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Allgemeiner
Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft
das Kalibrieren von Displays und insbesondere das Kalibrieren von
fliesenartigen Displays, die mit mehreren Displayeinrichtungen größere und/oder
höher aufgelöste Bilder
erzeugen.
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Fliesenartige Displaysysteme und
insbesondere fliesenartige Projektionssysteme werden seit vielen
Jahren vorgeschlagen und verwendet. In den 1950igern wurde das „CINERAMA"-System für die Filmindustrie
entwickelt. Das CINERAMA-System projizierte drei Filme unter Verwendung
von drei getrennten Projektionsdisplays, die miteinander kombiniert
wurden und ein einziges Panoramabild bildeten. Disneyland verwendet
weiterhin ein ähnliches
Mehrprojektorsystem. In Disneyland leuchtet ein Kreis von Projektoren
auf einen Schirm, der die Wand eines runden Raums umgibt.
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Auf dem Videogebiet sind Mehrprojektorsysteme
für eine
Reihe von speziellen Anwendungen vorgeschlagen und verwendet worden.
Beispielsweise schlagen das US-Patent Nr. 4,103,435 an Herndon und
das US-Patent Nr. 3,833,764 an Taylor den Einsatz von Mehrprojektorsystemen
für Flugsimulatoren
vor. Bei vielen dieser Systeme werden mehrere Videoschirme nebeneinander
angeordnet und bilden ein großes
Bilddisplay für
mehrere Projektoren. Bei vielen der videobasierten Mehrprojektordisplaysysteme
besteht eine Schwierigkeit darin, die mehreren Bilder auf dem Displayschirm
als ein einziges durchgehendes Bild erscheinen zu lassen.
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Wenn zwei Bilder nebeneinander auf
einen einzigen Schirm projiziert werden, liegt zwischen den Bildern
normalerweise eine Naht vor. Das endgültige Displaybild erscheint
entweder wie zwei Bilder, die nebeneinander angeordnet sind mit
einem Spalt dazwischen oder, falls die Bilder auf einem einzigen Schirm überlappt
werden, es liegt eine helle Linie vor, wo sich die beiden Bilder überlappen.
Wegen der Schwankungen bei herkömmlichen
Kameras, Videoverarbeitungs- und -lieferungskanälen bei Displays und insbesondere
Projektionsdisplays ist es außerordentlich
schwierig, die sich ergebenden Videobilder perfekt aufeinander abzustimmen,
so daß zwischen den
Bildern keine fliesenartigen Artefakte erscheinen. Wenn die Bilder
auf dem gleichen Schirm sehr nahe zueinander bewegt werden, treten
in der Regel an jeder Naht sowohl Lücken als auch Überlappungen
auf.
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Aus dem Artikel mit dem Titel Design
Considerations and Applications for Innovative Display Options Using
Projector Arrays von Theo Mayer, SPIE Band 2650 (1996), S. 131–139, ist
das Projizieren einer Reihe diskreter Bilder in einer überlappenden
Beziehung und das Verändern
der Helligkeit der diskreten Bilder in den Überlappungsgebieten jedes Bilds bekannt.
Mayer offenbart die Verwendung einer Mischfunktion, um jede überlappende
Kante der diskreten Bilder derart abklingen zu lassen, daß das Gamma
(Videosignalreduktion als Funktion der Lichtausgangskurve) eines
Leuchtstoffs, eines Lichtventils oder eines LCD-Projektors mit dem Ziel kompensiert
wird, über
das Display hinweg eine gleichförmige
Helligkeit zu erzeugen.
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In dem US-Patent Nr. 5,136,390 an
Inova et al. wird erkannt, daß es
sich bei der Mischfunktion in der Regel nicht um eine einfache gleichmäßige Rampenfunktion
handeln kann. Ein typischer Videoprojektor erzeugt ein Bild, das
als eine natürliche
Funktion des verwendeten Linsensystems zu den Kanten des Bilds hin
dunkler wird und eine Reihe von hellen und dunklen Teilen aufweist,
die durch normale Unregelmäßigkeiten
im Signal, den dazwischengeschalteten Signalprozessor, Projektor, Schirm
usw. verursacht werden. Diese Unregelmäßigkeiten variieren in der
Regel von einer Videokomponente zur anderen und sogar zwischen verschiedenen
Komponenten mit ähnlichem
Aufbau. Außerdem
reagieren verschiedene Arten von Projektoren oftmals unterschiedlich
auf den gleichen Grad der Helligkeitsmodifikation. Somit kann eine
einfache Rampe der Helligkeit in den überlappenden Gebieten in dem
entstehenden Bild helle und dunkle Streifen und/oder Flecken erzeugen.
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Zur Überwindung dieser Einschränkungen schlagen
Inova et al. die Anwendung einer einfachen gleichmäßigen Mischfunktion
auf die überlappenden Gebiete
des Bilds vor, wie von Mayer vorgeschlagen, doch danach das manuelle
Abstimmen der einfachen Mischfunktion an spezifischen Stellen, um
die sichtbaren Artefakte aus dem Display zu entfernen. Die Stelle
jedes Artefakts wird identifiziert, indem ein Cursor von Hand über jede
Stelle bewegt wird, die als ein Artefakt besitzend identifiziert
ist. Wenn sich der Cursor an seiner Position befindet, stimmt das
System die entsprechende Stelle der Mischfunktion so ab, daß die entsprechenden
Artefakte entfernt werden.
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Da jedes Artefakt von einem Benutzer
von Hand identifiziert werden muß, kann der Prozeß, ein ganzes
Display zu kalibrieren, zeitraubend und mühsam sein. Dies gilt insbesondere,
weil viele Displays eine periodische Neukalibrierung erfordern,
da sich die Leistung ihrer Projektoren und/oder anderen Hardwareelemente
im allgemeinen im Laufe der Zeit ändert. Aus JP07239504A ist
ein Displaysystem bekannt, das unter Verwendung von mehreren Projektoren
und einer Kamera unerwünschte
sichtbare Artefakte in einem Display korrigiert. Angesichts des obengesagten
wäre es
wünschenswert,
ein Display zu haben, das mit weniger manuellem Eingriff kalibriert
und neukalibriert werden kann, als dies bei Inova et al. und anderen
erforderlich ist.
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KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird
ein Rückprojektionsdisplaysystem
wie in Anspruch 1 dargelegt bereitgestellt. Gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung wird ein Verfahren wie in Anspruch 10 dargelegt bereitgestellt.
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Die vorliegende Erfindung überwindet
viele der Nachteile des Stands der Technik durch Bereitstellung
eines Displays, das mit wenig oder keinem manuellen Eingriff kalibriert
und neukalibriert werden kann. Dazu stellt die vorliegende Erfindung
zwei oder mehr Kameras zum Erfassen eines Bilds bereit, das auf
einer Display-Betrachtungsoberfläche oder
einem Betrachtungsschirm gezeigt wird. Bei einer vergleichenden
Ausführungsform
werden eine oder mehrere Kameras auf der Betrachtungsseite der Displays
angeordnet. Bei einem Ausführungsbeispiel werden
die zwei oder mehr Kameras auf der Nichtbetrachtungsseite der Displays,
beispielsweise zwischen der Rückbeleuchtung
und einem benachbarten LCD oder im Fall einer CRT auf der Innenseite und
Rückseite
der Vakuumflasche angeordnet.
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Bei einem Ausführungsbeispiel werden die zwei
oder mehr Kameras auf der gleichen Seite des Schirms wie das Projektionsdisplay
angeordnet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Array von
Kameras auf der Projektions-Nichtbetrachtungsseite oder auf beiden
Seiten des Schirms bereitgestellt, um eine Reihe benachbarter und/oder überlappender
Erfassungsbilder des Schirms zu erfassen. Jedenfalls werden die
entstehenden Erfassungsbilder verarbeitet, um etwaige unerwünschte Eigenschaften
darin zu identifizieren, einschließlich etwaige sichtbare Artefakte
wie etwa Nähte,
Streifen, Ringe usw. Nachdem die unerwünschten Eigenschaften identifiziert
sind, wird eine entsprechende Transformationsfunktion bestimmt.
Mit der Transformationsfunktion wird das Eingangsvideosignal zu
dem Display so im voraus verzogen, daß die unerwünschten Eigenschaften reduziert
oder vom Display eliminiert werden. Die Transformationsfunktion
kompensiert bevorzugt räumliche
Ungleichförmigkeit,
Farb-Ungleichförmigkeit,
Luminanz-Ungleichförmigkeit und/oder
andere sichtbare Artefakte.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Schirm
mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite bereitgestellt. Bei
einem Rückprojektionsdisplay kann
die erste Seite der Projektionsseite und die zweite Seite der Betrachtungsseite
entsprechen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Projektor
zum Projizieren eines Bilds auf die Projektionsseite des Schirms
und ein Kameraarray zum Erfassen eines Erfassungsbilds oder Erfassungsbildsegments
von der Projektionsseite des Schirms bereitgestellt. Ein Bestimmungsblock
ist bereitgestellt, um das oder die Erfassungsbilder zu empfangen
und zu bestimmen, ob das oder die Erfassungsbilder eine oder mehrere
unerwünschte
Eigenschaften aufweist. Ein Identifizierungsblock kann ebenfalls
bereitgestellt sein, um eine Transformationsfunktion zu identifizieren,
die das Eingangsvideosignal derart im voraus verziehen kann, daß die unerwünschten
Eigenschaften reduziert oder aus dem zusammengesetzten Display eliminiert
sind.
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Es wird in Betracht gezogen, daß zwei oder mehr
Displays und insbesondere Projektoren bereitgestellt werden, wobei
auf jedem der Displays ein diskretes Bild erscheint, so daß die diskreten
Bilder zusammen auf dem Schirm ein zusammengesetztes Bild bilden.
Es wird außerdem
in Erwägung
gezogen, daß zwei
oder mehr Kameras bereitgestellt werden können. Bei Bereitstellung von
zwei oder mehr Kameras wird in Erwägung gezogen, daß die Kameras auf
einer Projektions-Nichtbetrachtungsseite oder auf beiden Seiten
des Schirms bereitgestellt werden und eine Reihe benachbarter und/oder überlappender
Erfassungsbilder des Schirms erfassen. Bevorzugt stellt jede der
Kameras mit einem der Displays ein Paar dar, wodurch eine Reihe
von Display-Kamera-Clustern ausgebildet wird. Jedes der Display-Kamera-Cluster
enthält
bevorzugt eine Reihe elektromechanischer Schnittstellen, damit Schnittstellen
mit benachbarten Display-Kamera-Clustern bereitgestellt werden und
die Vereinigung von zwei oder mehr Clustern ein Gesamtdisplay bildet.
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Es wird in Betracht gezogen, daß bei Bereitstellung
von mehr als einem Display der Identifizierungsblock für jedes
Display eine getrennte Transformationsfunktion identifizieren kann
und weiterhin die Transformation für jedes Display zu einer steigern kann,
die eine zusammengesetzte Transformationsfunktion für das ganze
fliesenartige Display ist. Indem für jedes Display getrennt und
bevorzugt in Verbindung mit den Einschränkungen für das ganze Display eine Transformationsfunktion
bereitgestellt wird, können
die verschiedenen unerwünschten
Eigenschaften leichter aus dem zusammengesetzten Bild entfernt werden.
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Es wird außerdem in Betracht gezogen,
daß der
Identifizierungsblock die von mehreren Kameras bereitgestellten
Erfassungsbilder analysiert, wenn eine Transformationsfunktion für ein bestimmtes
Display identifiziert wird. Beispielsweise kann zum Identifizieren
einer Transformationsfunktion, die die Luminanz-Ungleichförmigkeit
aus einem bestimmten Display entfernt, der Identifizierungsblock
die Helligkeit aller Erfassungsbilder des Displays analysieren,
um ein entsprechendes unteres und/oder oberes Helligkeitsniveau
zu bestimmen, wie unten ausführlicher beschrieben
wird.
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Es wird schließlich in Betracht gezogen,
daß jedes
der Display-Kamera-Cluster ein Verarbeitungsmodul enthalten kann,
um mindestens einen Teil der obenbeschriebenen Bestimmungs-, Identifizierungs- und/oder
Verarbeitungsfunktion zu implementieren. Es wird dementsprechend
in Betracht gezogen, daß die
Bearbeitungshardware des Displays mindestens teilweise über die
Display-Kamera-Cluster
verteilt sein kann. Bei einer Implementierung sind die Kamera, das
Display, die elektrische E/A-Funktion
und die Verarbeitungsfunktionen (unten beschrieben) auf dem gleichen
Substrat eingebettet.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Aufgaben der vorliegenden
Erfindung und viele der sie begleitenden Vorteile kann man ohne
weiteres würdigen,
wenn sie unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung zusammen
mit den begleitenden Zeichnungen besser verstanden wird, bei denen
in allen ihren Figuren gleiche Bezugszahlen gleiche Teile bezeichnen.
Es zeigen:
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1 eine
Perspektivansicht eines 4-mal-6-Arrays von Projektoren;
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2 eine
Perspektivansicht eines beispielhaften Projektors von 1;
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3 ein
Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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4 ein
Blockschaltbild, das eine veranschaulichende Implementierung für einen
der Prozessorblöcke
von 3 zeigt;
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5 ein
Schemadiagramm einer Ausführungsform ähnlich der,
die in 3 gezeigt ist,
mit Zwischen-Prozessor-E/A-Zwischenprozessorblöcken;
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6 ein
Blockschaltbild, das eine Grundlegende Verteilte Fliesenkomponente
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ein
Blockschaltbild, das ein 3 × 3-Array
der Grundlegenden Verteilten Fliesenkomponenten von 6 zeigt;
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8 ein
Flußdiagramm,
das ein veranschaulichendes Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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9 ein
Flußdiagramm,
das ein weiteres veranschaulichendes Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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10 ein
Flußdiagramm,
das noch ein weiteres veranschaulichendes Verfahren der vorliegenden
Erfindung zeigt, einschließlich
der Unterscheidung der von der Kamera eingeführten Verzerrung von der vom
Rest des Displays eingeführten
Verzerrung;
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11 ein
Diagramm, das ein beispielhaftes Muster zeigt, das angezeigt und
später
zum Bestimmen von räumlichen
Verzerrungen im Display erfaßt wird;
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12 ein
Diagramm, das das beispielhafte Muster von 11 auf zwei benachbarten und überlappenden
Fliesen angezeigt darstellt, ebenfalls zum Bestimmen von räumlichen
Verzerrungen im Display;
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13 ein
Diagramm, das die Funktionsweise einer veranschaulichenden Transformationsfunktion
zeigt, mit der die räumliche
Verzerrung in einem Display durch Bewegen ausgewählter Merkmale zu einer korrigierenden
Stelle reduziert werden kann;
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14 ein
Diagramm, das die Funktionsweise einer veranschaulichenden Transformationsfunktion
zeigt, mit der die räumliche
Verzerrung in einem Display durch ausgewählte Merkmale zu einer korrigierenden
Stelle reduziert werden kann, und zwar um eine Entfernung, die zu
einem relativen Verfahren in Beziehung steht, beispielsweise einen
gewichteten Mittelwert, modifiziert durch zusammengesetzte Bild- oder
globale Einschränkungen;
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15 ein
Flußdiagramm,
das ein veranschaulichendes Verfahren zum mindestens teilweisen
Entfernen einer räumlichen
Verzerrung aus dem Display zeigt;
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16 ein
Flußdiagramm,
das ein veranschaulichendes Verfahren zum Identifizieren einer Transformation
für ein
fliesenartiges Display zum mindestens teilweisen Entfernen einer
räumlichen Verzerrung
aus dem fliesenartigen Display zeigt;
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17 eine
grafische Darstellung, die die Luminanzaufwölbungen für einen LCD-Projektor bei verschiedenen
Eingangsintensitäten
zeigt und außerdem,
wie sich die Aufwölbungsformen
je nach dem Eingangsintensitätspegel ändern;
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18 ein
Schemadiagramm, das die Luminanzaufwölbungen für drei fliesenartige LCD-Projektoren
jeweils bei verschiedenen Eingangsintensitäten zeigt; und
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19 ein
Flußdiagramm,
das ein veranschaulichendes Verfahren zum mindestens teilweisen
Entfernen einer Luminanzverzerrung aus dem Display zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein Display bereit, das mit keinem bis zu einem minimalen Aufwand
an manuellem Eingriff kalibriert und neukalibriert werden kann.
Dazu stellt die vorliegende Erfindung zwei oder mehr Kameras zum
Erfassen eines Bilds bereit, das auf eine Display-Betrachtungsoberfläche oder
einen Betrachtungsschirm projiziert wird. Bei einer vergleichenden
Ausführungsform
werden ein oder mehrere Kameras auf der Betrachtungsseite der Displays
angeordnet. Bei einer Ausführungsform werden
zwei oder mehr Kameras auf der Nichtbetrachtungsseite der Displays
angeordnet, beispielsweise zwischen der Rückbeleuchtung und einer benachbarten
LCD oder im Fall einer CRT auf der Innenseite und Rückseite
der Vakuumflasche. Bei einer Ausführungsform werden die zwei
oder mehr Kameras auf der gleichen Seite des Schirms wie das Projektionsdisplay
angeordnet. Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Array von
Kameras auf der Projektions-Nichtbetrachtungsseite oder auf beiden Seiten
des Schirms bereitgestellt, um eine Reihe benachbarter und/oder überlappender
Erfassungsbilder des Schirms zu erfassen. Bei allen der Ausführungsformen
werden die entstehenden Erfassungsbilder verarbeitet, um etwaige
unerwünschte
Eigenschaften zu identifizieren, einschließlich etwaiger sichtbarer Artefakte
wie etwa Nähte,
Streifen, Ringe usw. Nachdem die unerwünschten Eigenschaften identifiziert sind,
wird eine entsprechende Transformationsfunktion bestimmt. Mit der
Transformationsfunktion wird das Eingangsvideosignal zu dem Display
so im voraus verzogen, daß die
unerwünschten
Eigenschaften reduziert oder vom Display eliminiert werden. Die Transformationsfunktion
kompensiert bevorzugt räumliche
Ungleichförmigkeit,
Farb-Ungleichförmigkeit,
Luminanz-Ungleichförmigkeit
und/oder andere sichtbare Artefakte.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein fliesenartiges
Display bereitgestellt, das zwei oder mehr in einer Arraykonfiguration
angeordnete Projektoren aufweist. Bei den Projektoren kann es sich
um direktschreibende (z. B. CRT, LCD, DMD, CMOS-LCD) oder eine beliebige
andere Art von Bildgebungseinrichtung handeln, und sie können Aufprojektions-
und Rückprojektionsarten
sein. Bei einem fliesenartigen Display erscheint jedes der Displays
bevorzugt als ein diskretes Bild separat auf einer Betrachtungsoberfläche oder
einem Schirm, wobei die diskreten Bilder zusammen ein zusammengesetztes
Bild bilden. Die diskreten Bilder können einander überlappen oder
nicht überlappen.
Eine derartige Konfiguration ist in 1 gezeigt.
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Ein veranschaulichender Projektor 8 ist
in 2 gezeigt und verwendet
bevorzugt eine Digitale Mikrospiegel-Einrichtung (DMD = Digital
Micromirror Device) 10. DMD-Einrichtungen enthalten in
der Regel ein Array aus elektronisch adressierbaren bewegbaren quadratischen
Spiegeln, die elektrostatisch ausgelenkt werden können, um
Licht zu reflektieren. Durch den Einsatz einer DMD-Einrichtung kann
man ein leichtes zuverlässiges
digitales Display mit einem großen
Betrachtungswinkel und einer guten Bildklarheit erhalten. Zudem
entsprechen einige DMD-Einrichtungen verschiedenen Umgebungs- und
Beanspruchungsanforderungen nach MIL-STD-810 und können farbliche,
grafische, Text- und Videodaten mit verschiedenen Bildfolgefrequenzen
anzeigen.
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Der Projektor 8 enthält bevorzugt
außerdem verschiedene
optische Elemente, um die ankommenden Beleuchtungen ordnungsgemäß vorzubereiten, die
DMD 10 zu beleuchten und das abgehende Bild zu projizieren.
Wie in 2 gezeigt, kann
der Lichtweg zwei Segmente enthalten: den Beleuchtungsweg 12 und
den Projektionsweg 14. Der Lichtweg kann mit einer sehr
zuverlässigen
Metallhalogenidlampe 16 mit kurzem Lichtbogen beginnen,
die die DMD 10 beleuchtet. Das Licht von der Lichtbogenlampe 16 verläuft durch
ein sich drehendes RGB-Farbfilterrad 18. Eine Beleuchtungsrelaislinse vergrößert den
Strahl, um die DMD 10 zu beleuchten und an der DMD 10 ein
telezentrisches Bild auszubilden. Ein TIR- (Total Internal Reflection
= Innere Totalreflexion)-Prisma 20 ermöglicht, daß das ankommende Licht von
der Lampe auf die DMD 10 fällt und zurück in die Projektionsoptik.
Je nach dem Drehzustand (z. B. ± 10 Grad für ein/aus)
jedes Spiegels auf der DMD wird das Licht von der DMD 10 in
die Pupille der Projektionslinse gelenkt (ein) oder weg von der Pupille
der Projektionslinse (aus). Eine mehrelementige Projektionszelle
vergrößert das
von der DMD 10 zurückkommende
Bild bei der gewünschten
MTF, seitlichen Farbe und Verzerrung.
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Jeder Projektor 8 kann auch
ein nicht explizit gezeigtes Elektronikmodul enthalten. Das Elektronikmodul
kann die ankommenden Datensignale empfangen, die zeitlichen Signale
in räumliche
Darstellungen auf der DMD umwandeln und das Filter 18 steuern,
das die sequentielle Farbe für
das Display liefert. Die Elektronik kann wie unten beschrieben modular
sein, wodurch eine willkürliche
Anzahl von Projektoren fliesenartig zusammengesetzt werden kann.
Weiterhin können
gegebenenfalls in die Elektronik Fliesenalgorithmen integriert werden,
um „intelligente" Projektoren zu ermöglichen.
Dadurch kann sich die Elektronik jedes Projektors automatisch oder manuell
mit wenig oder keinem manuellen Eingriff durch den Benutzer an eine
willkürliche
Konfiguration von Projektoren anpassen.
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3 ist
ein Schemadiagramm einer veranschaulichenden Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das System ist allgemein bei 30 gezeigt und
kann zwei oder mehr Displays enthalten, bei denen es sich um Projektoren 32 und 34 handeln
kann, damit eine Reihe diskreter Bilder auf einer Betrachtungsoberfläche oder
einem Schirm 36 in Erscheinung treten können. Zu Veranschaulichungszwecken wird
das Display als ein Projektor erörtert.
Es können auch
Kameras 38 und 40 bereitgestellt sein, die ein auf
den Schirm 36 projiziertes Bild erfassen. Bei einer veranschaulichenden
Ausführungsform
sind die zwei oder mehr Kameras 38 und 40 auf
der gleichen Seite des Schirms 36 wie die Projektoren 32 und 34 angeordnet.
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Bei einer weiteren veranschaulichenden Ausführungsform
ist ein Array aus Kameras auf einer Projektions-Nichtbetrachtungsseite oder auf beiden Seiten
des Schirms vorgesehen, um eine Reihe benachbarter und/oder überlappender
Erfassungsbilder des Schirms 36 zu erfassen. Bei einer
allgemeineren vergleichenden Ausführungsform sind eine oder mehrere
Kameras auf der Betrachtungsseite der Displays angeordnet. Bei einer
weiteren veranschaulichenden Ausführungsform sind die zwei oder
mehr Kameras auf der Nichtbetrachtungsseite der Displays angeordnet,
beispielsweise zwischen der Rückbeleuchtung
und einer angrenzenden LCD oder im Fall einer CRT auf der Innenseite
und Rückseite der
Vakuumflasche. Jedenfalls kann ein Bestimmungsblock bestimmen, ob
die Erfassungsbilder irgendwelche unerwünschten Eigenschaften aufweisen,
und ein Identifizierungsblock kann die Transformationsfunktion identifizieren,
die bei Anwendung auf das Eingangsvideosignal die unerwünschten
Eigenschaften reduzieren kann. Der Bestimmungsblock und der Identifizierungsblock
können
unter Verwendung von einem oder mehreren Prozessoren implementiert
werden.
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Bei der veranschaulichenden Ausführungsform
kann jedes Kamera-Projektor-Paar oder -Cluster einen entsprechenden
Prozessor oder dergleichen enthalten. Beispielsweise weisen Projektor 32 und
Kamera 38 einen entsprechenden Prozessor 44 auf,
und Projektor 34 und Kamera 40 weisen einen entsprechenden
Prozessor 46 auf. Bei einer veranschaulichenden Ausführungsform
sind die lokalen Prozessoren 44 und 46 über eine
Schnittstelle 62 an einen ausführenden Prozessor 48 gekoppelt.
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Jeder der lokalen Prozessoren 44 und 46 empfängt wie
gezeigt einen Eingangsvideostrom. Da jeder der Projektoren 32 und 34 in
der Regel nur einen Teil des gewünschten
zusammengesetzten Bilds projiziert, können die Prozessoren 44 und 46 den Eingangsvideostrom
in ein erstes Eingangsvideosignal 50 und ein zweites Eingangsvideosignal 52 segmentieren,
die jeweils weiter verarbeitet werden können, wie unten beschrieben,
um Artefakte zu kompensieren und im zusammengesetzten Bild eine hohe
Bildqualität
zu erzielen. Bei der veranschaulichenden Ausführungsform segmentieren die
Prozessoren 44 und 46 den Eingangsvideostrom derart,
daß etwaige Überlappungen
zwischen benachbarten diskreten Bildern, beispielsweise Überlappung 60,
berücksichtigt
werden.
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Der Eingangsvideostrom kann von einer
Reihe von Quellen geliefert werden und kann ein NTSC-, PAL-, HDTV-,
Workstation- oder PC-Videosignal sein. Diese Signalarten sind beispielsweise
mit den RS-170-, RS-343-Richtlinien
und -spezifikationen oder in jüngerer
Zeit mit den VESA-Videosignalstandards und -Richtlinien kompatibel.
Die Signale können
zusätzlich
zu dem aktiven Videosignal, mit dem das Ausgangsbild aufgebaut wird,
Horizontal- und Vertikalsynchronisations- und Austastinformationen enthalten.
Die Synchronisationssignale können
von den Prozessoren 44 und 46 dazu verwendet werden, insbesondere
im Fall eines analogen Eingangssignals, das digitalisiert werden
muß, einen
System- und/oder Videoabtasttakt abzuleiten.
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Die Kameras 38 und 40 sind
wie gezeigt bevorzugt auf den Schirm 58 ausgerichtet, wobei
jede ein Kameraausgangssignal über
die Schnittstellen 54 und 56 an den entsprechenden
Prozessor 44 bzw. 46 liefert. Die Kameras 38 und 40 können ein
Blickfeld aufweisen, das ausreicht, ein Erfassungsbild mindestens
eines Teils des zusammengesetzten Bilds zu erfassen. Es wird in
Betracht gezogen, daß das
Blickfeld jeder Kamera nur 1% des zusammengesetzten Bilds, 50% des
zusammengesetzten Bilds, das ganze zusammengesetzte Bild oder einen
beliebigen anderen Teil des zusammengesetzten Bilds umfaßt, der als
wünschenswert
angesehen wird. Bei einem fliesenartigen Display entspricht dies
möglicherweise nur
einem Teil einer Fliese, etwa einer Fliese, mehr als einer Fliese
oder allen Fliesen. Wenn das Blickfeld der Kameras nicht das ganze
Display umfaßt, kann
es möglicherweise
erforderlich sein, jeden Abschnitt des Displays getrennt zu kalibrieren
und dann die Ergebnisse in einem Hintergrund- oder Echtzeitmodus
zu montieren, um über
alle Fliesen hinweg ein kalibriertes Display zu erhalten.
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Bei einem Array von Kameras muß wie gezeigt
das Blickfeld jeder Kamera nicht notwendigerweise dem Blickfeld
des entsprechenden Projektors entsprechen. Bei der veranschaulichenden
Ausführungsform
ist das Blickfeld der Kamera 38 relativ zum Blickfeld des
Projektors 32 beispielsweise nach oben versetzt. Das Blickfeld
der Kamera kann relativ zur Orientierung der angezeigten Bildfliese
gedreht, skaliert oder parallel verschoben werden. Analog ist das Blickfeld
der Kamera 40 relativ zum Blickfeld des Projektors 34 nach
oben versetzt. Dies ist akzeptabel, da Kameras von benachbarten
Prozessor-Kamera-Projektor-Clustern dazu verwendet werden können, auf Art
und Weise einer Verkettung den verbleibenden oder fehlenden Szeneninhalt
zu erfassen. Das Ergebnis kann unter Einsatz eines beliebigen von
vielen bekannten Verfahren für
die Auto- und Kreuzkorrelation extrahierter Merkmale analysiert
werden. Das benachbarte Cluster kann den restlichen oder fehlenden
Szeneninhalt über
den ausführenden
Prozessor 48 zurück
zum entsprechenden Prozessor weiterleiten. Der ausführende Prozessor 48 setzt
bevorzugt aus den ihm gelieferten vielen Bildern ein Gemisch zusammen
und liefert die entsprechenden Gemischinformationen an jeden lokalen
Prozessor. Das Gemisch kann als ein Bild, Bildmerkmale, Daten oder eine
beliebige andere Form von Informationen ausgedrückt werden und über die
Schnittstelle 62 zum entsprechenden Prozessor zurückübertragen
werden. Es wird außerdem
in Betracht gezogen, daß die Ziellinie
der Kameras nicht orthogonal zum Schirm 36 liegen muß. Vielmehr
können
die Kameras vertikal und/oder horizontal abgewinkelt sein (nicht
gezeigt), um mehr oder weniger von dem projizierten Bild zu umschließen.
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Nachdem die entsprechenden Informationen zu
jedem lokalen Prozessor zurückübertragen
worden sind, können
die unerwünschten
Eigenschaften bestimmt werden. Ein bevorzugt innerhalb jedes lokalen
Prozessors angeordneter Identifizierungsblock kann dann eine Transformationsfunktion
identifizieren, die bei Anwendung auf den Eingangsvideostrom die
unerwünschten
Eigenschaften im entsprechenden Prozessor-Kamera-Projektor-Cluster und somit im zusammengesetzten
Bild auf dem Schirm 36 reduziert. Die unerwünschten
Eigenschaften können räumliche
Ungleichförmigkeit,
farbliche Ungleichförmigkeit
und/oder Luminanz-Ungleichförmigkeit
beinhalten, können
aber auch andere bekannte Bildartefakte oder -unregelmäßigkeiten
beinhalten.
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Bei der gezeigten Ausführungsform
ist der Schirm 36 ein durchlässiger Schirm. Die gezeigte Ausführungsform
ist ein Rückprojektionsdisplay.
Die Kamera und Projektoren sind auf der gleichen Seite des Schirms,
nämlich
der Projektionsseite, gezeigt. Es wird jedoch in Betracht gezogen,
daß, wenn
ein Array aus Kameras bereitgestellt wird, die Kameras auf einer
Projektions-Nichtbetrachtungsseite
oder beiden Seiten des Schirms relativ zu den Projektoren angeordnet
werden können,
die wiederum ein Beispiel für
Displays sind, die allgemeiner in Betracht gezogen werden.
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Die Kameras können elektronische Standbild-
oder Videokameras sein oder eine gleichwertige Kombination aus Komponenten
aufweisen, die die Szene an mehreren Punkten erfassen und eine elektronische
Darstellung des Bilds an den entsprechenden lokalen Prozessor liefern.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
sind die Kameras CCD- oder CMOS-Kameras, entweder in Farbe (z. B.
Mehrpunktkolorimeter) oder monochrom. Die Kameras enthalten bevorzugt
einen photopischen Filter, damit die Kameras das Ausgangsbild auf
eine Weise messen können,
die mit dem menschlichen Sehsystem übereinstimmt. So werden Rauschen
und Fehler bei der Luminanz und bei der Farbart auf eine Weise gemessen,
die ähnlich
der ist, wie das Auge derartige Anomalien erfaßt. Die Bilder können über einen
kurzen Zeitraum (z. B. unter 60 Millisekunden) oder über eine
längere
Belichtungszeit (z. B. in der Größenordnung
von einer Sekunde) aufgenommene Schnappschüsse sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Kameras herkömmliche
Miniaturvideokameras, die ein analoges Ausgangssignal erzeugen.
Das analoge Ausgangsignal wird digitalisiert und von einem Framegrabber
oder dergleichen (nicht gezeigt), der in jedem der lokalen Prozessoren 44 und 46 angeordnet
ist, erfaßt.
Nach der Digitalisierung werden die Erfassungsbilder gespeichert
und verarbeitet, wobei digitale Verarbeitungstechniken verwendet werden.
Um zu bestimmen, ob das Erfassungsbild unerwünschte Eigenschaften aufweist,
kann das Erfassungsbild mit einem vorbestimmten Daten- oder Informationssatz
verglichen werden. Zunächst
wird jedoch in Betracht gezogen, daß die durch die Kameras und
zugeordnete Verarbeitungshardware eingeführte Verzerrung bestimmt und
entfernt wird.
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Zur Isolierung der Kameraverzerrung
wird erwogen, daß wie
gezeigt vor dem Schirm 36 eine physische Schablone 70 bereitgestellt
werden kann. Auf der physischen Schablone 70 befindet sich
bevorzugt ein vorbestimmtes Muster, wie etwa ein Punktarray. Wenn
sich die physische Schablone 70 an ihrem Platz befindet,
können
die Kameras 38 und 40 jeweils ein Erfassungsbild
mindestens eines Teils der physischen Schablone 70 erfassen,
einschließlich
eines Teils des vorbestimmten Musters. Indem die Erfassungsbilder
mit vorbestimmten erwarteten Bildern verglichen und insbesondere
die Stelle der Punkte des vorbestimmten Musters in den Erfassungsbildern
mit den erwarteten Stellen jedes der Punkte verglichen wird, kann
die Verzerrung der Kameras 38 und 40 und der zugeordneten
Hardware bestimmt werden. Anhand der Abweichung von den erwarteten
Stellen kann eine Transformationsfunktion für jeden Projektor bestimmt
und auf den Eingangsvideostrom angewendet werden, um die Verzerrung
in den Kameras zu kompensieren.
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Nachdem die Verzerrung der Kameras
bestimmt ist, kann die physische Schablone 70 entfernt und
die Verzerrung des Displays selbst bestimmt werden. Das Display
kann eine Reihe von Verzerrungsarten aufweisen, einschließlich räumliche
Verzerrung, farbliche Verzerrung, Luminanz-Verzerrung usw. Um beispielsweise
die räumliche
Verzerrung des Projektionsdisplays zu bestimmen, kann ein Eingangssignal
an ausgewählte
Projektoren 32 und 34 geschickt werden, um eine
Reihe von diskreten Bildern zu projizieren, die jeweils ein vorbestimmtes oder
bekanntes Muster aufweisen. Das bekannte Muster kann aus dem standardmäßigen Eingangsvideostrom
erfaßt
werden. Mit den Kameras 38 und 40 kann dann eine
Reihe von Erfassungsbildern mindestens eines Teils des Schirms 36 erfaßt werden. Mit
den Erfassungsbildern kann die Verzerrung des Projektionsdisplays
bestimmt werden, indem beispielsweise die Erfassungsbilder mit vorbestimmten erwarteten
Bildern verglichen werden. Als Alternative oder zusätzlich kann
die Verzerrung bestimmt werden, indem die Stelle von ausgewählten Merkmalen des
vorbestimmten Musters in benachbarten diskreten Bildern und besonders
bevorzugt in ausgewählten überlappenden
Gebieten 60 zwischen Bildern bestimmt wird. Indem eine
affine, perspektivische, bilineare, polynomiale, stückweise
polynomiale oder globale Spline- oder eine ähnliche Technik verwendet wird,
kann eine Transformationsfunktion bestimmt und auf den Eingangsvideostrom
angewendet werden, um die räumliche
Verzerrung der Projektoren 32 und 34 zu kompensieren.
Es wird in Betracht gezogen, daß die durch
die Kameras 38 und 40 eingeführte Verzerrung wie obenbeschrieben
aus den Erfassungsbildern entfernt werden kann, bevor die Verzerrung
des Projektionssystems bestimmt wird.
-
Um die farbliche und Luminanz-Verzerrung des
Projektionssystems zu bestimmen, können nacheinander eine Reihe
von Eingangssignalen unterschiedlicher Intensität in das Projektionssystem eingegeben
werden, wobei jedes Eingangssignal einem Flachfeldbild einer ausgewählten Farbe
entspricht. Beispielsweise kann ein erstes Eingangssignal einem
roten Flachfeldbild mit einer LCD-Eingangsintensität von „255" oder dem hellsten
Eingangswert entsprechen. Das nächste
Eingangssignal kann ebenfalls einem roten Flachfeldbild entsprechen,
aber eine dunklere LCD-Eingangsintensität von „220" aufweisen. Es können Eingangssignale mit ständig geringerer
Intensität
geliefert werden, bis das Eingangssignal eine LCD-Eingangsintensität von „0" entsprechend schwarz
aufweist, dem dunkelsten Eingangswert. Diese Eingangssignale können als Äquivalente
hell bis dunkel insbesondere dann ausgedrückt werden, wenn das Eingangssignal
eine analoge Spannung anstelle eines digital gemessenen Werts ist.
Dieser Prozeß kann
sowohl für
das blaue als auch grüne
Flachfeldbild wiederholt werden. Die entsprechenden Kameras erfassen
bevorzugt jedes der Flachfeldbilder. Die entstehenden Bilder werden
bevorzugt als ein Array von Erfassungsbildern oder komprimierte
Versionen davon in einem Referenzbilder- und -datenblock 100 in dem
entsprechenden Prozessor gespeichert (siehe 4). Nach dem Sammeln können die
unerwünschten
Eigenschaften jedes Erfassungsbilds bestimmt werden, einschließlich der
Farbe entsprechend und Eingabeintensitätsvariantenluminanzaufwölbungen
jedes der Projektoren 32 und 34.
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Nachdem die Luminanzaufwölbungen
identifiziert sind, kann sowohl für die Farbe als auch die Intensität über das
ganze Display hinweg ein höchster und
ein niedrigster Wert bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Projektor
heller sein als ein anderer, obwohl alle mit größter Intensität (z. B.
LCD „255") angesteuert werden,
und die von jedem Projektor gelieferte Helligkeit kann in der Nähe der Kanten
des Bilds abnehmen. Dementsprechend kann ein höchster Wert so ausgewählt werden,
daß er
dem dunkelsten Überlagerungswert
aller Fliesen entspricht, wenn alle Projektoren mit maximaler Intensität betrieben werden.
Analog kann ein niedrigster Wert ausgewählt werden, der dem hellsten Überlagerungsergebnis entspricht,
wenn alle Projektoren mit der kleinsten Intensität (LCD „0") betrieben werden.
-
Danach kann eine Transformationsfunktion bestimmt
werden, um die Luminanzaufwölbungen über ausgewählte Fliesen
zu reduzieren und die Helligkeit und Farbe jeder Fliese mit benachbarten
Fliesen abzustimmen. Beispielsweise kann die Transformationsfunktion
durch eine Farbnachschlagetabelle erfaßter oder komprimierter Farbaufwölbungen,
eine Nächste-Nachbar-Erfassungs- und Identifizierungsfunktion
und eine Interpolationsfunktion unter den nächsten Nachbarn dargestellt
werden, damit der am Display benötigte
Eingangspegel zur Ausgabe des gewünschten linearen Ausgangspegels
bestimmt wird.
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Bei einer Ausführungsform stellt die Transformationsfunktion
die Luminanzänderung über das ganze
Display hinweg auf unter etwa 2% ein, was gemäß dem Weberschen Gesetz unter
einer „just noticeable
difference" (JND,
eben merklicher Unterschied) liegt. Damit dieses Niveau an Luminanzgleichförmigkeit
erzielt werden kann, ist die Transformationsfunktion bevorzugt eine
Funktion der X- und Y-Stelle auf dem Display und bei einigen Bildquellentechnologien
wie etwa Polysilicium-LCDs der LCD-Eingangsintensitätswert.
Die Änderungen über das
Display hinweg werden gemäß der Kontrastmodulations empfindlichkeitskurve
des menschlichen Sehens bevorzugt unter einem JND gehalten. Diese Kurve
gestattet eine größere oder
kleinere Änderung als
Funktion der Raumfrequenz.
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Wenn das Display sich überlappende
Fliesen aufweist, so wird erwogen, daß die Verzerrung des Systems
direkt aus auf das Display projizierten Mustern bestimmt werden
kann. Bei einem fliesenartigen Display mit überlappenden diskreten Bildern
kann ein erstes Merkmal in einem ausgewählten Überlappungsgebiet identifiziert
werden, wobei das erste Merkmal von einem ersten Projektor projiziert
wird. Dann kann im gleichen ausgewählten Überlappungsgebiet ein zweites
Merkmal identifiziert werden, wobei das zweite Merkmal von einem
zweiten Projektor projiziert wird und wobei das zweite Merkmal dem ersten
Merkmal entspricht. Dann kann die räumliche Beziehung zwischen
dem ersten und zweiten Merkmal bestimmt werden und daraus kann eine
erste Transformationsfunktion für
den ersten Projektor identifiziert werden. Analog kann eine zweite
Transformationsfunktion für
den zweiten Projektor identifiziert werden. Eine eingehendere Erörterung
dieses Sachverhalts findet man unten unter Bezugnahme auf die 12–14.
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Schließlich wird in Betracht gezogen,
daß die Kameras
zum Erfassen eines neuen Erfassungsbilds periodisch aktiviert werden
können.
Der Bestimmungsblock in den Prozessorblöcken 44 und 46 kann bestimmen,
ob das neu erfaßte
Bild ein oder mehrere unerwünschte
Eigenschaften aufweist, und der Identifizierungsblock der Prozessorblöcke 44 und 46 kann
eine neue Transformationsfunktion identifizieren, mit der der Eingangsvideostrom
verarbeitet und verarbeitete Eingangsvideosignale zu den Projektoren 32 und 34 geliefert
werden können,
um die identifizierten unerwünschten
Eigenschaften zu reduzieren. Es wird somit erwogen, daß die vorliegende
Erfindung dazu eingesetzt werden kann, das Display mit wenig oder
keinem manuellen Eingriff periodisch neu zu kalibrieren. Der Zeitraum
der Neukalibrierung kann so verlängert
oder verkürzt
werden, wie dies durch das betriebliche Umfeld gefordert wird. Es kann
beispielsweise mit einer Rate von 60 Hz erfolgen, um Effekte in
einem Umfeld mit starken Schwingungen zu negieren. In einem freundlichen
Umfeld, wie dies in einem Heim der Fall sein kann, kann der Zeitraum
auf 0,001 Hz oder weniger reduziert werden.
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Es wird außerdem in Erwägung gezogen, daß der Prozessor 52 eine
eingebaute Testlogik enthalten kann. Die eingebaute Selbsttestlogik
kann periodisch erfassen, ob irgendein Teil des Displays ausgefallen
ist und dann gegebenenfalls durch entsprechendes Neukalibrieren
des Displaysystems den Ausfall korrigieren. Das ist insbesondere
dann nützlich,
wenn die diskreten Bilder einander um etwa 50% oder mehr überlappen.
Der 50%-Wert grenzt beispielsweise eine Packungsanordnung ab, die
vollständig
redundant ist, was zu signifikanten betriebssicheren (fail-operational)
Systemattributen führt.
Betriebssicher bedeutet, daß eine
Komponente ausfallen kann, das System aber in vollem Umfang weiter arbeiten
kann. Bei einer Überlappung
von 50% steht, falls ein Projektor ausfällt, mindestens ein weiterer bereit,
um die Lücke
auszufüllen,
was zu signifikanten Gewinnen bei der Systemzuverlässigkeit
führt.
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Um Speicherkosten einzusparen, werden
die Transformationsfunktionen und die extrahierten Merkmale, Informationen
und Datensätze
wie hier beschrieben bevorzugt als eine Reihe reduzierter Informationssätze dargestellt
und gespeichert, wie etwa affinen Transformationen oder vordere
Differenzkoeffizienten oder Komprimierungskoeffizienten wie diejenigen,
die in JPEG- oder MPEG-Spezifikationen empfohlen werden. Über Interpolation
oder dergleichen können
die entsprechenden Korrekturfaktoren für jede Stelle unter den ausgewählten Punkten rekonstruiert
werden (siehe 11 unten).
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4 ist
ein Blockschaltbild, das eine veranschaulichende Implementierung
für einen
der Prozessorblöcke
von 3 zeigt. Bei der
veranschaulichenden Ausführungsform
ist Prozessorblock 44 von 3 gezeigt.
Der Prozessorblock 44 enthält einen Referenz- und -Meß-Bildmaterial-Block 100,
einen Transformationsrechnerblock 102 und einen Echtzeit-Warper-
und -Farbmisch-Block 104. Man beachte, daß beliebige
der Nicht-Echtzeit-Rechnungen und -Operationen mit dem ausführenden
Prozessor 48 geteilt oder zu diesem bewegt werden können (siehe 3).
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Der Prozessor 44 und der
ausführende
Prozessor 48 haben über
den Referenzbilder- und -datenblock 100 Zugriff auf die
vom Projektor und den benachbarten Projektoren gezeigten erfaßten und gemessenen
Bilder. Die erfaßten
Bilder werden von den entsprechenden Prozessoren analysiert und Merkmale
werden extrahiert. Im Fall von Raumkompensationsfunktionen kann
die Merkmalsextrahierung das Suchen, Erfassen und Identifizieren
von Ankerpunkten beinhalten, wie unten eingehender beschrieben wird.
Bei der farblichen Kompensation kann eine Reihe von Bildern über den/die
zu testenden Projektor(en) auf den Schirm projiziert werden. Diese
Bilder können
monochrome oder farbige Flachfeldbilder sein, die von digitalen
Eingangswerten von 0 bis 255 jeweils für Rot, Grün und Blau reichen. Die Vignettierungsaspekte
der Kameralinsenöffnung
und -baugruppe können
ebenfalls erfaßt
und in das Ergebnis hineingerechnet werden. Der Vignettenaspekt
der Kamera kann ebenfalls im voraus gemessen werden, wobei ein weißes Flachfeldbild
verwendet wird, das von einem gleichförmig beleuchteten weißen Flachfeld
geliefert und als a priori-Informationen,
bevorzugt bildmäßig komprimiert
im Referenzbilder- und -datenblock 100 gespeichert ist.
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Die Referenzbilder und das Datenbildmaterial
werden im Transformationsrechnerblock 102 verglichen. Die
verschiedenen Testbilder – einschließlich räumlicher
und farbiger Testbilder – werden
in diesem Block analysiert. Herausragende und relevante Merkmale
werden automatisch extrahiert, und zwar unter Verwendung von Variationen
aus Filter-, Schwellwert-, Linearitätskorrektur- und Gammakorrekturverfahren.
Um eine räumliche
Kompensation zu erhalten, können
die affine, perspektivische, bilineare, polynomiale, stückweise
polynomiale oder globale Spline-Transformation (als Beispiele) berechnet
werden, indem die gemessenen räumlichen
Testmustermerkmale mit residenten Referenztestbildmerkmalen verglichen
werden. Für
Farbinformationen können
das Gamma, der Verstärkungsfaktor
und die Offsets von Kamera, Digitalisierer und Projektoren extrahiert
werden. Diese und verwandte Merkmale werden kategorisiert und gelöst, um einen
Satz räumlicher
und farblicher kompensierender Transformationskoeffizienten zu erzeugen.
Der Transformationsrechnerblock 102 enthält somit
sowohl den obenerörterten
Bestimmungsblock als auch den Identifizierungsblock.
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Die kompensierenden Koeffizienten,
die in der Regel über
den ausführenden
Prozessor 48 im Nicht-Echtzeitmodus
berechnet werden, werden in den Echtzeit-Warper- und -Farbmischblock 104 geladen.
Der Echtzeit-Warper-und
-Farbmischblock 104 konvertiert dann die Koeffizienten
in Hochgeschwindigkeits-Echtzeit-Kompensationssignale.
Der transformierte Videostrom (TVS) 50 ist eine gedehnte/komprimierte
Version des Eingangsvideostroms. Das Dehnen und Komprimieren kann
bezüglich
der Fliese und ihrer Nachbarn lokal oder global sein. Eine Verformung
(warping) wird hinsichtlich Farbe und Raum auf eine Weise angewendet,
daß, wenn
der transformierte Videostrom (TVS) durch das Projektor-Schirm-System
geschickt wird, das Ausgangsbild in einer räumlichen und farblichen Ausrichtung
und in einem beliebigen anderen bekannten Bildattribut wie etwa
zeitlicher Ausrichtung austritt.
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Es wird in Betracht gezogen, daß der Echtzeit-Warper- und -Farbmischblock 104 unter
Verwendung einer Kombination aus standardmäßigen Verarbeitungskomponenten
implementiert werden kann, zu denen Hochgeschwindigkeits-Nachschlagetabellen,
digitale Hochgeschwindigkeits-Signalprozessoren, Bildspeicher, x/y-Positionszähler, bilineare
Interpolationseinrichtungen (oftmals als Multiplizierer-Addierer-Blöcke oder
Nachschlagetabellen implementiert) und Vordere-Differenzier-Maschinen (die beispielsweise
aus Koeffizientenregistern, Addierern und Signalspeichern bestehen)
zählen.
Es können auch
andere Komponenten verwendet werden.
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5 ist
ein Schemadiagramm einer Ausführungsform ähnlich der
in 3 gezeigten, wobei sich
ein Zwischen-Prozessor-E/A zwischen Prozessorblöcken erstreckt. Die E/A-Funktion
beinhaltet auch das mechanische Koppeln, um das Ineinandergreifen
und den ordnungsgemäßen Abstand
jedes Displays zu ermöglichen.
Die erwogene mechanische Kopplung beinhaltet Abstand, Lichtblende, Klemmemechanismen,
Stapelunterstützung
und Wärmemanagementkanäle. Der
Zwischen-Prozessor-E/A kann als Videokanäle, parallele und/oder serielle
Datenbusübertragungsleitungen
oder eine beliebige andere Art von Kommunikationsverbindung implementiert
werden. Bei bereitgestellter Zwischen-Prozessor-E/A-Funktion bilden die
lokalen Prozessoren 110 und 112 ein verteiltes
Array aus Prozessoren, wodurch potentiell die Notwendigkeit für den zentralen
ausführenden
Prozessor 48 von 3 entfällt. Bei
einer Ausführungsform
kann der Prozessor 110 die Funktion eines globalen ausführenden
annehmen, wodurch Bildqualität über das ganze
Array sichergestellt wird, der Prozessor 112 kann die Funktion
eines Farbmischrechners annehmen, während ein anderer (nicht gezeigt)
die Funktion eines Raumverformungsrechners annehmen kann, und noch
ein anderer kann die Funktion eines eingebauten Testmonitors annehmen
usw. Bevorzugt wendet jeder Prozessor die entsprechende Transformation
hinsichtlich Farbe, Raum und Zeit auf den unter seiner unmittelbaren
Steuerung stehenden entsprechenden Teil des Eingangsvideostroms
an, um einen Echtzeit-Transformationsprozeß für seine
Fliese zu erzielen.
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Wenngleich ein ausführender
Prozessor 48 nicht ausgeschlossen wird, gestattet der Zwischen-Prozessor-E/A, daß jedes
Fliesencluster aus Ressourcen in einen Dialog mit seinen Nachbarn
eintritt. Dies kann als eine lokale und globale Anordnung von Informationen
implementiert werden, einschließlich
Bildmessung und Systemkompensation. Die Funktion des Prozessorarrays
kann die Stelle jeder Fliese identifizieren, die benachbarten Fliesen
identifizieren und die Ergebnisse einschließlich ausgewählter benachbarter
Ergebnisse analysieren. Dementsprechend kann eine willkürliche Anzahl
und Konfiguration von Fliesen bereitgestellt werden, wodurch vom
Benutzer Fliesenmodule transparent addiert oder subtrahiert werden
können.
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6 ist
ein Blockschaltbild, das eine Verteilte Fliesenbasiskomponente gemäß einer
veranschaulichenden Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Die verteilte Fliesenbasiskomponente 118 enthält bevorzugt
eine Kamera, einen Projektor, einen elektromechanischen E/A und
einen Prozessor, wie beispielsweise in 5 gezeigt. Der Zwischen-Prozessor-E/A
ist in einer Nord-, Ost-, West- und Südanordnung gezeigt. Es wird
erwogen, daß der
Zwischen-Prozessor-E/A so implementiert werden kann, daß er mehr
oder weniger Kanäle
von schnellen bis langsamen Schnittstellen enthalten und in einem
ein-, zwei- oder dreidimensionalen Array angeschlossen sein kann.
Ein 3 × 3-Array
von verteilten Fliesenbasiskomponenten ist in 7 gezeigt.
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Gemäß dem obengesagten zeigt 8 ein Flußdiagramm
eines veranschaulichenden Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der Algorithmus beginnt bei Element 120, und die Steuerung wird
an Element 122 weitergegeben. Element 122 stellt
einen Schirm mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite bereit.
Die Steuerung wird dann an Element 124 weitergegeben. Element 124 zeigt
oder projiziert ein Bild auf die erste Seite des Schirms. Die Steuerung
wird dann an Element 126 weitergegeben. Element 126 erfaßt ein Bild
mindestens eines Teils der ersten Seite des Schirms. Die Steuerung
wird dann an Element 128 weitergegeben. Element 128 bestimmt,
ob das Erfassungsbild eine oder mehrere unerwünschte Eigenschaften aufweist.
Die Steuerung wird dann an Element 130 weitergegeben. Element 130 identifiziert
eine Transformationsfunktion, die auf ein Eingangsvideosignal angewendet
werden kann, um die unerwünschten
Eigenschaften zu reduzieren. Die Steuerung wird dann an Element 132 weitergegeben.
Element 132 verarbeitet das Eingangsvideosignal unter Verwendung
der Transformationsfunktion, um ein transformiertes Eingangsvideosignal derart
zu liefern, daß eine
oder mehrere der unerwünschten
Eigenschaften reduziert sind. Die Steuerung wird dann an Element 134 weitergegeben,
in dem der Algorithmus existierte.
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9 ist
ein Flußdiagramm,
das ein weiteres veranschaulichendes Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Der Algorithmus beginnt bei Element 140,
in dem die Steuerung an Element 142 weitergegeben wird.
Element 142 stellt ein erstes Display (beispielsweise einen
Projektor) und ein zweites Display (das beispielsweise ebenfalls
ein Projektor sein kann) bereit. Es wird erwogen, daß die Displays
eine heterogene Mischung aus Displayeinrichtungen sein können, einschließlich Direktbetrachtungs-
und auch projizierte, reale und virtuelle Bildgebungseinrichtungen.
Die Steuerung wird dann an Element 144 weitergegeben. Element 144 stellt
eine erste Kamera und eine zweite Kamera bereit. Die Steuerung wird
dann an Element 146 weitergegeben. Element 146 projiziert
ein erstes diskretes Bild mit dem ersten Projektor auf einen Schirm
und projiziert mit dem zweiten Projektor ein zweites diskretes Bild auf
den Schirm, wobei das erste und zweite diskrete Bild mindestens
einen Teil eines zusammengesetzten Bilds bilden. Die Steuerung wird
dann an Element 148 weitergegeben. Element 148 erfaßt ein erstes Erfassungsbild
eines ersten Teils des zusammengesetzten Bilds, einschließlich mindestens
einen Teil des ersten diskreten Bilds, wobei die erste Kamera verwendet
wird. Das Element 148 erfaßt außerdem ein zweites Erfassungsbild
eines zweiten Teils des zusammengesetzten Bilds, das mindestens
einen Teil des zweiten diskreten Bilds enthält, wobei die zweite Kamera
verwendet wird. Die Steuerung wird dann an Element 150 weitergegeben.
Element 150 bestimmt, ob das zusammengesetzte Bild ein
oder mehrere unerwünschte
Eigenschaften aufweist. Es wird erwogen, daß das Bestimmen einer oder
mehrerer unerwünschter
Eigenschaften die Autokorrelation und Kreuzkorrelation von extrahierten
Merkmalen unter den redundanten Erfassungsbildern enthält, die jede
Kamera von ihrer primären
Fliese und benachbarten Fliesen aufnimmt. Die Steuerung wird dann
an Element 152 weitergegeben. Element 152 verarbeitet
ein Eingangsvideosignal und stellt ein erstes verarbeitetes Eingangsvideosignal
für den
ersten Projektor und ein zweites verarbeitetes Eingangsvideosignal
für den
zweiten Projektor bereit, und zwar derart, daß eine oder mehrere der unerwünschten
Eigenschaften des zusammengesetzten Bilds reduziert sind. Die Steuerung
wird dann an Element 154 weitergegeben, bei dem der Algorithmus
verlassen wird.
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10 ist
ein Flußdiagramm,
das noch ein weiteres veranschaulichendes Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, das das Unterscheiden der von jeder Kamera eingeführten Verzerrung
von der durch den Rest des Displays eingeführten Verzerrung beinhaltet.
Der Algorithmus beginnt bei Element 240, bei dem die Steuerung
an Element 242 weitergegeben wird. Element 242 stellt
eine physische Schablone neben dem Schirm bereit. Die physische
Schablone enthält
bevorzugt ein vorbestimmtes Muster. Die Steuerung wird dann an Element 244 weitergegeben.
Element 244 erfaßt
ein Erfassungsbild mindestens eines Teils der physischen Schablone
unter Verwendung einer Kameraeinrichtung. Die Steuerung wird dann
an Element 246 weitergegeben. Element 246 bestimmt
eine Kameraverzerrung, die durch die Kameraeinrichtung eingeführt wird,
indem es das Erfassungsbild mit einer vorbestimmten Erwartung vergleicht.
Die Steuerung wird dann an Element 248 weitergegeben. Element 248 entfernt
die physische Schablone. Die Steuerung wird dann an Element 250 weitergegeben.
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Das Element 250 liefert
ein Eingangssignal an ausgewählte
Projektoren, eine Reihe diskreter Bilder zu projizieren, die jeweils
ein vorbestimmtes Muster aufweisen. Es versteht sich, daß möglicherweise nur
ausgewählte
Projektoren ein Muster projizieren, anstatt alle Projektoren. Die
Steuerung wird dann weitergegeben an Element 252. Element 252 erfaßt ein Erfassungsbild
von mindestens einem Teil des Schirms, wobei die Kameraeinrichtung
verwendet wird. Die Steuerung wird dann weitergegeben an Element 254.
Das Element 254 reduziert oder entfernt die durch die Kamera
eingeführte
Verzerrung aus dem Erfassungsbild. Die Steuerung wird dann an Element 256 weitergegeben.
Element 256 bestimmt eine Transformationsfunktion zum Reduzieren
oder Entfernen der durch das Projektionssystem eingeführten Verzerrung,
indem es das Erfassungsbild mit einer vorbestimmten Erwartung vergleicht.
Die Steuerung wird dann an Element 258 weitergegeben, wo der
Algorithmus verlassen wird.
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11 ist
ein Diagramm, das ein veranschaulichendes Muster mit 9 × 9 Punkten
zeigt, die angezeigt und später
zum Bestimmen von räumlichen
Verzerrungen in einem Display erfaßt werden können. Bei der veranschaulichenden
Ausführungsform
ist jede Fliese 268 horizontal in acht Segmente und vertikal
in acht Segmente unterteilt, was zu 64 vierseitigen Gebieten führt. Die
Spitzen jedes Gebiets sind die entsprechenden Verbindungspunkte. Dementsprechend
werden die Verbindungspunkte in dem Array aus Gebieten zum Bestimmen
der lokalen Verzerrung im Gebiet 270 und anderen über die
Fliese 268 hinweg verwendet. Verschiedene Sätze lokaler
Transformationskoeffizienten entsprechen verschiedenen vierseitigen
Gebieten. Die geometrische Verzerrung innerhalb jedes Gebiets wird
durch eine Transformationsfunktion moduliert, die von einem Paar
von bilinearer Gleichung mit acht Freiheitsgraden bestimmt wird.
Die acht Transformationskoeffizienten werden bestimmt, indem die
bekannten Stellen der vier Verbindungspunkte in dem Erfassungsbild mit
den entsprechenden erwarteten Stellen verglichen werden, wie sie
beispielsweise unter Verwendung eines Erfassungsbilds des Schablonenoverlay bestimmt
werden.
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Der entsprechende Korrekturfaktor
für diejenigen
Stellen, die zwischen die Punkte fallen (beispielsweise Stelle 272),
können
unter Verwendung einer bilinearen Interpolation oder dergleichen
bestimmt werden. Eine weitere Erörterung
bilinearer Transformationen findet man in Digital Image Warping,
von George Wolberg, IEEE Computer Society Press Monograph, Seiten
50–51,
der durch Bezugnahme hier aufgenommen ist. Eine weitere Erörterung
von räumlichen
Transformationen findet man in Digital Image Processing [Digitale
Bildverarbeitung], zweite Auflage, Refael C. Gonzalez und Paul Wintz, Seiten
246–251,
das ebenfalls durch Bezugnahme hier aufgenommen ist.
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Es wird erwogen, daß es sich
bei dem Punktmuster nicht um ein regelmäßiges Gitter aus Punkten handeln
muß, sondern
abgeleitet werden kann, indem stochastisch zuverlässige Ankerpunkte
aus im Einzelbildspeicher oder Bildspeicher erfaßten Schnappschüssen des
ankommenden Videostroms extrahiert werden. Diese können unter
Verwendung von Auto- und Kreuzkorellationsalgorithmen weiter korrigiert
werden, beispielsweise Bissels-Algorithmus,
der gemeinsame Punkte aus einer von verschiedenen Stellen betrachteten
Punktwolke assimiliert.
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12 ist
ein Diagramm, das das auf zwei benachbarten und überlappenden Fliesen angezeigte
beispielhafte Muster von 11 zeigt.
Eine erste Fliese ist bei 290 gezeigt, und eine zweite
Fliese ist bei 292 gezeigt. Die erste Fliese 290 und
die zweite Fliese 292 überlappen
sich in einem vorbestimmten Grad, wie bei 294 gezeigt.
Jede Fliese weist einen nichtgezeigten Projektor auf, um ein diskretes
Bild auf die entsprechende Fliese zu projizieren. Bei der gezeigten
Ausführungsform
projiziert jeder der Projektoren ein 9 × 9-Array aus Punkten. Falls
die Projektoren ordnungsgemäß ausgerichtet
wären und
im System keine Verzerrung existierte, würden alle Punkte im Überlappungsgebiet 294 einander überlappen.
Falls jedoch, wie in 12 gezeigt,
die Projektoren nicht ausgerichtet sind, überlappen die Punkte einander
nicht.
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Um diese Fehlausrichtung/Verzerrung
zu korrigieren, wie sie von dem hier beschriebenen Kamera- und Rückkopplungssystem
erfaßt
wird, erwägt die
vorliegende Erfindung eine Vorverformung des Eingangsvideosignals,
so daß die
entsprechenden Punkte ordnungsgemäß aufeinander ausgerichtet sind.
Beispielsweise projiziert der erste Projektor, der der ersten Fliese 290 entspricht,
den Punkt 296, und ein der zweiten Fliese 292 entsprechender
zweiter Projektor projiziert einen entsprechenden Punkt 298. Eine
erste Transformationsfunktion kann bereitgestellt werden, um die
Stelle des ersten Punkts 296 effektiv zum zweiten Punkt 298 zu
bewegen, wenn sie auf das Eingangssignal des ersten Projektors angewendet
wird. Als Alternative oder zusätzlich
kann eine zweite Transformation bereitgestellt werden, um die Stelle
des zweiten Punkts 298 effektiv zum ersten Punkt 296 zu
bewegen, wenn sie auf das Eingangssignal des zweiten Projektors
angewendet wird. Bei ordnungsgemäßer Ausführung überlappen
der erste Punkt 296 und der zweite Punkt 298 einander
auf dem Schirm. Bei Ausführung
gemäß den obenerwähnten absoluten
oder relativen Verfahren ist dann weiterhin das kompensierte Bild
global und entsprechend über
dem ganzen Bild eingeschränkt.
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Es wird erwogen, daß mit einem
relativen Kompensationsverfahren die erste Transformationsfunktion
die Stelle des ersten Punkts 296 um einen Betrag zum zweiten
Punkt 298 bewegen kann, der im wesentlichen gleich der
Hälfte
der Entfernung zwischen dem ersten und zweiten Punkt ist. Analog
kann die zweite Transformationsfunktion die Stelle des zweiten Punkts 298 um
einen Betrag zum ersten Punkt 296 bewegen, der im wesentlichen
gleich der Hälfte
der Entfernung zwischen dem ersten und zweiten Punkt ist. Dies ist
ein einfacher Mittelwertbildungsansatz, ohne globale Anpassungseinschränkungen,
wie etwa der sicherzustellen, daß die implizierten Gitterlinien
gerade durch die erste Ableitung verlaufen und gleichmäßig beabstandet
sind, und ist in 13 explizit
gezeigt.
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Als Alternative oder zusätzlich kann
die erste Transformationsfunktion die Stelle des ersten Punkts 296 um
einen Betrag zum zweiten Punkt 298 bewegen, der durch eine
vorbestimmte Mischfunktion oder einen beliebigen anderen Faktor
am ersten Punkt 296 relativ zum zweiten Punkt 298 gewichtet
ist, und die zweite Transformationsfunktion kann die Stelle des
zweiten Punkts 298 um einen Betrag zum ersten Punkt 296 bewegen,
der durch eine vorbestimmte Mischfunktion oder einen beliebigen
anderen Faktor am zweiten Punkt relativ zum ersten Punkt 296 gewichtet
ist. Dies ist ein Ansatz über
einen gewichteten Mittelwert, und er ist explizit in 14 gezeigt. Bevorzugt steht
die Gewichtungsfunktion zu der zum Mischen der Farbinformationen
der Fliesen verwendeten Mischfunktion in Beziehung. Dies kann eine
Rampe oder ein Spline oder eine beliebige andere, in der Technik
bekannte geeignete Funktion sein.
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Wenn mehr als zwei entsprechende
Punkte betrachtet werden müssen,
wie etwa bei Überlappung
von drei oder mehr Bildern in einem ausgewählten Gebiet, kann jeder der
entsprechenden Punkte zu einer korrigierten Stelle bewegt werden.
Dies kann geschehen, indem ein ähnlicher
Ansatz über
Mittelwertbildung oder gewichtete Mittelwertbildung verwendet wird,
wie oben erörtert.
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Es werden auch andere Ansätze in Betracht gezogen.
Beispielsweise wird erwogen, daß die Transformationsfunktionen
zwischen ausgewählten Punkten
eine vorbestimmte Beziehung aufrechterhalten können. Beispielsweise sind die
Punkte 300, 302, 304 und 306 aus
einer gemeinsamen Punktreihe und sollten deshalb entlang einer gemeinsamen Linie 308 liegen.
Die Transformationsfunktionen können
zwischen diesen Punkten eine lineare Beziehung aufrechterhalten
und gleichzeitig die Verzerrung im System kompensieren. Analog sind
die Punkte 310, 312 und 314 aus einer
gemeinsamen Punktspalte und sollten deshalb entlang einer gemeinsamen
Linie 316 liegen. Die Transformationsfunktionen können zwischen
diesen Punkten eine lineare Beziehung aufrechterhalten und gleichzeitig die
Verzerrung im System kompensieren. Bevorzugt liefert die lineare
Beziehung eine Kontinuität
durch die erste Ableitung der Linienfunktionen und behält einen
relativ gleichförmigen
Abstand zwischen den implizierten Verbindungslinien bei.
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Gemäß dem obengesagten ist 15 ein Flußdiagramm,
das ein veranschaulichendes Verfahren zum mindestens teilweisen
Entfernen einer räumlichen
Verzerrung aus dem Display zeigt. Der Algorithmus beginnt bei Element 330,
bei dem die Steuerung an Element 332 weitergegeben wird.
Element 332 bewirkt, daß mindestens einer der Projektoren
ein diskretes Bild projiziert, das ein vorbestimmtes Muster mit
einer Reihe von Merkmalen enthält. Die
Steuerung wird dann an Element 334 weitergegeben. Element 334 erfaßt ein Erfassungsbild
eines ausgewählten
Teils des zusammengesetzten Bilds. Die Steuerung wird dann an Element 336 weitergegeben.
Element 336 identifiziert eine räumliche Verzerrung im Erfassungsbild,
indem es die relative Stelle ausgewählter Merkmale im Erfassungsbild
untersucht. Die Steuerung wird dann an Element 338 weitergegeben.
Element 338 bestimmt eine Transformationsfunktion, die
mindestens teilweise die räumliche Verzerrung
aus dem zusammengesetzten Bild entfernt. Die Steuerung wird dann
an Element 340 weitergegeben, bei dem der Algorithmus existierte.
Bevorzugt identifiziert dieses Verfahren die räumliche Verzerrung des Displays,
indem es ein projiziertes Bild einer Fliese relativ zum projizierten
Bild einer benachbarten Fliese vergleicht, statt oder zusätzlich dazu,
relativ zu einer physischen Schablone zu sein.
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16 ist
ein Flußdiagramm,
das ein Verfahren zum Identifizieren einer Transformation für ein fliesenartiges
Display zeigt, um eine räumliche
Verzerrung mindestens teilweise aus dem fliesenartigen Display zu
entfernen. Der Algorithmus beginnt bei Element 350, bei
dem die Steuerung an Element 352 weitergegeben wird. Element 352 identifiziert
ein erstes Merkmal in einem ausgewählten Überlappungsgebiet, wobei das
erste Merkmal von einem ersten Projektor projiziert wird. Dieses
erste Merkmal kann aus einem Schnappschuß des ankommenden Videobilds extrahiert
werden. Die Steuerung wird dann an Element 354 weitergegeben.
Element 354 identifiziert ein zweites Merkmal im ausgewählten Überlappungsgebiet,
wobei das zweite Merkmal von einem zweiten Projektor projiziert
wird und wobei das zweite Merkmal dem ersten Merkmal entspricht.
Wieder kann das zweite Merkmal aus dem ankommenden Standardvideoeingangssignal
extrahiert werden. Die Steuerung wird dann an Element 356 weitergegeben. Element 356 bestimmt
die räumliche
Beziehung zwischen den ersten und zweiten Merkmalen, was veranschaulichend
ist für
das Herstellen der Beziehung innerhalb eines Ensembles von Merkmalen.
Die Steuerung wird dann an Element 358 weitergegeben. Element 358 identifiziert
eine erste Transformationsfunktion für den ersten Projektor. Die
erste Transformationsfunktion bewegt die Stelle des ersten Merkmals
effektiv zu einer korrigierenden Stelle, wenn sie auf das Eingangssignal
des ersten Projektors angewendet wird. Die Steuerung wird dann an
Element 360 weitergegeben. Element 360 identifiziert
eine zweite Transformationsfunktion für den zweiten Projektor. Die
gleichzeitig zu der ersten beschriebenen Funktion angewendete zweite
Transformationsfunktion bewegt die Stelle des zweiten Merkmals effektiv zu
der korrigierenden Stelle, wenn sie auf das Eingangssignal des zweiten
Projektors angewendet wird. Die Steuerung wird dann an Element 362 weitergegeben,
bei dem der Algorithmus existierte. Die Berechnung der Korrekturfunktion
kann periodisch erfolgen, während
das Ausgangssignal zur Echtzeitkorrektur an die Transformationsfunktion
weitergegeben wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann die Stelle der Punkte bestimmt werden durch: Subtrahieren eines
schwarzen Erfassungsbilds von dem Erfassungsbild, das die Punkte
enthält;
Untersuchen des resultierenden Bildinhalts über einem Rauschschwellwert
unter Verwendung von Raumfiltern mit einem all-pass-Kernel; Messen
des Schwerpunkts der Punkte, um die entsprechenden Punktstellen
zu finden; Eliminieren von Punkten, dessen Energieschwellwert unter
dem Schwellwert liegt; Sortieren der Punktstellen zur Korrelation
mit bekannten oder erwarteten Punktmustern und Ableiten korrigierender Transformationsfunktionen
daraus.
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17 ist
eine grafische Darstellung, die die Luminanz-Aufwölbungen
für einen
LCD-Projektor mit verschiedenen Eingangsintensitäten zeigt. Wie man sieht, nimmt
die Größe der Luminanz-Aufwölbungen mit
steigender Eingangsintensität
zu. Außerdem nimmt
die Zufallshelligkeitsschwankung (z. B. Rauschen) über das
Display hinweg mit steigender Eingangsintensität zu. Diese Schwankung wird
gedämpft
und somit das Signal-Rausch-Verhältnis vergrößert, indem
mehrere zeitliche Abtastwerte von Aufwölbungserfassungsbildern gefiltert
werden. Dieses gleiche allgemeine Muster findet man für Rot, Grün und Blau.
Außerdem
weist jede Farbe in der Regel für
die gleiche Eingangsintensität
einen anderen Helligkeitswert auf. Zudem ändert sich beispielsweise bei
Polysilicium-LCDs die Gestalt des Musters als Funktion des Eingangsintensitätspegels,
was es erforderlich macht, daß die
Kompensationsfunktion geometrische und Eingangsintensitätsvariablen pflegt.
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Zur Bestimmung der farblichen und
Luminanz-Verzerrung eines Projektionssystems und insbesondere eines
fliesenartigen Direktbetrachtungs- oder Projektionsdisplaysystems
können
nacheinander eine Reihe von Eingangssignalen variierender Eingangsintensität in das
Projektionsdisplay eingegeben werden. Dies kann bei der Anfangskalibrierung
oder periodisch erfolgen. Jedes Eingangssignal kann einem Flachfeldbild
ausgewählter
Farbe entsprechen. Beispielsweise kann ein erstes Eingangssignal
einem roten Flachfeldbild mit einer LCD-Intensität von „255" entsprechen. Das nächste Eingangssignal kann ebenfalls
einem roten Flachfeldbild entsprechen, aber eine LCD-Intensität von „220" aufweisen. Eingangssignale
mit ständig
niedrigerer Intensität
können
solange bereitgestellt werden, bis das Eingangssignal eine LCD-Intensität von „0" aufweist. Dieser
Prozeß kann
sowohl für
blaue als auch grüne oder
andersfarbige Flachfeldbilder wiederholt werden. Eine Kameraeinrichtung
kann jedes der Flachfeldbilder entweder als ein einziges Bild, falls
das Blickfeld der Kameraeinrichtung dem ganzen Display entspricht,
oder als mehrere Bilder erfassen, falls die Kameraeinrichtung ein
kleineres Blickfeld aufweist. Die Auflösung der Kameraeinrichtung
kann so gewählt
werden, daß sie
für das
ausgewählte
Blickfeld angemessen ist. Wenn beispielsweise das Blickfeld der
Kameraeinrichtung relativ breit ist, kann bei Erfassen eines Bilds
des ganzen Displays eine höherauflösende Kameraeinrichtung
verwendet werden. Analog kann, wenn das Blickfeld der Kameraeinrichtung
relativ schmal ist, beim Erfassen eines Bilds nur eines kleinen
Teils des Displays eine niedriger auflösende Kameraeinrichtung verwendet
werden. In jedem Fall werden die entstehenden Bilder bevorzugt als
ein Array aus Erfassungsbildern oder Erfassungsbildern mit reduzierter
Auflösung
oder als Komprimierungskoeffizient-Erfassungsbilder gespeichert.
Nach dem Sammeln können
die unerwünschten
Eigenschaften jedes Erfassungsbilds bestimmt werden, einschließlich der
Luminanz- oder Farb-Aufwölbungen
für jeden
Projektor.
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Nachdem die Luminanz- oder Farb-Aufwölbungen
identifiziert sind, werden bevorzugt eine Obergrenzen- und Untergrenzenfunktion,
bei der es sich sowohl um eine lineare oder eine Spline- oder eine
andere geeignete Funktion handeln kann, über das ganze Display hinweg
sowohl für
Farbe (einschließlich
Buntton) als auch Intensität
bestimmt. Beispielsweise könnte
bei der größten Intensität (z. B.
LCD „255") ein Projektor heller
sein als ein anderer, und die von jedem Projektor gelieferte Helligkeit kann
in der Nähe
der Kanten des Bilds abnehmen. Dementsprechend kann eine Obergrenze
ausgewählt
werden, die dem dunkelsten Überlagerungsbereich
der Fliesen entspricht, wenn alle Projektoren mit maximaler Intensität betrieben
werden. Analog kann eine Untergrenze ausgewählt werden, die dem hellsten Überlagerungsergebnis
der Fliesen entspricht, wenn alle Projektoren mit der kleinsten
Intensität
(LCD „0") betrieben werden.
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Danach kann eine Transformationsfunktion bestimmt
werden zum Kompensieren der Luminanz-Aufwölbungen über ausgewählte Fliesen und Anpassen der
Helligkeit und Farbe jeder Fliese auf benachbarte Fliesen, wodurch
ein lineares Displaysystem entsteht. Beispielsweise kann die Transformationsfunktion
durch eine Farbnachschlagetabelle von erfaßten oder komprimierten Farb-Aufwölbungen,
eine Nächste-Nachbar-Detektions-
und -Identifikationsfunktion und eine Interpolationsfunktion unter den
nächsten
Nachbarn zum Bestimmen des beim Display benötigten Eingangspegels zum Ausgeben des
erwünschten
linearen Ausgangspegels dargestellt werden. Bevorzugt stellt die
Transformationsfunktion die Luminanzänderung über das ganze Display bei Flachfeld-Testbildern beispielsweise
auf unter etwa zwei Prozent ein, was gemäß dem Weberschen Gesetz unter
einer „just
noticeable difference" (JND – eben merklicher
Unterschied) liegt. Damit dieses Niveau an Luminanzgleichförmigkeit
erzielt werden kann, ist die Transformationsfunktion bevorzugt eine
Funktion der X- und
Y-Stelle auf der Fliese und dem Eingangsintensitätspegel.
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18 ist
ein Schemadiagramm, das die Luminanz-Aufwölbungen
für Drei-Fliesen-LCD-Projektoren
bei jeweils verschiedenen Eingangsintensitäten zeigt. Eine erste Fliese 370,
eine zweite Fliese 372 und eine dritte Fliese 374 weisen
jeweils verschiedene größte Helligkeitswerte
bei einer gemeinsamen LCD-Eingangsintensität auf, wie
etwa eine Eingangsintensität
von „255", wie bei 376, 378 bzw. 380 gezeigt.
Die Transformationsfunktion für
jede der Fliesen kompensiert bevorzugt die Luminanz-Aufwölbungen über ausgewählte Fliesen
hinweg, wobei mit den reduzierten Luminanz-Aufwölbungsinformationen das Aufwölbungsverhalten
(x, y und eingangsintensitätsunabhängig) jeder
Fliese im System linearisiert wird und wobei die Mischfunktion verwendet wird,
um eine Displayfliesenüberlagerung
zu ermöglichen.
Die Transformationsfunktion paßt
außerdem den
Buntton jeder Fliese auf benachbarte Fliesen an, wobei die Rückkopplungsbildinformationen
in Kombination mit bekannten Normfarbwert-Farbtransformationen oder äquivalenten
Funktionen verwendet werden. Beispielsweise kann die Transformationsfunktion
für die
erste Fliese 370 die Helligkeit entsprechend einem Rückkopplungsverhalten,
das an einem beliebigen Zeitpunkt aus dem Erfassungsbild des ersten
Projektors erhalten wurde, so ändern
daß sie entlang
der Linie 382 liegt, wenn die Eingangsintensität zum ersten
Projektor einen Wert von „255" aufweist und bei Überlagerung über das
Ausgangssignal von Fliese 372. Bei dem gezeigten Diagramm kann
dies möglicherweise
erfordern, daß der
Mittelteil des Bilds wegen der Aufwölbungsform des Luminanzprofils
mehr reduziert wird als die Kantenteile des Bilds. Analog kann die
Transformationsfunktion für
die zweite Fliese 372 die Helligkeit entsprechend einem
Rückkopplungsverhalten,
das an einem beliebigen Zeitpunkt aus dem Erfassungsbild des zweiten Projektors
erhalten wurde, so ändern,
daß sie
ebenfalls entlang der Linie 382 liegt, wenn die Eingangsintensität zum zweiten
Projektor einen Wert von „255" aufweist und bei Überlagerung
mit Nachbarfliesenausgangssignalen. Schließlich kann die Transformationsfunktion
für die
dritte Fliese 374 die Helligkeit des dritten Projektors
so ändern,
daß sie
entlang der Linie 382 liegt, wenn die Eingangsintensität zum dritten
Projektor einen Wert von „255" aufweist, und gemäß der Überlagerung
mit der Nachbarfliese 372.
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Wie oben angemerkt wurde, hängen die Transformationsfunktionen
bevorzugt auch von der Eingangsintensität ab, die den Projektoren bereitgestellt
wird. Dies ist das Ergebnis der Abhängigkeit der Erfassungsbild-Aufwölbungen
auf der Eingangsintensität
zu Bildquellen wie der Polysilicium-LCD.
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Bei niedrigeren Eingangsintensitäten können die
Transformationsfunktionen die Helligkeit des ersten, zweiten und
dritten Projektors so ändern,
daß sie beispielsweise
entlang Linien 386 oder 388 liegen, und zwar als
Funktion der Mischfunktionen, der Luminanz-Aufwölbungsabhängigkeit
von der X-, Y-Stelle auf dem Schirm und der Eingangsintensität zum fliesenartigen
Displaysystem. Auf diese Weise können durch
die Transformationsfunktionen die Schwankung bei Luminanz, Buntton
und Sättigung über das ganze
Display hinweg unabhängig
von der bereitgestellten Eingangsintensität relativ klein eingestellt werden.
Wenn dies bewerkstelligt oder ermöglicht ist, kann der Bildinhalt
willkürlich
sein, wodurch sich das fliesenartige Display mit Kamerarückkopplung
für die Anzeige
von allgemeinem Bildmaterial eignet.
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Gemäß dem obengesagten ist 19 ein Flußdiagramm,
das ein Verfahren zum mindestens teilweisen Entfernen einer Luminanzverzerrung
aus dem Display zeigt. Der Algorithmus beginnt bei Element 400,
bei dem die Steuerung an Element 402 weitergegeben wird.
Element 402 gibt nacheinander ein oder mehrere Eingangssignale,
die einem Flachfeldbild variierender Intensität entsprechen, in jeden Projektor
ein. Die Steuerung wird dann an Element 404 weitergegeben.
Element 404 erfaßt
ein Erfassungsbild ausgewählter
Flachfeldbilder. Die Steuerung wird dann an Element 406 weitergegeben.
Element 406 identifiziert eine Luminanz-Aufwölbung auf einem
oder mehreren der Erfassungsbilder. Die Steuerung wird dann an Element 408 weitergegeben. Element 408 bestimmt
eine Rückkopplungstransformationsfunktion (abhängig von
X, Y und/oder der Eingangsintensität), die die Luminanz-Aufwölbungen mindestens
teilweise aus dem zusammengesetzten Bild entfernt. Die Steuerung
wird dann an Element 410 weitergegeben, in dem der Algorithmus
bestand.
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Schließlich wird ein Verfahren zum
Bestimmen der Grenzen jeder Fliese eines fliesenartigen Displays
in Erwägung
gezogen, wenn eine Kamera verwendet wird, die ein Blickfeld aufweist,
das mehr als eine Fliese umfaßt.
Dieses Verfahren beinhaltet das Anzeigen beispielsweise eines Weißfeldbilds
auf allen Fliesen mit Ausnahme einer ausgewählten Fliese. Die Kamera kann
dann ein Bild des Displays erfassen, das die ausgewählte Fliese
enthält.
Es ist dann eine relativ einfache Sache, die Grenzen der ausgewählten Fliesen
zu bestimmen, indem die Stelle identifiziert wird, wo das Weißfeldbild
beginnt/aufhört.
Ein weiteres Verfahren ist die Anzeige eines Schachbrettmusters,
bei dem jede der Fliesen eins von zwei Flachfeldbildern annimmt.
Bei dieser Ausführungsform
können
die Grenzen für
jede Fliese bestimmt werden, indem die Stelle identifiziert wird,
wo die Flachfeldbilder beginnen/aufhören. Ein weiteres Verfahren
ist die Anzeige eines Musters aus Punkten, deren Außengrenzen
bei Erfassung durch die Kamera in Kombination mit einer Detektionsfunktion
auch die Grenzen jeder Fliese definieren. Diese können durch
das Rückkopplungs-Prozessor-Kamera-System
verwendet werden, um unter anderem die Ausrichtung der Projektoren
relativ zueinander zu identifizieren. Weiterhin, und wenn die diskreten
Bilder einander überlappen,
identifizieren diese Verfahren weiterhin das Ausmaß der Überlappung.
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Nachdem die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, erkennt der
Fachmann ohne weiteres, daß die hier
dargelegten Lehren innerhalb des Schutzbereichs der hier beigefügten Ansprüche auf
noch weitere Ausführungsformen
angewendet werden können.