CN103000140A - 一种用于dlp投影的led光源动态控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于DLP投影的LED光源动态控制方法，将每帧图像源按复位块均分为若干图像块，再按bit位分别统计每一图像块内的所有像素点的灰度值，然后结合DMD的相位操作，在每一图像块显示期间实时控制LED亮度，实现DLP投影的LED光源动态控制。本发明可以有效降低DLP系统中LED的平均功耗，提高DLP系统显示帧频，且不引入图像失真。

Description

一种用于DLP投影的LED光源动态控制方法

技术领域

本发明涉及数字图像处理技术领域，具体为一种用于DLP投影的LED光源动态控制方法。

背景技术

LED光源因为具有寿命长、体积小、色域好，功耗小等优点，逐渐代替传统UHE\UHP光源，在DLP系统中越来越多地得以使用。然而，光源的功耗在整个DLP系统的功耗中所占比例仍然很大，在一些便携式DLP投影系统中尤其突出。光源系统功耗过大导致节能减排、散热、可靠性降低等一系列问题。此外，对于传统DLP系统而言，DMD灰度实现方式中光源亮度恒定不变，按照bit位对图像进行子场划分，不同 bit位对应不同显示时间长度，以时间累计的方式产生灰度级，各个子场的显示时间呈指数增长，导致帧频随灰度级提高急剧降低，无法满足一些需要高速帧频的应用场合，如3D显示。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于DLP投影的LED光源动态控制方法，以解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种用于DLP投影的LED光源动态控制方法，其特征在于：将每帧图像源按复位块均分为若干图像块，再按bit位分别统计每一图像块内的所有像素点的灰度值，然后结合DMD的相位操作，在每一图像块显示期间实时控制LED亮度，实现DLP投影的LED光源动态控制；其中，

将每帧图像源按复位块均分为若干图像块的过程如下：

设每帧图像源的分辨率与DMD的分辨率均为X* Y，X、Y均为自然数，则每帧图像源均分为M/K个分辨率为X*(K*Y/M)的图像块，其中M为所述DMD所包含的复位块数量，K为在执行所述DMD的相位操作时每次同时复位的复位块数量，根据不同DMD的参数可能为1、2或4，对应于1个、2个或4个复位块同时复位的相位操作；

按bit位分别统计每一图像块内的所有像素点灰度值的过程如下：

设每帧图像源的灰度级为N bit，N为自然数，则对于bit位为i的图像块其对应的显示时间内LED亮度为T_i*P*2ⁱ/（2N-1），式中i为小于N的自然数，P为LED未调光前的原始亮度；T_i是bit位为i的图像块的LED开关系数，每个图像块对应的T_i值由统计方式得到，如果某一图像块内所有像素点的二值灰度全部为“0”，则该图像块对应的T_i=0；否则该图像块对应的T_i=1；

结合DMD的相位操作，在每一图像块显示期间实时控制LED亮度的过程如下：

所述DMD的微镜阵列包含M个分辨率为X* (Y/M)的复位块，每K个连续的复位块对应于一个图像块；相位操作时每个图像块对应的K个复位块的加载、复位和清除操作与其他图像块对应的复位块是相互独立的；相位操作方式为：对于每一bit位的位层分解图像，从第一个复位组开始，按照一定时序顺序加载，复位和清除每个图像块的二值灰度值，使得每个图像块的显示在时间顺序上衔接，设每帧图像源的灰度级为N bit，N为自然数，控制bit0的每一图像块显示期间LED亮度为T₀*P*2⁰/(2N-1),bit1的每一图像块显示期间LED亮度为T₁*P*2¹/(2N-1)，bit2的每一图像块显示期间LED亮度为T₂*P*2²/(2N-1)，…，bit(N-1)的每一图像块显示期间LED亮度为T_N-1*P*2^N-1/(2N-1)，其中每一bit位的二值图像显示时间相同。

本发明可以有效降低DLP系统中LED的平均功耗，提高DLP系统显示帧频，且不引入图像失真，与现有技术相比，本发明的优点为：

1、对于显示图像按bit位进行图像块的灰度值统计，结合DMD的相位操作实时控制LED亮度实现了图像实时区域调光，有效降低了LED平均功耗，不引入图像失真，且算法简单易于实现。

2、对每一bit位的图像采用相同的显示时长，在显示图像灰度级较大时可以显著提高显示帧频，适用于高速投影场合。

附图说明

图1为DMD微镜稳定时间时序图。

图2为 DMD相位操作过程示意图。

图3为2bit灰度级图像位层分解及LED亮度控制示意图。

具体实施方式

本实施例中，用于DLP投影的LED光源动态控制方法是将每帧图像源按复位块（Reset Block）均分为若干图像块(Image Block)，按bit位分别统计每一图像块内的所有像素点的灰度值，结合DMD的相位操作，在每一图像块显示期间实时控制LED亮度，从而实现DLP投影的LED光源动态控制；

对每帧图像源按复位块均分为若干图像块具体为：

设每帧图像源的分辨率与DMD的分辨率均为X x Y（X,Y为自然数）,则将图像源均分为M/K个分辨率为X*(K*Y/M)的图像块，其中M等于所述DMD的相位操作中复位组 (reset group)中复位块的数量,K根据不同DMD的参数可能为1,2或4，对应于1个，2个或4个复位块同时复位的相位操作；

按bit位分别统计每一图像块内的所有像素灰度值具体为：

设每帧图像源的灰度级为N（N为自然数）bit，则对于bit位为i(i为小于N的自然数)的图像块，其对应的显示时间内LED亮度为T_i*P*2ⁱ/（2^N-1），P为LED未调光前的原始亮度。每个图像块对应的T_i值由统计方式得到，如果某一图像块内所有像素点的二值灰度是否全部为“0”，如果全部为“0”，则该一图像分块的对应的T_i=0；否则T_i=1。

结合DMD的相位操作，在每一图像块显示期间实时控制LED亮度具体为：

DMD的微镜阵列均分为M个分辨率为Xx(Y/M)的复位块，每K个连续的复位块对应于一个图像块。相位操作时每个图像块对应的K个复位块的加载（load）,复位（reset）和清除（clear）操作与其他图像块对应的复位块是相互独立的。相位操作方式即是：对于每一bit位的位层分解图像，从第一个复位组开始，按照一定时序顺序加载，复位和清除每个图像块的二值灰度值，使得每个图像块的显示在时间顺序上衔接。设每帧图像源的灰度级为N（N为自然数）bit，控制bit0（LSB）的每一图像块显示期间LED亮度为T₀*2⁰,bit1的每一图像块显示期间LED亮度为T₁*2¹，bit2的每一图像块显示期间LED亮度为T₂*2²，…，bit(N-1)的每一图像块显示期间LED亮度为T_N-1*2^N-1。所有bit位的二值图像显示时间相同。

本实施例中DLP系统采用的DMD物理分辨率为XGA(1024 x 768),即X=1024，Y=768。数据总线位宽64bit，时钟频率120MHz。DMD的复位组中复位块的数量M=16，为达到最佳系统性能选取K=2,即使用2个复位块同时复位的相位操作。输入图像源为1024x768分辨率，2bit灰度级，即N=2。

DMD的操作规范中要求，在复位操作之后，有4.5us的RST_ACTIVE信号高电平的时间，表明复位操作在进行中；在此之后有8us的时间是微镜稳定时间（Mirror Settle Time）。因此最短在复位信号发出12.5us后才能进行加载或清除操作，如图1所示。本实施中加载一个复位组的时间是6.4us，加载两个复位块的时间恰好满足此时序要求，因此选取K=2,即使用2个复位块同时复位的相位操作效率最高。采用此相位操作时，从第一个复位块开始，每两个复位块的bit位数据连续加载完之后同时复位（Reset）.在任意两个复位块进行复位操作的同时对上两个复位块进行清除（Clear）操作，并在任意两个复位块进行复位操作之后立即对上两个复位块进行复位操作。这样，每个bit层的图像就会被分解为8个图像块（每个图像块对应DMD的两个连续复位块），自上而下逐一显示。相位操作过程和8个图像块的交替显示时间如图2所示。

由上述相位操作过程可知，8个图像块的显示是在时间顺序上前后衔接的（仅存在极短的交叠时间）。输入图像源为2bit灰度级，显示时进行位层分解，即先显示bit1的图像，再显示bit0的图像。在bit1的图像进行相位操作时，每个图像块在数据加载（load）操作过程中，对该图像块的数据进行统计，即统计每个像素的bit值是否全部为“0”。如果全部为“0”,则在复位组的复位操作发出之后控制LED亮度为0；否则，控制LED亮度为2*P/3, P为LED未调光前的原始亮度。在bit0的图像进行相位操作时，每个图像块在数据加载操作过程中，对该图像块的数据进行统计，即统计每个像素的bit值是否全部为“0”。如果全部为“0”,则在复位组的复位操作发出之后控制LED亮度为0；否则，控制LED亮度为1*P/3, P为LED未调光前的原始亮度。图3为2bit灰度级图像源显示时的位层分解和LED亮度控制示意图。其中“TI”字样的灰度级为“11”（二进制），“DLP”字样的灰度级为“10”（二进制），“DMD”字样的灰度级为“01”（二进制）。进行位层分解后，bit1位层显示“TI”字样和“DLP”字样，并且在第1，第6，第7，第8图像块显示期间控制LED亮度为0, 在第2，第3，第4，第5图像块显示期间控制LED亮度为2*P/3；bit0位层显示“TI”字样和“DMD”字样，并且在第1，第4，第7，第8图像块显示期间控制LED亮度为0, 在第2，第3，第5，第6图像块显示期间控制LED亮度为1*P/3。整帧图像显示期间，LED功耗比不调光降低能耗50%，有效降低LED功耗，且因为仅在暗场时关闭LED，所以不会引入图像失真。在上述操作中bit1和bit0的显示时间相同，均为6.4us x 16=102.4us。这样，2bit灰度级图像源显示时的帧频最大可达到4800fps以上，而是用传统时间累计方式产生灰度级的方式，帧频最大只能达到3200fps。对于灰度级更高的图像，最大帧频差别更大。

本实施例通过合理划分图像块，实时统计图像块内的所有像素点的bit值，并合理安排DMD的相位操作时序，在每一图像块显示期间实时控制LED亮度，实现了图像的分bit位区域调光，有效降低了DLP系统的LED平均功耗，不引入图像失真，统计过程简单易实现，并且在显示较高灰度级图像时能显著提高显示帧频。

Claims (1)

1.一种用于DLP投影的LED光源动态控制方法，其特征在于：将每帧图像源按复位块均分为若干图像块，再按bit位分别统计每一图像块内的所有像素点的灰度值，然后结合DMD的相位操作，在每一图像块显示期间实时控制LED亮度，实现DLP投影的LED光源动态控制；其中，

将每帧图像源按复位块均分为若干图像块的过程如下：

设每帧图像源的分辨率与DMD的分辨率均为X* Y，X、Y均为自然数，则每帧图像源均分为M/K个分辨率为X*(K*Y/M)的图像块，其中M为所述DMD所包含的复位块数量，K为在执行所述DMD的相位操作时每次同时复位的复位块数量，根据不同DMD的参数可能为1、2或4，对应于1个、2个或4个复位块同时复位的相位操作；

按bit位分别统计每一图像块内的所有像素点灰度值的过程如下：

设每帧图像源的灰度级为N bit，N为自然数，则对于bit位为i的图像块其对应的显示时间内LED亮度为T_i*P*2ⁱ/（2N-1），式中i为小于N的自然数，P为LED未调光前的原始亮度；T_i是bit位为i的图像块的LED开关系数，每个图像块对应的T_i值由统计方式得到，如果某一图像块内所有像素点的二值灰度全部为“0”，则该图像块对应的T_i=0；否则该图像块对应的T_i=1；

结合DMD的相位操作，在每一图像块显示期间实时控制LED亮度的过程如下：

所述DMD的微镜阵列包含M个分辨率为X* (Y/M)的复位块，每K个连续的复位块对应于一个图像块；相位操作时每个图像块对应的K个复位块的加载、复位和清除操作与其他图像块对应的复位块是相互独立的；相位操作方式为：对于每一bit位的位层分解图像，从第一个复位组开始，按照一定时序顺序加载，复位和清除每个图像块的二值灰度值，使得每个图像块的显示在时间顺序上衔接，设每帧图像源的灰度级为N bit，N为自然数，控制bit0的每一图像块显示期间LED亮度为T₀*P*2⁰/(2N-1),bit1的每一图像块显示期间LED亮度为T₁*P*2¹/(2N-1)，bit2的每一图像块显示期间LED亮度为T₂*P*2²/(2N-1)，…，bit(N-1)的每一图像块显示期间LED亮度为T_N-1*P*2^N-1/(2N-1)，其中每一bit位的二值图像显示时间相同。

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