亮度調整裝置及亮度調整方法

2023-05-17 14:35:46

專利名稱：亮度調整裝置及亮度調整方法
技術領域：
本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種亮度調整裝置及其應用。
背景技術：
近年來由於工商發達、社會進步，相對提供的產品亦主要針對便利、確實、經濟實
惠為主旨，因此，當前開發的產品亦比以往更加進步，而得以貢獻社會。 實物投影機(Document Camera)可在任何亮度環境下使用，利用傳感器的自動曝
光(Auto E鄧osure，AE)來調整影像整體的亮度，使輸出的影像不會因為使用環境光源的差
異，造成輸出影像過亮或過暗。 傳感器的自動曝光功能是利用傳感器擷取影像信息，再經過數字影像處理器 (DSP)運算，針對運算的結果來調整傳感器的曝光時間(E鄧osure time)或RGB增益值 (Gain)。曝光時間增加會使影像亮度增加，RGB增益值增加時也會使影像亮度增加。
當傳感器曝光時間增加時，會使傳感器輸出的動態影像反應速度(Framerate， FPS)變慢，造成輸出動態影像會有殘影的現象。 當傳感器RGB增益值增加時，會使傳感器輸出的噪聲也同時放大，造成輸出影像 的噪聲增加嚴重，即信號/噪聲比增加。 —般的實物投影機都配有光模塊(Light module)，來當作環境光源不足時的輔助
光源，而使用者在使用時都是發現影像輸出已經很暗時才會開啟光模塊。 當輸出影像很暗時，傳感器的曝光時間與RGB增益值以調整至最大值，其動態影
像的反應速度最慢、噪聲嚴重。 當輸出影像很暗開啟光模塊裝置時，因傳感器的曝光時間與RGB增益值已達到極 值，再調整自動曝光時需要花費一些等待時間。 —般的實物投影機的光模塊不具有調整亮度的功能，故當開啟光模塊時有可能光 模塊亮度加上環境光源亮度過亮的情況，傳感器的曝光時間與RGB增益值已調整至最小 值，造成輸出影像過亮的情形。 由此可見，上述現有的產品，顯然仍存在不便與缺陷，而有待加以進一步改進。為 了解決上述問題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的方 式被發展完成。因此，如何能更有效率地調整亮度，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當 前相關領域亟需改進的目標。

發明內容
因此，本發明的一目的是在提供一種實物投影機、亮度調整方法及亮度調整裝置。
依據本發明一實施例，一種亮度調整裝置包括光模塊、傳感器與數字影像處理器。 傳感器可感測一影像信息；數字影像處理器可處理此影像信息並從中擷取一亮度值，進而 基於亮度值調節光模塊之發光亮度；在本實施例中，亮度調整裝置的數字影像處理器可透 過脈波寬度調變的方式去調節光模塊的發光亮度。
依據本發明另一實施例，一種亮度調整方法包括下列步驟首先，感測一影像信 息；接著，處理該影像信息並從中擷取一亮度值，進而基於該亮度值調節一光模塊的發光亮 度，在本實施例可透過脈波寬度調變的方式去調光；並且將該處理過的影像信息輸出給一 投影裝置，以使該投影裝置將一影像投射出來。 依據本發明又一實施例，一種實物投影機包括光模塊、傳感器、數字影像處理器與 影像輸出單元。傳感器可以自一待顯示對象感測一影像信息；數字影像處理器可處理該影 像信息並從中擷取一亮度值，進而基於該亮度值調節該光模塊之發光亮度。影像輸出單元 可將該處理過的影像信息輸出給一投影裝置，以使該投影裝置將該待顯示對象的影像投射 出來。在本實施例中，實物投影機的數字影像處理器可透過脈波寬度調變的方式去調節光 模塊的發光亮度。 綜上所述，本發明的技術方案與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。通過
上述技術方案，可達到相當的技術進步，並具有產業上的廣泛利用價值，其具有下列優點 (1)光模塊具有自動調整光源亮度(依照環境光源亮度)功能；以及 (2)具有自動偵測環境光源亮度開關光模塊裝置，不需要另外增加光源傳感器； (3)低照度環境使用可提高動態影像反應速度(Frame rate); (4)低照度環境使用可降地噪聲(Noise)的產生； (5)具有省電效果； (6)透過脈波寬度調變方式去調光可延長光模塊壽命。 以下將以實施例對上述的說明以及接下來的實施方式做詳細的描述，並對本發明 的技術方案提供更進一步的解釋。


為讓本發明的上述和其它目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說 明如下 圖1是依照本發明一實施例的一種亮度調整裝置的方塊圖；以及
圖2是依照本發明另一實施例的一種亮度調整方法的流程圖。
主要組件符號說明100:亮度調整裝置134:控制單元110:光模塊135:資料庫120:傳感器140:影像輸出單元130:數字影像處理器150:投影裝置131:影像轉換單元160:待顯示對象132:數據擷取單元200:亮度調整方法133:判斷單元201 210 :步驟
具體實施例方式
為了使本發明的敘述更加詳盡與完備，可參照所附的附圖及以下所述各種實施 例，附圖中相同的號碼代表相同或相似的組件。另一方面，眾所周知的組件與步驟並未描述 於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。
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本發明的一技術方案是一種亮度調整裝置，其可適用於實物投影機，或是廣泛地 運用在相關的技術環節。本技術方案的主要是在數字影像處理器中的自動曝光的調整參數 部份改為調整光模塊的亮度，取消調整曝光時間與RGB增益值的參數，如此可不需要改變 曝光時間與RGB增益值的參數，即可不會有在低照度環境使用時反應速度變慢與噪聲增加 的情形。以下將搭配圖1來說明此一亮度調整裝置的具體實施方式
。 圖1是依照本發明一實施例的一種亮度調整裝置100的方塊圖。如圖所示，亮度 調整裝置100包括光模塊110、傳感器120與數字影像處理器130。傳感器120可自待顯示 對象160感測一影像信息；數字影像處理器130可處理該影像信息並從中擷取一亮度值，進 而基於亮度值調節光模塊110的發光亮度。 另外，亮度調整裝置IOO可包含影像輸出單元140。在結構上，影像輸出單元140 與投影裝置150電性連接。在使用時，影像輸出單元140可將該處理過的影像信息輸出給 投影裝置150，以使投影裝置150將待顯示對象160的影像投射出來。 舉例來說，影像輸出單元140可為一數字模擬轉換器用於將數字的影像信息轉換 成模擬信號，以便於提供給投影裝置150 ;投影裝置150可為單槍投影機或類似裝置。
在本實施例中，傳感器120可為光傳感器、影像傳感器或類似組件，內含有CCD或 CMOS。傳感器120所感測的影像信息為RGB格式的影像信息，數字影像處理器130包含影像 轉換單元131與數據擷取單元132。影像轉換單元131可將RGB格式的影像信息轉換成YUV 格式的影像信息；數據擷取單元132可自YUV格式的影像信息中擷取亮度值(Y value)。
在其它實施例中，影像轉換單元131可將RGB格式的影像信息轉換成YCbCr格式 的影像信息；數據擷取單元132可自YCbCr格式的影像信息中擷取亮度值(Y value)。
為了讓影像輸出的亮度能保持穩定，不會有過亮或過暗的問題產生，數字影像處 理器130可包含判斷單元133與控制單元134。判斷單元133可判斷亮度值是否落於一預 定亮度範圍內。當亮度值不在預定亮度範圍內時，控制單元134可逐步調節光模塊110的發 光亮度，以使亮度值逐步逼近預定亮度範圍。當亮度值落在預定亮度範圍內時，代表投影裝 置150所投影的影像的亮度能保持穩定，不會有過亮或過暗的問題產生，於是控制單元134 可停止調節光模塊110的發光亮度。 此一預定亮度範圍具有一預定亮度上限與一預定亮度下限，當亮度值不在預定亮 度範圍內時，判斷單元133進而判斷亮度值是否超過預定亮度上限；當亮度值未超過預定 亮度上限時，控制單元134逐步增加光模塊110的發光亮度，直到判斷單元133判定亮度值 高於預定亮度下限為止。藉此，亮度值可被調整至落於預定亮度範圍內，使得影像輸出的亮 度能保持穩定。 當亮度值超過預定亮度上限時，判斷單元133進而判斷光模塊110是否開啟；當光 模塊110開啟時，控制單元134逐步降低光模塊110的發光亮度，直到在光模塊110未關閉 時判斷單元133判定亮度值低於預定亮度上限為止。藉此，亮度值可被調整至落於預定亮 度範圍內，使得影像輸出的亮度能保持穩定。 若光模塊110發光亮度一直被降低而導致光模塊110關閉時，或是在亮度值超過 預定亮度上限時，光模塊110卻已關閉，均代表超出自動光源調整設定的能力，則亮度調整 裝置IOO相應地關閉。 上述的"預定亮度範圍"及其"預定亮度上限"和"預定亮度下限"可由設計者或其它人員視實際應用彈性調整其數值。實務上，預定亮度範圍可取決於一適當的環境光源亮 度，使得投影裝置150所投影的影像不會太亮也不會太暗。舉例來說，此一適當的環境光源 亮度預定亮度所對應的目標亮度值為100勒克斯(流明/平方米)，可以取該目標亮度值的 ± 10%作為預定亮度範圍，於是預定亮度上限為110勒克斯、預定亮度下限為90勒克斯，預 定亮度範圍從110勒克斯到90勒克斯之間。 在本實施例中，控制單元134可為一脈波寬度調變單元。該脈波寬度調變單元可 發送至少一脈波給光模塊110，以使光模塊基於脈波的寬度來調整光模塊110的發光亮度。
或者或再者，數字影像處理器130可包含資料庫135。資料庫135可儲存一內建 表，內建表記載一預定亮度範圍與該預定亮度範圍所對應的脈波的寬度。判斷單元133可 判斷亮度值是否落於預定亮度範圍內。當該亮度值不在該預定亮度範圍內時，控制單元134 可根據內建表發送脈波給光模塊110，以使光模塊110基於脈波的寬度來調整其發光亮度， 藉以使該亮度值落在該預定亮度範圍內。 在其它實施例中，控制單元134可採用電流控制方式去調整光模塊110的發光亮 度，熟悉此項技術者可視當時需要彈性選擇之。 如上所述的影像轉換單元131、數據擷取單元132、判斷單元133與控制單元134 等，其具體實施方式
可為軟體、硬體與/或軔體。舉例來說，若以執行速度及精確性為首要 考慮，則該些單元基本上可選用硬體與/或軔體為主；若以設計彈性為首要考慮，則該些單 元基本上可選用軟體為主；或者，該些單元可同時採用軟體、硬體及軔體協同作業。應了解 到，以上所舉的這些例子並沒有所謂孰優孰劣之分，亦並非用以限制本發明，熟悉此項技術 者當視當時需要，彈性選擇該等單元的具體實施方式
。 本發明的另一技術方案是一種亮度調整方法，其可應用在實物投影機，或是廣泛 地運用在相關的技術環節。此一亮度調整方法可包含下列步驟
a.感測一影像信息； b.處理該影像信息並從中擷取一亮度值，進而基於該亮度值調節一光模塊之發光 亮度； c.將該處理過的影像信息輸出給一投影裝置，以使投影裝置將一影像投射出來。
在步驟a所感測的影像信息為一 RGB格式的影像信息；在步驟b中，可將RGB格 式的影像信息轉換成YUV格式的影像信息，並且自YUV格式的影像信息中擷取亮度值(Y value)。 為了讓影像輸出的亮度能保持穩定，不會有過亮或過暗的問題產生，在步驟b中， 可判斷亮度值是否落於一預定亮度範圍內；當亮度值不在預定亮度範圍內時，逐步調節光 模塊的發光亮度，以使亮度值逐步逼近預定亮度範圍其中當亮度值在預定亮度範圍內時， 停止調節光模塊的發光亮度。 關於逐步調節光模塊的發光亮度的方式，可透過脈波寬度調變來實現。在本實施
例中，可發送至少一脈波給光模塊，以使光模塊基於脈波的寬度來調整其發光亮度。 或者，在步驟b中，可預載一內建表，該內建表記錄一預定亮度範圍與該預定亮度
範圍所對應的脈波的寬度；接著，判斷亮度值是否落於預定亮度範圍內；當亮度值不在預
定亮度範圍內時，根據內建表發送脈波給光模塊，以使光模塊基於脈波的寬度來調整其發
光亮度。
為了對本亮度調整方法作更詳細的闡述，請參照圖2，圖2是依照本發明另一實施 例的一種亮度調整方法200的流程圖。如圖所示，亮度調整方法200包含下列步驟201 210(應了解到，在本實施例中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整 其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)。 在步驟201感測一影像信息，進而處理該影像信息並從中擷取一亮度值 (Yvalue)。在步驟202判斷亮度值是否落於一預定亮度範圍內，預定亮度範圍從一預定亮 度上限到一預定亮度下限。當亮度值不在預定亮度範圍內時，在步驟203進而判斷亮度值 是否超過預定亮度上限。當亮度值未超過預定亮度上限時，在步驟204逐步增加光模塊之 發光亮度，直到步驟205判定亮度值高於預定亮度下限為止。藉此，亮度值可被調整至落於 預定亮度範圍內，使得影像輸出的亮度能保持穩定，不會有過亮或過暗的問題產生。
至於一個能級的大小可由設計者或其它人員視實際應用彈性調整其數值。
當亮度值超過預定亮度上限時，在步驟206進而判斷光模塊是否開啟；當光模塊 開啟時，在步驟207逐步降低光模塊的發光亮度；若步驟209判定光模塊尚未關閉時，在步 驟207持續地逐步降低光模塊的發光亮度，直到步驟208判定亮度值低於預定亮度上限為 止。 在步驟204中，所謂逐步增加光模塊的發光亮度，是每次提高一個能級(level)去 提升光模塊的發光亮度以後，就進入步驟205，再回到步驟204 ;同樣的在步驟207中，所謂 逐步降低光模塊的發光亮度，是每次提高一個能級去提升光模塊的發光亮度以後，就進入 步驟209、208，再回到步驟207。關於一個能級的大小可由設計者或其它人員視實際應用彈 性調整其數值。 若步驟207 —直降低光模塊發光亮度而導致光模塊關閉時，或是在亮度值超過預 定亮度上限時，在步驟206光模塊110卻已關閉時，均代表超出自動光源調整設定的能力， 在步驟210相應地停止執行亮度調整方法200。 在亮度調整方法200中，上述的"預定亮度範圍"及其"預定亮度上限"和"預定亮 度下限"可由設計者或其它人員視實際應用彈性調整其數值。實務上，預定亮度範圍可取決 於一適當的環境光源亮度，使得投影的影像不會太亮也不會太暗。舉例來說，此一適當的環 境光源亮度預定亮度所對應的目標亮度值為100勒克斯(流明/平方米)，可以取該目標亮 度值的±10%作為預定亮度範圍，於是預定亮度上限為110勒克斯、預定亮度下限為90勒 克斯，預定亮度範圍從110勒克斯到90勒克斯之間。 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，任何熟悉此技術的 人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍 當視權利要求書所界定的範圍為準。
權利要求
一種亮度調整裝置，其特徵在於，至少包含一光模塊；一傳感器，用以感測一影像信息；一數字影像處理器，用以處理該影像信息並從中擷取一亮度值，進而基於該亮度值調節該光模塊的發光亮度。
2. 根據權利要求1所述的亮度調整裝置，其特徵在於，該傳感器所感測的影像信息為 一 RGB格式的影像信息，該數字影像處理器包含一影像轉換單元，用以將該RGB格式的影像信息轉換成一 YUV格式的影像信息；以及 一數據擷取單元，用以自該YUV格式的影像信息中擷取該亮度值。
3. 根據權利要求2所述的亮度調整裝置，其特徵在於，該數字影像處理器還包含 一判斷單元，用以判斷該亮度值是否落於一預定亮度範圍內；一控制單元，用以當該亮度值不在該預定亮度範圍內時，逐步調節該光模塊的發光亮 度，以使該亮度值逐步逼近該預定亮度範圍，其中當該亮度值在該預定亮度範圍內時，則該 控制單元停止調節該光模塊的發光亮度。
4. 根據權利要求3所述的亮度調整裝置，其特徵在於，該預定亮度範圍具有一預定亮 度上限與一預定亮度下限，當該亮度值不在該預定亮度範圍內時，該判斷單元進而判斷該 亮度值是否超過該預定亮度上限；當該亮度值未超過該預定亮度上限時，該控制單元逐步 增加該光模塊的發光亮度，直到該判斷單元判定該亮度值高於該預定亮度下限為止；當該 亮度值超過該預定亮度上限時，該判斷單元進而判斷該光模塊是否開啟；當該光模塊開啟 時，該控制單元逐步降低該光模塊的發光亮度，直到在該光模塊未關閉時該判斷單元判定 該亮度值低於該預定亮度上限為止。
5. 根據權利要求3所述的亮度調整裝置，其特徵在於，該控制單元為一脈波寬度調變 單元，用以發送至少一脈波給該光模塊，以使該光模塊基於該脈波的寬度來調整該發光亮 度。
6. 根據權利要求2所述的亮度調整裝置，其特徵在於，該數字影像處理器還包含 一資料庫，用以儲存一內建表，該內建表記錄一預定亮度範圍與該預定亮度範圍所對應的脈波的寬度；一判斷單元，用以判斷該亮度值是否落於該預定亮度範圍內；以及一控制單元，用以當該亮度值不在該預定亮度範圍內時，根據該內建表發送該脈波給 該光模塊，以使該光模塊基於該脈波的該寬度來調整該發光亮度。
7. —種亮度調整方法，其特徵在於，至少包含(a) 感測一影像信息；(b) 處理該影像信息並從中擷取一亮度值，進而基於該亮度值調節一光模塊的發光亮 度；以及(c) 將該處理過的影像信息輸出給一投影裝置，以使該投影裝置將一影像投射出來。
8. 根據權利要求7所述的亮度調整方法，其特徵在於，該影像信息為一 RGB格式的影像 信息，步驟(b)包含將該RGB格式的影像信息轉換成一 YUV格式的影像信息；以及 自該YUV格式的影像信息中擷取該亮度值。
9. 根據權利要求7所述的亮度調整方法，其特徵在於，步驟(b)包含 判斷該亮度值是否落於一預定亮度範圍內，其中該預定亮度範圍具有一預定亮度上限與一預定亮度下限；當該亮度值不在該預定亮度範圍內時，逐步調節該光模塊的發光亮度，以使該亮度值 逐步逼近該預定亮度範圍其中當該亮度值在該預定亮度範圍內時，停止調節該光模塊的發 光亮度；當該亮度值不在該預定亮度範圍內時，判斷該亮度值是否超過該預定亮度上限； 當該亮度值未超過該預定亮度上限時，逐步增加該光模塊的發光亮度，直到該亮度值 高於該預定亮度下限為止；當該亮度值超過該預定亮度上限時，判斷該光模塊是否開啟；以及當該光模塊開啟時，逐步降低該光模塊的發光亮度，直到在該光模塊未關閉時該亮度 值低於該預定亮度上限為止。
10. 根據權利要求7所述的亮度調整方法，其特徵在於，步驟(b)還包含預載一內建表，該內建表記錄一預定亮度範圍與該預定亮度範圍所對應的脈波的寬度；判斷該亮度值是否落於該預定亮度範圍內；以及當該亮度值不在該預定亮度範圍內時，根據該內建表發送該脈波給該光模塊，以使該 光模塊基於該脈波的該寬度來調整該發光亮度。
全文摘要
本發明揭露一種亮度調整裝置及亮度調整方法，其中亮度調整裝置包括光模塊、傳感器與數字影像處理器。傳感器可感測一影像信息；數字影像處理器可處理此影像信息並從中擷取一亮度值，進而基於亮度值調節光模塊的發光亮度。
文檔編號H04N5/243GK101753848SQ201010128098
公開日2010年6月23日 申請日期2010年3月5日 優先權日2010年3月5日
發明者劉軒宏, 盧俊瑋 申請人:圓展科技股份有限公司