CN1688160A - 大屏幕上拼接显示的图像边缘融合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大屏幕上拼接显示的图像边缘融合方法，采用多台投影机在大屏幕上并列拼接投射一幅大画面，利用图像处理器将要显示的画面分割成与投影机的数量和各自位置相对应的多个子图像，各相邻的子图像的衔接边缘部分具有相同的图像内容，投影图像时将具有相同图像内容的边缘部分重叠，同时采用光学(物理)调制和电子增益调节对重叠区域进行亮度均匀化处理。本发明实现大屏幕真正的无缝拼接显示，保证了大屏幕显示的高亮度和高分辨率，没有任何像素丢失。

Description

大屏幕上拼接显示的图像边缘融合方法
技术领域
本发明涉及一种大屏幕显示图像的方法，尤其涉及一种多单元投影拼接大屏幕显示的图像边缘融合方法。
背景技术
现有的投影大屏幕显示通常是采用下列三种方法实现：第一种是使用单一的高亮度输出的投影机在一个大屏幕上(如200寸)投射出一幅完整图像，这种方法一般投射距离比较远，有比较大的空间需求；另一方面，由于单机的分辨率有限，当投射比较大的画面时，像素变得较粗，图像分辨率低。由于用单机投影很大的画面，亮度也很难保证。第二种是采用光学硬拼接的方式提高大屏幕显示的分辨率和亮度，即在单一大屏幕上使用多个投影机进行光学图像的拼接投影，各投影机投射的图像是边缘互相衔接的，图像之间紧密地挨在一起，构成一幅完整的画面。这种方法可以在一张完整的大屏幕上实现很高的分辨率，但由于各投影机的亮度从中心到边缘是逐渐减弱的，而且在不同投影机投射图像衔接的地方，投射到屏幕上的光线方向截然不同，由于屏幕本身的光学特性决定，使得图像衔接的地方在不同的方向看，图像之间的亮度会有很大差别，这种亮度的突变使得图像衔接的地方出现明显的断裂感，破坏了图像的完整性。再加上投影图像的变形，图像的边缘衔接也是难以消除缝隙的。第三种是采用多单元拼接的形式构成大屏幕，各个单元有自己的投影机和投影屏幕，各屏幕后使用菲涅尔透镜提高单屏的均匀性，然后通过机械堆叠的方式形成M列N行的拼接显示屏，该拼接显示屏可以显示一幅完整的图像，也可以在整个拼接屏上任意的位置开窗口。该方法可以在大屏幕上实现很高的分辨率，但由于各单元之间有机械的和光学的接缝存在，会破坏图像的整体效果。尽管由于工艺上的不断改进，拼缝也做得越来越小，但拼缝始终存在，目视还是明显有一条接缝。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大屏幕上拼接显示的图像边缘融合方法，可以采用多个投影机实现大屏幕上真正的无缝拼接显示，保证了大屏幕显示的高亮度和高分辨率。
本发明通过以下技术方案予以实现：一种大屏幕上拼接显示的图像边缘融合方法，采用多台投影机在大屏幕上并列拼接投射一幅大画面，利用带有多个图形显示输出通道的处理器将要显示的画面分割成与投影机的数量和各自位置相对应的多个子图像，各相邻子图像的衔接边缘部分具有相同的图像内容，投影图像时将具有相同图像内容的边缘部分重叠，同时采用光学调制和电子增益调节对重叠区域进行亮度均匀化处理。
本发明中电子增益调节是通过在图像处理器中改变各相邻子图像中具有相同图像内容的边缘区域内各个像素或像素集合的增益以改变其亮度，使图像在重叠投影时该重叠区域内的亮度达到平滑过渡。
本发明中光学调制是通过在每个投影镜头投射边缘重叠区域的成像光路中增加亮度调制元件，改变投射到屏幕上的光强分布，使图像在重叠区域内的亮度达到平滑过渡。
本发明中所述的亮度调制元件为至少一层边缘平滑的不透明薄片。当使用多于一层不透明薄片时，各不透明薄片之间相隔一定间隔错落排列成台阶状。
本发明中所述的亮度调制元件为带锯齿边的不透明薄板，这种带锯齿边的不透明薄片可以使用多层并使其相隔错落排列成台阶状；其锯齿边的形状为直边的矩形、梯形、三角形或曲线；锯齿的尺寸远小于光学镜头的出瞳大小。
本发明中所述的带有锯齿边的不透明薄板可以在齿形平面内抖动或转动，以产生更加柔和的亮度过渡效果。
本发明中所述的调制元件是带棱的圆柱体，以产生错落有致的调制效果；这种带有调制棱的圆柱体可以绕轴线转动，以产生更加均匀的亮度变化效果。
本发明中所述的亮度调制元件为涂有遮光层或部分透明涂层的透明片，透明片上的涂层对应于重叠区域的光路部分。
本发明与现有技术相比，该发明具有以下的优点：
1.可以提供真正无缝的高分辨率和高亮度大屏幕显示。
2.由于采用重叠投射方式，拼接显示没有任何像素丢失。
3.采用优异的亮度调制方法，实现重叠区域的完美亮度过渡。
4.采用本发明可以提供完全没有图像断裂感的大屏幕拼接显示。
附图说明
图1是产生图像重叠的双投影机在一块大屏幕上拼接示意图；
图1a是图1所示中投射图像亮度曲线；
图2是利用像素增益控制进行图像重叠区域亮度调节的示意图；
图2a是图2所示中投射图像亮度曲线；
图3是采用光学调制进行图像重叠区域亮度调节的示意图；
图3a是图3所示中投射图像成像光路示意图；
图3b是图3所示中投射图像亮度曲线；
图4是混合使用像素增益控制和光学调制进行图像重叠区域亮度调节的示意图；
图4a是图4所示中投射图像亮度曲线；
图5a、图5b、图5c、图5d为应用于光学调制的元件；
图6a、图6b是光学调制元件进行运动的示意图；
图7提供了多层薄片进行光学调制的示意图；
图8是圆柱体形的光学调制元件作用原理图。
具体实施方式
图1展示了采用两台投影机11，12在一块大屏幕上进行图像拼接的情况，与以往技术不同的是，这两台投影机所投射出的图像是有重叠部分的。利用带有多个图形显示输出通道的处理器将要显示的画面分割成左右两个子图像13a和13b，该两个子图像在邻近衔接的地方是有一个重叠区域13c，如图中左侧图像13a在与右侧图像13b相衔接的边缘部分会有一个区域13c显示与右侧图像左边缘部分相同的内容。左侧图像13a和右侧图像13b都包含内容13c。两台投影机在组合投射该画面时，在互相衔接的边界投射范围是有一相互重叠区域的，以保证相邻近的图像重复显示部分13c能准确互相重合。
在重叠的投影区域图像是由两台投影机同时投射的，因此其图像的亮度14c大约是其它不重叠区域图像亮度14a、14b的两倍，如图1a所示，为了实现重叠区域的亮度均匀过渡，必须采用亮度调节的方法使图像的亮度均匀过渡。
图2给出的是利用像素增益控制进行图像重叠区域亮度调节的示意。图中需要显示的图像通过上述的处理器25分割成左右两个子图像23a和23b后，再经过处理器内的增益控制，将重叠区域23c所对应的各像素的增益按照线性的或非线性的规律进行调节，增益的改变产生对应像素亮度的变化，通过改变重叠区域内各子图像的像素或像素集合的亮度，实现各投影机21、22输出图像在重叠区域内的亮度平滑过渡。亮度线性调节的情况可以参看图2a，通过像素增益的控制26、27，可以使重叠区域内左侧图像的亮度线性的降低，如图中24a和24a’所示，而对应的右侧图像的亮度线性的增加，如图中24b和24b’所示，两图像叠加以后，可以在重叠区域产生均匀的图像亮度过渡。
对于目前广泛采用DLP、LCD和LCOS等技术的投影机，由于光学元件和显像芯片噪声的影响，它们不能给出零亮度的暗场，即使输入图像的亮度信号为零，它们也会有一定的亮度存在，如0.5lux，因此，在重叠区域会出现一个恒定的亮度叠加，如图2a中的24c所示，在重叠区域形成一个暗场中的亮带。对此类投影机可以用光学亮度调制来解决。
如图3所示，图中左侧图像33a在与右侧图像33b相衔接的边缘部分有一个区域33c，在投射拼接图像的投影机31、32的投影镜头投射边缘重叠区域的成像光路中放置了用于亮度调制的光学调制元件36、37，以改变投射到屏幕上重叠区域33c的光强分布，该亮度调制元件按投影镜头的光学特性来确定放置的距离，调制元件是特定形状的不透明薄片。光学调制片的工作原理如图3a所示，经过镜头38出瞳的成像光线一部分被调制元件36遮挡不能通过，如图3a中图像边缘的A点，其成像光线全部被拦截，因此没有光线到达屏幕；另一部分，如靠近图像中心一些的C点，成像光线则全部通过投射到屏幕上；而位于A点和C点之间的那些像元，一部分光线通过了到达屏幕，另一部分被遮挡而不能通过，如图3a中B点。因此在投影图像上形成亮度渐变的效果，如图中曲线D所示。曲线D的形状与镜头的光学特性有关，一般不会是线性的，因此，单纯使用不透明调制片无法产生均匀的亮度过渡，如图3b中所示亮度曲线描述的那样，拼接图像的亮度在重叠的区域仍会存在如图中34c所示的亮度升高。
为了达到均匀的亮度过渡，可以将像素增益控制和光学调制结合起来，如图4所示，首先通过光学亮度调制将重叠部分的图像亮度调节到如图3b中曲线34c所显示的那样，再利用像素增益控制将残留的亮度升高降低下来，使图像的亮度达到完美的均匀过渡，如图4a所示的亮度曲线。
通过改变光学调制元件的设计可以使重叠区域图像亮度的更加均匀，如可以采用如图5a、图5b、图5c所示的锯齿状的不透明薄板，其锯齿的形状可以是直边的三角形或梯形，也可以是曲边形状的，锯齿的尺寸远小于光学镜头的出瞳大小。如图5d还可以是采用物理方法在透明的薄片上形成的部分透明或完全不透明的图案遮光涂层，透明基片上的涂层对应于重叠区域的光路部分。为了提高亮度的均匀性，光学调制元件可以在齿形平面内抖动或转动，以产生更加柔和的亮度过渡效果，如图6a、图6b所示。
光学调制元件可以是单层的薄板，也可以是由多层薄片相隔排放，形成错落有致的结构。如图7所示，这种两层薄片的调制元件76、76a由于可以通过错落有致的台阶结构对从镜头78投射出不同倾角的光线进行分别遮挡，可以使亮度过渡的更加平滑均匀。也可以将多层薄片转变成为圆柱体的形式，形成带有调制棱的圆柱体，如图8所示，以产生结构更加合理的形状；这种带有调制棱的圆柱体86可以绕轴线转动，转动的调制圆柱体86由于棱的运动，对镜头88的遮挡光线的位置时刻在变化中，可以产生更加均匀细致的亮度调制效果。

Claims (9)

1、一种大屏幕上拼接显示的图像边缘融合方法，采用多台投影机在大屏幕上并列拼接投射一幅大画面，其特征在于：利用带有多个图形显示输出通道的处理器将要显示的画面分割成与投影机的数量和各自位置相对应的多个子图像，各相邻子图像的衔接边缘部分具有相同的图像内容，投影图像时将具有相同图像内容的边缘部分重叠，同时采用光学调制和电子增益调节对重叠区域进行亮度均匀化处理。
2、根据权利要求1所述的大屏幕上拼接显示的图像边缘融合方法，其特征在于：所述的电子增益调节是通过设定各相邻的子图像中重叠部分各个像素或像素集合的亮度参数的增益，使图像在重叠区域内的亮度达到平滑过渡。
3、根据权利要求1所述的大屏幕上拼接显示的图像边缘融合方法，其特征在于：光学调制是通过在每个投影镜头投射边缘重叠区域的成像光路中增加亮度调制元件，改变投射到屏幕上的光强分布，使图像在重叠区域内的亮度达到平滑过渡。
4、根据权利要求3中所述的大屏幕上拼接显示的图像边缘融合方法，其特征在于：所述的亮度调制元件为至少一层边缘平滑的不透明薄片。使用多层边缘平滑的不透明薄片时它们相隔错落排列成台阶状。
5、根据权利要求3中所述的大屏幕上拼接显示的图像边缘融合方法，其特征在于：所述的亮度调制元件为带锯齿边的不透明薄板，其锯齿边的形状为直边的矩形、梯形、三角形或曲线；锯齿的尺寸远小于光学镜头的出瞳大小。使用多层带锯齿边的不透明薄片时它们相隔错落排列成台阶状。
6、根据权利要求5所述的大屏幕上拼接显示的图像边缘融合方法，其特征在于：所述的带有锯齿边的不透明薄板可以在齿形平面内抖动或转动。
7、根据权利要求3中所述的大屏幕上拼接显示的图像边缘融合方法，其特征在于：所述的调制元件是带棱的圆柱体。
8、根据权利要求7所述的大屏幕上拼接显示的图像边缘融合方法，其特征在于：所述的带有调制棱的圆柱体可以绕轴线转动。
9、根据权利要求3中所述的大屏幕上拼接显示的图像边缘融合方法，其特征在于：所述的亮度调制元件为设有遮光涂层的透明基片，透明基片上的涂层对应于重叠区域的光路部分。
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