CN109725419A - 头戴式显示装置以及色差强化方法 - Google Patents

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Abstract

头戴式显示装置以及色差强化方法。该头戴式显示装置具备摄像装置、控制器、以及显示系统。摄像装置提取周围环境的原始图像。控制器决定原始图像中特定颜色的区域范围，以及将区域范围内的特定颜色的饱和度以及亮度的至少一个提高以产生色差强化图像。显示系统显示色差强化图像。

Description

头戴式显示装置以及色差强化方法
技术领域
本申请涉及头戴式显示装置，特别涉及一种头戴式显示装置可改善色盲者/色弱者在辨色上的困境。
背景技术
人眼视网膜由许多感光小区所构成，其大致上可依形状区分为锥状小区(cone cell)与杆状小区(rod cell)。锥状小区主要负责细节与色彩视觉，依光色素的不同分为三种受器，分别接收光谱中的红、绿、蓝三主色。色彩视觉出现在明亮的状况下，所以通常又可被称为明视觉，而如果锥状小区功能不良则可能导致色盲/色弱。
杆状小区的光色素称为视紫质(rhodopsin)，主要负责夜晚及周边视觉。相较于锥状小区，杆状小区对光更为敏感，较容易看到微弱的亮光，因此在极低的照度下，人的视觉仅能依赖杆状小区的运作，通常又可被称为暗视觉，其无法分辨颜色，仅能分辨灰阶明暗的差异，而如果杆状小区功能不良则可能导致夜盲。
根据统计，全世界约有三亿人口是色盲者或色弱者，色盲者/色弱者本身由于无法区别特定颜色之间的差异，例如：无法分辨交通号志的红色和绿色灯号、或是无法分辨药丸颜色而服错药等等，而使得色盲者/色弱者容易处在危险的状态而不自知，此外，色盲者/色弱者也因为容易因为无法区别特定颜色之间的差异，而在工作上容易受到限制(例如：工作内容涉及颜色信息)。
因此，亟需有一种方法能够解决色盲者/色弱者难以辨识特定颜色差异的困境。
发明内容
为了改善色盲者/色弱者的辨色限制，本申请提出一种头戴式显示装置以及色差强化方法，其通过对周围环境的图像进行处理以强化特定颜色之间的对比差异，从而协助色盲者/色弱者能够区别其肉眼所难以清楚辨识的颜色。
本申请的一实施例提供了一种头戴式显示装置，包括一第一摄像装置、一控制器、以及一显示系统。上述第一摄像装置用以提取一周围环境的一第一原始图像。上述控制器用以决定上述第一原始图像中一特定颜色的一第一区域范围，以及将上述第一区域范围内的上述特定颜色之一饱和度以及一亮度的至少一个提高以产生一第一色差强化图像。上述显示系统用以显示上述第一色差强化图像。
本申请的另一实施例提供了一种色差强化方法，适用于一头戴式显示装置，上述头戴式显示装置包括一第一摄像装置以及一显示系统。上述色差强化方法包括以下步骤：通过上述第一摄像装置提取一周围环境的一第一原始图像；决定上述第一原始图像中一特定颜色的一第一区域范围；将上述第一区域范围内的上述特定颜色之一饱和度以及一亮度的至少一个提高以产生一第一色差强化图像；以及通过上述显示系统显示上述第一色差强化图像。
关于本申请其他附加的特征与优点，本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，当可根据本申请实施方法中所公开的头戴式显示装置以及色差强化方法做些许的更动与润饰而得到。
附图说明
图1是根据本申请一实施例所述的头戴式显示装置的元件架构示意图。
图2是显示头戴式显示装置100的组成外观的示意图。
图3A是根据本申请一实施例所述的头戴式显示装置100的俯视图。
图3B是根据本申请另一实施例所述的头戴式显示装置100的俯视图。
图3C是根据本申请又一实施例所述的头戴式显示装置100的俯视图。
图4是根据本申请一实施例所述的色差强化方法的流程图。
【符号说明】
100 头戴式显示装置
10 显示系统
20 图像提取系统
30 控制器
40 存储装置
50 输出输入装置
101 主构架
102 前方下部
103 透镜部件
104 前方中央部
105 前方上部
106-1、106-2 托架部分
S410～S460 方法步骤
具体实施方式
本章节所叙述的是实施本申请的较佳方式，目的在于说明本申请的精神而非用以限定本申请的保护范围，当可理解的是，使用于本说明书中的“包含”、“包括”等词，用以表示存在特定的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、元件和/或组件，但并不排除可加上更多的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、元件、组件，或以上的任意组合。
图1是根据本申请一实施例所述的头戴式显示装置的元件架构示意图。头戴式显示装置100包括显示系统10、图像提取系统20、控制器30、存储装置40、以及输出输入装置50。
显示系统10主要负责显示视觉或文字内容，例如但不限于：图像提取系统20所提取的图像、和/或控制器30所输出的色差强化图像。
在一实施例，显示系统10可包括一或多个为液晶显示器(Liquid-Crystal Display，LCD)、发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)显示器、有机发光二极管显示器(OrganicLED，OLED)、电子纸显示器(Electronic Paper Display，EPD)、或阴极射线管(Cathode RayTube，CRT)显示器等。
在另一实施例，显示系统10可包括一或多个光学引擎与透视光学组件(see-throughoptics)，其中光学引擎可将视觉或文字内容投影到透视光学组件上进行显示。光学引擎可包括一或多个投影机，例如：纳米投影机、微型投影机(pico/micro/femto-projector)、激光投影机、全像(holographic)投影机等。透视光学组件可包括一反射镜以及至少一透镜(例如可包括一光波导透镜(waveguide lens)以及附着于该光波导透镜的一透明校正透镜(translucent correction lens))。无论光学引擎是开启或关闭，穿戴者都能通过透视光学元件中的透镜清楚地观看到周围环境的场景。
图像提取系统20主要负责提取周围环境的图像，其可包括一或多个摄像装置，例如但不限于：一景深镜头、和/或一或多个环境感测镜头，其中景深镜头可为灰阶镜头、三原色(Red/Green/Blue，RGB)镜头、或四分色(Cyan/Magenta/Yellow/Key，CMYK)镜头，支持深度检测的功能，而环境感测镜头可为三原色镜头、或四分色镜头，支持一般图像提取的功能。
控制器30可为通用处理器、微处理器(Micro Control Unit，MCU)、应用处理器(Application Processor，AP)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)、或全像处理器(Holographic ProcessingUnit，HPU)、或上述处理器的任意组合，其可包括各式电路逻辑，用以：提供数据与图像的处理及运算的功能、传送帧(frame)数据(如：代表文字讯息、图形、或图像的数据)至显示系统10、从图像提取系统20接收周围环境的图像、从存储装置40读取或存储数据、以及通过输出输入装置50接收使用者所输入的参数调整指令。
特别是，控制器30用以针对图像提取系统20所提取到的周围环境的图像进行色差强化处理，并且协调显示系统10、图像提取系统20、存储装置40、以及输出输入装置50的运作，以执行本申请的色差强化方法。
本领域技术人员当可理解，控制器30中的电路逻辑通常可包括多个晶体管，用以控制该电路逻辑的运作以提供所需的功能及作业。更进一步的，晶体管的特定结构及其之间的连接关系通常是由编译器决定，例如：寄存器转移语言(Register Transfer Language，RTL)编译器可由处理器所运作，将类似组合语言码的指令档(script)编译成适用于设计或制造该电路逻辑所需的形式。
存储装置40为非暂态(non-transitory)的计算机可读取存储介质，包括：存储器(如：快闪存储器、非易失性随机存取存储器(Non-volatile Random Access Memory，NVRAM))、或磁性存储装置(如：硬盘、磁带)、或光盘、或上述介质的任意组合，其主要用以存储：帧数据(如：图像数据)、计算机可读取及执行的指令或程序代码(包括：应用/通信协议的程序代码)、和/或本申请的色差强化方法的程序代码。
输出输入装置50可包括一或多个按钮、键盘、触控传感器、麦克风、喇叭、和/或灯号装置，主要负责提供人机操作接口(Man-Machine Interface，MMI)，以接收使用者所输入的参数调整指令、和/或输出提示/反馈信号。
举例来说，较佳地，输出输入装置50可包括多个按钮，例如：按钮1可供穿戴者用以设定色彩调整模式，也就是决定要调整的特定颜色，例如：针对红色盲(protanopia)/色弱选定淡红色、针对绿色盲(deuteranopia)/色弱选定淡绿色(或者可将红色盲/色弱与绿色盲/色弱一并归为红绿色盲/色弱并选定淡红色及淡绿色为要调整的特定颜色(如：模式1))、针对蓝黄色盲(tritanopia)/色弱选定淡蓝/绿色(如：模式2)。按钮2可供穿戴者用以设定要调整特定颜色的饱和度(saturation)高低。按钮3可供穿戴者用以设定要调整特定颜色的色相(hue)位移大小。按钮4可供穿戴者用以设定要调整特定颜色的亮度高低。
须注意的是，本申请所述淡红色系泛指红色调中所有的淡色系，例如：粉红色、浅红色、或橘红色等。同样地，本申请所述淡绿色系泛指绿色调中所有的淡色系，例如：青绿色、浅绿色、或墨绿色等，而淡蓝色系泛指蓝色调中所有的淡色系，例如：紫蓝色、或浅蓝色等，淡黄色系泛指黄色调中所有的淡色系，例如：黄绿色、浅黄色、或橘黄色等。
当可理解的是，图1所示的元件仅用以提供一说明的范例，并非用以限制本申请的保护范围。在另一实施例，头戴式显示装置100还可包括其他元件，例如：电源供应器(如：便携便携式/可替换的充电电池)以提供电力给显示系统10、图像提取系统20、控制器30、存储装置40、以及输出输入装置50的运作并使得头戴式显示装置100具备便携性。或者，头戴式显示装置100还可包括无线通信装置、和/或全球定位系统(Global Positioning System，GPS)等，其中无线通信装置可包括蓝牙或无线保真(Wireless Fidelity，WiFi)技术的芯片，用以提供与其他通信装置(如：智能手机或平板计算机)之间进行短距无线通信的功能；全球定位系统可提供头戴式显示装置100的位置信息，以用于移动定位服务/应用。
图2是显示头戴式显示装置100的组成外观的示意图。在此实施例，头戴式显示装置100实作为一眼镜组。
如图2所示，显示系统10设置于眼镜组的主构架101其中的前方下部102，在显示系统10的前方还设置有透镜部件103以保护显示系统10不直接外露在周围环境中。图像提取系统20设置于眼镜/头戴组的主构架101其中的前方中央部104或前方上部105。输出输入装置50设置于主构架101的托架部分106-1，包括三个按钮，分别用以设定色彩调整模式、饱和度、以及色相位移。头戴式显示装置100的其余元件，诸如：控制器30及存储装置40可嵌入在主构架101的托架部分106-2、或其余未被使用的部分。
图3A是根据本申请一实施例所述的头戴式显示装置100的俯视图。在此实施例，图像提取系统20仅包含单一摄像装置，且设置于头戴式显示装置100的前方中央部。显示系统10的范围涵盖穿戴者的左右眼视野，意即，穿戴者的左右眼视野所见皆为显示系统10所显示的视觉内容。输出输入装置50设置于头戴式显示装置100的右侧。
图3B是根据本申请另一实施例所述的头戴式显示装置100的俯视图。在此实施例，图像提取系统20包含两个摄像装置，分别设置于头戴式显示装置100的前方左半部及前方右半部，并分别用以提取以替代穿戴者的左眼视野及右眼视野的所见图像。显示系统10亦包含两个显示单元，其范围分别涵盖穿戴者的左眼视野及右眼视野，并分别用以显示控制器30针对图像提取系统20提取的图像进行色差强化处理之后的图像。输出输入装置50设置于头戴式显示装置100的右侧。
图3C是根据本申请又一实施例所述的头戴式显示装置100的俯视图。在此实施例，图像提取系统20仅包含单一摄像装置，且设置于头戴式显示装置100的前方右半部，用以提取以替代穿戴者的右眼视野的所见图像。另外，头戴式显示装置100的前方左半部以透视景观窗为设计(例如：篓空、或设置透视光学组件)，让穿戴者的左眼视野可穿透头戴式显示装置100。显示系统10亦仅包含单一显示单元，其范围涵盖穿戴者的右眼视野，用以显示控制器30针对图像提取系统20提取的图像进行色差强化处理之后的图像。输出输入装置50设置于头戴式显示装置100的右侧。
图4是根据本申请一实施例所述的色差强化方法的流程图。在此实施例，色差强化方法适用于至少具有摄像装置与显示系统的头戴式显示装置，如头戴式显示装置100。
进一步说明，色差强化方法可以是以程序代码实作为软件模块，并且由头戴式显示装置的控制器载入及执行。
首先，通过摄像装置提取周围环境的原始图像(步骤S410)。在一实施例，头戴式显示装置可通过单一摄像装置提取单一图像。在另一实施例，头戴式显示装置可通过两个摄像装置分别提取穿戴者左右眼视野的图像。
接着，针对原始图像进行色差强化处理，以下分别以步骤S420～S440来说明色差强化处理的细部操作。
在步骤S420，决定原始图像中特定颜色的区域范围(步骤S420)。举例来说，当穿戴者为红绿色盲/色弱者时，特定颜色可以选定为淡红色及淡绿色；当穿戴者为蓝黄色盲/色弱者时，特定颜色可以选定为淡蓝色及淡黄色。
在步骤S430，将区域范围内的像素的饱和度提高(步骤S430)，然后，在步骤S440，将区域范围内的像素的亮度提高(步骤S440)。又或者，在另一实施例，步骤S440可选择性地省略不做。
在一实施例，饱和度的提高可以是将特定色调中所有的淡色系都增加相同的一饱和度数值(意即，将每个像素的色相加上相同的一位移值)，例如：橘红色变成浅红色、粉红色变成鲜红色、浅红色变成鲜红色。
在另一实施例，饱和度的提高可以是将特定色调中所有的淡色系都全部拉成该色调中最饱和的颜色，例如：所有的淡红色，包括粉红色、浅红色、或橘红色，都调整为鲜红色。实作上可以是针对特定的三原色范围内的像素，将其三原色数值直接调整为一预定值，例如：针对橘色系可设定将三原色数值落在范围R＝255，G＝97～128，B＝0～33内的像素，直接把其三原色数值调整为代表鲜红色的R＝255，G＝0，B＝0(也可理解为将该三原色范围内的每个像素的色相进行位移)；同理，也可针对浅红色系或粉红色系设定一三原色范围，并将该三原色范围内的三原色数值直接调整为代表鲜红色的R＝255，G＝0，B＝0。
在一实施例，头戴式显示装置可根据穿戴者所输入的参数调整指令来决定要针对哪个颜色进行色差强化(也就是步骤S420中所述的特定颜色)，并且根据参数调整指令来决定目标饱和度或色相位移值(也就是步骤S430中所述的饱和度调整所需要的参数)、和/或目标亮度(也就是步骤S440中所述的亮度调整所需要的参数)。
在步骤S440之后，会产生一色差强化图像(步骤S450)，最后，通过显示系统显示该色差强化图像(步骤S460)，方法流程结束。
根据前述实施例，当可理解的是，本申请的色差强化方法可通过对周围环境的图像进行处理以强化特定颜色之间的对比差异，让色盲者/色弱者能够区别其肉眼所难以清楚辨识的颜色。如此一来，便可有效改善色盲者/色弱者对于特定颜色差异的低辨识能力。
本申请虽以各种实施例公开如上，然而其仅为范例参考而非用以限定本申请的范围，本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本申请的范围，本申请的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。
在权利要求书中所使用的“第一”、“第二”等词用来修饰权利要求中的元件，并非用来表示之间具有优先权顺序，先行关系，或者是一个元件先于另一个元件，或者是执行方法步骤时的时间先后顺序，仅用来区别具有相同名字的元件。

Claims (10)

1.一种头戴式显示装置，包括：
第一摄像装置，用以提取周围环境的第一原始图像；
控制器，用以决定上述第一原始图像中特定颜色的第一区域范围，以及将上述第一区域范围内的上述特定颜色的饱和度以及亮度的至少一个提高以产生第一色差强化图像；以及
显示系统，用以显示上述第一色差强化图像。
2.如权利要求1所述的头戴式显示装置，还包括：
输入输出装置，用以接收参数调整指令以指示以下至少一个：上述特定颜色、上述特定颜色的目标饱和度、以及上述特定颜色的目标亮度；
其中上述控制器还用以将上述第一区域范围内的上述特定颜色的上述饱和度提高到上述目标饱和度，以及将上述第一区域范围内的上述特定颜色的上述亮度提高到上述目标亮度。
3.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其中上述第一摄像装置所提取的上述原始图像对应至穿戴者的左眼视野以及右眼视野中的一个，且上述显示系统显示上述第一色差强化图像于上述穿戴者的左眼视野以及右眼视野中的一个。
4.如权利要求3所述的头戴式显示装置，还包括：
第二摄像装置，用以提取上述周围环境的第二原始图像，其中上述第二原始图像对应至上述穿戴者的左眼视野以及右眼视野中的另一个；
其中上述控制器还用以决定上述第二原始图像中上述特定颜色的第二区域范围，以及将上述第二区域范围内的上述特定颜色的饱和度以及亮度的至少一个提高以产生第二色差强化图像；
其中上述显示系统还用以显示上述第二色差强化图像于上述穿戴者的左眼视野以及右眼视野中的另一个。
5.如权利要求4所述的头戴式显示装置，还包括：
输入输出装置，用以接收参数调整指令以指示以下至少一个：上述特定颜色、上述特定颜色的目标饱和度、以及上述特定颜色的目标亮度；
其中上述控制器还用以将上述第二区域范围内的上述特定颜色的上述饱和度提高到上述目标饱和度，以及将上述第二区域范围内的上述特定颜色的上述亮度提高到上述目标亮度。
6.一种色差强化方法，适用于头戴式显示装置，上述头戴式显示装置包括第一摄像装置以及显示系统，上述色差强化方法包括：
通过上述第一摄像装置提取周围环境的第一原始图像；
决定上述第一原始图像中特定颜色的第一区域范围；
将上述第一区域范围内的上述特定颜色的饱和度以及亮度的至少一个提高以产生第一色差强化图像；以及
通过上述显示系统显示上述第一色差强化图像。
7.如权利要求6所述的色差强化方法，还包括：
通过上述头戴式显示装置的输入输出装置接收参数调整指令以指示以下至少一个：上述特定颜色、上述特定颜色的目标饱和度、以及上述特定颜色的目标亮度；
将上述第一区域范围内的上述特定颜色的上述饱和度提高到上述目标饱和度；以及
将上述第一区域范围内的上述特定颜色的上述亮度提高到上述目标亮度。
8.如权利要求6所述的色差强化方法，其中上述第一摄像装置所提取的上述原始图像对应至穿戴者的左眼视野以及右眼视野中的一个，且上述显示系统显示上述第一色差强化图像在上述穿戴者的左眼视野以及右眼视野中的一个。
9.如权利要求8所述的色差强化方法，还包括：
通过上述头戴式显示装置的第二摄像装置提取上述周围环境的第二原始图像，其中上述第二原始图像对应至上述穿戴者的左眼视野以及右眼视野中的另一个；
决定上述第二原始图像中上述特定颜色的第二区域范围；
将上述第二区域范围内的上述特定颜色的饱和度以及亮度的至少一个提高以产生第二色差强化图像；
通过上述显示系统显示上述第二色差强化图像在上述穿戴者的左眼视野以及右眼视野中的另一个。
10.如权利要求9所述的色差强化方法，还包括：
通过上述头戴式显示装置的输入输出装置接收参数调整指令以指示以下至少一个：上述特定颜色、上述特定颜色的目标饱和度、以及上述特定颜色的目标亮度；
将上述第二区域范围内的上述特定颜色的上述饱和度提高到上述目标饱和度；以及
将上述第二区域范围内的上述特定颜色的上述亮度提高到上述目标亮度。
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