TWI431325B - 投影裝置之影像調整系統與影像調整方法 - Google Patents

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投影裝置之影像調整系統與影像調整方法
本發明是有關於一種影像調整系統與影像調整方法，特別是指一種應用於投影裝置上之影像調整系統與影像調整方法。
參閱圖1，一數位光源處理(Digital light processing,DLP)投影系統1包含：一光源單元11、一調整單元12、一成像單元13，及一處理單元14。一般而言，該光源單元11(例如：一白光燈泡)配合該調整單元12過濾出不同顏色的光線，然後再透過該成像單元13(例如：微型鏡(DMD))將符合影像顏色的光線投射到屏幕10上完成成像。
聯合參閱圖1、2，由於該數位光源處理投影系統是根據循序色彩(Sequential color)的原理來顯像，所以一般而言該調整單元12包括一色輪(Color wheel)121及一孔徑元件(Aperture)122，該色輪121上分別有紅、綠、藍色的色塊區，藉由轉動的方式配合處理單元14所發出之控制訊號，以過濾該光源單元11所發出的光線，使其呈現影像所需要的顏色，而該孔徑元件122則是一具有一玻璃材質區域120之輪狀元件，藉由適當的與該色輪121重疊可以改變進光量，進而可以調整影像的動態對比(Dynamic contrast)。
根據上述可以得知，在現今的數位光源處理投影系統中，可以藉由調整該孔徑元件122的位置加強光線的動態對比特性，但是，若是想要改變光線的飽和度(Color Saturation)及色溫(Color temperature)的話，只能由該處理單元14利用數位的方式調整一色彩空間轉換矩陣(Color space converter matrix,CSC matrix)以進行調整，該色彩空間轉換矩陣如下所示：
其中，RGain 、GGain 、BGain 分別為一色溫參數，C ij 為一色相參數，S 為一色彩飽和度參數。
然而這樣調整數位訊號的作法，卻容易產生邊際效應(Side effect)，例如：調整該等色溫參數RGain 、GGain 、BGain 以改變影像之色溫時，有可能會導致影像的對比度變差或是使得影像過度曝光，如果以色彩飽和度參數S 來調整影像的飽和度，則有可能會讓影像的顏色過度飽和，使得影像的色階變得很難分辨。因此，對於一數位光源處理投影系統，如何克服調整影像之色溫、飽和度、亮度等特性容易產生邊際效應的問題實屬重要。
因此，本發明之目的，即在提供一種投影裝置之影像調整系統，適用於投影一影像，其包含：一光源單元，用以發出不同頻譜之光線；一調整單元，包括：一色輪，具有多數個色塊區且其可轉動；及一孔徑元件，可轉動地與該色輪相間隔設置且其投影與該色輪部分重疊，該孔徑元件具有多數個濾光片且其轉動時，使每一濾光片的投影分別與該色輪投影重疊，而該光線經由至少一濾光片與該色輪投影重疊之區域而穿射出；一成像單元，接收穿射過至少一濾光片與該色輪投影重疊之區域的光線，並將該光線反射出以顯示該影像；及一處理單元，用以控制該色輪與該孔徑元件之轉動位置，使得該光線穿射過不同濾光片與該色輪投影重疊之區域。
此外，本發明之另一目的，即在提供一種投影裝置之影像調整方法，適用於一具有一光源單元、一調整單元、一成像單元及一處理單元之投影裝置之影像調整系統，且該調整單元包括一色輪及一孔徑元件，以投影出一具有至少一圖框之影像，且該圖框具有多數個區塊、而每一區塊具有多數個像素，其包含以下步驟：組配該處理單元，根據一圖框的顏色特性，設定一該圖框之主要顏色；及組配該處理單元，根據該圖框之主要顏色，設定該色輪與該孔徑元件之轉動位置，以調整該影像之飽和度或色溫模式。
此外，本發明之另一目的，即在提供一種投影裝置之影像調整方法，適用於一具有一光源單元、一調整單元、一成像單元及一處理單元之投影裝置之影像調整系統，且該調整單元包括一色輪及一孔徑元件，以投影出一具有至少一圖框之影像，且該圖框具有多數個區塊、而每一區塊具有多數個像素，其包含以下步驟：組配該處理單元，根據一圖框的顏色特性，設定一該圖框之主要顏色；及組配該處理單元，根據該圖框之主要顏色，設定光源單元之波形以提升該主要顏色的色段亮度。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
投影裝置之影像調整系統
本發明投影裝置之影像調整系統與先前技術最大的不同點在於一孔徑元件的設計方式不同，參閱圖3，在本較佳實施例中，該孔徑元件922具有一第一濾光片991、一第二濾光片992及一組第三濾光片組993，其中，該第一濾光片991及第二濾光片992皆為一弧形區域，該組第三濾光片組993則為三個圓形濾光片，且該第一、第二濾光片991、992，及該組第三濾光片組993之材質皆為一玻璃材質。
該第一濾光片991用以控制影像動態對比，該第二濾光片992的玻璃表面鍍上一層光學鍍膜，且該光學鍍膜之頻譜為由紅光波段至藍光波段以漸層式形成，使得該第二濾光片992上可以呈現不同的色段，用以控制影像的飽和度，而該組第三濾光片組993包括一暖色濾光片、一正常濾光片及一冷色濾光片，且該等濾光片的玻璃表面亦分別鍍上不同頻譜之光學鍍膜，分別對應為一暖色溫(Warm color temperature)模式、一冷色溫(Cold color temperature)模式及一正常色溫(Normal color temperature)模式，使得影像的色溫模式可在三種模式中進行切換，值得說明的是，該暖色濾光片之玻璃表面被鍍上之光學鍍膜的頻譜接近於紅光頻譜，而該冷色濾光片之玻璃表面被鍍上之光學鍍膜的頻譜接近於藍光頻譜。
因此，聯合參閱圖3、4，本發明投影裝置之影像調整系統9之一較佳實施例，適用於投影一影像，其包含：一光源單元91、一調整單元92、一成像單元93，及一處理單元94。其中，該調整單元92包括一色輪921及一孔徑元件922，且該色輪921分別有紅、綠、藍色的色塊區，而該孔徑元件922具有如上所述之該第一濾光片991、該第二濾光片992及該組第三濾光片組993，且該孔徑元件922可轉動地與該色輪921相間隔設置，其投影與該色輪921部分重疊，該孔徑元件922轉動時將使每一濾光片991、992、993的投影分別與該色輪921投影重疊，使得該光線經由至少一濾光片與該色輪921投影重疊之區域而穿射出。
該光源單元91發送一具有不同頻譜的光線，該處理單元94控制該色輪921與該孔徑元件922之重合位置，以調整光線的動態對比、飽和度、色溫模式，例如：當該色輪921之紅色色塊區與該孔徑元件922之第二濾光片992上的紅色色段重合時，此時即可加強影像中紅色的飽和度，其餘依此類推。
而調整後的光線傳送至該成像單元93後，將其反射到屏幕90上以顯示該影像，而該處理單元94則是根據數位化方式調整該光源單元91之亮度、該色輪921與該孔徑元件922之轉動位置，及該成像單元93之成像角度。
投影裝置之影像調整方法
聯合參閱圖4、5，本發明投影裝置之影像調整方法之一較佳實施例，適用於前述投影裝置之影像調整系統9，以投射出一具有多數連續性圖框(Frame)之影像，其包含以下步驟：步驟51是組配該處理單元94，根據一圖框的顏色特性，設定一該圖框之主要顏色，其中，該圖框可被分為多數個區塊(Block)，在本實施例中，一圖框可被分為64個區塊，但不以此為限，其包括以下子步驟：參閱圖6，子步驟511是組配該處理單元94，根據該圖框中每一區塊的所有像素(Pixel)之彩度值(U、V)，計算出每一區塊之彩度平均值(Ua 、Va )，舉例來說，假設一圖框之解析度為1024×768且可分為8×8共計64個區塊，則每一區塊之解析度為128×96，也就是說，一區塊中將具有12288個像素(128×96=12288)，因此，將所有像素之彩度值(U、V)取其平均數後，即為該區塊之彩度平均值(Ua 、Va )。
子步驟512是組配該處理單元94，根據每一區塊之彩度平均值(Ua 、Va )，利用方程式(F .1)、(F .2)計算出每一區塊對應之飽和度平均值Sa 與色相平均值Ha ，方程式(F .1)、(F .2)如下所示：
子步驟513是組配該處理單元94，根據每一區塊對應之飽和度平均值Sa 與色相平均值Ha ，分別設定每一區塊之對應的顏色屬性，其設定依據如下表1所示：
當一區塊之飽和度平均值Sa 介於數值0到0.2之間時，則該區塊之顏色屬性被設定為W(白色)，若是一區塊之飽和度平均值Sa 介於數值0.2到1之間時，再依據該區塊之色相平均值Ha 設定對應之顏色屬性，例如：一區塊之飽和度平均值Sa 與色相平均值Ha 分別為0.5及200時，對照表1可以知道該區塊之顏色屬性將被設定為Y(黃色)。
子步驟514是組配該處理單元94，計算出一圖框中所有區塊之顏色屬性(WRYGCBM)的數量後，選定一具有最多區塊數量之顏色屬性作為該圖框之主要顏色，舉例來說，在一圖框中，其64個區塊之顏色屬性(WRYGCBM)的數量統計如表2所示：
由表2可以看出在該圖框中顏色屬性為R(紅色)的區塊數量最多(共計32個)，因此，該處理單元設定該圖框之主要顏色為紅色。
回復參閱圖4、5，步驟52是組配該處理單元94，根據該圖框之主要顏色，設定該色輪921與該孔徑元件922之轉動位置，舉例來說，當一圖框之主要顏色為紅色(R)時，該處理單元94設定該色輪921上的紅色色塊與該孔徑元件922之第二濾光片992上的紅色色段重合，使得該圖框所代表的影像中的紅色部分可以加強其飽和度，或者該處理單元94調整該孔徑元件922之第三濾光片組993中的暖色濾光片與該色輪921重合，可使得該圖框所代表的影像調整其色溫模式為暖色溫模式。
聯合參閱圖7、8，假設該圖框之主要顏色為紅色(R)時，該處理單元94適當調整該第二濾光片992的轉動位置且與該色輪921重合時，可以觀察出光頻譜中的紅色波段鄰近於綠色波段的部份被有效過濾之後，可以得到純色較高的紅色頻譜(斜線部分)。
回復參閱圖4、5，步驟53是組配該處理單元94，根據該圖框之主要顏色，設定光源單元91之波形，以將該主要顏色的色段亮度提高，舉例來說，當一圖框之主要顏色為紅色(R)時，該處理單元94可以利用增加該光源單元91之電壓或電流的方式，以提升該光源單元91中紅色波段的亮度，如圖9、10所示。
綜上所述，本發明是利用調整光源頻譜的方式，進行影像飽和度、色溫的調整，同時，藉由調整光源的波形可以調整影像的亮度，相較於先前技術之設計，本發明並無改變投影系統內的數位訊號，因此並不會產生邊際效應影響影像的投影品質，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
51~53．．．步驟
511~514．．．子步驟
9．．．投影裝置之影像調整系統
91．．．光源單元
92．．．調整單元
921．．．色輪
922．．．孔徑元件
93．．．成像單元
94．．．處理單元
991．．．第一濾光片
992．．．第二濾光片
993．．．第三濾光片組
圖1是先前技術之一數位光源處理投影系統之系統方塊圖；
圖2是該數位光源處理投影系統中調整單元之示意圖；
圖3是本發明之孔徑元件之示意圖；
圖4是本發明之投影裝置之影像調整系統之系統方塊圖；
圖5是本發明之投影裝置之影像調整方法之方法流程圖；
圖6是本發明之投影裝置之影像調整方法之選定主要顏色步驟之流程圖；
圖7是本發明之濾光片過濾雜色波段之頻譜示意圖；
圖8是本發明之濾光片過濾雜色波段之結果圖；
圖9是本發明調整光源單元波形之示意圖；及
圖10是本發明之提升光源單元亮度之示意圖。
991．．．第一濾光片
992．．．第二濾光片
993．．．第三濾光片組

Claims (14)

  1. 一種投影裝置之影像調整系統，適用於投影一影像，其包含：一光源單元，用以同時發出具有不同頻譜之光線；一調整單元，包括：一色輪，具有多數個色塊區且其可轉動之；及一孔徑元件，可轉動地與該色輪相間隔設置且其投影與該色輪部分重疊，該孔徑元件具有多數個分別具有不同頻譜之光學鍍膜的濾光片且其轉動時，使每一濾光片的投影分別與該色輪投影重疊，而該光線經由至少一濾光片與該色輪投影重疊之區域而穿射出；一成像單元，接收穿射過至少一濾光片與該色輪投影重疊之區域的光線，並將該光線反射出以顯示該影像；及一處理單元，用以發出一控制訊號以控制該色輪與該孔徑元件之轉動位置，使得該光線穿射過不同濾光片與該色輪投影重疊之區域。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之投影裝置之影像調整系統，其中，該孔徑元件包括一表面鍍上一頻譜由紅光波段至藍光波段漸層變化之光學鍍膜的濾光片。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之投影裝置之影像調整系統，其中，該孔徑元件包括一表面鍍上頻譜接近紅光波段之光學鍍膜之濾光片。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之投影裝置之影像調整系統，其中，該孔徑元件包括一表面鍍上頻譜接近藍光波段之光學鍍膜之濾光片。
  5. 一種投影裝置之影像調整方法，適用於一具有一光源單元、一調整單元、一成像單元及一處理單元之投影裝置之影像調整系統，且該調整單元包括一色輪及一可轉動地與該色輪相間隔設置且其投影與該色輪部分重疊的孔徑元件，以投影出一具有至少一圖框之影像，且該孔徑元件具有多數個分別具有不同頻譜之光學鍍膜的濾光片，且該圖框具有多數個區塊、而每一區塊具有多數個像素，其包含以下步驟：組配該處理單元，根據一圖框的顏色特性，設定一該圖框之主要顏色；及組配該處理單元，根據該圖框之主要顏色，設定該色輪與該孔徑元件之轉動位置，以調整該影像之飽和度或色溫模式。
  6. 依據申請專利範圍第5項所述之投影裝置之影像調整方法，還包含組配該處理單元，根據該圖框之主要顏色，設定光源單元之波形以提升該主要顏色的頻譜亮度。
  7. 依據申請專利範圍第5項所述之投影裝置之影像調整方法，其中，設定一該圖框之主要顏色之步驟包括以下子步驟：組配該處理單元，根據該圖框中每一區塊的所有像素之彩度值，計算出每一區塊之彩度平均值； 組配該處理單元，根據每一區塊之彩度平均值，計算出每一區塊對應之飽和度平均值與色相平均值；組配該處理單元，根據每一區塊對應之飽和度平均值與色相平均值，分別設定每一區塊之對應的顏色屬性；及組配該處理單元，計算出一圖框中所有區塊之顏色屬性的數量後，選定一具有最多區塊數量之顏色屬性作為該圖框之主要顏色。
  8. 依據申請專利範圍第7項所述之投影裝置之影像調整方法，其中，每一區塊對應之飽和度平均值與色相平均值計算方式如下所示： 其中，S a 為飽和度平均值，H a 為色相平均值，U a 、V a 為彩度平均值。
  9. 依據申請專利範圍第7項所述之投影裝置之影像調整方法，其中，設定每一區塊之對應的顏色屬性如下：當一區塊對應之飽和度平均值介於0到0.2之間時，該區塊之顏色屬性被設定為白色；當一區塊對應之飽和度平均值介於0.2到1之間時，且該區塊對應之色相平均值介於82到135之間時，該區塊之顏色屬性被設定為紅色；當一區塊對應之飽和度平均值介於0.2到1之間時 ，且該區塊對應之色相平均值介於136到204之間時，該區塊之顏色屬性被設定為黃色；當一區塊對應之飽和度平均值介於0.2到1之間時，且該區塊對應之色相平均值介於205到262之間時，該區塊之顏色屬性被設定為綠色；當一區塊對應之飽和度平均值介於0.2到1之間時，且該區塊對應之色相平均值介於263到315之間時，該區塊之顏色屬性被設定為青綠色；當一區塊對應之飽和度平均值介於0.2到1之間時，且該區塊對應之色相平均值大於316或是小於24時，該區塊之顏色屬性被設定為藍色；及當一區塊對應之飽和度平均值介於0.2到1之間時，且該區塊對應之色相平均值介於25到82之間時，該區塊之顏色屬性被設定為鮮紅色。
  10. 一種投影裝置之影像調整方法，適用於一具有一光源單元、一調整單元、一成像單元及一處理單元之投影裝置之影像調整系統，且該調整單元包括一色輪及一可轉動地與該色輪相間隔設置且其投影與該色輪部分重疊的孔徑元件，以投影出一具有至少一圖框之影像，且該孔徑元件具有多數個分別具有不同頻譜之光學鍍膜的濾光片，且該圖框具有多數個區塊、而每一區塊具有多數個像素，其包含以下步驟：組配該處理單元，根據一圖框的顏色特性，設定一該圖框之主要顏色；及 組配該處理單元，根據該圖框之主要顏色，設定光源單元之波形以提升該主要顏色的頻譜亮度。
  11. 依據申請專利範圍第10項所述之投影裝置之影像調整方法，還包含組配該處理單元，根據該圖框之主要顏色，設定該色輪與該孔徑元件之轉動位置，以調整該影像之飽和度或色溫模式。
  12. 依據申請專利範圍第10項所述之投影裝置之影像調整方法，其中，設定一該圖框之主要顏色之步驟包括以下子步驟：組配該處理單元，根據該圖框中每一區塊的所有像素之彩度值，計算出每一區塊之彩度平均值；組配該處理單元，根據每一區塊之彩度平均值，計算出每一區塊對應之飽和度平均值與色相平均值；組配該處理單元，根據每一區塊對應之飽和度平均值與色相平均值，分別設定每一區塊之對應的顏色屬性；及組配該處理單元，計算出一圖框中所有區塊之顏色屬性的數量後，選定一具有最多區塊數量之顏色屬性作為該圖框之主要顏色。
  13. 依據申請專利範圍第12項所述之投影裝置之影像調整方法，其中，每一區塊對應之飽和度平均值與色相平均值計算方式如下所示： 其中，S a 為飽和度平均值，H a 為色相平均值，U a 、V a 為彩度平均值。
  14. 依據申請專利範圍第12項所述之投影裝置之影像調整方法，其中，設定每一區塊之對應的顏色屬性如下：當一區塊對應之飽和度平均值介於0到0.2之間時，該區塊之顏色屬性被設定為白色；當一區塊對應之飽和度平均值介於0.2到1之間時，且該區塊對應之色相平均值介於82到135之間時，該區塊之顏色屬性被設定為紅色；當一區塊對應之飽和度平均值介於0.2到1之間時，且該區塊對應之色相平均值介於136到204之間時，該區塊之顏色屬性被設定為黃色；當一區塊對應之飽和度平均值介於0.2到1之間時，且該區塊對應之色相平均值介於205到262之間時，該區塊之顏色屬性被設定為綠色；當一區塊對應之飽和度平均值介於0.2到1之間時，且該區塊對應之色相平均值介於263到315之間時，該區塊之顏色屬性被設定為青綠色；當一區塊對應之飽和度平均值介於0.2到1之間時，且該區塊對應之色相平均值大於316或是小於24時，該區塊之顏色屬性被設定為藍色；及當一區塊對應之飽和度平均值介於0.2到1之間時，且該區塊對應之色相平均值介於25到82之間時，該 區塊之顏色屬性被設定為鮮紅色。
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