TWI502180B - 具背光之裝置的亮度量測方法及系統 - Google Patents

Description

具背光之裝置的亮度量測方法及系統

本發明有關於一種具背光之裝置的量測方法及系統，且特別是有關於具背光之裝置的亮度量測方法及系統。

具背光的裝置提供背光以照射裝置上的圖例(legend)時，經常由於背光模組與電子裝置的圖例之間尚有線路結構遮擋，使得背光無法平均地照射到圖例的每一個位置。如圖1的一個背光鍵盤之按鍵圖例示意圖所示，由於鍵盤內部的電路導線可能正好通過圖例「Backspace」的左側而稍微遮蔽了後方的背光光源，因此造成「Back」四個字母的亮度稍弱於「space」五個字母。為了量測具背光之裝置以背光照明裝置上之圖例時的效果，現行的量測方式會拍攝受到背光照射的圖例的影像，並根據影像中各像素的亮度值以及預定門檻值區分出屬於圖例的部分以及圖例以外的部分。

請參閱圖2所示的示意圖。圖2為對應於圖1所示的圖例「Backspace」經拍攝並以門檻值區分後的二值影像(bi-level image)示意圖。相較於圖1可知，經過篩選像素亮度後所顯示的畫面當中，大部分像素都正確地對應圖例或圖例以外的背景部分，但原本對應第一與第二字母(Ba)的上半部的像素則因為亮度值過低，經篩選後被判斷為圖例以外的背景。因此，當使用者根據圖2所示的像素來計算Backspace一字在背光照射下的亮度時，會不當地忽略掉原本屬於圖例部分但被視為是圖例以外部分的「Ba」上半部之像素。如此一來，圖例的整體亮度被高估，其中亮度不足的部分反而無法真實被反應出來，計算出的「Backspace」整體亮度即不正確。若量測出來的亮度不正確，就會影響對待測裝置之結構設計或背光模組的改良。

有鑑於現有量測技術的問題，本發明提出一種具背光之裝置的亮度量測方法及系統，用以正確量測出具背光之裝置上的圖例在背光照射下呈現出來的亮度。

本發明實施例提供一種具背光之裝置的亮度量測方法，由控制裝置量測由待測裝置之背光模組提供背光的圖例(legend)，所述方法包括：開啟待測裝置外部的均勻光源以照射待測裝置；指示擷取被均勻光源照射之待測裝置的影像為基準影像並接收基準影像；辨識基準影像中待測圖例的完整圖樣(pattern)；關閉均勻光源並開啟待測裝置之背光，以使背光光源照射待測裝置之圖例；指示擷取背光光源照射之待測裝置的影像為對照影像並接收對照影像，對照影像的影像範圍與基準影像重疊；以及對對照影像當中與完整圖樣位置重疊的多個像素之亮度值進行計算，以獲得待測圖例的背光亮度。

此外，本發明實施例還提供一種具背光之裝置的亮度量測系統，用以量測由待測裝置之背光模組提供背光的圖例，所述系統包括：影像擷取裝置、發光裝置及控制裝置。影像擷取裝置用以擷取待測裝置之影像。發光裝置用以提供均勻光源以照射待測裝置。控制裝置耦接影像擷取裝置、發光裝置及待測裝置，控制發光裝置以及待測裝置之 背光模組開啟與關閉，並控制影像擷取裝置在發光裝置開啟時擷取待測裝置的影像為基準影像，以及發光裝置關閉且背光模組開啟時擷取待測裝置的影像為對照影像。對照影像的影像範圍與基準影像相同，控制裝置辨識基準影像中待測圖例的完整圖樣，並對對照影像當中與完整圖樣位置重疊的多個像素之亮度值進行計算，以獲得待測圖例的背光亮度。

綜上所述，本發明實施例所提供的具背光之裝置的亮度量測方法及系統，可正確量測出待測裝置的圖例受背光照射時之亮度，避免因背光照射不均勻而誤將圖例當中亮度較低的部分誤判為背景，造成亮度評估結果錯誤。

〔方法實施例〕

圖3繪示了本發明提供的一種具背光之裝置的亮度量測系統實施例的方塊圖。所述的亮度量測系統30包括控制裝置300、影像擷取裝置302及發光裝置304。具背光的待測裝置32則包括背光模組320。控制裝置300耦接並控制影像擷取裝置302與發光裝置304。待測裝置32也可耦接於控制裝置300以便由控制裝置300控制背光模組320的開啟或關閉。

控制裝置300例如可為電腦或其他電子裝置，透過網路有線或無線地連接於前述的各項裝置並傳送指令及接收資料。影像擷取裝置302例如可為CCD或CMOS相機，擷取待測裝置32的影像後，傳送到控制裝置300進行處理。發光裝置304例如可為探照燈、照明燈管或發光二極體， 用以發出均勻光源以照射待測裝置32。待測裝置32例如可為電子裝置所搭配的鍵盤，或如平板電腦、智慧型手機等裝置適用的液晶面板。所述的待測裝置32表面具有代表文字、數字、符號或操作功能的圖例，所述圖例可透光，並且在光源照射下相較於待測裝置32的其他部分顯現出較高的亮度(brightness)。

控制裝置300控制影像擷取裝置302在發光裝置304被開啟而提供均勻光源照射待測裝置32的情況下，擷取待測裝置32的影像為基準影像，以及發光裝置304關閉但背光模組320開啟的情況下，擷取待測裝置32的影像為對照影像。控制裝置300根據基準影像與對照影像，計算出待測裝置32上之待測圖例透過背光模組320提供光源時所顯現的亮度。

本實施例中，影像擷取裝置302還可被設置在暗室中擷取影像，以避免擷取基準影像與對照影像時受到環境光源的影響而降低資料正確性。

請參照圖4所繪示本實施例的示意圖以說明亮度量測系統30的架構配置。本實施例的亮度量測系統30還可包括暗箱裝置306以及定位結構308。影像擷取裝置302、發光裝置304與定位結構308皆設置在暗箱裝置306內。其中，影像擷取裝置302可設置於暗箱裝置306內的上方並使鏡頭朝下。定位結構308則可設置在暗箱裝置306的下方並正對著影像擷取裝置302的鏡頭，用以將待測裝置32定位在固定的量測位置以利影像的擷取。發光裝置304設置於定位結構308的上方，以便從待測裝置32的外部照射待測裝置32的表面。發光裝置304可以如圖4所示為可發 出均勻光源的照明設備，設置在定位結構308側邊或上方，以便均勻地發出光源照射待測裝置32。所述的發光裝置304例如可為圖4所示的探照燈3040、照明燈管3042或發光二極體3044的其中一種或其任意組合。此處並不限制發光裝置304的數量，發光裝置304的設置位置亦不限於圖4所示。

暗箱裝置306可被開啟以將待測裝置32根據定位結構308的設置而擺置於暗箱裝置306內的量測位置，並與供電單元(圖未示)電連接以便提供啟動背光模組所需的電力。暗箱裝置306關閉後可隔絕除發光裝置304及背光模組之外的環境光。

回到圖3，控制裝置300於暗箱裝置關閉後，可控制發光裝置304開啟以均勻照射待測裝置32，並控制影像擷取裝置302擷取待測裝置32的影像為基準影像以及接收基準影像。此時待測裝置32的背光模組320未開啟。由於均勻光源照射在待測裝置32上時，可以使得亮度較高的待測圖例被清楚地呈現，如同使用者在光線充足的地方可以清楚看見鍵盤上每一個字母的圖樣。因此，控制裝置300接收到基準影像時，可利用明顯的亮度差異而辨識出影像中待測圖例的完整圖樣。

控制裝置300接著將發光裝置304關閉，改控制供電單元供電給待測裝置32以開啟背光模組320，以便從待測裝置32內部向外照射待測裝置32上的待測圖例。控制裝置300指示影像擷取裝置302此時再擷取待測裝置32的影像為對照影像，並接收拍攝到的對照影像。由於待測裝置32仍然藉由定位結構的定位而擺置於相同的量測位置，因 此控制裝置300所接收到的基準影像與對照影像的影像範圍重疊且一致。

由於待測圖例位於待測裝置32的表面，因此被擷取的基準影像與對照影像都會在相同的位置包括待測圖例的圖樣。控制裝置300可先辨識基準影像中之待測圖例的完整圖樣。被擷取的基準影像與對照影像中的每一個像素都有其對應的亮度值，所述的亮度值單位為燭光每平方公尺(cd/m² )，又稱尼特(nit)。如前所述，在均勻明亮的光源下，待測裝置32的待測圖例部分與待測圖例以外部分(以下簡稱背景部分)的亮度差異明顯，因此拍攝成基準影像後，對應於待測圖例的像素的亮度值也會明顯高於對應於背景部分的像素之亮度值。此外，由於待測圖例與背景部分通常都以對比強烈的兩色區分(例如白色圖例與黑色背景)，故同一色所對應的像素之亮度值也會十分接近，例如對應於待測圖例的像素之亮度值都接近15尼特(nits)，而背景部分的像素亮度值都接近0尼特。上述亮度值僅為例示，實際上擷取到基準影像時，待測圖例與背景部分的亮度值之差異大小會受到發光裝置304的光強度影響而不同。

控制裝置300可根據一個預設或可調整的亮度門檻值比對基準影像中的每一像素之亮度值，進行類似二值化(bi-level thresholding)的程序，將等於或大於亮度門檻值之像素辨識為對應於待測圖例的像素。例如，假設亮度門檻值為10尼特，則可將所有亮度為10尼特以上的像素辨識為屬於待測圖例的像素，而背景部分的亮度因為遠低於10尼特，因此也不容易產生誤判的情況。所有對應於待測圖例的像素之位置的集合就形成待測圖例的完整圖樣。由於 圖例與背景部分的像素亮度值可明確區隔，因此辨識出來的完整圖樣可正確地對應到待測圖例在待測裝置32上的真實外型與輪廓。上述的亮度門檻值之數值僅為例示說明而非用於限制本實施例。

辨識出待測圖例的完整圖樣後，控制裝置300即可根據完整圖樣在基準影像中的位置，對應地選取對照影像當中相同位置的多個像素，對被選取的多個像素的亮度值做計算，以產生所述待測圖例的背光亮度。具體而言，計算出的背光亮度可為被選取的多個像素的亮度值之平均值。

由於控制裝置300根據正確對應待測圖例之外型及輪廓的完整圖樣來選取像素以計算背光亮度，即使因背光模組320無法均勻提供背光，使得對照影像中有部分對應於測待圖例的像素亮度過低，亦不致於因此而錯誤地漏掉應被計算的像素而造成待測圖例的背光亮度被高估。

此外，由於待測裝置32的表面可能同時包括多個圖例，控制裝置300在控制影像擷取裝置302擷取基準影像前，可以先提供一選取範圍圈選待測裝置32，以選取多個圖例的其中之一為待測圖例。例如透過控制裝置300的顯示器(圖未示)顯示影像擷取裝置302的影像感測器(圖未示)感測到的待測裝置32的畫面，並且允許使用者透過顯示器的畫面決定一個包含了待測圖例之畫面的選取範圍。控制裝置300可以只針對被決定的選取範圍內的畫面控制影像擷取裝置302擷取影像，或擷取整個待測裝置32的影像但僅對選取範圍內的像素進行辨識及計算的程序，以減少運算量並獲得被指定量測的圖例的背光亮度。

〔系統實施例〕

請參閱圖5，圖5繪示了本發明提供的一種具背光之裝置的亮度量測方法實施例的流程圖。本實施例的亮度量測方法可藉由前述實施例的亮度量測系統30加以實施，故請一併參照圖3及圖4以利說明。

開始進行量測之前，可提供如圖4所示的亮度量測系統30的各項裝置(S501)，以便將待測裝置32固定在暗箱裝置306的量測位置以正對影像擷取裝置302的鏡頭(S503)。接著，控制裝置300可控制設置在待測裝置32外部的發光裝置304開啟，發出均勻光源照射在待測裝置32的表面(S505)，此時待測裝置32的背光模組320並未開啟。控制裝置300指示影像擷取裝置302擷取被均勻光源照射的待測裝置32之影像為基準影像，並且接收影像擷取裝置302擷取到的基準影像畫面(S507)，基準影像的畫面中會顯示出待測圖例的圖樣。

控制裝置300可根據基準影像的多個像素的亮度值來辨識待測圖例的完整圖樣(S509)。請一併參閱圖6A所例示的基準影像示意圖。為了方便理解，圖6A中一併標示出基準影像中每一像素的亮度值。具體來說，由於在待測裝置32表面的圖例的亮度通常會均勻且明顯地大於背景部分的亮度，因此當控制單裝置300接收到基準影像60時，對應於待測圖例600的像素之亮度值也會明顯大於背景部分之像素的亮度值。控制裝置300可根據一個預定或可調整的亮度門檻值比對基準影像60的每個像素，並將亮度值等於或大於亮度門檻值的像素的位置及亮度值加以記錄。

以圖6A為例，所述的亮度門檻值可為5尼特(在其他 例子當中也可以是5尼特以下)。當基準影像當中亮度值等於或大於亮度門檻值的像素都被記錄後，被記錄的多個像素的位置集合起來就形成了所述待測圖例600的完整圖樣。在圖6A的示意圖當中，共有30個像素被記錄為對應於待測圖例600的像素，該些像素的位置的集合即形成待測圖例600的完整圖樣602。

回到圖5。控制裝置300擷取完基準影像後可關閉發光裝置304，並且控制待測裝置32的背光模組320開啟(S511)，以便從待測裝置32內部向外照射表面的圖例。控制裝置300此時再控制影像擷取裝置302擷取受到背光照射的待測裝置32之影像為對照影像，並傳送到控制裝置300進行運算處理(S513)。請參閱圖6B所繪示對應於圖6A的對照影像示意圖。圖6B同樣標示出對照影像中各像素的亮度值。由於背光模組320提供的背光無法均勻地照射在待測裝置32的每個位置，故對照影像62當中對應於待測圖例600’的部分像素的亮度會降低，甚至無法顯現亮度。以圖6B所示的像素為例，位於第一列第八欄的像素620以及第八列第一欄的像素622亮度為0，因此以對照影像62的畫面來判斷，像素620與622屬於背景部分。但再參照圖6A的相同位置的像素，即可發現像素620與622實際上是對應到待測圖例600的像素。

因此，為了正確判斷對應於待測圖例600的所有像素，控制裝置300依據從基準影像60中辨識出來的完整圖樣602的像素，選取出對照影像62當中位置相同的多個像素，亦即圖6B的像素區域624中之像素，並且根據像素區域624當中的多個像素的亮度值進行計算(S515)，以產生待 測圖例600’的背光亮度(S517)。所述的背光亮度可為像素區域624中各像素的亮度值之平均。計算出來的背光亮度即為待測圖例600’在背光模組320提供背光的情況下的整體平均亮度。

藉由基準影像60(圖6A)辨識出待測圖例600的完整圖樣602而得到完整的外型與輪廓，再依照完整圖樣602中所對應的像素的數量及位置，計算對照影像62(圖6B)中的像素的亮度值，可正確量測出所述待測圖例在不均勻的背光照射下所呈現的真正亮度資訊。例如以圖6A及圖6B所示為例，對照影像62當中應該被用來計算待測圖例600’之背光亮度的像素是像素區域624當中的30個像素，計算出來的亮度值平均為6.87尼特。

若僅依照圖6B的對照影像62之像素所呈現的畫面，直接計算待測圖例600’的背光亮度，假設以5尼特為門檻值來判定對應於待測圖例600’的像素，則只有像素區域626中的15個像素被用來計算背光亮度。其他因背光不均勻而造成亮度過低的像素，則被視為是背景部分而忽略。根據像素區域626中的15個像素之亮度值計算出來的背光亮度有11.73尼特，與前述的6.87尼特產生極大的誤差，明顯地高估了待測圖例600’的亮度。即使以「亮度值超過0尼特」為門檻值(亦即只要亮度不是0即視為是待測圖例所對應的像素)，相較於圖6A之基準影像60中的完整圖樣602，對照影像62當中仍然損失了實際上屬於待測圖例600’一部分的像素620及622，計算出來的亮度平均值為7.36尼特，與正確的背光亮度仍存有將近0.5尼特的誤差。

但這些被忽略不計的像素(即像素區域624與像素區 域626不重疊的部分，或另一例中的像素620及622)，實際上應該被表現在背光亮度當中，以便反應出待測圖例600’因背光的不均勻而亮度不足的現象。因此，利用本實施例之量測方法取得的背光亮度，才能正確評估待測圖例在背光模組照射時的實際亮度，進而提供使用者改良背光模組320或待測裝置32之結構設計所需要的正確資訊。

補充說明一點，待測裝置32的表面可能包括多個圖例，因此在步驟S507之前，控制裝置300可先根據一圈選範圍所選取的待測裝置32的一部分，決定圈選範圍中所包括的圖例為待測圖例。在步驟S507及S513中擷取待測裝置32的影像時，也可分別僅擷取圈選範圍中的影像為基準影像與對照影像，或是對整個待測裝置32擷取影像後，僅分別針對圈選範圍中的像素進行辨識與運算。

〔實施例的可能功效〕

根據本發明實施例，上述的具背光之裝置的亮度量測方法及系統先取得待測圖例的完整外型與輪廓，再據以計算待測圖例在背光照射下的正確背光亮度，避免圖例中亮度過低的部分被錯誤地排除而高估待測圖例的背光亮度。

同時，以正確對應待測圖例之外型、輪廓的完整圖樣為計算亮度的基準，可從影像中獲得所有對應於圖例的像素，藉以客觀地計算圖例的亮度，也解決了現有作法當中直接以受到背光照射的圖例的影像來判斷背光亮度，反造成背光越不均勻，計算出的背光亮度可能越大的不合理情況。

此外，根據本發明實施例，上述的亮度量測方法及系統可對包括有多個圖例的待測裝置當中的任一個圖例進行量測，以獲得待測裝置上每一個圖例個別的背光亮度。藉此有助於後續對待測裝置的圖例、背光模組或裝置結構之間的位置配置的分析。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

30‧‧‧亮度量測系統

300‧‧‧控制裝置

302‧‧‧影像擷取裝置

304‧‧‧發光裝置

3040‧‧‧探照燈

3042‧‧‧照明燈管

3044‧‧‧發光二極體

306‧‧‧暗箱裝置

308‧‧‧定位結構

32‧‧‧待測裝置

320‧‧‧背光模組

60‧‧‧基準影像

600,600'‧‧‧待測圖例

602‧‧‧完整圖樣

62‧‧‧對照影像

620,622‧‧‧像素

624,626‧‧‧像素區域

S501、S503、S505、S507、S509、S511、S513、S515、S517‧‧‧流程步驟

圖1：習知背光鍵盤部分圖例示意圖；圖2：對應圖1之圖例二值化影像示意圖；圖3：本發明的一種具背光之裝置的亮度量測系統實施例之方塊圖；圖4：本發明的一種具背光之裝置的亮度量測系統實施例之示意圖；圖5：本發明的一種具背光之裝置的亮度量測方法實施例之流程圖；圖6A：本發明的一個基準影像實施例之示意圖；及圖6B：本發明的一個對照影像實施例之示意圖。

S501、S503、S505、S507、S509、S511、S513、S515、S517‧‧‧流程步驟

Claims (12)

1. 一種具背光之裝置的亮度量測方法，由一控制裝置量測由一待測裝置之背光模組提供背光的圖例，該方法包括：開啟該待測裝置外部的一均勻光源以照射該待測裝置；指示擷取被該均勻光源照射之該待測裝置的影像為一基準影像並接收該基準影像；辨識該基準影像中一待測圖例的一完整圖樣；關閉該均勻光源並開啟該待測裝置之該背光，以使該背光照射該待測裝置；指示擷取該背光光源照射之該待測裝置的影像為一對照影像並接收該對照影像，該對照影像的影像範圍與該基準影像重疊；及對該對照影像當中與該完整圖樣位置重疊的多個像素之亮度值進行計算，以獲得該圖例的一背光亮度。
2. 如申請專利範圍第1項所述的亮度量測方法，其中，擷取該對照影像後包括：根據該完整圖樣之像素在該基準影像中的位置，辨識該對照影像中與該完整圖樣位置重疊的各個像素之亮度值。
3. 如申請專利範圍第1項所述的亮度量測方法，其中，提供該均勻光源照射該待測裝置之前，該待測裝置被固定於一量測位置，其中，擷取該基準影像及該對照影像時，該待測裝置皆位於該量測位置。
4. 如申請專利範圍第1項所述的亮度量測方法，其中，對 該對照影像當中與該完整圖樣位置重疊的多個像素之亮度值進行計算的步驟，是計算所述多個像素的亮度值之平均值。
5. 如申請專利範圍第1項所述的亮度量測方法，其中，辨識該完整圖樣的步驟中包括：根據一亮度門檻值比對該基準影像中的每一像素之亮度值；及記錄該基準影像當中亮度值大於或等於該亮度門檻值的一或多個像素的位置；其中，該基準影像當中亮度值大於或等於該亮度門檻值的一或多個像素位置之集合形成該完整圖樣。
6. 如申請專利範圍第1項所述的亮度量測方法，其中，指示擷取該基準影像之前，包括：根據一選取範圍圈選該待測裝置的一部分，該選取範圍中包括該待測圖例；其中，該基準影像及該對照影像皆為該選取範圍內的影像。
7. 如申請專利範圍第1項所述的亮度量測方法，其中，指示擷取該基準影像之前，包括：根據一選取範圍圈選該待測裝置的一部分，該選取範圍中包括該待測圖例；其中，辨識該完整圖樣及計算該背光亮度之步驟皆為針對該選取範圍內的像素。
8. 一種具背光之裝置的亮度量測系統，用以量測由一待測裝置之背光模組提供背光的圖例，包括：一影像擷取裝置，用以擷取該待測裝置之影像； 一發光裝置，用以提供一均勻光源以照射該待測裝置；及一控制裝置，耦接該影像擷取裝置、該發光裝置及被量測的該待測裝置，控制該發光裝置以及該待測裝置之一背光模組的開啟與關閉，並控制該影像擷取裝置在該發光裝置開啟時，擷取該待測裝置的影像為一基準影像，以及該發光裝置關閉且該背光模組開啟時，擷取該待測裝置的影像為一對照影像，其中，該對照影像的影像範圍與該基準影像重疊，該控制裝置辨識該基準影像中一待測圖例的一完整圖樣，並對該對照影像當中與該完整圖樣位置重疊的多個像素之亮度值進行計算，以獲得該待測圖例的一背光亮度。
9. 如申請專利範圍第8項所述的亮度量測系統，更包括：一暗箱裝置；及一定位結構，設置於該暗箱裝置當中以正對該影像擷取裝置，用以定位該待測裝置於一量測位置，其中，該影像擷取裝置及該發光裝置設置於該暗箱裝置當中。
10. 如申請專利範圍第9項所述的亮度量測系統，其中，該發光裝置包括照明設備，該照明設備設置於該定位結構側邊或上方。
11. 如申請專利範圍第10項所述的亮度量測系統，其中，該照明設備為探照燈、照明燈管，或發光二極體。
12. 如申請專利範圍第8項所述的亮度量測系統，其中，該待測裝置為具背光的鍵盤或液晶面板。