TWI703868B - 投影亮度和對比的自動調整系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明之一實施例揭露一種投影亮度和對比的自動調整系統及方法。投影亮度和對比的自動調整系統包含一影像擷取單元、一亮度量測單元、一測距單元、一亮度調整單元及一對比調整單元。依據對焦距離、環境亮度值及一亮度增大倍率可計算出一輸出發光強度值，且投影機依據輸出發光強度值調整投射至投影區域的亮度。參考亮度增大倍率可設定輸出對比值，且投影機依據輸出對比值調整投影區域的對比。

Description

投影亮度和對比的自動調整系統及方法

本發明關於一種投影亮度和對比的自動調整系統及投影亮度和對比的自動調整方法。

投影機若持續投射高亮度的畫面，容易造成燈源壽命減少且不易散熱。一般而言，投影機畫面亮度和背景亮度差異過小時，會感覺畫面過暗且色澤不佳，但當投影機畫面亮度和背景亮度差異過大時，觀看畫面時眼睛容易不適。當畫面亮度和背景亮度在適當的比例下，視覺效果較佳且人眼也較舒適，因此，投影機使用時常有即時調整投影亮度的需求。然而，目前的投影機亮度都是以手動方式進行調整而較為不便。

本發明提供一種投影亮度和對比的自動調整系統及投影亮度和對比的自動調整方法。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提出一種投影亮度和對比的自動調整系統。投影亮度和對比的自動調整系統包含一影像擷取單元、一亮度量測單元、一測距單元、一亮度調整單元及一對比調整單元。影像擷取單元擷取一影像以取得投影區域或投影區域外的一背景區域的亮度，且亮度量測單元依據影像擷取單元的取像參數及投影機的鏡頭特性參數計算出一環境亮度值。測距單元依據投影機的自動對焦位置與 鏡頭特性參數計算出一對焦距離，且亮度調整單元依據對焦距離、環境亮度值及一亮度增大倍率計算出一輸出發光強度值，其中亮度增大倍率為一預設舒適亮度值與環境亮度值的比值，且投影機依據輸出發光強度值調整投射至投影區域的亮度。對比調整單元參考亮度增大倍率設定一輸出對比值，且投影機依據輸出對比值調整投影區域的對比。

藉由上述實施例的設計，投影機可以依據目前的環境亮度來自動調整畫面所需亮度或對比，提高畫面亮度調整的機動性及便利性，且透過投影機亮度或對比自動調整的功能，可避免持續使用高亮度投射畫面，故可延長燈源使用壽命並減少散熱需求。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、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。

10‧‧‧投影亮度和對比的自動調整系統

12‧‧‧影像擷取單元

14‧‧‧亮度量測單元

16‧‧‧測距單元

18‧‧‧亮度調整單元

19‧‧‧對比調整單元

21‧‧‧自動對焦單元

22‧‧‧投影機

22a‧‧‧鏡頭

23‧‧‧處理器

24‧‧‧攝像頭

24a‧‧‧取像鏡頭

24b‧‧‧光感測器

25‧‧‧光源驅動器

26‧‧‧影像

27‧‧‧影像處理器

28‧‧‧影像處理單元

29‧‧‧處理器

32‧‧‧屏幕

A‧‧‧投影區域

B‧‧‧背景區域

C‧‧‧對比值

F‧‧‧亮度修正因子

I‧‧‧影像

L‧‧‧對焦距離

N‧‧‧亮度增大倍率

O‧‧‧輸出發光強度值

S‧‧‧環境亮度值

S1、S2‧‧‧Gamma曲線

圖1為本發明一實施例的投影亮度和對比的自動調整系統的方塊示意圖。

圖2及圖3為說明圖1的自動調整系統的一構件組成實例的示意圖。

圖4為本發明一實施例，顯示取像區域與投影區域的相對位置的示意圖。

圖5為說明由對焦距離計算輸出發光強度值之一例的示意圖。

圖6為說明藉由設定不同Gamma曲線調整對比的示意圖。

圖7為本發明一實施例的投影亮度和對比的自動調整方法的流程圖。

圖8為本發明另一實施例的投影亮度和對比的自動調整方法的流程圖。

圖9為本發明另一實施例的投影亮度和對比的自動調整方法的流程圖。

圖10為本發明另一實施例，顯示取像區域與投影區域的相對位置的示意圖。

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實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1為本發明一實施例的投影亮度和對比的自動調整系統的示意圖。投影亮度和對比的自動調整系統10可依據周遭環境的亮度來自動調整投影畫面所需亮度或對比，使觀察者觀看到相對人眼較為舒適的投影畫面。如圖1所示，投影亮度和對比的自動調整系統10可包含一影像擷取單元12、一亮度量測單元14、一測距單元16、一亮度調整單元18以及一對比調整單元19。影像擷取單元12可擷取一影像I以取得一投影區域或者投影區域外的一背景區域的亮度，且亮度量測單元14可依據影像擷取單元12的取像參數及投影機的鏡頭特性參數計算出一環境亮度值S。測距單元16可依據投影機22的自動對焦位置與鏡頭特性參數計算出一對焦距離L，且亮度調整單元18可依據對焦距離L、環境亮度值S及一亮度增大倍率N計算 出一輸出發光強度值O，亮度增大倍率N可為一預設舒適亮度值與環境亮度值S的比值，投影機22可依據輸出發光強度值O調整投射至投影區域的亮度。對比調整單元19可參考亮度增大倍率N設定一輸出對比值C，且投影機22依據輸出對比值C調整投影區域的對比。如圖2所示，於一實施例中，投影機22可具有自動對焦單元21而具有自動對焦的功能，且可經由鏡頭22a投射影像到例如屏幕32的物件上，影像擷取單元12例如可為如圖3所示的一攝像頭24，攝像頭24例如可設置於投影機22上但不限定，測距單元16及亮度調整單元18例如可為一處理器23所構成，處理器23可提供計算對焦距離L、亮度增大倍率N及輸出發光強度值O的功能，亮度調整單元18例如可為投影機22的光源驅動器25，光源驅動器25可依據輸出發光強度值O調整發光強度，進而改變投射至投影區域的亮度。處理器23例如可設置於自動對焦單元21內或其他裝置而不限定。對比調整單元19例如可為投影機22的一影像處理器27，影像處理器27可依據設定的輸出對比值C調整輸出亮度的Gamma曲線。如圖3所示，攝像頭24例如可包含收集光訊號的取像鏡頭24a及將光訊號轉為電子信號的光感測器24b，電子信號再由影像處理單元28進行後續的影像處理。攝像頭24及影像處理單元28例如可為一相機中的元件。於一實施例中，亮度量測單元14可為影像處理單元28中的一處理器29，處理器29可依據攝像頭24的取像參數及投影機22的鏡頭特性參數計算出環境亮度值S。

如圖4所示，投影機22可於屏幕32上形成一投影區域A，且照相機24可拍攝一包含且大於投影區域A的影像26，因此，影像26中於投影區域A外的區域可視為一背景區域B，照相機24於擷取影像26時，可取得投影區域A或者背景區域B的亮度，亮度 量測單元14可依據攝像頭24的取像參數(例如曝光時間、亮度增益值及灰階位元值)以及投影機22的鏡頭特性參數(例如投影畫面尺寸、鏡頭對焦長度等)計算出一環境亮度值S。再者，測距單元16可依據投影機22的自動對焦位置與鏡頭特性參數計算出一對焦距離L(即投影機完成自動對焦後鏡頭至投射畫面的直線距離)。如下說明利用投影機22的自動對焦功能獲得投影機鏡頭22a與屏幕32間的一對焦距離L的一例。如下表所示，假設投影機22已完成30吋畫面的位置校正，獲得其對應一絕對參考點的位置所需的馬達步數為200步，當投影機22完成自動對焦後，鏡頭22a移動到目前位置所需的馬達步數為124步，因投影屏幕32的位置不變，故可由下表中得出對焦距離為2629mm。再者，若實際馬達步數並未出現於下表中，可使用內插的方式或另外建立每一步數對應對焦距離的表格來獲得對焦距離。

投影畫面所需的預設舒適亮度值可設定為環境亮度 值S的N倍(N>1)，亦即，當測得環境亮度值S後，投影畫面的亮度調整為環境亮度值的N倍時可獲得具有舒適亮度的畫面，N值可定義為亮度增大倍率。因此，於一實施例中，若投影機具有投射出N倍的亮度值的能力時，可依據對焦距離L、環境亮度值S及亮度增大倍率N計算出投影機光源所需的一輸出發光強度值O而即時調整投射至投影區域A的亮度。於一實施例中，投影機22的光源驅動器25輸出的輸出發光強度值O可以由下列的式子獲得： 輸出發光強度值O(lm)=環境亮度值(lm/m²)×亮度增益倍率N×投影區域面積(m²)=環境亮度值S(lm/m²)×亮度增大倍率N×對焦距離L(m)×tanθv×(2×對焦距離L(m)×tanθ_H)；式中參數之定義如圖5所示，其中θ_H是投影區域A相對光軸的水平夾角，且tanθ_V是投影畫面相對光軸的垂直夾角。

於一實施例中，當投影機22的光源無法達到投射出N倍的亮度值的能力時，對比調整單元19可如圖6所示選擇加強輸出對比的Gamma曲線S1，藉以彌補亮度增強的不足以獲得較佳的投影畫面品質。於另一實施例中，亦可先調整對比的Gamma曲線後再考慮調高亮度增益倍率N，如此可獲得以較小的亮度增益倍率N得到良好的畫面的效果，藉以節省光源耗電量。於另一實施例中，亦可考慮同時調整對比的Gamma曲線(例如選擇曲線S1加強對比或曲線S2減弱對比)與亮度增益倍率N，以獲得不錯的畫面品質同時能達到節能效果。

以下表為例，若亮度增益倍率N設定在5-7倍，Gamma可在25-75%的範圍內藉由表值選定，以獲得不錯的畫面品質同時能達到節能效果。於本實施例中，表值可依據公式訂出：例如[Nn,Gn]=[(7-0.2n),(25+5n)]。

於另一實施例中，如下表所示，表值可不依公式直接由經驗值或需求訂出：

於一實施例中，如圖7所示，一種投影亮度和對比的自動調整方法可包含下列步驟：

步驟S102：將系統開機。

步驟S104：利用一影像擷取單元擷取一影像以取得該投影區域或者投影區域外的一背景區域的亮度。

步驟S106：依據影像擷取單元的取像參數及投影機的鏡頭特性參數計算出一環境亮度值。

步驟S108：進行投影機的自動對焦操作。

步驟S110：依據投影機的對焦位置與鏡頭特性參 數計算出一對焦距離。

步驟S112：依據對焦距離及環境亮度值計算出一輸出亮度值，且投影機依據輸出亮度值及亮度增益倍率調整投射至投影區域的亮度及對比。再者，可視周遭環境亮度變化即時調整輸出亮度及對比(步驟S116)，若周遭環境亮度產生變化時，可跳回步驟S104重覆上述流程調整投影畫面亮度及對比，若不需調整則結束本次調整流程，於此「結束」用語代表結束本次調整流程並等待下次環境變化時系統再進行調整(步驟S118)。

如圖8所示，於另一實施例中，一種投影亮度和對比的自動調整方法可包含下列步驟：

步驟S202：將系統開機。

步驟S204：進行投影機的自動對焦操作。

步驟S206：利用一影像擷取單元擷取一影像以取得投影區域或者投影區域外的一背景區域的亮度。

步驟S208：依據影像擷取單元的取像參數及投影機的鏡頭特性參數計算出一環境亮度值。

步驟S210：依據投影機的自動對焦位置與鏡頭特性參數計算出一對焦距離。

步驟S212：依據對焦距離及環境亮度值計算出一輸出亮度值，投影機依據輸出亮度值及亮度增益倍率調整投射至投影區域的亮度及對比。再者，例如當投影機移動或其它因素而有重新對焦的需要時(步驟S216)，可跳回步驟S204重覆上述流程調整投影畫面亮度及對比，若不需調整則結束本次調整流程，於此「結束」用語代表結束本次調整流程並等待下次環境變化時系統再進行調整(步驟S218)。

如圖7及圖8所示的亮度調整流程僅為示例而不限定，於其他的實施例中，例如亦可同時進行投影機的自動對焦及影像擷取單元擷取影像的操作。再者，雖然圖7及圖8所示為同時調整投影區域的亮度及對比的調整流程，但其並不限定，亦可視各種因素(例如投影機出光能力、節能效率、畫面品質需求)等僅調整投影區域的亮度或僅調整投影區域的對比。再者，無論投影機22採用自動對焦或手動對焦方式，均能實施前述的投影區域的對比調整流程。

綜上所述，本發明之實施例至少具有下列其中一個優點：藉由上述各個實施例的設計，投影機可以依據目前的環境亮度來自動調整畫面所需亮度或對比，提高畫面亮度調整的機動性及便利性，且透過投影機亮度或對比的自動調整的功能，可避免持續使用高亮度投射畫面，故可延長燈源使用壽命並減少散熱需求。

如圖9所示，於另一實施例中，一種投影亮度的自動調整方法可包含下列步驟：

步驟S302：將系統開機。

步驟S304：進行投影機的自動對焦操作。

步驟S306：利用一影像擷取單元擷取一影像以取得該投影區域以及投影區域外的一背景區域的亮度。

步驟S308：依據影像擷取單元的取像參數及投影機的鏡頭特性參數計算出一環境亮度值。

步驟S310：判斷投影區域的亮度經由一亮度修正因子加權計算後所得之加權值，是否達到預設的舒適亮度。於一實施例中，預設舒適亮度值可為環境亮度值的N倍(=環境亮度值(lm/m²)×N)，亮度修正因子F之值可為投影畫面的畫素總數除以所有畫素的亮 度值之總和，因此當目前投影亮度值(lm/m²)乘上亮度修正因子F所得之加權值，不等於預設舒適亮度值時，則增加或減少投影機的亮度(步驟S312)並跳至步驟S306重覆上述流程，直到該加權值等於預設舒適亮度值時結束本次調整流程，於此「結束」用語代表結束本次調整流程並等待下次環境變化時系統再進行調整(步驟S314)。

藉由本實施例的設計，不需計算出對焦距離亦能獲得投影亮度和對比的自動調整的效果。

如圖10所示，於一實施例中，若影像擷取單元12擷取的影像26範圍小於投影機22的一投影區域A，可在投影時插入黑畫面或未投影時量測以獲得背景亮度，同樣可依據對焦距離及環境亮度值計算出一輸出亮度值。

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。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名元件的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。

10‧‧‧投影亮度和對比的自動調整系統

12‧‧‧影像擷取單元

14‧‧‧亮度量測單元

16‧‧‧測距單元

18‧‧‧亮度調整單元

19‧‧‧對比調整單元

22‧‧‧投影機

Claims (13)

1. 一種投影亮度及對比的自動調整系統，包含：一影像擷取單元，擷取一影像以取得一投影區域或者該投影區域外的一背景區域的亮度；一亮度量測單元，依據該影像擷取單元的取像參數及一投影機的鏡頭特性參數計算出一環境亮度值；一測距單元，依據該投影機的一自動對焦位置與該鏡頭特性參數計算出一對焦距離；一亮度調整單元，依據該對焦距離、該環境亮度值及一亮度增大倍率計算出一輸出發光強度值，其中該亮度增大倍率為一預設舒適亮度值與該環境亮度值的比值，且該投影機依據該輸出發光強度值調整投射至該投影區域的亮度；以及一對比調整單元，參考該亮度增大倍率設定一輸出對比值，且該投影機依據該輸出對比值調整該投影區域的對比。
2. 一種投影亮度和對比的自動調整系統，用於調整一具自動對焦功能的投影機的一投影區域的亮度和對比，該投影亮度和對比的自動調整系統包含：一攝像頭，擷取一影像以取得該投影區域或者該投影區域外的一背景區域的亮度； 一第一處理器，依據該攝像頭的取像參數及該投影機的鏡頭特性參數計算出一環境亮度值；一第二處理器，依據該投影機的一自動對焦位置與該鏡頭特性參數計算出一對焦距離，依據該環境亮度值與一預設舒適亮度值計算出一亮度增大倍率，依據該對焦距離及該亮度增大倍率計算出一輸出發光強度值，且參考該亮度增大倍率設定一輸出對比值；一光源驅動器，依據該輸出發光強度值調整投射至該投影區域的亮度；以及一影像處理器，依據該輸出對比值調整該投影區域的對比。
3. 如請求項1或2所述之投影亮度和對比的自動調整系統，其中該取像參數包含曝光時間、亮度增益值、及灰階位元值。
4. 如請求項1或2所述之投影亮度和對比的自動調整系統，其中該鏡頭特性參數包含投影畫面尺寸及鏡頭對焦長度。
5. 如請求項1或2所述之投影亮度和對比的自動調整系統，其中移動至該對焦位置所需的馬達行徑步數對應關連該對焦距離。
6. 如請求項2所述之投影亮度和對比的自動調整系統，其中該攝像頭包含收集光訊號的一取像鏡頭及將光訊號轉為電子信號的一光感測器。
7. 一種投影亮度和對比的自動調整方法，用於調整一投影機投 射出的一投影區域的亮度和對比，該投影亮度和對比的自動調整方法包含：利用一影像擷取單元擷取一影像以取得該投影區域或者該投影區域外的一背景區域的亮度；依據該影像擷取單元的取像參數及該投影機的鏡頭特性參數計算出一環境亮度值；依據該投影機的自動對焦位置與該鏡頭特性參數計算出一對焦距離；以及依據該對焦距離及該環境亮度值計算出一輸出發光強度值及一輸出對比值，且該投影機依據該輸出發光強度值及該輸出對比值分別調整投射至該投影區域的亮度及對比。
8. 如請求項7所述之投影亮度和對比的自動調整方法，更包含：視周遭環境亮度變化重新擷取影像以即時調整該投影區域的亮度及對比。
9. 如請求項7所述之投影亮度和對比的自動調整方法，更包含：改變該投影機的該自動對焦位置並重新擷取影像，以即時調整該投影區域的亮度。
10. 一種投影亮度自動調整方法，用於調整一投影機投射出的一投影區域的亮度，該投影亮度自動調整方法包含： 利用一影像擷取單元擷取一影像以取得該投影區域或者該投影區域外的一背景區域的亮度；依據該影像擷取單元的取像參數及該投影機的鏡頭特性參數計算出一環境亮度值；依據該投影機的自動對焦位置與該鏡頭特性參數計算出一對焦距離；以及依據該對焦距離及該環境亮度值計算出一輸出發光強度值，且該投影機依據該輸出發光強度值調整投射至該投影區域的亮度。
11. 一種投影亮度自動調整方法，用於調整一投影機投射出的一投影區域的亮度，該投影亮度和對比的自動調整方法包含：利用一影像擷取單元擷取一影像以取得該投影區域以及該投影區域外的一背景區域的亮度；依據該影像擷取單元的取像參數及該投影機的鏡頭特性參數計算出一環境亮度值；比較該投影區域的亮度經由一亮度修正因子加權計算後所得之加權值與預設的一舒適亮度值；以及調整該投影機的輸出亮度使該加權值等於該舒適亮度值。
12. 如請求項11所述之投影亮度和對比的自動調整方法，其中該舒適亮度值為該環境亮度值的倍數。
13. 一種投影對比的自動調整方法，包含：利用一影像擷取單元擷取一影像以取得該投影區域或者該投影區域外的一背景區域的亮度；依據該影像擷取單元的取像參數及該投影機的鏡頭特性參數計算出一環境亮度值；依據該投影機的一對焦位置與該鏡頭特性參數計算出一對焦距離；依據該環境亮度值與一預設舒適亮度值計算出一亮度增大倍率；參考該亮度增大倍率設定一輸出對比值；以及依據該輸出對比值調整該投影區域的對比。

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