BR122020009989B1 - Método, projetor e visor para imageamento de múltiplos meios-tons e projeção de modulação dual/ projeção laser de modulação dual - Google Patents

Método, projetor e visor para imageamento de múltiplos meios-tons e projeção de modulação dual/ projeção laser de modulação dual Download PDF

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Martin J. Richards
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Abstract

Blocos (tiles) de meio-tom menores são implementados em um primei-ro modulador de um sistema de projeção de modulação dual. Esta técnica usa múltiplos meios-tons per quadro no pré-modulador sincroni-zados com uma sequência de bit modificada no modulador primário para aumentar efetivamente o número de níveis provido para um dado tamanho de bloco (tile) em um modulador de meio-tom. Isto atende a questão de uma razão de contraste reduzida em um nível de luz baixo para tamanhos pequenos de bloco e permite o uso de PSFs menores, que reduz o aspecto de halo na imagem projetada, e pode ser usado em projeção e visualização 3D.

Description

AVISO DE DIREITOS AUTORAIS
[001] Uma porção do texto deste documento de patente contém material su-jeito à proteção autoral. O proprietário do direito autoral desta não faz objeção a qualquer reprodução em fac-símile, por qualquer pessoa do documento de patente ou descrição constante nos arquivos ou registros do Departamento de Patente, mas mantendo preservados todos os direitos autorais.
ANTECEDENTE DA INVENÇÃO Campo da Invenção
[002] A presente invenção refere-se a dispositivos de vídeo, e, mais particu-larmente, a projetores de modulação dual (incluindo projetores laser), e à criação de imagens em meios-tons em um pré-modulador do projetor.
Discussão dos Antecedentes
[003] Projetores de modulação dual e telas de vídeo (displays) incluindo dis-positivos de vídeo (por exemplo, Whitehead US 7403332 e Daly US 7064740) e pro-jetores (por exemplo, Sayag US 7002533).
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[004] Os inventores desta constataram a necessidade de melhorar os meios-tons de imagens de pré-moduladores. A presente invenção permite o uso de blocos (tiles) de meios-tons menores no primeiro modulador de um sistema de projeção de modulação dual. Esta técnica usa múltiplos meios-tons per quadro no pré- modulador sincronizados com uma sequência de bit modificada no modulador primá-rio, para aumentar efetivamente o número de níveis providos por um dado tamanho de bloco no modulador de meio-tom. Isto atende a questão de razão de contraste reduzida em níveis de baixa luminosidade para pequenos tamanhos de bloco e per-mite o uso de PSFs menores que reduz o aspecto de halo na imagem projetada. Os meios-tons também podem ser usados para melhorar a projeção de cor ou imagea- mento 3D com polarização separada.
[005] Porções de dispositivo e método podem ser convenientemente imple-mentadas na programação de computadores de uso geral ou em computadores em rede, e os resultados podem ser representados em um dispositivo de saída conectado a qualquer destes computadores quer de uso geral ou em rede, ou ainda enviados a um dispositivo remoto para transmissão ou visualização. Em adição, quaisquer dos componentes da presente invenção representados quer em um programa de computador, sequências de dados, e/ou sinais de controle, poderão ser configurados como difusão (ou transmissão) de um sinal eletrônico em qualquer frequência, em qualquer mídia, incluindo, sem limitação, difusão sem fio, e transmissão por cabos de cobre, cabos de fibra ótica, ou cabos coaxiais, etc.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[006] Um entendimento mais completo da presente invenção, junto com muitas de suas vantagens, será prontamente obtido, com a mesma sendo elucidada com referência à descrição detalhada, em conexão com os desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 é uma ilustração dos efeitos do número de níveis de pré- modulação discretos em contraste local; a Figura 2 é uma ilustração de resultados melhorados, que são obtidos, quando uma imagem em meio-tom é distribuída através de quatro subquadros; a Figura 3 é uma ilustração de um PSF exemplar e PSF corrigido; e a Figura 4 é um diagrama de uma sequência de bits exemplar.
DESCRIÇÃO DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS
[007] O projetor de modulação dual POC EDR corrente usa uma única ima-gem de meio-tom per quadro no pré-modulador. Para limitar o tamanho do halo em componentes de pouco brilho, e conseguir um elevado contraste local, um PSF pe-queno é desejável. O primeiro nível de pré-modulador diferente de zero (non-zero) é conseguido superpondo um campo de PSFs, para obter um campo de luz relativa- mente plano. Para um dado tamanho de PSF (pequeno), o espaçamento de pixels de meio-tom diferente de zero deve ser menor que o PSF, e suficientemente pequeno para prover este campo plano. Isto limita a porcentagem de pixels, que deve ser diferente de zero, em um certo nível, e isto determina o primeiro nível médio diferente de zero, e o número de níveis de pré-modulação linear discretos. Por exemplo, um PSF que deve ser repetido em uma grade 5x5 requer que 1 de 25 pixels de pré- modulador seja ligado, resultando um nível diferente de zero mínimo 1/25, e 25 níveis de pré-modulador discretos.
[008] A imagem provinda do sistema descrito pode ter cerca de 25x a razão de contraste (CR de Contrast Ratio) do modulador primário; se o CR original do mo- dulador primário foi 1800, então a imagem final teria CRs de 45000:1. Isto assume que 1 de 25 pixels está sempre ligado. Uma vez que o pré-modulador DMD é capaz de >1800:1 CR, com pixels de pré-modulador desligados, o nível de preto poderia ser muito melhor que 1/45000 de branco de pico; no entanto, o desligamento de todos os pixels de pré-modulador teria um efeito prejudicial. Este efeito também é encontrado em imagens com baixos níveis de iluminação, mesmo com alguns pixels ligados. Por exemplo, alguns componentes da imagem podem variar com frequências espaciais além daquelas que podem ser representadas pelo campo de luz de pré-modulador. Para estes componentes de imagem, o campo de luz de pré- modulador será constante e não modulado. O nível do campo de luz de pré- modulador será determinado pelo máximo local do componente de imagem. O DMD primário deve reduzir o campo de luz de pré-modulador para produzir todos os níveis do componente de imagem local. Dependendo do primeiro nível de pré-modulador diferente de zero, o DMD primário não tem contraste suficiente para produzir os ní-veis mais baixos, limitando o contraste local daquele componente de imagem sufici-entemente para afetar seu aspecto. Isto é especialmente crítico ao redor da área, onde os últimos pixels nos blocos de pré-modulador estão desligados. Nesta área, o contraste local cai para cerca de 20. Estas questões poderiam ser resolvidas aumen-tando o tamanho do PFS e do bloco, mas isto aumentaria o tamanho do halo, que também pode produzir artefatos visíveis.
[009] A Figura 1 ajuda a ilustrar estas questões. A linha azul (começando no eixo horizontal entre 10-6 e 10-5) representa a melhor Razão de Contraste que poderia ser conseguida neste particular auditório com um projetor capaz de uma razão de contraste 100 nit infinito. Este limite se deve ao fato de a sala ter um nível de escuro de 0,0005 nits, medido na tela. Esta é a luz ambiente da sala que alcança a tela e é refletida para o espectador. A linha vermelha (começando no eixo horizontal entre 10-4 e 10-3) representa um projetor de uma modulação. O projetor tem uma razão de contraste 1800:1 (simultânea e sequencial). Como o nível de pico da imagem local fica mais escuro com este projetor, a razão de contraste na imagem local diminui proporcionalmente, porque o nível de escuro é constante. Este é um comportamento normal e esperado.
[0010] A linha de luz verde (linha mais fina) representa a razão de contraste possível com um projetor de modulação dual com componentes de alta frequência espacial (onde pré-modulador é localmente constante). Como a imagem projetada fica localmente mais escura fora do branco de pico, a curva de razão de contraste coincide exatamente com o caso anterior. No entanto, quando o nível alcança (neste exemplo) cerca de 24/25 do branco de pico, o pré-modulador pode mudar seu valor de 25/25 para 24/25 pixels ligados, e o modulador primário, de novo, pode usar toda sua extensão. Assim, para este nível reduzido de luz, novamente tem uma razão de contraste local 1800:1 total. Para esta situação, logo antes de pré-modulador mudar seu valor (para 23/25), a razão de contraste local seria reduzida para 24/25*1800. Esta situação ocorre em cada mudança no pré-modulador, com o possível CR se ajustando de volta para 1800, após cada mudança. Por exemplo, quando 2 pixels estão ativos, o CR baixa para 144 (2/25*1800). Com apenas um pixel ativo, o pré-modulador não pode mudar até a luz de vazamento através do pré-modulador ser suficientemente intensa para alcançar o nível desejado de saída apenas com o modulador primário (totalmente ligado). No exemplo ilustrativo, este nível é 1/1800 do pico de saída. Há um espaço grande entre o nível de modulação mais baixo conseguido pelo meio-tom em 1/25, e 1/1800 e, nesta zona, o pré-modulador deve ser mantido no nível 1/25. O modulador primário é o único modulador para esta região, e a razão de contraste cai para um nível de cerca de 1/25 antes de o meio-tom do pré-modulador ser ajustado em zero. Este nível é significativamente mais baixo (abaixo da linha azul em cerca de um fator de 4), que poderia ser obtido nesta sala com projetor ideal.
[0011] Um propósito desta invenção é reduzir os efeitos destes aspectos (artefatos) aumentando o número de níveis no pré- modulador, mas sem aumentar o tamanho de bloco ou PSF. O conceito é relativamente simples; usa mais que uma imagem de meio-tom per quadro. Na descrição inicial, um bloco (tile) 5x 5 foi exami-nado. A seguir, é descrito um bloco 5x5, mas usando 4 meios-tons de subquadro per quadro. Neste exemplo, com base de pixel individual para cada bloco, o pixel pode tomar uma sequência de 5 valores, sendo 0, 1,2, 3 ou 4 subquadros (0 quadro, %, %, % de quadro, ou quadro inteiro). Isto permite que um bloco 5x5 expresse 100 valores positivos (e 0) ao invés de 25 valores (e zero) originais. Se um DMD (Dispositivo de Espelho Digital TI (de Digital Mirror Device) for usado para o modulador primário, uma modificação das sequências de bit será requerida. O DMD usa uma forma de modulação de largura de pulso para modular a luz; por conseguinte, é requerido que a luz se mantenha constante durante todo o período de quadro. Mudando os meios-tons de pré-modulador, durante o quadro (4 vezes), é produzida uma luz não constante, e interfere com o resultado PWM.
[0012] Normalmente, o DMD é usado com uma única sequência per quadro para obter uma modulação de 16 bit per pixel. É proposto modificar a sequência de bit de modo que os bits de ordem mais alta sejam distribuídos através do período de quadro - por conseguinte eles são repetidos múltiplas vezes. Por exemplo, se 14 bits top (de 16) forem repetidos isto permite um arranjo com os 14 bits top repetidos 4 vezes. Estes bits significativamente mais baixos permanecem inalterados (distribuí-dos através de todo o período de quadro). Este tipo de sequenciamento repetido, foi descrito na literatura, e é usado para reduzir artefatos de movimento com sistemas de projeção baseados em DMD. A US 5986640 descreve uma técnica similar. A imagem de meio-tom no pré-modificador seria sincronizada com sequências repeti-das no modulador primário, de modo que ambos modificadores mudariam para uma nova sequência, ao mesmo tempo.
[0013] A Figura 2 ilustra os resultados melhorados obtidos quando a imagem de meio-tom é distribuída através de 4 subquadros, como descrito acima.
[0014] Para esta situação, a razão de contraste mais baixa a partir do projetor é aproximadamente igual aos resultados que seriam obtidos com um projetor ideal nesta sala. Esta técnica reduz a redução de razão de contraste indesejável, sem, contudo, aumentar o tamanho do bloco e correspondente tamanho de PSF.
[0015] Na descrição das concretizações preferidas da invenção ilustrada nos desenhos, é usada uma terminologia específica, para efeito de clareza. No entanto, a presente invenção não pretende ser limitada à terminologia selecionada, e deve ser entendido que cada elemento específico inclui todos equivalentes técnicos que operam de maneira similar. Ademais, os inventores da presente invenção reco-nhecem que tecnologias recém-desenvolvidas, ainda não correntemente difundidas, também podem ser substituídas pelas partes descritas e ainda assim não fugirem do escopo da presente invenção. Todos os outros itens, incluindo, sem limitação, modu- ladores, subquadros, etc., também devem ser considerados à luz de quaisquer e todos equivalentes disponíveis.
[0016] Porções da presente invenção poderão ser convenientemente im-plementadas usando um computador ou microprocessador de propósito geral ou aplicação específica programado de acordo com os ensinamentos da presente in-venção, como será aparente àqueles habilitados na técnica computacional.
[0017] Uma codificação de software apropriada pode ser prontamente pre-parada por programadores capacitados com base nos ensinamentos da presente invenção, como será aparente àqueles habilitados na técnica de desenvolvimento de software. A presente invenção também pode ser implementada pela preparação de circuitos integrados de aplicação específica, ou interconectando uma rede apropria-da de circuitos de componentes convencionais, como será prontamente aparente àqueles habilitados na técnica com base na presente invenção.
[0018] A presente invenção inclui um produto de programa de computador que é um meio de armazenamento (mídia) tendo instruções armazenadas na mes- ma/em que podem ser usadas para fazer (ou controlar) um computador para realizar quaisquer dos processos da presente invenção. A mídia de armazenamento pode incluir, sem limitação, qualquer tipo de disco, incluindo discos flexíveis, minidiscos (MD's), discos óticos, DVDs,CD-ROMS, CDs, ou DVD’s RW+/-, microdrive,e discos magneto-ópticos,ROMs,RAMs,EPROMs, EEPROMs, DRAMs, VRAMs, dispositivos de memória flash, (incluindo cartões flash, bastões (stick) de memória), cartões magnéticos ou óticos, cartões SIM, MEMs, nanossistemas (incluindo memória mole-cular ICs), dispositivos RAID, arquivos/ armazenamento de dados remoto, ou qual-quer tipo de mídia ou dispositivo adequado para armazenar instruções e/ou dados.
[0019] Armazenado em qualquer uma das mídias legíveis por computador, a presente invenção inclui um software para controlar o hardware de um computador ou microprocessador quer de propósito geral ou de uso específico para uma aplica-ção, a interagir com um operador ou mecanismo usando os resultados da invenção. Este software pode incluir, sem limitação, drivers, sistemas operacionais, e aplicati-vos de usuário. Por fim, tal mídia legível por computador adicionalmente inclui um software para executar a presente invenção, como descrito acima.
[0020] Incluídos na programação (software) do computador ou microproces-sador quer de propósito geral ou especializado estão módulos para implementar os ensinamentos da presente invenção, incluindo sem limitação a preparação de ima-gens em meios-tons que correspondem a dados de imagem, dividir quadros, sincro-nizar e aplicar uma sequência de bit a DMDs, tela de vídeo, armazenamento ou co-municação de resultados de acordo com os processos da invenção.
[0021] A presente invenção pode adequadamente compreender, consistir, ou consistir essencialmente em qualquer elemento (várias partes ou componentes da invenção ou seus equivalentes como descritos nesta. Ademais, a presente invenção, ilustrativamente descrita nesta, pode ser praticada na ausência de qualquer elemento quer ou não especificamente descrito nesta. Obviamente, numerosas mo-dificações e variações da presente invenção serão possíveis à luz dos ensinamentos ministrados. Por conseguinte, deve ser entendido que, dentro do escopo das concre-tizações, a presente invenção pode vir a ser praticada de modo diferente daquele especificamente descrito nesta.

Claims (9)

1. Método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende a etapa de pre-parar um sinal de energização de modulação dual compreendendo um sinal de ener- gização de pré-modulador compreendendo mais que uma imagem em meio-tom, cada imagem sendo exibida ou energizada em um pré-modulador de um sistema de representação em vídeo de modulação dual durante um período de tempo de quadro simples (440) na sincronização com um sinal de modulador primário compreendendo uma imagem a ser exibida ou energizada em um modulador primário de um sistema de representação em vídeo de modulação dual, em que cada imagem em meio-tom é exibida em uma pluralidade de períodos de tempo de subquadro (452, 445, 454), cada um deles sincronizado com o sinal de modulador primário, e em que o sinal de pré-modulador é dividido em uma pluralidade de imagens de subquadro, cada uma delas energizada em seu próprio intervalo de tempo, cada intervalo de tempo de subquadro (452, 445, 454) sincronizado com um intervalo de energização do modulador primário e sinal de modulador primário.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o método é implementado em um projetor de cinema tendo fontes de luz laser iluminando o pré-modulador.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que as fontes de luz laser são localmente e globalmente moduladas.
4. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que as fontes de luz laser são configuradas para emitir pelo menos dois conjuntos de comprimentos de onda de luz, cada um deles compreendendo luzes nos compri-mentos de onda de vermelho, verde e azul, em que pelo menos um dos mesmos comprimentos de onda de cor em diferentes conjuntos é separado de uma largura de banda mínima necessária para uma visualização fora-de-eixo sem fala-cruzada (cross-talk), através de passa bandas de lentes em visualização normal e fora-de- eixo (off-axis) encontradas em salas de cinema, ou apresentações de cinema em parques temáticos ou como parte de uma ação em um parque temático.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a visualização fora-de-eixo é de 20°, não mais que 20°, e o ângulo máximo nor-malmente encontrado nas apresentações.
6. Projetor CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um pré- modulador e um modulador primário em série, e um controlador configurado para proporcionar um sinal de energização que compreende mais do que uma imagem de meio tom, cada uma sendo exibida ou energizada no pré-modulador durante um pe-ríodo de tempo de quadro simples (440) na sincronização com um sinal de modula- dor primário, em que cada imagem em meio-tom é exibida em uma pluralidade de períodos de tempo de subquadro (452, 445, 454), cada um deles sincronizado com o sinal de modulador primário, e em que o sinal de pré-modulador é dividido em uma pluralidade de imagens de subquadro, cada uma delas energizada em seu próprio intervalo de tempo, cada intervalo de tempo de subquadro (452, 445, 454) sincronizado com um intervalo de energização do modulador primário e sinal de modulador primário.
7. Projetor, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o pré-modulador é energizado em uma grade de n x n pixels.
8. Projetor, acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o pré-modulador é operativo em uma sequência de bits (410, 420, 430) modifi-cada de modo que os bits de ordem superior sejam espalhados ao longo de um pe-ríodo de quadro.
9. Visor CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um pré-modulador configurado para produzir múltiplas imagens de pré-modulador por quadro sincroni-zado com um modulador primário habilitado de sequência de bits (410, 420, 430) modificado iluminado pelo pré-modulador que juntos aumentam efetivamente o nú-mero de níveis proporcionados por uma dada dimensão de grade do pré-modulador, em que cada imagem em meio-tom é exibida em uma pluralidade de perío- dos de tempo de subquadro (452, 445, 454), cada um deles sincronizado com o sinal de modulador primário, e em que o sinal de pré-modulador é dividido em uma pluralidade de imagens de subquadro, cada uma delas energizada em seu próprio intervalo de tempo, cada intervalo de tempo de subquadro (452, 445, 454) sincronizado com um intervalo de energização do modulador primário e sinal de modulador primário.
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