畫面處理方法及畫面處理系統與流程
2023-06-13 14:02:26 2
本發明涉及一種畫面處理方法及畫面處理系統，尤其是關於一種顯示裝置由於分區驅動顯示導致所顯示圖像存在銳利邊界時的畫面處理方法及畫面處理系統。
背景技術：
隨著用戶對顯示裝置的解析度要求越來越高，使得顯示裝置分為幾個子顯示區域進行分別驅動的方式進行畫面顯示，由於驅動電壓誤差、上下線路不對稱或者製程誤差等因素，容易在顯示裝置屏幕上出現銳利邊界(sharp boundary)。此外，一般的顯示裝置包含顯示面板及背光模組，顯示面板組裝於背光模組上，在製作顯示裝置的過程中，由於顯示面板的製程不穩或者背光模組的均勻性不佳等因素，容易造成顯示裝置在顯示圖像時亮度不均勻，使得所顯示的圖像失真。
目前常用的校正圖像失真的方法是先利用相機擷取顯示裝置所顯示的圖像中的各像素的灰階分布狀況，然後計算出圖像中各像素所對應的補償係數，修改色階查閱表(tone scale LUT)，以對各像素的灰階值進行補償，達到改善亮度不均勻的目的。在相機擷取圖像時，為了避免摩爾紋(moire)的產生，會選擇在相機處於失焦的狀況下進行取像，此時圖像中的銳利邊界會因為相機的失焦取像而變得模糊、擴散，導致相機取到錯誤的圖像，影響後續的補償效果。此外，基於成本考量，色階查閱表會作簡化動作，以減少所需的儲存空間，當需要把圖像中各像素的灰階值與色階查閱表合併時，需要先對色階查閱表做擴展的動作，例如通過內插法進行擴展，使得圖像中的銳利邊界因為內插而導致最終補償效果不佳。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種畫面處理方法，以解決現有技術中由於相機的失焦取像以及擴展色階查閱表時內插中間值導致的補償效果不佳的問題。
為了達到上述目的，本發明提出一種畫面處理方法，包含：
步驟A，通過分區驅動的方式將原始畫面顯示於顯示裝置上，以形成當前畫面，該當前畫面對應分區位置具有第一銳利邊界，該原始畫面中無該第一銳利邊界；
步驟B，畫面擷取裝置抓取該當前畫面以獲得第一擷取畫面，該第一擷取畫面包含模糊區域、第一鄰近區域及第二鄰近區域，該模糊區域對應該第一銳利邊界，該模糊區域包含相連接的第一模糊區域及第二模糊區域，該第一鄰近區域、該第一模糊區域、該第二模糊區域以及該第二鄰近區域依序相鄰；
步驟C，將該第一鄰近區域內的該第一擷取畫面複製於該第一模糊區域內，將該第二鄰近區域內的該第一擷取畫面複製於該第二模糊區域內，以形成第二擷取畫面；以及
步驟D，該第二擷取畫面包含多個像素，獲取該多個像素的實際灰階值，計算出對應該多個像素的灰階補償值，將每一像素的該實際灰階值與對應的該灰階補償值合併以進行灰階補償。
作為可選的技術方案，該第一鄰近區域與該第一模糊區域相連接。
作為可選的技術方案，該第一鄰近區域的面積等於該第一模糊區域的面積。
作為可選的技術方案，步驟D還包括根據對比敏感度函數計算出對應該多個像素的灰階補償值。
作為可選的技術方案，步驟D還包括計算出對應該多個像素的灰階補償值後，形成原始色階查閱表，將該原始色階查閱表進行擴展後與該當前畫面進行合併以進行灰階補償。
作為可選的技術方案，定義該原始色階查閱表中對應該第一銳利邊界的位置為第一位置，將該原始色階查閱表以該第一位置為界分為第一部分及第二部分，將該第一部分及該第二部分進行分別擴展，該第一位置不進行擴展，以形成第一色階查閱表，步驟D還包括將該第一色階查閱表與該當前畫面進行合併以進行灰階補償。
作為可選的技術方案，定義該原始色階查閱表中對應該第一銳利邊界的位置為第一位置，將該原始色階查閱表進行擴展，以形成第二色階查閱表，該第二色階查閱表具有第一數值區域、第二數值區域以及第三數值區域，該第一數值區域對應該原始色階查閱表中的該第一位置，該第一數值區域具有相對稱的第一子數值區域及第二子數值區域，該第二數值區域、該第一子數值區域、該第二子數值區域以及該第三數值區域依序相鄰，步驟D還包括將該第二數值區域內的內容複製到該第一子數值區域，該將第三數值區域內的內容複製到該第二子數值區域，以形成第三色階查閱表，將該第三色階查閱表與該當前畫面進行合併以進行灰階補償。
作為可選的技術方案，該第二數值區域與該第一子數值區域的面積相等。
作為可選的技術方案，該第二數值區域與該第一子數值區域相連接。
此外，本發明還提出一種畫面處理系統，包含顯示裝置、畫面擷取裝置以及控制裝置。顯示裝置用以通過分區驅動的方式顯示原始畫面以形成當前畫面，該當前畫面對應分區位置具有第一銳利邊界，該原始畫面中無該第一銳利邊界；畫面擷取裝置用於抓取該當前畫面以獲得第一擷取畫面，該第一擷取畫面包含模糊區域、第一鄰近區域以及第二鄰近區域，該模糊區域對應該第一銳利邊界，該模糊區域包含相連接的第一模糊區域及第二模糊區域，該第一鄰近區域、該第一模糊區域、該第二模糊區域以及該第二鄰近區域依序相鄰；控制裝置耦接於該顯示裝置及該畫面擷取裝置，該控制裝置用於將該第一鄰近將該第一鄰近區域內的該第一擷取畫面複製於該第一模糊區域內，將該第二鄰近區域內的該第一擷取畫面複製於該第二模糊區域內，以形成第二擷取畫面，該第二擷取畫面包含多個像素，獲取該多個像素的實際灰階值，計算出對應該多個像素的灰階補償值，將每一像素的該實際灰階值與對應的該灰階補償值合併以進行灰階補償。
本發明的畫面處理方法及畫面處理系統，其在畫面擷取裝置抓取畫面後，通過使用鄰近模糊區域的內容來取代因失焦而導致錯誤的模糊區域內的內容，以便後續的補償動作能夠基於畫面中各像素的正確的實際灰階值進行。而在進行灰階補償時，色階查閱表中對應當前畫面中銳利邊界的位置不進行擴展，而對其他區塊進行分別擴展，然後與各像素的實際灰階值進行合併；又或者先對色階查閱表進行擴展以獲得新的色階查閱表，然後新的色階查閱表中對應銳利邊界的數值區域藉由鄰近區域的內容進行複製取代，最後再與各像素的實際灰階值進行合併，從而解決顯示畫面亮度不均勻的問題。
以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
附圖說明
圖1A為本發明的畫面處理方法的流程圖；
圖1B為本發明的畫面處理系統的示意圖；
圖2A為本發明中原始畫面的示意圖；
圖2B為本發明中當前畫面的示意圖；
圖3為本發明中第一擷取畫面的示意圖；
圖4為本發明中第二擷取畫面的示意圖。
具體實施方式
以下各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可用以實施的特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「側面」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
在以下實施例中，在不同的圖中，相同部分是以相同標號表示。
請參考圖1A、圖1B、圖2A、圖2B、圖3及圖4。圖1A為本發明的畫面處理方法的流程圖；圖1B為本發明的畫面處理系統的示意圖；圖2A為本發明中原始畫面的示意圖；圖2B為本發明中當前畫面的示意圖；圖3為本發明中第一擷取畫面的示意圖；圖4為本發明中第二擷取畫面的示意圖。
本發明的畫面處理系統1000包含顯示裝置100、畫面擷取裝置200以及控制裝置300，顯示裝置100及畫面擷取裝置200通過有線連接或無線連接的方式與控制裝置300耦接。顯示裝置100用以通過分區驅動的方式顯示原始畫面101以形成當前畫面110，當前畫面110對應分區位置具有第一銳利邊界120，原始畫面101中無第一銳利邊界120。畫面擷取裝置200用於抓取當前畫面110以獲得第一擷取畫面210，第一擷取畫面210包含模糊區域220、第一鄰近區域230以及第二鄰近區域240，模糊區域220對應當前畫面110中的第一銳利邊界120，模糊區域220包含相連接的第一模糊區域221及第二模糊區域222，第一鄰近區域230、第一模糊區域221、第二模糊區域222以及第二鄰近區域230依序相鄰。控制裝置300耦接於顯示裝置100及畫面擷取裝置200，控制裝置300用於將第一鄰近區域230內的第一擷取畫面210複製於第一模糊區域221內，將第二鄰近區域240內的第一擷取畫面210複製於第二模糊區域222內，以形成第二擷取畫面250，第二擷取畫面250包含多個像素(未繪示)，獲取多個像素的實際灰階值，計算出對應上述多個像素的灰階補償值，將每一像素的實際灰階值與對應的灰階補償值合併以進行灰階補償。
此外，本發明還提出一種畫面處理方法，包含：
步驟A(S100)，通過分區驅動的方式將原始畫面101顯示於顯示裝置100上，以形成當前畫面110，如圖2B所示，當前畫面110對應分區位置具有第一銳利邊界120，如圖2A所示，原始畫面101中無120第一銳利邊界；
步驟B(S200)，畫面擷取裝置200抓取當前畫面110以獲得第一擷取畫面210，第一擷取畫面210包含模糊區域220、第一鄰近區域230及第二鄰近區域240，模糊區域220對應當前畫面110中的第一銳利邊界120，模糊區域220包含相連接的第一模糊區域221及第二模糊區域222，第一鄰近區域230、第一模糊區域221、第二模糊區域222以及第二鄰近區域240依序相鄰；
步驟C(S300)，將第一鄰近區域230內的第一擷取畫面210複製於第一模糊區域221內，將第二鄰近區域240內的第一擷取畫面210複製於第二模糊區域222內，以形成第二擷取畫面250；以及
步驟D(S400)，第二擷取畫面250包含多個像素(未繪示)，獲取上述多個像素的實際灰階值，計算出對應上述多個像素的灰階補償值，將每一像素的實際灰階值與對應的灰階補償值合併以進行灰階補償。
本實施例中，原始畫面101的解析度為4K*2K。實際操作中，顯示裝置100進行顯示時，為了提高驅動能力，會將原始畫面101至少分為兩區(本實施例中為上半區和下半區)進行分別驅動顯示，由於驅動電壓誤差、上下線路不對稱或者製程誤差等因素，在當前畫面110上對應分區位置會出現第一銳利邊界(sharp boundary)120。
如圖2B所示，在當前畫面110中第一區塊A1及第二區塊A2的分割位置具有第一銳利邊界(sharp boundary)120。當前畫面110包含順次相鄰的第一邊111、第二邊112、第三邊113以及第四邊114，其中第一邊111與第三邊113相對，第二邊112與第四邊114。如圖2B所示，當前畫面110為矩形畫面，第一邊111與第三邊113為矩形畫面相對的兩條短邊，第二邊112與第四邊114為矩形畫面相對的兩條長邊。如圖2B所示，第一銳利邊界120為平行於第二邊112且與第二邊112等長的線段，即第一銳利邊界120自第一邊111延伸至第三邊113。
實際上，第一銳利邊界120是不希望出現的線段，其並不屬於原始畫面101。如圖2A所示，原始畫面101中並沒有這道第一銳利邊界120。換句話說，在通過分區驅動進行顯示時，畫面發生了失真，導致出現了不應該出現的銳利邊界，故需要藉由後續的灰階補償動作，使得畫面最終可達到亮度均勻。
如圖3所示，畫面擷取裝置200抓取當前畫面110後形成第一擷取畫面210。本實施例中，畫面擷取裝置200為相機。為了避免在抓取圖像過程中產生摩爾紋，畫面擷取裝置200是在失焦的狀況下進行當前畫面110的擷取，此時當前畫面110中的第一銳利邊界120會因為畫面擷取裝置200的失焦取像而變得模糊、擴散，從而於第一擷取畫面210上形成了模糊區域220，且模糊區域220內的內容並不能與當前畫面110上的第一銳利邊界120及其附近的內容對應。
如圖3所示，第一擷取畫面210包含順次相鄰的第五邊211、第六邊212、第七邊213以及第八邊214，分別與當前畫面110中的第一邊111、第二邊112、第三邊113以及第四邊114相對應。本實施例中，模糊區域220包含相連接的第一模糊區域221及第二模糊區域222，兩者面積相等，且長度(均等於第六邊212的長度)和寬度均相等，第一模糊區域221與第二模糊區域222的分界線223對應當前畫面110上的第一銳利邊界120。
由於一幅畫面中的內容是相互連貫的，尤其是當將畫面以一個像素為單位進行精細分割之後，相鄰像素的內容在觀看者眼中可視為幾乎相同。以當前畫面110的解析度為3840*2160為例，模糊區域220的寬度為8個像素的寬度，即第一模糊區域221及第二模糊區域222的寬度為4個像素的寬度。這樣的寬度對於人眼來說是難易識別的，故本發明通過將鄰近模糊區域220的資料複製到模糊區域220內，從而修正模糊區域220內的內容。
如圖3所示，第一擷取畫面210還包含第一鄰近區域230及第二鄰近區域240。第一鄰近區域230、第一模糊區域221、第二模糊區域222及第二鄰近區域240依序相鄰設置。第一鄰近區域230與第一模糊區域221的面積相等，且兩者的長度和寬度也均相等。第二鄰近區域240與第二模糊區域222的面積相等，且兩者的長度和寬度也均相等。亦即，本實施例中，第一模糊區域221、第二模糊區域222、第一鄰近區域230以及第二鄰近區域240四者的面積相等，且長度和寬度均相等。
如此一來，可將第一擷取畫面210上第一鄰近區域230中的內容複製到第一模糊區域221中以取代第一模糊區域221中原先的內容，同時將第一擷取畫面210上第二鄰近區域230中的內容複製到第二模糊區域222中以取代第二模糊區域222中原先的內容，使得第二擷取畫面400中對應第一擷取畫面210中第一鄰近區域230的區域與對應第一擷取畫面210中第一模糊區域221的區域的內容相同(圖4中均標註為230，表示兩者內容相同，均為第一擷取畫面210中第一鄰近區域230中的內容)，第二擷取畫面400中對應第二鄰近區域240的區域與對應第二模糊區域222的區域的內容相同(圖4中均標註為240，表示兩者內容相同，均為第一擷取畫面210中第二鄰近區域240中的內容)，從而修正模糊區域220中由於失焦取像導致的錯誤內容，以確保後續的補償動作可達到較佳效果。
如圖3所示，本實施例中，第一鄰近區域230與第一模糊區域221相連接，第二鄰近區域240與第二模糊區域222相連接，且第一鄰近區域230與第一模糊區域221不發生重疊，第二鄰近區域240與第二模糊區域222亦不發生重疊。實際操作中，第一鄰近區域230可鄰近第一模糊區域221但不相連接，第二鄰近區域240亦可僅鄰近第一模糊區域222但不相連接。
本實施例中，在計算各像素所對應的灰階補償值時，可利用對比敏感度函數(contrast sensitivity function，CSF)來進行詳細計算，且在詳細計算後可形成相應的原始色階查閱表(tone scale LUT)。本實施例中，當前畫面110的解析度為3840*2160，第二擷取畫面400可視為當前畫面110的複製版，故獲取得到的第二擷取畫面400中多個像素的實際灰階值即可作為當前畫面110中各個像素的實際灰階值。若原始色階查閱表與當前畫面110的解析度相匹配，則直接將第二擷取畫面400中各像素的實際灰階值與原始色階查閱表合併，以對各像素進行灰階補償；若原始色階查閱表與當前畫面110的解析度不匹配，則先將原始色階查閱表進行擴展，擴展後的色階查閱表所包含的數值量與當前畫面110的解析度相匹配，再將第二擷取畫面400中各像素的實際灰階值與第一色階查閱表合併，以對各像素進行灰階補償，從而達到改善亮度不均勻的目的。
一般來說，基於成本考量，原始色階查閱表都會作簡化動作，以減少所需的儲存空間，從而導致原始色階查閱表與當前畫面110的解析度不匹配，例如：當前畫面110的解析度為3840*2160，原始色階查閱表的長、寬可能都只儲存1/8的空間，即：480*270。這樣一來，當需要將各像素的實際灰階值與原始色階查閱表進行合併時，由於原始色階查閱表中儲存值的數量與實際灰階值的數量不匹配，故需要先將原始色階查閱表擴展為與當前畫面110的解析度相匹配的色階查閱表。擴展原始色階查閱表的方式有很多種，最常用的方式為內插中間值(或稱內插法)。
需要說明的是，由於本發明中，當前畫面110中存在第一銳利邊界120，故本發明中利用色階查閱表進行灰階補償的方法與常用方法不同，如下，提供兩種色階查閱表與各像素的實際灰階值進行合併的方法。
方法一：
當需要對原始色階查閱表(tone scale LUT)擴展時，可先確定當前畫面110中第一銳利邊界120對應於原始色階查閱表中的位置，記為第一位置，以第一位置為界，將原始色階查閱表分成第一部分及第二部分，將原始色階查閱表中第一部分的數值利用內插中間值的方式進行擴展，以對應當前畫面110中第一區塊A1內的各像素，同樣的，將原始色階查閱表中第二部分的數值利用內插中間值的方式進行擴展，以對應當前畫面110中第二區塊A2內的各像素。需要注意的是，原始色階查閱表中第一位置的數值不進行擴展，即原始色階查閱表中對應第一銳利邊界120的位置的數值不進行擴展，從而形成第一色階查閱表。
由於第二擷取畫面400中各像素的位置及實際灰階值與當前畫面110中各像素的位置及實際灰階值相對應，故將第一色階查閱表與第二擷取畫面400中各像素的實際灰階值進行合併，即可對當前畫面110中的各像素的灰階值進行補償，從而解決亮度不均的問題。
本方法中，由於原始色階查閱表中對應第一銳利邊界120處的數值不進行擴展，故其不會因為間層式的內插擴展導致此處補償效果不佳。
方法二：
當需要對色階查閱表(tone scale LUT)擴展時，先確定第一銳利邊界120對應於原始色階查閱表中的位置，記為第一位置；將原始色階查閱表中全部數值通過內插中間值的方式進行擴展以獲得第二色階查閱表。將第二色階查閱表中對應原始色階查閱表中第一位置的數值區域定義為第一數值區域，將第一數值區域對稱地分成第一子數值區域及第二子數值區域。第二色階查閱表中還包含第二數值區域及第三數值區域，第一子數值區域鄰近第二數值區域，第二子數值區域鄰近第三數值區域，本實施例中，第二數值區域、第一子數值區域、第二子數值區域以及第三數值區域順次相連接但不重疊。將第二數值區域內的數值複製到第一子數值區域內以取代第一子數值區域的內容，將第三數值區域內的數值複製到第二子數值區域內以取代第二子數值區域的內容，以形成第三色階查閱表。
將第三色階查閱表與第二擷取畫面400中各像素的實際灰階值進行合併，以對當前畫面110中各像素的灰階值進行補償，從而解決當前畫面110亮度不均的問題。由於原始灰階查閱表中第一銳利邊界120對應的第一位置的數值經擴展後複製鄰近區域內的內容，故其不會因為間層式的內插擴展導致此處補償效果不佳。
通過實際的實驗可以得知，進行灰階補償後，當前畫面110中的第一銳利邊界120的JND值可由起初的大於4.0，大幅改善至不大於2.3，甚至人眼無法辨識，從而達到了較佳的補償效果。
實際操作中，可將第二擷取畫面中各像素的實際灰階值與灰階補償值合併後獲得的校正灰階值錄入晶片中，或者將灰階補償的算法錄入晶片中，當顯示裝置100通過分區驅動的方式顯示原始畫面101時，則讀取上述校正灰階值或者運行上述灰階補償的算法，使得最終顯示裝置100可較好地將原始畫面101進行顯示。
如圖2A所示，本實施例中，第一銳利邊界120為當前畫面110的中間水平線，則第一區塊A1為上區塊，第二區塊A2為下區塊。實際操作中，第一銳利邊界120可位於當前畫面110的任意位置，例如在其他水平線方向、垂直線方向、斜線方向等等，視實際的分區顯示的分界線為定。不論第一銳利邊界120位於當前畫面110的具體位置，均可以使用同樣的方法獲得修正後的擷取畫面以及擴展後的色階查閱表。
本發明的畫面處理方法及畫面處理系統，其在畫面擷取裝置抓取畫面後，通過使用鄰近模糊區域的內容來取代因失焦而導致錯誤的模糊區域內的內容，以便後續的補償動作能夠基於畫面中各像素的正確的實際灰階值進行。而在進行灰階補償時，色階查閱表中對應當前畫面中銳利邊界的位置不進行擴展，而對其他區塊進行分別擴展，然後與各像素的實際灰階值進行合併；又或者先對色階查閱表進行擴展以獲得新的色階查閱表，然後新的色階查閱表中對應銳利邊界的數值區域藉由鄰近區域的內容進行複製取代，最後再與各像素的實際灰階值進行合併，從而解決顯示畫面亮度不均勻的問題。
藉由以上較佳具體實施例的詳述，是希望能更加清楚描述本發明的特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明的保護範圍加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請的權利要求的保護範圍內。因此，本發明所申請的權利要求的保護範圍應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。