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新視界
本文件为世新大学信息管理学系的毕业专题报告，讨论了一种基于环境光源调节显示器色彩的系统。该系统利用视频镜头分析周围环境的色温，自动调整显示器以提供用户舒适的视觉体验。此外，用户还可以根据个人喜好选择情境模式，以优化观赏效果。
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- 1. 世新大學資訊管理學系 畢業專題文件 新視界 指導教授： 林金玲 博士 羅梅君博士 課堂老師： 施朝正 博士 組員名單： 劉亞叡 A97222033 陳學均 A97222007 謝孟叡 A97222003 翁晨然 A97223030 胡嵩林 A97222203 中 華 民 國 一 百 年 十 二 月
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- 3. I 目錄 摘要................................................................................................................................ I 第一章 系統開發計畫書..............................................................................................6 第一節簡介與動機..............................................................................................6 第二節 計畫目的..................................................................................................6 第三節 系統概述..................................................................................................7 1.3.1 系統功能簡介......................................................................................7 1.3.2 系統邏輯架構......................................................................................8 第四節 系統效益..................................................................................................9 1.4.1 現行作業環境、功能........................................................................9 1.4.2 系統化後之作業環境、功能............................................................9 第五節 可行性評估..............................................................................................9 第六節 相關研究................................................................................................10 第七節 人力運用................................................................................................12 第八節 發展時程................................................................................................13 第二章 系統描述文件................................................................................................14 第一節 系統分析................................................................................................14 2.1.1 Use Case Diagram...............................................................................14 2.1.2 Activity Diagram.................................................................................15 2.1.3 Collaboration Diagram........................................................................18 2.1.4 Sequence Diagram ..............................................................................19 2.1.5 Class Diagram.....................................................................................20 2.1.6 Object Diagram...................................................................................21 2.1.7 Component Diagram...........................................................................21
- 4. II 2.1.8 Deployment Diagram..........................................................................23 2.1.9Statechart Diagram..............................................................................24 第二節 檔案結構................................................................................................25 2.2.1 資料庫 (內含各表格之欄位結構及主鍵值表示)...........................25 2.2.2 多媒體檔案格式描述 (圖檔、動畫檔、聲音檔…等內容格式描述) ......................................................................................................................25 第三章 系統操作手冊................................................................................................26 第一節 軟硬體實作環境敘述............................................................................26 3.1.1 系統操作環境....................................................................................26 3.1.2 硬體規格............................................................................................26 3.1.3 軟體規格.............................................................................................26 第二節 系統功能與介面說明............................................................................27 3.2.1 系統功能說明....................................................................................27 3.2.2 系統介面說明....................................................................................27 3.2.3 系統流程說明....................................................................................31 3.2.4 系統操作說明....................................................................................32
- 5. III 圖目錄 圖 一 :主系統功能架構圖 ........................................................................................8 圖 二 : Use Case Diagram .........................................................................................14 圖 三 : Activity Diagram For 色溫辨識....................................................................15 圖 四 : Activity Diagram For 亮度辨識..................................................................16 圖 五 : Activity Diagram For 儲存系統暫存區.......................................................16 圖 六 : Activity Diagram For 色溫調整....................................................................17 圖 七 : Collaboration Diagram ..................................................................................18 圖 八 : Sequence Diagram .........................................................................................19 圖 九 : Class Diagram................................................................................................20 圖 十 : Object Diagram..............................................................................................21 圖 十一 : Component Diagram For Video.................................................................21 圖 十二 : Component Diagram for ImagePrcess.......................................................22 圖 十三 : Component Diagram For Decide Situation ...............................................22 圖 十四 : Component Diagram For 螢幕調整 .........................................................23 圖 十五 : Deployment Diagram.................................................................................23 圖 十六 : Statechart Diagram.....................................................................................24 圖 十七 : 系統流程說明 ..........................................................................................31 圖 十八 : 主程式 ......................................................................................................32 圖 十九 : AUTO-較昏暗情況下明亮改變前 ...........................................................33 圖 二十 : AUTO-較昏暗情況下明亮改變後 ...........................................................33 圖 二十一 : AUTO-較明亮情況下明亮改變前 .......................................................34 圖 二十二 : AUTO-較明亮情況下明亮改變後 .......................................................34 圖 二十三 : 使用 AUTO 來調整較黃情況下的螢幕色溫-調整前........................35 圖 二十四 : 使用 AUTO 來調整較黃情況下的螢幕色溫-調整後........................35 圖 二十五 : 使用 AUTO 來調整較藍情況下的螢幕色溫-調整前........................36 圖 二十六 : 使用 AUTO 來調整較藍情況下的螢幕色溫-調整後........................36 圖 二十七 : 情境選擇 ..............................................................................................37 圖 二十八 : 室外夕陽 ..............................................................................................37 圖 二十九 : 室內黃光 ..............................................................................................38 圖 三十 : 室內日光: .................................................................................................39 圖 三十一 : 室外晴天 ..............................................................................................39 圖 三十二 : 細部設定 ..............................................................................................40 圖 三十三 : 細部設定前 ..........................................................................................41 圖 三十四 : 調整明亮與 GAMMA 與對比之後.....................................................41
- 6. IV 圖 三十五 :回復初始狀態 ......................................................................................42 圖 三十六 : 選取喜愛情境 ......................................................................................42 圖 三十七 ; 調整完 ................................................................................................43
- 7. V 表目錄 表格 1 :參考網站 .....................................................................................................10 表格 2 : 參考書籍 .....................................................................................................11 表格 3 : 參考論文 .....................................................................................................11 表格 4 : 人力配置 .....................................................................................................12 表格 5 : 發展時程 .....................................................................................................13 表格 6 : 多媒體檔案格式描述 .................................................................................25 表格 7 : 主介面 .........................................................................................................27 表格 8 : 情境模式 .....................................................................................................29 表格 9 : 細部設定 .....................................................................................................30
- 8. 6 第一章 系統開發計畫書 本章節為系統開發計畫書，主要為提供使用者一個處理色彩影 像的環境，以簡單的操作方法讓使用者輕易上手。 第一節 簡介與動機 顯示器在日常生活中的應用非常廣泛，從小型的手機到大型的電視 牆，以及日常生活中最常接觸的電視及筆記型電腦，這些顯示器都很容 易受到不同光源的影響，白天個光線強烈，晚上的光線昏暗，在不同場 合可能會有不同的色光源，這些都會讓我們在觀看時產生影響。當今的 科技日新月異，科技大廠的競爭愈加激烈，顯示器的應用與日俱增，消 費者對顯示器輸出品質嚴格要求，即使現在顯示器的效能與功能已經非 常多元，仍然有它能夠改進的地方，好比顯示器在面對不同的光源時無 法自動調節成人眼最舒適的觀看環境，必須藉由人未來調整其亮度、對 比、Gamma及色溫。 第二節 計畫目的 本系統會先開發在一般電腦，並由筆記型電腦及桌上型螢幕顯示器 開始著手，藉由內建的視訊鏡頭或外接式鏡頭以判斷環境光種類以及環 境光亮度，經由灰界法以及色域範圍法分析出周圍環境的光源的色溫以 及影像分析環境光亮度，相關色溫度可以描述它的色彩，進而找出白點， 以白點為基準來找出最適合人眼觀測影像所需的環境光，透過程式調 整，回饋在顯示器的螢幕上，提供使用者最舒適的顯示器色彩。
- 9. 7 第三節 系統概述 1.3.1 系統功能簡介 (1)使用者需求說明 現在這一個時代，幾乎是人手一台電腦，而筆記型電腦的使用率也大幅成 長，而使用的場所也因使用者而有所不同，而螢幕所顯示的效果對使用的舒適 程度也有很大的影響，本系統可讓使用者在不同環境不同空間使用時都能得到 最好的使用品質。 (2) 系統範圍 本系統符合大眾使用者之需求，期許只要擁有視訊鏡頭，不論是內建的視 訊鏡頭或是外接式鏡頭，使用者都能享受程式自動調整螢幕的功能，固本系統 是針對擁有電腦的使用者而開發的。 (3) 功能概述 1.自動調整：利用視訊鏡頭所拍下的影像，透過程式，先將影像當中的 RGB 值 轉換成 lab 值，再經由資料庫的比對來判斷使用者所處的環境光，依據當下環 境光，調整螢幕成最佳化的觀看狀態。 2.情境選擇：使用者能夠選擇自己喜好的環境光，使螢幕呈現使用者喜愛的環 境光，除此之外，因為外在環境光可影響景物對人眼的觀感，程式除了考慮使 用者喜好，尚可搭配當下的環境光作調整，使影像更加地生動。 3.開機啟動：本系統可常駐於電腦當中，使用者一開機，即可進入系統主介面， 立即享受本系統帶來的視覺饗宴。
- 10. 8 1.3.2 系統邏輯架構 新視界 擷取影像 環境光分析調節螢幕 色 溫 辨 識 亮 度 辯 識 自 動 調 節 選 擇 情 境 亮 度 調 節 色 溫 調 節 GAMMA 調節 手 動 調 整 亮 度 調 節 色 溫 調 節 圖 一 : 主系統功能架構圖 (1)硬體架構 電腦規格：(系統開發者/使用者) 中央處理器：具有 1.6 GHz 或更快處理器的電腦 記憶體:768 MB 以上記憶體 硬碟容量：5400 RPM 2.2 GB 可用硬碟空間 螢幕解析度：1024 x 768 或更高解析度的顯示器 其他設備：鍵盤、滑鼠、webcam。 (2)軟體架構 作業系統:Windows 7 影像色彩程式開發語言:C#
- 11. 9 第四節 系統效益 1.4.1 現行作業環境、功能 當今科技產品，相當講究色彩本身的彩度明度，不過現在的電腦最多只能 自動調整顯示器的明亮，而顯示器的對比和色彩仍須透過使用者自行調整。然 而影像的品質對於市場是不容忽視的重要因素，目前有些液晶顯示器亦考慮環 境光對於營幕之於影像呈現的重要性，一般市售產品主要是利用光感測器來測 量環境的數值。相較於市售產品不同的是:我們以最簡單的設備，使用webcam 來抓取環境的數值，一般的筆記型電腦皆有內建 webcam，使用者並不需要再添 購光學元件，即可獲得最適合當下環境的畫面。 1.4.2 系統化後之作業環境、功能 本系統的開發就是為了給使用者更大的便利性，讓明亮、對比、色彩三個 項目一起調整。經過本系統後得顯示器，可以讓使用者用的更方便也更加舒適。 第五節 可行性評估 1.5.1 Economic Feasibility(經濟可行性) 我們所使用開發的軟體皆為學校提供支免費正版軟體，因此軟體方面我們 不需要負擔額外的花費，而硬體部分，顯示器目前是使用實驗室的螢幕做為測 試，因此也無需增加花費，為一花費就是視訊鏡頭可能需要不同種類的測試， 但這些費用是在我們組員經濟許可的範圍內，因此經濟可行性不需擔憂。 1.5.2 Technical Feasibility(技術可行性) 以window 開發 開發語言為 JAVA 搭配 JMF ,技術方面克服Webcam 與 螢 幕顯示問題 技術上就沒什麼太大問題。
- 12. 10 1.5.3 Schedule Feasibility(計畫可行性) 在專題一開始，我們有繪製了甘特圖來安排時間的分配，因此只要在預定 時間內完成所有工作，我們在計畫上也是不需擔心的。 1.5.4Operational Feasibility(操作可行性) 本系統屬於全自動化系統，因此使用者只需要會安裝程式以及視訊鏡頭，剩下 的部分就由本系統未使用者完成。操作上再簡單不過了。 1.5.5 Risks Analysis(風險分析) JAVA 控制 Webcam 的能力會是一個風險,與螢幕顯示後是否合宜 也是一大風險。 第六節 相關研究 1.6.1 參考文獻 (1)參考網站 表格 1 : 參考網站 編 號 網站名稱 網址 01 MSDN Library http://msdn.microsoft.com/zh-tw/library/ms123401.aspx 02 CodeProject http://www.codeproject.com/ 03 艾小克 http://www.dotblogs.com.tw/chhuang/archive/2008/03/18/1805.aspx 04 CIECAM02 http://www.hpl.hp.com/personal/Nathan_Moroney/ciecam02/ciecam02.html
- 13. 11 (2)參考書籍 表格 2 :參考書籍 編號 書名 作者 出版社 01 數位色彩管理科學：色彩度量學 羅梅君 藍海文化 02 顯示色彩工程學(第二版) 胡國瑞、孫沛立、徐道 義、陳鴻興、黃日鋒、詹 文鑫、羅梅君 全華圖書 (3)參考論文 表格 3 : 參考論文 編號 論文名稱 研究生 指導教授 01 外在環境光源於反射式顯示器色 彩品質評估之研究 林鳳玲 田仲豪 02 用於適應環境光亮度的影像處理 方法 楊孫成 陳建中
- 14. 12 第七節 人力運用 表格 4: 人力配置 組員名單 負責工作 劉亞叡 陳學均 謝孟叡 翁晨然 胡嵩林 組長 ◎ 組代表 ◎ 需求分析 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 系統分析 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 程式撰寫 ◎ ◎ 報告撰寫 ◎ ◎ ◎ 文件統整 ◎ ◎ 會議紀錄 ◎ 系統測試 ◎
- 15. 13 第八節 發展時程 表格 5: 發展時程 識別 碼 任務名稱 開始 完成 期間 2011年 05月2011年 03月 2011年 04月 2011年 06月 4/3 4/244/17 5/15 6/123/20 5/8 6/54/102/20 6/263/13 3/27 6/193/6 5/1 5/222/27 5/29 1 64d2011/4/292011/2/1色彩基礎 2 40d2011/4/212011/2/25色外貌模式 3 4d2011/3/152011/3/10光感測器 4 14d2011/4/12011/3/15資料通訊 5 21d2011/4/292011/4/1程式整合 6 10d2011/5/132011/5/2程式整合測試 7 13d2011/6/12011/5/16模擬分析 8 23d2011/7/12011/6/1報告
- 16. 14 第二章 系統描述文件 第一節 系統分析 2.1.1Use Case Diagram 擷取影像 色溫辨識 色溫調節 亮度辨識 調節亮度 調節螢幕 <<include>> <<include>> <<include>> <<include>> 選擇情境 System 自動調整 圖 二 : Use Case Diagram
- 17. 15 2.1.2 Activity Diagram 由圖片取得平均RGB值 平均RGB值轉Lab 色域對應 高彩度高彩度低彩度 灰階理論 判斷光源種類 圖 三 : Activity Diagram For 色溫辨識
- 18. 16 由圖片取得平均RGB值 平均RGB值轉Lab 擷取L值 圖 四 :Activity Diagram For 亮度辨識 圖 五 : Activity Diagram For 儲存系統暫存區
- 19. 17 讀取光源種類 光源亮度資訊取L值 根據L*值查D50表 所在環境光源種類 根據環境光源種類查表 線性轉換 套入階調曲線公式 立即調整monitor 圖 六 :Activity Diagram For 色溫調整
- 20. 18 2.1.3 Collaboration Diagram 主介面 ref 情境選擇 alt 自動化 opt 鏡頭選擇 alt 自動截圖 loop RGB->LAB loop 判斷光源 ref 搜尋下一張圖 ref 失敗 調整色溫與亮度 ref 成功 最佳化螢幕 ref 圖 七 : Collaboration Diagram
- 21. 19 2.1.4 Sequence Diagram :User:System :Webcam :Monitor 自動 啟動webcam 回傳圖片 計算RGB RGBtoXYZ XYZtoLab RGBtoXYZ 光源種類 階調 調整色溫和亮度 調整完成 圖 八 : Sequence Diagram
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- 23. 21 2.1.6 Object Diagram :照片 :階調 :色域:灰階 Look_up_table:色溫 :亮度 :計算RGB :RGB轉XYZ 圖 十 : Object Diagram 2.1.7 Component Diagram <<Component>> Video VideoAPI ConTrolVideo 原圖 視訊鏡頭 圖 十一 : Component Diagram For Video
- 24. 22 <<Component>> ImageProcess CaculationRGB RGB_to_XYZ Decide Situation 原圖 XYZ_to_Lab 圖十二 : Component Diagram for ImagePrcess <<Component>> Decide Situation 色域distance 灰階distance 光源 數值 原圖 Look up table 圖 十三 : Component Diagram For Decide Situation
- 25. 23 <<Component>> Decide Situation Ramp 輸出 光源數值 階調 1 1 <<Component>> 螢幕調整 Ramp 輸出光源數值 階調 1 1 圖 十四 : Component Diagram For 螢幕調整 2.1.8 Deployment Diagram <<device>> 客戶端電腦 <<execution environment>> .NET Franework <<soft>> 新視界 <<execution environment>> Video ImageProcess Decide_環境 螢幕調整 圖 十五 : Deployment Diagram
- 26. 24 2.1.9 Statechart Diagram 檢查中 Entry/System Informaition 啟動 檢查中 Entry /System Informaition 有.NET 無.NET WEBCAM 截圖中 儲存到系統中 成功截圖 抓取影像 Image Process Calculation RGB RGB_to_XYZ 分析成功 XYZ_to_Lab 分析成功 回傳資料 Decide Situation 查表 色域法 灰階法 成功搜尋 失敗 螢幕調整 階調 回傳資料 圖 十六 : Statechart Diagram
- 27. 25 第二節 檔案結構 2.2.1 資料庫(內含各表格之欄位結構及主鍵值表示) 本系統沒使用到資料庫. 2.2.2 多媒體檔案格式描述 (圖檔、動畫檔、聲音檔…等內 容格式描述) 為 表格 6 : 多媒體檔案格式描述 名稱 檔案格式 按鈕圖片 Png 情境選擇圖 Jpeg 系統操作說明圖 Jpeg
- 28. 26 第三章 系統操作手冊 第一節 軟硬體實作環境敘述 3.1.1系統操作環境 Window XP 以上版本 3.1.2 硬體規格 一般電腦搭配 Webcam 即可 3.1.3 軟體規格 Window XP 以上版本
- 29. 27 第二節 系統功能與介面說明 3.2.1 系統功能說明 透過自動調整來感知現在環境光，來改變螢幕來適合當下的環境。 情境選擇可以自己選擇喜愛的情境，細部調整可以讓使用者自己微調，變成自 己想要的情境，透過三者的搭配，創造出自己喜愛的觀測環境。 3.2.2系統介面說明 表格 7 : 主介面 主介面 按鈕圖示 按鈕名稱 功能 自動調整功能: 可以直接將螢幕調整 成系統認為最適合的 設定 情境選擇: 進入情境選擇模式
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- 31. 29 表格 8 :情境模式 情境模式 可根據個人喜好將螢幕設定成不同情境下的最佳設定 按鈕圖示 功能 適合偏紅偏黃的光源 例如 : 檯燈，鎢絲燈 偏室內黃光 例如 : 客廳 偏一般日光燈 例如 : 圖書館 篇藍色光 例如：室外光源
- 32. 30 表格 9 :細部設定 細部設定 使用者可以自己調整喜歡的亮度和對比 下方的灰階圖能明顯的看出改變的情況 並儲存當下的設定，讓使用者下次能直接套用儲存的設定 還能還原調整前的設定或還原到顯示器的原廠設定。 按鈕圖示 功能 調整明亮度 調整 GAMMA 調整對比 儲存 選取之前微調的情境 回復調整前狀態 回復出廠狀態 灰階圖
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- 35. 33 圖 十九 :AUTO-較昏暗情況下明亮改變前 圖 二十 : AUTO-較昏暗情況下明亮改變後
- 36. 34 圖 二十一 :AUTO-較明亮情況下明亮改變前 圖 二十二 : AUTO-較明亮情況下明亮改變後
- 37. 35 圖 二十三 :使用 AUTO 來調整較黃情況下的螢幕色溫-調整前 圖 二十四 : 使用 AUTO 來調整較黃情況下的螢幕色溫-調整後
- 38. 36 圖 二十五 :使用 AUTO 來調整較藍情況下的螢幕色溫-調整前 圖 二十六 : 使用 AUTO 來調整較藍情況下的螢幕色溫-調整後
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- 40. 38 圖 二十九 :室內黃光
- 41. 39 圖 三十 :室內日光: 圖 三十一 : 室外晴天
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- 43. 41 圖 三十三 :細部設定前 圖 三十四 : 調整明亮與 GAMMA 與對比之後
- 44. 42 圖 三十五 :回復初始狀態 圖 三十六 : 選取喜愛情境
- 45. 43 圖 三十七 ;調整完