CN116229853A - 投影装置及投影方法 - Google Patents

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Abstract

一种投影装置及投影方法，投影装置包括控制器、光引擎及存储器。存储器用于存储多个伽玛校正曲线以及预设数量。控制器电连接存储器，用于接收影像的显示信息，显示信息包括多个像素信息。控制器用于设定多个灰阶区间，并依据像素信息的灰阶值来判断像素信息的每一者是落入灰阶区间的哪一者；计算落入灰阶区间的每一者的像素信息的多个像素数量；当多个像素数量的其中一者超过预设数量时，从多个伽玛校正曲线中选出选中伽玛校正曲线，并且依据选中伽玛校正曲线调整显示信息，以产生调整后的显示信息。光引擎电连接控制器，用于接收调整后的显示信息，并据以投射调整后的影像，以改善影像的显示效果。

Description

投影装置及投影方法
【技术领域】
本发明是有关于一种显示装置及方法，且特别是有关于一种投影装置以及适用于投影装置的投影方法。
【背景技术】
现有的显示技术中，为了显示高对比度的影像内容，往往都是通过处理影像的电路或芯片将元数据(meta data)存储成特定影像格式的数据，让影像具有高动态对比模式(例如是High Dynamic Range(HDR)、Hybrid Log-Gamma(HLG)等模式)。但另一方面，这也造成了只有当显示装置具有读取元数据的功能时，才支持上述的高动态对比度校正效果。此外，增加使用的硬件芯片或电路，例如现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)，由于价格昂贵，无法使用于一般大众的投影装置中。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所公开的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中普通技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所公开的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中普通技术人员所知晓或认知。
【发明内容】
本发明提供一种投影装置及投影方法，其可改善影像的显示效果。
本发明的投影装置包括控制器、光引擎及存储器。存储器用于存储多个伽玛校正曲线以及预设数量。控制器用以接收影像的显示信息，显示信息包括多个像素信息。控制器用于：设定多个灰阶区间，并依据像素信息的灰阶值来判断像素信息的每一者是落入灰阶区间的哪一者；计算落入灰阶区间的每一者的像素信息的多个像素数量；当多个像素数量的其中一者超过预设数量时，以从多个伽玛校正曲线中选出选中伽玛校正曲线，并且依据选中伽玛校正曲线调整显示信息，以产生调整后的显示信息。光引擎电连接控制器，用于接收调整后的显示信息，并据以投射调整后的影像。
本发明的投影方法包括：通过控制器接收影像的显示信息，显示信息包括多个像素信息；通过控制器设定多个灰阶区间，并依据像素信息的灰阶值来判断像素信息的每一者是落入灰阶区间的哪一者；通过控制器计算落入多个灰阶区间的每一者的像素信息的多个像素数量；当多个像素数量的其中一者超过预设数量时，通过控制器以从多个伽玛校正曲线中选出选中伽玛校正曲线，并且依据选中伽玛校正曲线调整显示信息，产生调整后的显示信息，其中多个伽玛校正曲线以及预设数量存储于存储器；以及通过光引擎接收调整后的显示信息，并据以投射调整后的影像。
基于上述，投影装置及投影方法可依据灰阶区间的统计数量来选出对应的伽玛校正曲线，据以进行伽玛校正并投射出调整后的影像。
【附图说明】
图1为本发明实施例一投影装置的方框示意图。
图2为本发明实施例一投影方法的流程图。
图3为本发明实施例一投影装置接收的显示信息所对应的影像的示意图。
图4为本发明实施例一影像所对应的灰阶分布示意图。
图5A～5C为本发明实施例多个伽玛校正曲线的关系图。
图6为本发明实施例一投影装置接收显示信息后所投射出调整后的影像的示意图。
【符号说明】
1：投影装置
10：控制器
11：光引擎
12：存储器
C1、C2：圆圈
DI：显示信息
DIx：调整后的显示信息
IM：影像
IMx：调整后的影像
L1～L4：线
S21～S24：步骤。
【具体实施方式】
图1为本发明实施例一投影装置1的方框示意图。投影装置1可用来接收来自外部信息来源的影像的显示信息DI，并对显示信息DI进行伽玛校正以调整影像，进而投射出调整后的影像。更具体来说，投影装置1可依据显示信息DI来判断影像中的灰阶分布，并依据所判断的灰阶分布来选出对应的伽玛校正曲线来进行校正，以投射出调整后的影像IMx。外部信息来源例如是便携式电脑(Laptop computer)或者手机(Smart phone)等。
投影装置1包括控制器(Controller)10、光引擎(Light engine)11及存储器12。控制器10可接收影像的显示信息DI，显示信息DI中包含有多个像素信息，分别对应于影像的多个像素(pixel)。而每个像素信息中所包含对应像素的灰阶值可被用来投射影像。存储器12电连接控制器10，存储器12用于存储多个伽玛校正曲线以及预设像素数量。进一步，控制器10可针对像素信息中的灰阶值来计算，以判断显示信息DI所对应的影像整体的灰阶分布，进而依据判断出的灰阶分布来对显示信息进行伽玛校正。最后，控制器10可依据调整后的显示信息DIx来控制光引擎11投射出调整后的影像。
在一些实施例中，控制器10可例如是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可编程通用或专用的微控制单元(Micro Control Unit，MCU)、微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、可编程控制器、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、图形处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)、算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit，ALU)、复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)、任何其他种类的集成电路、状态机、基于进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine，ARM)的处理器、或其他类似元件或上述元件的组合。又或者，控制器10可以是通过硬件描述语言(Hardware Description Language,HDL)或是其他任意本领域普通技术人员所熟知的数字电路的设计方式来进行设计，并通过现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)、复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammable Logic Device,CPLD)或是专用集成电路(Application-specificIntegrated Circuit,ASIC)的方式来实现的硬件电路。
在一些实施例中，控制器10还可例如是通过缩放控制器(scalar)来实现的，例如是德州仪器(TI)的DDP scalar。如此一来，投影装置1即可通过缩放控制器的内建功能来针对每个灰阶区间的像素数量进行统计，在不需额外硬件的情况下，可同时改善显示影像的对比度。
在一些实施例中，光引擎11例如是数字光处理(Digital Light Processing,DLP)的投影机，包含光源、数字微镜器件(Digital Micromirror Device,DMD)与其他光学元件，不同硬件的变化皆属于本发明的范畴中，例如光引擎11使用液晶面板(Liquid crystalpanel)作为光阀的投影机，只要其可用于接收显示信息来投射影像即可。
在一些实施例中，存储器12例如是可移动随机存取存储器(Random accessmemory，RAM)、只读存储器(Read-only memory，ROM)、闪存(Flash memory)或类似元件或上述元件的组合。
图2为本发明实施例一投影方法的流程图。图2所图示的投影方法可通过图1所图示的投影装置1来执行。故接下来请共同参考图1、2来理解下方关于投影方法的说明内容。
在步骤S21中，当显示信息DI传递至控制器10，控制器10可先设定出多个灰阶区间，并依据像素信息的灰阶值来判断像素信息的每一者是落入灰阶区间的哪一者。举例来说，控制器10可将0～255的灰阶范围设定出数个相等范围的灰阶区间，接着，控制器10可判断每个像素信息的灰阶值是落在哪个灰阶区间的范围。
在步骤S22中，控制器10可计算落入灰阶区间的每一者的像素信息的多个像素数量。具体来说，控制器10可针对每个灰阶区间进行统计，计算出落入每个灰阶区间的像素信息的累计数量(即像素数量)，进而在后续的步骤中判断出投影装置1所要投射的影像整体是属于低灰阶、中灰阶、高灰阶分布或是具有其他的灰阶分布特性。
在步骤S23中，当多个像素数量的其中一者超过预设数量时，从多个伽玛校正曲线中选出选中伽玛校正曲线，并且依据选中伽玛校正曲线调整显示信息，以产生调整后的显示信息DIx。详细来说，每个灰阶区间可对应于相同或不同的预设数量作为判断的阈值(Threshold)。控制器10可将每个灰阶区间所累计出的像素数量与其所对应的预设数量进行比较，当控制器10判断像素数量的其中一者超过预设数量时，则控制器10可将超过预设数量的灰阶区间判断为选中灰阶区间，并依据选中灰阶区间从多个伽玛校正曲线中，选出选中灰阶区间所对应的伽玛校正曲线作为选中伽玛校正曲线。
如此一来，控制器10可依据选中伽玛校正曲线来针对显示信息DI进行调整，来产生调整后的显示信息DIx，使落入选中灰阶区间中的像素具有较佳的对比度。
在步骤S24中，光引擎11可接收调整后的显示信息DIx，并据以投射调整后的影像IMx。
因此，上述的投影装置及投影方法可依据各灰阶区间所统计的像素数量来选出对应的伽玛校正曲线进行校正。即使显示信息DI并未支持4K的高对比度数据格式的情况下，仍可进行校正以改善显示影像的对比度及辨识度。另一方面，由于上述伽玛校正仅需要统计各个灰阶区间的像素数量，可通过相对简单的硬件及步骤即可完成，进而在较低硬件需求下达到可实时(real time)进行校正，故有效改善投影装置及投影方法的硬件成本及使用体验。
图3为本发明实施例一投影装置1接收的显示信息DI所对应的影像IM的示意图。以下将以图3做为示例性实施例中来进一步说明投影装置1再进行投影方法的操作细节，故接下来请共同参考图1～3来理解下方段落中的说明内容。
首先，在步骤S21中，控制器10可将0～255的灰阶范围设定出八个灰阶区间，且每个灰阶区间具有相同的灰阶范围。因此，0～255的灰阶范围可例如是被区分成0～31、32～63、64～95、96～127、128～159、160～191、192～223、224～255等的八个灰阶范围。接着，控制器10可依据接收的显示信息DI来判断显示信息DI中，每个像素信息的灰阶值是落入哪个灰阶范围。通过控制器10将0～255的灰阶范围设定出几个灰阶区间可依设计者安排，并不加以限制，在另一实施例中，设计者可以让控制器10将0～255的灰阶范围设定出16个灰阶区间。
在步骤S22中，控制器10可针对每个灰阶区间进行统计，计算出落入每个灰阶区间的像素信息的累计数量(即像素数量)。
图4为本发明实施例一影像IM所对应的灰阶分布示意图。如图4所示，如图3的影像IM中显示低灰阶的像素占有较高的比例。因此图3中所图示的影像整体较暗。因此，部分显示较暗灰阶画面处的细节并没有办法被清楚地呈现。举例来说，在图3的圆圈C1处为暗灰阶，且其灰阶值较为接近，具有较差的对比度，使用者并无法轻易辨识出圆圈C1中的细节。
进一步，经过控制器10对灰阶分布值的统计之后，控制器10可计算出每个灰阶范围所累计的像素数量。在此实施例中，控制器10可统计出0～31的灰阶范围中所累计的像素数量占影像IM整体像素的56％；32-63的灰阶范围中所累计的像素数量占影像IM整体像素的22％；64-95的灰阶范围中所累计的像素数量占影像IM整体像素的10％；96-127的灰阶范围中所累计的像素数量占影像IM整体像素的5％；128-159的灰阶范围中所累计的像素数量占影像IM整体像素的2％；160-191的灰阶范围中所累计的像素数量占影像IM整体像素的2％；192-223的灰阶范围中所累计的像素数量占影像IM整体像素的2％；224-255的灰阶范围中所累计的像素数量占影像IM整体像素的1％。
在步骤S23中，控制器10可将各个灰阶范围中的像素数量与其对应的预设数量(预设像素数量)进行比对。在此实施例中，预设数量可例如是如下表一所示。第一个灰阶范围(即0～31的灰阶范围)的像素数量可对应于50％的预设数量；在第四至第六个灰阶范围(即96～191的灰阶范围)所累加的像素数量可对应于30％的预设数量；在第八个灰阶范围(即224～255的灰阶范围)的像素数量可对应于40％的预设数量。
灰阶 0～31 96～191 224～255
数量比例 50％ 30％ 40％
表一
因此，控制器10可将步骤S22中所统计或计算出的每个灰阶范围所累计的像素数量与对应的预设数量进行比较。在此实施例中，控制器10可判断出第一个灰阶范围(即0～31的灰阶范围)的像素数量为56％，大于其对应的预设数量50％。在第四至第六个灰阶范围(即96～191的灰阶范围)所累加的像素数量为9％，在第八个灰阶范围(即224～255的灰阶范围)的像素数量为1％，因此都分别小于其对应的预设数量30％及40％。如此一来，控制器10可依据第一个灰阶范围的像素数量大于预设数量的比较结果来选择出一个选中伽玛校正曲线。
图5A～5C为本发明实施例多个伽玛校正曲线的关系图。存储器12用于存储多个伽玛校正曲线以及预设数量。控制器10可读取并执行多个伽玛校正曲线以及预设数量(预设像素数量)。图5A图示了当第一个灰阶范围的像素数量大于预设数量所对应的第一伽玛校正曲线；图5B图示了当第四至第六个灰阶范围的像素数量大于预设数量所对应的第二伽玛校正曲线；图5C图示了当第八个灰阶范围的像素数量大于预设数量所对应的第三伽玛校正曲线。
在图5A～5C中，其横轴为输入灰阶值且纵轴为输出灰阶值。如此一来，当伽玛校正曲线的斜率为一时，则代表输出灰阶范围与输入灰阶范围相等，灰阶范围的对比度会被维持。当伽玛校正曲线的斜率为大于一时，则代表输出灰阶范围大于输入灰阶范围，该灰阶范围的对比度会被增加。当伽玛校正曲线的斜率为小于一时，则代表输出灰阶范围小于输入灰阶范围，该灰阶范围的对比度会被降低。
在一些实施例中，第一、第二及第三伽玛校正曲线可进一步包含其他的线性或非线性运算及转换关系，来改善显示影像的辨识度。第一、第二及第三伽玛校正曲线可被使用以分别针对于低灰阶范围、中灰阶范围及高灰阶范围的影像IM进行伽玛校正。因此，当影像IM中会显示较大面积的低灰阶区域时，则可通过第一伽玛校正曲线，以加大低灰阶范围的输出灰阶范围。相似地，通过第二及第三伽玛校正曲线则可分别增加中灰阶及高灰阶范围的输出灰阶范围。
在图5A中，线L1标示了输入灰阶为32的位置，也就是在线L1的左侧为第一个灰阶范围。故在第一伽玛校正曲线中，在第一个灰阶范围所对应的输出灰阶范围大约为0～40，其平均斜率为大于一。在于第二及第三伽玛校正曲线中，在第一个灰阶范围所对应的输出灰阶范围大约为0～20，其平均斜率为小于一。第一伽玛校正区现在第一个灰阶区间中具有较大的输出灰阶范围。如此一来，经过第一伽玛校正曲线调整后，整体像素的灰阶平均值会被调高，该像素区间也就被调亮。此外，在该像素区间中，灰阶值之间的差值可被加大，使对比度增加，进而改善该灰阶范围中的细节辨识度。另一方面，在第一灰阶范围中，第一伽玛校正曲线的斜率为正，且其斜率逐渐递减的。也就是说，第一伽玛校正曲线在第一灰阶范围中，为凹口向下的递增函数。
另外，在图5B中，线L2、L3分别标示了输入灰阶为96、192的位置，也就是在线L2～L3中的范围即为第四至第六个灰阶范围。相较于图5A、5C，图5B所图示的第二伽玛校正曲线在第四至第六个灰阶范围具有较大的输出灰阶范围，使落入该灰阶范围的像素对比度会被增加。
在图5C中，线L4标示了输入灰阶为224的位置，也就是在线L4的右侧即为第八个灰阶范围。相较于图5A、5B，图5C所图示的第三伽玛校正曲线在第八个灰阶范围具有较大的输出灰阶范围。如此一来，经过第三伽玛校正曲线调整后，整体像素的灰阶平均值会被调降，该像素区间也就被调暗。另一方面，在第八个灰阶范围中，第三伽玛校正曲线的斜率为正，且其斜率为逐渐递增的。也就是说，第三伽玛校正曲线在第八个灰阶范围中，为凹口向上的递增函数。
故依据上述，控制器10可依据比较结果来选择第一伽玛校正曲线为选中伽玛校正曲线，来针对影像IM的显示信息DI进行伽玛校正，以产生调整后的显示信息DIx。
最后，在步骤S24中，光引擎11则可接收到调整后的显示信息DIx，并据此投射出调整后的影像IMx。
图6为本发明实施例一投影装置1接收显示信息DI后所投射出调整后的影像IMx的示意图，故接下来请共同参考图3、6来理解下方关于调整后的影像IMx的说明。
在图6中，经过第一伽玛校正曲线的调整后，圆圈C2处整体灰阶值被调亮，且整体对比度亦被加大。因此，相较于图3中的圆圈C1，图6中的圆圈C2处中的细节可轻易被观察到，因而改善投影装置1整体的显示效果。
综上所述，本发明的投影装置及投影方法可依据各灰阶区间所统计的像素数量来选出对应的伽玛校正曲线进行校正。由于上述伽玛校正仅需要统计各个灰阶区间的像素数量，可通过相对简单的硬件及步骤即可完成，进而在较低硬件需求下达到可实时进行校正，故有效改善投影装置及投影方法的硬件成本及使用体验。
以上所述内容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，即大凡依本发明的权利要求书及说明书的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不须实现本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用于命名元件(element)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 (10)

1.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括存储器、控制器以及光引擎，其中，
所述存储器用于存储多个伽玛校正曲线以及预设数量；
所述控制器电连接所述存储器，用于接收影像的显示信息，所述显示信息包括多个像素信息，所述控制器用于：
设定多个灰阶区间，并依据所述像素信息的灰阶值来判断所述像素信息的每一者是落入所述多个灰阶区间的哪一者；
计算落入所述多个灰阶区间的每一者的所述像素信息的多个像素数量；以及
当所述多个像素数量的其中一者超过所述预设数量时，从所述多个伽玛校正曲线中选出选中伽玛校正曲线，并且依据所述选中伽玛校正曲线调整所述显示信息，产生调整后的显示信息；以及
所述光引擎电连接所述控制器，用于接收所述调整后的显示信息，并据以投射调整后的影像。
2.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述控制器用于将超过所述预设数量的所述多个像素数量的其中一者所对应的所述灰阶区间判断为选中灰阶区间，并依据所述选中伽玛校正曲线，对所述选中灰阶区间的所述多个像素信息进行校正。
3.根据权利要求2所述的投影装置，其特征在于，所述控制器用于依据所述伽玛校正曲线校正所述选中灰阶区间的所述多个像素信息，以增加所述选中灰阶区间的所述多个像素信息的灰阶范围。
4.根据权利要求2所述的投影装置，其特征在于，当所述多个灰阶区间中，小于第一灰阶值的第一灰阶区间被判断为所述选中区间时，在小于所述第一灰阶值的范围中，所述选中伽玛校正曲线为斜率递减的递增曲线。
5.根据权利要求2所述的投影装置，其特征在于，当所述多个灰阶区间中，大于第二灰阶值的第二灰阶区间被判断为所述选中区间时，在大于所述第二灰阶值的范围中，所述选中伽玛校正曲线为斜率递增的递增曲线。
6.一种投影方法，其特征在于，所述投影方法包括：
通过控制器接收影像的显示信息，所述显示信息包括多个像素信息；
通过所述控制器设定多个灰阶区间，并依据所述像素信息的灰阶值来判断所述像素信息的每一者是落入所述多个灰阶区间的哪一者；
通过所述控制器计算落入所述多个灰阶区间的每一者的所述像素信息的多个像素数量；
当所述多个像素数量的其中一者超过预设数量时，通过所述控制器以从多个伽玛校正曲线中选出选中伽玛校正曲线，并且依据所述选中伽玛校正曲线调整所述显示信息，产生调整后的显示信息，其中所述多个伽玛校正曲线以及所述预设数量存储于存储器；以及
通过光引擎接收所述调整后的显示信息，并据以投射调整后的影像。
7.根据权利要求6所述的投影方法，其特征在于，所述投影方法还包括：
通过所述控制器将超过所述预设数量的所述多个像素数量的其中一者所对应的所述灰阶区间判断为选中灰阶区间，并依据所述选中伽玛校正曲线，对所述选中灰阶区间的所述多个像素信息进行校正。
8.根据权利要求7所述的投影方法，其特征在于，所述投影方法还包括：
通过所述控制器依据所述伽玛校正曲线校正所述选中灰阶区间的所述多个像素信息，以增加所述选中灰阶区间的所述多个像素信息的灰阶范围。
9.根据权利要求7所述的投影方法，其特征在于，当所述多个灰阶区间中，小于第一灰阶值的第一灰阶区间被判断为所述选中区间时，在小于所述第一灰阶值的范围中，所述选中伽玛校正曲线为斜率递减的递增曲线。
10.根据权利要求7所述的投影方法，其特征在于，当所述多个灰阶区间中，大于第二灰阶值的第二灰阶区间被判断为所述选中区间时，在大于所述第二灰阶值的范围中，所述选中伽玛校正曲线为斜率递增的递增曲线。
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