CN114332124A - 基于图像内容的环境光控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于图像内容的环境光控制装置及其控制方法，方法包括以下步骤：获取显示模块的背景图像信息；根据获取的背景图像信息，计算环境灯光控制参数；将环境灯光控制参数下发至灯光控制接口模块。与现有技术相比，本发明的实施例提供了一种基于图像内容的环境光控制装置及其控制方法，其通过提取显示模块的背景图像信息，并对背景图像信息进行计算，输出对应合适的环境灯光控制信号，从而根据图像进行环境灯光的调节，降低了显示模块自身光亮对环境灯光调节的影响，环境灯光效果更好，视觉效果更好。

Description

基于图像内容的环境光控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及环境灯光调节装置技术领域，尤其涉及一种基于图像内容的环境光控制装置及其控制方法。

背景技术

背景光又称为“环境光”，背景光在不同的节目或场景用光中。背景光主要是照明被摄对象周围环境及背景的光线，用它可调整人物周围的环境及背景影调，加强各种节目及场景内的气氛。

背景光在运用中因内容、被摄对象、创作想法及要求不同，其用光方式也不同。静态人物用光与活动人物用光，单个人物用光与多人物用光也不同。通常在对一位节目主持人或播音员实施布光中，背景光可能比较简单，有时一盏背景灯能完成任务，但要注意画面四角光线的均匀和谐调，亮度上要保持一致。在多人物或大场景的背景用光中，要准确把握创作意图、场景特征、气氛要求、背景材料的属性以及它的反光特性等。在用光设计与造型中，背景光的创造与处理潜力很大，许多成功的节目与作品得益于背景光的塑造和烘衬。例如，早晨光线的模拟与再现能创造一个清新、和谐、朝气蓬勃的向上气氛能把观众带入一个安适、平和、幸福、美满的氛围之中等。

背景光有以下几方面的作用：突出主体，为主体寻找一个较佳的背景和环境；营造各种环境气氛和光线效果，说明某种特定的时间地点等，对主体的表现起烘托作用；丰富画面的影调对比，决定画面的基调；利用背景光线的微妙变化，体现创作者思想感情的细微变化。

背景光，在大多数情况下，被摄者都与背景拉开一定的距离。由于光源的照明随着距离的增加而明显地减弱，而背景比被摄者距离光源更远，所以背景的亮度要比被摄者暗许多。如果按被摄者的照明情况曝光的话，则背景就会显得更暗了，结果是被摄者看起来如同融入黑暗的背景之中。如果摄影师不介意这种背景效果的话，当然也就用不着背景光了。但是如果要想把被摄者同背景区别开来的话，则有必要对背景进行单独照明，于是就有了所谓的背景光。然而，背景光的运用要照顾到背景的色彩、距离和照明的角度等等，搞得不好就会弄巧成拙，因此，需要对背景光进行反复调整才能用得恰到好处。为了均匀地照明一个无缝的背景，有时会需要使用两盏灯。但是现有的背景光存在以下缺陷：

目前现有电视背景墙灯光、显示周边的背景环境光，照明亮度和照明色彩(色度)绝大部分均是固定值，大部分不可调节。

极少数可以动态调整的环境背景光，采用的参照来源，来自周边的照度，例如周边环境光(日光或室内灯具的打开或关闭影像的环境照度)。

而目前的显示器或电视机，目前越做越大。图像内容的光照强度，对室内的背景环境光产生了越来越大的影响。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于图像内容的环境光控制装置及其控制方法，旨在根据图像内容进行环境灯光调节，提高视觉效果。

为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种基于图像内容的环境光控制装置，其包括具有显示模块的终端设备，所述终端设备上设有DSP处理器、背景信息提取模块、灯光控制接口模块和主控模块，所述DSP处理器输出端连接于所述背景信息提取模块，所述背景信息提取模块的输出端连接于所述灯光控制接口模块，所述DSP处理器、背景信息提取模块和灯光控制接口模块均连接于所述主控模块；其中，所述DSP处理器用于处理外部输入的影音数字信号并显示在所述显示模块上，所述背景信息提取模块用于提取显示模块上的背景信息，所述灯光控制接口模块用于根据所述主控模块的运算结果输出对环境灯光控制的控制信号，所述主控模块根据所述背景信息提取模块的提取信息计算环境灯光控制信息并输出给所述灯光控制接口模块。

其中，所述背景信息提取模块为图像背景信息提取单元，所述图像背景信息提取单元用于将图像背景划分多个区域，并分别提取各个区域的图像亮度值和图像色度值。

其中，所述背景信息提取模块包括：图像分区单元和分区图像信息汇集计算单元；所述图像分区单元用于将显示模块上的图像进行分区并获取各个分区的图像亮度值和图像色度值，所述分区图像信息汇集计算单元用于将所述图像分区单元获取的信息进行加权平均值运算。

其中，所述背景信息提取模块包括：多个图像传感器和传感器数据汇集计算单元，多个所述图像传感器用于获取所述显示模块各个区域的图像信息，所述传感器数据汇集计算单元用于将所述图像传感器获取的图像信息进行加权平均值运算。

优选的，所述终端设备为显示器。

第二方面，本发明还提供了一种控制方法，其基于如上任意一项所述的基于图像内容的环境光控制装置，其包括以下步骤：

获取显示模块的背景图像信息；

根据获取的背景图像信息，计算环境灯光控制参数；

将环境灯光控制参数下发至灯光控制接口模块。

其中，所述获取显示模块的背景图像信息的步骤之前还包括由DSP处理器对输入的影音信号进行数字化处理的步骤。

其中，所述获取显示模块的背景图像信息步骤中，获取的背景图像信息包括：图像亮度信息和图像色度信息。

其中，所述图像亮度信息和图像色度信息获取算法包括：直方图均衡化方法，色彩空间转换方法，色感一致性方法，色彩相似度方法和改进的Gamma矫正方法。

其中，所述基于图像内容的环境光控制装置部署于云端服务器，所述基于图像内容的环境光控制装置的数据输入以及灯光控制参数的下发均通过网络传输。

与现有技术相比，本发明的实施例提供了一种基于图像内容的环境光控制装置及其控制方法，其通过提取显示模块的背景图像信息，并对背景图像信息进行计算，输出对应合适的环境灯光控制信号，从而根据图像进行环境灯光的调节，降低了显示模块自身光亮对环境灯光调节的影响，环境灯光效果更好，视觉效果更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于图像内容的环境光控制装置的功能框图；

图2为本发明第一实施例提供的基于图像内容的环境光控制装置的结构框图；

图3为本发明第二实施例提供的基于图像内容的环境光控制装置的结构框图；

图4为本发明第三实施例提供的基于图像内容的环境光控制装置的结构框图；

图5为本发明实施例提供的控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅附图1，附图1为本发明实施例提供的基于图像内容的环境光控制装置的功能框图，该实施例提供的一种基于图像内容的环境光控制装置，其包括具有显示模块的终端设备，所述终端设备上设有DSP处理器100、背景信息提取模块200、灯光控制接口模块300和主控模块400，所述DSP处理器100输出端连接于所述背景信息提取模块200，所述背景信息提取模块200的输出端连接于所述灯光控制接口模块300，所述DSP处理器100、背景信息提取模块200和灯光控制接口模块300均连接于所述主控模块400。其中，所述DSP处理器100用于处理外部输入的影音数字信号并显示在所述显示模块上，所述背景信息提取模块200用于提取显示模块上的背景信息，所述灯光控制接口模块300用于根据所述主控模块400的运算结果输出对环境灯光控制的控制信号，所述主控模块400根据所述背景信息提取模块200的提取信息计算环境灯光控制信息并输出给所述灯光控制接口模块300，外部环境灯光系统通过连接于所述灯光控制接口模块300的接头，执行对应的控制信号，从而实时根据显示模块上的图像信息调节环境灯光，以达到最好的显示效果和视觉效果。

请再次参阅图2，图2为该基于图像信息的环境灯光控制装置的第一实施例的结构框图，其包括DSP处理器11、图像背景信息提取单元12、灯光控制接口模块13和主控模块14，所述DSP处理器11输出端连接于所述图像背景信息提取单元12，输入端接收外部图像媒体源输入，所述图像背景信息提取单元12的输出端连接于所述灯光控制接口模块13，所述DSP处理器11、图像背景信息提取单元12和灯光控制接口模块13均连接于所述主控模块14。其中，所述主控模块14为MCU处理器，其内烧录有算法程序代码，用于控制DSP处理器11、图像背景信息提取单元12和灯光控制接口模块13协同工作，并对图像背景信息提取单元12获取的图像信息进行运算处理，以得到合适的环境灯光控制参数。所述图像背景信息提取单元12用于将图像背景划分多个区域，并分别提取各个区域的图像亮度值Y和图像色度值C。

上述图像背景信息提取单元12提取的图像信息主要包括：图像亮度信息和图像色度信息，获取所述图像亮度信息和图像色度信号包括：直方图均衡化方法，色彩空间转换方法，色感一致性方法，色彩相似度方法和改进的Gamma矫正方法；其中直方图均衡化方法最为常用。

其中，直方图均衡化方法的算法实现如下：

直方图(histogram)是灰度级的函数，它表示图像中具有每种灰度级的像素的个数，反映原图像中各种灰度值分布的情况。灰度直方图的横坐标是灰度级，纵坐标是该灰度级出现的频率，是图像的最基本的统计特征。

通常，暗图像直方图的分量集中在灰度较低的一端，而亮图像直方图分量偏向于灰度较高的一端，从图中可以得到这样的结论：如果一幅图像的灰度直方图几乎覆盖了整个灰度的取值范围，并且除了个别灰度值的个数较为突出，整个灰度值分布近似于均匀分布，那么这幅图像就具有较大的灰度动态范围和较高的对比度，同时图像的细节更为丰富。已经证明，仅仅依靠输入图像的直方图信息，就可以得到一个变换函数，利用该变换函数可以将输入图像达到上述效果，该过程就是直方图均衡化。

灰度统计累计直方图：

H(k)＝∑ni(i<＝k)

累积直方图中第k列的高度是图像中所有灰度值<＝k的像素的个数

灰度直方图的求取算法实现

本方案图像分析采用了直方图均衡的算法特点：

直方图算法具有很多的优点，直方图能反映图像的概貌，通过直方图可以直接计算图像中的最大亮度、最小亮度、平均亮度、对比度以及中间亮度等。使用直方图可以完成图像分割、目标检索等。因为不同的目标具有不同的颜色分布。使用归一化直方图作目标匹配，还不易受到目标翻转和目标大小变化的影响。在图像查询的系统中，直方图有很大的应用，用它存储目标的特征占有空间小，且执行速度快。

另外：最常见的亮度和色度输出的背景光平均参数，计算公式如下：

Y平均环境光亮度平均累计计算：

Y平均环境光亮度＝∑N区域亮度值/n

上述公式中的n为总采样区域样本数量，N区域亮度值为单独区域的图像采样(区域亮度值或单个像素)的的亮度值。

同理，可以推出C平均环境光色度的平均计算公式。

请再次参阅图3，图3为该基于图像信息的环境灯光控制装置的第二实施例的结构框图，其包括DSP处理器21、图像分区单元22、分区图像信息汇集计算单元25、灯光控制接口模块23和主控模块24，所述DSP处理器21输出端连接于图像分区单元22，输入端接收外部图像媒体源输入，所述图像分区单元22的输出端连接于所述分区图像信息汇集计算单元25，所述DSP处理器21、图像分区单元22、分区图像信息汇集计算单元25和灯光控制接口模块23均连接于所述主控模块24。其中，所述主控模块24为MCU处理器，其内烧录有算法程序代码，用于控制DSP处理器21、图像分区单元22、分区图像信息汇集计算单元25和灯光控制接口模块23协同工作，并对分区图像信息汇集计算单元25获取的图像信息进行运算处理，以得到合适的环境灯光控制参数。所述图像分区单元用21于将显示模块上的图像进行分区并获取各个分区的图像亮度值和图像色度值，所述分区图像信息汇集计算单元25用于将所述图像分区单元获取的信息进行加权平均值运算。在该实施例中，从显示模块显示的图像中，直接将图像整体分成N个区域，将这个N个区域，直接截取部分媒体图像内容(含静态图片/动态视频)内容，并不进行背景分析处理，而是直接分区域提取相应的背景参数。

请再次参阅图4，图4为该基于图像信息的环境灯光控制装置的第三实施例的结构框图，其包括DSP处理器31、多个图像传感器32、传感器数据汇集计算单元35、灯光控制接口模块33和主控模块34，所述DSP处理器31输出端连接于显示模块，输入端接收外部图像媒体源输入，所述图像传感器32检测信号输入给所述传感器数据汇集计算单元35，所述传感器数据汇集计算单元35输出给所述主控模块34，所述DSP处理器31、多个图像传感器32、传感器数据汇集计算单元35和灯光控制接口模块33均连接于所述主控模块34。其中，所述主控模块34为MCU处理器，其内烧录有算法程序代码，用于控制DSP处理器31、多个图像传感器32、传感器数据汇集计算单元35和灯光控制接口模块33协同工作，并对传感器数据汇集计算单元35获取的图像信息进行运算处理，以得到合适的环境灯光控制参数。多个所述图像传感器32用于获取所述显示模块各个区域的图像信息，所述传感器数据汇集计算单元35用于将所述图像传感器32获取的图像信息进行加权平均值运算。在该实施例中，在显示的屏幕外侧，内置或嵌入图像传感器(或者简单为“光敏传感器”，可为光敏亮度传感器或光敏色度传感器)，将被测图像直接分成N个区域，将这个N个区域，检测被测部分图像内容(含静态图片/动态视频)内容，直接输出成分区域提取相应的背景参数。其采用了外置图像传感器摆放或嵌入显示设备内容的图像传感器(例如亮度传感器、色度传感器的技术)，即为不分析图像内容，而是采用传感器读数的方式，目的是减少了数据计算量，提高了抓取图像亮度和色度数据的实时性。

其中，所述终端设备为显示器或者户外大屏，或会议平板或大型显示面板阵列等显示终端设备。

请再次参阅图5，本发明还提供了一种基于如上所述的基于图像内容的环境光控制装置的控制方法，其包括以下步骤：

步骤S200、获取显示模块的背景图像信息；该步骤中，获取显示模块的背景图像信息包括通过背景图像信息提取模块直接从DSP处理器的信息提取，也包括采用图像传感器直接获取显示模块的不同区域的图像信息。

步骤S300、根据获取的背景图像信息，计算环境灯光控制参数；也即，通过获取的图像信息，再由主控模块400根据软件设计逻辑，计算对应的环境灯光参数，并对应转换成输出灯光控制指令，灯光控制指令输出给灯光控制接口模块300；

步骤S400、将环境灯光控制参数下发至灯光控制接口模块。外部环境中的灯具等照明或发光设备均通过该统一的灯光控制接口模块连接，根据控制信号执行对应的亮度和色度调节。采用统一的灯光控制接口模块的优点在于，将外部复杂的照明等灯光系统采用统一的接口，使其控制更为简单，操作更为方便。

其中，所述获取显示模块的背景图像信息的步骤S200之前还包括由DSP处理器对输入的影音信号进行数字化处理的步骤S100。增加DSP处理器对输入的影音信号进行数字化处理的步骤S100目的在于，外部图像媒体源可以来自多种方式，例如其他显示设备的同步信号，来源于网络信号或者移动终端设备信号等，对于上述信号都能够进行数字化处理并输出给显示模块。若对于显示器或平板电视而言，其自身具备信号处理功能，此时只需要执行步骤S200至步骤S400即可。

其中，所述获取显示模块的背景图像信息步骤S200中，获取的背景图像信息包括：图像亮度信息和图像色度信息。

其中，所述图像亮度信息和图像色度信息获取算法包括：直方图均衡化方法，色彩空间转换方法，色感一致性方法，色彩相似度方法和改进的Gamma矫正方法。

以其中较为常用的直方图均衡化方法为例，其执行过程如下：

直方图(histogram)是灰度级的函数，它表示图像中具有每种灰度级的像素的个数，反映原图像中各种灰度值分布的情况。灰度直方图的横坐标是灰度级，纵坐标是该灰度级出现的频率，是图像的最基本的统计特征。

通常，暗图像直方图的分量集中在灰度较低的一端，而亮图像直方图分量偏向于灰度较高的一端，从图中可以得到这样的结论：如果一幅图像的灰度直方图几乎覆盖了整个灰度的取值范围，并且除了个别灰度值的个数较为突出，整个灰度值分布近似于均匀分布，那么这幅图像就具有较大的灰度动态范围和较高的对比度，同时图像的细节更为丰富。已经证明，仅仅依靠输入图像的直方图信息，就可以得到一个变换函数，利用该变换函数可以将输入图像达到上述效果，该过程就是直方图均衡化。

灰度统计累计直方图：

H(k)＝∑ni(i<＝k)

累积直方图中第k列的高度是图像中所有灰度值<＝k的像素的个数

灰度直方图的求取算法实现

本方案图像分析采用了直方图均衡的算法特点：

直方图算法具有很多的优点，直方图能反映图像的概貌，通过直方图可以直接计算图像中的最大亮度、最小亮度、平均亮度、对比度以及中间亮度等。使用直方图可以完成图像分割、目标检索等。因为不同的目标具有不同的颜色分布。使用归一化直方图作目标匹配，还不易受到目标翻转和目标大小变化的影响。在图像查询的系统中，直方图有很大的应用，用它存储目标的特征占有空间小，且执行速度快。

另外：最常见的亮度和色度输出的背景光平均参数，计算公式如下：

Y平均环境光亮度平均累计计算：

Y平均环境光亮度＝∑N区域亮度值/n

上述公式中的n为总采样区域样本数量，N区域亮度值为单独区域的图像采样(区域亮度值或单个像素)的的亮度值。

同理，可以推出C平均环境光色度的平均计算公式。

此外，所述基于图像内容的环境光控制装置部署于云端服务器，所述基于图像内容的环境光控制装置的数据输入以及灯光控制参数的下发均通过网络传输。具体的，其控制过程如下：

图像媒体流(静态图像/动态视频)通过网络数据接口输入到“云端计算设备”中；

云端计算设备对输入数据图像的内容进行分区域的详细的采集和分析；

其中图像内容中背景划分(图像背景提取是现有技术)成N区域，将此N各区域中的图像内容提取出来，进行图像亮度和色度的加权平均值运算。根据分区域的图像中的环境背景光，合并计算亮度Y_{平均亮度环境光}和色度C_{平均亮度环境光}两个参数；将此两个参数定义为：Y_{平均亮度环境光}和C_{平均亮度环境光}，作为计算结果；

将Y_{平均亮度环境光}和C_{平均亮度环境光}两个参数通过对应云端设备的数据接口通过网络下行数据到网络灯光控制器数据接口进行输出；

网络灯光控制器，根据Y_{平均亮度环境光}和C_{平均亮度环境光}两个参数对相应的灯具进行灯光控制；

根据云端播放的图像内容，显示设备的周边环境灯光可以实时的进行调整，满足观察者(用户)的灯光不刺眼、灯光颜色不失真的要求。

与现有技术相比，本发明的实施例提供了一种基于图像内容的环境光控制装置及其控制方法，其通过提取显示模块的背景图像信息，并对背景图像信息进行计算，输出对应合适的环境灯光控制信号，从而根据图像进行环境灯光的调节，降低了显示模块自身光亮对环境灯光调节的影响，环境灯光效果更好，视觉效果更好。

上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于图像内容的环境光控制装置，其特征在于，包括具有显示模块的终端设备，所述终端设备上设有DSP处理器、背景信息提取模块、灯光控制接口模块和主控模块，所述DSP处理器输出端连接于所述背景信息提取模块，所述背景信息提取模块的输出端连接于所述灯光控制接口模块，所述DSP处理器、背景信息提取模块和灯光控制接口模块均连接于所述主控模块；其中，所述DSP处理器用于处理外部输入的影音数字信号并显示在所述显示模块上，所述背景信息提取模块用于提取显示模块上的背景信息，所述灯光控制接口模块用于根据所述主控模块的运算结果输出对环境灯光控制的控制信号，所述主控模块根据所述背景信息提取模块的提取信息计算环境灯光控制信息并输出给所述灯光控制接口模块。

2.如权利要求1所述的基于图像内容的环境光控制装置，其特征在于，所述背景信息提取模块为图像背景信息提取单元，所述图像背景信息提取单元用于将图像背景划分多个区域，并分别提取各个区域的图像亮度值和图像色度值。

3.如权利要求1所述的基于图像内容的环境光控制装置，其特征在于，所述背景信息提取模块包括：图像分区单元和分区图像信息汇集计算单元；所述图像分区单元用于将显示模块上的图像进行分区并获取各个分区的图像亮度值和图像色度值，所述分区图像信息汇集计算单元用于将所述图像分区单元获取的信息进行加权平均值运算。

4.如权利要求1所述的基于图像内容的环境光控制装置，其特征在于，所述背景信息提取模块包括：多个图像传感器和传感器数据汇集计算单元，多个所述图像传感器用于获取所述显示模块各个区域的图像信息，所述传感器数据汇集计算单元用于将所述图像传感器获取的图像信息进行加权平均值运算。

5.如权利要求1至4任意一项所述的基于图像内容的环境光控制装置，其特征在于，所述终端设备为显示器。

6.一种控制方法，其基于权利要求1至5任意一项所述的基于图像内容的环境光控制装置，其特征在于，包括以下步骤：

获取显示模块的背景图像信息；

根据获取的背景图像信息，计算环境灯光控制参数；

将环境灯光控制参数下发至灯光控制接口模块。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述获取显示模块的背景图像信息的步骤之前还包括由DSP处理器对输入的影音信号进行数字化处理的步骤。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述获取显示模块的背景图像信息步骤中，获取的背景图像信息包括：图像亮度信息和图像色度信息。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述图像亮度信息和图像色度信息获取算法包括：直方图均衡化方法，色彩空间转换方法，色感一致性方法，色彩相似度方法和改进的Gamma矫正方法。

10.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述基于图像内容的环境光控制装置部署于云端服务器，所述基于图像内容的环境光控制装置的数据输入以及灯光控制参数的下发均通过网络传输。

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