TWI549106B - 影像顯示方法及電子裝置 - Google Patents

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Description

影像顯示方法及電子裝置
本發明是有關於一種影像顯示方法及電子裝置，且特別是有關於一種具強光可視性(Sunlight Readable)的影像顯示方法及電子裝置。
隨著科技的發展，各式各樣的行動裝置，例如平板型電腦(Tabular Computer)、個人數位化助理(Personal Digital Assistant,PDA)、及智慧型手機(Smart Phone)等，已成為現代人不可或缺的工具。此外，這些行動裝置已朝向多功能的趨勢發展。以智慧型手機的多功能性而言，目前的智慧型手機不但提供通信功能，更提供了遊戲、上網、電子書以及照相等功能，而其中尤以可以捕捉即時畫面的照相功能深受大眾的喜愛。
然而，一般使用此類行動裝置拍照時，只要移動到陽光稍強的地方，由於光線將直接照射在螢幕時受到其表面的反射，導致人眼無法清楚看見預覽拍照畫面。現有的解決方式係加上額外的影像處理硬體以及搭配環境光源感測器(Ambient Light Sensor，ALS)，以動態調整螢幕的背光和數位對比(Digital Contrast)達到強光可視性(Sunlight Readable)。另一解決方式係利用處理器的運算能力，以軟體搭配圖形處理器(Graphics Processing Unit,GPU)的圖像分析來取代硬體成本，但是此方式會提高行動裝置的功耗，降低行動裝置的電池壽命。
有鑑於此，如何能讓行動裝置的螢幕在強光的環境下保有良好的顯示品質，便成為亟欲解決的問題之一。
本發明提供一種影像顯示方法及電子裝置，其可在節省硬體與運算成本的前提下，提升螢幕在強光下的可視性。
本發明提供一種影像顯示方法，適用於具有影像擷取單元、螢幕以及光感測器的電子裝置，包括下列步驟。接收影像擷取單元擷取的預覽影像，並且將預覽影像進行處理以產生預覽影像的多個像素亮度值。接收光感測器偵測的環境光源的光照度值。接著，根據所述像素亮度值以及環境光源的光照度值，切換至多個伽瑪查找表之中的輸出伽瑪查找表。根據輸出伽瑪查找表，產生對應於各所述像素亮度值的調整像素亮度值，據以將預覽影像顯示於螢幕。
本發明另提供一種電子裝置，包括螢幕、影像擷取單元、影像訊號處理單元、光感測器以及控制單元，其中影像訊號處理單元耦接影像擷取單元，控制單元耦接螢幕、光感測器以及影像 訊號處理單元。影像擷取單元用以產生預覽影像。影像訊號處理單元用以將預覽影像進行處理，以產生預覽影像的多個像素亮度值。光感測器用以偵測環境光源的光照度值。控制單元用以根據所述像素亮度值以及環境光源的光照度值，切換至多個伽瑪查找表之中的輸出伽瑪查找表，並且根據輸出伽瑪查找表，產生對應於各所述像素的調整像素亮度值，據以顯示預覽影像於螢幕。
基於上述，本發明所提出的影像顯示方法及電子裝置，當使用者在強光的環境下拍照前，其利用影像訊號控制單元將預覽影像進行處理，以分析出預覽畫面的亮度分布，再配合當下的環境光源來切換至其所對應的伽瑪查找表，據以調整預覽影像。本發明在不額外增加硬體成本以及降低系統運算量的前提下，可幫助使用者在強光的環境下進行拍照時，清楚地將預覽影像顯示於螢幕，達到預覽畫面的強光可視性功能。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧電子裝置
110‧‧‧螢幕
120‧‧‧影像擷取單元
130‧‧‧影像訊號控制單元
140‧‧‧光感測器
150‧‧‧控制單元
S202~S210‧‧‧影像顯示方法的流程
302、304、306、308‧‧‧曲線
圖1是依照本發明一實施例所繪示之電子裝置的方塊圖。
圖2是依照本發明一實施例所繪示之影像顯示方法的流程圖。
圖3是依照本發明一實施例所繪示之多個伽瑪查找表所對應 的曲線。
有照相功能的行動裝置皆具備影像訊號處理器(Image Signal Processor,ISP)以對影像訊號進行例如是自動曝光(Auto Exposure,AE)、自動對焦(Auto Focus,AF)以及自動白平衡(Auto White Balance,AWB)的3A演算等處理。此外，影像訊號處理器可對影像訊號進行例如是分析平均亮度值、像素亮度分布等影像前處理功能，更可提供影像對比度、色相、色飽和度等相關色彩校正處理。本發明將藉由影像訊號處理器的影像處理能力以及簡單的運算提出一種強光可視性(Sunlight Readable)的影像顯示技術，在不額外增加硬體成本以及降低系統運算量的前提下，可幫助使用者在強光的環境下進行拍照時，清楚地將預覽影像顯示於螢幕。
圖1是依照本發明一實施例所繪示之電子裝置的方塊 圖。請參照圖1，在本實施例中，電子裝置100為智慧型手機，然而，應用本實施例者也可利用手機、個人數位助理、個人數位助理手機、平板電腦以及筆記型電腦等來實現電子裝置100。電子裝置100包括螢幕110、影像擷取單元120、影像訊號處理單元130、光感測器140以及控制單元150，其功能分述如下。
螢幕110例如是液晶顯示器(Liquid Crystal Display， LCD)、發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)顯示器、場發 射顯示器(Field Emission Display，FED)或其他種類的顯示器，其係用以顯示電子裝置100輸出的影像，而提供給使用者觀看。
影像擷取單元120包括例如是光學定焦鏡頭或光學變焦鏡頭等攝像鏡頭，以及例如是電荷耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)等感光元件的裝置，其係用以擷取預覽影像。
影像訊號處理單元130耦接影像擷取單元120，其例如是影像訊號處理器(Image Signal Processor,ISP)，用以接收預覽影像，並且將預覽影像進行處理，以計算出預覽影像的多個像素亮度值。
光感測器140例如是環境光源感測器(Ambient Light Sensor，ALS)，其例如是配置在螢幕110的同一側，而用以偵測螢幕110前方環境光源的光照度值。
控制單元150耦接螢幕110、影像訊號處理單元130以及光感測器140，其例如是圖形處理單元(Graphic Processing Unit,GPU)、中央控制單元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device，PLD)元或其他類似裝置或這些裝置的組合。控制單元150用以根據預覽影像中所有像素的亮度值以及光感測器140所偵測到的光照度值來調整預覽影像，從而達到螢幕110在強光下的可視性。以下 則舉一實施例詳細說明。
請同時參照圖1與圖2，以下即圖1中電子裝置100的各 項元件搭配圖2說明本實施例的電子裝置100的影像顯示方法之詳細步驟。
首先，影像訊號處理單元130接收影像擷取單元120擷 取的一預覽影像(步驟S202)，並且將預覽影像進行處理以產生預覽影像的多個像素亮度值(步驟S204)。詳言之，當使用者欲對一欲拍區域進行拍照前，影像擷取單元120將擷取欲拍區域的預覽影像。接著，影像訊號處理單元130將自影像擷取單元120接收預覽影像，並且將預覽影像進行訊號處理，以產生預覽影像的多個像素的亮度值(在此定義為「像素亮度值」)。
接著，控制單元150接收光感測器140偵測的環境光源 的光照度值(步驟S206)。在本實施例中，光感測器140可在產生所述像素亮度值的同時，偵測環境光源的光照度值，並且由控制單元150所接收。而在另一實施例中，步驟S206則不限於與步驟S204同時執行。舉例而言，光感測器140可以例如是在使用者在進行拍照的過程中持續開啟，且在每間隔一段預定時間時，即會偵測環境光源的光照度值，並且由控制單元150所接收。
之後，控制單元150將根據所述像素亮度值以及環境亮 度的光照度值，切換至多個伽瑪查找表(Gamma Lookup Table,Gamma LUT)之中的輸出伽瑪查找表(步驟S208)。詳言之，影像訊號處理單元130可先根據所述像素亮度值，產生所述像素亮 度值的亮度分布。在此的亮度分布可以是以直方圖(histogram)的形式表示，其將所述亮度值依數值的大小區分為多個相等的區間數(bin)。以涵蓋數值範圍為[0,255]的像素亮度值為例，直方圖可以包括16個相等的區間。
控制單元150自影像訊號處理單元130取得亮度分布後，將計算預覽影像的平均亮度值、最大亮度值以及最小亮度值。在本實施例中，控制單元150取得平均亮度值、最大亮度值以及最小亮度值的演算公式可以分別例如是方程式(1)~(3)：
其中為平均亮度值，Y max為最大亮度值，Y min為最小亮度值；i為區間並且為正整數，1 i n，n為總區間數，G(i)為區間i所對應的像素亮度值，N(i)為區間i所對應的像素數量。本發明的概念便是根據平均亮度值以及環境亮度的光照度值適應性地切換至不同的伽瑪查找表，以達到預覽影像在強光下的可視性。
詳言之，電子裝置100的儲存單元(未繪示)可預先儲存依據不同曲線所建立的多個不同的伽瑪查找表，而控制單元150將自這些伽瑪查找表中擇一使用。當電子裝置100是處於強光下時，若預覽影像的內容是屬於暗場景，控制單元150所採用的伽瑪查找表可使預覽影像中的暗階像素(像素亮度值較小)調高， 以提高暗階像素的可視性，並且亮階像素不會過飽和；若預覽影像的內容是屬於亮場景，控制單元150所採用的伽瑪查找表可使預覽影像中的暗階像素調低，以提高像素之對比度；若預覽影像的內容是屬於一般場景，控制單元150所採用的伽瑪查找表可將預覽影像中較亮的像素調高以及較暗的像素調低，以增加預覽影像中場景的景深對比。為方便說明，在此將控制單元150所採用的伽瑪查找表定義為「輸出伽瑪查找表」。
在本實施例中，伽瑪查找表包括第一伽瑪查找表、第二伽瑪查找表、第三伽瑪查找表以及第四伽瑪查找表。第一伽瑪查找表、第二伽瑪查找表以及第三伽瑪查找表可分別由不同伽瑪值的伽瑪曲線(Gamma Curve)來建構。伽瑪曲線可以方程式(4)來表示： 其中V in 為伽瑪查找表的輸入索引，其為正規化的像素亮度值；γ為伽瑪值，V out 為伽瑪查找表的輸出，其為調整後的像素亮度值。第一伽瑪曲線、第二伽瑪曲線以及第三伽瑪曲線中的伽瑪值分別具有下列關係：γ=1、γ<1以及γ>1。第四伽瑪查找表則是由Sigmoid曲線所建構。在本實施例中，Sigmoid曲線可以方程式(5)來表示： 而第四伽瑪查找表的輸入索引V in 以及輸出V out 的範圍需為0到255之間。
具體來說，上述曲線可以如圖3所繪示的第一伽瑪曲線302、第二伽瑪曲線304、第三伽瑪曲線306以及Sigmoid曲線308。當控制單元150判斷環境光源的光照度值小於光照度門檻值(例如：2000lux)時，代表電子裝置100並非處於強光下，因此無須進行任何像素亮度值的調整，控制單元150將設定輸出伽瑪查找表為對應於第一伽瑪曲線302的第一伽瑪查找表。換言之，像素亮度值與調整像素亮度值具有線性關係。
當控制單元150判斷環境光源的光照度值不小於光照度門檻值時，代表電子裝置100是處於強光下，因此控制單元150要接著根據預覽影像的平均亮度值來選擇伽瑪查找表。當控制單元150判斷平均亮度值小於第一亮度門檻值(例如：64)時，代表預覽影像的內容是屬於暗場景，因此控制單元150將採用第二伽瑪曲線304所對應的第二伽瑪查找表，其可使預覽影像中較暗的像素調高，以提高暗的像素的可視性。當控制單元150判斷平均亮度值大於第二亮度門檻值(例如：196)時，代表預覽影像的內容是屬於亮場景，因此控制單元150將採用第三伽瑪曲線306所對應的第三伽瑪查找表，其可使預覽影像中較暗的像素調低，以提高像素之對比度。當控制單元150判斷平均亮度值介於第一亮度門檻值與第二亮度門檻值之間(例如介於64與196之間)時，代表預覽影像的內容是屬於一般場景，因此控制單元150將採用Sigmoid曲線308所對應的第四伽瑪查找表，其可將預覽影像中較亮的像素調高以及較暗的像素調低，以增加預覽影像中場景的景 深對比。
請再參照圖2，控制單元150在切換至輸出伽瑪查找表後，控制單元150將根據輸出伽瑪查找表，產生對應於各所述像素亮度值的調整像素亮度值，據以將預覽影像顯示於螢幕110(步驟S210)。詳言之，控制單元150先根據最大亮度值以及最小亮度值，將所述亮度值進行正規化處理(Normalization)，以產生多個正規化亮度值，其例如是分布在[0,1]的區間。接著，控制單元150將各所述正規化亮度值分別輸入至輸出伽瑪查找表，而輸出伽瑪查找表會分別輸出各所述正規化亮度值所對應的調整像素亮度值。最後，控制單元150映射(mapping)所述調整像素亮度值至符合螢幕110的顯示範圍，據以將預覽影像顯示於螢幕110。舉例而言，一般的螢幕110顯示範圍為[0,255]的區間，而此區間亦可依使用者的使用習慣或是螢幕110本身所支援的顯示範圍而設定。據此，顯示於螢幕110的預覽影像可達到強光可視性。此外，必須說明的是，在本實施例中，輸出伽瑪查找表的輸入索引以及輸出皆在[0,1]的區間。然而，在其它實施例中，輸入索引以及輸出亦可例如是在[0,255]的區間，本發明不以此為限。
綜上所述，本發明所提出的影像顯示方法及電子裝置，當使用者在強光的環境下拍照前，其利用影像訊號控制單元將預覽影像進行處理，以分析出預覽畫面的亮度分布，再配合當下的環境光源來切換至其所對應的伽瑪查找表，據以調整預覽影像。本發明在不額外增加硬體成本以及降低系統運算量的前提下，可 幫助使用者在強光的環境下進行拍照時，清楚地將預覽影像顯示於螢幕，達到預覽畫面的強光可視性功能。
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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
S202~S210‧‧‧影像顯示方法的流程

Claims (8)

  1. 一種影像顯示方法，適用於具有一螢幕、一影像擷取單元以及一光感測器的一電子裝置，包括：接收該影像擷取單元擷取的一預覽影像，並且將預覽影像進行處理，以產生該預覽影像的多個像素亮度值；接收該光感測器偵測的一環境光源的光照度值；根據所述像素亮度值以及該環境光源的光照度值，切換至多個伽瑪查找表之中的一輸出伽瑪查找表，其中所述查找表包括：根據一第一伽瑪曲線所建構的一第一伽瑪查找表，其中該第一伽瑪曲線的伽瑪值等於1；根據一第二伽瑪曲線所建構的一第二伽瑪查找表，其中該第二伽瑪曲線的伽瑪值小於1；根據一第三伽瑪曲線所建構的一第三伽瑪查找表，該第三伽瑪曲線的伽瑪值大於1；以及根據一Sigmoid曲線所建構的一第四伽瑪查找表；以及根據該輸出伽瑪查找表，產生對應於各所述像素亮度值的一調整像素亮度值，據以顯示該預覽影像於該螢幕。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的影像顯示方法，其中在根據所述像素亮度值以及該環境光源的光照度值，切換至所述伽瑪查找表之中的該輸出伽瑪查找表的步驟之前，該影像顯示方法更包括：根據所述像素亮度值，產生所述像素亮度值的一亮度分布； 以及根據該亮度分布，計算所述像素亮度值的一最大亮度值、一平均亮度值以及一最小亮度值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的影像顯示方法，其中根據所述像素亮度值以及該環境光源的光照度值，切換至所述伽瑪查找表之中的該輸出伽瑪查找表的步驟包括：當該環境光源的光照度值小於一光照度門檻值時，設定該輸出伽瑪查找表為該第一伽瑪查找表，當該環境光源的光照度值不小於該光照度門檻值時，當該平均亮度值小於一第一亮度門檻值時，設定該輸出伽瑪查找表為該第二伽瑪查找表；當該平均亮度值大於一第二亮度門檻值時，設定該輸出伽瑪查找表為該第三伽瑪查找表；以及當該平均亮度值介於該第一亮度門檻值與該第二亮度門檻值之間時，設定該輸出伽瑪查找表輸出伽瑪查找表為該第四伽瑪查找表。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的影像顯示方法，其中根據該輸出伽瑪查找表，產生對應於各所述像素亮度值的該調整像素亮度值，據以顯示該預覽影像於該螢幕的步驟包括：根據該最大亮度值以及該最小亮度值，正規化所述亮度值，以產生多個正規化亮度值；將各所述正規化亮度值分別輸入該輸出伽瑪查找表，以產生 各所述調整像素亮度值；以及映射所述調整像素亮度值至符合該螢幕的顯示範圍，據以顯示該預覽影像於該螢幕。
  5. 一種電子裝置，包括：一螢幕；一影像擷取單元，產生一預覽影像；一影像訊號控制單元，耦接該影像擷取單元，將該預覽影像進行處理，以產生該預覽影像的多個像素亮度值；一光感測器，偵測一環境光源的光照度值；一控制單元，耦接該螢幕、該影像訊號控制單元以及該光感測器，其中該控制單元根據所述像素亮度值以及該環境光源的光照度值，切換至多個伽瑪查找表之中的一輸出伽瑪查找表，並且根據該輸出伽瑪查找表，產生對應於各所述像素亮度值的一調整像素亮度值，據以將該預覽影像顯示於該螢幕，其中所述查找表包括：一第一伽瑪查找表，其中該第一伽瑪查找表是根據一第一伽瑪曲線所建構，該第一伽瑪曲線的伽瑪值等於1；一第二伽瑪查找表，其中該第二伽瑪查找表是根據一第二伽瑪曲線所建構，該第二伽瑪曲線的伽瑪值小於1；一第三伽瑪查找表，其中該第三伽瑪查找表是根據一第三伽瑪曲線所建構，該第三伽瑪曲線的伽瑪值大於1；以及一第四伽瑪查找表，其中該第四伽瑪查找表是根據一 Sigmoid曲線所建構。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電子裝置，其中該影像訊號處理單元根據所述像素亮度值，產生所述像素亮度值的一亮度分布，並且該控制單元根據該亮度分布，計算所述像素亮度值的一最大亮度值、一平均亮度值以及一最小亮度值。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電子裝置，其中當該控制單元判斷該環境光源的光照度值小於一光照度門檻值時，設定該輸出伽瑪查找表為該第一伽瑪查找表；當該控制單元判斷該環境光源的光照度值不小於一光照度門檻值時，當該控制單元判斷該平均亮度值小於一第一亮度門檻值時，該控制單元設定該輸出伽瑪查找表為該第二伽瑪查找表；當該控制單元判斷該平均亮度值大於一第二亮度門檻值時，該控制單元設定該輸出伽瑪查找表為該第三伽瑪查找表；以及當該控制單元判斷該平均亮度值介於該第一亮度門檻值與該第二亮度門檻值之間時，該控制單元設定該輸出伽瑪查找表輸出伽瑪查找表為該第四伽瑪查找表。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置，其中該控制單元根據該最大亮度值以及該最小亮度值，正規化所述亮度值，以產生多個正規化亮度值，又將各所述正規化亮度值分別輸入該輸出伽瑪查找表，以產生各所述調整像素亮度值，以及映射所述調整 像素亮度值至符合該螢幕的顯示範圍，據以顯示該預覽影像於該螢幕。
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