Способ формирования многополутоновых изображений и проецирование с двойной модуляцией

Изобретение относится к отображающим устройствам и, в частности, к проекторам с двойной модуляцией (включая лазерные проекторы) и созданию полутоновых изображений в премодуляторе указанного проектора. В заявленном способе формирования изображения отображают полутоновые изображения на премодуляторе отображающей системы с двойной модуляцией на основании сигнала активации премодулятора в течение множества периодов подкадров во время одного периода кадра, так что полутоновые изображения производят заданный прогрессивный сегментированный кадр (PSF), который компенсирует артефакты при передаче света, и отображают изображение на главном модуляторе отображающей системы с двойной модуляцией на основании сигнала главного модулятора, причем сигнал активации премодулятора синхронизируется с сигналом главного модулятора. Технический результат – повышение коэффициента контрастности на низких уровнях светлого для небольших размеров элементов мозаичного изображения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ОБ АВТОРСКОМ ПРАВЕ

Часть раскрытия этого патентного документа содержит материал, который является объектом защиты авторского права. Владелец авторских прав не имеет возражений относительно факсимильного воспроизведения кем-либо настоящего патентного документа или раскрытия патента, как он проходит в патентных документах или реестрах Ведомства по патентам и товарным знакам, но в ином случае сохраняет за собой все права любого рода авторского права.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Область техники

Настоящее изобретение относится к отображающим устройствам и, в частности, к проекторам с двойной модуляцией (включая лазерные проекторы) и созданию полутоновых изображений в премодуляторе указанного проектора.

Обсуждение уровня техники

Проекторы и дисплеи с двойной модуляцией содержат отображающие устройства (например, Whitehead US7403332 и Daly US7064740) и проекторы (например, Sayag US7002533).

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение реализовало потребность в улучшенном формировании полутоновых изображений премодулятора. Настоящее изобретение обеспечивает возможность использования более маленьких полутоновых элементов мозаичного изображения на первом модуляторе проекционной системы с двойной модуляцией. Эта технология использует множественные полутона на кадр в премодуляторе, синхронизированном с модифицированной битовой последовательностью в главном модуляторе, для эффективного увеличения количества уровней, обеспеченных заданным размером элемента мозаичного изображения, в полутоновом модуляторе. Она адресована проблеме уменьшенного коэффициента контрастности на низких световых уровнях для маленьких размеров элементов мозаичного изображения и обеспечивает возможность использования более маленьких PSF (Progressive Segmented Frame, прогрессивный сегментированный кадр), что уменьшает артефакты ореола в проецированном изображении. Формирование полутоновых изображений также можно использовать для улучшения проецирования 3D изображений, разделенных по цвету или поляризации.

Части как устройства, так и способа могут быть удобно реализованы в программировании на универсальном компьютере или сетевых компьютерах, а результаты могут быть отображены на устройстве вывода, соединенном с любым из универсального компьютера, сетевых компьютеров, или переданы на удаленное устройство для вывода или отображения. Кроме того, любые компоненты настоящего изобретения, представленные в компьютерной программе, последовательностях данных и/или управляющих сигналах, могут быть воплощены в виде радиосигнала, транслированного (или переданного) на любой частоте в любой среде, включая среди прочего беспроводные трансляции и передачи по медному проводу, оптоволоконному кабелю и коаксиальному кабелю и т.п.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Более полное понимание настоящего изобретения и многие из его присутствующих преимуществ будут легко получены, когда они станут лучше понятны посредством ссылки на следующее подробное описание при рассмотрении в сочетании с сопутствующими чертежами, на которых:

На фиг. 1 представлена иллюстрация влияния количества дискретных уровней премодуляции на локальный контраст;

На фиг. 2 представлена иллюстрация улучшенных результатов, полученных, когда полутоновое изображение распределено по 4 подкадрам;

На фиг. 3 представлена иллюстрация примерного PSF и исправленного PSF; и

На фиг. 4 представлена диаграмма примерной битовой последовательности.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Современный POC (Project-O-chart, зарегистрированная торговая марка) EDR (enhanced data rate, повышенная скорость передачи данных) проектор с двойной модуляцией использует одно полутоновое изображение на кадр в премодуляторе. Для ограничения ореола на маленьких ярких объектах и для достижения высокого локального контраста требуется маленький PSF. Первый ненулевой уровень премодуляции достигается посредством наложения поля PSF для получения относительно плоского светового поля. Для заданного (маленького) размера PSF промежуток между полутоновыми ненулевыми пикселями должен быть меньше, чем PSF, и достаточно маленьким для получения этого плоского поля. Это ограничивает процентное содержание пикселей, которые должны быть ненулевыми, до определенного уровня, и это определяет первый ненулевой средний уровень и количество дискретных линейных уровней предварительной модуляции. Например, PSF, который должен быть повторен на сетке 5X5, потребует включения 1 из 25 пикселей премодуляции, приводя к минимальному 1/25 ненулевому уровню и 25 дискретным уровням премодуляции.

Изображение от описанной системы может иметь коэффициент контрастности (contrast ratio, CR) около 25X главного модулятора; если исходный CR главного модулятора был 1800, тогда конечное изображение может иметь CR 45000:1. Это предполагает, что 1 из 25 пикселей всегда включен. Поскольку DMD выполнено с возможностью >1800:1 CR с выключенными пикселями премодуляции, уровень черного может быть намного лучше, чем 1/45000 от пикового белого; однако, выключение всех пикселей премодуляции может иметь вредные эффекты. Эти эффекты также присутствуют в изображениях на низких световых уровнях, даже при нескольких включенных пикселях. Например, некоторые свойства изображения изменяются в зависимости от пространственных частот за пределами тех, которые могут быть представлены световым полем премодуляции. Для этих свойств изображения световое поле премодуляции будет постоянным, не модулированным. Уровень светового поля премодуляции будет определен локальным максимумом указанного свойства изображения. Главное DMD должно уменьшать световое поле премодуляции для производства всех уровней указанного локального свойства изображения. В зависимости от первого ненулевого уровня премодуляции главное DMD может не иметь достаточный контраст для производства самых нижних уровней, ограничивая локальный контраст этого свойства изображения в достаточной степени для влияния на его появление. Это особенно критично вокруг области, где последние пиксели на элементах мозаичного изображения премодуляции выключены. В этой области локальный контраст снижается приблизительно до 20. Эти проблемы могут быть решены посредством увеличения размера PSF и элемента мозаичного изображения, но это увеличило бы размер ореола, который также может производить видимые артефакты.

Фиг. 1 помогает проиллюстрировать указанные проблемы. Синяя линия (начинающаяся на горизонтальной оси между 10E-6 и 10E-5) представляет наилучший коэффициент контрастности, который может достигнут в этом конкретном зрительном зале с проектором, выполненным с возможностью идеального бесконечного коэффициента контрастности 100 нит. Это ограничение вызывается тем, что помещение имеет уровень темноты 0,0005 нит, как измерено на экране. Это происходит от светового излучения окружающего помещения, которое достигает наблюдателя и отражается от экрана к нему. Красная линия (начинающаяся на горизонтальной оси между 10E-4 и 10E-3) представляет проектор с одной модуляцией. Проектор имеет коэффициент контрастности 1800:1 (одновременный и последовательный). По мере того, как пиковый уровень локального изображения с этим проектором становится темнее, коэффициент контрастности в локальном изображении пропорционально уменьшается, поскольку уровень темноты является постоянным. Это является нормальным и предполагаемым поведением.

Светло зеленая линия (более тонкая линия) представляет коэффициент контрастности, возможный с проектором с двойной модуляцией с высокими компонентами пространственных частот (где премодуляция являются локально постоянной). По мере того, как проецированное изображение становится локально темнее сразу вне пикового белого, кривая коэффициента контрастности точно совпадает с предыдущим случаем. Однако, когда уровень достигает (в этом примере) приблизительно 24/25 пикового белого, премодуляция может изменять свое значение от 25/25 до 24/25 включенных пикселей, и главный модулятор снова может использовать свой полный диапазон. Таким образом, для этого более низкого светового уровня мы снова имеем полный локальный коэффициент контрастности 1800:1. Для этой ситуации сразу перед тем, как премодуляция изменила свое значение (на 23/25), локальный коэффициент контрастности будет снижен до 24/25*1800. Эта ситуация проходит через каждое изменение премодуляции, при этом возможный CR возвращается обратно до 1800 после каждого изменения. Например, когда 2 пикселя являются активными, CR снижается до 144 (2/25*1800). Когда активен только один пиксель, премодуляция не может изменяться до тех пор, пока рассеяние светового излучения через премодулятор будет достаточно высоким для достижения требуемого уровня вывода с одним главным модулятором (полномасштабным). В этом иллюстративном примере этот уровень равен 1/1800 пика вывода. Существует большой зазор между самым низким уровнем модуляции, достигнутом при полутоне на 1/25, и 1/1800, и в этой зоне премодуляцию должны поддерживать на уровне 1/25. Главный модулятор является единственным модулятором на этом участке, и коэффициент контрастности падает до уровня около 1/25 перед тем, как полутон премодуляции может быть установлен на ноль. Этот уровень существенно ниже (ниже синей линии приблизительно в 4 раза), чем было бы получено в этом помещении с идеальным проектором.

Одна цель настоящего изобретения состоит в уменьшении влияний этих артефактов посредством увеличения количества уровней в премодуляторе, но без увеличения размера мозаичного изображения или размера PSF. Эта концепция является относительно простой; использование более, чем одного полутонового изображения на кадр. В предшествующем описании был исследован элемент мозаичного изображения 5X5. Нижеследующее описывает использование элемента мозаичного изображения 5X5, но использование 4 подкадровых полутонов на кадр. В этом примере на индивидуальной пиксельной основе для каждого элемента мозаичного изображения пиксель может занимать последовательность 5 значений, являющихся 0, 1, 2,3 или 4 подкадрами (0, ¼ кадр, ½ кадр, ¾ кадр или 1 кадр). Это позволяет элементу мозаичного изображения 5X5 выражать 100 положительных значений (и 0) вместо исходных 25 значений (и 0). Если для главного модулятора используют DMD (TI Digital Mirror Device, цифровое зеркальное устройство), потребуется модификация битовых последовательностей для чипов модуляции. DMD использует форму широтно-импульсной модуляции для модуляции света; следовательно, требуется, чтобы свет был постоянным во время всего периода кадровой развертки. Изменение полутонов премодуляции во время кадра (4 раза) произведет непостоянный свет и помешает результату PWM (ШИМ).

Обычно DMD используют с одинарной последовательностью на кадр для получения 16 бит на пиксельную модуляцию. Предполагается модифицировать битовую последовательность таким образом, что старшие биты распределены по периоду кадровой развертки; следовательно, они повторяются множество раз. Например, если верхние 14 битов (из 16) повторяются, это допустит схему с верхними 14 битами, повторенными 4 раза. Низкие значимые биты останутся незатронутыми (распределены по всем периоду кадровой развертки). Этот тип задания повторяющейся последовательности был описан в литературе и использован для уменьшения артефактов движения в системах проецирования на основе DMD. US5986640 описывает аналогичную технологию. Полутоновое изображение на премодуляторе будет синхронизировано с повторяющимися последовательностями в главном модуляторе таким образом, что оба модулятора в одно и то же время перейдут к новой последовательности.

На фиг. 2 показаны улучшенные результаты, полученные при распределении полутонового изображения по 4 подкадрам, как описано выше.

В этой ситуации самый низкий коэффициент контрастности от проектора приблизительно равен результату, который может быть получен с идеальным проектором в этом помещении. Эта технология уменьшает нежелательное уменьшение коэффициента контрастности без увеличения размера элемента мозаичного изображения и соответствующего размера PSF.

В описанных предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения, иллюстрированных на чертежах, для ясности использована специальная терминология. Однако, не предполагается, что настоящее изобретение ограничено до такой выбранной специальной терминологии, и следует понимать, что каждый конкретный элемент содержит все технические эквиваленты, которые работают аналогичным образом. Кроме того, изобретатели признают, что недавно разработанные технологии, в настоящее время неизвестные, также могут быть заменены на описанные части и все еще не будут отходить от объема настоящего изобретения. Все вышеописанные элементы, среди прочего содержащие модуляторы, кадры, подкадры и т.п. следует рассматривать в свете любых и всех доступных эквивалентов.

Части настоящего изобретения могут быть удобно реализованы с использованием обычного универсального или специализированного цифрового компьютера или микропроцессора, запрограммированного в соответствии с идеями настоящего раскрытия, как будет понятно специалистам в области техники.

Надлежащее программное кодирование легко может быть подготовлено квалифицированными программистами на основании идей настоящего раскрытия, как будет понятно специалистам в области программного обеспечения. Настоящее изобретение также может быть реализовано посредством подготовки специализированных интегральных схем или посредством соединения надлежащей сети обычных компонентных схем, как будет легко понятно специалистам в области техники на основании настоящего раскрытия.

Настоящее изобретение содержит компьютерный программный продукт, который является носителем (носителями) информации, на котором сохранены инструкции, которые могут быть использованы для управления компьютером или побуждения его выполнять любой из процессов настоящего изобретения. Носитель информации может среди прочего содержать любой тип диска, включая гибкие диски, минидиски (MD), оптические диски, цифровые видеодиски стандарта DVD, компакт-диски стандарта CD-ROM, диски стандарта CD или DVD RW+/-, жесткие диски стандарта Microdrive и магнитооптические диски, ROM (ПЗУ), RAM (ОЗУ), EPROM (ЭППЗУ), EEPROM (ЭСППЗУ), DRAM (динамические ОЗУ), VRAM (видео ОЗУ), устройства флэш-памяти (включая флэш-карты, карты памяти), магнитные и оптические карты, SIN-карты, микроэлектромеханические системы, наносистемы (включая молекулярные запоминающие микросхемы), устройства дисковых массивов типа RAID, удаленные хранилища данных/архивы/долговременные хранилища или любой тип носителей или устройств, подходящий для хранения инструкций и/или данных.

Настоящее изобретение содержит сохраненное на любом из указанных считываемы с помощью компьютера носителей программное обеспечение для управления аппаратным обеспечением универсального/специализированного компьютера или микропроцессора и для обеспечения возможности этого компьютера или микропроцессора взаимодействовать с человеческим пользователем или другим механизмом, использующим результаты настоящего изобретения. Такое программное обеспечение среди прочего может содержать драйверы устройств, операционные системы и пользовательские приложения. В конечном итоге, такой читаемый с помощью компьютера носитель дополнительно содержит программное обеспечение для выполнения настоящего изобретения, как описано выше.

В программах/программном обеспечении универсального/специализированного компьютера или микропроцессора содержатся программные модули для реализации идей настоящего изобретения, включая среди прочего подготовку полутоновых изображений, соответствующих данным изображения, деление кадров, синхронизацию и применение битовых последовательностей на DMD и отображение, хранение или передачу результатов в соответствии с процессами настоящего изобретения.

Настоящее изобретение соответствующим образом может содержать любой из элементов (различных частей или признаков настоящего изобретения и их эквивалентов, как описано в настоящем документе), состоять из него или состоять по существу из него. Кроме того, настоящее изобретение, иллюстративно раскрытое в настоящем документе, может практиковаться в отсутствие любого элемента, независимо от того, специально ли он раскрыт в настоящем документе, или нет. Разумеется, возможны многочисленные модификации и вариации настоящего изобретения в свете вышеуказанных идей. Следовательно, следует понимать, что в пределах объема прилагаемой формулы изобретения настоящее изобретение может практиковаться иным образом, чем специально описано в настоящем документе.

1. Способ формирования изображения, содержащий этапы, на которых отображают полутоновые изображения на премодуляторе отображающей системы с двойной модуляцией на основании сигнала активации премодулятора в течение множества периодов подкадров во время одного периода кадра, так что полутоновые изображения производят заданный прогрессивный сегментированный кадр (PSF), который компенсирует артефакты при передаче света, и отображают изображение на главном модуляторе отображающей системы с двойной модуляцией на основании сигнала главного модулятора, причем сигнал активации премодулятора синхронизируется с сигналом главного модулятора.

2. Способ по п.1, в котором каждое из указанных полутоновых изображений отображают во множестве периодов подкадра, каждый из которых синхронизирован с сигналом главного модулятора.

3. Способ по п.1, в котором сигнал премодулятора разделен на множество подкадровых изображений, каждое из которых активировано в свой собственный подкадровый временной интервал, а каждый подкадровый временной интервал синхронизирован с интервалом активации главного модулятора и сигналом главного модулятора.