TWI525604B - 影像分析和影像顯示的裝置和方法 - Google Patents

Description

影像分析和影像顯示的裝置和方法

本發明是有關於一種影像處理的裝置和方法，且特別是有關於一種影像分析和影像顯示的裝置和方法。

有些平面顯示器，即使顯示的影像只有單一顏色，仍然會有亮度不均勻的瑕疵現象(mura)，就是有部分區域較亮，而部分區域較暗，而且亮區和暗區可能呈現不規則分布。這種亮度不均勻現象可能來自顯示器的背光光場設計不良，導光板及擴散板等光學膜片的不均勻，甚至是顯示器內面的髒污。

與壞點、斷線等明顯缺陷或者是亮度與色度等規格不同，亮度不均勻現象主要由人眼檢測，且主觀判定不一致，容易產生爭議。當顯示器的亮度不均勻現象過於明顯的時候，可能不被消費者接受而必須整批退貨，或者是以比較差的品質等級出貨而影響售價。

欲解決亮度不均勻的情形，可以增加顯示器的光學膜片的擴散程度，但如此便會增加成本。

本發明提供一種影像分析和影像顯示的裝置和方法，以消除或減輕顯示器的亮度不均勻現象。

本發明的影像分析裝置包括影像擷取裝置、處理器、以及儲存裝置。影像擷取裝置擷取顯示器所顯示的第一影像以產生第二影像。處理器耦接影像擷取裝置，根據第二影像的多個畫素的多個亮度值決定至少一目標值，並根據上述至少一目標值產生至少一增益表。每一上述增益表對應一上述目標值。第二影像的每一畫素(pixel)對應每一上述增益表中的多個增益值其中之一。儲存裝置耦接處理器，儲存上述至少一增益表。

本發明的影像顯示裝置包括儲存裝置、處理器、以及顯示器。儲存裝置儲存至少一增益表。每一上述增益表包括多個增益值，上述多個增益值和一影像的多個畫素之間存在一對應關係。處理器耦接儲存裝置，對於每一上述畫素的每一灰階值，根據上述至少一增益表決定該灰階值對應的增益值，並根據上述多個灰階值對應的上述多個增益值補償上述影像。顯示器耦接處理器，顯示補償後的影像。

本發明的影像分析方法包括以下步驟：擷取顯示器所顯示的第一影像以產生第二影像；根據第二影像的多個畫素的多個亮度值決定至少一目標值；根據上述至少一目標值產生至少一增益表，其中每一上述增益表對應一上述目標值，第二影像的每一 畫素對應每一上述增益表中的多個增益值其中之一；以及儲存上述至少一增益表。

本發明的影像顯示方法包括以下步驟：儲存至少一增益表，其中每一上述增益表包括多個增益值，上述多個增益值和一影像的多個畫素之間存在一對應關係；對於每一上述畫素的每一灰階值，根據上述至少一增益表決定該灰階值對應的增益值；根據上述多個灰階值對應的上述多個增益值補償上述影像；以及顯示補償後的影像。

基於上述，本發明根據增益表中的增益值補償顯示器所顯示的影像，因此能以影像訊號處理的方式消除或減輕顯示器的亮度不均勻現象。

為讓本發明的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。

100‧‧‧影像分析裝置

120‧‧‧影像擷取裝置

140‧‧‧處理器

160‧‧‧儲存裝置

180‧‧‧顯示器

210~240‧‧‧方法步驟

310~340‧‧‧方法步驟

400‧‧‧影像顯示裝置

420‧‧‧顯示器

440‧‧‧處理器

460‧‧‧儲存裝置

510~540‧‧‧方法步驟

圖1是依照本發明的一實施例的一種影像分析裝置的示意圖。

圖2是依照本發明的一實施例的一種影像分析方法的流程圖。

圖3是依照本發明的另一實施例的一種影像分析方法的流程圖。

圖4是依照本發明的一實施例的一種影像顯示裝置的示意圖。

圖5是依照本發明的一實施例的一種影像顯示方法的流程圖。

本發明使用影像訊號處理的方式，對顯示器顯示的影像中的畫素進行調亮或調暗的補償，以消除或減輕顯示器的亮度不均勻現象。對於畫素的各個灰階(gray level)，上述的亮度不均勻現象中的亮區與暗區可能會有不同的不均勻程度以及分布形狀。所以本發明將畫素可能呈現的多個灰階考慮在內，可對具有不同灰階值的畫素進行不同程度的補償。

圖1是依照本發明的一實施例的一種影像分析裝置100的示意圖。影像分析裝置100包括影像擷取裝置120、處理器140、以及儲存裝置160。處理器140耦接影像擷取裝置120和儲存裝置160。影像擷取裝置120可以是任何可將接收的光訊號轉換為數位影像的電子裝置，例如數位相機。儲存裝置160可以是任何具有資料儲存能力的電子裝置，例如記憶體或磁碟機。

圖2是依照本發明的一實施例的一種影像分析方法的流程圖。圖2的影像分析方法可由影像分析裝置100執行。在步驟210，影像擷取裝置120擷取顯示器180所顯示的影像I₁以產生影像I₂。顯示器180可以耦接處理器140並由處理器140控制。顯 示器180也可由另一個電子裝置控制。

步驟210的目的是量測顯示器180的亮度不均勻現象。影像I₁可以是黑白影像或彩色影像。如果影像I₁是黑白影像，則影像I₁的每個畫素只有一個灰階值。如果影像I₁是彩色影像，則影像I₁的每個畫素有多個灰階值。例如一般彩色顯示器，每個畫素有三個灰階值，分別對應紅色、綠色和藍色。為了準確量測顯示器180的亮度不均勻現象，影像I₁可以是均勻的白色或灰色影像。也就是說，影像I₁的每一畫素的每一個灰階值可以是相同的數值。

影像I₂包含多個畫素。如果顯示器180有亮度不均勻現象，則影像I₂的多個畫素不會只有單一亮度值，而是會有多個不同的亮度值。處理器140可在步驟220根據影像I₂的多個畫素的多個亮度值決定一個目標值。目標值可選自影像I₂的畫素亮度範圍。也就是說，目標值大於或等於影像I₂的多個亮度值其中的最小值，而且目標值小於或等於影像I₂的多個亮度值其中的最大值。然後處理器140在步驟230根據目標值產生一個增益表。儲存裝置160可在步驟240儲存此增益表。

影像I₁和影像I₂是由畫素組成的二維陣列(array)，而增益表是由多個增益值組成的二維陣列。所以影像I₁的每一個畫素對應增益表中位置相同的一個增益值，增益表中的每一個增益值對應影像I₂中位置相同的一個畫素。增益表中的每一個增益值等於上述目標值除以該增益值對應的影像I₂的畫素的亮度值。

舉例來說，假設影像I₁是全白影像。也就是說，影像I₁的每一畫素的每一個灰階值都是影像I₁的灰階解析度所對應的最大灰階值。由此產生的增益表即對應此最大灰階值。如果影像I₁的灰階解析度是八位元，則對應的最大灰階值就是255。處理器140可在影像I₂的畫素的亮度值之中尋找最大值與最小值，假設最大值是479，最小值是294。全白影像已經是最明亮的影像，其中的畫素不能調亮，只能調暗。為了使補償後的影像有均勻亮度，便以畫素亮度的最小值294做為目標值以產生增益表。舉一個簡單範例，假設影像I₁、影像I₂和增益表的大小都是6x4。下面的表1列出影像I₂的畫素的亮度值，表2是增益表。表2中的每一個增益值等於目標值294除以該增益值對應的影像I₂的畫素的亮度值。

影像分析裝置100可將圖2的影像分析方法執行多次，以產生多個增益表。這些增益表可對應不同的影像I₁，對應不同的目標值，並對應不同的灰階值。舉例來說，當影像分析裝置100第二次執行圖2的影像分析方法時，影像I₁可以是均勻的中灰色影像。所謂中灰色影像是指影像I₁的每一畫素的每一個灰階值都是影像I₁的灰階解析度所對應的中間灰階值。此次產生的增益表即對應此中間灰階值。如果影像I₁的灰階解析度是八位元，則對應的中間灰階值就是127或128。假設步驟210擷取的影像I₂的畫素的亮度值之中，最大值為242，最小值為148，則可用影像I₂的畫素亮度的中間值，也就是最大值242和最小值148的平均值，做為目標值，使用前述的相同方式產生另一個增益表。

若要消除或減輕顯示器的亮度不均勻現象，可用增益表中的增益值補償被顯示的影像，也就是將被顯示的影像的每一畫素的每一灰階值乘上對應的增益值。表2的增益表以影像I₂的畫素亮度的最小值做為目標值，因此表2的增益值皆小於或等於1，這是將影像中較亮的畫素調暗使其與最暗的畫素一致，但這樣就損失了顯示器的背光效率。若以影像I₂的畫素亮度的中間值做為目標值，可讓較暗畫素對應的增益值大於1，如此可減少顯示器的背光效率的損失。

不過要注意的是，目標值的選擇會影響增益值的大小，因此會影響補償後的影像中的灰階值。目標值的選擇不應該使補償後的影像中的灰階值超過該影像的灰階解析度所對應的最大灰 階值。

圖3是依照本發明的另一實施例的一種影像分析方法的流程圖。步驟310和步驟210相同，只擷取一個影像I₁。處理器140可在步驟320根據影像I₂的畫素的多個亮度值決定多個不同的目標值，然後在步驟330根據上述多個目標值產生多個不同的增益表。儲存裝置160可在步驟340儲存上述多個增益表。

舉例來說，影像I₁可以是全白影像。如前所述，影像I₂的畫素的亮度值之中，最大值是479，最小值是294。處理器140可在步驟320決定兩個目標值。第一個目標值是最小值294。第二個目標值是影像I₂的畫素的亮度值的中間值，也就是最大值479和最小值294的平均值387。然後處理器140可在步驟330產生兩個增益表。第一個增益表對應第一個目標值，也就是最小值294，並對應影像I₁的灰階解析度所對應的最大灰階值。第一個增益表的每一個增益值等於最小值294除以該增益值對應的影像I₂的畫素的亮度值。第二個增益表對應第二個目標值，也就是中間值387，並對應影像I₁的灰階解析度所對應的中間灰階值。第二個增益表的每一個增益值等於中間值387除以該增益值對應的影像I₂的畫素的亮度值。

圖4是依照本發明的一實施例的一種影像顯示裝置400的示意圖。影像顯示裝置400包括顯示器420、處理器440、以及儲存裝置460。處理器440耦接顯示器420和儲存裝置460。為了有效消除或減輕亮度不均勻現象，顯示器420和顯示器180應該 有相同或相似的亮度分布。例如，顯示器420和顯示器180可以是同一個廠牌型號的顯示器，或是同一批製造出來的顯示器，或是同一個顯示器。

圖5是依照本發明的一實施例的一種影像顯示方法的流程圖。圖5的影像顯示方法可由影像顯示裝置400執行。在步驟510，儲存裝置460儲存由影像分析裝置100產生的至少一個增益表。每一個增益表對應一個灰階值。每一個增益表包括多個增益值，其中每一個增益值對應將由顯示器420顯示的一個影像I的多個畫素其中之一。換句話說，影像I的每一個畫素在每一個增益表中皆對應一個增益值。

對於影像I的每一個畫素的每一個灰階值，處理器440在步驟520根據儲存裝置460儲存的至少一個增益表決定該灰階值對應的增益值，並且在步驟530將該灰階值乘上該灰階值對應的該增益值，以補償影像I。顯示器420在步驟540顯示補償後的影像I。

以下說明處理器440如何根據增益表來決定每一個灰階值所對應的增益值。假設處理器440需要決定影像I的某一個畫素P的某一個灰階值V所對應的增益值G_V。如前所述，儲存裝置460儲存的每一個增益表皆對應一個灰階值。每一個增益表就是用於補償該增益表所對應的該灰階值。當灰階值V正好等於某一個增益表所對應的灰階值，則灰階值V對應的增益值G_V就是該增益表中對應畫素P的增益值。處理器440會在步驟530將畫素P的 灰階值V乘上對應的增益值G_V，以補償影像I。

舉例來說，假設影像I的灰階解析度為八位元，對應的最大灰階值為255，對應的中間灰階值為128。假設儲存裝置460儲存兩個增益表，其中第一個增益表對應最大灰階值255，第二個增益表對應中間灰階值128。當畫素P的灰階值V正好等於255，則增益值G_V就是第一個增益表中對應畫素P的增益值。當畫素P的灰階值V正好等於128，則增益值G_V就是第二個增益表中對應畫素P的增益值。

另一方面，當灰階值V不等於每一個增益表所對應的灰階值時，則處理器440根據儲存裝置460儲存的至少一個增益表所對應的至少一個灰階值、畫素P的灰階值V、以及上述增益表中對應畫素P的至少一個增益值，計算畫素P的灰階值V所對應的增益值G_V。

在前面的範例中，當灰階值V不等於255也不等於128，則處理器440可利用上述的兩個增益表和內插運算(interpolation)來計算灰階值V所對應的增益值G_V。當灰階值V介於255和128之間時，處理器440可用下列的公式(1)計算增益值G_V。

G_V=((V-128)x G₂₅₅+(255-V)x G₁₂₈)/(255-128)……(1)

公式(1)當中，G₂₅₅是第一個增益表中對應畫素P的增益值，G₁₂₈是第二個增益表中對應畫素P的增益值。

當灰階值V介於128和0之間時，處理器440可用下列的公式(2)計算增益值G_V。

G_V=(V x G₁₂₈+(128-V)x G₀)/128……………………(2)

公式(2)當中，G₀是對應灰階值0的增益值。因為本實施例不對灰階值0做補償，所以G₀等於1。

由圖2的方法流程的說明可以看出，每一個增益表中的每一個增益值的用意是將位於亮區的畫素調暗或將位於暗區的畫素調亮。所以利用對應的增益值補償每一個畫素的每一個灰階值，可使同色的畫素無論在什麼位置顯示亮度都一致，以消除或減輕顯示器的亮度不均勻現象。

前面的實施例使用兩個增益表，但本發明並不限定增益表的數量。在其他實施例中，影像分析裝置100可產生任意數量的增益表，影像顯示裝置400也可使用任意數量的增益表。增益表數量越多，就有越高的補償品質。最完備的做法是影像I的灰階解析度所允許的每一個灰階值都有一個對應的增益表。這樣對於影像I的任何一個畫素P的任何一個灰階值V，只要查表就能取得對應的增益值G_V。如果增益表的數量較少，而且灰階值V沒有對應的增益表，則處理器440可用如上所述的內插運算來計算對應的增益值G_V。或者，處理器440也可用外插運算(extrapolation)或曲線適配(curve fitting)等方式根據現有的增益表來計算增益值G_V。

綜上所述，本發明可偵測並分析顯示器的亮度不均勻現象所造成的畫素顯示亮度的差異，以產生增益表，並且用增益表補償影像，以消除或減輕亮度不均勻現象，進而提高顯示器的良 率與品質。本發明的影像補償可以調暗或調亮畫素，如此可維持顯示器的畫面整體亮度，減少顯示器的背光效率的損失。本發明可對畫素的不同灰階值進行不同程度補償，使補償結果更符合完美的預期畫面。本發明不需要變動顯示器的硬體設計，不會增加顯示器的硬體成本。

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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧影像分析裝置

120‧‧‧影像擷取裝置

140‧‧‧處理器

160‧‧‧儲存裝置

180‧‧‧顯示器

Claims (14)

1. 一種影像顯示裝置，包括：一儲存裝置，儲存至少一增益表，其中每一上述增益表包括多個增益值，上述多個增益值和一影像的多個畫素之間存在一對應關係；一處理器，耦接該儲存裝置，對於每一上述畫素的每一灰階值，根據該至少一增益表決定該灰階值對應的增益值，並根據上述多個灰階值對應的上述多個增益值補償該影像；以及一顯示器，耦接該處理器，顯示補償後的該影像，其中每一上述增益表對應一灰階值。
2. 如申請專利範圍第1項所述的影像顯示裝置，對於每一上述畫素的每一上述灰階值，當該畫素的該灰階值等於該至少一增益表其中之一對應的該灰階值，則該畫素的該灰階值對應的該增益值就是該增益表中對應該畫素的該增益值。
3. 如申請專利範圍第1項所述的影像顯示裝置，對於每一上述畫素的每一上述灰階值，當該畫素的該灰階值不等於每一上述增益表對應的該灰階值，則該處理器根據該至少一增益表對應的該至少一灰階值、該畫素的該灰階值、以及該至少一增益表中對應該畫素的至少一增益值，計算該畫素的該灰階值對應的該增益值。
4. 如申請專利範圍第1項所述的影像顯示裝置，其中對於每一上述畫素的每一上述灰階值，該處理器將該灰階值乘上該灰階 值對應的該增益值，以補償該影像。
5. 一種影像分析方法，包括：擷取一顯示器所顯示的一第一影像以產生一第二影像；根據該第二影像的多個畫素的多個亮度值決定至少一目標值；根據該至少一目標值產生至少一增益表，其中每一上述增益表對應該至少一目標值其中之一，該第二影像的每一畫素對應每一上述增益表中的多個增益值其中之一；以及儲存該至少一增益表。
6. 如申請專利範圍第5項所述的影像分析方法，其中該第一影像的每一畫素的每一灰階值皆相同。
7. 如申請專利範圍第6項所述的影像分析方法，其中當該灰階值為該第一影像的灰階解析度所對應的最大灰階值時，該至少一目標值包括該第二影像的上述多個亮度值其中的中間值和/或最小值；當該灰階值為該第一影像的該灰階解析度所對應的中間灰階值時，該至少一目標值包括該第二影像的上述多個亮度值其中的中間值。
8. 如申請專利範圍第5項所述的影像分析方法，其中每一上述目標值大於或等於該第二影像的上述多個亮度值其中的最小值，而且每一上述目標值小於或等於該第二影像的上述多個亮度值其中的最大值。
9. 如申請專利範圍第5項所述的影像分析方法，其中每一上 述增益表的每一上述增益值等於該增益表對應的該目標值除以該增益值對應的該畫素的該亮度值。
10. 如申請專利範圍第5項所述的影像分析方法，更包括：根據該第二影像的上述多個亮度值決定多個不同的目標值；根據上述多個目標值產生多個不同的增益表；以及儲存上述多個增益表。
11. 一種影像顯示方法，包括：儲存至少一增益表，其中每一上述增益表包括多個增益值，上述多個增益值和一影像的多個畫素之間存在一對應關係；對於每一上述畫素的每一灰階值，根據該至少一增益表決定該灰階值對應的增益值；根據上述多個灰階值對應的上述多個增益值補償該影像；以及顯示補償後的該影像，其中每一上述增益表對應一灰階值。
12. 如申請專利範圍第11項所述的影像顯示方法，對於每一上述畫素的每一上述灰階值，當該畫素的該灰階值等於該至少一增益表其中之一對應的該灰階值，則該畫素的該灰階值對應的該增益值就是該增益表中對應該畫素的該增益值。
13. 如申請專利範圍第11項所述的影像顯示方法，對於每一上述畫素的每一上述灰階值，當該畫素的該灰階值不等於每一上述增益表對應的該灰階值，則該影像顯示方法更包括： 根據該至少一增益表對應的該至少一灰階值、該畫素的該灰階值、以及該至少一增益表中對應該畫素的至少一增益值，計算該畫素的該灰階值對應的該增益值。
14. 如申請專利範圍第11項所述的影像顯示方法，其中對於每一上述畫素的每一上述灰階值，該影像顯示方法更包括：將該灰階值乘上該灰階值對應的該增益值，以補償該影像。