CN108803203A - 彩色投影显示的实现方法、显示系统及显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于投影显示技术领域，提供了一种彩色投影显示的实现方法，包括：在待投影显示的彩色图像中加载不同方向的位移光栅，得到预处理彩色图像；使用超像素算法对预处理彩色图像进行处理，得到彩色图像的全息图，所述全息图包括所述彩色图像的各颜色分量；将所述全息图加载到数字微镜器件上，将入射光入射至数字微镜器件，入射光经数字微镜器件反射后得到的反射光进入4‑F光学成像系统，反射光包含有全息图的信息；所述4‑F光学成像系统将所述全息图中的各颜色分量进行合并，得到不同颜色灰度信息的再现彩色图像。通过本发明实施例得到的再现彩色图像，灰度信息相较于通过色轮方式得到的图像更加饱满，更加清晰，同时省去了色轮的麻烦。
Description
技术领域
本发明属于投影显示技术领域，尤其涉及一种彩色投影显示的实现方法、显示系统及显示装置。
背景技术
传统方法实现的彩色投影显示，一般使用色轮的或液晶光阀的方式，色轮的方式需要通过色轮的转动来实现彩色的显示，液晶光阀需要独立开关液晶单元。
现有技术通过色轮来实现彩色投影显示，得到的再现彩色图像的灰度信息不够饱满和清晰，同时通过色轮来实现彩色投影显示操作繁琐。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种彩色投影显示的实现方法、显示系统及显示装置，旨在解决现有技术通过色轮来实现彩色投影显示，得到的再现彩色图像的灰度信息不够饱满和清晰，同时通过色轮来实现彩色投影显示操作繁琐的问题。
本发明是这样实现的，一种彩色投影显示的实现方法，包括：
在待投影显示的彩色图像中加载不同方向的位移光栅，得到预处理彩色图像；
使用超像素算法对所述预处理彩色图像进行处理，得到所述彩色图像的全息图，所述全息图包括所述彩色图像的各颜色分量；
将所述全息图加载到数字微镜器件上，并将入射光入射至数字微镜器件，经所述数字微镜器件反射后得到的反射光进入4-F光学成像系统，所述反射光包含有所述全息图的信息；
所述4-F光学成像系统将所述全息图中的各颜色分量进行合并，得到不同颜色灰度信息的再现彩色图像。
进一步地，在使用超像素算法对所述预处理彩色图像进行处理的过程中，调节所述超像素算法的Maxintensity参数，以调节图像的亮暗的程度，减弱所述位移光栅对成像清晰度的影响。
进一步地，对所述彩色图像的RGB分量分别加载y、-y和x方向上的位移光栅，使得所述彩色图像的R分量、G分量和B分量按照加载的位移光栅向不同的方向移动，提取得到各所述颜色分量。
本发明实施例还提供了一种彩色投影显示的实现系统，包括：
加载单元，用于在待投影显示的彩色图像中加载不同方向的位移光栅，得到预处理彩色图像；
计算单元，用于使用超像素算法对所述预处理彩色图像进行处理，得到所述彩色图像的全息图，所述全息图包括所述彩色图像的各颜色分量；
调整单元，用于将所述全息图加载到数字微镜器件上，并将入射光入射至数字微镜器件，经所述数字微镜器件反射后得到的反射光进入4-F光学成像系统，所述反射光包含有所述全息图的信息；
成像单元，用于控制所述4-F光学成像系统将所述全息图中的各颜色分量进行合并，得到不同颜色灰度信息的再现彩色图像。
进一步地，所述加载单元在使用超像素算法对所述预处理彩色图像进行处理的过程中，调节所述超像素算法的Maxintensity参数，以调节图像的亮暗的程度，减弱所述位移光栅对成像清晰度的影响。
进一步地，所述加载单元对所述彩色图像的RGB分量分别加载y、-y和x方向上的位移光栅，使得所述彩色图像的R分量、G分量和B分量按照加载的位移光栅向不同的方向移动，提取得到各所述颜色分量。
本发明实施例还提供了一种彩色投影显示的实现装置，包括合束单元、光路调整单元、数字微镜器件和4-F光学成像单元：
所述合束单元，用于将入射的光束进行合束，将合束得到的入射光发射到所述光路调整单元；
所述光束调整单元，用于将所述入射光进行调整，使得所述入射光按照预置的角度入射至所述数字微镜器件；
所述数字微镜器件，加载有预置的位移光栅，用于在彩色图像上加载所述预置的位移光栅，通过超像素算法计算得到所述彩色图像的全息图，并将所述入射光进行反射得到反射光后射入所述4-F光学成像单元，所述反射光包含有所述全息图的信息；
所述4-F光学成像单元，用于将所述全息图中的各颜色分量进行合并，得到不同颜色灰度信息的再现彩色图像。
进一步地，所述光路调整单元包括第一反射镜和第二反射镜；
所述入射光依次经过所述第一反射镜和第二反射镜的反射后，按照预置的角度入射至所述数字微镜器件。
进一步地，所述合束单元包括分束器；
所述分束器，用于将不同的入射光线进行合束，得到所述入射光，使得所述入射光线经过所述数字微镜器件后不会分开太远。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明实施例通过在待投影显示的彩色图像中加载不同方向的位移光栅，得到预处理彩色图像，使用超像素算法对该预处理彩色图像进行处理，得到该彩色图像的全息图，该全息图包括该彩色图像的各颜色分量，将该全息图加载到数字微镜器件上，并将入射光入射至数字微镜器件，该入射光经该数字微镜器件反射后得到的反射光进入4-F光学成像系统，该反射光包含有所述全息图的信息，该4-F光学成像系统将该全息图中的各颜色分量进行合并，得到不同颜色灰度信息的再现彩色图像。本发明实施例通过加载位移光栅提取彩色图像各颜色的分量后，在4-F光学成像系统将不同的颜色分量，合在一起，形成一个有不同颜色灰度信息的再现彩色图像，通过本发明实施例得到的再现彩色图像，灰度信息相较于通过色轮方式得到的图像更加饱满，更加清晰，同时省去了色轮的麻烦。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种彩色投影显示的实现方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的待投影显示的彩色图像；
图3是通过本发明实施例得到的全息图；
图4是本发明实施例提供的不同颜色的频谱图；
图5是本发明实施例提供的一种彩色投影显示的实现装置的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的红色分量的示意图；
图7是本发明实施例提供的绿色分量的示意图；
图8是图2通过本发明实施例进行彩色投影显示的再现彩色图像的示意图；
图9是本发明实施例提供的一种彩色投影显示的实现系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明实施例提供的一种彩色投影显示的实现方法，包括：
S101，在待投影显示的彩色图像中加载不同方向的位移光栅，得到预处理彩色图像；
S102，使用超像素算法对所述预处理彩色图像进行处理，得到所述彩色图像的全息图，所述全息图包括所述彩色图像的各颜色分量；
S103，将所述全息图加载到数字微镜器件上，并将入射光入射至数字微镜器件，所述入射光经所述数字微镜器件反射后得到的反射光进入4-F光学成像系统，所述反射光包含有所述全息图的信息；
S104，所述4-F光学成像系统将所述全息图中的各颜色分量进行合并，得到不同颜色灰度信息的再现彩色图像。
具体地，在上述步骤S101中，对彩色图像的RGB分量分别加载不同方向位移光栅，RGB分量分别代表彩色图像的红色、绿色和蓝色灰度分量。
本发明实施例中，在原有DLP(Digital Light Procession，数字光处理)投影技术基础上，通过加载位移光栅实现将一副彩色图像中每一个彩色的分量进行频谱分离，在频谱面进行滤波，提取独立颜色分量，利用投影再现，实现彩色投影显示。
在本发明实施例实现彩色图像的投影显示过程中，使用DMD器件(Digital Micromirror Device，数字微镜器件)实现光束调制，由于DMD器件属于强度调制器件。通过编码实现强度与相位同时可调，目前主要有Lee-method和super-pixels(超像素)两种方法，在本发明实施例中，由于振幅与相位具有独立可调的特性，因此采用的方法是super-pixels的方法。
由于DMD是一个强度调制型的器件，为了使DMD既能调制振幅又能调制相位，本发明实施例在超像素的方法中给与4-F光学成像系统添加了一个额外的相位，以根据这个额外的相位，达到振幅和相位同时调制的目的。在本发明实施例的实验中，使用超像素的方法能调制强度和相位，把彩色图像调制相位部分换成位移光栅来完成后面的工作。基于上述方法步骤后，通过matlab计算得到全息图，加载到DMD上投影显示，利用4-F光学成像系统，实现频谱滤波，投影再现。
在一幅彩色图像中有红绿蓝三个颜色分量组成的，在传统的彩色图像成像中利用色轮，达到彩色成像的目的，而在本发明实施例中，不通过现有的色轮来达到彩色成像的目的，具体的实现方法包括：
在一幅彩色图像中的三个RGB分量直接加载不同方向的位移光栅，然后使得彩色图像中的RGB分量都提取出来，然后在一个4-F光学成像系统中将不同颜色的RGB分量合在一起，形成一个有不同颜色灰度信息的再现彩色图像。这样得到的再现彩色图像，灰度信息更加饱满，更加清晰，同时投影过程省去了色轮的麻烦。
具体的加载位移光栅的方式如下：
假设导入彩色图像image，则在该彩色图像image中：
红色的分量是R＝(double(I(:,:,1))，I代表彩色图像image。
绿色的分量是G＝(double(I(:,:,2))，I代表彩色图像image。
蓝色的分量是B＝(double(I(:,:,3))，I代表彩色图像image。
分别给三个颜色的分量加载位移光栅。本发明实施例利用超像素成像的方法，来生成全息图，主要利用的是超像素的方法既能调制振幅又能调制相位的功能。因此在加载位移光栅的时候，就是相当于给每个RGB分量加载了一个相位，这个相位就是位移光栅。再生成了全息图以后，在这一个全息图中包含了彩色图像中的RGB的灰度信息。具体的加载位移光栅的方式如下所示：
位移光栅的加载方法：
在本实施例中，给彩色图像的RGB分量加载预置的位移光栅，是在超像素superpixels算法中完成的，而不是额外做一个物理光栅。如表达式：Itarget＝I1.*phase1+I2.*pahse2+I3.*phase3中的phase1、phase2和phase3分别代表了三个不同方向的位移光栅。最终得到的Itarget，利用superpixels算法得到全息图，加载到DMD上面进行显示。这里的全息图不仅包含了彩色图像RGB三个分量的信息同时，还包含了三个不同位移光栅的信息。其中k1、k2、k3分别代表波矢，phase1、phase2、phase3分别代表加载的位移光栅的相位矩阵。而在本实施例中，对所述彩色图像的RGB分量分别加载y、-y和x方向上的位移光栅，加载位移光栅以后，RGB分别向该位移光栅对应的方向移动，以此将RGB分量的频谱滤波出来，然后在4-F光学成像系统中将它们合在一起，从而形成再现彩色图像。其中I1、I2、I3分别代表彩色图像中的红、绿、蓝各个颜色的灰度矩阵。最后到时复合场I target，利用超像素的方法生成全息图。因为在本实施例中，在彩色图像中加入了位移光栅，因此对于的实验图像的清晰度有一定的影响，为了消除位移光栅对成像清晰度的影响，在本发明实施例中调节了超像素算法的Maxintensity这个参数，以达到调整图像的亮暗的程度，减弱光栅的影响的目的。
图2为待投影显示的彩色图像，图3是经过本发明实施例提供的经过超像素算法后得到的全息图，在得到全息图后为了验证图像中不同的分量的频谱是否分开，需要得到全息图的频谱。本发明实施例验证不同颜色的频谱的分开，得到的不同颜色的频谱图如图4所示。而在具体模拟中只使用了红绿两种颜色进行验证。
为了验证本发明实施例的正确性，通过图5提供的彩色投影显示的实现装置来进行具体的验证：
如图5所示，一种彩色投影显示的实现装置，包括合束单元501、光路调整单元502、数字微镜器件503和4-F光学成像单元504：
合束单元501，用于将入射的光束进行合束，将合束得到的入射光发射到光路调整单元502；光束调整单元502，用于将所述入射光进行调整，使得所述入射光按照预置的角度入射至数字微镜器件503；数字微镜器件503，加载有预置的位移光栅，用于在彩色图像上加载所述预置的位移光栅，通过超像素算法计算得到所述彩色图像的全息图，并将所述入射光进行反射得到反射光后射入4-F光学成像单元504，所述反射光包含有所述全息图的信息；4-F光学成像单元504，用于将所述全息图中的各颜色分量进行合并，得到不同颜色灰度信息的再现彩色图像。
光路调整单元502包括第一反射镜R1和第二反射镜R2，入射光依次经过第一反射镜R1和第二反射镜R2的反射后，按照预置的角度入射至数字微镜器件503；
合束单元501包括分束器BS，该分束器BS用于将不同的入射光线进行合束，得到所述入射光，使得所述入射光线经过所述数字微镜器件后不会分开太远。更具体地，为了更好的将入射光线进行合束，本发明实施例中，合束单元501还包括了透镜f0、透镜f0’和反射镜R0，透镜f0和透镜f0’用于将入射光线进行发散，得到平行光，反射镜R0用于将某路入射光线进行光路调整，使其按照预置角度入射至分束器BS，在实际应用中，可以根据需要，去掉透镜或者增加反射镜的数量。
4-F光学成像单元504使用现有的4-F光学成像系统，可以实现上述功能，在本实施例中，4-F光学成像单元504包括第一透镜f1、光阑、第二透镜f2和图像传感器CCD。
具体地，图5中使用的光源是RGB的LED光源(在验证过程中只验证了两色的情况，三色的情况也是类似的)。使用分束器BS将红光LED和绿色LED发射的光进行合束得到合束光，进行光线的合束的目的是为了防止在光线经过DMD后两个光线分开太远，导致在进入4-F光学成像系统以后两个光斑的很多衍射的级次不能被收集进去，导致对后面成像造成影响，数字微镜器件反射的光经过DMD以后进入4-F光学成像系统。最终形成的图像由图像传感器CCD进行接收。
更具体地，图5中，使用红色LED和绿色LED作为光源，利用BS将两束光源进行合束成一个黄色的光束，照射到DMD上面，然后经过4-F光学成像系统进行成像实验。红光进过DMD都进入4-F光学成像系统的第一个透镜得到红色光线的频谱。这时频谱的正一级，可以看到正一级的频谱被分为两部分，使用光阑滤出需要的哪一个红色部分，如图6所示。同样的绿色部分可以参照红色光的步骤，得到如图7所示的示意图。在滤出这两个部分，在进过下一个透镜，合成再现彩色图像，然后通过CCD接收，得到需要的彩色图像，如图8所示。
如图8所示，通过本发明实施例可以得到较好的再现彩色图像，基本接近于原图像。这证明了本发明实施例提供的这个办法的突出的特性和优点，达到无色轮而达到彩色成像的目的。
图9示出了本发明实施例提供的一种彩色投影显示的实现系统，包括：
加载单元901，用于在待投影显示的彩色图像中加载不同方向的位移光栅，得到预处理彩色图像；
计算单元902，用于使用超像素算法对所述预处理彩色图像进行处理，得到所述彩色图像的全息图，所述全息图包括所述彩色图像的各颜色分量；
调整单元903，用于将所述全息图加载到数字微镜器件上，并将入射光入射至数字微镜器件，所述入射光经所述数字微镜器件反射后得到的反射光进入4-F光学成像系统，所述反射光包含有所述全息图的信息；
成像单元904，用于控制所述4-F光学成像系统将所述全息图中的各颜色分量进行合并，得到不同颜色灰度信息的再现彩色图像。
进一步地，加载单元901在使用超像素算法对所述预处理彩色图像进行处理的过程中，调节所述超像素算法的Maxintensity参数，以调节图像的亮暗的程度，减弱所述位移光栅对成像清晰度的影响。
进一步地，加载单元901对所述彩色图像的RGB分量分别加载y、-y和x方向上的位移光栅，使得所述彩色图像的R分量、G分量和B分量按照加载的位移光栅向不同的方向移动，提取得到各所述颜色分量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种彩色投影显示的实现方法，其特征在于，包括：
在待投影显示的彩色图像中加载不同方向的位移光栅，得到预处理彩色图像；
使用超像素算法对所述预处理彩色图像进行处理，得到所述彩色图像的全息图，所述全息图包括所述彩色图像的各颜色分量；
将所述全息图加载到数字微镜器件上，并将入射光入射至数字微镜器件，所述入射光经所述数字微镜器件反射后得到的反射光进入4-F光学成像系统，所述反射光包含有所述全息图的信息；
所述4-F光学成像系统将所述全息图中的各颜色分量进行合并，得到不同颜色灰度信息的再现彩色图像。
2.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于，在使用超像素算法对所述预处理彩色图像进行处理的过程中，调节所述超像素算法的Maxintensity参数，以调节图像的亮暗的程度，减弱所述位移光栅对成像清晰度的影响。
3.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于，对所述彩色图像的RGB分量分别加载y、-y和x方向上的位移光栅，使得所述彩色图像的R分量、G分量和B分量按照加载的位移光栅向不同的方向移动，提取得到各所述颜色分量。
4.一种彩色投影显示的实现系统，其特征在于，包括：
加载单元，用于在待投影显示的彩色图像中加载不同方向的位移光栅，得到预处理彩色图像；
计算单元，用于使用超像素算法对所述预处理彩色图像进行处理，得到所述彩色图像的全息图，所述全息图包括所述彩色图像的各颜色分量；
调整单元，用于将所述全息图加载到数字微镜器件上，并将入射光入射至数字微镜器件，所述入射光经所述数字微镜器件反射后得到的反射光进入4-F光学成像系统，所述反射光包含有所述全息图的信息；
成像单元，用于控制所述4-F光学成像系统将所述全息图中的各颜色分量进行合并，得到不同颜色灰度信息的再现彩色图像。
5.如权利要求4所述的实现系统，其特征在于，所述加载单元在使用超像素算法对所述预处理彩色图像进行处理的过程中，调节所述超像素算法的Maxintensity参数，以调节图像的亮暗的程度，减弱所述位移光栅对成像清晰度的影响。
6.如权利要求4所述的实现系统，其特征在于，所述加载单元对所述彩色图像的RGB分量分别加载y、-y和x方向上的位移光栅，使得所述彩色图像的R分量、G分量和B分量按照加载的位移光栅向不同的方向移动，提取得到各所述颜色分量。
7.一种彩色投影显示的实现装置，其特征在于，包括合束单元、光路调整单元、数字微镜器件和4-F光学成像单元：
所述合束单元，用于将入射的光束进行合束，将合束得到的入射光发射到所述光路调整单元；
所述光束调整单元，用于将所述入射光进行调整，使得所述入射光按照预置的角度入射至所述数字微镜器件；
所述数字微镜器件，加载有预置的位移光栅，用于在彩色图像上加载所述预置的位移光栅，通过超像素算法计算得到所述彩色图像的全息图，并将所述入射光进行反射得到反射光后射入所述4-F光学成像单元，所述反射光包含有所述全息图的信息；
所述4-F光学成像单元，用于将所述全息图中的各颜色分量进行合并，得到不同颜色灰度信息的再现彩色图像。
8.如权利要求7所述的实现装置，其特征在于，所述光路调整单元包括第一反射镜和第二反射镜；
所述入射光依次经过所述第一反射镜和第二反射镜的反射后，按照预置的角度入射至所述数字微镜器件。
9.如权利要求7所述的实现装置，其特征在于，所述合束单元包括分束器；
所述分束器，用于将不同的入射光线进行合束，得到所述入射光，使得所述入射光线经过所述数字微镜器件后不会分开太远。
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