CN1420410A - 动态调节环境光线影响的计算机系统显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明是提供一种用于计算机系统，该系统包括：荧光屏，用来显示一彩色图形画面，其中该彩色图形画面是由至少两不同颜色的光源所发射的光线所组成；至少一传感器，用来传感荧光屏周围的光线并产生一对应的传感信号；色阶调整器，用来根据传感信号对应于各光源的颜色的亮度来分别调整各光源所发射的光线的强度，以降低该荧光屏周围的光线对荧光屏上的彩色图形画面所产生的影响；以及控制器，用来控制荧光屏的操作。

Description

动态调节环境光线影响的 计算机系统显示装置

                        技术领域

本发明是提供一种计算机系统，特别是一种能传感显示装置周围光线的颜色以降低周围光线影响显示装置显示的色彩。

                        技术背景

在信息发达的现代信息社会中，计算机系统处理数字信号的能力，已经使计算机系统成为整理、储存、交换大量的数据与信息最重要的工具之一；经由计算机系统配合现代四通八达的网络建设，社会大众都能快速地存取、分享、累积丰富多样的信息与数据，增长知识与经验。

而在多元化的现代社会中，信息也不再局限于数据与文字，多彩多姿的图形、图像、动画或纪录片也用来表达、记录重要的视觉信息。而这些视觉数据中的色彩，也代表了重要的信息。因为色彩是人类感官视觉的重要元素之一；在日常生活中，色彩能显示物品材质构造等特性，也能传达重要的信息；交通号志(如红绿灯、各种警告、指示标志)就是以不同的色彩来表示不同的意义。不仅艺术家以色彩表达人文的意境，色彩也广泛运用于科学技术界，用来显示大量的数据。例如气象数据(如在不同地理区域以不同的色彩来代表该处的雨量、气温或是某次地震在当地的震级)或是地理数据(如在不同地区以不同的色彩来代表该处的地形高度或是地理信息)。既然图形中的色彩能传达丰富的意像与数据数据，在大量数据都通过网络及计算机系统以电子形式传播的现代化信息社会，让使用者能正确地通过计算机等信息产品享受到无误差的色彩信息，自然也是信息业界致力研发的重要目标。尤其是在发达的网络建设下，许多与远端资源分享的信息交流模式也蓬勃发展，例如网络商务，能让消费者经由网络先浏览远端商家提供的商品图像数据，再付款购买。而通过网络的远端医疗(即医疗人员与患者分处网络的两端，通过网络来进行医学诊治)等双方通过计算机系统沟通的远端服务模式也正在迅速发展中。在这些情况下，计算机系统是否能正确显示出图像数据的色彩，就更加重要了。

计算机系统等信息产品都是经由显示装置来显示图形画面。如台式计算机是以阴极射线管(CRT)显示器来显示图形画面；方便携带的可携式计算机(如个人数字助理、笔记本计算机)则多是以液晶显示器来显示图形画面。这些显示装置在生产制造的过程中都会进行色彩校正。这种公知的色彩校正是在全黑无光的的背景下校正显示装置输出的色彩，使各显示装置显示出来的色彩符合一定的标准。

虽然显示装置会经过生产厂商无光背景的公知色彩校正，但在使用者实际使用时，必定是在一般生活中、有一定背景光源的使用环境下。此时计算机显示装置所显现出来的色彩，就会受使用环境背景色彩的影响。举例来说，在色调偏蓝的背景中(如以蓝色为主色装潢的房间或办公室)，显示装置呈现的色彩也会偏蓝。因为背景色彩而影响一个物体在该背景下所呈现的色彩，这样的问题即是光学专业上所谓的演色(color rendering)问题。很显然地，这种因显示装置背景光源的色彩而导致显示装置显示色彩的偏差，是无法由公知的色彩校正来弥补的，因为生产厂商根本无法预料使用者会在何种背景下使用显示装置。尤有甚者，近来计算机已演进到可携式，这些可携式计算机能方便使用者随身携带、随处使用，其使用的背景环境及其色彩当然也会随使用者的行动而有所改变；再加上可携式计算机的显示装置通常较小，使用者通过显示装置观察图形画面的色彩时，就更容易受外界环境背景光源的影响而使色彩有所偏差。而这类显示装置的色彩偏差，绝非公知的色彩校正方式所能补偿。

                        发明内容

因此，本发明的主要目的在于提供一种附有传感器的显示装置，能根据显示装置周围光线的色彩，动态地调整显示装置输出的色彩，避免显示装置输出的图像画质受到周围光线的影响。

                        附图说明

图1A表示本发明一个实施例的示意图；

图1B表示图1中传感器的放大示意图；

图2表示本发明实施的功能方框图；

图3A至图3C表示本发明调整色彩输出的示意图；

图4、图5分别表示本发明第二、第三实施例的示意图。

附图中的符号说明

10、40计算机系统              11A主机

11B键盘                       11C鼠标

15外壳                        12、46、60显示装置

14、42、64荧光屏              16、16B、66、66B、68箭头

20、50、70传感器              22传感面

21传感信号                    25图形数据

27R、27G、27B显示信号         29R、29G、29B校正信号

30控制器                      36色彩分析模块

LG1、LG2强度                  vG1指示值

G1、G2、B1、B2函数关系

                      具体实施方式

参照图1A。图1A是本发明中显示装置12在计算机系统10中的示意图。计算机系统10设有控制计算机操作的主机11A、让使用者输入指令、操控计算机的键盘11B与鼠标11C。为了以视觉方式显示计算机系统10的数据与数据，计算机系统10搭配有显示装置12。显示装置12以一个外壳15包覆于外，外壳15上设有荧光屏14，用来向荧光屏前方(即箭头16指向的方向)的使用者(未示出)显示彩色图形画面。当然，本发明也可应用于信息家电(IA，Information Apparatus)等硬件结构略微简化的计算机系统。为了要传感显示装置12周围的光线，外壳15上还设有传感器20。在本实施例中，荧光屏14的周围设置了四个传感器20。

继续参照图1B。图1B为图1A中传感器20进一步的放大示意图。本实施例中的四个传感器构造相同，以下就以荧光屏上方的传感器20为例(即图1A中以虚线图1B标出的那个传感器)来说明。为求图示的清晰，图1B中显示装置12部分的外壳15已被移除。传感器20有一个传感面22，入射传感面22的光线就会被传感器20接收。在该实施例中，传感器20的传感面朝向荧光屏14的前方，如箭头16所示的方向。注意图1A与图1B中箭头16相同，都是朝向荧光屏的前方；而以箭头16B的方向入射传感面22的光线，就会被传感器20接收检测。传感器20本身则可以是电荷耦合器件(Charge Coupled Device)或是互补金氧半导体传感器(complementarymetal-oxide-semiconductor sensor，CMOS sensor)形成的图像传感器，用来检测、接收彩色图像，并输出对应的传感信号。

至于本发明中显示装置12操作的原理，请继续参照图2。图2为显示装置12在计算机系统10中操作的功能方框图。如前所述，显示装置12中设有传感器20(图2中表示出两个作为代表)，各传感器20检测接收入射反射面的光线，并产生对应的传感信号21。显示装置12中还设有能分别发出不同色彩光线的多个光源(图2中表示出三个作为代表)34R、34G、34B。在以下的讨论中，是以光源34R、34G、34B分别为发出红色、绿色及蓝色的光源为例，来说明本发明实施的情形。当然，本发明的精神可广泛运用于具有不同色光光源的系统。在显示装置12中，各色光光源分别发出的各色光以不同的亮度(即强度)组合交织，就能在荧光屏14上形成彩色图形画面。举例来说，低强度的蓝光加上高强度的绿光、红光，就能在荧光屏14上显示出黄色的色彩；低强度的绿光与高强度的红光、蓝光则能组合出紫色。对阴极射线管的显示器来说，各光源是能在荧光屏上激发出不同颜色的电子枪；对液晶显示器来说，各光源能控制液晶显示器不同颜色的显示像素(pixel)，以组合出液晶显示器显示出的不同颜色。

另一方面，在该实施例中，计算机系统10中设有控制器30与色阶调整器32；控制器30内还设有色彩分析模块36。当计算机系统10要由显示装置12的荧光屏14显示出彩色图形画面时，计算机系统10将要显示的图形数据25先传送到控制器30；控制器30分析图形数据25中各色光的强度，并分别针对各光源34R、34G、34B输出对应的显示信号27R、27G、27B。各光源34R、34G、34B在分别接收到对应的显示信号后，就会分别以不同的强度发出对应各光源的色光，并在荧光屏14上显示出彩色的图形画面。

如上所述，荧光屏14上所显示出来的色彩会收到荧光屏周围光线的干扰而失真。而本发明为了校正周围光线引起的失真，以传感器20传感周围光线；并产生对应的传感信号21。各传感器20的传感信号21回传到控制器30后，经过色彩分析模块36的综合分析，以辨明周围光线对应于各光源色光的亮度(即强度)。换句话说，色彩分析模块36会分析出周围光线中各色光的组成成分。举例来说，如果荧光屏14周围的光线偏黄，色彩分析模块36会判断周围光线是由高强度的蓝光与绿光形成。色彩分析模块36会将分析的结果传送到色阶调整器36。根据周围光线对应于各光源色光的组成成分，色阶调整器32就能对各色光的光源34R、34G、34B分别发出对应的校正信号29R、29G、29B。各光源34R、34G、34B接收到对应的校正信号后，就能调整其光线输出的强度，进而校正各光源在荧光屏14上显示出来的色彩。沿用上例，如果周围光线偏黄，表示周围光线中已经有较强的绿光与红光，此时色阶调整器32就会以校正信号控制发出绿光的光源34G与红光光源34R，降低两者输出光线的强度，进而改变荧光屏14上显示出来的色彩，让使用者能由荧光屏14上看到有正确色彩的彩色图形画面。

在实际实施时，本发明可以使用多种不同的结构来实现该的色彩补偿。一般来说，使用在计算机系统的显示装置是由计算机系统中的显示卡(graphic card或是video card)控制的，图2中的控制器30就可以是计算机系统中的显示卡；而色彩分析模块36可以是装设在显示卡上的运算集成电路，用来处理传感器20的传感信号21；而色阶调整器32也是由显示卡本身的电路功能来加以实现。另一种实施的方法是将控制器30及色彩分析模块36以显示卡的电路实现；色阶调整器32则由计算机系统10中以软件的程序来实现其功能。换句话说，在这种结构下，显示卡中的色彩分析模块36将其分析周围光线的结果传回计算机系统10中的操作系统(operation system)，由操作系统执行软件的程序来完成色阶调整器32的功能(也就是决定用来控制各光源的校正信号)；最后色阶调整器32将运算出来的校正信号通过操作系统传送出去。在另一种可能的实施方式中，控制器30是显示卡，色彩分析模块36则是另一个硬件电路(譬如说是以插卡方式插入计算机系统中的硬件控制卡，或是由总线电连到计算机系统的硬件电路)。在计算机系统中的操作系统，则可执行硬件色彩分析模块的对应驱动程序，取得色彩分析模块的分析结果。根据分析结果，操作系统另外可执行软件程序的色阶调整器，以求出适当的校正信号；再通过显示卡的驱动程序来改变显示装置实际输出的色彩，达到本发明校正色彩的目的。请注意本发明的该各种实施例，都能在计算机系统运作期间持续地以传感器监控周围光线的变化，以随时动态地进行色彩校正。

至于本发明以校正信号控制显示装置光源输出色彩的原理，请继续参照图3A至图3C。图3A至图3C分别是显示信号对光源输出的函数关系受校正信号控制的示意图；该三个附图的横轴均为显示信号的指示值；纵轴为对应该显示信号的光源实际输出的色光强度。如上面在图2所提到过的，显示装置12(表示在图2)中的各色光源都会分别接受一个显示信号的控制，来决定实际输出的色光强度。举例来说，显示信号的值(即指示值)为0时，对应的色光光源输出最低强度的色光；显示信号的值示值为大于0的某一个值时，色光光源则对应地输出较高强度的色光。另外各色光源也分别接收对应的校正信号，以根据校正信号修正输出的色光强度。在这里所讨论的实施例，就是根据校正信号来修正显示信号的指示值与色光光源输出强度间的函数关系。沿用上面讨论过的例子，如果荧光屏周围光线偏黄，代表周围光线已经有较强的绿光与红光；在这种情况下应该适当地减少显示装置绿光与红光的输出，蓝光的强度则可保持不变。此时蓝光光源显示信号对光源强度的函数关系可以维持如图3A中所示。换句话说，如果图形数据25(表示在图2)要显示出纯蓝色，对应蓝光的显示信号其指示值会很高；蓝光光源根据显示信号的高指示值，会根据图3A中的线性关系，将显示信号的高指示值对应于蓝光光源的高输出强度，以在荧光屏上显示出纯蓝色。在另一方面，因为周围光线已经偏黄，显示装置的绿光光源与红光光源的输出就要相对地减少；在对应的校正信号的控制下，这两个光源其显示信号与光源强度的函数关系，可以分别如图3B与图3C所示。

首先进一步参照图3B。注意在图3B中，显示信号与色光光源输出强度间的函数关系，已经在对应校正信号的调整下改变为函数关系G2。而图3B中以虚线所示的函数关系G1，则是校正信号未调整前的函数关系。由函数关系G1、G2可看出，对同样的显示信号指示值vG1，在校正信号作用后，函数关系G2会将其对应至光源强度较低的强度LG2，而非原来函数关系G1所对应的较高强度LG1。也就是说，因为周围光线中已经有较强的绿光成分，所以校正信号将显示信号与光源强度间的函数关系由原来的函数关系G1修正为函数关系G2。函数关系G2会将显示信号的指示值对应于较弱的输出强度，以校正使用者在荧光屏上实际看到的色彩。根据相同的原理，在图3C中，红光光源其显示信号与光源强度间的函数关系也根据对应的校正信号，由原来的函数关系B1(示以虚线)改为函数关系B2。而函数关系B2也会降低红光光源的实际输出强度(尤其是对应显示信号最大的指示值的实际输出强度已经减少)。注意在该实施例中，函数关系B2呈弧线形，表示该函数关系不仅降低了输出色光的强度，也同时能进行色光的迦玛校正(gammacorrection)。至于校正信号改变函数关系的模式，可以由色阶调整器来计算求得；色阶调整器也可连接到计算机系统中的数据库，根据色彩分析模块的分析结果在数据库中找出预先设计好的校正信号，以对应地改变函数关系，让使用者能看到符合预设标准的参照色彩。当然，此时使用者看到的色彩事实上是荧光屏上显示的色彩加上周围光线色彩的合成结果。

本发明的精神可普遍应用于各种计算机系统。参照图4。图4是本发明应用于一种可携式计算机系统40(即笔记本计算机)的示意图。在该实施例中，计算机系统40与显示装置46一个体成形，显示装置46上的液晶荧光屏42则用来显示彩色图形画面。为了传感周围光线，显示装置46与计算机系统40上均可设有数个传感器50。至于在该实施例中，根据传感器传感结果调整荧光屏显示色彩的原理与作法以与上一样，在此不再赘述。继续参照图5；如图5所示，本发明的另一个实施例是在显示装置60的后方设置传感面朝后的传感器70(计算机系统的配置如图1所示，为求图示的清晰，此图中未予绘出)。显示装置60的荧光屏64是沿箭头66的方向将图形画面显示给荧光屏64前方的使用者(未显示)；显示装置60的后方则设有传感器70。传感器70的传感面沿箭头66B的方向朝向荧光屏60的后方，用来接收沿箭头方向68入射传感器70的传感面的光线。这样一来，传感器就能接收显示装置60后方的光线，并对应地调整荧光屏64上显示的色彩。因为显示装置60后方的光线也会直接或间接地辗转入射到使用者的眼睛，影响使用者在荧光屏64上看到的色彩；而配置在显示装置后方的传感器70就可以检测到这样的周围光线，进一步以本发明该原理来调整荧光屏64上显示的色彩。另外，该实施例也可根据传感器70传感的光线亮度，改变荧光屏64的亮度。举例来说，如果传感器70检测到的后方背景光线的亮度大于一个预设值时，荧光屏64的图形画面的亮度也可适当的增强，减少荧光屏与背景亮度间的差异，让使用者能更舒适地由荧光屏上读取视觉数据。该调整的过程与图2、图3讨论的调整原理近似，于此不再赘述。

总而言之，本发明是以传感器传感显示装置的周围光线，并对应地调整显示装置通过荧光屏所显示出来的色彩，以修正周围光线导致的色彩误差，让使用者能看到正确的色彩。相较于公知技术仅在全黑背景下进行色彩校正而无法顾及使用者的实际使用环境，本发明更能因地制宜地随显示装置周围光线动态地调整荧光屏显示的色彩，让使用者能由计算机系统中得到正确的色彩视觉信息，避免因使用环境造成的色彩误导。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡根据本发明权利要求范围所做的等同变化与修改，均应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (14)

1.一种计算机系统，该系统包括：

一个荧光屏，用来向该荧光屏前方的使用者显示一个彩色图形画面，其中该彩色图形画面是由至少两不同颜色的光源所发射的光线所组成；

至少一个传感器，用来传感该荧光屏周围的光线并产生一个对应的传感信号；

一个色阶调整器，连接在该色阶调整器与该等光源，用来根据该传感信号对应于该等光源的颜色的亮度来分别调整该等光源所发射的光线的明亮度，以降低该荧光屏周围的光线对该荧光屏上的彩色图形画面所产生的影响；以及

一个控制器，连接于该荧光屏，用来控制该荧光屏的操作。

2.如权利要求1所述的计算机系统，其中该传感器是朝向该荧光屏的前方，以传感射向该荧光屏的彩色光线。

3.如权利要求1所述的计算机系统，其中该色阶调整器根据该传感信号分别调整两光源所发射光线的明亮度时，是使该彩色图形画面的色彩符合一个预定的参照色彩。

4.如权利要求1所述的计算机系统，其中该控制器是为该计算机系统的显示卡。

5.如权利要求1所述的计算机系统其是可携式计算机，该荧光屏则是装设在该可携式计算机的液晶显示装置。

6.一种计算机系统，该系统包括：

一个荧光屏，用来向该荧光屏前方的使用者显示一个图形画面；

至少一个传感器，用来传感入射该传感器的传感面的光线并产生对应的传感信号；以及

一个控制器，连接到该传感器，用来根据该传感信号对应地调整该荧光屏显示的图形画面；

其中该传感器的传感面是朝向该荧光屏的后方，以传感由该荧光屏后方入射至该传感面的光线。

7.如权利要求6所述的计算机系统，其中该传感器可传感入射该传感面的光线的亮度。

8.如权利要求6所述的计算机系统，其中该传感器可传感入射该传感面的光线的色彩。

9.如权利要求6所述的计算机系统，其中该控制器是根据该传感信号调整该荧光屏图形画面的亮度。

10.如权利要求9所述的计算机系统，其中当该传感器传感到的光线亮度大于一个预设值时，该控制器对应地增加该荧光屏图形画面的亮度。

11.如权利要求6所述的计算机系统，其中该控制器是根据该传感信号调整该荧光屏图形画面的色彩。

12.如权利要求11所述的计算机系统，其中该控制器根据该传感信号改变该图形画面的色彩时，是使该图形画面的色彩符合一个预定的参照色彩。

13.如权利要求6所述的计算机系统，其中该控制器是为该计算机系统的显示卡。

14.如权利要求6所述的计算机系统其为一个可携式计算机；该荧光屏则为装设在该可携式计算机的液晶显示装置。

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