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TW201917447A - 頭戴式顯示裝置以及色差強化方法 - Google Patents

頭戴式顯示裝置以及色差強化方法 Download PDF

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TW201917447A
TW201917447A TW106137085A TW106137085A TW201917447A TW 201917447 A TW201917447 A TW 201917447A TW 106137085 A TW106137085 A TW 106137085A TW 106137085 A TW106137085 A TW 106137085A TW 201917447 A TW201917447 A TW 201917447A
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TW106137085A
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張榮文
林建宏
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廣達電腦股份有限公司
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Abstract

一種頭戴式顯示裝置，其具備攝像裝置、控制器、以及顯示系統。攝像裝置擷取周遭環境之原始影像。控制器決定原始影像中特定顏色之區域範圍，以及將區域範圍內的特定顏色之飽和度以及亮度之至少一者提高以產生色差強化影像。顯示系統顯示色差強化影像。

Description

頭戴式顯示裝置以及色差強化方法
本申請係有關於頭戴式顯示裝置，特別係有關於一種頭戴式顯示裝置可改善色盲者/色弱者在辨色上的困境。
人眼視網膜由許多感光細胞所構成，其大致上可依形狀區分為錐狀細胞(cone cell)與桿狀細胞(rod cell)。錐狀細胞主要負責細節與色彩視覺，依光色素的不同分為三種受器，分別接收光譜中的紅、綠、藍三主色。色彩視覺出現在明亮的狀況下，所以通常又可被稱為明視覺，而如果錐狀細胞功能不良則可能導致色盲/色弱。
桿狀細胞的光色素稱為視紫質(rhodopsin)，主要負責夜晚及周邊視覺。相較於錐狀細胞，桿狀細胞對光更為敏感，較容易看到微弱的亮光，因此在極低的照度下，人的視覺僅能依賴桿狀細胞的運作，通常又可被稱為暗視覺，其無法分辨顏色，僅能分辨灰階明暗的差異，而如果桿狀細胞功能不良則可能導致夜盲。
根據統計，全世界約有三億人口是色盲者或色弱者，色盲者/色弱者本身由於無法區別特定顏色之間的差異，例如：無法分辨交通號誌的紅色和綠色燈號、或是無法分辨藥丸顏色而服錯藥等等，而使得色盲者/色弱者容易處在危險的 狀態而不自知，此外，色盲者/色弱者也因為容易因為無法區別特定顏色之間的差異，而在工作上容易受到限制(例如：工作內容涉及顏色資訊)。
因此，亟需有一種方法能夠解決色盲者/色弱者難以辨識特定顏色差異的困境。
為了改善色盲者/色弱者的辨色限制，本申請提出一種頭戴式顯示裝置以及色差強化方法，其透過對周遭環境的影像進行處理以強化特定顏色之間的對比差異，從而協助色盲者/色弱者能夠區別其肉眼所難以清楚辨識的顏色。
本申請之一實施例提供了一種頭戴式顯示裝置，包括一第一攝像裝置、一控制器、以及一顯示系統。上述第一攝像裝置係用以擷取一周遭環境之一第一原始影像。上述控制器係用以決定上述第一原始影像中一特定顏色之一第一區域範圍，以及將上述第一區域範圍內的上述特定顏色之一飽和度以及一亮度之至少一者提高以產生一第一色差強化影像。上述顯示系統係用以顯示上述第一色差強化影像。
本申請之另一實施例提供了一種色差強化方法，適用於一頭戴式顯示裝置，上述頭戴式顯示裝置包括一第一攝像裝置以及一顯示系統。上述色差強化方法包括以下步驟：透過上述第一攝像裝置擷取一周遭環境之一第一原始影像；決定上述第一原始影像中一特定顏色之一第一區域範圍；將上述第一區域範圍內的上述特定顏色之一飽和度以及一亮度之至少一者提高以產生一第一色差強化影像；以及透過上述顯示系統 顯示上述第一色差強化影像。
關於本申請其他附加的特徵與優點，此領域之熟習技術人士，在不脫離本申請之精神和範圍內，當可根據本案實施方法中所揭露之頭戴式顯示裝置以及色差強化方法做些許的更動與潤飾而得到。
100‧‧‧頭戴式顯示裝置
10‧‧‧顯示系統
20‧‧‧影像擷取系統
30‧‧‧控制器
40‧‧‧儲存裝置
50‧‧‧輸出輸入裝置
101‧‧‧主構架
102‧‧‧前方下部
103‧‧‧透鏡部件
104‧‧‧前方中央部
105‧‧‧前方上部
106-1、106-2‧‧‧托架部分
S410~S460‧‧‧方法步驟
第1圖係根據本申請一實施例所述之頭戴式顯示裝置之元件架構示意圖。
第2圖係顯示頭戴式顯示裝置100之組成外觀之示意圖。
第3A圖係根據本申請一實施例所述之頭戴式顯示裝置100之上視圖。
第3B圖係根據本申請另一實施例所述之頭戴式顯示裝置100之上視圖。
第3C圖係根據本申請又一實施例所述之頭戴式顯示裝置100之上視圖。
第4圖係根據本申請一實施例所述之色差強化方法之流程圖。
本章節所敘述的是實施本申請之較佳方式，目的在於說明本申請之精神而非用以限定本申請之保護範圍，當可理解的是，使用於本說明書中的「包含」、「包括」等詞，係用以表示存在特定的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、元件以及/或組件，但並不排除可加上更多的技術特徵、數值、 方法步驟、作業處理、元件、組件，或以上的任意組合。
第1圖係根據本申請一實施例所述之頭戴式顯示裝置之元件架構示意圖。頭戴式顯示裝置100包括顯示系統10、影像擷取系統20、控制器30、儲存裝置40、以及輸出輸入裝置50。
顯示系統10主要負責顯示視覺或文字內容，例如但不限於：影像擷取系統20所擷取之影像、以及/或控制器30所輸出的色差強化影像。
在一實施例，顯示系統10可包括一或多個為液晶顯示器(Liquid-Crystal Display，LCD)、發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)顯示器、有機發光二極體顯示器(Organic LED，OLED)、電子紙顯示器(Electronic Paper Display，EPD)、或陰極射線管(Cathode Ray Tube，CRT)顯示器等。
在另一實施例，顯示系統10可包括一或多個光學引擎與透視光學組件(see-through optics)，其中光學引擎可將視覺或文字內容投影到透視光學組件上進行顯示。光學引擎可包括一或多個投影機，例如：奈米投影機、微型投影機(pico/micro/femto-projector)、雷射投影機、全像(holographic)投影機等。透視光學組件可包括一反射鏡以及至少一透鏡(例如可包括一光波導透鏡(waveguide lens)以及附著於該光波導透鏡之一透明校正透鏡(translucent correction lens))。無論光學引擎是開啟或關閉，穿戴者都能透過透視光學元件中的透鏡清楚地觀看到周遭環境的場景。
影像擷取系統20主要負責擷取周遭環境的影像，其可包括一或多個攝像裝置，例如但不限於：一景深鏡頭、以及/或一或多個環境感測鏡頭，其中景深鏡頭可為灰階鏡頭、三原色(Red/Green/Blue，RGB)鏡頭、或四分色(Cyan/Magenta/Yellow/Key，CMYK)鏡頭，支援深度偵測之功能，而環境感測鏡頭可為三原色鏡頭、或四分色鏡頭，支援一般影像擷取之功能。
控制器30可為通用處理器、微處理器(Micro Control Unit，MCU)、應用處理器(Application Processor，AP)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、圖形處理器(Graphics Processing Unit，GPU)、或全像處理器(Holographic Processing Unit，HPU)、或上述處理器之任意組合，其可包括各式電路邏輯，用以：提供數據與影像之處理及運算之功能、傳送幀(frame)資料(如：代表文字訊息、圖形、或影像之資料)至顯示系統10、從影像擷取系統20接收周遭環境的影像、從儲存裝置40讀取或儲存數據、以及透過輸出輸入裝置50接收使用者所輸入的參數調整指令。
特別是，控制器30係用以針對影像擷取系統20所擷取到的周遭環境的影像進行色差強化處理，並且協調顯示系統10、影像擷取系統20、儲存裝置40、以及輸出輸入裝置50之運作，以執行本申請的色差強化方法。
該領域之熟習技藝人士當可理解，控制器30中的電路邏輯通常可包括多個電晶體，用以控制該電路邏輯之運作以提供所需之功能及作業。更進一步的，電晶體的特定結構及 其之間的連結關係通常是由編譯器所決定，例如：暫存器轉移語言(Register Transfer Language，RTL)編譯器可由處理器所運作，將類似組合語言碼的指令檔(script)編譯成適用於設計或製造該電路邏輯所需之形式。
儲存裝置40為非暫態(non-transitory)之電腦可讀取儲存媒體，包括：記憶體(如：快閃記憶體、非揮發性隨機存取記憶體(Non-volatile Random Access Memory，NVRAM))、或磁性儲存裝置(如：硬碟、磁帶)、或光碟、或上述媒體之任意組合，其主要用以儲存：幀資料(如：影像資料)、電腦可讀取及執行之指令或程式碼(包括：應用/通訊協定之程式碼)、以及/或本申請之色差強化方法的程式碼。
輸出輸入裝置50可包括一或多個按鈕、鍵盤、觸控感測器、麥克風、喇叭、以及/或燈號裝置，主要負責提供人機操作介面(Man-Machine Interface，MMI)，以接收使用者所輸入的參數調整指令、以及/或輸出提示/反饋信號。
舉例來說，較佳地，輸出輸入裝置50可包括多個按鈕，例如：按鈕1可供穿戴者用以設定色彩調整模式，也就是決定要調整的特定顏色，例如：針對紅色盲(protanopia)/色弱選定淡紅色、針對綠色盲(deuteranopia)/色弱選定淡綠色(或者可將紅色盲/色弱與綠色盲/色弱一併歸為紅綠色盲/色弱並選定淡紅色及淡綠色為要調整的特定顏色(如：模式1))、針對藍黃色盲(tritanopia)/色弱選定淡藍/綠色(如：模式2)。按鈕2可供穿戴者用以設定要調整特定顏色的飽和度(saturation)高低。按鈕3可供穿戴者用以設定要調整特定顏 色的色相(hue)位移大小。按鈕4可供穿戴者用以設定要調整特定顏色的亮度高低。
須注意的是，本申請所述淡紅色係泛指紅色調中所有的淡色系，例如：粉紅色、淺紅色、或橘紅色等。同樣地，本申請所述淡綠色係泛指綠色調中所有的淡色系，例如：青綠色、淺綠色、或墨綠色等，而淡藍色係泛指藍色調中所有的淡色系，例如：紫藍色、或淺藍色等，淡黃色係泛指黃色調中所有的淡色系，例如：黃綠色、淺黃色、或橘黃色等。
當可理解的是，第1圖所示之元件僅用以提供一說明之範例，並非用以限制本申請之保護範圍。在另一實施例，頭戴式顯示裝置100還可包括其他元件，例如：電源供應器(如：可攜式/可替換的充電電池)以提供電力予顯示系統10、影像擷取系統20、控制器30、儲存裝置40、以及輸出輸入裝置50之運作並使得頭戴式顯示裝置100具備可攜性。或者，頭戴式顯示裝置100還可包括無線通訊裝置、以及/或全球定位系統(Global Positioning System，GPS)等，其中無線通訊裝置可包括藍芽或無線保真(Wireless Fidelity，WiFi)技術之晶片，用以提供與其他通訊裝置(如：智慧型手機或平板電腦)之間進行短距無線通訊之功能；全球定位系統可提供頭戴式顯示裝置100之位置資訊，以用於行動定位服務/應用。
第2圖係顯示頭戴式顯示裝置100之組成外觀之示意圖。在此實施例，頭戴式顯示裝置100係實作為一眼鏡組。
如第2圖所示，顯示系統10係設置於眼鏡組之主構架101其中的前方下部102，於顯示系統10之前方還設置有 透鏡部件103以保護顯示系統10不直接外露在周遭環境中。影像擷取系統20係設置於眼鏡/頭戴組之主構架101其中的前方中央部104或前方上部105。輸出輸入裝置50係設置於主構架101的托架部分106-1，包括三個按鈕，分別用以設定色彩調整模式、飽和度、以及色相位移。頭戴式顯示裝置100的其餘元件，諸如：控制器30及儲存裝置40可嵌入在主構架101的托架部分106-2、或其餘未被使用的部分。
第3A圖係根據本申請一實施例所述之頭戴式顯示裝置100之上視圖。在此實施例，影像擷取系統20僅包含單一攝像裝置，且設置於頭戴式顯示裝置100的前方中央部。顯示系統10的範圍涵蓋穿戴者的左右眼視野，意即，穿戴者的左右眼視野所見皆為顯示系統10所顯示之視覺內容。輸出輸入裝置50設置於頭戴式顯示裝置100的右側。
第3B圖係根據本申請另一實施例所述之頭戴式顯示裝置100之上視圖。在此實施例，影像擷取系統20包含兩個攝像裝置，分別設置於頭戴式顯示裝置100的前方左半部及前方右半部，並分別用以擷取以替代穿戴者的左眼視野及右眼視野之所見影像。顯示系統10亦包含兩個顯示單元，其範圍分別涵蓋穿戴者的左眼視野及右眼視野，並分別用以顯示控制器30針對影像擷取系統20擷取的影像進行色差強化處理之後的影像。輸出輸入裝置50設置於頭戴式顯示裝置100的右側。
第3C圖係根據本申請又一實施例所述之頭戴式顯示裝置100之上視圖。在此實施例，影像擷取系統20僅包含單一攝像裝置，且設置於頭戴式顯示裝置100的前方右半部， 用以擷取以替代穿戴者的右眼視野之所見影像。另外，頭戴式顯示裝置100的前方左半部係以透視景觀窗為設計(例如：簍空、或設置透視光學組件)，讓穿戴者的左眼視野可穿透頭戴式顯示裝置100。顯示系統10亦僅包含單一顯示單元，其範圍涵蓋穿戴者的右眼視野，用以顯示控制器30針對影像擷取系統20擷取的影像進行色差強化處理之後的影像。輸出輸入裝置50設置於頭戴式顯示裝置100的右側。
第4圖係根據本申請一實施例所述之色差強化方法之流程圖。在此實施例，色差強化方法係適用於至少具有攝像裝置與顯示系統之頭戴式顯示裝置，如頭戴式顯示裝置100。
進一步說明，色差強化方法可以是以程式碼實作為軟體模組，並且由頭戴式顯示裝置的控制器載入及執行。
首先，透過攝像裝置擷取周遭環境之原始影像(步驟S410)。在一實施例，頭戴式顯示裝置可透過單一攝像裝置擷取單一影像。在另一實施例，頭戴式顯示裝置可透過兩個攝像裝置分別擷取穿戴者左右眼視野之影像。
接著，針對原始影像進行色差強化處理，以下分別以步驟S420~S440來說明色差強化處理的細部操作。
在步驟S420，決定原始影像中特定顏色之區域範圍(步驟S420)。舉例來說，當穿戴者為紅綠色盲/色弱者時，特定顏色可以選定為淡紅色及淡綠色；當穿戴者為藍黃色盲/色弱者時，特定顏色可以選定為淡藍色及淡黃色。
在步驟S430，將區域範圍內的像素之飽和度提高(步驟S430)，然後，在步驟S440，將區域範圍內的像素之亮 度提高(步驟S440)。又或者，在另一實施例，步驟S440可選擇性地省略不做。
在一實施例，飽和度之提高可以是將特定色調中所有的淡色系都增加相同之一飽和度數值(意即，將每個像素的色相加上相同之一位移值)，例如：橘紅色變成淺紅色、粉紅色變成鮮紅色、淺紅色變成鮮紅色。
在另一實施例，飽和度之提高可以是將特定色調中所有的淡色系都全部拉成該色調中最飽和的顏色，例如：所有的淡紅色，包括粉紅色、淺紅色、或橘紅色，都調整為鮮紅色。實作上可以是針對特定的三原色範圍內的像素，將其三原色數值直接調整為一預定值，例如：針對橘色系可設定將三原色數值落在範圍R=255,G=97~128,B=0~33內的像素，直接把其三原色數值調整為代表鮮紅色的R=255,G=0,B=0(亦可理解為將該三原色範圍內的每個像素的色相進行位移)；同理，亦可針對淺紅色系或粉紅色系設定一三原色範圍，並將該三原色範圍內的三原色數值直接調整為代表鮮紅色的R=255,G=0,B=0。
在一實施例，頭戴式顯示裝置可根據穿戴者所輸入的參數調整指令來決定要針對哪個顏色進行色差強化(也就是步驟S420中所述的特定顏色)，並且根據參數調整指令來決定目標飽和度或色相位移值(也就是步驟S430中所述的飽和度調整所需要的參數)、以及/或目標亮度(也就是步驟S440中所述的亮度調整所需要的參數)。
在步驟S440之後，會產生一色差強化影像(步驟 S450)，最後，透過顯示系統顯示該色差強化影像(步驟S460)，方法流程結束。
根據前述實施例，當可理解的是，本申請之色差強化方法可透過對周遭環境的影像進行處理以強化特定顏色之間的對比差異，讓色盲者/色弱者能夠區別其肉眼所難以清楚辨識的顏色。如此一來，便可有效改善色盲者/色弱者對於特定顏色差異的低辨識能力。
本申請雖以各種實施例揭露如上，然而其僅為範例參考而非用以限定本申請的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本申請之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾。因此上述實施例並非用以限定本申請之範圍，本申請之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
於申請專利範圍中所使用的「第一」、「第二」等詞係用來修飾權利要求中的元件，並非用來表示之間具有優先權順序，先行關係，或者是一個元件先於另一個元件，或者是執行方法步驟時的時間先後順序，僅用來區別具有相同名字的元件。

Claims (10)

  1. 一種頭戴式顯示裝置，包括：一第一攝像裝置，用以擷取一周遭環境之一第一原始影像；一控制器，用以決定上述第一原始影像中一特定顏色之一第一區域範圍，以及將上述第一區域範圍內的上述特定顏色之一飽和度以及一亮度之至少一者提高以產生一第一色差強化影像；以及一顯示系統，用以顯示上述第一色差強化影像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，更包括：一輸入輸出裝置，用以接收一參數調整指令以指示以下至少一者：上述特定顏色、上述特定顏色之一目標飽和度、以及上述特定顏色之一目標亮度；其中上述控制器更用以將上述第一區域範圍內的上述特定顏色之上述飽和度提高到上述目標飽和度，以及將上述第一區域範圍內的上述特定顏色之上述亮度提高到上述目標亮度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中上述第一攝像裝置所擷取之上述原始影像係對應至一穿戴者之左眼視野以及右眼視野之一者，且上述顯示系統係顯示上述第一色差強化影像於上述穿戴者之左眼視野以及右眼視野之一者。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之頭戴式顯示裝置，更包括：一第二攝像裝置，用以擷取上述周遭環境之一第二原始 影像，其中上述第二原始影像係對應至上述穿戴者之左眼視野以及右眼視野之另一者；其中上述控制器更用以決定上述第二原始影像中上述特定顏色之一第二區域範圍，以及將上述第二區域範圍內的上述特定顏色之一飽和度以及一亮度之至少一者提高以產生一第二色差強化影像；其中上述顯示系統更用以顯示上述第二色差強化影像於上述穿戴者之左眼視野以及右眼視野之另一者。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之頭戴式顯示裝置，更包括：一輸入輸出裝置，用以接收一參數調整指令以指示以下至少一者：上述特定顏色、上述特定顏色之一目標飽和度、以及上述特定顏色之一目標亮度；其中上述控制器更用以將上述第二區域範圍內的上述特定顏色之上述飽和度提高到上述目標飽和度，以及將上述第二區域範圍內的上述特定顏色之上述亮度提高到上述目標亮度。
  6. 一種色差強化方法，適用於一頭戴式顯示裝置，上述頭戴式顯示裝置包括一第一攝像裝置以及一顯示系統，上述色差強化方法包括：透過上述第一攝像裝置擷取一周遭環境之一第一原始影像；決定上述第一原始影像中一特定顏色之一第一區域範圍； 將上述第一區域範圍內的上述特定顏色之一飽和度以及一亮度之至少一者提高以產生一第一色差強化影像；以及透過上述顯示系統顯示上述第一色差強化影像。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之色差強化方法，更包括：透過上述頭戴式顯示裝置之一輸入輸出裝置接收一參數調整指令以指示以下至少一者：上述特定顏色、上述特定顏色之一目標飽和度、以及上述特定顏色之一目標亮度；將上述第一區域範圍內的上述特定顏色之上述飽和度提高到上述目標飽和度；以及將上述第一區域範圍內的上述特定顏色之上述亮度提高到上述目標亮度。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之色差強化方法，其中上述第一攝像裝置所擷取之上述原始影像係對應至一穿戴者之左眼視野以及右眼視野之一者，且上述顯示系統係顯示上述第一色差強化影像於上述穿戴者之左眼視野以及右眼視野之一者。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之色差強化方法，更包括：透過上述頭戴式顯示裝置之一第二攝像裝置擷取上述周遭環境之一第二原始影像，其中上述第二原始影像係對應至上述穿戴者之左眼視野以及右眼視野之另一者；決定上述第二原始影像中上述特定顏色之一第二區域範圍； 將上述第二區域範圍內的上述特定顏色之一飽和度以及一亮度之至少一者提高以產生一第二色差強化影像；透過上述顯示系統顯示上述第二色差強化影像於上述穿戴者之左眼視野以及右眼視野之另一者。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之色差強化方法，更包括：透過上述頭戴式顯示裝置之一輸入輸出裝置接收一參數調整指令以指示以下至少一者：上述特定顏色、上述特定顏色之一目標飽和度、以及上述特定顏色之一目標亮度；將上述第二區域範圍內的上述特定顏色之上述飽和度提高到上述目標飽和度；以及將上述第二區域範圍內的上述特定顏色之上述亮度提高到上述目標亮度。
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