CN111510695A

CN111510695A - 液晶偏振隐形提词dlp投影机系统及视频数据处理方法

Info

Publication number: CN111510695A
Application number: CN202010548675.5A
Authority: CN
Inventors: 曹连振; 戴长志; 赵加强
Original assignee: Weifang University
Current assignee: Weifang University
Priority date: 2020-03-11
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2020-08-07
Also published as: CN111225198A; CN111787296B; CN111866479A; CN111787296A; CN111866479B

Abstract

本发明公开了一种液晶偏振隐形提词DLP投影机系统，包括光源、第一汇聚镜、色轮、第二汇聚镜、数字微镜、数字微镜驱动模块、镜头、液晶面板、液晶面板控制电路、字幕数据生成模块、视频数据生成模块、字幕叠加模块、偏振眼镜；通过字幕叠加模块对视频数据进行处理，处理后的视频数据被数字微镜投射至成像平面上；带上偏振眼镜后，可在成像平面上观察到隐藏的字幕，而不带偏振眼镜的观众则在成像平面无法观察到隐藏的字幕，观众视角下成像平面上的视频数据与使用普通投影机投射的效果相同，本发明设计合理、使用方便、即可以作为普通投影机使用、同时可以实现对主讲人的提词功能、又不会影响观众的观看。

Description

液晶偏振隐形提词DLP投影机系统及视频数据处理方法

技术领域

本发明涉及投影机技术领域，尤其涉及一种液晶偏振隐形提词DLP投影机系统。

背景技术

现在投影机应用的范围很广，在学校上课、公司开会、职业培训以及产品发布会中大都会用到投影机，投影机的作用是把PPT等图像投射到屏幕上，主讲人要结合投影的图像来讲解，PPT一般包含的文字比较少，所讲的内容比较多，大部分内容是在PPT看不到的，并且有些内容是不适合出现在PPT上的，这时候如果对内容不太熟，就需要一些提示材料，有的人是拿着讲稿提词卡片等，这样就会影响讲课效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种设计合理、使用方便、即可以作为普通投影机使用、同时可以实现对主讲人的提词功能、又不会影响到观众的液晶偏振隐形提词DLP投影机系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：液晶偏振隐形提词DLP投影机系统，包括光源、第一汇聚镜、色轮、第二汇聚镜、数字微镜、镜头，还包括：

液晶面板，设置在所述光源与所述数字微镜之间的光路上，所述液晶面板包括偏振片层、第一玻璃基板层、第一透明电极层、液晶层、第二透明电极层、第二玻璃基板；

液晶面板控制电路，与所述液晶面板连接，所述液晶面板在所述液晶面板控制电路的控制下在两种状态之间转换：一种是通过所述液晶面板偏振片层的光的偏振方向保持原来的偏振方向，另一种是通过所述液晶面板偏振片层的光的偏振方向产生扭转90°，两种状态的转换与色轮保持同步，当光的偏振方向改变一次后，所述色轮同步转过三个色区，即图像刚好经过一帧；

字幕数据生成模块，用于生成字幕数据，所述字幕数据包含字幕笔画区像素数据和非字幕笔画区像素数据，两者的数据数值大小不同，所有的字幕笔画区像素数据的数值均相等，所有的非字幕笔画区像素数据的数值均相等；

视频数据生成模块，视频数据生成模块接受投影机外部接口传来的媒体信号，经过转换处理生成用于驱动所述数字微镜的视频数据，所述字幕数据生成模块生成的字幕数据的分辨率与视频数据生成模块生成的视频数据的分辨率相等，两者的像素具有一一对应的关系；

字幕叠加模块，所述字幕数据生成模块与所述视频数据生成模块分别连接至所述字幕叠加模块；所述字幕数据生成模块将生成的字幕数据输入至所述字幕叠加模块中，所述视频数据生成模块将生成的视频数据输入至所述字幕叠加模块中，所述字幕叠加模块根据字幕数据来对视频数据进行处理，把字幕信息叠加到视频数据上；

数字微镜驱动模块，所述数字微镜驱动模块分别与所述字幕叠加模块及所述数字微镜连接，接受所述字幕叠加模块的输出的视频数据，驱动数字微镜在成像平面上显示含有隐形字幕信息的画面；

偏振眼镜，所述偏振眼镜水平放置时，偏振方向与所述液晶面板中的偏振片层的偏振方向保持垂直或者平行。

作为优选的技术方案，所述偏振眼镜的镜片由偏振区域和非偏振区域交错组成，每个偏振区域的面积小于0.02平方毫米。

作为优选的技术方案，所述光源为激光光源，激光光源发出的光为偏振光，偏振方向和所述液晶面板的偏振片层的偏振方向相同。

作为优选的技术方案，液晶偏振隐形提词DLP投影机系统的视频数据处理方法，包括如下步骤：

步骤一所述字幕数据与所述视频数据均输入至所述字幕叠加模块中；

步骤二所述字幕叠加模块依次检测与当前视频帧对应的字幕数据的像素数据，如果字幕数据为字幕笔画区像素数据时，再分别检测相对应的同位置的视频像素的红、绿、蓝颜色数值，如果视频像素的红、绿、蓝颜色数值小于其位深所能表达的最大值的50％，则对视频像素的红、绿、蓝颜色数值分别进行处理，处理方法为：将当前帧对应的红、绿、蓝颜色数值归零，对下一帧对应的红、绿、蓝颜色数值加倍；如果所述字幕叠加模块检测到的字幕数据为非字幕笔区像素数据时，则对应的视频像素的红、绿、蓝颜色数值保持不变；

步骤三把再下一帧作为当前帧，重复步骤二。

作为优选的技术方案，在步骤二中加入：如果视频像素的红、绿、蓝颜色数值大于等于位深最大值的50％，则当前帧对应的红、绿、蓝颜色数值的处理方式为：当前帧对应的红、绿、蓝颜色数值＝(当前值-(位深最大值-当前值))，下一帧对应的红、绿、蓝颜色数值变成位深最大值。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明设计合理、使用方便，即可以作为普通投影机使用，同时可以实现对主讲人的提词功能、又不会影响到观众。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例液晶面板的示意图；

图3是本发明实施例数据处理框图；

图4是本发明实施例数据处理示意图；

图5是本发明实施例偏振眼镜的示意图；

图6是图5中I处放大示意图；

图中：1-光源；2-第一汇聚镜；3-色轮；4-第二汇聚镜；5-数字微镜；51-数字微镜驱动模块；6-镜头；7-液晶面板；71-偏振片层；72-第一玻璃基板层；73-第一透明电极层；74-液晶层；75-第二透明电极层；76-第二玻璃基板；8-字幕数据生成模块；9-视频数据生成模块；10-字幕叠加模块；11-偏振眼镜；12-偏振区域；13-非偏振区域；14-成像平面；15-液晶面板控制电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，液晶偏振隐形提词DLP投影机系统，包括光源1、第一汇聚镜2、色轮3、第二汇聚镜4、数字微镜5(DMD)、数字微镜驱动模块51、镜头6，还包括：液晶面板7、液晶面板控制电路15、字幕数据生成模块8、视频数据生成模块9、字幕叠加模块10、偏振眼镜11；其中，光源1、第一汇聚镜2、色轮3、第二汇聚镜4、数字微镜5、数字微镜驱动模块51、镜头6均属于现有投影机中的一部分，属于现有技术，在此不再赘述。

液晶面板7设置在所述光源1与所述数字微镜5之间的光路上，在本实施例中，将液晶面板7设置在第一汇聚镜2与色轮3之间，当然也可以设置在光源1与第一汇聚镜2之间，或者设置在色轮3与第二汇聚镜4之间，或者设置在第二汇聚镜4与数字微镜5之间。

所述液晶面板7包括偏振片层71、第一玻璃基板层72、第一透明电极层73、液晶层74、第二透明电极层75、第二玻璃基板76，参见图2；在本实施例中的所述液晶面板7与现有技术中的液晶面板的区别在于：在第二玻璃基板76外表面缺少一层偏振片层，其余结构均为现有技术，属于本领域普通工程技术人员所公知的，在此不再赘述。

液晶面板控制电路15与所述液晶面板7连接，所述液晶面板7在所述液晶面板控制电路15的控制下在两种状态之间转换：一种是通过所述液晶面板7的偏振片层71的光的偏振方向保持原来的偏振方向，另一种是通过所述液晶面板7的偏振片层71的光的偏振方向产生扭转90°，两种状态的转换与色轮3保持同步，当光的偏振方向改变一次后，所述色轮3同步转过三个色区，即图像刚好经过一帧。

字幕数据生成模块8用于生成字幕数据，所述字幕数据包含字幕笔画区像素数据和非字幕笔画区像素数据，两者的数据数值大小不同，所有的字幕笔画区像素数据的数值均相等，所有的非字幕笔画区像素数据的数值均相等；在本实施例中，将字幕数据用一个二值图像表示，例如，1表示字幕笔画区域的像素，0表示非字幕笔画区域的像素。如果希望当前画帧画面上显示“十”字，那么当前帧数据中的“十”字区域即为字幕笔画区像素数据，非“十”字的区域均为非字幕笔画区像素数据。字幕数据生成模块8为现有技术，属于本领域普通工程技术人员所公知的，在此不再赘述。

视频数据生成模块9接受投影机外部接口传来的媒体信号，例如VGA、视频等媒体信号，经过转换处理生成用于驱动所述数字微镜5的视频数据，所述字幕数据生成模块8生成的字幕数据的分辨率与视频数据生成模块9生成的视频数据的分辨率相等，两者的像素具有一一对应的关系；视频数据生成模块9为现有技术，属于本领域普通工程技术人员所公知的，在此不再赘述。

所述字幕数据生成模块8与所述视频数据生成模块9分别连接至所述字幕叠加模块10，所述字幕叠加模块10连接至数字微镜驱动模块51，数字微镜驱动模块51连接至所述数字微镜5，参见图3；所述字幕数据生成模块8将生成的字幕数据输入至所述字幕叠加模块10中，所述视频数据生成模块9将生成的视频数据输入至所述字幕叠加模块10中，所述字幕叠加模块10根据字幕数据来对视频数据进行处理，把字幕信息叠加到视频数据上，叠加有字幕信息的视频数据输送至数字微镜驱动模块51驱动所述数字微镜5，最终在成像平面14上显示含有隐形字幕信息的画面。

偏振眼镜11，透过所述偏振眼镜11可在成像平面14上观察到字幕图像；所述偏振眼镜11水平放置时(相当于人站立佩戴眼镜的状态)，偏振方向与所述液晶面板7中的偏振片层71的偏振方向保持垂直或者平行。当偏振眼镜11的偏振方向和所述液晶面板7中的偏振片层71的偏振方向平行时，偏振方向没被像素液晶扭转的光，可以顺利的通过偏振眼镜11而到达人眼，偏振方向被液晶像素扭转过的光，会被偏振眼镜11全部或部分阻挡，因此佩戴偏振眼镜11后，可以看到字幕信息；当偏振眼镜11的偏振方向和所述液晶面板7中的偏振片层71的偏振方向垂直时，偏振方向没被像素液晶扭转的光，会被偏振眼镜11全部阻挡，偏振方向被液晶像素扭转过的光，全部或部分通过偏振眼镜11而到达人眼，因此佩戴偏振眼镜11后，同样可以看到字幕信息。所述偏振眼镜11可以是普通的偏振眼镜或是隐形偏振眼镜，即具有偏振效果的普通眼镜或隐形眼镜。在本实施例中的所述偏振眼镜11相当于现有技术中液晶面板7上第二玻璃基板76外表面的偏振片层71，由此可知，在本实施例中的所述偏振眼镜11与所述液晶面板7组成了现有技术中的液晶面板结构。

所述光源1为激光光源，激光光源发出的光为偏振光，偏振方向和所述液晶面板7的偏振片层71的偏振方向相同，因此光经过偏振片层71的时候，光强不会发生衰减。

参见图5和图6，所述偏振眼镜11的镜片由若干偏振区域12和非偏振区域13交错组成，在本实施例中，偏振区域12为矩形偏振块，非偏振区域13为矩形块，偏振区域12的矩形偏振块与非偏振区域13中的矩形块均匀交错分布，参见图5和图6；每个偏振区域12的面积小于0.02平方毫米，非偏振区域13的矩形块的透明度较高。通过在所述偏振眼镜11的镜片上设置交错分布的偏振区域12与非偏振区域13，使用者带上所述偏振眼镜11后，眼睛通过偏振区域12可以在成像平面14上观察到隐藏的提示词，而通过非偏振区域13时则无法在成像平面14上观察到隐藏的提示词，但是非偏振区域13的透明度较高，非偏振区域13与普通的眼镜或近视镜相同，而将偏振区域12与非偏振区域13交错布置的目的，是为了提高眼镜的透明度，虽然在一定程度上降低提示词的对比度，但不会影响观看提词器。使用者佩戴此偏振眼镜11后，即可以观察到隐藏的提示词，而其他没有佩戴此偏振眼镜11者就根本不会发现成像平面14上具有提示词。

所述偏振眼镜11可以由偏振膜，贴在普通的眼镜上构成，可以方便平时戴眼镜的人使用。

投影机系统的投影原理为：

所述光源1产生的光照射至所述第一汇聚镜2，经过所述第一汇聚镜2后发生汇聚，汇聚至所述色轮3的色区表面，当光由所述第一汇聚镜2照射至所述色轮3表面过程中，会经过所述液晶面板7，到达所述液晶面板7时首先通过所述偏振片层71，光线变成同一方向的偏振光，然后经过所述第一玻璃基板层72、所述第一透明电极层73，到达再通过所述液晶层74，所述液晶层74会对偏振光的偏振方向进行扭转，扭转的角度决定于加在液晶上的电压大小，即所述液晶面板7在所述液晶面板控制电路15的控制下在两种状态之间转换：一种是通过所述液晶面板7的光的偏振方向保持原来的偏振方向，另一种是通过所述液晶面板7的光的偏振方向产生扭转90°，两种状态的转换与色轮保持同步，当光的偏振方向改变一次后，所述色轮同步转过三个色区，即图像刚好经过一帧；

光经过所述色轮2后，由汇聚点向外发散至所述第二汇聚镜4，经过所述第二汇聚镜4后照射至所述数字微镜5上；然后被处理后的视频数据驱动所述数字微镜5把含有隐形字幕的图像反射至所述镜头6上，再通过所述镜头6放大投射至成像平面14，在成像平面上形成投影区域。

液晶偏振隐形提词DLP投影机系统的视频数据处理方法，包括如下步骤：

步骤一所述字幕数据与所述视频数据均输入至所述字幕叠加模块10中；

步骤二所述字幕叠加模块10依次检测与当前视频帧对应的字幕数据的像素数据，如果字幕数据为字幕笔画区像素数据时，再分别检测相对应的同位置的视频像素的红、绿、蓝颜色数值，如果视频像素的红、绿、蓝颜色数值小于其位深所能表达的最大值的50％，则对视频像素的红、绿、蓝颜色数值分别进行处理，处理方法为：将当前帧对应的红、绿、蓝颜色数值归零，对下一帧对应的红、绿、蓝颜色数值加倍；此时，因为两个前后帧增加和减少的数值相同，由于人眼的视觉暂留效应，视觉效果跟没经过处理一样，因此观众是看不见叠加到视频的字幕的，比如视频像素的红、绿、蓝颜色数值为50％时，则将当前帧对应的红、绿、蓝颜色数值归零，下一帧对应的红、绿、蓝颜色数值为100％，如视频像素的红、绿、蓝颜色数值为40％，则将当前帧对应的红、绿、蓝颜色数值归零，下一帧对应的红、绿、蓝颜色数值为80％；如果所述字幕叠加模块10检测到的字幕数据为非字幕笔区像素数据时，则对应的视频像素的红、绿、蓝颜色数值保持不变；

步骤三把再下一帧作为当前帧，重复步骤二。

在第二步骤中，在步骤二中加入：如果视频像素的红、绿、蓝颜色数值大于等于位深最大值的50％，则当前帧对应的红、绿、蓝颜色数值的处理方式为：当前帧对应的红、绿、蓝颜色数值＝(当前值-(位深最大值-当前值))，下一帧对应的红、绿、蓝颜色数值变成位深最大值。通过增加此步骤，用于处理当视频像素的红、绿、蓝颜色数值大于等于位深最大值的50％的情况。通过上述的改进，可以增加隐形字幕叠加的范围。

字幕数据生成模块8一般设置在投影机外的计算机中，计算机和字幕叠加模块10信号连接，信号连接方式通过HDMI或DVI等数字接口连接。

播放PPT是投影机最常用的方式，下面以PPT为例进行介绍数据处理原理：

如果希望在PPT的页面上叠加隐形字幕，需要经过以下的过程：视频生成模块接受计算机通过VGA端口传来的PPT信息，对PPT信号进行转换生成符合投影机分辨率和帧频的视频数据，字幕生成模块8安装在计算机中，字幕数据生成模块8生成的字幕数据，通过HDMI或DVI端口传输到字幕叠加模块10中，字幕数据生成模块8生成的字幕分辨率与视频信号分辨率相同；

假设字幕为一个中间为“十”字的图案，对应“十”笔画区的数据为1，其他区域的数据为0，视频图像为一幅灰度值为40％的灰色图案，字幕叠加模块10工作时先依次检测字幕像素数据，如果数据是0，视频对应位置像素数据不做改变，还是40％灰度；检测到字幕像素数据为1，再检测与视频对应位置的数据，视频像素红、绿、蓝颜色数值都为最大值的40％，因为小于位深最大值的50％，将当前帧对应红、绿、蓝颜色数值归零，下一帧对应红、绿、蓝颜色数值加倍变成为80％，视频图像经过上面的处理后，当前帧“十”笔画区像素亮度归零，归零后的示意图参见图4中a)，下一帧“十”笔画区像素亮度值翻倍，翻倍后的示意图参见图4中b)，两个前后帧增加和减少的亮度值相同，由于人眼的视觉暂留效应，视觉效果跟没经过处理一样，现在投影机的帧频基本都在60帧以上，所以不会有频闪效应，这样普通观众通过成像平面14上看到的“十”字位置的图像数据与未处理前一样，视觉感受的亮度值还是40％，参见图4中c)；由此可知，普通观众看到的视频图像与加字幕前是一模一样的，没有任何变化；

由于“十”字位置经过处理后的两帧实际亮度值不同，一帧亮度值是0，另一帧亮度值是80％，它们和40％的非“十”笔画区的40％的亮度是不同的，并且又由于所述液晶面板7与所述液晶面板控制电路15的作用，所述液晶面板7在所述液晶面板控制电路15的控制下在两种状态之间转换：一种是通过所述液晶面板7的光的偏振方向保持原来的偏振方向，另一种是通过所述液晶面板7的光的偏振方向产生扭转90°，两种状态的转换与色轮保持同步，当光的偏振方向改变一次后，所述色轮同步转过三个色区，即图像刚好经过一帧；因此此时相邻的两帧分别与所述液晶面板7的两种状态对应，因此被处理后的前后相邻两帧形成的光分别为偏振方向不变的光和偏振方向扭转90°后的光；

此时使用者透过所述偏振眼镜11可在成像平面14上观察到字幕图像；当偏振眼镜11的偏振方向和所述液晶面板7中的偏振片层71的偏振方向平行时，偏振方向没被像素液晶扭转的光，即偏振方向不变的光可以顺利的通过偏振眼镜11而到达人眼，偏振方向被液晶像素扭转过的光，即偏振方向扭转90°的光会被偏振眼镜11全部或部分阻挡，因此佩戴偏振眼镜11后，可以在成像平面上看到由偏振方向不变的光形成的字幕信息；当偏振眼镜11的偏振方向和所述液晶面板7中的偏振片层71的偏振方向垂直时，偏振方向没被像素液晶扭转的光，即偏振方向不变的光会被偏振眼镜11全部阻挡，偏振方向被液晶像素扭转过的光，即偏振方向扭转90°的光全部或部分通过偏振眼镜11而到达人眼，因此佩戴偏振眼镜11后，可以在成像平面上看到由偏振方向扭转90°的光形成的字幕图像。

即带上眼镜后，不管偏振眼镜11是水平或者垂直，只能在成像平面14上观察到偶数帧或者奇数帧图像，相邻两帧中的一帧，即亮度值为0的一帧上的“十”字或者亮度值为80％的一帧上的“十”字，而不佩戴眼镜的话，就看不到字幕。本发明既可以作为一个普通的投影机使用，同时可以实现对主讲人的提词功能，又不会影响到观众的观看。

在设计课件时，如果想要字幕显示的清楚，就要在画面上多用灰度处于上范围的内容，并将字幕隐藏在此灰度区，大约在灰度值为最高亮度30％时候达到最佳效果，因此，如果想使用隐形提词功能，在设计课件的时候吧，最好使用30％左右灰度的背景，把提示词放置在灰色背景区。

字幕数据生成模块8放在电脑上，电脑通过可以通过HDMI或者DVI等接口与投影机相连，字幕数据生成模块8具有控制字幕的显示和不显示功能，字幕切换功能，均为现有技术，在此不再赘述。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.液晶偏振隐形提词DLP投影机系统，包括光源、第一汇聚镜、色轮、第二汇聚镜、数字微镜、镜头，其特征在于，还包括：

液晶面板控制电路，与所述液晶面板连接，所述液晶面板在所述液晶面板控制电路的控制下在两种状态之间转换：一种是通过所述液晶面板的偏振片层的光的偏振方向保持原来的偏振方向，另一种是通过所述液晶面板的偏振片层的光的偏振方向产生扭转90°，两种状态的转换与色轮保持同步，当光的偏振方向改变一次后，所述色轮同步转过三个色区，即图像刚好经过一帧；

2.如权利要求1所述的液晶偏振隐形提词DLP投影机系统，其特征在于：所述偏振眼镜的镜片由偏振区域和非偏振区域交错组成，每个偏振区域的面积小于0.02平方毫米。

3.如权利要求1所述的液晶偏振隐形提词DLP投影机系统，其特征在于：所述光源为激光光源，激光光源发出的光为偏振光，偏振方向和所述液晶面板的偏振片层的偏振方向相同。

4.如权利要求1所述的液晶偏振隐形提词DLP投影机系统的视频数据处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤三把再下一帧作为当前帧，重复步骤二。

5.如权利要求4所述的液晶偏振隐形提词DLP投影机系统的视频数据处理方法，其特征在于：在步骤二中加入：如果视频像素的红、绿、蓝颜色数值大于等于位深最大值的50％，则当前帧对应的红、绿、蓝颜色数值的处理方式为：当前帧对应的红、绿、蓝颜色数值＝(当前值-(位深最大值-当前值))，下一帧对应的红、绿、蓝颜色数值变成位深最大值。