CN108600719B - 一种投影装置及其实时感测环境光亮度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种投影装置及其实时感测环境光亮度的方法，其将获得的视频信号的每帧画面被分割为二倍频率投射的第一子帧画面和第二子帧画面，并将预设图像作为一原帧对应第二子帧画面，调整该原帧对应的第一子帧画面，以使二者与该原帧等效，即二者快速投射时不易被人眼观察到与原帧的差别。通过两个不同预设图像的子帧插入与感测，获得当前实际环境光的参数值，这样在不影响观看体验的情况下实现了实时感测，有利于观看视频时对投影效果予以实时调整，观看效果更佳。

Description

一种投影装置及其实时感测环境光亮度的方法
技术领域
本发明涉及投影显示领域，尤其涉及一种投影装置及其实时感测环境光亮度的方法。
背景技术
随着投影显示技术的发展，投影系统和设备得到广泛的应用。投影显示基于其显示原理，其画质容易受到环境光的影响，像自然光、室内灯光等光源的存在对投影设备的投影画质影响很大。因此，需要根据环境光的情况动态改变图像的表现，增强投影图像的对比度、色彩，以及调整色温等等，以使得投影图像更清晰真实。该技术的运用依赖于对环境光的准确实时的侦测。现有技术中，通常通过插入特殊的图像帧进行检测，插入的图像可能与正常视频图像之间差异很大，在观看时存在画面闪动，影响使用者观看体验；还可在投影设备待机状态时通过投射特殊的测试图像进行检测，但检测的环境光的情况与实际播放间隔时间较长，不能及时反映环境光的变化和调整。因此，有必要设计一种新型的实时感测环境光亮度的方法和投影装置，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实时感测环境光亮度的机制，其能够在投影装置的使用过程中，以人眼视觉不易察觉的方式安插测试图像，以实时感测环境光亮度，便于投影装置基于环境光亮度的变化实时调整投影参数，提升使用者的实时观看体验。
为达到上述目的，本发明提供了一种投影装置实时感测环境光的方法，其包含以下步骤：
A.接收视频信号，该视频信号至少包括第一帧画面和第二帧画面；
B.将该第一帧画面分割为二倍频率投射的第一子帧画面和第二子帧画面，将该第一子帧画面设置为第一预设图像，设置该第二子帧画面以使该第二子帧画面中每一像素的灰阶值与该第一子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第一帧画面对应像素的灰阶值；将该第二帧画面分割为二倍频率投射的第三子帧画面和第四子帧画面，将该第三子帧画面设置为第二预设图像，设置该第四子帧画面以使该第四子帧画面中每一像素的灰阶值与该第三子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第二帧画面对应像素的灰阶值；投射该第一子帧画面、该第二子帧画面、该第三子帧画面和该第四子帧画面；
C.检测由该投射的图像反射的光线，获得该第一子帧画面的第一亮度参数，并获得该第三子帧画面的第二亮度参数；以及
D.根据该第一亮度参数和/或该第二亮度参数，获得当前实际环境光参数值。
较佳的，所述“设置该第二子帧画面以使该第二子帧画面中每一像素的灰阶值与该第一子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第一帧画面对应像素的灰阶值”满足：M1(i,j)＝k1*M11(i,j)+k2*M12(i,j)，其中，M1(i,j)为该第一帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M11(i,j)为该第一子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M12(i,j)为该第二子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，其中，k1和k2满足：k1+k2＝1，0≤k1≤1，0≤k2≤1；
所述“设置该第四子帧画面以使该第四子帧画面中每一像素的灰阶值与该第三子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第二帧画面对应像素的灰阶值”满足：M2(i,j)＝k3*M21(i,j)+k4*M22(i,j)，其中，M2(i,j)为该第二帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M21(i,j)为该第三子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M22(i,j)为该第四子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，其中，k3和k4满足：k3+k4＝1，0≤k3≤1，0≤k4≤1。
较佳的，该第一帧画面满足条件：θ1≤M1(i,j)≤θ2，
其中，θ1≥k1*M11(i,j)，θ2≤k1*M11(i,j)+k2*255；
该第二帧画面满足条件：θ3≤M2(i,j)≤θ4，
其中，θ3≥k3*M21(i,j)，θ2≤k3*M21(i,j)+k4*255。
较佳的，该第一预设图像为全屏幕全黑色图像，或者全屏幕预设第一灰阶值的图像，或者预设区域预设全黑或第一灰阶值的图像；该第二预设图像为全屏幕全白色图像，或者全屏幕预设第二灰阶值的图像，或者预设区域预设全白或第二灰阶值的图像；其中，该第一灰阶值低于该第二灰阶值，该第一帧画面位于该第二帧画面之前或之后。
较佳的，该环境光参数值包括以下的至少一个：环境光亮度、环境光对比度、环境光色调；
根据该实际环境光参数值调整该投影装置的投影表现；或者，根据该实际环境光参数值确定该投影装置当前所处的环境模式，并调整该投影装置的投影表现以适应于该环境模式。
较佳的，步骤A还包括：该视频信号还包括该第一帧画面和该第二帧画面以外的至少一个帧画面；
步骤B还包括：
以一倍频率投射该至少一个帧画面；或者，
将每一该至少一个帧画面分割为二倍频率投射的一组第五子帧画面和第六子帧画面，以二倍频率投射每一组该第五子帧画面和该第六子帧画面；或者，
将该第一帧画面和该第二帧画面之间的每一该至少一个帧画面分割为二倍频率投射的一组第五子帧画面和第六子帧画面，以二倍频率投射每一组该第五子帧画面和该第六子帧画面，并以一倍频率投射不属于该第一帧画面和该第二帧画面之间的每一该至少一个帧画面；
其中，所述“分割为二倍频率投射的一组第五子帧画面和第六子帧画面”包括：设置每一组该第五子帧画面和该第六子帧画面，以使该组中该第五子帧画面中每一像素的灰阶值与该第六子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于对应的一个该帧画面中对应像素的灰阶值。
为达到上述目的，本发明提供了一种投影装置，其包含：
接收单元，用于接收视频信号，该视频信号至少包括第一帧画面和第二帧画面；
处理单元，用于将该第一帧画面分割为二倍频率投射的第一子帧画面和第二子帧画面，将该第一子帧画面设置为第一预设图像，设置该第二子帧画面以使该第二子帧画面中每一像素的灰阶值与该第一子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第一帧画面对应像素的灰阶值；用于将该第二帧画面分割为二倍频率投射的第三子帧画面和第四子帧画面，将该第三子帧画面设置为第二预设图像，设置该第四子帧画面以使该第四子帧画面中每一像素的灰阶值与该第三子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第二帧画面对应像素的灰阶值；
投影单元，用于以二倍频率投射该第一子帧画面、该第二子帧画面、该第三子帧画面和该第四子帧画面；以及
光感测单元，用于检测由该投射的图像反射的光线，获得该第一子帧画面的第一亮度参数，并获得该第三子帧画面的第二亮度参数；
其中，该处理单元还用于根据该第一亮度参数和/或该第二亮度参数，获得当前实际环境光参数值。
较佳的，所述“设置该第二子帧画面以使该第二子帧画面中每一像素的灰阶值与该第一子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第一帧画面对应像素的灰阶值”满足：M1(i,j)＝k1*M11(i,j)+k2*M12(i,j)，其中，M1(i,j)为该第一帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M11(i,j)为该第一子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M12(i,j)为该第二子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，其中，k1和k2满足：k1+k2＝1，0≤k1≤1，0≤k2≤1；
所述“设置该第四子帧画面以使该第四子帧画面中每一像素的灰阶值与该第三子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第二帧画面对应像素的灰阶值”满足：M2(i,j)＝k3*M21(i,j)+k4*M22(i,j)，其中，M2(i,j)为该第二帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M21(i,j)为该第三子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M22(i,j)为该第四子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，其中，k3和k4满足：k3+k4＝1，0≤k3≤1，0≤k4≤1；
其中，该第一预设图像为全屏幕全黑色图像，或者全屏幕预设第一灰阶值的图像，或者预设区域预设全黑或第一灰阶值的图像；该第二预设图像为全屏幕全白色图像，或者全屏幕预设第二灰阶值的图像，或者预设区域预设全白或第二灰阶值的图像；其中，该第一灰阶值低于该第二灰阶值，该第一帧画面位于该第二帧画面之前或之后。
较佳的，该第一帧画面满足条件：θ1≤M1(i,j)≤θ2，
其中，θ1≥k1*M11(i,j)，θ2≤k1*M11(i,j)+k2*255；
该第二帧画面满足条件：θ3≤M2(i,j)≤θ4，
其中，θ3≥k3*M21(i,j)，θ2≤k3*M21(i,j)+k4*255。
较佳的，该视频信号还包括该第一帧画面和该第二帧画面以外的至少一个帧画面；
该投射单元，还用于以一倍频率投射该至少一个帧画面；或者，
该处理单元，还用于将每一该至少一个帧画面分割为二倍频率投射的一组第五子帧画面和第六子帧画面；该投射单元，还用于以二倍频率投射每一组该第五子帧画面和该第六子帧画面；或者，
该处理单元，还用于将该第一帧画面和该第二帧画面之间的每一该至少一个帧画面分割为二倍频率投射的一组第五子帧画面和第六子帧画面；该投射单元，还用于以二倍频率投射每一组该第五子帧画面和该第六子帧画面，并以一倍频率投射不属于该第一帧画面和该第二帧画面之间的每一该至少一个帧画面；
其中，所述“分割为二倍频率投射的一组第五子帧画面和第六子帧画面”包括：设置每一组该第五子帧画面和该第六子帧画面，以使该组中该第五子帧画面中每一像素的灰阶值与该第六子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于对应的一个该帧画面中对应像素的灰阶值。
与现有技术相比，本发明提供的一种实时感测环境光亮度的方法和投影装置，其通过二倍频处理将每帧视频信号分割为两个子帧画面，并将一帧画面中的一个子帧以特殊的测试画面投影，并通过等效处理调整一帧中的另一子帧的图像。这样，测试画面的一子帧画面和等效处理的另一子帧画面快速顺序投射时，由于人眼观看时的延迟效果，不易被观看者发现画面的闪动以及画面亮度的差异，这样，在不影响观看者观看体验的情况下实现了特殊测试画面的实时感测，有利于观看视频时对投影效果予以实时调整，观看体验更佳。
附图说明
图1A为本发明投影装置实时感测环境光亮度的方法的一实施示意图；
图1B为本发明投影装置的一实施结构示意图；
图2A为本发明视频信号普通帧画面二倍频率分割的一实施示意图；
图2B为本发明第一帧画面二倍频率分割的一实施示意图；
图2C为本发明第二帧画面二倍频率分割的一实施示意图；
图3A为本发明光感测单元并行多色感测的一实施示意图；
图3B为本发明光感测单元串行多色感测的一实施示意图；
图3C为本发明光感测单元串行多色感测的一实施示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包括」为开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」。
参照图1A所示，揭示了本发明投影装置实时感测环境光亮度的方法的第一实施例的示意图。
A.接收视频信号，该视频信号至少包括第一帧画面和第二帧画面。
投影装置接收的视频信号，可是连贯动作的视频图像，也可是包含顺序播放的多个静态图像，或者上述二者的混合信号，本发明不以此为限。也就是说，视频信号中包含相同和/或不同的多个帧，视频信号的多个帧的更新频率为投影装置的帧更新频率，其取决于视频信号源的帧速率、单帧数据量大小、投影装置的处理单元的数据处理速度、空间调制单元(如DMD、3LCD等)的数据处理速度和更新速度等因素。投影机通常采用的视频信号的更新频率为60Hz，也可是其他帧更新频率，如75Hz等。以下以60Hz为例加以说明，本发明不以此为限。
第一帧画面和第二帧画面可为该视频信号中连续的帧画面，也可为不连续的帧画面，二者属于该视频信号中的两个帧时间内的图像内容。第一帧画面和第二帧画面于视频信号中的顺序不限，可第一帧画面在先，也可第二帧画面在先。
B.将该第一帧画面分割为二倍频率投射的第一子帧画面和第二子帧画面，将该第一子帧画面设置为第一预设图像，设置该第二子帧画面以使该第二子帧画面中每一像素的灰阶值与该第一子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第一帧画面对应像素的灰阶值；将该第二帧画面分割为二倍频率投射的第三子帧画面和第四子帧画面，将该第三子帧画面设置为第二预设图像，设置该第四子帧画面以使该第四子帧画面中每一像素的灰阶值与该第三子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第二帧画面对应像素的灰阶值；投射该第一子帧画面、该第二子帧画面、该第三子帧画面和该第四子帧画面。
将第一帧画面和第二帧画面进行二倍频率扩展，例如原视频信号的帧更新频率为60Hz，则第一子帧画面、第二子帧画面、第三子帧画面以及第四子帧画面的投射更新频率为120Hz，或者说上述第一/二/三/四子帧画面所占时间为(1/120)s。其中第一帧画面分割的第一子帧画面和第二子帧画面的累积投射时间与原帧画面的投射时间相同，第二帧画面分割的第三子帧画面和第四子帧画面的累积投射时间与原帧画面的投射时间相同，即(1/60)s。
通过将第一帧画面和第二帧画面对应的一个子帧画面设置为预设图像，并通过对对应的子帧画面进行投射后的反射光线的感测而获知对应预设图像下的实测结果，进而获得对应预设图像下的环境光参数值，该参数值可为亮度值，也可为对比度值、色调等。
如果直接将第一帧画面或第二帧画面对应的一个子帧画面设置为预设图像，另一子帧画面与原帧画面相同，则两个子帧画面时间加权后的帧能量与未分割的帧画面不一致，观看画面时会呈现突然变暗或变亮，不利于观看体验。因此将第一帧画面或第二帧画面对应的一个子帧画面设置为预设图像时，需要同时设置另一子帧画面，以使二者画面中每一对应像素灰阶的时间加权值等效于未分割时的帧画面对应像素的灰阶值。
帧画面被分割为二倍频率投射的两个子帧画面，并保持等效帧能量不变，即需要在帧画面对应的两个子帧画面之间进行能量转移；原帧对应的两子帧画面的时间加权等效图像与原帧画面表现一致，视频信号的还原性较好，又由于更新频率较高，观看未二倍频分割的视频信号和二倍频分割的视频信号在观感上几乎没有差异。
假设视频信号中，第m帧画面第i行第j列像素的灰阶值为Mm(i,j)，该帧画面二倍频率分割成两个子帧中，子帧1第i行第j列像素的灰阶值为Mm1(i,j)，子帧2第i行第j列像素的灰阶值为Mm2(i,j)，子帧1和子帧2的时间加权等效的像素灰阶值为Mm’(i,j)，那么Mm’(i,j)＝k1*Mm1(i,j)+k2*Mm2(i,j)，Mm’(i,j)＝Mm(i,j)，其中k1+k2＝1，k1和k2分别为子帧1和子帧2的时间加权参数。在Mm(i,j)和Mm1(i,j)已确定时，即可通过上述的等效算式计算出Mm2(i,j)；也就是说，基于原帧画面和预设图像的子帧画面已确定，则可推算出另一子帧画面。优选地，k1＝k2＝0.5，即Mm(i,j)＝0.5*Mm1(i,j)+0.5*Mm2(i,j)。
也就是说，第一帧画面对应的第一子帧画面和第二子帧画面等效，具体满足：M1(i,j)＝k1*M11(i,j)+k2*M12(i,j)，其中，M1(i,j)为该第一帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M11(i,j)为该第一子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M12(i,j)为该第二子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，其中，k1和k2满足：k1+k2＝1，0≤k1≤1，0≤k2≤1。第二帧画面对应的第三子帧画面和第四子帧画面等效，具体满足：M2(i,j)＝k3*M21(i,j)+k4*M22(i,j)，其中，M2(i,j)为该第二帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M21(i,j)为该第三子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M22(i,j)为该第四子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，其中，k3和k4满足：k3+k4＝1，0≤k3≤1，0≤k4≤1。以上k1、k2可以与k3、k4分别相等，也可以选择不同的加权值。
优选的，设置第一帧画面对应的第一子帧画面和第二帧画面对应的第三子帧画面中的其中之一显示为一较暗的特定同灰阶图像或者全黑色图像，或者图像中的特定区域设置为特定同灰阶或全黑色(如图2B所示)；其中另一则显示为一较亮的特定同灰阶图像或全白色图像，或者图像中的特定区域设置为特定同灰阶或全白色(如图2C所示)；这样可感测到不同灰阶图像下(也可为全黑、全白图像下)，叠加实际环境光后的亮度参数分布情况，进而获得投影装置当前环境下的环境光亮度值、对比度值、色温等。也可为设置第一子帧画面为一较暗的特定同灰阶图像或者全黑色图像，或者图像中的特定区域设置为特定同灰阶或全黑色；第三子帧画面为一较亮的特定同灰阶图像或全白色图像，或者图像中的特定区域设置为特定同灰阶或全白色。
在确定第一帧画面对应的第一子帧画面和第二帧画面对应的第三子帧画面后，基于等效帧的总能量保持不变的原则，设置对应的第一帧画面对应的第二子帧画面和第二帧画面对应的第四子帧画面。第一帧画面对应的该第一子帧画面在该第二子帧画面之前或之后投射，第二帧画面对应的该第三子帧画面在该第四子帧画面之前或之后投射。优选的，为了防止采用第一预设图像和第二预设图像的子帧画面经由加权等效处理后获得的对应的另一子帧画面中的像素溢出(例如，像素灰阶值低于0，或高于255)，在第一帧画面和第二帧画面分割为两个子帧画面之前，进行预判处理。
预判处理可为：假设当第一子帧画面为第一预设图像时，加权计算获得的第二子帧画面中的像素是否均在[0,255]之间，是则进行包括以第一预设图像为第一子帧画面的第一帧画面子帧分割处理；假设当第三子帧画面为第一预设图像时，加权计算获得的第四子帧画面中的像素是否均在[0,255]之间，是则进行包括以第二预设图像为第三子帧画面的第二帧画面子帧分割处理。或者说，该第一帧画面满足以下条件(以下称条件1)：M1(i,j)≥k1*M11(i,j)，且M1(i,j)≤k1*M11(i,j)+k2*255。其中，M11(i,j)＝125时，则M1(i,j)≥k1*125,且M1(i,j)≤k1*125+k2*25，在k1＝k2＝0.5时，62.5≤M1(i,j)≤190。该第二帧画面满足以下条件(以下称条件2)：M2(i,j)≥k3*M21(i,j)，且M2(i,j)≤k3*M21(i,j)+k4*255。其中，M21(i,j)＝125时，则M2(i,j)≥k3*125,且M1(i,j)≤k3*125+k4*255，在k3＝k4＝0.5时，62.5≤M1(i,j)≤190。
也可设置第一帧画面满足以下条件(或者说条件1还可以为)：
θ1≤M1(i,j)≤θ2，其中，θ1≥k1*M11(i,j)，θ2≤k1*M11(i,j)+k2*255。
也可设置第二帧画面满足以下条件(或者说条件2还可以为)：
θ3≤M2(i,j)≤θ4，其中，θ3≥k3*M21(i,j)，θ2≤k3*M21(i,j)+k4*255。
优选的，条件1中，第一预设图像中每一像素的灰阶值M11(i,j)∈[0,127.5)。例如：第一预设图像为黑画面，即对于每一组i和j,M11(i,j)＝0，此时第一帧画面需满足M1(i,j)＝k1*0+k2*M12(i,j)＝k2*M12(i,j)。k1＝k2＝0.5时，第一帧画面需满足M1(i,j)＝0.5*M12(i,j)∈[0,127.5)。
条件2中，第二预设图像中每一像素的灰阶值M21(i,j)∈(127.5,255]。例如：第二预设图像为白画面，即对于每一组i和j,M21(i,j)＝255，此时第二帧画面需满足M2(i,j)＝k3*255+k4*M12(i,j)。k3＝k4＝0.5时，第二帧画面需满足M2(i,j)＝0.5*255+0.5*M12(i,j)∈(127.5,255]。
上述第一预设图像和第二预设图像的插入以及相关预判处理可为周期性的触发，也可为特殊事件的触发，本发明不以此为限。也就是说视频信号中可能随着视频信号的投放，存在多个满足条件1的第一帧画面和多个满足条件2的第二帧画面；可周期性地触发查找符合条件的第一帧画面和第二帧画面，并将符合条件的第一帧画面和第二帧画面以二倍频率分割为包含特定预设图像子帧的两子帧画面，并对具有预设图像子帧进行实时感测以获得环境光的参数，进而用于投射参数的调整。也可基于感测调整的需求触发查找符合条件的第一帧画面和第二帧画面，并进行后续的处理流程，本发明不以此为限。
对第一帧画面和第二帧画面的二倍频率分割处理，还可基于当前的环境光参数值(或前一次感测获得的环境光参数值)进一步处理；进一步地，还可基于前后帧的亮度、对比度和/或色调的变化予以微调。本发明不以此为限。
视频信号中除了第一帧画面、第二帧画面外，还包括至少一个其他帧画面。这些帧画面可以一倍频率进行投射；也可二倍频处理后投射，即将每一该至少一个帧画面分割为二倍频率投射的一组第五子帧画面和第六子帧画面，以二倍频率投射每一组该第五子帧画面和该第六子帧画面；或者，部分二倍频处理后投射，例如，将该第一帧画面和该第二帧画面之间的每一该至少一个帧画面分割为二倍频率投射的一组第五子帧画面和第六子帧画面，以二倍频率投射每一组该第五子帧画面和该第六子帧画面，并以一倍频率投射不属于该第一帧画面和该第二帧画面之间的每一该至少一个帧画面。
其中，所述“分割为二倍频率投射的一组第五子帧画面和第六子帧画面”包括：设置每一组该第五子帧画面和该第六子帧画面，以使该组中该第五子帧画面中每一像素的灰阶值与该第六子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于对应的一个该帧画面中对应像素的灰阶值。
第五子帧画面和第六子帧画面可与对应的原帧画面相同，即120Hz中的两个子帧画面由对应的60Hz的原帧画面复制获得；例如，Mm(i,j)＝Mm1(i,j)＝0.5*Mm2(i,j),其中Mm(i,j)表示分割前的视频信号中的一个原帧m的像素(i,j)的灰阶值(或亮度，或一基色的灰阶值/亮度)，Mm1(i,j)和Mm2(i,j)分别表示第m个原帧对应的第五子帧画面和第六子帧画面的像素灰阶值(或亮度，或一基色的灰阶值/亮度)(如图2A所示，图2A至图2C中像素矩阵和各像素的灰阶值为示例说明，并不等于实际执行中即为这些像素数和灰阶值)。
第五子帧画面和第六子帧画面也可时间加权等效于对应的原帧画面，例如，Mm’(i,j)＝k1*Mm1(i,j)+k2*Mm2(i,j)，Mm’(i,j)＝Mm(i,j)，其中k1+k2＝1，k1和k2分别为子帧1和子帧2的时间加权参数。优选地，k1＝k2＝0.5，即Mm(i,j)＝0.5*Mm1(i,j)+0.5*Mm2(i,j)。
也可基于视频信号中一帧画面的前后相邻两帧画面的亮度水平对该帧对应的第五子帧画面和第六子帧画面的亮度水平进行微调，使得二倍频率处理后的视频信号过渡更佳，这种微调可基于视频信号随着时间进度的亮度、亮度的变化等因素进行，也可基于伽马曲线进行调整。也可考虑前后至少一帧的图像(或图像中对应像素的灰阶值)及多个帧画面的亮度变化趋势(或图像中对应像素的灰阶变化趋势)进行微调，例如，M(i,1)’＝k5*M(i-1)+k6*M(i)+k7*M(i+1)+k8*dM(i)/dt，其中，k5+k6+k7＝1，k5,k6,k7分别表征前一帧画面、当前帧画面、后一帧画面的灰阶值对当前帧画面的加权参数，k8表征当前帧画面处的灰阶值变化趋势对当前帧画面的加权参数。
对于视频信号需要二倍频处理的部分或全部，可基于获取的当前实际环境光参数值，直接进行帧画面的分割处理；或者，先行对接收到的视频信号进行二倍频分割处理，形成投射数据流，在投射过程中，基于获取当前实际环境光参数值事件的触发，将部分原帧画面对应的两个子帧画面(例如：直接复制原帧画面，或相对于原帧画面进行微调处理，等等)再次进行能量转移。
C.检测由该投射的图像反射的光线，获得该第一子帧画面的第一亮度参数，并获得该第三子帧画面的第二亮度参数。
光感测单元对包括第一预设图像的第一子帧画面以及包括第二预设图像的第三子帧画面的进行感测，以检测对应预设图像被投射时的亮度参数(第一亮度参数和第二亮度参数)。第一亮度参数和第二亮度参数可为感测到的亮度值，多个颜色分量的亮度值(或饱和度，等等)。
光感测单元的侦测速度需快于子帧画面的投射频率，例如以二倍频率120Hz投射时，光感测单元的侦测刷新速率高于120Hz，这样才能及时侦测到需要的数据。优选的，光感测单元持续实时对每一投射帧画面进行感测，并在获得设置为包括第一预设图像的第一子帧画面或者包括第二预设图像的第三子帧画面到来时，将感测到的对应结果传送到处理单元进行运算获得表征当前实际环境光情况的参数值。
一般地，光感测单元对准投影画面的中心位置，以对同灰阶的预设图像进行感测；投射的同灰阶图像的尺寸大于光感测单元的有效感测范围，这样，光感测单元的感测不受投影画面尺寸的影响。
预设图像也可为黑白相间(或不同灰阶相间)的区块图(如棋盘图，尤其是2*2的棋盘图)，对应的区块分别符合条件1和条件2，这样针对对应区块的同时侦测可同时获得第一亮度参数和第二亮度参数，即以一个第五子帧画面的第三预设图像及其区块感测，可取代分别具有第一预设图像和第二预设图像的两个子帧画面的设置。例如，该第三预设图像呈左黑右白，光感测单元分别拾取投射图像一对角线的1/4和3/4处的多个像素的预设图像的第一/第二亮度参数，并根据第一亮度参数和第二亮度参数获得环境光参数。
D.根据该第一亮度参数和/或该第二亮度参数，获得当前实际环境光参数值。
该环境光参数值包括以下的至少一个：环境光亮度、环境光对比度、环境光色调。根据该实际环境光参数值调整该投影装置的投影表现；或者，根据该实际环境光参数值确定该投影装置当前所处的环境模式，并调整该投影装置的投影表现以适应于该环境模式。
调整投影表现包括但不限于：调整亮度、对比度、色度、饱和度、色偏等等。例如，当前实际环境光亮度为高亮时，对应投影装置处于高亮环境模式，此时需要投射的图像具有较高的亮度、色彩饱和度，方可实现较优的观看效果，即需要在高亮环境模式中设置增益值，以将投射的图像调亮、色彩鲜艳。当前实际环境光对比度为低时，对应投影装置处于低对比度环境模式，此时需要投射的图像的对比度降低，以减少人眼的不适感，等等，本发明不以此为限。
本发明中设置特定的二倍频率子帧画面还可用于其它图像参数的测量，例如，根据灰阶图，感测获取的第一图像参数和/或第二图像参数可了解当前投影图像的色偏情况，以及各颜色分量的亮度、对比度等情况，其综合反映了投影装置内部的光学特性以及外部的环境光的情况，基于此，对各颜色分量的实时调整有利于保证投影装置的投影效果始终以最适合的视觉表现提供给使用者。
本发明的实时感测环境光亮度的方法可应用于例如以DLP为空间调制单元的每帧中各色图像顺序投射的投影装置，也可用于例如以3LCD为空间调制单元的每帧中各色图像并行投射的投影装置。
例如，对于3LCD或3DLP为空间调制单元的投影装置，在第一帧画面对应的第一子帧画面或者第二帧画面对应的第三子帧画面投射期间(例如图3A中的时刻T1与T2之间)，光感测单元14具有并行多色感测功能时(例如光感测单元中包括RGB三基色的感测子像素)，可于一子帧画面投射时间内(例如120Hz时，约8ms)同时感测RGB三色光的亮度参数(例如图3A中时刻T11进行感测)，感测的时长t可以等同于第一子帧或第三子帧画面的投射时间(即从时刻T11或T1感测至时刻T2)，也可略小于第一子帧或第三子帧画面的投射时间；光感测单元14无法单独分离颜色时，可通过多个第一帧画面对应的第一子帧画面或多个第二帧画面对应的第三子帧画面分别设置各基色的灰阶图像(作为第一预设图像组或第二预设图像组)，顺序感测各基色的亮度情况。
又如，如图3B所示，对于以单DLP为空间调制单元的投影装置，在第一子帧画面或第三子帧画面投射期间(例如图3B中的时刻T1与T2之间)，光感测单元14的感测时序与各色光图像的投射时序相匹配(例如图3B中于时刻T11、T12、T13开始分别感测红色、绿色和蓝色图像帧的亮度)，从而顺序感测各基色的亮度情况，每个基色的感测时长如图3B所示的tr、tg、tb。此时光感测单元14的刷新频率接近子帧刷新频率的1/3，对光感测单元14的要求较高。也可以在第一子帧画面或第三子帧画面的红色、绿色、蓝色图像帧顺序播放过程中，光感测单元14从开始播放红色图像帧时(时刻T1)开始感测(时刻T11)，并于蓝色图像帧播放结束(或接近播放结束)时结束感测(如图3C所示)，感测时长为t’，最终获得的为三基色图像帧的平均灰阶表现(或者说平均亮度)，以此可作为此次测量的第一子帧画面或第三子帧画面亮度参数，参与确认实际环境光参数和相应调整。感测时长t’可以等于T1T2之间的时长，也可以略小于T1T2之间的时长。以上举例了单个DLP顺序调制红、绿、蓝三基色子帧图像并顺序播放的情形，其同样适用于其他基色投放的模式，例如投影装置采用顺序排列的红、蓝、绿、白四段色轮，或者红、蓝、绿、黄四段色轮，或者RGBRGB六段色轮，等等。
参照图1B所示，揭示了本发明的投影装置的一实施例的示意图。该投影装置10包括处理单元11、接收单元12、投影单元13、和光感测单元14。
接收单元12，用于接收视频信号，该视频信号至少包括第一帧画面和第二帧画面。该视频信号包括用于显示视频图像的多个帧。接收单元12接收的视频信号，可为连贯动作的视频图像，也可为包含顺序播放的多个静态图像，或者上述二者的混合信号，本发明不以此为限。
处理单元11，用于将该第一帧画面分割为二倍频率投射的第一子帧画面和第二子帧画面，将该第一子帧画面设置为第一预设图像，设置该第二子帧画面以使该第二子帧画面中每一像素的灰阶值与该第一子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第一帧画面对应像素的灰阶值；用于将该第二帧画面分割为二倍频率投射的第三子帧画面和第四子帧画面，将该第三子帧画面设置为第二预设图像，设置该第四子帧画面以使该第四子帧画面中每一像素的灰阶值与该第三子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第二帧画面对应像素的灰阶值。处理单元11二倍频率处理视频信号可如前文步骤B中所陈述。
投影单元13，用于以二倍频率投射该第一子帧画面、该第二子帧画面、该第三子帧画面和该第四子帧画面。
光感测单元14，用于检测由该投射的图像反射的光线，获得该第一子帧画面的第一亮度参数，并获得该第三子帧画面的第二亮度参数。
光感测单元14可为亮度传感器，也可为摄像模块，例如，包括基于CMOS或CCD技术的图像传感器的照相机，等等。其可感测反射光线的亮度，也可表现反射光线中各基色光线的亮度，进而以各基色的灰阶等值予以表征，本发明不以此为限。光感测单元对包括第一预设图像的第一子帧画面或第二预设图像的第三子帧画面进行感测，以检测对应预设图像被投射时的亮度参数(第一亮度参数和第二亮度参数)。光感测单元14的侦测速度快于子帧画面的投射频率，例如以二倍频率120Hz投射时，光感测单元的侦测刷新速率高于120Hz。优选的，光感测单元持续实时对每一投射帧进行感测，并在获得设置为第一预设图像的第一子帧画面或第二预设图像的第三子帧画面到来时，将感测到的对应结果传送到处理单元进行运算获得表征当前实际环境光情况的参数值，该值可表示为亮度值，也可表示为对比度值、色温等。光感测单元14感测的位置调整为对准投射图像的中心(如图1B所示)，也可为对准投射图像中的至少一个特定位置，例如投射图像中对角线1/4、3/4处，等等，本发明不以此为限。
其中，该处理单元11，还用于根据从该光感测单元获得的该第一亮度参数和该第二亮度参数，获得当前实际环境光亮度值。也就是说，处理单元11通过对第一帧画面和第二帧画面中的一个子帧画面设置预设图像，并进行对应的感测获知对应预设图像下的实测结果，进而获得对应预设图像下的环境光参数值，该参数值可表示为亮度值，也可表示为对比度值、色温等。
优选的，处理单元11在二倍频处理过程中，设置第一帧画面对应的第一子帧画面和第二帧画面对应的第三子帧画面中其中之一显示为一较暗的特定同灰阶图像或者全黑色图像，或者图像中的特定区域设置为特定同灰阶或全黑色；其中另一则显示为一较亮的特定同灰阶图像或全白色图像，或者图像中的特定区域设置为特定同灰阶或全白色；这样可感测到不同灰阶图像下(也可为全黑、全白图像下)，叠加实际环境光后的亮度参数分布情况，进而获得投影装置当前环境下的环境光亮度值、对比度值、色温等。
优选的，处理单元11根据该实际环境光参数值调整该投影装置的投影表现；或者，根据该实际环境光参数值确定该投影装置当前所处的环境模式，并调整该投影装置的投影表现以适应于该环境模式。
除了对视频信号进行相应的调整，并经由投影单元13中的空间调制单元(未图示)调制出需要的图像并经由投影单元13投射出，还可对对应色光的光源、光路的参数进行调整，以统一调整投影表现，进而减少大量视频帧需要调整时处理单元11以及空间调制单元的数据处理量，也可用于对长期存在的光源、色轮等衰减问题的修正。
本发明的实时感测环境光亮度的方法可应用于例如以DLP为空间调制单元的每帧中各色图像顺序投射的投影装置，也可用于例如以3LCD为空间调制单元的每帧中各色图像并行投射的投影装置。例如，对于3LCD为空间调制单元的投影装置，在第一帧画面对应的第一子帧画面或第二帧画面对应的第三子帧画面投射期间，光感测单元14具有并行多色感测功能时(例如光感测单元中包括RGB三基色的感测子像素)，可于一子帧画面投射时间内(例如120Hz时，约8ms)同时感测RGB三色光的亮度参数，如图3A所示；光感测单元14无法单独分离颜色时，可通过多个第一帧画面对应的第一子帧画面或多个第二帧画面对应的第三子帧画面分别设置各基色的灰阶图像(作为第一预设图像组或第二预设图像组)，顺序感测各基色的亮度情况，如图3B所示。又如，对于以单DMD为空间调制单元的投影装置，光感测单元14的感测时序与各色光图像的投射时序相匹配，从而顺序感测各基色的亮度情况。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种投影装置实时感测环境光的方法，其特征在于，包含以下步骤：
A.接收视频信号，该视频信号至少包括第一帧画面和第二帧画面；
B.将该第一帧画面分割为二倍频率投射的第一子帧画面和第二子帧画面，将该第一子帧画面设置为第一预设图像，设置该第二子帧画面以使该第二子帧画面中每一像素的灰阶值与该第一子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第一帧画面对应像素的灰阶值；将该第二帧画面分割为二倍频率投射的第三子帧画面和第四子帧画面，将该第三子帧画面设置为第二预设图像，设置该第四子帧画面以使该第四子帧画面中每一像素的灰阶值与该第三子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第二帧画面对应像素的灰阶值；投射该第一子帧画面、该第二子帧画面、该第三子帧画面和该第四子帧画面；
C.检测由该投射的图像反射的光线，获得该第一子帧画面的第一亮度参数，并获得该第三子帧画面的第二亮度参数；以及
D.根据该第一亮度参数和/或该第二亮度参数，获得当前实际环境光参数值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述“设置该第二子帧画面以使该第二子帧画面中每一像素的灰阶值与该第一子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第一帧画面对应像素的灰阶值”满足：M1(i,j)＝k1*M11(i,j)+k2*M12(i,j)，其中，M1(i,j)为该第一帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M11(i,j)为该第一子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M12(i,j)为该第二子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，其中，k1和k2满足：k1+k2＝1，0≤k1≤1，0≤k2≤1；
所述“设置该第四子帧画面以使该第四子帧画面中每一像素的灰阶值与该第三子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第二帧画面对应像素的灰阶值”满足：M2(i,j)＝k3*M21(i,j)+k4*M22(i,j)，其中，M2(i,j)为该第二帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M21(i,j)为该第三子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M22(i,j)为该第四子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，其中，k3和k4满足：k3+k4＝1，0≤k3≤1，0≤k4≤1。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
该第一帧画面满足条件：θ1≤M1(i,j)≤θ2，
其中，θ1≥k1*M11(i,j)，θ2≤k1*M11(i,j)+k2*255；
该第二帧画面满足条件：θ3≤M2(i,j)≤θ4，
其中，θ3≥k3*M21(i,j)，θ2≤k3*M21(i,j)+k4*255。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一预设图像为全屏幕全黑色图像，或者全屏幕预设第一灰阶值的图像，或者预设区域预设全黑或第一灰阶值的图像；该第二预设图像为全屏幕全白色图像，或者全屏幕预设第二灰阶值的图像，或者预设区域预设全白或第二灰阶值的图像；其中，该第一灰阶值低于该第二灰阶值，该第一帧画面位于该第二帧画面之前或之后。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该环境光参数值包括以下的至少一个：环境光亮度、环境光对比度、环境光色调；
根据该实际环境光参数值调整该投影装置的投影表现；或者，根据该实际环境光参数值确定该投影装置当前所处的环境模式，并调整该投影装置的投影表现以适应于该环境模式。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A还包括：该视频信号还包括该第一帧画面和该第二帧画面以外的至少一个帧画面；
步骤B还包括：
以一倍频率投射该至少一个帧画面；或者，
将每一该至少一个帧画面分割为二倍频率投射的一组第五子帧画面和第六子帧画面，以二倍频率投射每一组该第五子帧画面和该第六子帧画面；或者，
将该第一帧画面和该第二帧画面之间的每一该至少一个帧画面分割为二倍频率投射的一组第五子帧画面和第六子帧画面，以二倍频率投射每一组该第五子帧画面和该第六子帧画面，并以一倍频率投射不属于该第一帧画面和该第二帧画面之间的每一该至少一个帧画面；
其中，所述“分割为二倍频率投射的一组第五子帧画面和第六子帧画面”包括：设置每一组该第五子帧画面和该第六子帧画面，以使该组中该第五子帧画面中每一像素的灰阶值与该第六子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于对应的一个该帧画面中对应像素的灰阶值。
7.一种投影装置，其特征在于，包含：
接收单元，用于接收视频信号，该视频信号至少包括第一帧画面和第二帧画面；
处理单元，用于将该第一帧画面分割为二倍频率投射的第一子帧画面和第二子帧画面，将该第一子帧画面设置为第一预设图像，设置该第二子帧画面以使该第二子帧画面中每一像素的灰阶值与该第一子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第一帧画面对应像素的灰阶值；用于将该第二帧画面分割为二倍频率投射的第三子帧画面和第四子帧画面，将该第三子帧画面设置为第二预设图像，设置该第四子帧画面以使该第四子帧画面中每一像素的灰阶值与该第三子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第二帧画面对应像素的灰阶值；
投影单元，用于以二倍频率投射该第一子帧画面、该第二子帧画面、该第三子帧画面和该第四子帧画面；以及
光感测单元，用于检测由该投射的图像反射的光线，获得该第一子帧画面的第一亮度参数，并获得该第三子帧画面的第二亮度参数；
其中，该处理单元还用于根据该第一亮度参数和/或该第二亮度参数，获得当前实际环境光参数值。
8.如权利要求7所述的投影装置，其特征在于，
所述“设置该第二子帧画面以使该第二子帧画面中每一像素的灰阶值与该第一子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第一帧画面对应像素的灰阶值”满足：M1(i,j)＝k1*M11(i,j)+k2*M12(i,j)，其中，M1(i,j)为该第一帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M11(i,j)为该第一子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M12(i,j)为该第二子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，其中，k1和k2满足：k1+k2＝1，0≤k1≤1，0≤k2≤1；
所述“设置该第四子帧画面以使该第四子帧画面中每一像素的灰阶值与该第三子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于该第二帧画面对应像素的灰阶值”满足：M2(i,j)＝k3*M21(i,j)+k4*M22(i,j)，其中，M2(i,j)为该第二帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M21(i,j)为该第三子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，M22(i,j)为该第四子帧画面中的第i行第j列像素的灰阶值，其中，k3和k4满足：k3+k4＝1，0≤k3≤1，0≤k4≤1；
其中，该第一预设图像为全屏幕全黑色图像，或者全屏幕预设第一灰阶值的图像，或者预设区域预设全黑或第一灰阶值的图像；该第二预设图像为全屏幕全白色图像，或者全屏幕预设第二灰阶值的图像，或者预设区域预设全白或第二灰阶值的图像；其中，该第一灰阶值低于该第二灰阶值，该第一帧画面位于该第二帧画面之前或之后。
9.如权利要求7所述的投影装置，其特征在于，
该第一帧画面满足条件：θ1≤M1(i,j)≤θ2，
其中，θ1≥k1*M11(i,j)，θ2≤k1*M11(i,j)+k2*255；
该第二帧画面满足条件：θ3≤M2(i,j)≤θ4，
其中，θ3≥k3*M21(i,j)，θ2≤k3*M21(i,j)+k4*255。
10.如权利要求7所述的投影装置，其特征在于，该视频信号还包括该第一帧画面和该第二帧画面以外的至少一个帧画面；
该投射单元，还用于以一倍频率投射该至少一个帧画面；或者，
该处理单元，还用于将每一该至少一个帧画面分割为二倍频率投射的一组第五子帧画面和第六子帧画面；该投射单元，还用于以二倍频率投射每一组该第五子帧画面和该第六子帧画面；或者，
该处理单元，还用于将该第一帧画面和该第二帧画面之间的每一该至少一个帧画面分割为二倍频率投射的一组第五子帧画面和第六子帧画面；该投射单元，还用于以二倍频率投射每一组该第五子帧画面和该第六子帧画面，并以一倍频率投射不属于该第一帧画面和该第二帧画面之间的每一该至少一个帧画面；
其中，所述“分割为二倍频率投射的一组第五子帧画面和第六子帧画面”包括：设置每一组该第五子帧画面和该第六子帧画面，以使该组中该第五子帧画面中每一像素的灰阶值与该第六子帧画面中对应像素的灰阶值的时间加权值等效于对应的一个该帧画面中对应像素的灰阶值。
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