TWI283994B - Brightness adjusting device for video wall system and method therefor - Google Patents

Description

1283994 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案係為一種電視牆亮度調整裝置及方法’尤指 一種藉由於調整光源亮度使所有電視牆螢幕亮度一致 之電視牆亮度調整裝置及方法。 【先前技術】 目請參閱第^一圖，其係^一習用電視牆党度调整裝 置之示意圖，其係包括一光源10、一反射鏡11、一數 位微鏡裝置（Digital Micro-mirror Device，DMD) 12、一 亮度修正部13、一投影鏡14以及一亮度感應器15。 在此習知技藝中，首先其光源10投射至反射鏡11並 反射至數位微鏡裝置12,當數位微鏡裝置12啟動（ON) 時，數位微鏡裝置12根據亮度修正部13之一影像信 號及一修正之亮度信號將所欲投射之影像經投影鏡14 投射至鏡頭並顯示在螢幕（未顯示）上，當數位微鏡裝 置12關閉（OFF)時，數位微鏡裝置12將從反射鏡u 反射而來之入射光反射至亮度感應器15並轉換成一 數位亮度信號，然後將該數位亮度信號傳送至主螢幕 (未顯示）之中央處理器16，同時其他子螢幕（未顯示） 之數位亮度信號亦透過通訊方式傳送至主螢幕（未顯 示）之中央處理器16,利用一亮度修正計算公式得到一 修正亮度之影像信號，並傳送此修正亮度之影像信號 至該亮度修正部進行下一次之影像投影。 此習知技藝之重點在於其亮度調整為針對影像之 1283994 亮度作調整，此種方法一則因其為一開放式之調整， 容易失去影像之動態範圍（Dynamic Range)，再則其光 源並未因影像亮度變暗而得以調整，其光源之壽命因 而縮短。另有習知技藝針對亮度調整採用光圈，但其 光源處於高流明輸出，所以燈的壽命亦沒延長。 爰是之故，申請人係鑑於上述習知技術之一部或 全部的缺失，經悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨的 精神，終提出一種直接調整電視牆光源亮度之裝置及 • 方法之設計，創作出本案「電視牆亮度調整裝置及方 法」。 【發明内容】 本發明的第一構想在於提供一種電視牆亮度調整 裝置，可用於包括一主螢幕以及至少一個子螢幕之一 電視牆，其至少包括一光源，其係提供投射影像於該 等螢幕所需之一入射光線，一感應器，其係設置於可 • 接收該光源之一位置，用來感測該光源以取得一數位 亮度信號，以及一中央處理器，其係接收該數位亮度 信號並決定一基準亮度，根據該基準亮度以調整該光 源之亮度。 依據本發明之構想，該基準亮度係為該等螢幕之 該光源之最低亮度值。 依據本發明之構想，該基準亮度係為該等螢幕之 該光源之亮度中間值。 依據本發明之構想，該電視牆亮度調整裝置更包 1283994 ^，點燈器’分別與該光源及該中央處理器電性耦 用來根據該巾央處理^輸出之該基準亮度調整該 依據本發明之構想，該點燈器與一馬達結合，利 z馬達移動該力源以降低該光源投射至餐幕之亮 度。 據本發明之構想，該感應器更包括一類比/數位 、崙，其係用來取得該感應器所偵測之一類比亮度 "#u中之―特定光線之該數位亮度信號。 依據本發明之構想，該電視牆亮度調整裝置更包 色輪，用來將該光源之該入射光線作一分色處理。 依據本發明之構想，該電視牆亮度調整裝置更包 括積分柱及一聚光鏡，用來將經過該分色處理之該 入射光線聚集投射於一設定方向。 依據本發明之構想，該電視牆亮度調整裝置更包 括一菱鏡、一數位微鏡裝置及一影像板，該菱鏡係位 於可接收穿過該聚光鏡之入射光線之一位置，該數位 微鏡裝置係位於可接收折射之該入射光線之一位置並 與该影像板以電氣耦合連接，該菱鏡係用來將投射於 忒叹疋方向之該入射光線折射至一數位微鏡裝置，該 數位微鏡裝置係被該影像板控制係用來投射欲顯示之 影像於該等螢幕上。 依據本發明之構想，其中當該數位微鏡裝置啟動 時，根據該影像板之一輸出影像信號及該入射光之一 亮度，透過該菱鏡及一投影鏡投影在該等螢幕上，當 1283994 "亥數位微鏡裝置關閉時，投射具有該亮度之該入射光 經由該菱鏡至該感應器。 抑/依據本發明之構想，其中該主螢幕之該中央處理 器係以一 RS232或RS485方式與該等子螢幕之該等中 央處理器彼此串接，主螢幕之該中央處理器係匯集該 等螢幕之該數位亮度信號以決定基準亮度，同時將該 基準亮度經RS232或RS485方式傳至該等子螢幕之 該中央處理器。 本發明的第二構想在於提供一種電視牆亮度調整 裝置，可用於包括一主螢幕以及至少一個子螢幕之一 電視牆，其至少包括一光源，其係提供投射影像於該 等螢幕所需之一入射光線，一感應器，其係設置於可 接收該光源之一位置，用來感測該光源以取得一類比 亮度信號，以及一中央處理器，其係接收該類比亮度 信號’轉換該類比亮度信號為一數位亮度信號，並決 疋一基準焭度’根據該基準亮度以調整該光源之亮度。 依據本發明之構想，該基準亮度係為該等螢幕之 該光源之最低亮度值。 依據本發明之構想，該基準亮度係為該等螢幕之 該光源之亮度中間值。 依據本發明之構想，該電視牆亮度調整裝置更包 括一點燈器，分別與該光源及該中央處理器電性轉 接’用來根據該中央處理器輸出之該基準亮度調整該 光源。 依據本發明之構想，該點燈器與一馬達結合，利 1283994 用戎馬達移動該光源以降低該光源投射至螢幕之亮 度。 依據本發明之構想，該中央處理器、更包括一類比/ 數位轉換器，其係用來取得該感應器所偵測之一類比 亮度信號中之一特定光線之該數位亮度信號。 依據本發明之構想，該電視牆亮度調整裝置更包 括一色輪，用來將該光源之該入射光線作一分色處理。 依據本發明之構想，該電視牆亮度調整裝置更包 • 括一積分柱及一聚光鏡，用來將經過該分色處理之該 入射光線聚集投射於一設定方向。 依據本發明之構想，該電視牆亮度調整裝置更包 括一菱鏡、一數位微鏡裝置及一影像板，該菱鏡係位 於可接收穿過該聚光鏡之入射光線之一位置，該數位 微鏡裝置係位於可接收折射之該入射光線之一位置並 與該影像板以電氣耦合連接，該菱鏡係用來將投射於 遠設定方向之該入射光線折射至一數位微鏡裝置，該 • 數位微鏡裝置係被該影像板控制係用來投射欲顯示之 影像於該等螢幕上。 依據本發明之構想，當該數位微鏡裝置啟動時， 根據該影像板之一輸出影像信號及該入射光之一亮 度，透過該菱鏡及一投影鏡投影在該等螢幕上，當該 數位微鏡裝置關閉時，投射具有該亮度之該入射光經 由該菱鏡至該感應器。 依據本發明之構想，該主螢幕之該中央處理器係 以一 RS232或RS485方式與該等子螢幕之該等中央處

1283994 理器彼此串接，主螢幕之該中央處理器係匯集該等螢 幕之該數位亮度信號以決定基準亮度，同時將該基準 亮度經RS232或RS485方式傳至該等子螢幕之該中 央處理器。 本發明的第三構想在於提供一種電視牆亮度調整 方法，係應用於包括一主螢幕以及至少一個子螢幕之 一電視牆，包括步驟如下：取得該主螢幕之光源亮度； 取得該等子螢幕之光源亮度；決定基準亮度；根據基 準亮度資料，調整該等光源投射至螢幕的亮度，使該 等螢幕亮度一致。 依據本發明之構想，該基準亮度係為該等螢幕之 該光源之最低亮度值。 依據本發明之構想，該基準亮度係為該等螢幕之 該光源之亮度中間值。 本案之功效與目的，可藉由下列實施例與圖示說 明，俾有更深入之了解。 【實施方式】 本案之電視牆亮度調整裝置及方法，將可由以下 之實施例說明而得到充分之了解，使得熟習本技藝之 人士可據以完成之，然本案之實施例並非可由下列實 施例而被限制其實施型態。 請參考第二圖，其係一電視牆1之螢幕組成示意圖， 包括有一主螢幕2及三面子螢幕3、4、5,其各螢幕 間係以一有線通訊電纜6、7、8(譬如RS232或RS485 11 1283994 電纜），使主螢幕2能根據各子螢幕所傳送來之資料， 統合一致地顯示影像，如各螢幕亮度不一，其所產生 之整體電視牆顯示效果必然不佳，故亮度的一致性在 電視牆的顯示上殊為重要。 請參考第三圖，其係本案一實施例之電視牆亮度 調整裝置之示意圖，其可適用於電視牆的每一螢幕並 包括有一光源10、一色輪(Color Wheel)17、一積分柱 (R〇d)18、一 聚光鏡(Condenser)19、一菱鏡 23、一數位 微鏡裝置(Digital Micro-mirror Device, DMD)12、一影 像板21、一感應器15、一投影鏡14、一類比/數位轉 換器（ADC)22、一中央處理器16,燈的移動馬達24，以 及一點燈器（Ballast)20。 電視牆亮度調整機制為由光源10發出一入射 光，經過色輪17的分色處理後再透過積分柱18及聚 光鏡19使該經過分色處理的入射光線投射於菱鏡23 上，經菱鏡23折射之入射光線進入數位微鏡裝置12， 當數位微鏡裝置12開啟(ON)時，其根據影像板21所 輸入的影像資料直接以入射光線的亮度將影像透過投 影鏡14投射至螢幕(未顯示），當數位微鏡裝置12關 閉（OFF)時’其將入射光線投射向感應器15，感應哭 15接收入射光線並感測其亮度，惟因此亮度信號為類 比形式，難為電腦裝置直接使用，故透過一類比/數位 轉換器22將此亮度信號轉為數位形式，同時因入射光 線之党度彳§號係包括二原色（紅、綠、藍）及白色光的 亮度’而白色光的党度為最高，類比/數位轉換器22

12 1283994 可扮演對白光取樣以獲得所需的數位亮度資料的角 色，然本發明不限於對白光取樣，亦可針對其他顏色 光為之。 由類比/數位轉換器22所取得的數位亮度資料將 透過有線或其他無線通訊方式（未顯示）傳送至主榮幕 的中央處理器16,主螢幕的中央處理器a選取所有 螢幕（包含主螢幕本身）中的基準亮度，基準亮度為調 整亮度的基準點，由現在的主螢幕和子螢幕亮度決 _ 定，不限於最低亮度，亦可選擇所有亮度之中間值作 為基準亮度，同時以有線或其他無線通訊方式（未顯示) 將此基準亮度資料傳送至各子螢幕的中央處理器，作 為下次影像顯示的亮度，於下次影像顯示時，各榮幕 的中央處理器以此亮度資料設定點燈器2〇，使各榮幕 光源發出入射光後，以顯示相同的螢幕亮度。另外如 因各螢幕間亮度差異過大（比如：超過2〇%)，超過點燈 器可以調整的範圍，可採用一馬達（未顯示）來控制光 # 源的移動，當光源偏離其最大亮度之位置時，其亮度 冒逐漸下降，利用此馬達操控光源的移動可達到一快 速調整大亮度差異螢幕間之亮度一致性。 請參考第四圖，其係本實施例之一閉迴路電視牆 亮度調整方法之示意圖，在此閉迴路之亮度調整過程 中的主要焭度相關元件，包括有—點燈器、光源 10、感應器15、類比/數位轉換器22及中央處理器16, 另外S代表經由感應器感測光源之類比亮度信號並由 類比/數位轉換H將其轉換的數位亮度信號，^表由 13 1283994 =螢幕的中央處理II 16所傳送的—基準亮度值，C則 為根據S1R所得到了次顯示時的基準亮度。 其中由中央處理H 16為核，錢亮度決策係 以虛線方塊表示，左下方為其相_輸入及輸出表 =百先各系統在生產時會因光源1G發亮的程度、感 —15接收冗度的敏及類比/數位轉換器22轉 ^數值之差異而有若干程度上的不同，中央處理器16 _在生產作％c準’並產生系統的增益值(Gain)，其公 式為； 其中[為系統的增益值，μ為相鄰兩次的感應器 15所接收並由類比/數位轉換器22所轉換的感測亮度 差值的平均值’Μ則為中央處理器16所設定相鄰兩次 基準亮度差值的平均值。 此增益值可用來計算電視牆實際顯示時光源亮度 的調降值，其可經由將類比/數位轉換器22所得到的 亮度感測值標準化而取得，其公式為； L=i 其中I為光源党度的調降值，S為類比/數位轉換器 所得到的亮度感測值，尺為系統的增益值。 至此，依據回饋迴路之運算，下一次的光源亮度 值可產生，其公式為； 1283994 其中a為主螢幕中央處理器本次設定的基準亮 度，Z為光源亮度的調降值，C為主螢幕中央處理器下 次設定的基準亮度。 如此經過2至3次反覆回饋動作，即可將光源亮 度調整至主螢幕中央處理器所設定基準亮度的可接受 誤差範圍内。 請參考第五圖，其係本實施例之一電視牆亮度調 整方法之流程圖，包括以下步驟：（a)取得主螢幕之光 ❿ 源亮度，其係由主螢幕的感應器感測主螢幕的光源亮 度並將轉換的數位亮度資料傳送至主螢幕的中央處理 器；（b)取得所有子螢幕之光源亮度，其係由各子螢幕 的感應器感測各子螢幕的光源亮度並將轉換的數位亮 度資料傳送至個別子螢幕的中央處理器；（c)取得主螢 幕和子螢幕中基準亮度資料，其係由各子螢幕的中央 處理器透過有線或其他無線通訊傳輸方式將各子螢幕 的數位亮度資料匯集於主螢幕的中央處理器，由其從 • 所有亮度資料中選出一基準亮度資料；（d)根據基準亮 度資料，調整所有螢幕之亮度使其一致，其係由主螢 幕的中央處理器將基準亮度資料回傳給各子螢幕的中 央處理器，各中央處理器以此基準亮度資料設定點燈 器並點亮光源或及移動光源的位置。 綜上所述，本發明之設計係利用取得電視牆螢幕 的基準亮度直接設定點燈器使各螢幕的光源提供相同 的亮度；相較於習知電視牆亮度調整裝置及方法從影 像亮度的開放式調整著手，不僅其影像的動態範圍， 15 1283994 14投影鏡 16中央處理器 18積分柱 20點燈器 22類比/數位轉換器 24馬達 15亮度感應器 17色輪 19聚光鏡 21影像板 23菱鏡

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Claims (1)

1283994 申請專利範圍β· L 一種電視牆亮度調整裝置，可用於包括一主 以及至少一個子螢幕之一電視牆，其至少包括·· 一光源’其係提供投射影像於該等螢幕所需之 一入射光線； 一感應器，其係設置於可接收該光源之一位 置，用來感韻光源以取得—數位亮度信號；以及 w處f，，其係接彳线數位亮度信號 =疋-基準冗度’根據該基準亮度以調整該光源之 免度。 2 甘士如申請專利範圍第1項之電視牆亮度調整裝置， 二中該基準党度係為該等螢幕之該光源之最低亮度 值0 3 甘如申請專利範圍第！項之電視牆亮度調整裝置， 二中該基準党度係為該等螢幕之該规之亮度中間 值。 二如申请專利範圍第1項之電視牆亮度調整裝置， i tiff括—，燈11 ’分別與該光源及該中央處理器 =麵接，絲根據該巾央處理諸出之該 调整該光源。 ^上申凊t利範圍第4項之電視牆亮度調整裝置， 器與一馬達結合，利用該馬達移動該光源 以降低该光源投射至螢幕之亮度。 ϋΛ請气鄉㈣1項之電㈣亮度調整裝置， ^〜更包括一類比/數位轉換器，其係用來 η爹器所偵測之一類比亮度信號中之一特定 九線之該數位亮度信號。 凊專利範圍第1項之電視牆亮度調整裝置， /、係更包括-色輪’用來將該光源之該人射光線作一 18 1283994 分色處理。 8·如申請專利範圍第7項之電視牆亮度調整裝置， 其係更包括一積分柱及一聚光鏡，用來將經過該分色 處理之該入射光線聚集投射於一設定方向。 9·如申請專利範圍第8項之電視牆亮度調整裝置， ，係更包括一菱鏡、一數位微鏡裝置及一影像板，該 菱鏡 / 系位於可接收穿過該聚光鏡之入射光線之一位 置’該數位微鏡裝置係位於可接收折射之該入射光線 之一位置並與該影像板以電氣耦合連接，該菱鏡係用 • 來將投射於該設定方向之該入射光線折射至一數位 微鏡裝置’該數位微鏡裝置係被該影像板控制係用來 投射欲顯示之影像於該等螢幕上。 10·如申>請專利範圍第9項之電視牆亮度調整裝置， f中當1數位微鏡裝置啟動時，根據該影像板之一輸 出影像信號及該入射光之一亮度，透過該菱鏡及一投 影鏡投影在該等螢幕上，當該數位微鏡裝置關閉時， 有該亮度之該人射光經由該菱鏡至該感應器。 2申凊專利範圍第1項之電視牆亮度調整裝置， /、中該主螢幕之該中央處理器係以一 RS232或 4 H式與該等子螢幕之該等中央處理器彼此串 主螢幕之該中央處理器係匯集該等螢幕之該數位 売度# 5虎以決定基準亮度，同時將該基準亮度經 RS232或RS485方式傳至該等子勞幕之該中央處理 12· —種電視牆亮度調整裝置，可用於包括一主螢幕 以及至少一個子螢幕之一電視牆，其至少包括： 一光源，其係提供投射影像於該等螢幕所需之 一入射光線； 一感應器，其係設置於可接收該光源之一位 19 1283994 置，用來感測該光源以取得一類比亮度信號；以及 一中央處理器，其係接收該類比亮度信號，轉 換該類比亮度信號為一數位亮度信號，並決定一基準 亮度，根據該基準亮度以調整該光源之亮度。 13. 如申請專利範圍第12項之電視牆亮度調整裝 置，其中該基準亮度係為該等螢幕之該光源之最低亮 度值。 14. 如申請專利範圍第12項之電視牆亮度調整裝 置，其中該基準亮度係為該等螢幕之該光源之亮度中 φ 間值。 15. 如申請專利範圍第12項之電視牆亮度調整裝 置，其係更包括一點燈器，分別與該光源及該中央處 理器電性耦接，用來根據該中央處理器輸出之該基準 亮度調整該光源。 16. 如申請專利範圍第15項之電視牆亮度調整裝 置，其中該點燈器與一馬達結合，利用該馬達移動該 光源以降低該光源投射至螢幕之亮度。 17. 如申請專利範圍第12項之電視牆亮度調整裝 置，其中該中央處理器更包括一類比/數位轉換器， 參 其係用來取得該感應器所偵測之一類比亮度信號中 之一特定光線之該數位亮度信號。 18. 如申請專利範圍第12項之電視牆亮度調整裝 置，其係更包括一色輪，用來將該光源之該入射光線 作一分色處理。 19. 如申請專利範圍第18項之電視牆亮度調整裝 置，其係更包括一積分柱及一聚光鏡，用來將經過該 分色處理之該入射光線聚集投射於一設定方向。 20. 如申請專利範圍第19項之電視牆亮度調整裝 置，其係更包括一菱鏡、一數位微鏡裝置及一影像 20 1283994 板’該菱鏡係位於可接收穿過該聚光鏡之入射光線之 一位置，該數位微鏡裝置係位於可接收折射之該入射 光線之一位置並與該影像板以電氣耦合連接，該菱鏡 係用來將投射於該設定方向之該入射光線折射至一 數位微鏡裝置，該數位微鏡裝置係被該影像板控制係 用來投射欲顯示之影像於該等螢幕上。 21.如申請專利範圍第2〇項之電視牆亮度調整裝 置，其中當該數位微鏡裝置啟動時，根據該影像板之 一輸出影像信號及該入射光之一亮度，透過該菱鏡及 二投影鏡投影在該等螢幕上，當該數位微鏡裝置關閉 時，投射具有該亮度之該入射光經由該菱鏡至該感應 器。 22·如申請專利範圍第12項之電視牆亮度調整裝 置，其中該主螢幕之該中央處理器係以一 RS232或 RS485方式與該等子螢幕之該等中央處理器彼此串 接’主螢幕之該中央處理器係匯集該等螢幕之該數位 亮度信號以決定基準亮度，同時將該基準亮度經 RS232或RS485方式傳至該等子螢幕之該中央處理 器。 23. —種電視牆亮度調整方法，係應用於包括一主螢 幕以及至少一個子螢幕之一電視牆，包括步驟如下： (a) 取得該主螢幕之光源亮度； (b) 取得該等子螢幕之光源亮度； (c) 決定基準亮度； (d) 根據基準亮度資料，調整該等光源投射 至螢幕的亮度，使該等螢幕亮度一致。 24·如申請專利範圍第23項之電視牆党度调整方 法，其中該基準亮度係為該等螢幕之該光源之最低亮 度值。

21 1283994 25.如申請專利範圍第23項之電視牆亮度調整方 法，其中該基準亮度係為該等螢幕之該光源之亮度中 間值。

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