CN109215542A - 情境投影***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种情境投影***及其控制方法，包括：显示装置、反射装置与情境光源。显示装置用以在显示装置的屏幕区域显示影像。反射装置配置于屏幕区域中。情境光源配置于滑轨上，用以投影情境光束至屏幕区域，且情境光束被反射装置反射后在屏幕区域外部形成特征影像，其中，特征影像与影像具有连动关系。

Description

情境投影***及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种投影技术，且特别涉及一种情境投影***及其控制方法。
背景技术
平面显示器能够细腻呈现影像，因此已广泛的应用在日常生活中，例如平面显示器可作为虚拟窗户或用于营造虚拟场景。然而，真实风景中常具有指向性光源，例如阳光或是路灯等，并且真实风景中的指向性光源可以与室内空间造成光影变化，然而平面显示器的光源为散发场形，因此在显示风景时无法表现出指向性光源与所在空间的光线互动，降低观赏者的真实感。
因此，如何提高观赏者的感受真实度，实为目前研发人员亟欲研究的课题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种情境投影***及其控制方法，利用显示装置与投影装置的互动，可以将影像中的光影延伸到显示装置的屏幕区域外，延伸到观赏者所在的空间，让观赏者感受到影像中的光线，如此一来可提升虚拟风景的影像真实度。
本发明的一实施例提供一种情境投影***，包括：显示装置、反射装置与情境光源。显示装置用以在显示装置的屏幕区域显示一影像。反射装置配置于屏幕区域中。情境光源配置于滑轨上，用以投影情境光束至屏幕区域，且情境光束被反射装置反射后在屏幕区域外部形成特征影像，其中，特征影像与上述影像具有连动关系。
本发明的一实施例提供一种情境投影***的控制方法，情境投影***包括显示装置、配置于显示装置的屏幕区域的反射装置以及配置于滑轨上的情境光源，控制方法包括：使屏幕区域显示一影像；使情境光源投影情境光束至屏幕区域，且情境光束被反射装置反射后在屏幕区域外部形成特征影像，其中，特征影像与上述影像具有连动关系。
基于上述，在本发明的实施例的情境投影***及其控制方法中，显示装置的屏幕区域配备反射装置，由投影装置提供情境光束至反射装置，被反射后的光束可当作影像中的指向性光源所发出的光束，并且表现影像中的光影延伸关系。借此可提高情境投影***的真实度。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施方式，并配合说明书附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明的一实施例的情境投影***的架构示意图。
图2是本发明的一实施例的情境投影***的实施方式示意图。
图3是本发明的一实施例的情境投影***的方框示意图。
图4是本发明的一实施例的情境投影***的控制方法的流程步骤图。
图5是本发明的一实施例的情境光源与滑轨的配置关系的俯瞰图。
图6是图5的实施例的情境光源与滑轨的配置关系的侧视图。
图7是本发明的一实施例的情境光束的畸变示意图。
图8是本发明的一实施例的反射装置的穿透率分布图。
图9是本发明的另一实施例的情境投影***的实施方式示意图。
图10是本发明的另一实施例的情境投影***的实施方式示意图。
附图标记说明：
10：情境投影***
110：显示装置
120：反射装置
130：情境光源
140：存储器
150：处理器
160：环境感测器
200：观赏者
40：控制方法
A：光线
CI：特征影像
CM：特征信号处理模块
CS：特征信号
CMS：特征调整信号
DA：屏幕区域
DI：影像
DS：显示信号
DMS：显示调整信号
G：地面
IB：影像光束
HL：水平线
LS：光源物件
OB：物件
OA：光轴
P0、P1：位置
R、G、B、TR：线段
S0、SM：投影画面
SB：情境光束
SHAD、SHADL：影子
SR：滑轨
SR1：环型滑轨
SR2：半径滑轨
SS：环境光特征
θ：投影角度
S410～S470：情境投影***的控制方法的步骤
具体实施方式
以下将以附图公开本发明的多个实施例，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施例中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些现有惯用的结构与元件在附图中将以简单示意地方式为之。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与技术效果，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。在整个说明书中，相同的附图元件符号表示相同的元件。
图1是本发明的一实施例的情境投影***的架构示意图，图2是本发明的一实施例的情境投影***的实施方式示意图。请参照图1与图2，情境投影***10包括显示装置110、反射装置120与情境光源130。显示装置110发送影像光束IB到观赏者200的眼睛，用以在屏幕区域DA播放一影像DI。影像DI中可
包括光源物件LS与至少一物件OB，光源物件LS可以直接显示于影像DI中，也可以不显示于影像DI中。例如图2中的太阳是光源物件LS，树木是物件OB。但本领域技术人员可从影像DI的光影变化了解该画面应存在光源物件LS。
情境光源130例如是投射灯或投影机，但不限制，配置于滑轨SR上，用以向屏幕区域DA投影情境光束SB，情境光束SB例如是单色光束且具有指向性。情境光源130在滑轨SR的投影位置是对应于光源物件OB相对于屏幕区域DA的镜像位置，以让情境光束SB模拟光源物件OB发出的光线，如光线A所显示。在本实施例中，光源物件LS代表太阳，因此情境光源130发出具有指向性的光束，滑轨SR配置在显示装置110的对面上方，情境光源130配置在滑轨上SR的投影位置会高于显示装置110，且情境光束SB的光轴会对准屏幕区域DA的中心，以让情境光束SB模拟太阳光照射树木后的光影现象。
在屏幕区域DA中配置反射装置120，反射装置120可以允许影像光束IB穿透或其配置结构不妨碍影像光束IB的传递，但反射装置120会反射情境光束SB，情境光束SB被反射装置120反射后在屏幕区域DA外部形成特征影像CI，其中，特征影像CI与影像DI具有连动关系，在本实施例中，连动关系是指特征影像CI显示光源物件LS对物件OB产生的光影变化。例如图1与图2中的情境光束SB被反射到地面G上，在地面上显示物件OB的影子SHAD。
需说明的是，在本实施例中，被反射后的情境光束SB的传递方向与影像光束IB不同，影像光束IB会直接传递到观赏者200的眼睛，而情境光束SB是遭遇反射装置120跟地面G(也可以是空间中其他东西，例如桌子或柜子)的至少二次反射后才进入观赏者200的眼睛，在此，影像DI的平面与特征影像CI的平面互为垂直。
以下将会搭配其他实施例详细说明情境投影***10的实施方式。
具体而言，显示装置110例如是液晶显示器(Liquid Crystal Display；LCD)、发光二极管(Light-Emitting Diode；LED)显示器、场发射显示器(Field Emission Display；FED)或其它种类的显示器。
反射装置120可以是多层镀膜结构，配置在整个屏幕区域DA，允许影像光束IB穿透，但可反射情境光束SB。反射装置120可以配置在显示装置110内部，在其他实施例中，反射装置120是以改变显示面板内的液晶结构来实现，借此控制反射率与穿透率，反射装置120也可以是半穿反显示器中反射区结构。本发明不限制反射装置120的实施方式。
图3是本发明的一实施例的情境投影***的方框示意图，图4是本发明的一实施例的情境投影***的控制方法的流程步骤图。图4的控制方法40适用于图1至图3的实施例，以下搭配情境投影***10的各项元件说明进一步说明本实施例的控制方法40。
请参照图3，情境投影***10还包括存储器140与处理器150。存储器140可以是任何形态的固定式或可移动式随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、快闪存储器(Flash memory)或类似元件或上述元件的组合。处理器150例如是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)等装置。
存储器140用以存储多个指令以及对应于多个情境特征参数的多个特征信号与多个显示信号，其中各情境特征参数包括：时间、天气、季节、方位、风景、环境光特征、地点与风景的至少其中之一。处理器150耦接存储器140、显示装置110与情境光源130，经配置以执行这些指令以实施情境投影***10的功能。
处理器150与存储器140可以整合在显示装置110或情境光源130内部，也可以以独立的主机的形式存在，本发明并不限制。
首先，在步骤S410中，开启显示装置110，在步骤S420中，决定情境特征参数。情境特征参数可以由使用者手动输入或是由处理器150自动选择，处理器150根据此情境特征参数，从存储器140得到对应的显示信号DS与特征信号CS，情境光源130会根据特征信号CS投影情境光束SB，显示装置110会根据显示信号DS显示影像DI。
举例来说，情境特征参数例如包括：影像DI要显示的影像内容，例如是窗户风景图，影像的时间地点是台湾的冬天傍晚五点，天气为晴天，窗户风景图的光源物件LS是太阳，物件OB是一颗临窗的枯树，如图2所示。
当情境特征参数决定好后，在步骤S430中，处理器150可以判断是否需要开启情境光源130。例如，当情境特征参数决定要展现的是阴雨天情境，因此选择不开启情境光源130，直接进行步骤S470，使屏幕区域DA显示影像DI。在另一实施例中，情境投影***10还可以包括环境感测器160，环境感测器160耦接处理器150，用以感测显示装置110所在空间的环境光，并产生环境光特征SS。当环境感测器160感测到该空间十分明亮，处理器150也可以选择不开启情境光源130。因此本实施例的情境投影***10还具有节能技术效果。
需说明的是，环境感测器160并非必须，在另一实施例中，情境投影***可以不包括环境感测器160。
当处理器150判断需开启情境光源130，接着执行步骤S440，设定情境光源130。处理器150可以决定情境光源130在滑轨SR的投影位置与投影角度，其中投影角度为情境光束SB的光轴与水平线的夹角。
图5是本发明的一实施例的情境光源与滑轨的配置关系的俯瞰图，图6是图5的实施例的情境光源与滑轨的配置关系的侧视图。请参照图5与图6，滑轨SR包括环型滑轨SR1或半径滑轨SR2，其中环型滑轨SR1以屏幕区域DA的中心位置为曲率中心，半径滑轨SR2配置于环型滑轨SR1上，且半径滑轨SR2的轨道方向与环型滑轨SR1的轨道方向垂直。也就是说，情境光源130沿着环型滑轨SR1绕显示装置110水平转动，而情境光源130沿着半径滑轨SR2改变情境光束SB的光轴OA与地面G(即水平线HL)的投影角度θ。
在本实施例中，情境特征参数决定要展现的是冬天傍晚五点的虚拟窗户，该虚拟窗户是南向，窗外是晴天并且有一颗临窗枯树。由情境及地理位置，此时太阳在西边，因此情境光源130的位置需调整到显示装置110的某一边，比如水平方位角正40～50度角的位置，即投影位置P1。此时的物件OB(就是枯树)的影子应该拉的很长，因此情境光源130的投影角度要较小，比如投影角度θ是30度。
更进一步来说，傍晚的阳光通常是色温较低的暖色调，因此可以将投影光束SB的色温设成2000K，做为光影亮部的暖白色。另外，当环境光特征SS显示室内照明光的亮度是30W(瓦)，考虑到晴天通常光影对比较高，在此选择室内光源的两倍60W作为情境光源130的光源强度。
当情境光源130不是正对屏幕区域DA的中心，情境光束SB到屏幕区域DA四边的距离可能有不同，因此处理器150还可以对特征信号CS进行畸变调整处理，以不让投影光束SB投影到屏幕区域DA之外，造成干扰。
图7是本发明的一实施例的情境光束的畸变示意图，请参照图7，当情境光源130相对于屏幕区域DA的水平方位角是0度，如图5的投影位置P0，投影光束SB离屏幕区域DA上方边缘的距离T小于离屏幕区域DA下方边缘的距离B，处理器150会将投影光束SB的投影画面大小从原本的S0(符合屏幕区域DA的尺寸)调整为SM。本领域技术人员可依据通常知识获致关于投影画面的畸变处理的实施方式，在此不再赘述。
也就是说，处理器150可以根据投影位置P1与投影角度θ，对特征信号CS进行畸变调整处理以产生特征调整信号CMS，情境光源130根据特征调整信号CMS投影情境光束SB，使得情境光束SB的照射范围不会超出屏幕区域DA。
在一实施例中，由于反射装置120除了对波长，还会对入射角度、偏振态等具有筛选性。举例来说，由于情境光源130位于反射装置120的上方，因此情境光束SB入射到屏幕区域DA上方跟下方的入射角度不同。处理器150也可以根据反射装置120的反射率分布，对特征信号CS进行亮度补偿处理以产生特征调整信号CMS，因此，情境光源130根据特征调整信号CMS投影情境光束SB，使得被反射装置120反射后的情境光束SB的亮度均匀。
图8是本发明的一实施例的反射装置的穿透率分布图。请参照图8，在本实施例中，反射装置120为多层镀膜结构，配置在整个屏幕区域DA上，其大小与屏幕区域DA相同，线段R、G与B分别是显示装置110所发出的红色光束、绿色光束与蓝色光束的频谱，线段TR是反射装置120的穿透频谱，因此大部分影像光束IB可穿透反射装置120，而情境光源130为了表现太阳光，所发出的情境光束SB的波段例如落在570－590nm(纳米)，会被反射装置120反射。
在步骤S450中，处理器150会对显示信号DS进行影像补偿。在本实施例中，显示装置110的发光频谱与反射装置120的穿透频谱在红色光与绿色光有部分重叠，因此处理器150可以根据反射装置120的反射率分布，对显示信号DS进行影像补偿以产生显示调整信号DMS，在步骤S470中，显示装置110根据显示调整信号DMS显示影像DI，以避免影像品质受到反射装置120的影响。在另一实施例中，也可以在步骤S450后才执行步骤S410，并不限制。
在本实施例中，情境投影***10还可以进一步展现特征影像CI与影像DI之间随时间改变的连动关系。
图9是本发明的另一实施例的情境投影***的实施方式示意图。请参照图9，步骤S420中，情境投影***10被设定为例如从早上开启到傍晚，要展现的是冬天的虚拟窗户场景，该虚拟窗户是南向，窗外是晴天并且有一颗临窗的枯树。处理器150从存储器140接收同个场景但分别代表至少2个不同时间点的显示信号DS与对应的特征信号CS，在此以早上8点、中午12点与傍晚5点三个时间点为例，其中光源物件是LS1、LS2与LS3表示早上的太阳、中午的太阳与傍晚的太阳，所对应的特征信号分别为CS1、CS2与CS3，情境光源130投影在地面的特征影像分别为CI1、CI2与CI3，表现枯树的影子从窗户照入室内。
在步骤S460中，处理器150可以计算特征影像CI与显示影像DI的连动关系变化。具体来说，处理器150可以根据特征信号CS1与CS2来估算早上8点到中午12点之间的特征信号，根据特征信号CS2与CS3来估算中午12点到傍晚5点之间的特征信号，以产生这段时间内连续变化的特征影像。详细来说，存储器140存储特征信号处理模块CM，处理器150执行特征信号处理模块CM以随时间改变情境光源130的投影位置、投影角度与特征影像，例如每15分钟改变一次，表现出太阳随时间偏移的光线变化，并且对应估算枯树影子SHAD的变化，因为随着情境光源130投射光线的角度改变，枯树的影子SHAD也应该呈现出跟着光线角度改变的效果。
如此一来，情境投影***10不需要存储大量的特征信号，处理器150可以根据至少两个不同的时间点的特征信号CS来估算至少两个不同的时间点之间的特征信号变化，并使情境光源130相应地在至少两个不同的时间点产生不同的特征影像。
图10是本发明的另一实施例的情境投影***的实施方式示意图。除了时间变化外，情境投影***10还可以呈现其他变化以增加真实度，例如有风吹动树叶、人物移动或是落叶等效果。在图10的实施例中，物件OB是一颗树，显示装置110播放树叶L从树上掉落的连续影像。在本实施例中，由于场景的变化不大，只有树叶L的位置改变，因此处理器150可以执行特征信号处理模块CM，计算树叶L移动时，树叶影子SHADL的变化，以控制情境光源130投影的情境光束SB可以同步展现出树叶L飘落的影子变化。
综上所述，本发明实施例提出一种情境投影***及其控制方法，情境光源投射情境光束在显示装置的屏幕区域上，被屏幕区域装的反射装置反射到屏幕区域外部，以模拟影像中的光源物件所发出的光线，其中情境光束中的特征影像可以表现出光源物件对物件产生的光影变化。因此，除了屏幕区域所显示的影像外，投影的特征影像可以将显示装置的影像效果延伸到屏幕区域外部，因此本发明实施例的情境投影***及其控制方法所展现的虚拟情境具有极高的真实度。
虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (22)

1.一种情境投影***，包括：
一显示装置，用以在该显示装置的一屏幕区域显示一影像；
一反射装置，配置于该屏幕区域中；以及
一情境光源，配置于一滑轨上，用以投影一情境光束至该屏幕区域，且该情境光束被该反射装置反射后在该屏幕区域外部形成一特征影像，
其中，该特征影像与该影像具有一连动关系。
2.如权利要求1所述的情境投影***，其中该情境光束具有指向性。
3.如权利要求1所述的情境投影***，其中该影像中包括一光源物件与至少一物件，且该连动关系包括：
该情境光源在该滑轨的一投影位置对应于该光源物件相对于该屏幕区域的一镜像位置；以及
该特征影像显示该光源物件对该物件产生的光影变化。
4.如权利要求1所述的情境投影***，还包括：
一存储器，存储多个指令以及对应于多个情境特征参数的多个特征信号与多个显示信号，其中各该情境特征参数包括：时间、天气、季节、方位、风景、环境光特征、地点与风景的至少其中之一；以及
一处理器，耦接该存储器、该显示装置与该情境光源，经配置以执行所述指令以：
根据所述情境特征参数的至少其中之一，决定该情境光源在该滑轨的一投影位置与一投影角度，其中该投影角度为该情境光束的光轴与一水平线的夹角；以及
根据所述情境特征参数的至少其中之一，使该情境光源根据对应的所述特征信号的至少其中之一投影该情境光束，且使该显示装置根据对应的所述显示信号的至少其中之一显示该影像。
5.如权利要求4所述的情境投影***，其中所述特征信号的至少其中的二分别为至少两个不同的时间点上的相关影像，且该处理器更经配置执行所述指令以：
根据该至少两个不同的时间点的所述特征信号来估算该至少两个不同的时间点之间的所述特征信号变化，并使该情境光源相应地在该至少两个不同的时间点产生不同的该特征影像。
6.如权利要求4所述的情境投影***，其中该处理器更经配置执行所述指令以：
根据该投影位置与该投影角度，对该对应的特征信号进行一畸变调整处理以产生一特征调整信号，其中该情境光源根据该特征调整信号投影该情境光束，使得该情境光束的一照射范围不会超出该屏幕区域。
7.如权利要求4所述的情境投影***，还包括：
一环境感测器，耦接该处理器，用以感测该显示装置所在的空间的环境光，并产生该环境光特征。
8.如权利要求4所述的情境投影***，其中该处理器更经配置执行所述指令以：
根据该反射装置的反射率分布，对该对应的特征信号进行一亮度补偿处理以产生一特征调整信号，其中该情境光源根据该特征调整信号投影该情境光束，使得被该反射装置反射后的该情境光束的亮度均匀。
9.如权利要求1所述的情境投影***，其中该情境光源被配置在该滑轨上的一投影位置高于该显示装置，且该情境光束的光轴对准该屏幕区域的中心。
10.如权利要求1所述的情境投影***，其中该滑轨包括一环型滑轨或一半径滑轨，其中该环型滑轨以该屏幕区域的中心位置为曲率中心，该半径滑轨配置于该环型滑轨上，且该半径滑轨的轨道方向与该环型滑轨的轨道方向垂直。
11.如权利要求1所述的情境投影***，其中该影像的平面与该特征影像的平面互为垂直。
12.一种情境投影***的控制方法，该情境投影***包括一显示装置、配置于该显示装置的一屏幕区域的一反射装置以及配置于一滑轨上的一情境光源，该控制方法包括：
使该屏幕区域显示一影像；以及
使该情境光源投影一情境光束至该屏幕区域，且该情境光束被该反射装置反射后在该屏幕区域外部形成一特征影像，
其中，该特征影像与该影像具有一连动关系。
13.如权利要求12所述的控制方法，其中该情境光束具有指向性。
14.如权利要求12所述的控制方法，其中该影像中包括一光源物件与至少一物件，且该连动关系包括：
该情境光源在该滑轨的一投影位置对应于该光源物件相对于该屏幕区域的一镜像位置；以及
该特征影像显示该光源物件对该物件产生的光影变化。
15.如权利要求12所述的控制方法，其中使该屏幕区域显示该影像以及使该情境光源投影该情境光束的步骤包括：
根据一情境特征参数，决定该情境光源在该滑轨的一投影位置与一投影角度，其中该投影角度为该情境光束的光轴与一水平线的夹角，其中该情境特征参数包括：时间、天气、季节、方位、风景、环境光特征、地点与风景的至少其中之一；以及
根据该情境特征参数，使该情境光源根据对应的特征信号投影该情境光束，且使该显示装置根据对应的显示信号显示该影像。
16.如权利要求15所述的控制方法，还包括：
所述特征信号的至少其中的二分别为至少两个不同的时间点上的相关影像；以及
根据该至少两个不同的时间点的特征信号来估算该至少两个不同的时间点之间的特征信号变化，并使该情境光源相应地在该至少两个不同的时间点产生不同的该特征影像。
17.如权利要求15所述的控制方法，其中使该情境光源投影该情境光束至该屏幕区域的步骤还包括：
根据该投影位置与该投影角度，对该对应的特征信号进行一畸变调整处理以产生一特征调整信号，其中该情境光源根据该特征调整信号投影该情境光束，使得该情境光束的一照射范围不会超出该屏幕区域。
18.如权利要求16所述的控制方法，其中使该情境光源投影该情境光束的步骤还包括：
根据该反射装置的反射率分布，对该对应的特征信号进行一亮度补偿处理以产生一特征调整信号，其中该情境光源根据该特征调整信号投影该情境光束，使得被该反射装置反射后的该情境光束的亮度均匀。
19.如权利要求12所述的控制方法，其中该情境光源被配置在该滑轨上的一投影位置高于该显示装置，且该情境光束的光轴对准该屏幕区域的中心。
20.如权利要求12所述的控制方法，其中该滑轨包括一环型滑轨或一半径滑轨，其中该环型滑轨以该屏幕区域的中心位置为曲率中心，该半径滑轨配置于该环型滑轨上，且该半径滑轨的轨道方向与该环型滑轨的轨道方向垂直。
21.如权利要求12所述的控制方法，其中该情境光束被该反射装置反射后在该屏幕区域外部形成该特征影像的步骤包括：
该情境光束被该反射装置反射后的方向是朝向地面。
22.如权利要求12所述的控制方法，其中该影像的平面与该特征影像的平面互为垂直。
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