品质同时能达到节能效果。于本实施例中，表值可依据公式订出：例如[Nn,Gn]＝[(7-0.2n),(25+5n)]。

表二

于另一实施例中，如下表三所示，表值可不依公式直接由经验值或需求订出：

表三

于一实施例中，如图7所示，一种投影亮度和对比的自动调整方法可包含下列步骤：

步骤S102：将系统开机。

步骤S104：利用一影像撷取单元撷取一影像以取得该投影区域或者投影区域外的一背景区域的亮度。

步骤S106：依据影像撷取单元的取像参数及投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值。

步骤S108：进行投影机的自动对焦操作。

步骤S110：依据投影机的对焦位置与镜头特性参数计算出一对焦距离。

步骤S112：依据对焦距离及环境亮度值计算出一输出亮度值，且投影机依据输出亮度值及亮度增益倍率调整投射至投影区域的亮度及对比。再者，可视周遭环境亮度变化即时调整输出亮度及对比(步骤S116)，若周遭环境亮度产生变化时，可跳回步骤S104重复上述流程调整投影画面亮度及对比，若不需调整则结束本次调整流程，于此「结束」用语代表结束本次调整流程并等待下次环境变化时系统再进行调整(步骤S118)。

如图8所示，于另一实施例中，一种投影亮度和对比的自动调整方法可包含下列步骤：

步骤S202：将系统开机。

步骤S204：进行投影机的自动对焦操作。

步骤S206：利用一影像撷取单元撷取一影像以取得投影区域或者投影区域外的一背景区域的亮度。

步骤S208：依据影像撷取单元的取像参数及投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值。

步骤S210：依据投影机的自动对焦位置与镜头特性参数计算出一对焦距离。

步骤S212：依据对焦距离及环境亮度值计算出一输出亮度值，投影机依据输出亮度值及亮度增益倍率调整投射至投影区域的亮度及对比。再者，例如当投影机移动或其它因素而有重新对焦的需要时(步骤S216)，可跳回步骤S204重复上述流程调整投影画面亮度及对比，若不需调整则结束本次调整流程，于此「结束」用语代表结束本次调整流程并等待下次环境变化时系统再进行调整(步骤S218)。

如图7及图8所示的亮度调整流程仅为示例而不限定，于其他的实施例中，例如亦可同时进行投影机的自动对焦及影像撷取单元撷取影像的操作。再者，虽然图7及图8所示为同时调整投影区域的亮度及对比的调整流程，但其并不限定，亦可视各种因素(例如投影机出光能力、节能效率、画面品质需求)等仅调整投影区域的亮度或仅调整投影区域的对比。再者，无论投影机22采用自动对焦或手动对焦方式，均能实施前述的投影区域的对比调整流程。

综上所述，本发明的实施例至少具有下列其中一个优点：通过上述各个实施例的设计，投影机可以依据目前的环境亮度来自动调整画面所需亮度或对比，提高画面亮度调整的机动性及便利性，且通过投影机亮度或对比的自动调整的功能，可避免持续使用高亮度投射画面，故可延长灯源使用寿命并减少散热需求。

如图9所示，于另一实施例中，一种投影亮度的自动调整方法可包含下列步骤：

步骤S302：将系统开机。

步骤S304：进行投影机的自动对焦操作。

步骤S306：利用一影像撷取单元撷取一影像以取得该投影区域以及投影区域外的一背景区域的亮度。

步骤S308：依据影像撷取单元的取像参数及投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值。

步骤S310：判断投影区域的亮度经由一亮度修正因子加权计算后所得的加权值，是否达到预设的舒适亮度。于一实施例中，预设舒适亮度值可为环境亮度值的N倍(＝环境亮度值(lm/m²)×N)，亮度修正因子F的值可为投影画面的像素总数除以所有像素的亮度值的总和，因此当目前投影亮度值(lm/m²)乘上亮度修正因子F所得的加权值，不等于预设舒适亮度值时，则增加或减少投影机的亮度(步骤S312)并跳至步骤S306重复上述流程，直到该加权值等于预设舒适亮度值时结束本次调整流程，于此“结束”用语代表结束本次调整流程并等待下次环境变化时系统再进行调整(步骤S314)。

通过本实施例的设计，不需计算出对焦距离亦能获得投影亮度和对比的自动调整的效果。

如图10所示，于一实施例中，若影像撷取单元12撷取的影像26范围小于投影机22的一投影区域A，可在投影时插入黑画面或未投影时测量以获得背景亮度，同样可依据对焦距离及环境亮度值计算出一输出亮度值。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求书不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

Claims (13)

1.一种投影亮度和对比的自动调整系统，其特征在于，所述投影亮度和对比的自动调整系统包含：

一影像撷取单元，撷取一影像以取得一投影区域或者所述投影区域外的一背景区域的亮度；

一亮度测量单元，依据所述影像撷取单元的取像参数及一投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值，其中所述镜头特性参数包含投影画面尺寸；

一测距单元，依据所述投影机的一自动对焦位置与所述镜头特性参数计算出一对焦距离；

一亮度调整单元，依据输出发光强度值＝环境亮度值×亮度增大倍率×投影区域面积的算式计算出一输出发光强度值，其中所述亮度增大倍率为一预设舒适亮度值与所述环境亮度值的比值，且所述投影机依据所述输出发光强度值调整投射至所述投影区域的亮度；以及

一对比调整单元，参考所述亮度增大倍率设定一输出对比值，且所述投影机依据所述输出对比值调整所述投影区域的对比。

2.一种投影亮度和对比的自动调整系统，用于调整一具自动对焦功能的投影机的一投影区域的亮度和对比，其特征在于，所述投影亮度和对比的自动调整系统包含：

一摄像头，撷取一影像以取得所述投影区域或者所述投影区域外的一背景区域的亮度；

一第一处理器，依据所述摄像头的取像参数及所述投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值，其中所述镜头特性参数包含投影画面尺寸；

一第二处理器，依据所述投影机的一自动对焦位置与所述镜头特性参数计算出一对焦距离，依据所述环境亮度值与一预设舒适亮度值计算出一亮度增大倍率，依据输出发光强度值＝环境亮度值×亮度增大倍率×投影区域面积的算式计算出一输出发光强度值，且参考所述亮度增大倍率设定一输出对比值；

一光源驱动器，依据所述输出发光强度值调整投射至所述投影区域的亮度；以及

一影像处理器，依据所述输出对比值调整所述投影区域的对比。

3.根据权利要求1或2所述的投影亮度和对比的自动调整系统，其特征在于，所述取像参数包含曝光时间、亮度增益值及灰阶位值。

4.根据权利要求1或2所述的投影亮度和对比的自动调整系统，其特征在于，所述镜头特性参数更包含镜头对焦长度。

5.根据权利要求1或2所述的投影亮度和对比的自动调整系统，其特征在于，移动至所述对焦位置所需的电机行径步数对应关联所述对焦距离。

6.根据权利要求2所述的投影亮度和对比的自动调整系统，其特征在于，所述摄像头包含收集光信号的一取像镜头及将光信号转为电子信号的一光感测器。

7.一种投影亮度和对比的自动调整方法，用于调整一投影机投射出的一投影区域的亮度和对比，其特征在于，所述投影亮度和对比的自动调整方法包含：

利用一影像撷取单元撷取一影像以取得所述投影区域或者所述投影区域外的一背景区域的亮度；

依据所述影像撷取单元的取像参数及所述投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值，其中所述镜头特性参数包含投影画面尺寸；

依据所述投影机的自动对焦位置与所述镜头特性参数计算出一对焦距离；以及

依据所述环境亮度值与一预设舒适亮度值计算出一亮度增大倍率；

依据输出发光强度值＝环境亮度值×亮度增大倍率×投影区域面积的算式计算出一输出发光强度值，依据所述对焦距离及所述环境亮度值计算出一输出对比值，且所述投影机依据所述输出发光强度值及所述输出对比值分别调整投射至所述投影区域的亮度及对比。

8.根据权利要求7所述的投影亮度和对比的自动调整方法，其特征在于，所述投影亮度和对比的自动调整方法更包含：

视周遭环境亮度变化重新撷取影像以即时调整所述投影区域的亮度及对比。

9.根据权利要求7所述的投影亮度和对比的自动调整方法，其特征在于，所述投影亮度和对比的自动调整方法更包含：

改变所述投影机的所述自动对焦位置并重新撷取影像，以即时调整所述投影区域的亮度。

10.一种投影亮度自动调整方法，用于调整一投影机投射出的一投影区域的亮度，其特征在于，所述投影亮度自动调整方法包含：

利用一影像撷取单元撷取一影像以取得所述投影区域或者所述投影区域外的一背景区域的亮度；

依据所述影像撷取单元的取像参数及所述投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值，其中所述镜头特性参数包含投影画面尺寸；

依据所述投影机的自动对焦位置与所述镜头特性参数计算出一对焦距离；以及

依据输出发光强度值＝环境亮度值×亮度增大倍率×投影区域面积的算式计算出一输出发光强度值，且所述投影机依据所述输出发光强度值调整投射至所述投影区域的亮度。

11.一种投影亮度自动调整方法，用于调整一投影机投射出的一投影区域的亮度，其特征在于，所述投影亮度自动调整方法包含：

利用一影像撷取单元撷取一影像以取得所述投影区域以及所述投影区域外的一背景区域的亮度；

依据所述影像撷取单元的取像参数及所述投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值，其中所述镜头特性参数包含投影画面尺寸；

依据输出发光强度值＝环境亮度值×亮度增大倍率×投影区域面积的算式计算出一输出发光强度值；

比较所述投影区域的亮度经由一亮度修正因子加权计算后所得的加权值与预设的一舒适亮度值；以及

调整所述投影机的输出亮度使所述加权值等于所述舒适亮度值。

12.根据权利要求11所述的投影亮度自动调整方法，其特征在于，所述舒适亮度值为所述环境亮度值的倍数。

13.一种投影对比的自动调整方法，其特征在于，所述投影对比的自动调整方法包含：

利用一影像撷取单元撷取一影像以取得投影区域或者所述投影区域外的一背景区域的亮度；

依据所述影像撷取单元的取像参数及投影机的镜头特性参数计算出一环境亮度值，其中所述镜头特性参数包含投影画面尺寸；

依据所述投影机的一对焦位置与所述镜头特性参数计算出一对焦距离；

依据所述环境亮度值与一预设舒适亮度值计算出一亮度增大倍率；

依据输出发光强度值＝环境亮度值×亮度增大倍率×投影区域面积的算式计算出一输出发光强度值；

参考所述亮度增大倍率设定一输出对比值；以及

依据所述输出对比值调整所述投影区域的对比。