DE102012219627A1

DE102012219627A1 - Verfahren und Anordnung zum Anpassen einer Zeilenfrequenz eines Digitalsignals einer Projektoreinrichtung

Info

Publication number: DE102012219627A1
Application number: DE102012219627.7A
Authority: DE
Inventors: David Slogsnat; Alexander Ehlert; Frank Fischer; Gael Pilard
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2014-04-30
Also published as: TW201429249A; WO2014063849A1; US20150288918A1; EP2912655A1; JP2016502131A; AU2013337035A1; KR20150079625A; TWI606730B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen einer Zeilenfrequenz eines Digitalsignals (DP) einer Projektoreinrichtung (PE) mit folgenden Verfahrensschritten: Bereitstellen (S1) von Daten über mindestens eine mechanische Eigenfrequenz einer Spiegeleinrichtung (SE) der Projektoreinrichtung (PE) und über eine Speicherkapazität eines Zeilenpuffers (ZP) einer Bildverarbeitungseinrichtung (VDC); Erfassen (S2) einer ersten Bildauflösung eines Videosignals (VS) einer Videoquelleneinrichtung (VE) durch die Bildverarbeitungseinrichtung (VDC); und Berechnen (S3) einer zweiten Bildauflösung mit einer angepassten Vertikalauflösung des Datensignals (DP) anhand der erfassten ersten Bildauflösung des Videosignals (VS) in Abhängigkeit der mindestens einen mechanischen Eigenfrequenz der Spiegeleinrichtung (SE) und der Speicherkapazität eines Zeilenpuffers (ZP) durch die Bildverarbeitungseinrichtung (VDC) zum Anpassen der Zeilenfrequenz des Digitalsignals (DP) der Projektoreinrichtung (PE).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Anpassen einer Zeilenfrequenz eines Digitalsignals einer Projektoreinrichtung.
Stand der Technik
Die US 2010 0128 169 A1 beschreibt einen Bildfrequenzumrichter und ein Verfahren zum Projizieren eines Bildes in HD-Norm. Der dort beschriebene Bildfrequenzumrichter ist dazu ausgelegt, durch ein Speichern eines Frames und durch ein Interpolieren des gespeicherten Frames Bildraten zum Projizieren des Bildes umzuwandeln.
Die US 2010 00 259 675 A1 beschreibt eine Bildfrequenzumwandlungsvorrichtung zum Durchführen einer Bildratenumwandlung für Bilddaten mit einem unterschiedlichen zeitlichen Bildaufbau.
Die DE 26 52 935 B2 beschreibt ein Verfahren zur Bildfrequenzwandlung, bei dem Signalfolgen, von denen jede einem einzelnen Bild oder einem Teilbild einer Bildfolge entspricht, mit einer vorbestimmten Speicherfrequenz gespeichert und die gespeicherten Signalfolgen mit einer von der Speicherfrequenz unterschiedlichen Wiedergabefrequenz in Bilder oder Teilbilder umgewandelt werden; wobei Signalfolgen in einer ersten Speichereinrichtung, deren Speicherkapazität wenigstens ein Bild oder Teilbild der Bildfolge beträgt, mit einer vorbestimmten Speichergeschwindigkeit gespeichert und mit einer erhöhten Ausgabegeschwindigkeit, d. h. zeitlich komprimiert ausgegeben werden; und wobei Signalfolgen in einer zweiten Speichereinrichtung, deren Speicherkapazität ebenfalls wenigstens einem Bild oder Teilbild der Bildfolge entspricht, mit einer vorbestimmten Signalfolgefrequenz gespeichert und mit einer erhöhten Signalfolgefrequenz ausgegeben werden.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Anpassen einer Zeilenfrequenz eines Digitalsignals einer Projektoreinrichtung mit folgenden Verfahrensschritten: Bereitstellen von Daten über mindestens eine mechanische Eigenfrequenz einer Spiegeleinrichtung der Projektoreinrichtung und über eine Speicherkapazität eines Zeilenpuffers einer Bildverarbeitungseinrichtung; Erfassen einer ersten Bildauflösung eines Videosignals einer Videoquelleneinrichtung durch die Bildverarbeitungseinrichtung; und Berechnen einer zweiten Bildauflösung mit einer angepassten Vertikalauflösung des Datensignals anhand der erfassten ersten Bildauflösung des Videosignals in Abhängigkeit der mindestens einen mechanischen Eigenfrequenz der Spiegeleinrichtung und der Speicherkapazität eines Zeilenpuffers durch die Bildverarbeitungseinrichtung zum Anpassen der Zeilenfrequenz des Digitalsignals der Projektoreinrichtung.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Anordnung zum Anpassen einer Zeilenfrequenz eines Digitalsignals einer Projektoreinrichtung mit: einer Videoquelleneinrichtung zum Bereitstellen eines Videosignals mit einer ersten Bildauflösung; einer Bildverarbeitungseinrichtung zum Erfassen der ersten Bildauflösung des Videosignals der Videoquelleneinrichtung und zum Berechnen einer zweiten Bildauflösung mit einer angepassten Vertikalauflösung des Datensignals anhand der erfassten ersten Bildauflösung des Videosignals in Abhängigkeit von mindestens einer mechanischen Eigenfrequenz einer Spiegeleinrichtung und einer Speicherkapazität eines Zeilenpuffers; und einer Projektoreinrichtung zum Projizieren des Digitalsignals mit der durch das Berechnen angepassten Zeilenfrequenz des Digitalsignals.
Vorteile der Erfindung
Die Idee der Erfindung liegt darin, die bei der Bildratenumwandlung erforderliche komplexe Bilddatenverarbeitung zu vereinfachen und den benötigten Pufferraum zu reduzieren. Dies reduziert zum einen die bei der Fertigung entstehenden Kosten und zum anderen die im Betrieb auftretende Leistungsaufnahme. Außerdem wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Anpassen einer Zeilenfrequenz eines Digitalsignals einer Projektoreinrichtung das Verhältnis von der Zeit, in der Pixel auf der Projektionsfläche von der Projektoreinrichtung projiziert werden, zu der Gesamtzeit nicht verringert.
Die Projektoreinrichtung wird mit einer Projektionsfrequenz betrieben, welche vorteilhaft an die mechanischen Resonanzfrequenzen der MEMS-Mikrospiegel angepasst ist.
Obwohl diese Einstellungen bereits bei der Fertigung vorteilhaft eingestellt werden, kann eine Abweichung durch Alterung und Temperatureinflüsse auftreten.
Ferner werden durch das Anpassen an die mechanische Resonanzfrequenzen der MEMS-Mikrospiegel beim Herstellungsprozess auftretenden Inhomogenitäten sowie unterschiedliche Einflüsse der Videoquelle, wie etwa Pixeltakt oder Austastzeit, ausgeglichen.
Die vorliegende Erfindung verwendet eine erhöhte und anpassungsfähige Anzahl der abgebildeten Linien für die Realisierung einer vollen Bildrate. Dabei werden die neuen Bilddaten mit der erhöhten Anzahl an abgebildeten Zeilen durch Interpolieren der ursprünglichen Bilddaten entsprechend errechnet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Anzahl der abgebildeten Linien dynamisch während des Betriebs berechnet wird, um gerätespezifische Effekte mit der Temperatur oder Alterung zu kompensieren.
Der wichtigste Vorteil dieser Methode ist, dass die Videoquelle mit Standard-Timing-Parameter arbeiten kann, während die Synchronisation der Taktraten innerhalb der Projektoreinrichtung davon unabhängig erfolgt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass als Bildpuffer kein vollständiger Frame-Puffer oder zumindest nur ein Bruchteil eines Frame-Puffers benötigt wird, um die nicht-synchronisierten Videostrom zu puffern. Dies ist ein wichtiger Beitrag zur Senkung der Systemkosten.
Weiterbildungen und Variationen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Speicherkapazität des Zeilenpuffers an einen Speicherbedarf einer Bildzeile des Videosignals der Videoquelleneinrichtung angepasst wird. Dadurch reduziert sich der Speicherbedarf auch bei hohen Bildauflösungen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Daten über die mindestens eine mechanische Eigenfrequenz der Spiegeleinrichtung der Projektoreinrichtung und über die Speicherkapazität des Zeilenpuffers in einer Speichereinrichtung der Bildverarbeitungseinrichtung abgespeichert werden. Dies ermöglicht auf einfache Weise die Integration der Projektoreinrichtung in Mobilfunkgeräte oder sonstigen tragbaren elektronischen Geräten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Berechnen der zweiten Bildauflösung mit der angepassten Vertikalauflösung anhand der erfassten ersten Bildauflösung des Videosignals in Abhängigkeit von horizontalen und/oder vertikalen Rücklaufzeiten der Spiegeleinrichtung vorgenommen wird. Dies erlaubt vorteilhaft, die Totzeiten der Projektoreinrichtung zu minimieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, das Anpassen der Zeilenfrequenz des Digitalsignals der Projektoreinrichtung durch ein temporäres Zwischenspeichern einer Bildzeile des Videosignals der Videoquelleneinrichtung in dem Zeilenpuffer vorgenommen wird. Mit dieser Ausführungsform kann sehr effektiv und sicher eine gewünschte Anpassung der Taktrate vorgenommen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die angepasste Vertikalauflösung des Datensignals durch eine Interpolation der ersten Bildauflösung erreicht wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die bereitgestellten Daten über die mechanischen Eigenfrequenzen der Spiegeleinrichtung der Projektoreinrichtung an temperatur- und/oder alterungsbedingte Änderungen der Spiegeleinrichtung der Projektoreinrichtung angepasst werden.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine grafische Darstellung eines Flussdiagrammes eines Verfahrens zum Anpassen einer Zeilenfrequenz eines Digitalsignals einer Projektoreinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Darstellung einer Anordnung zum Anpassen einer Zeilenfrequenz eines Digitalsignals einer Projektoreinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
3 eine schematische Darstellung von unterschiedlichen Bildauflösungsmodi zum Vergleichen der projizierten Bildauflösung mit der übertragenen Bildauflösung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts Gegenteiliges ausgeführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Es versteht sich ferner, dass Komponenten und Elemente in den Zeichnungen aus Gründen der Übersichtlichkeit und Verständlichkeit nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander wiedergegeben sind.
Die 1 zeigt eine grafische Darstellung eines Flussdiagrammes eines Verfahrens zum Anpassen einer Zeilenfrequenz eines Digitalsignals einer Projektoreinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In einem ersten Schritt erfolgt ein Bereitstellen S1 von Daten über mindestens eine mechanische Eigenfrequenz einer Spiegeleinrichtung SE der Projektoreinrichtung PE und über eine Speicherkapazität eines Zeilenpuffers ZP einer Bildverarbeitungseinrichtung VDC.
In einem zweiten Schritt erfolgt Erfassen S2 einer ersten Bildauflösung eines Videosignals VS einer Videoquelleneinrichtung VE durch die Bildverarbeitungseinrichtung VDC.
In einem dritten Schritt erfolgt ein Berechnen S3 einer zweiten Bildauflösung mit einer angepassten Vertikalauflösung des Datensignals DP anhand der erfassten ersten Bildauflösung des Videosignals VS in Abhängigkeit der mindestens einen mechanischen Eigenfrequenz der Spiegeleinrichtung SE und der Speicherkapazität eines Zeilenpuffers ZP durch die Bildverarbeitungseinrichtung VDC zum Anpassen der Zeilenfrequenz des Digitalsignals DP der Projektoreinrichtung PE..
Die 2 zeigt eine Darstellung einer Anordnung zum Anpassen einer Zeilenfrequenz eines Digitalsignals einer Projektoreinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Anordnung PA zum Anpassen einer Zeilenfrequenz eines Digitalsignals DP einer Projektoreinrichtung PE umfasst eine Videoquelleneinrichtung VE, eine Bildverarbeitungseinrichtung VDC und eine Projektoreinrichtung PE.
Die Projektoreinrichtung PE umfasst eine Lasereinrichtung LE zum Erzeugen eines Laserstrahls, mit welchem innerhalb eines Projektionskegels PK ein Bild B projiziert wird. Dabei wird der Laserstrahl durch eine Spiegeleinrichtung SE periodisch in horizontaler und vertikaler Richtung abgelenkt.
Die Bildverarbeitungseinrichtung VDC umfasst beispielsweise eine Speichereinrichtung RAM, einen Bildprozessor BP und einen Zeilenpuffer ZP.
Die Bildverarbeitungseinrichtung VDC ist ferner mit der Videoquelleneinrichtung VE gekoppelt, die zum Bereitstellen eines Videosignals VS mit einer ersten Bildauflösung und einer ersten Taktrate ausgelegt ist.
Die Bildverarbeitungseinrichtung VDC ist zum Erfassen der ersten Bildauflösung des Videosignals VS der Videoquelleneinrichtung VE ausgelegt. Ferner ist die Bildverarbeitungseinrichtung VDC zum Berechnen einer zweiten Bildauflösung mit einer angepassten Vertikalauflösung des Datensignals DP anhand der erfassten ersten Bildauflösung des Videosignals VS in Abhängigkeit von mindestens einer mechanischen Eigenfrequenz einer Spiegeleinrichtung SE und einer Speicherkapazität eines Zeilenpuffers ZP ausgelegt.
Die Projektoreinrichtung PE ist zum Projizieren des Digitalsignals DP mit der durch das Berechnen angepassten Zeilenfrequenz des Digitalsignals DP ausgebildet.
Die 3 zeigt eine schematische Darstellung von unterschiedlichen Bildauflösungsmodi zum Vergleichen der projizierten Bildauflösung mit der übertragenen Bildauflösung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die durch die Spiegeleinrichtung SE abbildbare Fläche ist durch eine Gesamtbreite GB und eine Gesamthöhe GH einer virtuellen Bildfläche VB definiert. Eine Breite B und eine Höhe H entsprechen der sichtbaren Bildfläche VF des projizierten Bildes B. Ein horizontaler Vorderrand HVB und ein horizontaler Hinterrand HHB sowie ein vertikaler Vorderrand VVH und ein vertikaler Hinterrand VHH bilden eine nicht projizierte Totfläche BZ aus.
Die Pixeltaktrate f_PXL errechnet sich aus dem Produkt der Breite B und der Höhe H des Bildes B sowie einer Framerate fps des Videosignals VS einer Videoquelleneinrichtung VE: f_PXL= B·H·fps
Bei einem mit der Anordnung PA projizierten Bild B ändert sich diese Formel durch die zu projizierende Gesamtbreite GB und Gesamthöhe GH wie folgt: f_PXL= GB·GH·fps
Die Gesamtbreite GB und die Gesamthöhe GH setzen sich dabei wie folgt zusammen: GB = HVB + B + HHB GH = VVH + H + VHH
Eine horizontale Zeilenfrequenz fline des Datensignals DP ergibt sich dabei zu: f_line= GB·fps
Diese Berechnungen gelten sowohl für die Videoquelleneinrichtung VE als auch für den Projektoreinrichtung PE. Die Videoquelleneinrichtung VE hat dabei eine erste Zeilenfrequenz. Der Projektor hat eine davon abweichende zweite Zeilenfrequenz. Je größer die Differenz der beiden Zeilenfrequenzen umso mehr Speicherbedarf wird benötigt. Durch die Interpolation der Quellauflösung oder ersten Bildauflösung auf die Projektorauflösung bzw. auf die zweite Bildauflösung ergibt sich eine effektive, zweite Zeilenfrequenz. Je näher diese zweite Zeilenfrequenz an der ersten Zeilenfrequenz liegt, umso kleiner ist der Speicherbedarf.
Der Speicherbedarf des Zeilenpuffers ZP ist proportional zu der Differenz zwischen der ersten horizontalen Zeilenfrequenz und der zweiten horizontalen Zeilenfrequenz.
Durch das Verfahren werden neben den ersten und zweiten Taktraten des Videosignals VS und des Datensignals DP auch die Zeilenfrequenzen des Videosignals VS und des Datensignals DP angepasst, wobei ein Überabtastungsfaktor das Verhältnis der jeweiligen Zeilenfrequenzen des Videosignals VS und des Datensignals DP angibt.
Die Zeilenfrequenzen des Datensignals DP liegen beispielsweise am unteren Ende der Toleranzen des Projektoreinrichtung PE.
Bei einer statischen Berechnung der zweiten Bildauflösung und der zweiten Taktrate als die Taktrate des Datensignals DP erfolgt zunächst ein Definieren des Videomodus für eine nominale Spiegelfrequenz, anschließend ein Berechnen der darstellbaren vertikalen Auflösung und anschließend eine Variation der Spiegelfrequenz der zweiten Taktrate, wobei die Puffergröße des Zeilenpuffer ZP in Betracht gezogen wird.
Bei einer dynamischen Berechnung der zweiten Bildauflösung und der zweiten Taktrate als die Taktrate des Datensignals DP erfolgt ein Erfassen einer Framezeit, dann ein dynamisches Berechnen der darstellbaren vertikalen Auflösung und anschließend ein Kompensieren des Überabtastungsfaktors.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 20100128169 A1 [0002]
US 201000259675 A1 [0003]
DE 2652935 B2 [0004]

Claims

Verfahren zum Anpassen einer Zeilenfrequenz eines Digitalsignals (DP) einer Projektoreinrichtung (PE) mit folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen (S1) von Daten über mindestens eine mechanische Eigenfrequenz einer Spiegeleinrichtung (SE) der Projektoreinrichtung (PE) und über eine Speicherkapazität eines Zeilenpuffers (ZP) einer Bildverarbeitungseinrichtung (VDC); – Erfassen (S2) einer ersten Bildauflösung eines Videosignals (VS) einer Videoquelleneinrichtung (VE) durch die Bildverarbeitungseinrichtung (VDC); und – Berechnen (S3) einer zweiten Bildauflösung mit einer angepassten Vertikalauflösung des Datensignals (DP) anhand der erfassten ersten Bildauflösung des Videosignals (VS) in Abhängigkeit der mindestens einen mechanischen Eigenfrequenz der Spiegeleinrichtung (SE) und der Speicherkapazität eines Zeilenpuffers (ZP) durch die Bildverarbeitungseinrichtung (VDC) zum Anpassen der Zeilenfrequenz des Digitalsignals (DP) der Projektoreinrichtung (PE).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Speicherkapazität des Zeilenpuffers (ZP) an einen Speicherbedarf einer Bildzeile des Videosignals (VS) der Videoquelleneinrichtung (VE) angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Daten über die mindestens eine mechanische Eigenfrequenz der Spiegeleinrichtung (SE) der Projektoreinrichtung (PE) und über die Speicherkapazität des Zeilenpuffers (ZP) in einer Speichereinrichtung (RAM) der Bildverarbeitungseinrichtung (VDC) abgespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Berechnen (S3) der zweiten Bildauflösung mit der angepassten Vertikalauflösung anhand der erfassten ersten Bildauflösung des Videosignals (VS) in Abhängigkeit von horizontalen und/oder vertikalen Rücklaufzeiten der Spiegeleinrichtung (SE) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anpassen der Zeilenfrequenz des Digitalsignals (DP) der Projektoreinrichtung (PE) durch ein temporäres Zwischenspeichern einer Bildzeile des Videosignals (VS) der Videoquelleneinrichtung (VE) in dem Zeilenpuffer (ZP) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die angepasste Vertikalauflösung des Datensignals (DP) durch eine Interpolation der ersten Bildauflösung erreicht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die bereitgestellten Daten über die mindestens eine mechanische Eigenfrequenz der Spiegeleinrichtung (SE) der Projektoreinrichtung (PE) an temperatur- und/oder alterungsbedingte Änderungen der Spiegeleinrichtung (SE) der Projektoreinrichtung (PE) angepasst werden.
Anordnung zum Anpassen einer Zeilenfrequenz eines Digitalsignals (DP) einer Projektoreinrichtung (PE) mit: – einer Videoquelleneinrichtung (VE) zum Bereitstellen eines Videosignals (VS) mit einer ersten Bildauflösung; – einer Bildverarbeitungseinrichtung (VDC) zum Erfassen der ersten Bildauflösung des Videosignals (VS) der Videoquelleneinrichtung (VE) und zum Berechnen einer zweiten Bildauflösung mit einer angepassten Vertikalauflösung des Datensignals (DP) anhand der erfassten ersten Bildauflösung des Videosignals (VS) in Abhängigkeit von mindestens einer mechanischen Eigenfrequenz einer Spiegeleinrichtung (SE) und einer Speicherkapazität eines Zeilenpuffers (ZP); und – einer Projektoreinrichtung (PE) zum Projizieren des Digitalsignals (DP) mit der durch das Berechnen angepassten Zeilenfrequenz des Digitalsignals (DP).
Anordnung nach Anspruch 8, wobei die Bildverarbeitungseinrichtung (VDC) der Anordnung ferner eine Speichereinrichtung (RAM) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 8 und 9, wobei die Spiegeleinrichtung (SE) als eine Mikrospiegeleinrichtung ausgebildet ist.