TWI410737B - 投影畫面的光反射補償方法及投影裝置 - Google Patents

Description

投影畫面的光反射補償方法及投影裝置

本發明是有關於一種光補償方法及裝置，且特別是有關於一種投影畫面之光反射補償方法及投影裝置。

隨著投影顯示技術的發展，投影系統及設備在最近幾年之內有著非常顯著的發展。投影機的原理與投影片或幻燈片類似，都是使用一個高亮度的燈泡做為光源，而將畫面投射至白色布幕或牆壁上。就技術原理而言，目前市面上的投影機可分為陰極映像管(CRT)投影機、高溫多晶矽(Polysilicon)穿透式液晶顯示器(一般稱之為液晶投影機)，以及數位光源處理器(Digital Light Processing,DLP)投影機等三大類。

其中，液晶投影機可以做得相當輕薄短小，再加上所有的影像皆由同一個鏡頭投射出來，無需聚合影像，因此較諸傳統投影機具有便於攜帶、易調整的特性，也成為目前市場上的主流。此外，利用投影機來做簡報、訓練課程時更可以將投影機連接上電腦，而將電腦上的影像直接投射到螢幕上，省去了製作投影片的不便，也讓辦公室無紙化更向前推進一步。

然而，以現行投影機的使用來說，理想的狀況是將投影畫面投射在白色的全反射布幕，並將周圍的光源關閉或遮蔽。但實際的狀況是，投影畫面會受到周圍各種光害(例如日光燈)的影響而導致對比度下降以及整體色溫的偏移，若投射的背景不是白色布幕或是牆壁時，則背景的光吸收反射率也會造成畫面的對比度下降及色調偏移。因此，有必要發展一種能夠根據環境變化，適時調整投影畫面品質的投影裝置，而讓使用者能夠獲得最佳的觀賞品質，

有鑑於此，本發明提供一種投影畫面的光反射補償方法，藉由投影預設畫面，並將其反射光的光譜與預設畫面的光譜比較以進行適應性的調整，而可實現投影畫面的光反射補償。

本發明提供一種投影裝置，藉由在使用者觀看投影畫面處設置光感測器以偵測由投影畫面反射的光，以適應性地調整投影畫面的亮度、對比度及飽和度，而能夠讓使用者觀看到更貼近原始品質的投影畫面。

本發明提出一種投影畫面的光反射補償方法，適用於投影裝置，此方法係先投射一預設畫面，而偵測由此預設畫面所反射之反射光的光譜，然後將此反射光光譜與預設畫面的原始光譜比較，據以調整所投射預設畫面的光特徵值，而補償反射光光譜與原始光譜間的差異。

另一方面，本發明提供一種投影裝置，其包括投影單元、光感測器及處理單元。其中，投影單元係用以投射預設畫面。光感測器係用以偵測由投影單元所投射預設畫面反射之反射光的光譜。處理單元係用以將反射光光譜與預設畫面之原始光譜比較，據以調整所投射預設畫面的光特徵值，而補償反射光光譜與原始光譜間的差異。

基於上述，本發明之投影畫面的光反射補償方法及投影裝置係藉由投影多種預設畫面，並利用光感測器偵測由預設畫面反射的光，而分析所偵測之反射光光譜與預設畫面之光譜間的差異，以適應性調整所投影預設畫面的光特徵值，因此能夠在不同的環境中提供使用者相同的畫面品質。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

為了讓使用者獲得較佳的觀賞品質，本發明將光感測器放置在投影裝置或使用者周圍，以偵測使用者眼睛所接觸到投影畫面反射光的光譜，據以分析目前的光害程度、投射背景對光的吸收反射率等，並將分析結果告知投影裝置，以便進行相對應的輸出修正，使得最終由光感測器接收到的反射光光譜能夠儘量接近原始畫面的品質。為了使本發明之內容更為明瞭，以下特舉實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。

圖1是依據本發明一實施例所繪示之投影畫面之投影裝置的方塊圖。請參照圖1，本實施例之投影裝置100包括投影單元110、光感測器120及處理單元130，其例如是陰極映像管(CRT)投影機、高溫多晶矽(Polysilicon)穿透式液晶顯示器(一般稱之為液晶投影機)或數位光源處理器(Digital Light Processing,DLP)投影機等裝置，而可對於其投影之畫面進行光反射補償。

圖2是依據本發明一實施例所繪示之投影畫面之光反射補償方法的流程圖。請同時參照圖1及圖2，本實施例之補償方法適用於圖1之投影裝置100，而用以補償因光害或投射背景改變所造成之對比度下降或色溫偏移，其詳細步驟如下：首先，由投影單元110投射預設畫面(步驟S210)。其中，投影單元110可藉由投射一張或一張以上的純白畫面、純紅畫面、純綠畫面或純藍畫面，以執行下列投影畫面之光反射補償的步驟。

接著，由光感測器120偵測由投影單元110所投射預設畫面反射之反射光的光譜(步驟S220)。其中，光感測器120例如是用以偵測投影裝置100周圍由投影單元110所投射之預設畫面反射的光以獲得其光譜。此外，光感測器120也可以配置在使用者身旁的遙控器上或放置在使用者周圍一特定位置的物件上，而用以偵測使用者周圍由投影單元110所投射預設畫面反射之反射光的光譜。其中，上述之特定位置與使用者所在位置間的距離係小於一預設距離(例如1公尺)，而能夠使光感測器120所偵測到之反射光光譜更貼近使用者眼睛的真實感受。換言之，投影單元110及光感測器120可分別設置於距離一使用者之不同位置處，而在距離使用者不同位置下執行投影及光感測功能，且光感測器120可設置於距離使用者較接近之位置處。

值得一提的是，在光感測器120偵測到反射光光譜之後，本實施例還可藉由遙控器或其他與光感測器120連接的傳輸裝置(未繪示)將所偵測之反射光光譜透過有線或無線的傳輸方式回傳至投影裝置100，藉以進行後續的分析處理。上述的無線傳輸方式例如包括無線電、藍芽或紅外線等方式，本實施例不限制其範圍。

在取得反射光光譜之後，處理單元130會將光感測器120所偵測之反射光光譜與預設畫面的原始光譜比較，據以調整所投射之預設畫面的光特徵值，而補償反射光光譜與原始光譜間的差異(步驟S230)。其中，所述預設畫面之原始光譜例如是投影單元110在一全暗環境下投射預設畫面時，由光感測器120所偵測到由預設畫面反射之反射光的光譜。

詳細地說，上述的處理單元130例如包括光特徵值計算模組132、比較模組134及調整模組136，而上述步驟S130則可再細分為下列多個子步驟：投影裝置100例如是先藉由光特徵值計算模組132計算反射光光譜與預設畫面之原始光譜間某個光特徵值(例如光強度、色度、對比度或飽和度)的差值(步驟S232)，接著再由比較模組134將此差值與一個門檻值比較，以判斷此差值是否超過門檻值(步驟S234)，而當此差值超過門檻值時，即可藉由調整模組136調整所投射預設畫面之光特徵值，以補償反射光光譜與預設畫面之原始光譜之間該光特徵值的差值(步驟S236)；反之，當此差值沒有超過門檻值時，調整模組136將不會調整投影單元110所投射預設畫面之光特徵值(步驟S238)。

值得一提的是，投影裝置100可將光感測器120所量測到之反射光光譜與該預設畫面在良好環境下(無光害且投射在全反射布幕)投射時由光感測器120所量測到之反射光光譜做比對，以分析出各個顏色的光強度衰減情況、色度的偏移情況以及對比的損害情況等。之後即可根據此分析結果執行事先定義的調整策略，而使畫面品質的損失降到最小。針對上述光強度、色度、對比度及飽和度的衰減情況，本發明分別在投影裝置100中配置相對應的調整工具以執行相對應的調整策略，藉以實現投影畫面的光反射補償。所述調整工具包括亮度調整工具、色度調整工具、對比度調整工具及飽和度調整工具，以下則分別舉實施例詳細說明。

針對亮度的調整，本發明係藉由亮度調整工具調整投影單元110之光源功率，而改變投影單元110所投射之預設畫面的亮度，以補償上述反射光光譜與原始光譜之間的亮度差異。其中，所述的光源例如是燈炮或是其他燈源，而上述對於光源功率的調整包括同時調整多個顏色光源的光強度，使得最終由光感測器120測得之反射光光譜能夠接近原始光譜。

針對色度的調整，本發明係藉由色度調整工具調整投影裝置所投射多個顏色分量的增益，以平衡所投射畫面的色度，所述的顏色分量包括紅色、藍色及綠色分量等，而不限制其範圍。

舉例來說，圖3(a)及圖3(b)是依據本發明一實施例所繪示之投影畫面之光反射補償方法的範例。本實施例使用一個非全反射、淡藍色的牆壁作為投影反射面。其中，圖3(a)繪示投影單元110所投射預設畫面的原始光譜，而圖3(b)則繪示投影單元110將預設畫面投影在上述的投影反射面時，光感測器120所量測到之反射光光譜。若將圖3(b)的光譜與圖3(a)的原始光譜比對可發現，反射光的亮度明顯下降，且整體畫面的色調會偏向藍色色調。針對此缺陷，本實施例係藉由加大投影單元110燈炮的輸出功率來提高畫面整體的亮度(如圖3(b)中所示的箭頭)；同時也可藉由微幅拉高紅槍的增益比值，而使得反射光中的紅、藍、綠三原色達到較平衡的狀態。

針對對比度的調整，本發明係藉由對比度調整工具調整投影單元110所投射預設畫面的對比度，以補償上述反射光光譜與原始光譜之間的對比度差異。舉例來說，圖4是依據本發明一實施例所繪示之調整投影畫面對比度的方法流程圖。請參照圖4，本實施例係藉由對比度調整工具控制投影單元110分別投射全白畫面及全黑畫面，並控制光感測器120偵測由此全白畫面及全黑畫面反射之反射光，而獲得第一光譜及第二光譜(步驟S402)。

接著，由對比度調整工具控制光特徵值計算模組132分別累計此第一光譜及第二光譜中各個頻率的光強度值，而獲得第一強度值及第二強度值(步驟S404)，然後再計算此第一強度值及第二強度值的比值以做為參考對比度(步驟S406)。之後則控制比較模組534將此參考對比度與一個對比門檻值比較，據以判斷參考對比度是否低於對比門檻值(步驟S408)，並決定是否進行對比度的調整。

當參考對比度低於對比門檻值時，對比度調整工具即會控制投影單元110調整所投射畫面的光譜，以拉高所投射畫面的對比度(步驟S410)；反之則不進行調整(步驟S412)。藉由上述方法，投影裝置100即可將其所投射畫面的對比度維持在一定的比例之上，進而達到控制對比的目的。

針對飽和度的調整，本發明係藉由飽和度調整工具調整投影單元110所投射預設畫面的飽和度，以補償所偵測反射光的飽和度。舉例來說，圖5是依據本發明一實施例所繪示之調整投影畫面飽和度的方法流程圖。請參照圖5，本實施例係藉由飽和度調整工具控制光特徵值計算模組132將光感測器120所偵測反射光之光譜中的紅色、綠色及藍色(RGB)色彩空間轉換為色度、飽和度及亮度(HSV)色彩空間(步驟S502)，接著再控制比較模組134取其中的飽和度色彩空間與一個飽和度門檻值比較，以判斷飽和度色彩空間是否低於飽和度門檻值(步驟S504)。

其中，當判斷飽和度色彩空間低於飽和度門檻值時，飽和度調整工具即會將投影單元110所投射畫面之飽和度色彩空間的範圍向外擴展，以拉高所投射畫面的飽和度(步驟S506)；反之則不進行調整(步驟S508)。詳細地說，上述的色度、飽和度及亮度色彩空間可以由一個三維的圓錐體來表示，其中錐體的圓形底面相當於色度，飽和度係從圓心向邊緣增加，亮度則從底邊向錐頂遞減。因此，將飽和度色彩空間的範圍由中心向外擴展即可增加畫面的飽和度。

藉由上述的調整策略，投影裝置100即可隨時因應周遭環境的變化，適時地調整投影單元110所投射畫面的亮度、色度、對比度及飽和度，而讓光感測器120(或使用者眼睛)所接收到之反射光光譜能夠儘量接近原始畫面品質。

綜上所述，本發明之投影畫面的光反射補償方法及裝置係藉由將投影畫面反射光的光譜與該畫面的原始光譜比對，而分析出各個顏色的光強度衰減情況、色度偏移情況及對比損害情況等，並適應性地調整投影畫面的光特徵值，因此可將畫面品質的損失降到最小。此外，本發明還藉由將光感測器內建在遙控器或放置在使用者周圍，因此能夠讓使用者獲得最佳的觀賞品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．投影裝置

110．．．投影單元

120．．．光感測器

130．．．處理單元

132．．．光特徵值計算模組

134．．．比較模組

136．．．調整模組

S210~S238．．．本發明一實施例之投影畫面的光反射補償方法之各步驟

S402~S412．．．本發明一實施例之調整所投射預設畫面之對比度的各步驟

S502~S508．．．本發明一實施例之調整所投射預設畫面之飽和度的各步驟

圖1是依據本發明一實施例所繪示之投影畫面之投影裝置的方塊圖。

圖2是依據本發明一實施例所繪示之投影畫面之光反射補償方法的流程圖。

圖3(a)及圖3(b)是依據本發明一實施例所繪示之投影畫面之光反射補償方法的範例。

圖4是依據本發明一實施例所繪示之調整投影畫面對比度的方法流程圖。

圖5是依據本發明一實施例所繪示之調整投影畫面飽和度的方法流程圖。

S210~S238．．．本發明一實施例之投影畫面的光反射補償方法之各步驟

Claims (19)

1. 一種投影畫面的光反射補償方法，適用於一投影裝置，該方法包括下列步驟：投射一預設畫面；偵測由投射該預設畫面所反射之一反射光光譜；以及比較該反射光光譜以及該預設畫面之一原始光譜，據以調整所投射該預設畫面之一光特徵值，而補償該反射光光譜與該原始光譜間的一差異，其中，調整所投射該預設畫面之該光特徵值，而補償該反射光光譜與該原始光譜間的該差異的步驟包括：調整所投射該預設畫面之一對比度，以補償該反射光光譜與該原始光譜之間的一對比度差異，其中，調整所投射該預設畫面之該對比度，而補償該反射光光譜與該原始光譜間的該差異的步驟包括：分別投射一全白畫面及一全黑畫面，並偵測由所投射該全白畫面及該全黑畫面反射之反射光，而獲得一第一光譜及一第二光譜；分別累計該第一光譜及該第二光譜中多個頻率之光的強度值，而獲得一第一強度值及一第二強度值；計算該第一強度值及該第二強度值的比值以做為一參考對比度，並將該參考對比度與一對比門檻值比較；以及當該參考對比度低於該對比門檻值時，調整所投射畫面之光譜，以拉高所投射畫面之對比度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之投影畫面的光反射補償方法，其中該投射該預設畫面與該偵測該反射光光譜之步驟係於距離該投影畫面之一觀賞者不同位置處所執行，且該偵測該反射光光譜之步驟係於較接近該觀賞者之位置處所執行。
3. 如申請專利範圍第1項所述之投影畫面的光反射補償方法，其中比較該反射光光譜以及該預設畫面之該原始光譜，據以調整所投射該預設畫面之該光特徵值，而補償該反射光光譜與該原始光譜間的該差異的步驟包括：計算該反射光光譜與該預設畫面之該原始光譜間之該光特徵值的一差值；判斷該差值是否超過一門檻值；以及當該差值超過該門檻值時，調整所投射該預設畫面之該光特徵值，以補償該反射光光譜與該預設畫面之該原始光譜之間該光特徵值的該差值。
4. 如申請專利範圍第1項所述之投影畫面的光反射補償方法，其中調整所投射該預設畫面之該光特徵值，而補償該反射光光譜與該原始光譜間的該差異的步驟包括：調整該投影裝置之一光源功率而改變所投射之該預設畫面的一亮度，以補償該反射光光譜與該原始光譜之間的一亮度差異。
5. 如申請專利範圍第1項所述之投影畫面的光反射補償方法，其中調整所投射該預設畫面之該光特徵值，而補償該反射光光譜與該原始光譜間的該差異的步驟包括： 調整該投影裝置所投射該預設畫面之多個顏色分量的增益，以平衡所投射該預設畫面的一色度。
6. 如申請專利範圍第5項所述之投影畫面的光反射補償方法，其中該些顏色分量包括紅色、藍色及綠色分量。
7. 如申請專利範圍第1項所述之投影畫面的光反射補償方法，其中調整所投射該預設畫面之該光特徵值，而補償該反射光光譜與該原始光譜間的該差異的步驟包括：調整所投射該預設畫面之一飽和度，以補償該反射光光譜與該原始光譜之間的一飽和度差異。
8. 如申請專利範圍第7項所述之投影畫面的光反射補償方法，其中調整所投射該預設畫面之該飽和度，而補償該反射光光譜與該原始光譜間的該差異的步驟包括：轉換所接收該反射光光譜中的一紅色、綠色及藍色(RGB)色彩空間為一色度、飽和度及亮度(HSV)色彩空間；判斷該飽和度色彩空間是否低於一飽和度門檻值；以及當該飽和度色彩空間低於該飽和度門檻值時，向外擴展所投射畫面之該飽和度色彩空間的範圍，以拉高所投射畫面之飽和度。
9. 如申請專利範圍第1項所述之投影畫面的光反射補償方法，其中該預設畫面之該原始光譜係在一全暗環境下投射該預設畫面時，所偵測到由所投射該預設畫面反射之該反射光的該光譜。
10. 如申請專利範圍第1項所述之投影畫面的光反射補償方法，其中該預設畫面包括純白畫面、純紅畫面、純綠畫面及純藍畫面其中之一。
11. 一種投影裝置，包括：一投影單元，投射一預設畫面；一光感測器，偵測由該投影單元所投射之該預設畫面反射之一反射光光譜；以及一處理單元，比較該反射光光譜以及該預設畫面之一原始光譜，據以調整所投射該預設畫面之一光特徵值，而補償該反射光光譜與該原始光譜間的一差異，其中，該處理單元包括：一光特徵值計算模組，計算該反射光光譜與該預設畫面之該原始光譜間之該光特徵值的該差值；一比較模組，比較該差值及一門檻值；以及一調整模組，當該比較模組判斷該差值超過該門檻值時，調整該投影單元所投射該預設畫面之該光特徵值，以補償該反射光光譜與該預設畫面之該原始光譜之間該光特徵值的該差值，其中，該調整模組包括：一對比度調整工具，調整所投射該預設畫面之一對比度，以補償該反射光光譜與該原始光譜之間的一對比度差異，其中，該對比度調整工具包括：控制該投影單元分別投射一全白畫面及一全黑畫面； 控制該光感測器偵測由該全白畫面及該全黑畫面反射之反射光，而獲得一第一光譜及一第二光譜；控制該光特徵值計算模組計算該第一強度值及該第二強度值的比值以做為一參考對比度；控制該比較模組將該參考對比度與一對比門檻值比較；以及在該比較模組判斷該參考對比度低於該對比門檻值時，調整該投影單元所投射畫面之光譜，以拉高所投射畫面之對比度。
12. 如申請專利範圍第11項所述之投影裝置，其中該調整模組包括：一亮度調整工具，調整該投影單元之一光源功率而改變所投射之該預設畫面的一亮度，以補償該反射光光譜與該原始光譜間的一亮度差異。
13. 如申請專利範圍第11項所述之投影裝置，其中該調整模組包括：一色度調整工具，調整該投影單元投射該預設畫面時多個顏色分量的增益，以平衡所投射該預設畫面的一色度。
14. 如申請專利範圍第13項所述之投影裝置，其中該些顏色分量包括紅色、藍色及綠色分量。
15. 如申請專利範圍第11項所述之投影裝置，其中該調整模組包括：一飽和度調整工具，調整該投影單元所投射該預設畫面之一飽和度，以補償該反射光光譜與該原始光譜之間的一飽和度差異。
16. 如申請專利範圍第15項所述之投影裝置，其中該飽和度調整工具包括：控制該光特徵值計算模組轉換該光感測器所偵測該反射光光譜中的一紅色、一綠色及一藍色色彩空間為一色度、一飽和度及一亮度色彩空間；控制該比較模組包括將該飽和度色彩空間與一飽和度門檻值比較；以及在該比較模組判斷該飽和度色彩空間低於該飽和度門檻值時，向外擴展該投影單元所投射畫面之該飽和度色彩空間的範圍，以拉高由該投影單元所投射畫面之飽和度。
17. 如申請專利範圍第11項所述之投影裝置，其中該光感測器更包括在該投影單元於一全暗環境下投射該預設畫面時，偵測由所投射該預設畫面反射之該反射光光譜，以作為該預設畫面的該原始光譜。
18. 如申請專利範圍第11項所述之投影裝置，其中該預設畫面包括純白畫面、純紅畫面、純綠畫面及純藍畫面其中之一。
19. 如申請專利範圍第11項所述之投影裝置，其中該投影單元及該光感測器係分別設置於距離一使用者之不同位置處。