CN1480000A - 基于数字光线处理的3d投影系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及采用数字光线处理技术的视频投影，特别涉及立体视频投影。一个基于数字微反射镜设备的3D投影系统具有一个3D数据系统，它将3D图像耦合到彩色系统及数字反射镜显示器设备的一个输入；以及一个3D光学系统，它通过一条包括上述数字微反射镜显示器设备、一个3D光学编码器与投影仪光学系统的光学通路将光源的一个输出耦合到显示器媒体；其中上述3D投影系统在上述显示器媒体上显示3D图像。该数据系统包括至少两个前端处理部分、一个3D数据格式化装置、一个数字微反射镜设备数据格式化装置以及一个数字微反射镜显示器设备。这样的3D数据系统向一个彩色系统及3D编码器提供彩色系统控制信号，而且向上述数字微反射镜显示器设备提供数字微反射镜显示数据。将一个基于数字微反射镜设备的2D投影系统转变为一个基于数字反射镜设备的3D投影系统的一种方法包括安装一个3D数据格式化装置；安装一个数字微反射镜设备数据格式化装置；有选择性地用一个按照3D进行格式化的色盘替换现有色盘；以及在上述系统的某条光学通路中的三个位置之一处安装3D光学编码器系统。

Description

基于数字光线处理的3D投影系统与方法
相关申请
本申请涉及2000年10月12日申请的、题为“DLP Based 3D ProjectionSystem(基于DLP的3D投影系统)”的一个临时申请序列号60/239,664以及2001年1月12日申请的、题为“Method and apparatus for stereoscopic displayusing digital light processing(采用数字光线处理进行立体显示的方法与设备)”的另一个临时申请序列号60/261,136。这两份参考文件均特此参考编入。
发明领域
本申请涉及采用数字光线处理技术的视频投影，特别涉及立体视频投影。
发明背景
德州仪器公司(Texas Instruments)的数字光线处理(DLP)技术被证明是一种用于数据与多媒体图像投影系统的、可行且可靠的技术。DLP技术的基础是同样出自德州仪器公司的数字微反射镜设备(DMD)，许多专利中描述了这项技术，但Hornbeck(霍恩贝克)在美国专利4,566,935中特别进行了描述，特此参考编入。该DMD芯片是一个微型机电系统(MEMS)，它包括一个在一块CMOS存储器片基上制造的双稳反射镜阵列。基于这种技术的投影系统在结构上有很多变化形式，它们包括单芯片、双芯片以及三芯片DMD设计。DMD芯片的特殊性质以及这些反射镜调制光线的方法提供了开发一个基于该DMD技术的3D立体投影系统的可能性。一个3D立体投影系统具有将一个图像的左、右眼视图发送到多个人，从而对人群产生深度的幻觉。这里描述的基于DLP的3D立体投影系统提供许多优点，包括左眼与右眼信息之间的低串扰、高亮度、低闪烁以及紧凑性。
单芯片DMD投影系统
单芯片投影系统采用一个单独的DMD(数字微反射镜设备)芯片以及一个色盘来显示全色图像。该DMD将通过该色盘或通过该投影透镜系统的光线反射到一个投影屏幕，或者向回反射通过该色盘回到该光源。由于该DMD芯片由几千个细小的微型机电反射镜构成，所以该芯片本身不调节彩色。为此，采用一个至少包含三个原色(譬如红色、绿色与蓝色)的色盘来调制该光源彩色。该彩色按照比人眼可辨认的速率更快的速率来调制，从而造成全色效果。被该DMD芯片的每个像素(微反射镜)反射的光线的强度采用脉宽调制方案来控制。Don Doherty(唐·多尔蒂)与Greg Hewlett(格雷格·休利特)在“Pulse width modulation control in DLP projectors(DLP投影仪中的脉宽调制控制)”(见115-121，TI Technical Journal，July-September 1998)中较详细地描述了这一方案，特此参考编入。该DMD芯片包括一个在一块CMOS存储器片基上制造的复杂微型机械反射镜系统。Larry J.Hornbeck在德州仪器公司网站 www.ti.com/dlp白皮书部分的“Digitallight Processing for High Brightness，High Resolution Applications(高亮度、高分辨度应用中的数字光线处理)”一文第4页已有描述，特此参考编入。为了在该DMD芯片上显示来自视频或计算机源的一个单独图像帧，反射镜状态信息被按块或按组写入该DMD芯片的CMOS片基。一旦一个存储器块被写入，该块上的每个反射镜就被修改为它的新状态。这一过程逐块连续进行，直到该芯片上的每个反射镜都被修改为止。在该帧的最后，该芯片上的所有反射镜被同时复位到“OFF”位置。就是说，每个反射镜都被定向到将光线反射回光源的位置。该DMD芯片上的所有反射镜在一次芯片修改的最后被复位到“OFF”这一事实使得该DMD芯片特别适合于用作下面将要说明的3D立体投影系统的一个光阀。
图1表示德州仪器公司生产的、由Larry J.Hornbeck在“From cathode raysto digital micromirrors：A history of electronic projection display technology(从阴极射线到数字微反射镜：电子投影显示技术的历史发展)”(见TITechnical journal，July-September 1998，第40页)中描述的一个典型的单芯片DMD投影仪光学设计100，特此参考编入。在这个设计中，一个椭圆反射镜与聚光透镜102通过色盘104将光线投射到一个集成棒106。一个第二聚光透镜系统108收集从集成棒106射出的光线。两个反射棱镜110与112被用来将这个光线反射到DMD芯片114，该芯片则依次通过投影光学系统116将光线反射到一个观看屏幕(未画)。
图2表示Plus Corporation(Plus公司)使用的另一个DMD投影仪结构200。这个设计的简单之处在于它不采用反射棱镜。在这个设计中，光线从一个椭圆反射镜通过一个色盘204，再被一个聚光透镜系统收集。然后，该光线从一个固定的反射镜208反射到DMD芯片210，由此再按照被显示图像所要求的那样被反射通过投影光学系统212。
图1与图2所代表的设计并非构成一个单芯片DLP投影系统的仅有的可能方法。画出这些图形仅仅是为了示例目的，无论如何它并不限制将这一发明应用到采用一个单独DMD芯片与一个色盘的其他单芯片DLP结构的可能性。
图3表示一个用于单芯片DLP投影系统的三段色盘结构300。这个色盘设计包括一个盘毂302以及一个由三个独立彩色滤光片(红色304、绿色306与蓝色308)构成的半透明区域。采用该三色色盘的DLP投影系统将每个图像分离为三个按时间顺序被显示而且与该色盘上的彩色滤光片相对应的单独颜色分量。在将一个60Hz视频源输入到该投影仪的情况下，该图像被分离为它的红色、绿色及蓝色分量，并被以180Hz的速率显示。
图4表示一个用于单芯片DLP投影系统的四段色盘结构400。除了红色406、绿色408与蓝色410之外，这个色盘设计在色盘404上增加一个透明彩色滤光片402来使该投影仪显示较亮的白色图像。在这种结构中，每个原色(红色、绿色及蓝色)对向相同的角度，而白色部分则对向一个比这些彩色滤光片稍小的角度。
图5表示Clantanoff T.Markandy(克兰坦诺夫·T·马坎迪)与G.Pettitt(佩蒂特)在德州仪器公司网站 www.ti.com/dlp上白皮书部分的“VideoProcessing for DLPTM Display Systems(DLPTM显示系统的视频处理)”中详细描述的DLP投影仪所用的视频处理系统的一个示例方框图，特此参考编入。这个方框图中的信息流为从左向右。在这个示例系统中，一个视频源输入从最左侧加入。视频源502可以是分量、合成、NTSC、Y/C、PAL或者该投影仪被设计得可以接收的任何其他视频格式。前端视频处理块504处理初始条件并解释输入视频信号。在这一块中最重要的步骤是将模拟视频信号转换为数字数据。由于该DMD芯片本身是一个数字设备，所以该投影仪内部的所有视频处理通常都以数字方式进行。另一个重要步骤是视频信号到Y/C或色度/亮度格式的转换。
该视频处理的第二块为插值处理块506。由于DMD芯片设备具有比输入视频数据更高的像素分辨度(譬如，像素宽×高为800×600或1024×768)，所以该视频信号必须以这种更高的分辨度重新采样。此外，由于许多视频格式为“隔行扫描”，即先显示所有奇数行，再显示所有偶数行，所用该信号必须从“隔行扫描”被转换为逐行扫描。逐行扫描意味着在一次单独的扫描中数据按照从上到下(或者相反)的顺序显示。由于该DMD芯片是一个逐行扫描设备，所以必须对该视频信号执行一种逐行扫描处理。因为3D立体图像在视频信号中传输的方式，所以该插值处理块有可能由于该逐行扫描步骤中执行的算法而使在该视频信号中传送的左眼与右眼信息品质下降或失真。对此将在后面更详细地加以说明。
该最后的步骤，即后端处理508，将该视频输入图像或计算机输入图像分离成为适当的彩色空间表达方式。就是说，对图3所示的色盘，该图像被分离为红色、绿色及蓝色分量。对图4所示的色盘，该图像被分离为红色、绿色、蓝色及白色分量。这一步骤的输出是可以由DMD芯片驱动电路510接收的彩色空间图像信息。
双芯片DMD投影系统
在市场上很少有或者没有双芯片DMD投影系统。它的思想是采用两个DMD显示器芯片以及一个两色色盘来显示一个全色图像。这一系统的缺点是由于管理两个DMD显示器与保留一个机械色盘滤色系统而带来的额外复杂性，以及其他问题。
三芯片DMD投影系统
三芯片DMD投影系统在大型市场中日渐流行。它们由一个用来照射3个独立DMD显示芯片的复杂光学棱镜系统构成。这些系统的缺点是多个显示设备的较高价格以及更加复杂的光学系统。优点则包括能够具有更高的亮度以及由于不存在一个机械色盘滤光片而导致的复杂性降低。
现有立体投影系统
其他3D投影系统包括基于微偏振镜(μPol)的投影系统；带有一个Z屏的、基于双投影仪与CRT的投影系统。这些系统中有许多都是本申请的代理人VRex，Inc.或者它的总公司Reveo，Inc.的一项或多项专利或专利申请的主题。
Christie and Barco数字三芯片立体DLPTM投影系统
其他投影系统与Christie and Barco 3D DLP投影系统的缺点在于该投影仪输出与该输入同步。这就意味着，该投影仪显示左、右图像序列的速率与一个输入垂直同步信号相同。结果，为了降低或消除投影图像中的闪烁，该输入图像源必须以很高的帧速率驱动。本发明超越现有系统的一个优点是，该输入帧速率与该输出帧速率可以完全解耦，这样就不再需要产生这种高帧速率图像所需的昂贵的高端计算机设备。
成品微反射镜投影系统
已经发现，有几种品牌的成品DLP投影系统不需要作任何修改就能支持“页面翻动”3D输出。为了用这类投影仪观看立体3D图像，可以使一对液晶光闸眼镜与该视频输入源同步，或者与该RGB计算机输入源同步。这种方案的主要缺点是，该RGB计算机输入的最大输入帧速率通常为85HZ(每只眼睛为42.5Hz)，它没有高得能够避免显而易见的闪烁。对固定在60Hz(每只眼睛30Hz)左右的视频输入也是如此。另一个缺点是，该输出的闪烁速率与该输入数据帧速率有关。
问题
立体成像的基本问题在于，两个透视图像的显示方式应当是它们对一个观看者同时出现，而且每只眼睛只看见相应的透视图像。现在存在许多通过各种不同方法来提供这种立体观看能力的系统。本发明解决的问题是采用一个基于数字微反射镜的光学系统来显示高品质的3D立体图像。此外，本发明提供一种方法与装置来将3D图像从任何输入信号分辨度插值成为该显示器分辩度而不会由于混合左、右透视图像而产生数据讹误。它支持所有主要的立体数据格式。此外，本发明提供一个可以通过三种不同解码方法之一来实现3D图像解码的系统，这三种方法包括无源线性偏振护护目镜、无源圆偏振护目镜、有源光闸眼睛护目镜或基于彩色滤光片的眼镜。在该希望的实施例中，该用户只要改变一个外部滤色组件就可以在任何3D光学编码方法之间进行切换。
微反射镜显示技术(譬如德州仪器公司开发的技术)非常适合于本发明，因为与基于液晶的显示技术，譬如多晶硅、DILATM(数字图像光线放大器)以及LCOS(硅片液晶)相比，它具有快速的切换时间与极低的余辉。这些DMD所固有的性质能以其他3D方法所不能提供的方式来促进立体串扰(左、右透视图之间的可以观察到的光线泄漏)的降低。此外，与其他3D方法不同，本发明允许该3D投影仪以立体及非立体方式运行而不需要进行在两种观看方法之间切换所需的任何实际硬件或软件变动。除了该DMD投影仪的3D效果获得增强之外，本发明的一个方面还具有增强3D投影系统亮度的能力。这个优点是由于在某些色盘变化形式中采用的以及作为一个独立偏振板所使用的胆甾醇型液晶反射涂层
附图说明
图1是现有技术单芯片DMD投影系统的一个第一示例；
图2是现有技术单芯片DMD投影系统的一个第二示例；
图3表示单芯片DMD投影系统的一个三段色盘；
图4表示单芯片DMD投影系统的一个四段色盘；
图5表示单芯片DLP投影仪的一个现有技术DMD投影仪视频处理方框图；
图6表示一个基于DMD的3D投影系统的信号流以及光学系统方框图；
图7表示一个3D数据格式化装置的方框图；
图8表示一个DMD数据格式化装置的方框图；
图9表示采用四段色盘时输入同步帧序3D输入的一幅DMD数据格式化装置曲线(曲线适用于75Hz、80Hz、85Hz输入信号)；
图10表示采用三段色盘时输入同步帧序3D输入的一幅DMD数据格式化装置曲线(曲线适用于72Hz、75Hz、80Hz输入信号)；
图11表示采用一个三段色盘及四帧缓冲器的输入同步彩色顺序3D(曲线适用于72Hz、75Hz、80Hz输入信号)；
图12表示采用一个6段色盘及四帧缓冲器的输入同步彩色顺序3D(曲线适用于72Hz、75Hz、80Hz输入信号)；
图13表示采用一个四段色盘时60Hz输入的输出同步帧序3D格式的一幅DMD格式化装置曲线；
图14表示采用一个四段色盘时120Hz输入的输出同步帧序3D格式的一幅DMD格式化装置曲线；
图15表示采用一个四段色盘时60Hz上下3D输入的输出同步帧序3D格式的一幅DMD格式化装置曲线；
图16表示采用一个三段色盘时120Hz彩色顺序3D输入的输出同步彩色顺序3D格式的一幅DMD格式化设备曲线图；
图17表示一个胆甾醇型液晶反射圆偏振红色滤光片(白色、绿色及蓝色与此类似)；
图18表示一个CLC滤光片/圆偏振镜的色谱响应；
图19表示一个三段色盘类型CW-A；
图20表示一个三段色盘类型CW-B；
图21表示一个六段色盘类型CW-C；
图22表示一个六段色盘类型CW-D；
图23表示一个六段色盘类型CW-E；
图24表示一个四段色盘类型CW-F；
图25表示一个四段色盘类型CW-G；
图26表示一个八段色盘类型CW-H；
图27表示一个八段色盘类型CW-I；
图28表示一个八段色盘类型CW-J；
图29表示无外加端电压的一个液晶旋转器；
图30表示没有外加端电压的一个液晶旋转器；
图31表示一个基于DMD的立体3D投影仪，3D光学配置为A、B、H、I、K、M、N、S、U与W；
图32表示一个基于DMD的立体3D投影仪，3D光学配置为C与O；
图33表示一个基于DMD的立体3D投影仪，3D光学配置为D与P；
图34表示一个基于DMD的立体3D投影仪，3D光学配置为E与Q；
图35表示一个基于DMD的立体3D投影仪，3D光学配置为F、G、J、L、R、T与V；
图36表示无源3D眼镜(线性或圆偏振)；
图37表示一个典型LC光闸运行的一幅示意图(光闸让光线通过)；
图38表示立体显像中LC光闸眼镜的使用；以及
图39表示解码彩色顺序3D格式使用的护目镜所用的一个可切换彩色滤光片的一幅概念示意图。
发明内容
一个基于数字微反射镜设备的3D投影系统具有3D数据系统，它将3D图像耦合到彩色系统及数字微反射镜显示设备的电气输入；以及3D光学系统，它将光源的输出通过光学通路耦合到显示器媒体，该光学通路包括上述数字微反射镜显示器设备、3D光学编码器以及投影仪光学系统；其中，上述3D投影系统将3D图像显示到上述显示器媒体。该数据系统包括至少一个前端处理部分、3D格式化装置、数字微反射镜设备数据格式化装置以及数字微反射镜显示器设备。这种3D数据系统向彩色系统及3D编码器提供彩色系统控制信号，而且向上述数字微反射镜显示器设备提供数字微反射镜显示数据。
该系统具有一个前端处理，它包括该输入数据的模数转换、该数据亮度对色度的分离、该数据的色度解调、该数据的彩色空间转换、该数据的去γ过程以及该数据的误差分散。
该3D数据格式化装置包括4∶2的RGB输入数据开关/路由器，它被连接到两个视频处理器，每个处理器与存储器系统相连，微控制器被连接到该4∶2的RGB输入数据开关/路由器、连接到这些视频处理器以及连接到2∶2的RGB输出数据开关路由器，而且每个视频处理器的输出被连接到该2∶2的RGB输出数据开关路由器。该数字微反射镜设备数据格式化装置包括双端口存储器控制器，它被连接到存储器、数字微反射镜数据转换器以及微控制器。该数字微反射镜数据转换器提供输出数字微反射镜设备数据，而且该微控制器向该双端口存储器控制器、该数字存储器设备数据转换器以及色盘控制器提供控制信号，而且提供3D场信号。
该数字微反射镜显示器设备是微型机电系统，它具有在一块CMOS存储器片基上制造的双稳反射镜阵列。该显示器设备根据由该数字微反射镜设备数据控制的上述反射镜的运动来调制输入光线。
该3D投影系统的光学系统包括一个子系统，该子系统包含灯泡、聚光系统以及将光线耦合到彩色系统的集成光学系统。该彩色系统有选择性地传送至少包含三原色的光线。该数字微反射镜显示器设备有选择性地传送选定彩色信息的若干像素。3D编码器系统被放置在上述3D投影仪系统的光路的三个位置中的一处。投影光学系统将上述3D图像传送到显示器媒体，3D光学解码器系统从该3D图像中选择左图像与右图像以供采用该3D光学解码器的观察者使用。
该彩色系统是带有彩色滤光片的色盘。有10种色盘可以被用于这里所述的3D投影仪系统。
该数字微反射镜显示器设备包括微型机电系统，该系统具有在一块CMOS存储器片基上制造的双稳反射镜阵列，其中上述显示器设备根据由数字反射镜设备数据控制的上述反射镜的运动来调制输入的光线。
该第一3D编码器的位置在上述集成光学系统与该数字微反射镜显示器设备之间，而且包括用于对3D图像编码以供传输的方法，上述方法选自如下一组方法：线性偏振、圆偏振、彩色顺序编码以及时序编码。
该第二3D编码器的位置在上述数字微反射镜显示器设备与上述投影仪光学系统之间，而且包括用于对3D图像编码以供传输的方法，上述方法选自如下一组方法：线性偏振、圆偏振、彩色顺序编码以及时序编码。
该第三3D编码器的位置在上述投影仪光学系统与物理包含在上述投影仪内部或安装在其外部的显示器媒体之间，而且包括用于对3D图像编码以供传输的方法，上述方法选自如下一组方法：线性偏振、圆偏振、彩色顺序编码以及时序编码。该3D光学解码器包括带有有源元件与无源元件的护目镜。
将基于数字微反射镜设备的2D投影系统转变为基于微反射镜设备的3D投影系统的方法包括安装3D数据格式化装置；安装数字微反射镜设备数据格式化装置；有选择性地用按照3D进行格式化的色盘替换现有的色盘；以及在上述系统的光学通路的三个位置之一处安装3D光学编码器系统。
具体实施方式
图6是本发明的一个代表性系统方框图600。该方框图既显示了该系统的数据流，也显示了该系统的光学图像流。该光学图像流用术语“光线”表示，除了该光线流的下部外，它均在垂直方向流动。数据流被表示成从图形左侧开始向右侧行进的水平通道。从该例图的左上区开始，该方框图显示了四个单独的输入；两个用于RGB(计算机)602与604，两个用于视频606与608。也可以采用其他输入类型。对这些视频输入，可以实施合成、S视频或分量这三种视频格式中的任何一种或全部。为了适应最广泛的可能输入，该希望的实施例提供总共8种独立的输入，包括左、右RGB，左、右合成视频，左、右S视频以及左、右分量视频。
为了适应这样的输入数量，每个前端视频处理块614与615能够支持三种独立的格式，包括合成视频、S视频以及分量视频。许多调制解调器视频解码器芯片支持这一层次的功能。这些前端视频处理块还处理这些输入视频信号的模数转换(ADC)。不管该输入格式如何，该3D图像前端RGB或视频处理块的输出都是该所选输入的一种数字形式。该数字信号可以根据价格性能需求而采用任何标准数字视频数据格式，包括YUV 4∶2∶2、24位RGB、48位RGB等等。该输入图像数据的3D格式可以采用任何标准形式。对视频输入信号，该3D格式通常是场序3D(左、右图像数据按照该视频信号的交替场来传输)或双输入3D(左、右图像数据按照两个物理分离的输入连接器传输)。前端RGB或视频处理块610、612、614或616的其他功能包括增益控制、彩色与亮度控制、视频格式解码(NTSC、PAL、SECAM等等)以及与视频信号解码有关的其他特性。
前端RGB处理块610与612各支持三个独立彩色信道(红色、绿色与蓝色)的输入，并支持两个同步信号(垂直与水平)。每个前端处理块被用来将一个模拟视频信号或计算机信号转换为一种标准化的数字格式。在该希望的实施例中，所有模拟输入都被转换为24位RGBHVC(红色、绿色、蓝色、水平同步、垂直同步及像素时钟)数字格式。也可以选择许多其他数字格式，这取决于价格性能因素。对计算机RGB输入存在范围广泛的3D格式，包括页面翻动(左、右图像数据被按照一个单独物理信道中交替的视频帧传输)、上下格式(左、右图像数据按照到一个物理信道中一个单独视频帧的上半部与下半部传输)、并列格式(左、右图像数据按照一个物理信道中一个单独视频帧的左半部与右半部传输)、隔行格式(左、右图像数据按照一个物理信道中一个单独视频帧的间隔的行传输)、隔列格式(左、右图像数据按照一个物理信道中一个单独视频帧的间隔的行传输)、以及双输入格式(左、右图像数据按照两个物理分离的信道传输)。
3D数据格式化装置块618执行几种主要功能，包括输入信道选择、立体多路分解、立体图像标定、扫描速率转换以及立体3D格式转换。该3D数据格式化装置根据输入选择的设定值决定究竟选择四个输入信道中的哪一个来用于3D立体输入。通常一次只选择一个或两个信道，这取决于输入的是哪种3D格式。然后，该3D格式化装置将3D立体数据多路分解或分离到两个独立的图像处理信道。执行这个能够使该左透视图像数据与右透视图像数据被分别处理的分离步骤是极为重要的。将这些信道一道作为一个数据帧来处理将会在该图像标定与扫描转换过程中造成该数据的讹误。然后，该3D数据格式化装置618执行一种图像标定操作来将该图像分辩度调节到该DMD数据格式化装置需要的分辩度。通常该分辩度对应于该DMD显示器的固有分辩度，但在某些情况下也可以不同。根据与该DMD数据格式化装置通信所选的数据格式，该3D数据格式化装置可以执行该图像数据的一种扫描转换。如果该输出数据格式是输入同步的，那么就不执行扫描转换。这种情况属于该输入数据信号帧速率控制该内部数据帧速率的情况以及该3D输出速率直接受该输入信号控制的情况。如果该输出数据格式是输出同步的，那么就执行一种扫描转换来使该处理后的3D图像与该投影仪光学输出帧速率同步。在这种情况下，该投影仪的3D输出速率与该输入信号帧速率完全无关。两种方法各有优缺点。最后，3D数据格式化装置618执行一种3D立体格式转换来将该处理后的立体图像数据重新组合成DMD数据格式化装置620所需要的格式。这个数据输出的3D格式有许多可能性，这取决于几个因素，这些因素包括用来实现DMD数据格式化装置620的方法、用来显示3D图像数据的方法以及用来对该左、右透视图像进行光学编码的方法。
DMD数据格式化装置620的主要目的是将已经处理的、具有RGBHVC格式的3D立体图像数据转换为驱动DMD显示器622所需的、具有所选3D显示格式的数据与控制信号。一个第二目的是控制驱动该色盘彩色滤光片的彩色管理系统。一个第三目的是提供一个3D场信号输出来使该3D编码器系统与该3D图像数据显示器同步。根据所选3D编码方法与3D显示格式的不同，实施该DMD数据格式化装置的方法与设备有许多变化形式。究竟选择哪种方法来使用则取决于希望的应用场合以及价格性能因素。
DMD显示器622将数字电子数据编码为一个光学图像。它包含几十万个能反射光线使其穿过投影透镜系统或者返回该发光设备的双稳精微反射镜。灰色调图像通过独立反射镜像素的脉宽调制来获得。这些反射镜变化的速度在数量级上比基于液晶的显示器快，这就使得该DMD显示器完全能与时序3D显示器系统一道使用。本发明所需的DMD显示器与当前投影工业所用的显示器没有根本区别。于此，可以结束本发明的数据流方面的总体概述。
我们现在转而描述本发明的光学图像流。从图6的右上角开始，灯泡与聚光集成光学系统块624代表为该投影系统的其他部分产生与收集光线的所有电气及光学部件。这个块与当前使用的现有光线发生系统没有根本区别。
彩色系统及3D编码器位置A块626包括一个旋转色盘，根据所选的3D编码方法不同，还可以包括一个或多个有助于对3D立体图像进行光学编码的光学部件。该彩色系统的主要责任是将该灯泡光学系统发出的光线顺序滤色为三个或四个单独的颜色。该彩色系统的一个第二目的是促使该光线发生偏振以供在对3D图像光学编码中使用。该3D编码器系统通过几种方法之一对3D图像进行光学编码以便传输给该观看者，这几种方法包括线性偏振、圆偏振、彩色顺序编码以及时序编码。该3D编码器系统的部件可以物理上安置在几个位置中的一处，图中标为位置A 626、位置B 628以及位置C 630。位置的选择取决于实现该3D编码器系统所用的方法。实现该彩色系统及该3D编码器系统有许多可能性。在某些情况下，这两个系统完全分离，在其他情况下，它们紧密交织在一起。后面将详细讨论各种选择方案及可能性。
该光学通路中的下一个部件是DMD显示器622。对这个块的数据方面前面已经讨论。从光学方面来看，DMD显示器622包括实际的DMD显示器芯片以及将光线反射到该显示器芯片或使光线反射离开该显示器芯片所需的任何光学系统。如前所述，该DMD显示器以及它的光学系统与投影工业当前使用的显示器没有根本区别。实际上，当前使用的任何单芯片DMD显示器系统都可以被用于本发明。
3D编码器位置B块628代表该DMD显示器与该投影光学系统之间的、放置该3D编码器之部分或全部的一个实际位置。位置B位于该投影仪外壳内部。
投影光学系统块632包括投影透镜、聚焦系统、变焦系统，如果有的话，还包括光学梯形畸变校正，它们被用来投影由该DMD显示器块显示的图像。这个系统与今天使用的任何系统没有根本区别。投影光学系统的选择取决于所用的DMD显示器以及其他价格性能因素，还取决于希望的应用场合。
3D编码器位置C块630代表刚好在该投影光学系统之外的、放置该3D编码器之部分或全部的一个物理位置。位置C位于该投影仪外壳的外部。这种结构的优点是该编码系统光学系统可以被设计得能在希望的使用方法及应用场合需要时被撤除。
显示器媒体634仅仅是显示该图像的一块屏幕(前屏幕或后屏幕)。如果对3D编码采用了任何一种偏振方法，那么显示器媒体634必须有能力将偏振光反射到或传输给该观看者。
3D光学解码器块636代表可以用来解码光学3D图像数据以便向该观看者的适当的眼睛显示的各种装置中的任何一种。这些装置通常包括该观看者必须佩戴的某些类型的护目镜。可选的护目镜包括无源线性偏光眼镜、无源环形偏光眼镜、有源液晶光闸眼镜以及有源彩色滤光片眼镜。
3D数据格式化装置
3D数据格式化装置概述
3D数据格式化装置618执行五种主要功能，包括输入信道选择、立体多路分解、立体图像标定、扫描速率转换以及立体3D格式转换。这些功能在该希望实施例中通过图7所示的系统来实现。3D数据格式化装置块700由5个主要部件构成，包括一个微控制器单元702、一个四输入两输出的RGB输入数据开关/路由器系统704、一个两输入两输出的RGB输出数据开关/路由器系统706以及两个与存储器712及714相连的分离的视频处理单元708与710。该3D数据格式化装置系统最显著的特点是能够对左、右透视图像数据独立进行图像处理的双视频处理器结构。分离的图像处理器是一个重要的特点，也是本发明与其他现有技术投影系统的主要区别。该双处理器结构提供能够获得的最高图像品质，同时通过保持左、右图像数据完全分离来防止立体效果退化。
4对2的RGB输入数据开关/路由器系统704实质上是能根据该输入信号的3D格式而将任何输入传送到一个或两个输出的、用于RGBHVC数据信号的一个矩阵开关。譬如说，在输入信道A 718同时包含左、右透视图像数据的情况下，该输入开关会将输入信道A 718传送到两个输出以便由这些视频处理器进一步处理。在该左、右透视图像数据由两个独立信道传输的情况下，以信道A 718与信道B 720为例，每个输入都被传送到一个单独的输出。在该希望的实施例中，这个开关采用一个高速CPLD集成电路来实现。
两个视频处理器块708与710是能够执行许多有用功能的复杂视频处理电路，这些功能包括图像大小调整、扫描速率转换、彩色校正以及梯形畸变校正。这些处理器能够控制多达四个独立的连续输入图像数据帧以及多达四个独立的输出数据帧在存储器中的位置。这些特点使每个视频处理器能够操作一个与左或右透视图像对应的特定图像数据集合。在与该输入数据开关/路由器一道工作时，实际上可以适应任何3D立体数据格式。一旦通过输入帧控制分离出该合适的图像数据集合，每个视频处理器就会执行需要的标定以及图像增强操作。视频处理器块708与710也被用作双端口存储器控制。这就是说，该输出数据速率可以与该输入数据速率无关。输入及输出数据速率由水平同步、垂直同步以及像素时钟信号来确定。该希望的实施例采用由iChips，Inc.生产的两个IP00C711芯片作为这些视频处理器块。也可以采用其他具有类似功能与特性的视频处理器集成电路芯片。在该希望的实施例中使用的存储器块是16兆位SDRAM设备。为每个与这种四帧控制相应的视频处理器提供了足够的存储器来容纳四个完全的帧缓冲器。这种结构提供了这个系统所需的最大限度的控制及灵活性。
2对2的RGB输出数据开关/路由器系统716是能以任何可能的组合将任何一个输入传送到任何一个输出的另一个RGBHVC数字矩阵开关。它还能够将与这两个输入信道相关的任何彩色数据传送到这两个输出信道的任何彩色位置。这个特性允许对3D编码采用彩色顺序方法。这个开关与两个视频处理器块708与710一道工作来实现可以被用来向DMD数据格式化装置块700传输的所有可能的3D数据格式。在该希望的实施例中，每个视频处理器块708与710的输出是一个24位RGB信号，红色、绿色与蓝色每种颜色各8位。为了适应该彩色多路传输特性，开关714能够将任何颜色输入传送到任何其他颜色输出。所以，开关714实际上是一个供8位数字信号使用的6输入6输出矩阵开关。在该希望的实施例中，这个开关采用一个高速CPLD集成电路来实现。
微控制器块702执行该3D数据格式化装置的设置与控制功能。它采用一个EEPROM存储器710与714来为每个视频处理器块及数据开关储存寄存器设定值。它也是与该投影系统的用户控制功能之间的界面，并能根据用户输入重新组态寄存器设定值。
3D数据格式化装置输入变化形式
在本发明的希望实施例中，3D数据格式化装置700提供一种方法与设备来适应从各种来源获得的众多的3D格式。存在许多不同的、3D内容供应商用来将3D图像数据编码成视频或计算机数据格式的方法。每种主要3D格式都得到支持以便提供最广泛的可能应用。下面描述本发明所支持的主要3D格式。而且也描述输入开关704及两个视频处理器块708与710的具有代表性的结构。
双信道3D格式输入
双信道3D格式涉及左、右透视立体图像在物理上分离的信道中的传输。当两个独立的视频摄像机被组合成为一个单独的立体摄像机时就采用这个格式。设定该输入数据开关将每个输入信道传送到一个单独的分离视频处理器708与710，本发明就能适应双信道3D格式。举例来说，如果在输入信道C 722与输入信道D 724中有两个视频源，那么就将信道C 722传送到视频处理器A 708，而将信道D 724传送到视频处理器B 724。当然也可以采用其他组合。本发明由于采用两个独立的视频处理器而产生的另一个主要特点是，双信道3D格式的两个信道可以彼此独立地进行同步。这个能力来自如下事实，即每个视频处理器输入可以被独立驱动。这两个信道在这些视频处理器块的输出端达到同步。
单信道帧序3D格式输入
单信道3D格式试图在一个单独的物理信道上多路传输左、右透视立体图像。存在许多用于实现这一任务的不同方法。帧序3D格式根据一个计算机数据输出的垂直同步信号来按时间多路传输该立体图像数据。这就意味着，该3D场在每个垂直同步脉冲处都发生变化。本发明用来多路分解这个格式的一种方法是将该选定的输入信道传送到两个视频处理器块。然后将视频处理器A 708设置成只处理图像数据的“偶数”帧，而将视频处理器B 710设置成只处理图像数据的“奇数”帧。采用术语“奇数”与“偶数”只是为了方便，因为一台计算机的RGB端口并不区分奇、偶图像数据帧。但是，在该计算机支持一个VESA标准立体插孔的情况下，可以从该端口的帧ID信号得出奇、偶帧的定义。
单信道场序3D格式输入
场序3D格式与帧序格式非常相似，但被应用于视频信号而不用于计算机RGB信号。在这种情况下，该选定的信道与上一种情况一样被传送到两个视频处理器708与710。由于许多视频格式(譬如NTSC、PAL)区分视频数据中每个帧的偶场与奇场，所以视频处理器块708与710就能够只处理每个视频帧的偶场或奇场。
单信道隔行3D格式输入
隔行3D格式是另一种根据该水平同步信号来多路传输立体图像数据的RGB计算机格式。它构成一种逐行多路传输模式。本发明用来多路分解该隔行3D格式的几种方法之一是将该单个输入传送到两个视频处理器708与710，然后设置每个视频处理器的存储器控制寄存器710与714使得只有奇数行或只有偶数行可被处理。另一种方法是设置输入数据开关704，按照取消不需要处理的行的方式将该选定的输入信道传送到两个视频处理器708与710。譬如说，如果视频处理器A 708要操作根据这些偶数行编码的信息，那么输入数据开关704就会取消这些奇数行。不管采用什么方法来多路分解这些隔行格式图像，每个视频处理器708与710都会在该垂直方向上采用一个基准比例因子2来将这些图像恢复为完全高度。也可以采用其他比例因子来将该所得图像格式化成该显示器的固有分辩度。
单信道上下(over-under)3D格式输入
上下3D格式将左、右立体图像数据编码到每个图像帧的上、下半部。举例来说，一种上下方法在每个图像帧的上半部对右透视图数据编码，而在下半部对左透视图数据编码。本发明用来多路分解上下3D格式数据的多种方法之一是将该选定的输入传送到两个视频处理器，然后设置存储器控制寄存器714与710，使得视频处理器A 708只操作每个帧的上半部，而视频处理器B 710只操作每个帧的下半部。最后，每个视频处理器708与710都会在该垂直方向上采用一个基准因子2来将这些图像恢复成为完全高度。也可以采用其他比例因子来将该所得图像格式化成该显示器的固有分辩度。
单信道并列3D格式输入
并列3D格式在每个图像帧的左、右侧对左、右透视图像数据编码。正如前面的情况所示，本发明用来多路分解这一格式的立体信息的一种方法是将该选定的信道传送到两个视频处理器。然后设置每个视频处理器的存储器控制寄存器，使得视频处理器A 708只操作每个帧的左侧，而视频处理器B 710只操作每个帧的右侧。与前面所述的单信道格式类似，每个视频处理器将在该水平方向上采用一个基准比例因子2来将这些图像恢复成为完全宽度，并维持适当的画面长宽比。也可以采用其他比例因子来将该所得图像格式化成该显示器的固有分辩度。
单信道隔列3D格式输入
隔列3D格式将该左、右透视图像数据编码到该图像帧中间隔的列。这个格式相当于该3D场对每个像素时钟脉冲发生一次变化。正如前面的情况所示，本发明提供几种用来多路分解这类3D格式的可选方法，包括取消输入像素时钟上的数据列，或者将该选定信道传送到两个视频处理器，然后设置存储器控制寄存器，使得只有偶数或奇数列接受处理。
3D数据格式化装置输出变化形式
正如该3D数据格式化装置能够接收许多不同格式的3D数据一样，它也能够根据所用的3D光学编码方法而以许多不同的格式之一来传输处理后的3D数据。对本发明的任何示例，通常只采用许多可用的3D光学编码方法中的一种来构造一个基于这一系统的3D投影系统。然而可以想象，在某些情况下，一个单独的投影系统中可以根据应用场合不同而实施两种或更多种3D编码方法。为提供更为广泛的应用范围，本发明的希望实施例提供了一种方法与设备来实施所有如下的3D数据格式以便将来自该3D数据格式化装置的3D立体信息传输到该DMD数据格式化装置。
· 帧序3D格式：将左、右透视图像数据编码到该输出的交替的帧。
· 上下3D格式：通过在每个帧的上半部对一个透视图像编码并在下半部对另一个透视图像编码从而在一个单独图像帧中对左、右透视图像数据编码。
· 并列3D格式：通过在每个帧的左侧对一个透视图像编码并在右侧对另一个透视图像编码从而在一个单独图像帧中对左、右透视图像数据编码。
· 隔行3D格式：通过在每个帧的偶数行对一个透视图像编码并在奇数行对另一个透视图像编码从而在一个单独图像帧中对左、右透视图像数据编码。
· 隔列3D格式：通过在每个帧的偶数列对一个透视图像编码并在奇数列对另一个透视图像编码从而在一个单独图像帧中对左、右透视图像数据编码。
· 双帧彩色多路传输格式：通过彩色多路传输在两个输出图像帧中对左、右透视图像数据编码。譬如说，这种格式的一个可能实现方法是对该右侧图像的红色、蓝色位置编码并对左侧图像的绿色位置编码成为该第一帧，然后对该左侧图像的红色、蓝色位置编码并对右侧图像的绿色位置编码成为该第二帧。
· 双信道3D格式：在两个物理上分离的传输信道中对左、右透视图像数据编码。
此外，这些3D数据传输格式中的每一个都可以被用于输入同步模式或输出同步模式。输入同步模式意味着，图7所示的3D数据格式化装置700与图8所示的DMD数据格式化装置800之间的数据传输按照输入到该投影仪的外部3D信号同步。结果，该输入信号决定了该投影仪显示3D图像的速率。如果该输入信号的速率太低(通常低于90Hz)，那么该投影仪显示的3D图像就会有明显的闪烁。输出同步模式意味着，图7所示的3D数据格式化装置700与图8所示的DMD数据格式化装置800之间的数据传输同步与该外部3D输入信号无关。该输出同步速率在内部按照该投影系统设置，它被设置到一个足以避免闪烁问题的水平。本发明同时提供这两种方法，因为两种方法各有优缺点。选择一种方法而不选另一种方法，这取决于最终产品预定的用途与应用场合。
3D数据格式化装置700支持的输入与输出3D格式的完整清单如表1所示。
表1 3D数据格式化装置支持的输入与输出格式清单
3D输入 3D输出
双信道格式 输入同步帧序格式
帧序格式 输入同步上下格式
场序格式 输入同步并列格式
隔行格式 输入同步隔行格式
上下格式 输入同步隔列格式
并列格式 输入同步双帧彩色多路传输格式
隔列格式 输入同步双信道格式
输出同步帧序格式
输出同步上下格式
输出同步并列格式
输出同步隔行格式
输出同步隔列格式
输出同步双帧彩色多路传输格式
输出同步双信道格式
DMD数据格式化装置
DMD数据格式化装置概述
图8所示的DMD数据格式化装置800的主要目的是将经过处理的、具有RGBHVC格式的3D立体图像数据转变为DMD显示器芯片622所需的数据格式以便正常运行。DMD数据格式化装置800还为彩色管理系统(包括该旋转色盘彩色滤光片)以及3D编码器/解码器系统626、628以及630提供控制信号。DMD数据格式化装置800包括四个主要部件：一个双端口存储器控制器802、一个DMD数据转换器804、一个微控制器806以及一个色盘控制器808。
该DMD数据格式化装置按照上述预定义的3D格式中的一种格式从该3D数据格式化装置接收3D数据。该双端口存储器控制器接收RGB数据并按照由该微控制器设定的方式将它写入存储器。对本发明的任何示例，通常只采用一种“写入”方法。该双端口存储器系统(包括该双端口存储器控制器以及存储器本身)可以根据价格性能因素的需要而包括一个单帧缓冲器、一个双帧缓冲器或一个四帧缓冲器。该希望的实施例实行一个双帧缓冲器系统。对定时输入数据的实现存在3种主要的选择方案，包括60Hz输出同步、120Hz输出同步以及可变速率输入同步。下面介绍各种实现方法以及它们的意义。
该DMD数据转换器从该双端口存储器读入数据，并对其重新格式化以供显示。由于该单芯片DMD投影系统采用一个旋转色盘来顺序构造一个全色图像，所以该DMD数据转换器访问该双端口存储器系统中数据的速率要比数据被写入的速率快得多。该DMD数据转换器访问数据的准确方式由该彩色管理系统以及该3D编码系统确定。
色盘控制器808根据数据被传输到DMD显示器622的速率来控制色盘旋转的速率。旋转速率随该输入的帧速率以及该投影仪究竟工作在输入同步模式还是输出同步模式而变。
微控制器806根据该输入的3D格式、该彩色管理模式以及该3D编码方法来为双端口存储器系统802与810、DMD数据转换器804以及色盘控制器808设定寄存器数值。微控制器806还设定该3D编码及解码系统所用的3D场信号。
DMD数据格式化装置输出方法(3D显示方法)
由于本发明是根据采用一个单DMD芯片来实现的，所以用于3D立体图像显示的所有方法均涉及时序光学编码。DMD显示器芯片622由于它的低反应时间与极快的切换时间而非常适合基于时序的编码。DMD数据格式化装置804的输出有四个等同的主要类型，它们直接与整个投影系统的3D显示方法相对应。这些输出类型包括输入同步帧序3D输出、输入同步彩色顺序3D输出、输出同步帧序3D输出以及输出同步彩色顺序3D输出。下面将更为详细地说明这四种主要输出类型中的每一种。
输入同步帧序3D
术语“输入同步帧序3D输出”是指该投影仪的3D场速率(在左、右透视图像之间的切换速率)由输入信号帧速率确定，而且每个3D场由一个全色左、右透视图像构成。根据这个说明，乍看起来该色盘似乎也应当按照与该输入信号相同的速率旋转。但是，由于该色盘包含三种或四种不同类型的滤光片(红色、绿色、蓝色与/或白色)，而且由于任何两种彩色之间的相对强度会根据需要显示的图像不同而有巨大差别，所以对帧速率太低的输入信号，可能存在能够观察到的投影仪闪烁。为了解决这一问题，单像管DMD投影仪制造商将色盘旋转速率加快到该输入数据帧速率的两倍，以使这些滤光片的改变速率超出人眼的察觉能力。然而，由于色盘可以旋转的速率有一定的限制，所以单像管投影仪要色盘转动不止一圈才可以显示一个输入数据帧。这种解决方案使色盘速率变高而不使DMD格式化装置800与彩色管理系统负担过重。本发明对输入同步3D输出必须采用一种类似的技术。
为了说明这类3D输出，图9画出两幅曲线图900来演示DMD数据格式化装置800与DMD显示器622及一个四段色盘一道运行来显示输入同步帧序3D输出的一种方法。该曲线也表示了来自该3D数据格式化装置的输入同步帧序数据传输。上方的曲线图902(标记为“DMD格式化装置帧缓冲器图”)代表DMD数据格式化装置800的双端口存储器系统的运行情况。在这种情况下，该双端口存储器采用一个双帧缓冲器来实现。帧缓冲器904顶部的输入线代表DMD数据格式化装置双端口存储器802与810的3D数据输入。灰色框表示左图像数据，而白色框表示右图像数据。该帧缓冲器图的y轴代表存储器中的位置，而x轴代表时间。虚线表示写入该存储器的数据，实线表示从该存储器读出的数据。最后，该DMD格式化装置帧缓冲器图的输出线906代表传输到该DMD显示器的数据的3D格式。
下方曲线图(“图像输出图”)表示复合DMD显示器/彩色管理系统的输入输出关系。标记有颜色名称(譬如红色、绿色、蓝色)的行代表色盘的角位置，在y轴上的范围为0°至360°。该曲线图的这个区域内的粗实线表示该色盘的位置。x轴表示经过的时间。该输出行表示复合DMD显示器/彩色管理系统的实际光学输出。L代表左眼透视数据，R代表右眼透视数据。最后，该输出行下的黑色与白色长方形框重复表示3D输出帧的顺序。
图中两个曲线图在时间上彼此对应。从时刻0开始，我们看到数据以输入帧速率的6倍被读入(每个输入帧有6个锯齿脉冲)。这表示第一左透视图像的红色图像数据被传输到该DMD显示器。在该投影仪输出处的结果(该下方图形的输入输出行)是该左透视图像的红色部分。注意，该数据从帧缓冲器1读出，而新数据则同时写入帧缓冲器0。在下一帧(一个左透视图像)，数据被写入帧缓冲器1，同时数据从帧缓冲器0读出以供显示。这就是双帧缓冲器结构的基本运行情况。
实际上，这里不是将该色盘的旋转速率加倍来防止彩色闪烁，而是调节该色盘速率使得最接近的颜色边界与该输入的一个帧边界重合。在图9所示的简化情况下，该色盘被划分为红色、绿色、蓝色与白色滤光片的四个相等的段。实际上，该白色滤光片可以比其他滤光片小。在该希望的实施例中，该色盘以120Hz的一个标称速率旋转，结果颜色转换速率为4乘120Hz，或者说480Hz。现在举例说，假设该输入帧速率为75Hz。将该颜色转换速率除以该输入频率并舍入到最接近的整数，就得到每个输入帧期间的颜色时间周期总数。在这个情况下，480Hz被75Hz除等于6.4。舍入到最接近的整数得到6。所以，如果我们改变该色盘的速率使得每个输入数据帧内发生6次完整的滤光片转换，那么就可以获得希望的页面翻动输出，而同时使可以感觉到的彩色闪烁最小。该需要的色盘频率可以通过将该输入帧速率(75Hz)乘以颜色时间周期数的计算值6，然后再除以色盘上的颜色数4。结果得到色盘速率112.5Hz。表2表示采用一个四段色盘时通过计算得到的色盘旋转速率、每个输入帧的颜色转换次数以及对各种输入刷新速率的颜色转换速率。
表2 四段色盘的输入同步帧序3D色盘速率
 输入帧速率  色盘速率(Hz)  每个输入帧的颜色转换次数  颜色转换速率(Hz)
 60  120  8  480
 72  126  7  504
 75  112.5  6  450
 80  120  6  480
 85  127.5  6  510
 90  112.5  5  450
 100  125  5  500
 110  110  4  440
 120  120  4  480
图10表示如上所述的相同的曲线集合，但是采用一个三段色盘系统来代替该四段色盘系统。表3列出采用相同的输入同步帧序3D格式算得的对一个三段色盘系统的色盘旋转速率、每帧的颜色转换次数以及颜色转换速率。
表3三段色盘的输入同步帧序3D色盘速率
输入帧速率 色盘速率  每个输入帧的颜色转换次数  颜色转换速率(Hz)
 60  120  6  360
 72  120  5  360
 75  125  5  375
 80  133.33  5  400
 85  113.33  4  340
 90  120  4  360
 100  133.33  4  400
 110  110  3  330
 120  120  3  360
输入同步彩色顺序3D
术语“输入同步彩色顺序3D输出”表示该投影仪的3D场速率(在左、右透视图像之间的切换速率)由输入信号帧速率确定，而且每个3D场包括该左、右透视图像的一个单色。这种输出系统的优点是，尽管该3D场速率取决于该输入，但是由于该切换按照与颜色转换速率相同的速率进行，所以能够保证无闪烁运行。从表2可见，对该四段色盘而言，这个速率根据该输入帧速率的不同在440Hz至510Hz之间变化，而表3表明该速率在330Hz至400Hz之间变化。
能够用来实现输入同步彩色顺序输出的DMD数据格式化装置与彩色管理系统可以有许多变化形式。图11表示这样一种变化形式的输出格式曲线图。在这种情况下，该DMD数据格式化装置双端口存储器系统采用一个四帧缓冲器来实现。来自该3D数据格式化装置的输入具有该输入同步帧序格式。从该DMD格式化装置帧缓冲器图可见，输入数据帧按顺序被写入帧缓冲器0至帧缓冲器3。这一操作使帧缓冲器0与2只包含右透视数据，而帧缓冲器2与3只包含左透视数据。DMD数据格式化装置输出被从该存储器中以完全不同的格式读出。在这种情况下，数据如图所示从一对帧缓冲器中读出。从该第一个左输入帧的中间开始，该输出被从帧缓冲器0取出，再从帧缓冲器1取出。总共重复这个循环5次，然后从帧缓冲器2、再从帧缓冲器3取出该输出。对该输出进行计时，以使得图像数据在写入后的最快可能时刻被读出而不引起图像跳动错误。在这种情况下，该输出被延迟1.5个输入帧。在每次颜色切换时，该所得的DMD数据格式化装置输出在左、右透视图像数据之间切换，如该帧缓冲器图的输出线所示。图中下方的曲线图表示彩色顺序输出的三段色盘图。该下方曲线图中的输出线代表该投影系统的实际输出。在这种情况下，该顺序是红-右、绿-左、蓝-右、红-左、绿-右、蓝-左。这样，通过该色盘的两次完整旋转，就构成两个完整的全色透视图像。彩色顺序格式的这种形式被称为交变彩色。
图12表示可以用来实现输入同步彩色顺序3D输出的另一种方法的输出格式曲线图。在这种情况下，该彩色顺序子格式被称为“倍色”，因为每个颜色被重复两次，一次是对右透视图像，一次是对左透视图像。这种结构的另一个特点是，该色盘由六段构成，而不是三段。从该下方曲线我们可以看出，每个彩色滤光片被分为与左、右透视图像对应的两个分离的区域。后面将会更为详细地讨论这种色盘结构。从所有其他方面来看，这种结构的运行与前一个结构相同，它采用一个四帧缓冲器来实现该DMD数据格式化装置的双端口存储器。数据转移到该缓冲器及从该缓冲器转移出的过程与前述的情况完全一样。应当注意，还有许多其他的可能实现方法。
除了这里介绍的两个示例外，还存在其他实现该输入同步彩色顺序方法的可能方法。这些方法包括基于六段及八段色盘的其他方法。表4是所有3D显示器输出格式的一份完整清单。
表4 3D显示器格式
序号  3D显示方法 同步方法 格式 子格式 色盘结构
1  ISFSPF3 输入(可变) 帧序 页面翻动 3段
2  ISFSPF4 输入(可变) 帧序 页面翻动 4段
3  ISFSPF6 输入(可变) 帧序 页面翻动 6段
4  ISFSPF8 输入(可变) 帧序 页面翻动 8段
5  ISCSAC3 输入(可变) 彩色顺序 交变彩色 3段
6  ISCSAC6 输入(可变) 彩色顺序 交变彩色 6段
7  ISCSAC8 输入(可变) 彩色顺序 交变彩色 8段
8  ISCSDC6 输入(可变) 彩色顺序 倍色 6段
9  ISCSDC8 输入(可变) 彩色顺序 倍色 8段
10  OSFSPF3-60 输出(60Hz) 帧序 页面翻动 3段
11  OSFSPF4-60 输出(60Hz) 帧序 页面翻动 4段
12  OSFSPF6-60 输出(60Hz) 帧序 页面翻动 6段
13  OSFSPF8-60 输出(60Hz) 帧序 页面翻动 8段
14  OSCSAC3-60 输出(60Hz) 彩色顺序 交变彩色 3段
15  OSCSAC6-60 输出(60Hz) 彩色顺序 交变彩色 6段
16  OCSCAC8-60 输出(60Hz) 彩色顺序 交变彩色 8段
17  OCSCDC6-60 输出(60Hz) 彩色顺序 倍色 6段
18  OCSCDC8-60 输出(60Hz) 彩色顺序 倍色 8段
19  OSFSPF3-120 输出(120Hz) 帧序 页面翻动 3段
20  OSFSPF4-120 输出(120Hz) 帧序 页面翻动 4段
21  OSFSPF6-120 输出(120Hz) 帧序 页面翻动 6段
22  OSFSPF8-120 输出(120Hz) 帧序 页面翻动 8段
23  OSCSAC3-120 输出(120Hz) 彩色顺序 交变彩色 3段
24  OSCSAC6-120 输出(120Hz) 彩色顺序 交变彩色 6段
25  OCSCAC8-120 输出(120Hz) 彩色顺序 交变彩色 8段
26  OCSCDC6-120 输出(120Hz) 彩色顺序 倍色 6段
27  OCSCDC8-120 输出(120Hz) 彩色顺序 倍色 8段
输出同步帧序3D
输出同步帧序3D是指该投影仪的3D场速率(在左、右透视图像之间切换的速率)由该内部彩色管理系统来决定，而且每个3D场包括一个全色左或右透视图像。在这种情况下，该3D场速率与该输入数据帧速率完全无关并解耦。输出同步3D显示格式能够获得无闪烁的3D立体显示而不管该输入帧速率如何。在该希望的实施例中，该色盘旋转速率被设定为120Hz。这个速率是许多现有单像管投影仪(譬如Plus U2-1080)的标称旋转速率。它提供一个远高于人眼所能探测的3D场速率。
对这种模式，由于该投影仪的输出显示速率与该输入速率无关，所以对数据从3D数据格式化装置700向DMD数据格式化装置800的传输速率选择就存在自由度。由于该色盘旋转速率被设定为120Hz，所以能够很方便地提供一个60Hz与一个120Hz的3D数据格式化装置716的输出数据速率。60Hz速率的实现成本较低，因为它的性能要求低，但是对某些结构可能在双端口存储器中出现图像跳动错误。该120Hz数据速率以较高的实现成本来提供较高水平的性能与视觉品质。存在许多采用输出同步帧序输出来实现本发明的可能性。表4是一份完整的清单。下面介绍这份清单中的3个示例。
图13表示60Hz输出同步帧序3D方法的输出格式曲线。在这种情况下，该DMD数据格式化装置双端口存储器被设计成一个双帧缓冲器系统。该输入数据速率为60Hz，色盘旋转速率为120Hz。而且，采用一个四段色盘系统来增强该图像输出的总体亮度。如同以前的情况一样，来自该3D数据格式化装置700的输入被编码成为帧序3D格式。从该DMD格式化装置缓冲器图的左侧开始，输入数据被写入地址ADDR0，并随时间流逝而写到随后的地址。这种结构使帧缓冲器0只包含右透视图像数据，并使帧缓冲器1只包含左透视图像数据。DMD数据转换器800从该双端口存储器读出数据，如上方图形中的实线所示。从帧缓冲器1的ADDR1开始，一幅左透视图像的红色部分的数据被读出，然后是白色、绿色，最后是蓝色。在下一次色盘旋转中继续该循环，但读数的起始地址现在是帧缓冲器0中的ADDR0。这就使右透视图像的红光、白光、绿光与蓝光数据被用来进行显示。此时，60Hz输入格式的一个缺点可以从如下事实中看出，即DMD数据转换器804读出右-红数据比它被写入的速率快。这就是说，在图形上该实线(读数)穿过虚线(写数)的每一点，该当前透视图像帧与上一个透视图像帧之间要发生一次转变。这可能导致被显示图像的显著畸变。图13下方的图表示该投影仪的120Hz帧序光学输出。
图14显示该相同结构的120Hz输入形式。这是对120Hz输入的输出同步帧序3D输出格式。这个结构与前一个结构的主要区别在于，从3D数据格式化装置700到DMD数据格式化装置800的数据传递以120Hz进行。结果，就消除了双端口存储器810中的图像跳动错误，从该图的上方图形中该读出与写入线之间不存在任何交叉可以看出这一点。所有其他运行情况与该60Hz输入示例相同。
至此，每个给出的示例都采用了帧序3D格式来在3D数据格式化装置700与DMD数据格式化装置800之间传递数据。图15表示改用上下3D格式的一幅输出格式图。这幅图代表具有60Hz上下输入的输出同步帧序3D输出结构。这个示例与图13的示例的仅有区别在于从双端口存储器810读取数据的方式。由于3D透视数据以上下格式被写入双端口存储器810，所以帧缓冲器0与帧缓冲器1每个都包含左、右透视图像数据，从而使得(这个示例中)每个缓冲器的下半部包含右透视信息，而每个缓冲器的上半部包含左透视信息。为了读出数据进行显示，在DMD数据转换器的存储器访问控制寄存器中作了一点改变，使得它仅仅扫描该帧缓冲器的一半。然后，该DMD数据转换器必须采用几种可能方法之一将该图像按比例改变到完全高度以供显示，这些方法包括行消除(输出图像的每行被设置为空白)、行加倍(重复每一行以便填充整个屏幕)或者其他扫描方法。所得的3D输出与前面的输出同步帧序格式相同。对DMD数据格式化装置输入采用上下3D格式的一个优点是，它将该输入输出延迟降低到一帧的一半。它的一个缺点是，根据该投影系统输入的3D格式，有效垂直分辩度可能被降低到一半。
应当注意，在对该DMD数据格式化装置的输入采用并列3D格式的情况下，可以采用类似的DMD数据转换器标定操作。对那种情况，标定方法可以包括列消除、列加倍或者任何其他的标准定标技术。
输出同步彩色顺序3D
除了左、右透视图像按彩色编码而不按帧编码以外，该输出同步彩色顺序3D格式类似于输出同步帧序格式。图16表示可以用来实现这种格式的许多设计之一的一幅输出格式图。在这个示例中，输入到DMD数据格式化装置800的3D数据以一种120Hz的数据速率按照彩色多路传输3D格式进行格式化。该彩色管理系统使用一个三段色盘进行显示。该DMD格式化装置帧缓冲器图的输入线表示左、右透视数据如何被多路传输到每个帧的彩色。图中的第一帧具有在红色与蓝色信道中编码的右图像数据以及在蓝色信道中编码的左图像数据。下一帧颠倒编码方法，用红色与蓝色信道承载左图像数据，而用绿色信道承载右图像数据。与前面的三段色盘示例一样，DMD数据转换器800在每一圈色盘旋转中三次从该双端口存储器读出数据。数据读出与显示的顺序为：红-左、绿-右、蓝-左、红-右、绿-左、蓝-右。结果，该3D场速率变得极高来保证无闪烁运行。实现图4所示的输出同步彩色顺序3D格式还有许多其他的可选方案，见表4所列。
DMD数据格式化装置的变化形式
前面的描述是已经确定的形式，但是DMD数据格式化装置800的物理实现具有许多变化形式。如何选择则取决于希望的性能特点以及希望的应用场合。双端口存储器结构包括单帧缓冲器、双帧缓冲器与四帧缓冲器实现方法。数据输入可以具有可变的或固定的速率，而且可以是(对该彩色管理系统的)内同步或者是(对该视频或计算机输入信号的)外同步。
3D光学编码方法
本发明提供对立体图像进行光学编码以供向观看者显示与传输的各种方法。如图6所示，用来对3D图像光学编码的部件位置与结构具有各种可选方案。为了在同一个光学信道内对分离的左、右透视图像编码，必须利用光的各种可资利用的性质。这些性质包括光速(对时序多路传输)、可见光谱(对彩色顺序多路传输)以及偏振性质。为了利用光的这些各种各样的性质对3D立体图像编码，本发明采用了五种主要的光学部件。这些部件包括色盘、一个胆甾醇型液晶(CLC)圆偏振滤光片(CPF)、一个1/4波长延时器、一个线性偏振滤光片(LPF)以及一个(可以电气切换的)有源液晶旋转器。这些部件与前述的各种3D显示方法一道使用可以构成总共23种3D光学配置。表5表示所用的光学配置与所用部件的完整清单。现在我们对这五种光学部件的每一种进行简单的讨论。
表5 3D光学配置表
 3D光学配置  色盘类型  CLCCPF1  1/4波长滤光板  LPF2 有源旋转器 3D显示方法 解码方法3  图号
 A  CW-A 帧 ASG  31
 B  CW-A 彩色 ACF  31
 C  CW-A  X  X  X 帧 LPG  32
 D  CW-A  X  X 帧 LPG  33
 E  CW-B  X  X 帧 LPG  34
 F  CW-C  X 帧 LPG  35
 G  CW-C  X 彩色 LPG  35
 H  CW-C 帧 CPG  31
 I  CW-C 彩色 CPG  31
 J  CW-D  X 彩色 LPG  35
 K  CW-D 彩色 CPG  31
 L  CW-E  X 彩色 LPG  35
 M  CW-E 彩色 CPG  31
 N  CW-F 帧 ASG  31
 O  CW-F  X  X  X 帧 LPG  32
 P  CW-F  X  X 帧 LPG  33
 Q  CW-G  X  X 帧 LPG  34
 R  CW-H  X 帧 LPG  35
 S  CW-H 帧 CPG  31
 T  CW-I  X 彩色 LPG  35
 U  CW-I 彩色 CPG  31
 V  CW-J  X 彩色 LPG  35
 W  CW-J 彩色 CPG  31
1胆甾醇型液晶圆偏振滤光片
2线性偏振滤光片
3 LPG＝线性偏振眼镜，CPG＝圆偏振眼镜，ASG＝有源光闸眼镜、ACF＝有源彩色滤光片眼镜
CLC圆偏振滤光片
图17表示本发明所用的CLC圆偏振滤光片1700的一幅运行示意图。该滤光片包括一个玻璃片基(中心)1702、一个右向(RH)CLC镀层1704(位于左侧)以及一个左向(LF)镀层1706。右向CLC反射右向圆偏振光线，左向CLC反射左向圆偏振光线。该滤光片运行方式如下。来自该投影灯泡的白光1708从该图的左侧进入。该RH CLC镀层被设计得能反射所有可见的与红外波长的右向圆偏振光线1710。所以，没有右向圆偏振光线穿过该滤光片。消除该光谱中的IR部分有助于更快降低该投影仪光学通道深处的光学部件的发热。接着，左向圆偏振光线从该RH CLC镀层穿过该玻璃片基并到达该LH CLC镀层。在这个示例中，该LH CLC镀层被设计得能反射绿色、蓝色及IR波长的左向圆偏振光线1712。这样，只有红色波长的左向圆偏振光线1714能完全通过滤光片。结果就得到一个也能完全阻挡IR射线的红色偏振/彩色滤光片。
改变LH CLC镀层的配方就可以实现其他颜色的彩色滤光片(绿色、蓝色与白色)。图18表示用来实现一个白光偏振滤光片的CLC镀层的频谱响应的代表性曲线。上图1802表示彩色滤光片A(RH CLC镀层)的百分比反射响应。彩色滤光片A被用来反射所有可见的与IR波长的RHCP光线。中图1804表示彩色滤光片B(LH CLC镀层)的百分比反射响应。由于目标是实现一个白光LHCP彩色滤光片，所以只反射该光谱的IR部分。最后，下图1806表示整个彩色滤光片组件的百分比反射响应。该图表示了彩色滤光片组件只让红色、绿色及蓝色LHCP光线通过。这一技术既被用于该色盘，也被用于单独的CLC偏振滤光片部件。
色盘
色盘的主要目的是帮助产生全色图像输出。正如前面的示例已经说明的那样，该色盘具有许多可能的配置。在这许多配置中，该色盘既被用作产生全色图像的工具，也被用来使该投影仪输出的光线发生偏振以供基于偏振的3D编码方法使用。上述CLC彩色滤光片技术被用于所有需要在色盘上具有偏振滤光片的配置。表6列出总共10种色盘配置。图19至28每幅表示色盘类型A至J中的一种。每种色盘配置的图形表示见该表中所列的相应图号。在该表的CLC偏振模式列中，用一个字母R、G或B来指明该偏振滤光片的颜色输出，而用一个数字1或2来指明该光线输出的偏振状态(右向或左向圆偏振)。
表6色盘配置表
 色盘类型  颜色  CLC偏振模式(P1 & P2)  彩色滤光片  参考图号
 CW-A  RGB  无  3  19
 CW-B  RGB  R1 G1 B1  3  20
 CW-C  RGB  R1 G1 B1 R2 G2 B2  6  21
 CW-D  RGB  R1 R2 G1 G2 B1 B2  6  22
 CW-E  RGB  R1 G2 B1 R2 G1 B2  6  23
 CW-F  RWGB  无  4  24
 CW-G  RWGB  R1 W1 G1 B1  4  25
 CW-H  RWGB  R1 W1 G1 B1 R2 W2 G2 B2  8  26
 CW-I  RWGB  R1 R2 W1 W2 G1 G2 B1 B2  8  27
 CW-J  RWGB  R1 W2 G1 B2 W1 R2 B1 G2  8  28
1/4波长延时器
1/4波长延时器是一个用来将圆偏振光线转变为线性偏振光线的无源光学元件。它可以在图6的三个3D光学编码位置626、628与630中的任何一个位置上出现。
线性偏振滤光片
线性偏振滤光片(LPF)是用来使非偏振光线发生线性偏振的另一个无源光学元件。该LPF与该有源旋转器一道采用线性偏振光线来对左、右透视图像进行光学编码。
有源液晶旋转器
有源液晶旋转器(ALCR)被用来将该光线输出在直角线性偏振状态之间进行转变。图29表示该ALCR在OFF状态2900下的运行情况。在这种情况下，垂直偏振光线2902从该图左侧进入，并在它穿过该ALCR时被转变为水平偏振光线2904。事实上，该滤光片将该输入光线的偏振角旋转了90°。图30表示该ALCR在ON状态(电场施加后)3000下的运行情况。在这种情况下，输入光线3002的偏振角保持不变，见3004。
光学编码系统配置
采用上列5种部件进行3D光学编码的可能配置A至W的一份完整清单见表5。该表也列出了这些图号。图31至图35与各个配置有关。该表指出了所用的色盘类型，并在适当的列记一个“X”来表示使用一个单独的CLC偏振镜、一个1/4波长延时器、一个线性偏振镜以及一个有源旋转器。该表还指出该编码方法正常运行所需的3D显示方法，最后指出正常立体观看所需的3D解码方法。
3D光学解码方法
本发明最后的部件种类是3D光学解码系统。这个系统对左、右透视图像进行光学解码以便向观看者显示。该系统被物理上安置在靠近该观看者的位置上。事实上，这四种实现方法中的每一种都采用由该观看者佩戴的护目镜形式。根据实施状况与应用场合也可以实现护目镜之外的实施方案。本发明的四种3D光学解码方法包括：无源线性偏光眼镜、无源环形偏光眼镜、有源液晶光闸眼镜以及有源彩色滤光片眼镜。选择何种方法来使用则取决于应用场合以及价格性能因素。譬如说，最便宜的方法是使用线性偏光眼镜，最贵的方法是有源彩色滤光片眼镜。有源光闸眼镜可能具有最佳性能，而环形偏光眼镜可能具有最差性能。下面更详细地介绍每种方法。
无源线性与圆偏光眼镜
无源偏光眼镜3600包括两个偏振滤光片，每只眼睛一片，它们阻挡选定的偏振状态。如图36所示，一个滤光片3602阻挡P1偏振状态的光线，而另一个滤光片3604阻挡P2偏振状态的光线。该图对线性或圆偏振滤光片都适用。在与3D投影系统一道使用时，3D护目镜被普遍采用。
有源液晶光闸眼镜
下面说明图37所示的典型的液晶光闸3700的运行情况。如图所示，典型的LC光闸采用夹在两个十字交叉偏振镜之间的一个有源液晶元件。标记为P1 3702的第一线性偏振镜使从左侧进入该光闸3704的光线发生偏振。该有源光闸元件3706具有两个可能的状态。它或者让该偏振光线通过而不改变该偏振方向，或者它将该偏振角旋转到输出偏振镜P2的偏振角。如果，该有源元件让该光线通过而不改变该偏振状态，那么该输出偏振镜就阻挡光线离开该光栅，因为它的偏振角与离开该有源元件的偏振角垂直。但是，如果该有源元件将该光线的偏振角转变到该输出的偏振角，那么该输出偏振镜就会允许该光线穿过该光闸。
使用液晶光闸眼镜3800进行3D立体观看的情形如图38所示。在左、右透视图之间交变的一系列图像被显示在一个观看屏幕上。作为该光闸眼镜主要光学部件的两个光闸的开闭方式是，该左眼光闸只是在该左眼图像显示在该观看屏幕上时打开，而该右眼光闸只是在该右眼图像显示在该观看屏幕上时打开。当一个光闸被理想地关闭时，所有光线就如图所示不能通过该光闸元件。当该光闸被打开时，该光闸是透明的，它允许其后方的眼睛看见预期的图像。该图由左向右表示从左眼视图到右眼视图的转换，左眼环在该图左侧，右眼环在该图右侧。图中的时间由左向右增加。
有源彩色滤光片眼镜
有源彩色滤光片眼镜与有源光闸眼镜非常相似，只是该第二偏振镜被一个特殊的偏振选择彩色滤光片所代替。ColorLink，Inc.制造了一种在输入光线为P1状态的线性偏振光时传送绿色光而输入光线为P2线性偏振光时传送品红光(红光与蓝光的合成光)的彩色滤光片材料。图39表示一个单独的可切换彩色滤光片透镜3900的一幅功能示意图。与上述光闸眼镜示例一样，来自图39左侧的非偏振光3902通过偏振镜P1。如果该有源LC单元处于OFF状态，那么该偏振角被旋转90°成为P2状态。由于该偏振光是P2偏振光，所以彩色滤光片3908只让红光与蓝光(品红光线)波长通过，并阻挡绿光。当该有源LC单元3906处于ON状态时，该输出偏振状态成为P1，该彩色滤光片让绿光通过而阻挡红光与蓝光。基于这种彩色滤光片设计的光栅眼镜采用两个具有相反状态的滤光片组件，所以当一个滤光片传送绿光时，另一个滤光片就传送品红色光，或者相反。
2D至3D的转变
将一个基于数字微反射镜设备的2D投影系统转变为一个基于数字微反射镜设备的3D投影系统的一种方法包括安装一个3D数据格式化装置；安装一个数字微反射镜设备数据格式化装置；有选择性地用一个按照3D进行格式化的色盘来替换一个现有的色盘；以及在上述系统的一条光学通路的三个位置之一安装3D光学编码系统。
该3D数据格式化装置包括一个4∶2的RGB输入数据开关/路由器，它被连接到两个视频处理器，每个处理器连接一个存储器系统；一个微控制器，它被连接到上述4∶2的RGB输入数据开关/路由器、上述视频处理器以及一个2∶2的RGB输出数据开关路由器，而且每个视频处理器的一个输出被连接到上述2∶2的RGB输出数据开关路由器。
该数字微反射镜设备数据格式化装置包括一个双端口存储器控制器，它被连接到一个存储器、一个数字微反射镜数据转换器以及一个微控制器；该数字微反射镜数据转换器提供输出数字微反射镜设备数据；而且该微控制器向上述双端口存储控制器、该数字存储器设备数据转换器以及一个色盘控制器提供控制信号，并提供3D场信号。
该可选的色盘包括：1)一个三段色盘，它包含一个红色、绿色与蓝色滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列；2)一个三段色盘，它另外包含一个红色圆偏振滤光片、一个绿色圆偏振滤光片与一个蓝色圆偏振滤光片；3)一个六段色盘，它另外包含一个具有第一偏振状态的红色圆偏振滤光片、一个具有第一偏振状态的绿色圆偏振滤光片、一个具有第一偏振状态的蓝色圆偏振滤光片与一个蓝色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的红色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的绿色圆偏振滤光片、以及一个具有第二偏振状态的蓝色圆偏振滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列；4)一个六段色盘，它另外包含一个具有第一偏振状态的红色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的红色圆偏振滤光片、一个具有第一偏振状态的绿色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的绿色圆偏振滤光片、一个具有第一偏振状态的蓝色圆偏振滤光片、以及一个具有第二偏振状态的蓝色圆偏振滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列；5)一个六段色盘，它还包括一个具有第一偏振状态的红色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的绿色圆偏振滤光片、一个具有第一偏振状态的蓝色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的红色圆偏振滤光片、一个具有第一偏振状态的绿色圆偏振滤光片、以及一个具有第二偏振状态的蓝色圆偏振滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列；6)一个四段色盘，它包含一个红色滤光片、一个白色滤光片、一个绿色滤光片以及一个蓝色滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列；7)一个四段色盘，它另外包含一个具有第一偏振状态的第一红色圆偏振滤光片、一个第一白色圆偏振滤光片、一个第一绿色圆偏振滤光片、一个第一蓝色圆偏振滤光片，其中所有滤光片具有相同的偏振状态，并按照上述色盘的旋转方向排列；8)一个八段色盘，它另外包含一个具有第一偏振状态的第一红色圆偏振滤光片、一个具有第一偏振状态的第一白色圆偏振滤光片、一个具有第一偏振状态的第一绿色圆偏振滤光片、一个具有第一偏振状态的第一蓝色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的第二红色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的第二白色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的第二绿色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的第二蓝色圆偏振滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列；9)一个八段色盘，它另外包含一个具有第一偏振状态的第一红色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的第二红色圆偏振滤光片、一个具有第一偏振状态的第一白色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的第二白色圆偏振滤光片、一个具有第一偏振状态的第一绿色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的第二绿色圆偏振滤光片、一个具有第一偏振状态的第一蓝色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的第二蓝色圆偏振滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列；10)一个八段色盘，它另外包含一个具有第一偏振状态的第一红色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的第一白色圆偏振滤光片、一个具有第一偏振状态的第一绿色圆偏振滤光片、一个具有第一偏振状态的第一白色圆偏振滤光片、一个具有第一偏振状态的第二白色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的第二红色圆偏振滤光片、一个具有第一偏振状态的第二蓝色圆偏振滤光片、一个具有第二偏振状态的第二绿色圆偏振滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
除上述方法之外，将一个4色盘系统转变为一个3色盘系统的方法包括在该4色盘的白光通行过程中阻挡该光线输出。阻挡方法包括机械关闭该色盘上的白色滤光片、使用一个在该白色滤光片输出过程中同步阻挡该光线的内部或外部LC光闸系统、使用一个在该白色滤光片输出过程中同步阻挡该光线的内部或外部机械光闸。
上述由3D系统到DMD投影系统的实现只是代表性示例。应当理解，具有本技术的普通技能的人员很容易发现其他的实现方法与变化形式。所有这些移植方法与变化形式都被认为是在由所附权利要求定义的本发明的范围与精神之内。

Claims (91)

1、一个基于数字微反射镜设备的3D投影系统，它包括：
3D数据系统，它将3D图像耦合到彩色系统及数字微反射镜显示器设备的电气输入；以及
3D光学系统，它将光源的输出通过一条光学通路耦合到显示器媒体，该光学通路包括上述数字微反射镜显示器设备、3D光学编码器以及投影仪光学系统；其中上述3D投影系统将3D图像显示到上述显示器媒体。
2、权利要求1的系统，其中上述数据系统包括：
至少一个前端处理部分；
3D数据格式化装置；
数字微反射镜设备数据格式化装置；以及
数字微反射镜显示器设备，
其中上述3D数据系统向彩色系统及3D编码器提供彩色系统控制信号，而且向上述数字微反射镜显示器设备提供数字微反射镜显示数据。
3、权利要求2的系统，其中上述前端处理包括：
该输入数据的模数转换；
上述数据的亮度到色度的分离；
上述数据的色度解调；
上述数据的彩色空间转换；
上述数据的去γ处理；以及
上述数据的误差分散。
4、权利要求2的系统，其中上述3D数据格式化装置包括：
4∶2的RGB输入数据开关/路由器，它被连接到两个视频处理器，每个视频处理器被连接到存储器系统；
微控制器，它被连接到上述4∶2的RGB输入数据开关/路由器、上述视频处理器以及2∶2的RGB输出数据开关路由器，而且
每个视频处理器的输出被连接到上述2∶2的RGB输出数据开关路由器。
5、权利要求2的系统，其中上述数字微反射镜设备数据格式化装置包括：
双端口存储器控制器，它被连接到存储器、数字微反射镜数据转换器以及微控制器；
上述数字微反射镜数据转换器提供输出数字微反射镜设备数据；
上述微控制器向上述双端口存储器控制器、上述数字存储器设备数据转换器以及色盘控制器提供控制信号，而且提供3D场信号。
6、权利要求2的系统，其中上述数字微反射镜显示器设备包括微型机电系统，该微型机电系统具有在一块CMOS存储器片基上制造的双稳反射镜阵列，其中上述显示器设备按照由上述数字微反射镜设备数据控制的上述反射镜的运动来调制输入的光线。
7、权利要求1的系统，其中上述光学系统包括：
子系统，该子系统包括灯泡、聚光系统、将光线耦合到彩色系统的集成光学系统；
上述彩色系统有选择性地传输至少三原色的光线；
数字微反射镜显示器设备，它有选择性地传输选定彩色信息的若干像素；
3D编码器系统，它被放置在上述3D投影仪系统的光线通路中三个位置中的一个位置；
投影光学系统，它将上述3D图像传输到显示器媒体；以及
3D光学解码器系统，它采用上述3D光学解码器从该3D图像中选择左图像与右图像以供观看者使用。
8、权利要求7的光学系统，其中上述彩色系统包括带有彩色滤光片的色盘。
9、权利要求8的光学系统，其中上述色盘具有三个滤光片，红色滤光片、绿色滤光片与蓝色滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
10、权利要求8的光学系统，其中上述可选的色盘包括：
三段色盘，它另外包含具有第一偏振状态的红色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的绿色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的蓝色圆偏振滤光片；其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
11、权利要求8的光学系统，其中上述可选的色盘包括：
六段色盘，它另外包含具有第一偏振状态的红色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的红色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的绿色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的蓝色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的红色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的绿色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的蓝色圆偏振滤光片；其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
12、权利要求8的光学系统，其中上述可选的色盘包括：
六段色盘，它另外包含具有第一偏振状态的红色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的红色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的绿色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的绿色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的蓝色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的蓝色圆偏振滤光片；其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
13、权利要求8的光学系统，其中上述可选的色盘包括：
六段色盘，它另外包含具有第一偏振状态的红色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的绿色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的蓝色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的红色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的绿色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的蓝色圆偏振滤光片；其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
14、权利要求8的光学系统，其中上述可选的色盘包括：
四段色盘，它包含：
红色滤光片；
白色滤光片；
绿色滤光片；以及
蓝色滤光片；其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
15、权利要求8的光学系统，其中上述可选的色盘包括：
四段色盘，它另外包含具有第一偏振状态的红色圆偏振滤光片；
白色圆偏振滤光片；
绿色圆偏振滤光片；
蓝色圆偏振滤光片；其中所有滤光片具有相同的偏振状态，而且按照上述色盘的旋转方向排列。
16、权利要求8的光学系统，其中上述可选的色盘包括：
八段色盘，它另外包含具有第一偏振状态的第一红色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第一白色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第一绿色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第一蓝色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二红色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二白色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二绿色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二蓝色圆偏振滤光片；
其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
17、权利要求8的光学系统，其中上述可选的色盘包括：
八段色盘，它另外包含具有第一偏振状态的第一红色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二红色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第一白色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二白色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第一绿色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二绿色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第一蓝色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二蓝色圆偏振滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
18、权利要求8的光学系统，其中上述可选的色盘包括：
八段色盘，它另外包含具有第一偏振状态的第一红色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第一白色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第一绿色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第一白色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第二白色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二红色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第二蓝色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二绿色圆偏振滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
19、权利要求7的光学系统，其中上述数字微反射镜显示器设备包括微型机电系统，该微型机电系统具有在一块CMOS存储器片基上制造的双稳反射镜阵列，其中上述显示器设备按照由数字微反射镜设备数据控制的上述反射镜的运动来调制输入的光线。
20、权利要求7的光学系统，其中第一3D编码器的位置在上述集成光学系统与上述数字微反射镜显示器设备之间，而且包括对3D图像编码以供传输的方法，上述方法选自如下一组方法：线性偏振、圆偏振、彩色顺序编码与时序编码。
21、权利要求7的光学系统，其中第二3D编码器的位置在上述数字微反射镜显示器设备与上述投影仪光学系统之间，而且包括对3D图像编码以供传输的方法，上述方法选自如下一组方法：线性偏振、圆偏振、彩色顺序编码与时序编码。
22、权利要求7的光学系统，其中第三3D编码器的位置在上述投影仪光学系统与物理上在上述投影仪之内或者外部安装到上述投影仪的显示器媒体之间，而且包括对3D图像编码以供传输的方法，上述方法选自如下一组方法：线性偏振、圆偏振、彩色顺序编码与时序编码。
23、权利要求7的光学系统，其中上述3D光学解码器包括护目镜。
24、权利要求15的光学解码器，它包括带有有源元件的护目镜。
25、权利要求15的光学解码器，它包括带有无源元件的护目镜。
26、权利要求1的系统，其中上述电气输入包括双信道3D输入。
27、权利要求1的系统，其中上述电气输入包括帧序3D输入。
28、权利要求1的系统，其中上述电气输入包括场序3D输入。
29、权利要求1的系统，其中上述电气输入包括隔行3D输入。
30、权利要求1的系统，其中上述电气输入包括上下3D输入。
31、权利要求1的系统，其中上述电气输入包括并列3D输入。
32、权利要求1的系统，其中上述电气输入包括隔列3D输入。
33、权利要求1的系统，其中上述3D输出包括输入同步帧序3D信号。
34、权利要求4的系统，其中上述3D输出包括输入同步上下3D信号。
35、权利要求4的系统，其中上述3D输出包括输入同步并列3D信号。
36、权利要求4的系统，其中上述3D输出包括输入同步隔行3D信号。
37、权利要求4的系统，其中上述3D输出包括输入同步隔列3D信号。
38、权利要求4的系统，其中上述3D输出包括输入同步双信道3D信号。
39、权利要求4的系统，其中上述3D输出包括输入同步双帧彩色多路传输3D信号。
40、权利要求4的系统，其中上述3D输出包括输出同步帧序3D信号。
41、权利要求4的系统，其中上述3D输出包括输出同步上下3D信号。
42、权利要求4的系统，其中上述3D输出包括输出同步并列3D信号。
43、权利要求4的系统，其中上述3D输出包括输出同步隔行3D信号。
44、权利要求4的系统，其中上述3D输出包括输出同步隔列3D信号。
45、权利要求4的系统，其中上述3D输出包括输出同步双帧彩色多路传输3D信号。
46、权利要求4的系统，其中上述3D输出包括输入同步双信道3D信号。
47、权利要求1的系统，其中输入同步方法产生具有页面翻动子格式的帧序格式，而且使用3段色盘。
48、权利要求1的系统，其中输入同步方法产生具有页面翻动子格式的帧序格式，而且使用4段色盘。
49、权利要求1的系统，其中输入同步方法产生具有页面翻动子格式的帧序格式，而且使用6段色盘。
50、权利要求1的系统，其中输入同步方法产生具有页面翻动子格式的帧序格式，并使用8段色盘。
51、权利要求1的系统，其中输入同步方法产生具有交变彩色子格式的彩色顺序格式，而且使用3段色盘。
52、权利要求1的系统，其中输入同步方法产生具有交变彩色子格式的彩色顺序格式，而且使用6段色盘。
53、权利要求1的系统，其中输入同步方法产生具有交变彩色子格式的彩色顺序格式，而且使用8段色盘。
54、权利要求1的系统，其中输入同步方法产生具有倍色子格式的彩色顺序格式，而且使用6段色盘。
55、权利要求1的系统，其中输入同步方法产生具有倍色子格式的彩色顺序格式，而且使用8段色盘。
56、权利要求1的系统，其中60Hz输出同步方法产生具有页面翻动子格式的帧序格式，而且使用3段色盘。
57、权利要求1的系统，其中60Hz输出同步方法产生具有页面翻动子格式的帧序格式，而且使用4段色盘。
58、权利要求1的系统，其中60Hz输出同步方法产生具有页面翻动子格式的帧序格式，而且使用6段色盘。
59、权利要求1的系统，其中60Hz输出同步方法产生具有页面翻动子格式的帧序格式，而且使用8段色盘。
60、权利要求1的系统，其中60Hz输出同步方法产生具有交变彩色子格式的彩色顺序格式，而且使用3段色盘。
61、权利要求1的系统，其中60Hz输出同步方法产生具有交变彩色子格式的彩色顺序格式，而且使用6段色盘。
62、权利要求1的系统，其中60Hz输出同步方法产生具有交变彩色子格式的彩色顺序格式，而且使用8段色盘。
63、权利要求1的系统，其中60Hz输出同步方法产生具有倍色子格式的彩色顺序格式，而且使用6段色盘。
64、权利要求1的系统，其中60Hz输出同步方法产生具有倍色子格式的彩色顺序格式，而且使用8段色盘。
65、权利要求1的系统，其中120Hz输出同步方法产生具有页面翻动子格式的帧序格式，而且使用3段色盘。
66、权利要求1的系统，其中120Hz输出同步方法产生具有页面翻动子格式的帧序格式，而且使用4段色盘。
67、权利要求1的系统，其中120Hz输出同步方法产生具有页面翻动子格式的帧序格式，而且使用6段色盘。
68、权利要求1的系统，其中120Hz输出同步方法产生具有页面翻动子格式的帧序格式，而且使用8段色盘。
69、权利要求1的系统，其中120Hz输出同步方法产生具有交变彩色子格式的彩色顺序格式，而且使用3段色盘。
70、权利要求1的系统，其中120Hz输出同步方法产生具有交变彩色子格式的彩色顺序格式，而且使用6段色盘。
71、权利要求1的系统，其中120Hz输出同步方法产生具有交变彩色子格式的彩色顺序格式，而且使用8段色盘。
72、权利要求1的系统，其中120Hz输出同步方法产生具有倍色子格式的彩色顺序格式，而且使用6段色盘。
73、权利要求1的系统，其中120Hz输出同步方法产生具有倍色子格式的彩色顺序格式，而且使用8段色盘。
74、将基于数字微反射镜设备的2D投影系统转变为基于数字微反射镜设备的3D投影系统的一种方法，它包括：
安装3D数据格式化装置；
安装数字微反射镜设备数据格式化装置；
有选择性地用按照3D进行格式化的色盘来替换现有的色盘；以及
在上述系统的一条光学通路中的三个位置之一安装3D光学编码器系统。
75、权利要求74的方法，其中上述3D数据格式化装置包括：
4∶2的RGB输入数据开关/路由器，它被连接到两个视频处理器，视频处理器被连接到存储器系统；
微控制器，它被连接到上述4∶2的RGB输入数据开关/路由器、上述视频处理器以及2∶2的RGB输出数据开关路由器；而且
每个视频处理器的输出被连接到上述2∶2的RGB输出数据开关路由器。
76、权利要求75的方法，其中上述2∶2的RGB输出数据开关路由器包括6∶6的8位数据开关路由器。
77、权利要求74的方法，其中上述数字微反射镜设备数据格式化装置包括：
双端口存储器控制器，它被连接到存储器、数字微反射镜数据转换器以及微控制器；
上述数字微反射镜数据转换器提供输出数字微反射镜设备数据；而且
上述微控制器向上述双端口存储器控制器、上述数字存储器设备数据转换器以及色盘控制器提供控制信号，而且提供3D场信号。
78、权利要求74的方法，其中上述可选的色盘包括：
三段色盘，它包含红色、绿色以及蓝色滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
79、权利要求74的方法，其中上述可选的色盘包括：
三段色盘，它另外包括红色圆偏振滤光片；
绿色圆偏振滤光片；以及
蓝色圆偏振滤光片。
80、权利要求74的方法，其中上述可选的色盘包括：
六段色盘，它另外包含具有第一偏振状态的红色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的绿色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的蓝色圆偏振滤光片与蓝色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的红色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的绿色圆偏振滤光片；以及
具有第二偏振状态的蓝色圆偏振滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
81、权利要求74的方法，其中上述可选的色盘包括：
六段色盘，它另外包含具有第一偏振状态的红色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的红色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的绿色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的绿色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的蓝色圆偏振滤光片；以及
具有第二偏振状态的蓝色圆偏振滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
82、权利要求74的方法，其中上述可选的色盘包括：
六段色盘，它另外包含具有第一偏振状态的红色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的绿色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的蓝色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的红色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的绿色圆偏振滤光片；以及
具有第二偏振状态的蓝色圆偏振滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
83、权利要求74的方法，其中上述可选的色盘包括：
四段色盘，它包含：
红色滤光片；
白色滤光片；
绿色滤光片；
蓝色滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
84、权利要求74的方法，其中上述可选的色盘包括：
四段色盘，它另外包含具有第一偏振状态的第一红色圆偏振滤光片；
第一白色圆偏振滤光片；
第一绿色圆偏振滤光片；
第一蓝色圆偏振滤光片；其中上述滤光片具有相同的偏振状态，并按照上述色盘的旋转方向排列。
85、权利要求76的方法，其中上述可选的色盘包括：
八段色盘，它另外包含具有第一偏振状态的第一红色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第一白色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第一绿色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第一蓝色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二红色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二白色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二绿色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二蓝色圆偏振滤光片；
其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
86、权利要求74的方法，其中上述可选的色盘包括：
八段色盘，它另外包含具有第一偏振状态的第一红色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二红色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第一白色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二白色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第一绿色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二绿色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第一蓝绿色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二蓝色圆偏振滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
87、权利要求74的方法，其中上述可选的色盘包括：
八段色盘，它另外包含具有第一偏振状态的第一红色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第一白色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第一绿色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第一白色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第二白色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二红色圆偏振滤光片；
具有第一偏振状态的第二蓝色圆偏振滤光片；
具有第二偏振状态的第二绿色圆偏振滤光片，其中上述滤光片按照上述色盘的旋转方向排列。
88、一种将4色盘系统转变为3色盘系统的方法，它包括权利要求74至87，而且还包括在4色盘白光传输过程中阻挡光线输出。
89、权利要求88的方法，它还包括上述色盘上的上述白光的一种机械关闭。
90、权利要求88的方法，它还包括增加在上述白色滤光片输出过程中同步阻挡光线的内部或外部LC光闸系统。
91、权利要求88的方法，它还包括采用在上述白色滤光片输出过程中同步阻挡光线的内部或外部机械光闸。
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