CN1202662C - 用于不可见接缝的复合投影显示设备和技术 - Google Patents

用于不可见接缝的复合投影显示设备和技术 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种用于增强通过复合投影器形成的合成图像合成特性的设备和技术。设备和技术包括使用遮板,投射轴线和屏幕之间附带有非直线形的边缘。通过使用遮板来解决通过混合副图像形成合成图像时带来的几何和光度问题。

Description

用于不可见接缝的复合投影显示设备和技术
技术领域
本发明涉及图像投影,特别是用于增强通过多重投影器形成合成图像的合成特性的设备和技术。
背景技术
本申请基于在美国的申请序号为60/215,716,申请日2000年7月3日的在先申请的优先权,在此作为参考。
结合于此的美国专利5,386,253具有与此完全相关的领域,论及应用一个或多个空间光调制器(SLMs)的投影系统示例。如所摘录的专利领域:
空间光调制器装置包括所谓“有源矩阵”装置,由排列的光调制器件或“光闸”构成,它们均可通过控制信号(通常为电信号)控制,光根据控制信号反射或穿过。液晶阵列就是一种有源矩阵装置的例子;另一个例子是德克萨斯仪器公司开发的变形反光镜装置(DMD)……
见第1栏13-21行领域部分。当然,也具有其他的光“引擎”,或光源,以及投影器类型存在,它们的变化形式可能用于结合在下面描述的本发明中。
无论使用哪种类型的投影器,观众通常都期望看到细节和层次较高的图像,以及降低有害的不自然现象。较高的分辨率和图像质量利于观众打消对所投射图像真实性的怀疑。这种画质确实经常成为现今的观众在看电影过程中的一种重要因素。
然而,产生这种高分辨率图像无法脱离成本的增加。例如Imax公司打算具此提出的申请,不但适用于专业的照相机和投影器,还包括70毫米15孔胶片投影图像分辨率和画质的提高。传统电子投影器(特别是使用SLMs的),其通常不能满足与投射的图像分辨率相当匹配。以及,此类电子投影器经常无法满足大型胶片所提供图像的动态范围和全部亮度。尽管如此,它们可以满足(或必要的)作为非胶片像源图像,如(并非限定)计算机产生的影像或电子照相机所得到的素材方面的应用。
为了得到预期的分辨率,传统电子投影系统采用了“平铺”技术。平铺包括利用各相邻副图像构成合成图像的多重投影器。使用多重投影器比单独的投影器可以提供较高的分辨率。副图像可以混合在单独的投影器中,或者,如果采用多重投影,副图像在屏幕上混合。例如,当使用两个投影器时,一个投影器在屏幕上投射第一副图像。第二投影器在屏幕上投射第二副图像。第一和第二投影器设置成使投射到屏幕上的第一和第二副图像相邻接。
由于投影器的定位困难,观看者面前经常出现不期望的第一和第二副图像之间的接缝。为了改善和连贯合成的图像,第一和第二投影器通常设置成使第一图像稍微重叠于第二图像。单纯的副图像重叠通常是不够的,图像在重叠区域的增强在有些场合可能会引起观众的注意。降低这些区域亮度的一般方法通常包括通过电子或光学方法对图像进行调整;后一种方法一般通过使用一个不透明或反射元件设置在光束上来实现。据此,多重投影器在显示的接缝区域的不可见接缝需要同时在几何和光度上都仔细对准。
Bleha等的美国专利6,017,123因其完全的相关性引用于此,它公开了一种用于混合副图像的系统和方法。Bleha等的图13展示了在投影镜和屏幕之间设置滤镜和遮板混合副图像的方式。Bleha所用的遮板是边缘极锋利的遮板。在投影镜前面的光路上引入单一的锋利遮板通常会产生高斯模糊边缘,当其与其他投影镜上附加的边缘相结合时,恰好排列成使它们的黑阶相叠加,沿重叠的接缝区域保持连贯,将在全部画面上产生非常好的均匀黑阶,包括接缝区。这些锋利边缘阻挡了各投影器重叠区域之外的图像,消除大多数投影技术中存在的通常环绕图像的杂散光。
但是,单一的直线锋利边缘导致了亮度的“环形化”,即边缘具有轻微的曲线图案,从全亮度到基底黑逐渐衰减。这种“环形化”通常是由于投影系统灯箱中错综阻挡的人为因素造成的,或者,产生于单一直线边缘的衍射效应,沿接缝区在灰阶和峰值白色图像上带来可见的明显线性图案。其他关于图像对接接缝或重叠的传统方法通常不能达到足够的精度,使在大范围的图像组成或投影几何方面获得真正不可见的接缝。
因此,期望一种用于多重投影显示以构成单画面解决几何和亮度问题的技术和设备。
发明内容
本发明寻求提供一种方案解决这些几何和亮度问题,以及提供一种当两个或多个副图像混合在一起构成合成图像时看不见的接缝。较此前所述更广泛的方式上,进一步创造一种设备和技术,可提供满足全部画质要求的图像,可集中取代或附加应用于传统大规格胶片的投影器,并不会干扰观众观看高质量图像的感觉。如上所述,这种感觉是进行现代化观看的重要因素,有时,会决定公映的电影是否全面取得成功。
本发明通过使用附加的具有非直线边缘的遮板,将其设置在投影中心线和屏幕之间来解决这些光学问题。一种实施例中,遮板的边缘是锯齿形的。许多其他可能的非直线形边缘也可满足应用。
附图说明
图1是示例装置的示意图。
图2是示例遮板的示意图。
图3是第一副图像与第二副图像平铺的示意描绘。
具体实施方式
图1示出了本发明一种可能的实施例示意图。如图1所示,该实施例中使用了两个SLM投影器1和2。本发明可应用于大范围投影技术或内置于单个的投影装置中作为集成化的组件。本发明还可以用于两个以上的投影器。
如图1所示,投影器1安装在使其投射轴线投射到刚刚越过45度表面反光镜3。投影器2设置成与投影器1相垂直,使其投射轴线被表面反光镜3反射。投影器2呈现的图像在必要时通过公知技术用电子方法进行翻转。图1中的布置使两个投影器具有紧密重合的有效投射点,不存在使用分光镜时出现的损失或重影。这种重合可满意地用于降低屏幕增益带来的影响。当投射点不重合时,由于来自不同投射点的反射光到达不同的轴外观察点,使接缝因横跨屏幕的不同亮度变得更为可见。
遮板6安装在镜头4和屏幕9之间,使遮板6的边缘稍许交叠于投影器1的投射轴。与此类似,遮板7安装在镜头5和反光镜3之间,使其边缘稍许交叠于投影器2的投射轴。如图1所示,投影器1产生的一个副图像8显示在屏幕9上,与投影器2产生的副图像10相邻接。
图1所示的实施例中可以采用一个分光镜。通过分光镜,可达到最佳的重合,但通常会发生50%或更多的光量损失。分光镜安装在来自投影器1和2的光线交叉点上,使来自投影器1的光通过分光镜发射到屏幕上,以及来自投影器2的光被反射90度后到达屏幕。每个镜头的遮板仍按图1所示设置。
投影器1的镜头4和投影器2的镜头5水平地偏移或移动(对于垂直接缝)使画面的接缝区落入狭窄的镜头光轴区域(一般少于5-10%幅度),此时图像可避免梯形失真。这样通常使反射图像的有效投射点与另一投射点在占镜头焦距很小的百分比范围内紧密重合定位,取决于投射角度,预期的接缝宽度,以及镜头参数,诸如出射孔径和定位(典型地,镜头的轴线最大程度地消除像差,如果其存在,将影响接缝的可见性)。
在另一实施例中,两个朝前的投影器(镜头都直接朝向屏幕),其镜头尽可能靠近设置。该实施例将在屏幕上产生有效的(副像素)定位精度,至少从几何方面考虑消除了对反光镜的需要。
两个投影器的图像获得了良好的几何排列后,两个投影器的光度和色隙配合可通过本领域的公知技术达到。要达到所要求的误差需要一定的调整和精度,越宽的混合区域允许的误差范围越宽松。基于SLM的投影器特别呈现出非常好的稳定性并非常适宜于达到所要求的密切配合。SLM投影器对这些技术不是必需的。
为了减轻在先技术的锋利遮板引起的光度环形效应,本发明采用附加的遮板,但在光路上具有非直线形的边缘。图2展示了一种示例的遮板实施例。遮板可以用金属制造,并喷涂一层黑漆或以其他方式以减小反射。采用如图2所示的遮板产生了一组连续交叉的斜线接缝,尽管其仍然包含在先技术中的直线图案或环形现象,但其无论在图像白峰值或灰阶上分解了点的视觉感,实际上看不见接缝。图2所示遮板具有单一结构的曲折形或锯齿形,最好以7-10个点的频率跨越接缝。与其他现成的形状,如正弦曲线,甚至随机形状相复合亦证实是可行的。也注意到使用遮板时的色边或图形效应。这些效应部分归结于投影镜头呈现的轴向彩色失常。由于遮板位于像面的焦点位置之外,具有不同色谱的光线与给定位置的遮板在不同点上交叉。由此产生了彩色“镶边”。另外,基于DMD的投影器没有对所有出射色彩完全均匀化,以及使遮板可能呈现对这些不均匀性的突出显示。
在一种实施例中,遮板设置在尽可能接近镜头光瞳的外侧,遮板沿光轴带有非直线的边缘。然而,遮板可以设置在远离镜头光瞳或镜头之前。
图3示出了副图像8和副图像10在屏幕9上的混合图像的示意描绘。如图3所示,采用了赋予锯齿形状的非直线边缘遮板。重叠区20描绘在虚线21和22之间。两个副图像8和10采用图1所示实施例投射,大体上以5-10%的接缝尺寸幅度重叠,表示出良好的副像素几何排列必须保持在整个区域。
结合本发明,可以进一步对投影器的图像使用数字矫正,如向图像引入负值的环形以消除光学效应。各种本领域公知的数字处理技术,如使用图像反馈装置测量光度或跨过接缝的几何变形,据此进行图像调节的均可用于此目的。
如前所述,通过对实施例的图示,解释和描述,提供了本发明的目的。据此,对实施例的进一步更改或改变,对本领域技术人员而言是显而易见的,并不脱离本发明的实质。另外,铁电装置、液晶显示器(LCD)、自发光阵列、结合有光电子或电子机械扫描装置的激光扫描设备,或其他光源或电子管均可作为必要的或预定的设备加以应用。

Claims (28)

1、一种投影系统,包括:
至少一个投影装置,具有第一镜头和第二镜头,投影装置通过第一镜头投射一个第一副图像以及通过第二镜头投射一个第二副图像;
一个用于显示第一副图像和第二副图像的屏幕;
一个设置在第一镜头和屏幕之间的第一遮板,该第一遮板在第一副图像光路上具有一个第一非直线边缘,产生一个第一非直线的图像边缘;以及
一个设置在第二镜头和屏幕之间的第二遮板,该第二遮板在第二副图像光路上具有一个与第一遮板互补的第二非直线边缘,产生一个第二非直线的图像边缘,附加在第一非直线的图像边缘,
其中,第一副图像和第二副图像在屏幕上结合,使第一副图像和第二副图像重叠于第一非直线的图像边缘和第二非直线的图像边缘上以形成接缝。
2、如权利要求1的投影系统,其中,投影装置是空间光调制型投影器。
3、如权利要求1的投影系统,其中,投影装置是可变反光镜装置型投影器。
4、如权利要求1的投影系统,其中,投影装置是液晶装置型投影器。
5、如权利要求1的投影系统,其中,投影装置是铁电型投影器。
6、如权利要求1的投影系统,其中,投影装置是自发光阵列型投影器。
7、如权利要求1的投影系统,其中,投影装置是激光扫描装置型投影器。
8、如权利要求1的投影系统,其中,第一镜头和第二镜头朝向屏幕。
9、如权利要求1的投影系统,其中,第一遮板的第一非直线形边缘是第一锯齿形,以及第二遮板的第二非直线形边缘是第二锯齿形。
10、如权利要求9的投影系统,其中,第一锯齿形是由从+45度到-45度直线构成的齿形形成的,以及第二锯齿形是由从+45度到-45度直线构成的齿形形成的。
11、如权利要求1的投影系统,其中,第一遮板安装在接近第一镜头,以及第二遮板安装在接近第二镜头的位置。
12、一种投影系统,包括:
一个第一投影装置,它具有第一投射轴,还包括具有镜头光轴的第一镜头,第一投影装置通过第一镜头投射第一副图像;
一个第二投影装置,它具有第二投射轴,还包括具有镜头光轴的第二镜头,第二投影装置通过第二镜头投射第二副图像;
一幅用于显示第一副图像和第二副图像的屏幕;
一个第一遮板,安装在第一镜头和屏幕之间,该第一遮板在第一副图像的光路上具有第一非直线形边缘,产生一个第一非直线形的图像边缘;以及
一个第二遮板,安装在第二镜头和屏幕之间,该第二遮板在第二副图像的光路上具有与第一遮板相符合的第二非直线形边缘,产生一个第二非直线形的图像边缘,
其中,在屏幕上第一副图像与第二副图像相邻接,该第一副图像与第二副图像在第一非直线形的图像边缘上与第二非直线形的图像边缘相重迭构成一个接缝区。
13、如权利要求12的投影系统,其中,第一投影装置和第二投影装置是空间光调制型投影器。
14、如权利要求12的投影系统,其中,第一投影装置和第二投影装置是可变反光镜装置型投影器。
15、如权利要求12的投影系统,其中,第一投影装置和第二投影装置是液晶装置型投影器。
16、如权利要求12的投影系统,其中,第一投影装置和第二投影装置是铁电型投影器。
17、如权利要求12的投影系统,其中,第一投影装置和第二投影装置是自发光阵列型投影器。
18、如权利要求12的投影系统,其中,第一投影装置和第二投影装置是激光扫描装置型投影器。
19、如权利要求12的投影系统,其中,第一投影装置与第二投影装置相偏离,使接缝区落入第一镜头光轴和第二镜头光轴附近的狭窄区域中。
20、如权利要求12的投影系统,其中,第一镜头和第二镜头朝向屏幕。
21、如权利要求12的投影系统,其中,第一投影装置和第二投影装置具有尽可能重合的有效投影点。
22、如权利要求12的投影系统,其中,第一遮板与第一投影装置的第一投射轴重叠,以及第二遮板与第二投影装置的第二投射轴重叠。
23、如权利要求12的投影系统,其中,第一遮板的第一非直线形边缘是第一锯齿形,以及第二遮板的第二非直线形边缘是第二锯齿形。
24、如权利要求23的投影系统,其中,第一锯齿形是由从+45度到-45度直线构成的齿形形成的,以及第二锯齿形是由从+45度到-45度直线构成的齿形形成的。
25、如权利要求12的投影系统,其中,第一投影装置的第一投射轴大体上与第二投影装置的第二投射轴垂直,以及,投影系统进一步包括一个用于将第二副图像反射到屏幕上的反光镜。
26、如权利要求25的投影系统,其中,第二副图像经过电子翻转处理。
27、如权利要求12的投影系统,其中,第一投影装置的第一投射轴大体上与第二投影装置的第二投射轴垂直,以及,投影系统进一步包括一个分光镜,它安装在第一和第二投射轴交叉的位置上,使第一副图像发射到屏幕上,以及使第二副图像反射到屏幕上。
28、如权利要求12的投影系统,其中,第一遮板安装在靠近第一镜头,以及第二遮板安装在靠近第二镜头的位置上。
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