TWI774459B - 亮度調整方法及其相關顯示系統 - Google Patents

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Abstract

一種亮度調整方法，適用於一顯示系統，該顯示系統包含一高動態範圍顯示裝置，其中該高動態範圍顯示裝置用來顯示一影像，該亮度調整方法包含有偵測該高動態範圍顯示裝置與一使用者之一距離；根據該距離，更新對應於該高動態範圍顯示裝置之該影像之一亮度；根據該影像之該亮度，計算對應於該影像之元數據；以及根據對應於該影像之該元數據，決定顯示於該高動態範圍顯示裝置之該影像。

Description

亮度調整方法及其相關顯示系統
本發明係指一種亮度調整方法及其相關顯示系統，尤指一種可動態地調整顯示器亮度之亮度調整方法及其相關顯示系統。
由於高動態範圍(high dynamic range，HDR)影像可呈現更多影像的明暗細節，以及不直接相關的更多色彩，因此現有的顯示裝置透過HDR功能可顯示更高的對比、更高的亮度以及更多的色彩。現有的具有高動態範圍HDR功能的顯示器可經由作業系統開啟或關閉HDR功能，當顯示器的HDR功能被開啟後，顯示器根據來自主系統傳來的影像訊號，並且根據影像訊號中關於顯示裝置的元數據(metadata)以呈現影像對應的亮度。然而，當現有的HDR顯示器的亮度值越高時，若影像內容的亮度過高，例如1400燭光每平方公尺(nits)，可能導致使用者的眼睛不適；另一方面，當HDR顯示器的亮度值過低時，可能導致影像內容中的暗處無法清晰呈現。因此，現有技術有改進的必要。
有鑑於此，本發明提供一種亮度調整方法及其相關顯示系統，以動態地調整顯示器亮度的亮度調整方法及其相關顯示系統。
本發明實施例揭露一種亮度調整方法，適用於一顯示系統，該顯示系統包含一高動態範圍顯示裝置，其中該高動態範圍顯示裝置用來顯示一影像，該亮度調整方法包含有偵測該高動態範圍顯示裝置與一使用者之一距離；根據該距離，更新對應於該高動態範圍顯示裝置之該影像之一亮度；根據該影像之該亮度，計算對應於該影像之元數據；以及根據對應於該影像之該元數 據，決定顯示於該高動態範圍顯示裝置之該影像。
本發明實施例另揭露一種顯示系統，包含有一感測模組，用來偵測與一使用者之一距離；一高動態範圍顯示裝置，用來顯示一影像，其包含有：一顯示縮放器，耦接於該感測模組，用來更新該影像之一亮度；一顯示面板，耦接於該顯示縮放器；以及一主系統，耦接於該高動態範圍顯示裝置，用來提供該影像之元數據；其中，該影像之元數據以及該影像之亮度根據該感測模組所偵測到該距離產生對應於該距離的該影像之元數據以及該影像之亮度，且該顯示縮放器根據該對應於該距離的該影像之元數據以及該影像之亮度，顯示於該高動態範圍顯示裝置之該影像。
10:顯示系統
102:高動態範圍顯示裝置
104:感測模組
106:主系統
108:顯示縮放器
110:顯示面板
20,30,40,50:方法
202-212,302-314,402-412,502-512:步驟
第1圖為本發明實施例之一顯示系統之示意圖。
第2圖為本發明實施例之一亮度調整方法之示意圖。
第3圖至5圖為本發明實施例之另一亮度調整方法之示意圖。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例之一顯示系統10之示意圖。顯示系統10包含一高動態範圍(high dynamic range，HDR)顯示裝置102、一感測模組104及一主系統106。高動態範圍顯示裝置102包含一顯示縮放器108及一顯示面板110，用來顯示一影像。感測模組104用來偵測高動態範圍顯示裝置102與使用者之間的一距離，進一步說明，感測模組104可以是一距離感測器，用來測量高動態範圍顯示裝置102與使用者人臉之間的距離。其中，距離感測器可用來偵測使用者人臉上某一特徵點，例如眼睛、鼻子等特徵，亦可能以人臉上雙眼之間的位置作為量測點，以下所述之實施例，採用人眼作為參考量測點，但並不限定採用其他特徵點方式量測距離。顯示縮放器108可以是一數位訊號介面 (digital signal interface，DVI)縮放器(scaler)，用來透過一積體電路之間(Inter-Integrated Circuit，I2C)介面與感測模組104連接，並且透過一背光控制介面及一面板介面與顯示面板110連接，用來根據高動態範圍顯示裝置102與人眼之間的距離，調整對應於高動態範圍顯示裝置102之影像之一亮度。主系統106可以是具有一運算單元的處理器或個人電腦，以透過I2C介面與高動態範圍顯示裝置102的顯示縮放器108連接，並且主系統106用來根據影像之亮度計算對應於影像之元數據(metadata)，以及根據對應於影像之元數據，決定顯示於高動態範圍顯示裝置102之影像。由於本發明實施例的顯示系統10可在高動態範圍顯示裝置102的高動態範圍功能開啟之下，進一步計算對應於高動態範圍顯示裝置102的元數據，使得高動態範圍顯示裝置102可根據與使用者的眼睛之間的距離，調整對應於高動態範圍顯示裝置102的一最大亮度。
詳細而言，顯示縮放器108根據高動態範圍顯示裝置102與人眼之間的距離，調整對應於高動態範圍顯示裝置102之影像之亮度，其中該亮度係相關於高動態範圍顯示裝置102之一內容最大亮度值(Maximum Content Light Level，MaxCLL)、一圖幀平均亮度最大值(Maximum Frame Average Light Level，MaxFALL)及一內容最小亮度值(Minimum Content Light Level，MinCLL)之至少其中之一。因此，顯示縮放器108可根據感測模組104所感測到的高動態範圍顯示裝置102與人眼之間的距離，更新內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值。在一實施例中，顯示縮放器108可通知主系統106讀取更新後的內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值。舉例而言，主系統106可讀取高動態範圍顯示裝置102的延伸顯示能力識別資料(Extended display identification data，EDID)，以取得高動態範圍顯示裝置102之內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值。
因此，主系統106可於收到來自顯示縮放器108的通知後，讀取更新後的內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值，並且據以計算對應於該影像之元 數據。接著，主系統106再將元數據傳送至顯示縮放器108，使得顯示縮放器108可根據計算後的元數據及對應的像素資料，決定顯示於該高動態範圍顯示裝置102的顯示面板110之影像。
在另一實施例中，主系統106可先讀取高動態範圍顯示裝置102的延伸顯示能力識別資料，以取得高動態範圍顯示裝置102之內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值，再根據高動態範圍顯示裝置102與人眼之間的距離，進行計算並更新內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值，同時，主系統106也一併計算對應於該影像之元數據。接著，主系統106再將元數據以及計算後的內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值傳送至顯示縮放器108，使得顯示縮放器108可根據調整後的元數據及對應的像素資料，決定顯示於該高動態範圍顯示裝置102的顯示面板110之影像。在此情況下，顯示縮放器108不需要進行計算內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值，僅須由主系統106進行計算，再由顯示縮放器108執行更新。
值得注意的是，在另一實施例中，顯示縮放器108也可用來根據更新後之內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值轉換主系統106提供的元數據，再根據轉換後的元數據、更新後之內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值，決定顯示於高動態範圍顯示裝置102的影像。在此情形下，顯示縮放器108則不需要通知主系統106讀取高動態範圍顯示裝置102的調整後的內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值。
此外，在一實施例中，本發明之顯示系統10可用來根據高動態範圍顯示裝置102所處位置之一環境光源，調整對應於高動態範圍顯示裝置102之影像之亮度。也就是說，本發明的感測模組104可用來感測環境光源的一強度，使得顯示系統10之主系統106或顯示縮放器108可根據高動態範圍顯示裝置102與人眼之間的距離以及環境光源，調整高動態範圍顯示裝置102之影像之亮度。
關於顯示縮放器108根據高動態範圍顯示裝置102與人眼之間的距離，以調整對應於高動態範圍顯示裝置102之影像之亮度的方法，顯示縮放器108可於該距離小於一第一距離時，降低高動態範圍顯示裝置102之圖幀平均亮度最大值，以及於該距離大於一第二距離時，增加高動態範圍顯示裝置102之內容最小亮度值。舉例而言，當高動態範圍顯示裝置102的高動態範圍功能於被開啟時，內容最大亮度值為1000燭光每平方公尺(nits)、圖幀平均亮度最大值為400nits、內容最小亮度值為0.5nits。當感測模組104偵測到高動態範圍顯示裝置102與人眼之間的距離大於100公分時，則顯示縮放器108據以將對應於高動態範圍顯示裝置102之影像之亮度調整為：100%的內容最大亮度值(即1000nits)、100%的圖幀平均亮度最大值為(即400nits)、150%的內容最小亮度值(即0.75nits)；當感測模組104偵測到高動態範圍顯示裝置102與人眼之間的距離小於30公分時，則顯示縮放器108據以將對應於高動態範圍顯示裝置102之影像之亮度調整為：70%的內容最大亮度值(即700nits)、70%的圖幀平均亮度最大值為(即280nits)、100%的內容最小亮度值(即0.5nits)；當感測模組104偵測到高動態範圍顯示裝置102與人眼之間的距離為50公分時，則顯示縮放器108據以將對應於高動態範圍顯示裝置102之影像之亮度調整為：70%的內容最大亮度值(即700nits)、100%的圖幀平均亮度最大值為(即400nits)、100%的內容最小亮度值(即0.5nits)。
換言之，在上述實施例中，第一距離可以是30公分，以於高動態範圍顯示裝置102與人眼之間的距離小於30公分時，高動態範圍顯示裝置102之圖幀平均亮度最大值被降低；第二距離可以是100公分，以於高動態範圍顯示裝置102與人眼之間的距離大於100公分時，高動態範圍顯示裝置102之內容最小亮度值被增加；當高動態範圍顯示裝置102與人眼之間的距離介在30-100公分之間，則降低高動態範圍顯示裝置102之內容最大亮度值。
在另一實施例中，主系統106亦可以計算上述顯示縮放器108調整對應於高動態範圍顯示裝置102之影像之亮度的方法，此時，顯示縮放器108僅需接收由主系統106計算後之內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值，再進行更新。
因此，本發明實施例的顯示系統10的使用情境可根據感測模組104偵測到的高動態範圍顯示裝置102與人眼之間的距離，調整高動態範圍顯示裝置102之亮度。如此一來，當高動態範圍顯示裝置102與人眼之間的距離超過100公分時，顯示面板110顯示100%的內容最大亮度值，同時為了顯示影像中的最低亮度的區域可以被清楚地看到，顯示縮放器108可據以提高內容最小亮度值；當高動態範圍顯示裝置102與人眼之間的距離介於30-100公分之間時，代表使用者與高動態範圍顯示裝置102屬於正常的操作區間，因此顯示縮放器108可微幅調整內容最大亮度值；而當高動態範圍顯示裝置102與人眼之間的距離小於30公分時，代表使用者操作時距離高動態範圍顯示裝置102過近，因此顯示縮放器108可據以降低內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值。
顯示系統10之運作方式可歸納為一亮度調整方法20，如第2圖所示。亮度調整方法20的步驟包含有：步驟202：開始；步驟204：偵測高動態範圍顯示裝置102與使用者的眼睛之距離；步驟206：根據該距離，調整對應於高動態範圍顯示裝置102之影像之亮度；步驟208：根據影像之亮度，計算對應於影像之元數據；步驟210：根據對應於影像之元數據，決定顯示於高動態範圍顯示裝置102之影像；步驟212：結束。
關於亮度調整方法20的運作流程，可參考上述顯示系統10之實施例，在此不再贅述。
亮度調整方法20中步驟206到步驟210可進一步由主系統106及顯示縮放器108實現，並且其運作方式可另外歸納為一亮度調整方法30-50。亮度調整方法30的步驟包含有：步驟302：開始；步驟304：主系統106讀取關於高動態範圍顯示裝置102之內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值，顯示縮放器108取得高動態範圍顯示裝置102與使用者的眼睛之距離；步驟306：於高動態範圍顯示裝置102與使用者的眼睛之距離改變時，由顯示縮放器108更新內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值，並且由顯示縮放器108觸發主系統106讀取更新後之內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值；步驟308：主系統106根據更新後的內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值，計算對應於影像之元數據；步驟310：主系統106將計算後的影像之元數據傳送至顯示縮放器108；步驟312：顯示縮放器108根據元數據及對應的像素資料，決定顯示於高動態範圍顯示裝置102之影像；步驟314：結束。
另一方面，亮度調整方法40的步驟包含有：步驟402：開始；步驟404：主系統106讀取關於高動態範圍顯示裝置102之內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值，並且取得高動態範圍顯示裝置102與使用者的眼睛 之距離；步驟406：於高動態範圍顯示裝置102與使用者的眼睛之距離改變時，主系統106根據感測模組104所感測到的距離，計算對應於影像之元數據、調整後之內容最大亮度值及調整後之圖幀平均亮度最大值；步驟408：主系統106將計算後的影像之元數據、調整後之內容最大亮度值及調整後之圖幀平均亮度最大值傳送至顯示縮放器108；步驟410：顯示縮放器108根據影像之元數據及對應的像素資料，決定顯示於高動態範圍顯示裝置102之影像；步驟412：結束。
亮度調整方法50的步驟包含有：步驟502：開始；步驟504：主系統106讀取關於高動態範圍顯示裝置102之內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值，並將影像之元數據提供到顯示縮放器108；步驟506：於高動態範圍顯示裝置102與使用者的眼睛之距離改變時，由顯示縮放器108更新內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值；步驟508：顯示縮放器108根據更新後之內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值轉換來自主系統106提供的元數據；步驟510：顯示縮放器108根據轉換後的元數據、更新後之內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值，決定顯示於高動態範圍顯示裝置102的影像；步驟512：結束。
上述亮度調整方法30-50是分別透過主系統106及顯示縮放器108分別執行亮度調整方法20的步驟206至步驟210。
如此一來，本發明實施例的顯示系統10可根據高動態範圍顯示裝置102與使用者的眼睛之間的距離，調整高動態範圍顯示裝置102之影像之亮度， 使得高動態範圍顯示裝置102的顯示面板110可呈現最適合的影像畫面。
需注意的是，本領域具通常知識者可根據不同系統需求適當設計顯示系統。舉例來說，第一距離與第二距離的數值，調整高動態範圍顯示裝置的參數，皆可根據使用者的指示或系統的設定來調整，而不限於此，皆屬本發明之範疇。
綜上所述，本發明提供一種亮度調整方法及其相關顯示系統，以根據顯示裝置與眼睛之間的距離，動態地調整顯示器亮度以呈現最適合的影像畫面。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
20:方法
202-212:步驟

Claims (11)

  1. 一種亮度調整方法，適用於一顯示系統，該顯示系統包含一高動態範圍(high dynamic range，HDR)顯示裝置，其中該高動態範圍顯示裝置用來顯示一影像，該亮度調整方法包含有：偵測該高動態範圍顯示裝置與一使用者之一距離；根據該距離，更新對應於該高動態範圍顯示裝置之該影像之一亮度；根據該影像之該亮度，計算對應於該影像之元數據(metadata)；以及根據對應於該影像之該元數據，決定顯示於該高動態範圍顯示裝置之該影像；其中該亮度係相關於該高動態範圍顯示裝置之一內容最大亮度值(Maximum Content Light Level，MaxCLL)、一圖幀平均亮度最大值(Maximum Frame Average Light Level，MaxFALL)及一內容最小亮度值(Minimum Content Light Level，MinCLL)之至少其中之一；其中該亮度調整方法另包含：當該距離小於一第一距離時，降低該高動態範圍顯示裝置之該圖幀平均亮度最大值；以及當該距離大於一第二距離時，增加於該高動態範圍顯示裝置之該內容最小亮度值。
  2. 如請求項1所述之亮度調整方法，其另包含：由一主系統讀取關於該高動態範圍顯示裝置之該內容最大亮度值及該圖幀平均亮度最大值，一顯示縮放器取得該高動態範圍顯示裝置與該使用者之該距離；於該距離改變時，該顯示縮放器更新該內容最大亮度值及該圖幀平均亮度最大值，並且由該顯示縮放器觸發該主系統讀取更新後之內容最大亮度值 及更新後之圖幀平均亮度最大值；該主系統根據更新後之內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值，計算對應於該影像之元數據；該主系統將計算後的該影像之元數據傳送至該顯示縮放器；以及該顯示縮放器根據該元數據及對應的像素資料，決定顯示於該高動態範圍顯示裝置之該影像。
  3. 如請求項1所述之亮度調整方法，其另包含：由一主系統讀取關於該高動態範圍顯示裝置之該內容最大亮度值及該圖幀平均亮度最大值，並且取得該高動態範圍顯示裝置與該使用者之該距離；於該距離改變時，該主系統根據該距離，計算對應於該影像之該元數據、調整後之內容最大亮度值及調整後之圖幀平均亮度最大值；該主系統將計算後該影像之元數據、調整後之內容最大亮度值及調整後之圖幀平均亮度最大值傳送至一顯示縮放器；以及該顯示縮放器根據該影像之元數據及對應的像素資料，決定顯示於該高動態範圍顯示裝置之該影像。
  4. 如請求項1所述之亮度調整方法，其另包含：由一主系統讀取關於該高動態範圍顯示裝置之該內容最大亮度值及該圖幀平均亮度最大值，並將該影像之元數據提供到一顯示縮放器；於該距離改變時，由該顯示縮放器更新該內容最大亮度值及該圖幀平均亮度最大值；該顯示縮放器根據更新後之內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值，轉換來自該主系統之對應於該影像之元數據；以及該顯示縮放器根據轉換後該影像之元數據、更新後之內容最大亮度值及圖幀 平均亮度最大值，將該影像顯示於該高動態範圍顯示裝置。
  5. 如請求項1所述之亮度調整方法，其另包含：根據該高動態範圍顯示裝置所處位置之一環境光源，調整對應於該高動態範圍顯示裝置之該影像之該亮度。
  6. 一種顯示系統，包含有：一感測模組，用來偵測與一使用者之一距離；一高動態範圍顯示裝置，用來顯示一影像，其包含有：一顯示縮放器，耦接於該感測模組，用來更新該影像之一亮度；一顯示面板，耦接於該顯示縮放器；以及一主系統，耦接於該高動態範圍顯示裝置，用來提供該影像之元數據；其中，該影像之元數據以及該影像之亮度根據該感測模組所偵測到該距離產生對應於該距離的該影像之元數據以及該影像之亮度，且該顯示縮放器根據該對應於該距離的該影像之元數據以及該影像之亮度，決定顯示於該高動態範圍顯示裝置之該影像；其中該亮度係相關於該高動態範圍顯示裝置之一內容最大亮度值、一圖幀平均亮度最大值及一內容最小亮度值之至少其中之一；其中該顯示縮放器用來於該距離小於一第一距離時，降低該高動態範圍顯示裝置之該圖幀平均亮度最大值，以及於該距離大於一第二距離時，增加於該高動態範圍顯示裝置之該內容最小亮度值。
  7. 如請求項6所述之顯示系統，其中該主系統用來讀取延伸顯示能力識別資料，以取得該高動態範圍顯示裝置之該內容最大亮度值及該圖幀平均亮度最大值。
  8. 如請求項6所述之顯示系統，其中該主系統讀取關於該高動態範圍顯示裝置之該內容最大亮度值及該圖幀平均亮度最大值，顯示縮放器取得 該高動態範圍顯示裝置與該使用者之該距離；於該距離改變時，由該顯示縮放器更新該內容最大亮度值及該圖幀平均亮度最大值，並且由該顯示縮放器觸發該主系統讀取更新後之內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值；該主系統根據更新後之內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值，計算對應於該影像之元數據；該主系統將該影像之元數據傳送至該顯示縮放器；以及該顯示縮放器根據該影像之元數據及對應的像素資料，決定顯示於該高動態範圍顯示裝置之該影像。
  9. 如請求項6所述之顯示系統，其中該主系統讀取關於該高動態範圍顯示裝置之該內容最大亮度值及該圖幀平均亮度最大值，並且取得該高動態範圍顯示裝置與該使用者之該距離；於該距離改變時，該主系統計算對應於該影像之該元數據、調整後之內容最大亮度值及調整後之圖幀平均亮度最大值；該主系統將計算後該影像之元數據、計算後之內容最大亮度值及計算後之圖幀平均亮度最大值傳送至該顯示縮放器；以及該顯示縮放器根據該影像之元數據及對應的像素資料，決定顯示於該高動態範圍顯示裝置之該影像。
  10. 如請求項6所述之顯示系統，其中由該主系統提供該元數據到該顯示縮放器；於該距離改變時，由該顯示縮放器更新該內容最大亮度值及該圖幀平均亮度最大值；該顯示縮放器根據更新後之內容最大亮度值及圖幀平均亮度最大值，轉換來自該主系統之對應於該影像之元數據；以及該顯示縮放器根據轉換後該影像之元數據、更新後之內容最大亮度值及更新後之圖幀平均亮度最大值，決定顯示於該高動態範圍顯示裝置的該影像。
  11. 如請求項6所述之顯示系統，其中該主系統用來根據該高動態範圍顯示裝置所處位置之一環境光源，更新對應於該高動態範圍顯示裝置之該影像之該亮度。
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