TWI689909B - 透明顯示系統及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一種透明顯示系統包括透明顯示器以及運算模組。運算模組耦接於透明顯示器。運算模組依據顯示資訊以及背景資訊判斷顯示於該透明顯示器的顯示影像是否能被辨識。若判定顯示影像辨識度不佳，則調整顯示於透明顯示器的背景影像的霧度。另提供一種透明顯示系統的操作方法。

Description

透明顯示系統及其操作方法
本揭露是有關於一種顯示系統及其操作方法，且特別是有關於一種透明顯示系統及其操作方法。
透明顯示器(transparent display)本身具有一定程度的穿透性，因此在輸出顯示影像的同時，透明顯示器還能夠讓使用者看到位於透明顯示器相對於使用者另一側的背景。基於此透明特性，透明顯示器被廣泛地應用於各種不同的場域中，例如作為建築物窗戶、汽車車窗或商店櫥窗等。
當背景影像以及顯示影像同時顯示於透明顯示器上時，顯示影像會與背景影像疊加在一起。當背景輝度過高或背景影像過於複雜時，顯示影像可能無法被清楚看見。因此，如何提升顯示影像的辨識度，便成為此領域研發人員亟欲解決的問題之一。
本揭露一實施例提供一種透明顯示系統，其可在判定顯 示影像辨識度不佳時，藉由調整顯示於透明顯示器的背景影像的霧度來提升顯示影像的辨識度。
本揭露一實施例提供一種透明顯示系統的操作方法，其可判斷是否需要調整顯示於透明顯示器的背景影像的霧度來提升顯示影像的辨識度。
本揭露一實施例的一種透明顯示系統包括透明顯示器以及運算模組。運算模組耦接於透明顯示器。運算模組依據顯示資訊以及背景資訊判斷顯示於透明顯示器的顯示影像是否能被辨識。判斷顯示影像是否能被辨識的結果包括判定顯示影像辨識度不佳(例如顯示影像無法被辨識或顯示影像不容易被辨識)以及判定顯示影像能被辨識。若判定顯示影像辨識度不佳，則調整顯示於透明顯示器的背景影像的霧度。
本揭露一實施例的一種透明顯示系統的操作方法，包括以下步驟：擷取顯示資訊以及背景資訊；依據顯示資訊以及背景資訊判斷顯示於透明顯示器的顯示影像是否能被辨識；若判定顯示影像能被辨識，則輸出顯示影像；以及若判定顯示影像辨識度不佳，則調整顯示於透明顯示器的背景影像的霧度。
為讓本揭露能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100:透明顯示系統
110、110A、110B、TD1:透明顯示器
111:霧度可調元件
112:穿透式顯示面板
113:發光顯示面板
113A:第一微型發光二極體
113B:第二微型發光二極體
113C:第三微型發光二極體
120:運算模組
130:資料擷取模組
140:輸入裝置
150:資料儲存模組
B1、B1’、B2’、B3、B4、B5:光束
B2:背景光束
BT1、BT2、BT3、BT4、BT5:透射光
BI:入射光
DP:顯示面板
L:室內照明
L1、L1M、L2、L3、L4:線條
M:混光區域
O:物體
P:畫素
PJ:投影裝置
R1:點狀區域
R2:斜線區域
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15:步驟
SUB:可透光基板
TD2:投影式顯示器
TD3:攝影式顯示器
U:使用者
α:偏離角度
圖1是解釋霧度的示意圖。
圖2是應用透明顯示器的一種場域的示意圖。
圖3是圖2中透明顯示器所顯示的影像的示意圖。
圖4是依照本揭露的一實施例的透明顯示系統的示意圖。
圖5及圖6分別是可以應用於圖4的透明顯示系統的透明顯示器的兩種示意圖。
圖7是視角與背景輝度的關係圖。
圖8A及圖8B分別是可以應用於圖4的透明顯示系統的透明顯示器在散射態與透明態的局部放大剖面示意圖。
圖9是可以應用於圖4的透明顯示系統的透明顯示器的畫素結構。
圖10A及圖10B分別是圖9的透明顯示器在散射態與透明態的局部放大剖面示意圖。
圖11至圖13分別是依照本揭露的多個實施例的透明顯示系統的操作方法的流程圖。
圖14A至圖14H分別是對應於圖13的透明顯示系統的操作方法的影像。
圖15A及圖16A分別繪示出顯示影像不易被清楚對焦以及顯示影像可清楚對焦的情況。
圖15B及圖16B分別繪示出在顯示於透明顯示器的背景影像被局部霧化之前與之後，背景影像與顯示影像疊加後的影像。
實施方式中所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本揭露。在附圖中，各圖式繪示的是特定示範實施例中所使用的方法、結構及/或材料的通常性特徵。然而，這些圖式不應被解釋為界定或限制由這些示範實施例所涵蓋的範圍或性質。舉例來說，為了清楚起見，各膜層、區域及/或結構的相對厚度及位置可能縮小或放大。
在實施方式中，相同或相似的元件將採用相同或相似的標號，且將省略其贅述。此外，不同示範實施例中的特徵在沒有衝突的情況下可相互組合，且依本說明書或申請專利範圍所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本專利涵蓋之範圍內。另外，本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名分立(discrete)的元件或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限，也並非用以限定元件的製造順序或設置順序。
一般來說，「霧度」可定義為偏離入射光2.5°角以上的透射光強度佔總透射光強的百分比。圖1是解釋霧度的示意圖。以圖1為例，在所有穿透物體O的透射光中，如透射光BT1、透射光BT2、透射光BT3、透射光BT4以及透射光BT5，透射光BT1沿著入射光BI的傳遞路徑傳遞，也就是說，透射光BT1的偏離角度α為0；另一方面，透射光BT2、透射光BT3、透射光BT4以 及透射光BT5的偏離角度α例如皆大於2.5°。在圖1中，偏離角度α大於2.5°的光強度總合佔入射光BI的總光強度的百分比為物體O的霧度。
透明顯示器通常指具有一定程度的光穿透性的顯示器，其能夠在輸出顯示影像的同時，讓使用者經由透明顯示器觀看到位於相對於使用者另一側的背景。換句話說，使用者可同時看到背景影像以及顯示影像。在本揭露中，「背景影像」指的是使用者透過透明顯示器看到相對於使用者另一側的背景影像。「顯示影像」指的是使用者在透明顯示器上看到的沒有出現在相對於使用者另一側的非背景影像。舉例來說，顯示影像可包括文字及/或圖案等。背景影像以及顯示影像各自具有顯示參數，如輝度、尺寸、位置及霧度等。在下文中，背景影像的顯示參數稱作背景資訊，而顯示影像的顯示參數稱作顯示資訊。
圖2是應用透明顯示器的一種場域的示意圖。圖3是圖2中透明顯示器所顯示的影像的示意圖。在圖2及圖3中，透明顯示器TD1可例如作為建築物窗戶。利用透明顯示器TD1的可透光特性，使用者U站在建築物內即可在透明顯示器TD1上同時看到顯示影像(如文字「日落大道」)以及相對於使用者另一側的背景影像(如大道、樹木及太陽)。
在本揭露中，「資訊輝度」是指顯示影像的輝度。「場域輝度」是指前景反射光輝度以及背景穿透光輝度。前景反射光輝度為被透明顯示器反射的前景光束的輝度，而背景穿透光輝度為 穿透透明顯示器的背景光束的輝度。以圖2為例，室內照明L發出光束B1。被透明顯示器TD1反射的光束B1’的輝度即前景反射光輝度。前景反射光輝度可藉由光偵測器、色度計、輝度計、光譜儀或影像擷取器等光偵測裝置來測得。進一步而言，可藉由上述光偵測裝置擷取室內環境光的輝度，再經由運算模組的運算(例如將上述光偵測裝置取得的輝度乘以透明顯示器TD1的反射率)，來獲得前景反射光輝度。或者，可藉由上述光偵測裝置直接擷取被透明顯示器TD1反射的光束B1’的輝度。
來自透明顯示器TD1相對於使用者另一側的背景光束B2可經由透明顯示器TD1進入室內，而使得使用者可透過透明顯示器TD1看到背景影像。從透明顯示器TD1的背景影像輸出的光束B2’的輝度即上述的背景穿透光輝度(亦稱作背景輝度)。背景輝度可藉由上述光偵測裝置從使用者U的所在側拍攝顯示於透明顯示器TD1上的背景影像來測得。或者，可藉由上述光偵測裝置在室外拍攝背景後，再經由運算模組的運算(例如將上述光偵測裝置取得的輝度乘以透明顯示器TD1的穿透率)，來獲得背景輝度。在一個實施例中，也可藉由影像擷取器拍攝透明顯示器TD1上的背景影像，再藉由目標景物辨識技術從影像擷取器所拍攝的背景影像中尋找目標物的影像。然後針對顯示影像的欲顯示區域進行輝度資料擷取。換句話說，可以擷取整個透明顯示器TD1的背景輝度，也可以僅擷取顯示影像的欲顯示區域的背景輝度。
由於顯示影像與背景影像可疊加在一起，因此顯示於透 明顯示器的背景影像可能影響顯示影像辨識上的難易度。例如，當背景輝度過高或背景影像過於複雜時，顯示影像可能無法被清楚看見。以圖3為例，顯示於透明顯示器的背景影像中的太陽的輝度甚高，與太陽重疊的顯示影像(如文字「日落大道」)可能無法完整被清楚辨識甚至可能無法被看到。
為了讓使用者能夠清楚看見顯示影像，本揭露提出一種透明顯示系統，其可在判定顯示影像辨識度不佳時，藉由調整顯示於透明顯示器的背景影像的霧度來提升顯示影像的辨識度。此外，本揭露還提出一種透明顯示系統的操作方法，其可判斷是否需要調整顯示於透明顯示器的背景影像的霧度來提升顯示影像的辨識度。
在本揭露中，辨識度不佳是指使用者對於影像對焦時間過長、前景影像不佳、後景影像不佳或前後景影像混淆等現象。
圖4是依照本揭露的一實施例的透明顯示系統的示意圖。請參照圖4，透明顯示系統100包括透明顯示器110以及運算模組120。
透明顯示器110能夠讓使用者經由透明顯示器110觀看到相對於使用者另一側的背景。舉例來說，透明顯示器110可以是圖2所示的穿透式顯示器TD1。然而，穿透式顯示器TD1的應用場域不以圖2所顯示的為限。除了作為建築物窗戶之外，穿透式顯示器TD1也可作為汽車車窗、商店櫥窗或任何需要兼具透光特性及顯示功能的物件。
運算模組120耦接於透明顯示器110，以進行訊號傳遞。所述耦接包括有線及無線的連接方示。運算模組120適於接收顯示影像的顯示資訊以及背景影像的背景資訊，並依據顯示資訊以及背景資訊判斷顯示於透明顯示器110的顯示影像是否能被辨識。舉例來說，運算模組120可包括中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)或影像處理單元(Graphical Processing Unit，GPU)，但不以此為限。若判定顯示影像辨識度不佳，則調整顯示於透明顯示器110的背景影像的霧度。
圖5及圖6分別是可以應用於圖4的透明顯示系統的透明顯示器的兩種示意圖。如圖5所示，透明顯示系統100的透明顯示器110也可以是投影式顯示器TD2。投影式顯示器TD2包括投影裝置PJ以及可透光基板SUB。藉由投影裝置PJ將顯示影像投射至可透光基板SUB上，可讓使用者U看到顯示影像。可透光基板SUB可以是讓光束部分穿透部分反射的基板，使來自可透光基板SUB相對於使用者另一側的背景光束B2穿透，從而讓使用者U能夠同時看到顯示影像與背景影像。投影式顯示器TD2可用於汽車內作為抬頭顯示器，但投影式顯示器TD2的應用場域不以此為限。
如圖6所示，透明顯示系統100的透明顯示器110也可以是攝影式顯示器TD3。攝影式顯示器TD3包括資料擷取模組(如後鏡頭模組，未繪示)以及顯示面板DP。攝影式顯示器TD3可藉由資料擷取模組擷取背景影像，並藉由顯示面板DP輸出背景影像 以及顯示影像。如此，使用者可同時觀看到背景影像以及顯示影像。攝影式顯示器TD3可用於擴增實境裝置，但攝影式顯示器TD3的應用場域不以此為限。
詳細而言，顯示影像是否能被辨識可與顯示影像的視角(人眼可清楚分辨的最小空間解析度)以及背景影像的背景輝度相關。圖7是視角與背景輝度的關係圖。在圖7中，點狀區域R1表示的是顯示影像能被辨識的範圍。也就是說，若視角以及背景輝度的其中一者落在點狀區域R1之外，則表示顯示影像難以被辨識。
點狀區域R1的邊界條件可由下述公式1及公式2定義。若不滿足公式1及公式2的其中任一個，則表示視角以及背景輝度的其中一者落在點狀區域R1之外，亦即顯示資訊難以被辨識。
Figure 107141563-A0305-02-0011-1
Figure 107141563-A0305-02-0011-2
 其中θ是顯示影像的視角，且
Figure 107141563-A0305-02-0011-3
，其中w是顯示影像的寬度，而d是使用者與顯示影像之間的距離。Li是顯示影像的資訊輝度。Lb是背景影像的背景輝度。k落在8.4至30.8的範圍內。此外，f(d)=-01734×d 3+06648×d 2+06372×d+09788。
詳細而言，顯示影像的視角會受到人眼的閱讀極限限制。一般來說，人眼的閱讀極限約落在視角0.15度(參見圖7中的線條L3)至2.25度(參見圖7中的線條L4)的範圍內。當顯示資訊 尺寸未落在視角0.15度至2.25度的範圍內時，例如視角小於0.15度或大於2.25度時，容易造成顯示資訊不易判讀。
另外，在圖7中，線條L1及線條L2分別是根據
Figure 107141563-A0305-02-0012-6
以及
Figure 107141563-A0305-02-0012-4
繪製而成。線條L1表示在調變顯示於透明顯示器的背景影像的霧度之前(即霧度為0)，人眼辨識的舒適度極限。線條L2表示人眼可辨識的極限。當背景輝度落在線條L1及線條L2之間時，顯示資訊能夠被人眼辨識。當背景輝度落在線條L1的上方且顯示於透明顯示器的背景影像的霧度未經調整時，人眼在辨識顯示影像時容易因背景輝度過高而感到不舒適(如刺眼)。當背景輝度落在線條L2的下方時，人眼容易因背景輝度過低而無法清楚辨識顯示影像。
應說明的是，圖7中的點狀區域R1是在資訊輝度為400尼特(nit)的情況下顯示影像能被辨識的範圍。400尼特是一般顯示器所設定的最大輝度。然而，隨著顯示器的種類、規格、應用場域等的不同，顯示器所設定的最大輝度可能有所不同。隨著資訊輝度的改變，圖7中點狀區域R1的範圍也會不同。因此，顯示影像是否能被辨識應由公式1及公式2判斷，而不限於圖7所顯示的。
請參照圖4及圖7，運算模組120可依據視角以及背景輝度是否落在顯示影像能被辨識的範圍(如圖7所示的點狀區域R1)內來判斷顯示於透明顯示器110的顯示影像是否能被辨識。若運 算模組120判定視角及/或背景輝度未落在顯示影像能被辨識的範圍內，則需調整顯示於透明顯示器110的背景影像的霧度，以提升顯示影像的辨識度。
在調整顯示於透明顯示器的背景影像的霧度之後，Lb的上界由公式3定義，
Figure 107141563-A0305-02-0013-5
 其中H是調整後的背景影像霧度。
由公式3可看出，顯示資訊閱讀舒適區的背景輝度上限隨著背景影像的霧度H的增加而增加。對應地，圖7中顯示影像能被辨識的範圍(如圖7所示的點狀區域R1)的上界在霧度調變之後由線條L1所示的位置向上移動至線條L1M所示的位置。換句話說，藉由背景影像的霧度H的調變，可有效擴展顯示影像能被辨識的範圍(經霧度調變所擴展的範圍請參照斜線區域R2)。如此，除了提升顯示影像的辨識度之外，還提升閱讀舒適性的邊界範圍，從而達到有效擴增透明顯示器110的應用場域的效果。舉例來說，當展覽館的展箱投影燈位置與顯示影像重疊時、當背景影像的高輝度照明(如日出、夕陽、路燈、隧道出口、遠光燈或廣告看板等)與顯示影像重疊時、當顯示影像受到日光反射(如水面反光、積雪反光或建築物玻璃反光等)的影響時或當顯示影像受到複雜的背景影像(如櫥窗、冰箱或展示櫃等)影響時，可藉由調變背景影像的霧度H，來提升顯示影像的辨識度以及閱讀舒適性。
調整背景影像的霧度可包括調整背景影像的霧化區域的 霧度以及調整該霧化區域的尺寸的其中至少一個，且霧化區域的面積小於或等於背景影像的面積。也就是說，可以整體霧化或局部霧化背景影像。當整體霧化背景影像時，可調變霧度來提升顯示影像的辨識度。另一方面，當局部霧化背景影像時，可調變霧化區域的霧度以及尺寸的其中至少一個來提升顯示影像的辨識度，並藉此達到輔助使用者對焦之效果。換言之，由於霧度越高，霧化區域越模糊，因此局部霧化有助於維持霧化區域以外的區域的真實性。
調整背景影像的霧度的方法可以是藉由演算法來調整背景影像的霧度。舉例來說，運算模組120可儲存有演算法，且運算模組120可基於演算法來調整顯示於透明顯示器110的背景影像的色彩以及灰階的其中至少一者，使背景影像具有類似馬賽克的效果。具體地，藉由提升背景影像至少部分區域的亂度(可視為將背景影像模糊化)，來突顯出顯示影像，從而提升顯示影像的辨識度。
另一方面，調整背景影像的霧度的方法也可藉由硬體調變的方式使透明顯示器110在透明態與散射態之間做切換。以下藉由圖8A至圖8B以及圖9至圖10B說明透明顯示器110的兩種實施型態，然而透明顯示器110的實施型態不以這兩種為限。
圖8A及圖8B分別是可以應用於圖4的透明顯示系統的透明顯示器在散射態與透明態的局部放大剖面示意圖。請參照圖8A，透明顯示器110A包括霧度可調元件111以及穿透式顯示面板 112。可藉由改變施加至霧度可調元件111的電壓，使霧度可調元件111在透明態和散射態之間切換。舉例來說，霧度可調元件111可包括高分子分散型液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal,PDLC)、微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)或膽固醇液晶，但不以此為限。
穿透式顯示面板112可設置在霧度可調元件111上。舉例來說，穿透式顯示面板112是有機發光顯示器(Organic Light Emitting Display,OLED)、發光二極體顯示器或液晶顯示器，但不以此為限。
如圖8A所示，當穿透式顯示面板112輸出光束B3以產生顯示影像時，可使霧度可調元件111處於散射態來提升顯示影像的辨識度。舉例來說，當霧度可調元件111包括高分子分散型液晶時，可關閉霧度可調元件111(即施加至霧度可調元件111的電壓為0)，使霧度可調元件111處於散射態。如此，來自透明顯示器110A另一側的背景光束B2的一部分可被霧度可調元件111反射，而背景光束B2的其餘部分則依序通過霧度可調元件111以及穿透式顯示面板112而傳遞至使用者的眼中。另一方面，當穿透式顯示面板112輸出光束B3以產生顯示影像時，可使霧度可調元件111處於部分散射部分穿透態。舉例來說，當霧度可調元件111包括高分子分散型液晶時，可開啟霧度可調元件111(即施加至霧度可調元件111的電壓不為0)，使霧度可調元件111處於部分散射部分穿透態。如此，來自透明顯示器110A另一側的背景光束 B2可依序通過霧度可調元件111以及穿透式顯示面板112而傳遞至使用者的眼中，藉此提升顯示影像的辨識度。另外，如圖8B所示，當不輸出顯示影像時，可關閉穿透式顯示面板112，並使霧度可調元件111處於穿透態。再者，也可同時關閉穿透式顯示面板112以及霧度可調元件111。換句話說，霧度可調元件111與穿透式顯示面板112可各自分開獨立操作。在一實施例中，還可通過施加不同的電壓至霧度可調元件111，使霧度可調元件111呈現不同程度的部分散射部分穿透態，亦即，可藉由改變施加至霧度可調元件111的電壓，來調變霧度可調元件111的霧度。
在本實施例中，如圖8A所示，有機發光顯示器例如是向下出光(朝霧度可調元件111射出光束B3)型有機發光顯示器。如此，自有機發光顯示器輸出的光束B3可藉由霧度可調元件111的反射後再向上出光，有助於提升光的利用率。替代地，有機發光顯示器也可以是雙面出光型有機發光顯示器。
圖9是可以應用於圖4的透明顯示系統的透明顯示器的畫素結構。圖10A及圖10B分別是圖9的透明顯示器在散射態與透明態的局部放大剖面示意圖。請參照圖9至圖10B，透明顯示器110B包括多個霧度可調元件111以及發光顯示面板113。霧度可調元件111的種類及操作方式可參照前述，於此不再贅述。發光顯示面板113可包括多個發光源，如有機發光二極體、發光二極體、微型發光二極體、雷射或波導型發光元件，但不以此為限。在本實施例中，發光顯示面板113的多個發光源可包括多個第一 微型發光二極體113A、多個第二微型發光二極體113B以及多個第三微型發光二極體113C。這些發光源適於輸出多種顏色的光束，且所述多個霧度可調元件111設置在所述多個發光源之間的多個混光區域M中。
在本實施例中，第一微型發光二極體113A、第二微型發光二極體113B以及第三微型發光二極體113C分別為綠色微型發光二極體、紅色微型發光二極體以及藍色微型發光二極體。此外，微型發光二極體顯示面板113的每個畫素P中設置有一個第一微型發光二極體113A、一個第二微型發光二極體113B、一個第三微型發光二極體113C以及一個霧度可調元件111。然而，發光二極體顯示面板113所包括的微型發光二極體的顏色種類、顏色數量以及排列方式可依需求改變，而不以上述為限。
如圖10A所示，當開啟多個微型發光二極體(圖10A僅示出第二微型發光二極體113B以及第三微型發光二極體113C)以輸出用以產生顯示影像的光束B4及光束B5時，可使霧度可調元件111處於散射態。另一方面，如圖10B所示，當不輸出顯示影像時，可關閉多個微型發光二極體，並使霧度可調元件111處於透明態。
在本實施例中，每個微型發光二極體可由側向出光。具體地，自每個微型發光二極體輸出的光束先傳遞至混光區域M中的霧度可調元件111，藉由霧度可調元件111的反射進行混光，然後再從透明顯示器110B輸出。在此架構下，可達到均勻混色的功效，使透明顯示器110B能呈現更真實的色彩，且可改善習知使用 者容易察覺到色分離條紋存在的問題。
請參照圖4，依據不同的需求，透明顯示系統100還可選擇性地包括其他元件、裝置或模組。舉例來說，透明顯示系統100可進一步包括資料擷取模組130，以擷取顯示資訊以及背景資訊。資料擷取模組130耦接於運算模組120，以將擷取的顯示資訊以及背景資訊傳遞至運算模組120。舉例來說，資料擷取模組130可包括前述的光偵測裝置。
依據需求，資料擷取模組130還可進一步擷取前景反射光輝度及/或使用者資訊。使用者資訊可包括使用者的身分、位置、視線範圍、注視位置以及使用者偏好的其中至少一個。舉例來說，資料擷取模組130還可包括光場相機及測距儀等裝置，以取得上述使用者資訊。
使用者資訊中的使用者偏好可包括性別、年齡、疾病以及習慣(如觀賞偏好或使用偏好)的其中至少一個。可藉由資料擷取模組130判斷使用者的性別、年齡、關於眼睛的資訊(如是否有視力矯正、眼部外傷或眼睛出血等)或習慣(如觀賞偏好或使用偏好)等。或者，透明顯示系統100可進一步包括輸入裝置140，以讓使用者輸入使用者偏好。此外，運算模組120耦接於輸入裝置140，且運算模組120可依據使用者輸入的使用者偏好調整顯示影像能被辨識的閾值範圍(例如縮減或擴大圖7所示的點狀區域R1)。
再者，透明顯示系統100也可進一步包括資料儲存模組150。當使用者進入透明顯示系統100的工作範圍內或使用者使用 透明顯示器110時，可藉由資料擷取模組130確認使用者的身分(如人臉辨識)，經搜尋資料儲存模組150中的資料庫可取得使用者偏好。資料儲存模組150可耦接於運算模組120、資料擷取模組130以及輸入裝置140，以儲存資料擷取模組130所擷取的使用者資訊、對應於圖7所示的點狀區域R1的判斷程式以及使用者輸入的使用者偏好等。
圖11至圖13分別是依照本揭露的多個實施例的透明顯示系統的操作方法的流程圖。請參照圖11，透明顯示系統的第一種操作方法包括步驟如下。首先，擷取顯示資訊以及背景資訊(步驟S1)。在此步驟中，可一併擷取所需的資訊，如使用者資訊，但不以此為限。
接著，判斷顯示於透明顯示器的顯示影像是否能被辨識(步驟S2)。在此步驟中，運算模組依據顯示資訊以及背景資訊判斷顯示於透明顯示器的顯示影像能被辨識還是辨識度不佳(例如顯示影像無法被辨識或顯示影像不容易被辨識)。舉例來說，運算模組可依據視角以及背景輝度是否落在顯示影像能被辨識的範圍(如圖7所示的點狀區域R1)內來判斷顯示於透明顯示器的顯示影像是否能被辨識。
若判定顯示影像能被辨識，則輸出顯示影像(步驟S3)。另一方面，若判定顯示影像辨識度不佳，則判斷是否達霧度調變上限(步驟S4)。具體地，每種霧度可調元件具有其霧度調變上限。當霧度可調元件的霧度達到其霧度調變上限時，即無法再增加其 霧度。因此，若判定達霧度調變上限，則輸出顯示影像或關閉透明顯示器(步驟S5)。具體地，若達霧度調變上限也無法讓顯示影像被清楚辨識，可選擇輸出無法再優化的顯示影像或者選擇不輸出顯示影像。
另一方面，若判定未達霧度調變上限，則調整顯示於透明顯示器的背景影像的霧度或是調整顯示影像的位置以及尺寸的其中至少一個(步驟S6)。依據前述，調整背景影像的霧度包括調整背景影像的霧化區域的霧度以及調整霧化區域的尺寸的其中至少一個，且霧化區域的面積小於或等於背景影像的面積。此外，調整背景影像霧度的方法可以是藉由演算法來調整背景影像的霧度，或是藉由硬體調變的方式利用霧度可調元件在介於透明態與散射態之間做切換，相關的內容請參照前述，於此不再重述。
請參照圖12，透明顯示系統的第二種操作方法除了包括前述的顯示影像辨識度判斷流程(包括步驟S1至步驟S6)之外，還可包括重要背景影像補償判斷流程(包括步驟S7至步驟S9)。
具體地，霧度調變可藉由將背景影像區域的整體或局部霧化(霧化區域小於或等於背景影像)且霧化區域與顯示影像至少部分重疊來提升顯示影像(如字體或圖像)的辨識度。影像霧化後會變得模糊而難以被辨識(辨識難易度隨霧化程度而改變)。倘若背景影像中被視為重要的影像(如紅綠燈、交通號誌或警告標示等)被霧化區域遮蔽，則可能影響使用者的判斷，甚至導致使用者的安全受到影響。因此，第二種操作方法提出背景影像補償判斷流程， 來解決上述問題。
詳細來說，顯示影像辨識度判斷流程以及背景影像補償判斷流程可同步或不同步進行。在不同步進行的情況下，可先判斷顯示影像辨識度，再判斷是否需進行重要背景影像補償。替代地，也可先判斷是否需進行重要背景影像補償，再判斷顯示影像辨識度。
在步驟S7中，判斷是否需要進行重要背景影像補償。舉例來說，可藉由目標景物辨識技術從背景影像中尋找是否存在目標影像，如前述紅綠燈、交通號誌或警告標示等。判斷顯示影像的欲顯示區域是否與目標影像重疊。若判定不需要進行重要背景影像補償，且判定顯示影像能被辨識，則輸出顯示影像(步驟S3)。
另一方面，若判定有需要進行重要背景影像補償，則判斷是否達補償上限(步驟S8)。此處，補償上限可由霧化區域的位置、尺寸及/或形狀決定。倘若經運算發現調整了上述所有參數後重要背景影像還是辨識度不佳(例如顯示影像無法被辨識或顯示影像不容易被辨識)，則輸出顯示影像或關閉透明顯示器(步驟S5)。
另一方面，若判定未達補償上限，則調整霧化區域的位置、尺寸及形狀的其中至少一個(步驟S9)，以提升重要背景影像的辨識度。應說明的是，若顯示影像辨識度判斷流程以及背景影像補償判斷流程所運算出來的結果不一致，則取兩個結果的交集。舉例來說，若顯示影像辨識度判斷流程所運算出來的霧化區域的尺寸落在10平方公釐至20平方公釐的範圍內，而背景影像 補償判斷流程所霧化區域的尺寸落在10平方公釐至15平方公釐的範圍內，則判定霧化區域的尺寸落在10平方公釐至15平方公釐的範圍內。
請參照圖13，透明顯示系統的第三種操作方法除了包括前述的顯示影像辨識度判斷流程(包括步驟S1至步驟S6)以及重要背景影像補償判斷流程(包括步驟S7至步驟S9)之外，還可包括輝度對比度判斷流程(包括步驟S10至步驟S12)以及色彩對比度判斷流程(包括步驟S13至步驟S15)。
具體地，顯示影像的輝度對比度為場域輝度與資訊輝度的總和除以場域輝度。也就是說，若以C表示顯示影像的輝度對比度，以A表示場域輝度，且以B表示資訊輝度，則C=(A+B)/A。由於顯示影像的輝度對比度會受到資訊輝度、前景反射光輝度以及背景輝度的影響，即使顯示影像的尺寸、顏色及位置等參數以及前景反射光輝度皆不變，顯示影像的輝度對比度仍會因為背景輝度隨場域的明暗變化改變而有所不同，進而影響顯示影像辨識上的難易度。此外，當背景影像很複雜(如色彩雜亂)時，也可能影響顯示影像辨識上的難易度。因此，第三種操作方法提出輝度對比度判斷流程以及色彩對比度判斷流程，來解決上述問題。
詳細來說，上述四個判斷流程可同步或不同步進行。在不同步進行的情況下，這四個判斷流程的先後順序可依需求改變。
在步驟S10中，判斷是否需要優化顯示影像的輝度對比度。舉例來說，判斷顯示影像尺寸是否落在視角0.15度至2.25度 的範圍內，且顯示影像的輝度對比度是否大於或等於
Figure 107141563-A0305-02-0023-8
(輝度對比度的下界)，且小於或等於
Figure 107141563-A0305-02-0023-7
(輝度對比度的上界)。若顯示影像尺寸未落在視角0.15度至2.25度的範圍內、顯示影像的輝度對比度低於輝度對比度的下界或顯示影像的輝度對比度高於輝度對比度的上界，則判斷是否達優化上限(步驟S11)。此處，優化上限可由背景影像的霧度、顯示影像的輝度(即資訊輝度)、顯示影像的位置以及顯示影像的尺寸決定。倘若經運算發現調整了上述所有參數後輝度對比度還是無法被有效優化，則輸出顯示影像或關閉透明顯示器(步驟S5)。
另一方面，若判定未達優化上限，則調整顯示於透明顯示器的背景影像的霧度或調整顯示影像的輝度、位置以及尺寸的其中至少一個(步驟S12)，以提升顯示影像的輝度對比度。
在步驟S13中，判斷是否需要優化顯示影像的色彩對比度。若需要優化顯示影像的色彩對比度，則判斷是否達優化上限(步驟S14)。此處，優化上限可由背景影像的霧度、背景影像的色塊、顯示影像的色彩、顯示影像的位置以及顯示影像的尺寸決定。倘若經運算發現調整了上述所有參數後色彩對比度還是無法被有效優化，則輸出顯示影像或關閉透明顯示器(步驟S5)。
另一方面，若判定未達優化上限，則調整背景影像的霧度及/或色塊，或調整顯示影像的色彩、位置以及尺寸的其中至少一個(步驟S15)，以提升顯示影像的色彩對比度。
當判定顯示影像能被辨識，且不需要優化輝度對比度以及色彩對比度，且不需要進行重要背景影像補償時，則輸出顯示影像(步驟S3)。同樣地，若上述四種判斷流程所運算出來的結果不一致，則取四個結果的交集。
圖14A至圖14H分別是對應於圖13的透明顯示系統的操作方法的影像。圖14A示出資料擷取模組所截取的背景影像，其具有高輝度的夕陽。圖14B示出顯示影像(字體「日落大道」)與背景影像疊加後的結果。由圖14B可發現顯示影像中的部分字體因與太陽重疊而辨識度不佳。圖14C示出背景影像經霧度調變後的四種結果。由圖14C可看出背景影像的霧度越大，背景影像越模糊。圖14D示出運算模組進行輝度分析，亦即分析資料擷取模組所截取的背景影像的每個區域的輝度。圖14E示出顯示影像以及經過霧度區域優化處理的背景影像疊加在一起的結果。圖14F示出色度判斷。由圖14F的四個小圖可看出在相同的背景影像下，不同顏色的文字會有不同的辨識度。圖14G示出背景補償，例如藉由縮減霧度區域的尺寸使太陽的輪廓變得更明顯。圖14H為最終調變結果。比較圖14B與圖14H可發現，顯示影像(例如：文字「日落大道」)在上述調變之後變得更清楚，且背景影像中的夕陽在上述調變之後仍然清晰可見且變得沒那麼刺眼。
另一提的是，藉由背景影像的霧化可使人眼傾向對焦於影像清晰的前景顯示區，達到提升使用者對焦速度之效果。圖15A及圖16A分別繪示出顯示影像不易被清楚對焦以及顯示影像可清 楚對焦的情況。圖15B及圖16B分別繪示出在背景影像被局部霧化之前與之後，背景影像與顯示影像疊加後的影像(人眼所見的影像)。請參照圖15A及圖15B，透明顯示器中的背景影像(如家具)與顯示影像(如盆栽)疊加在一起時，顯示影像呈半透明狀，有如鬼影般，讓對焦面混淆且人眼不易對焦。請參照圖16A及圖16B，藉由將背景影像中與顯示影像的重疊區域霧化(即局部背景影像霧化)後再疊加顯示影像，顯示影像可遮蔽位於重疊區域中的背景影像。如此，除了有助於提升顯示影像的清晰度及銳利度，還能夠讓人眼傾向對焦於顯示影像(前景顯示區)，藉此改善鬼影現象與使用者不易對焦的問題。
本揭露一實施例的透明顯示系統可在判定顯示影像辨識度不佳時，藉由調整背景影像的霧度來提升顯示影像的辨識度。此外，本揭露一實施例的透明顯示系統的操作方法可判斷是否需要調整背景影像的霧度來提升顯示影像的辨識度。調整背景影像的霧度除了可提升顯示影像的辨識度之外，還有助於提升閱讀舒適性的邊界範圍，從而達到有效擴增透明顯示器的應用場域的效果。在一實施例中，可藉由演算法或硬體調變的方式來調整背景影像的霧度。若採用硬體調變的方式，則可控制霧度可調元件與顯示面板之間的相對設置關係，來增加光的利用率，或達到均勻混色的功效並改善使用者容易察覺到色分離條紋存在的問題。在另一實施例中，可藉由霧化區域來提升顯示影像的清晰度、銳利度及辨識度。在又一實施例中，除了優化顯示影像的辨識度之外， 運算模組可進一步優化顯示影像的輝度對比度、優化顯示影像的色彩對比度及/或補償重要背景影像。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍及其均等範圍所界定者為準。
100:透明顯示系統
110:透明顯示器
120:運算模組
130:資料擷取模組
140:輸入裝置
150:資料儲存模組

Claims (20)

  1. 一種透明顯示系統，包括：一透明顯示器；以及一運算模組，耦接於該透明顯示器，其中該運算模組依據一顯示資訊以及一背景資訊判斷顯示於該透明顯示器的顯示影像是否符合公式1或公式2，若不符合則調整顯示於該透明顯示器的背景影像的霧度，
    Figure 107141563-A0305-02-0028-9
    Figure 107141563-A0305-02-0028-10
     其中θ為該顯示影像的視角，該Lb為該背景影像的背景輝度，
    Figure 107141563-A0305-02-0028-11
    ，w是該顯示影像的寬度，d是使用者與該顯示影像之間的距離，Li是該顯示影像的資訊輝度，k落在8.4至30.8的範圍內，f(d)=-01734×d 3+06648×d 2+06372×d+09788。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的透明顯示系統，其中該透明顯示器包括：一投影式顯示器；一穿透式顯示器；或一攝影式顯示器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的透明顯示系統，其中在調整顯示於該透明顯示器的該背景影像的霧度之後，Lb的上界由公式3定義，
    Figure 107141563-A0305-02-0029-12
     其中H是在調整顯示於該透明顯示器的該背景影像的霧度之後，該背景影像的霧度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的透明顯示系統，其中該運算模組儲存有一演算法，且調整顯示於該透明顯示器的該背景影像的霧度的方法包括：基於該演算法來調整顯示於該透明顯示器的該背景影像的色彩以及灰階的其中至少一者。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的透明顯示系統，其中該透明顯示器包括：一霧度可調元件，其中調整顯示於該透明顯示器的該背景影像的霧度的方法包括改變施加至該霧度可調元件的電壓，使該霧度可調元件在介於透明態和散射態之間切換；以及一穿透式顯示面板，設置在該霧度可調元件上，其中背景光束依序通過該霧度可調元件以及該穿透式顯示面板而傳遞至使用者的眼中。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的透明顯示系統，其中該透明顯示器更包括：多個霧度可調元件，其中調整顯示於該透明顯示器的該背景影像的霧度的方法包括改變施加至該些霧度可調元件中的至少一個的電壓，使該至少一個霧度可調元件在介於透明態和散射態之間切換；以及 一發光顯示面板，包括多個發光源，該些發光源適於輸出多種顏色的光束，其中該些霧度可調元件設置在該些發光源之間的多個混光區域中。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的透明顯示系統，其中調整該背景影像的霧度包括調整該背景影像的霧化區域的霧度以及調整該霧化區域的尺寸的其中至少一個，該霧化區域的面積小於或等於該背景影像的面積，且該霧化區域與該顯示影像至少部分重疊。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的透明顯示系統，其中若判定不符合公式1或公式2，則進一步執行：調整該顯示影像的位置以及尺寸的其中至少一個。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的透明顯示系統，其中該運算模組更依據該顯示資訊以及該背景資訊判斷以下的至少一個：是否需進行重要背景影像補償；是否需優化該顯示影像的輝度對比度；以及是否需優化該顯示影像的色彩對比度。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的透明顯示系統，更包括：一資料擷取模組，適於擷取該顯示資訊以及該背景資訊。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的透明顯示系統，其中調整顯示於該透明顯示器的該背景影像的霧度包括霧化該背景影像中與該顯示影像的重疊區域，該顯示影像遮蔽位於該重疊區域中的該背景影像。
  12. 一種透明顯示系統的操作方法，包括：擷取一顯示資訊以及一背景資訊；依據該顯示資訊以及該背景資訊判斷顯示於該透明顯示器的顯示影像是否符合公式1或公式2；若判定符合公式1或公式2，則輸出該顯示影像；以及若判定不符合公式1或公式2，則調整顯示於透明顯示器的背景影像的霧度，
    Figure 107141563-A0305-02-0031-13
    Figure 107141563-A0305-02-0031-14
     其中θ為該顯示影像的視角，Lb為該背景影像的背景輝度，
    Figure 107141563-A0305-02-0031-15
    ，w是該顯示影像的寬度，d是使用者與該顯示影像之間的距離，Li是該顯示影像的資訊輝度，k落在8.4至30.8的範圍內，f(d)=-01734×d 3+06648×d 2+06372×d+09788。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的透明顯示系統的操作方法，其中輸出該顯示影像的方法包括：經由一投影裝置將該顯示影像投射至一透光基板上；經由一穿透式顯示面板顯示該顯示影像；或經由一資料擷取模組擷取該背景資訊，並由一顯示面板輸出該顯示影像以及該背景影像。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的透明顯示系統的操作方法，其中在調整顯示於該透明顯示器的該背景影像的霧度之後，Lb的上界由公式3定義，
    Figure 107141563-A0305-02-0032-16
     其中H是在調整顯示於該透明顯示器的該背景影像的霧度之後，該背景影像的霧度。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的透明顯示系統的操作方法，其中調整顯示於該透明顯示器的該背景影像的霧度的方法包括：調整顯示於該透明顯示器的該背景影像的色彩以及灰階的其中至少一者。
  16. 如申請專利範圍第12項所述的透明顯示系統的操作方法，其中調整顯示於該透明顯示器的該背景影像的霧度的方法包括：由一穿透式顯示面板輸出該顯示影像；以及使一霧度可調元件在介於透明態和散射態之間切換，其中背景光束依序通過該霧度可調元件以及該穿透式顯示面板而傳遞至使用者的眼中。
  17. 如申請專利範圍第12項所述的透明顯示系統的操作方法，其中調整該背景影像的霧度包括調整該背景影像的霧化區域的霧度以及調整該霧化區域的尺寸的其中至少一個，該霧化區域 的面積小於或等於該背景影像的面積，且該霧化區域與該顯示影像至少部分重疊。
  18. 如申請專利範圍第12項所述的透明顯示系統的操作方法，其中若判定不符合公式1或公式2，則進一步執行：調整該顯示影像的位置以及尺寸的其中至少一個。
  19. 如申請專利範圍第12項所述的透明顯示系統的操作方法，更包括：判斷是否需進行重要背景影像補償；判斷是否需優化該顯示影像的輝度對比度；以及判斷是否需優化該顯示影像的色彩對比度。
  20. 如申請專利範圍第12項所述的透明顯示系統的操作方法，其中調整顯示於該透明顯示器的該背景影像的霧度包括霧化該背景影像中與該顯示影像的重疊區域，該顯示影像遮蔽位於該重疊區域中的該背景影像。
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