FR2846435A1 - Systeme d'illumination pour visualisation d'image sans rupture de couleurs - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système d'illumination d'un modulateur spatial de lumière comprenant :• Une source lumineuse (1) émettant un faisceau d'éclairement ;• Un modulateur spatial de lumière (2) commandé par des signaux de commande vidéos correspondant à une succession de trames d'images;• Un filtre matriciel (3) formé d'une mosaïque de filtres élémentaires de couleurs différentes, éclairé par ledit faisceau d'éclairement et transmettant un faisceau filtré spatialement en couleurs au modulateur spatial de lumière (2), une image dudit filtre étant réalisée sur une face d'entrée du modulateur spatial de lumière ;• Des moyens de déplacement pour déplacer l'image du filtre (3) sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière (2) ;• et un dispositif de commande (5) de ces moyens de déplacement, permettant de commander au moins une séquence de déplacements de l'image du filtre lors de chaque trame d'image.
Description
L'invention concerne un système d'illumination d'un
modulateur spatial de lumière.
Elle s'applique plus particulièrement aux systèmes de projection ou de rétro-projection vidéo mono-afficheur, à afficheurs matriciels et plus particulièrement aux systèmes disposant d'une image relais au sein du dispositif d'éclairement. Elle vise à améliorer la qualité d'image 10 pour des systèmes séquentiels couleur. En complément, elle permet de dégrader une vidéo si elle est acquise par un caméscope. On connaît deux types d'architectures monoimageurs: a- celui o l'ensemble des pixels (éléments images) de l'imageur voit toujours la même couleur: "tout rouge", "tout vert", ou "tout bleu"; c'est ce qu'on obtient en utilisant une roue colorée qui tourne devant l'imageur. Ce
mode se nomme "séquentiel couleur".
b- celui o le balayage de l'imageur a lieu "ligne pas ligne" (cas du " color scrolling " en terminologie anglo-saxonne). L'ensemble des pixels d'un groupe de lignes de l'imageur voit la même couleur, de sorte que, pour chaque ligne, on a successivement une ligne "toute rouge", 25 une ligne "toute verte", et une ligne "toute bleue". On peut obtenir cet effet en utilisant un filtre tournant
strié de bandes de couleur hélicodales.
Les systèmes de projection ou de rétro-projection peuvent donc se présenter sous des configurations diverses. 30 L'invention concerne les configurations mono-afficheur, fonctionnant en séquentiel couleur et pouvant disposer d'un plan accessible en amont de l'imageur principal et conjugué
avec celui-ci.
Cependant les systèmes connus présentent des risques de ruptures de couleurs lors de la projection (ou color break-up) qui se caractérisent par l'apparition de contours multipliés et colorés sur les images en mouvement. 5 Ce phénomène s'observe également lorsque l'observateur se déplace par rapport à l'image projetée. Ceci est le cas en mode séquentiel couleur o les trois images primaires rouge, verte et bleue sont affichées l'une après l'autre et donc à des instants différents. Une solution connue 10 consiste à doubler la fréquence image, tout en modifiant la position des contours de l'image dans la direction du mouvement. Ceci requiert la mise en oeuvre d'algorithmes spécifiques et est relativement coteux en ressources logicielles et matérielles du simple fait du doublement de 15 la fréquence d'affichage. Le doublement de la fréquence image est également contraignant pour l'utilisation des dispositifs à cristal liquide qui ont des temps de montée et de descente qui doivent être masqués. Ces temps aveugles
sont multipliés par deux.
L'invention permet de résoudre ce problème de rupture des couleurs. De plus, elle permet de rendre difficile le piratage à l'aide de caméscopes. En effet, l'invention permettra d'afficher avec une séquence aléatoire des images présentant des structures colorées 25 quand elles seront visualisées par un caméscope. Ces structures colorées seront enregistrées du fait de l'échantillonnage temporel réalisé par le caméscope. Elles ne seront pas visibles à l'oeil, qui réalise une moyenne glissante analogique. La dégradation de qualité qui en 30 résultera pourra dissuader de commercialiser une telle
vidéo piratée.
L'invention concerne donc un système d'- llumination d'un modulateur spatial de lumière comprenant: * Une source lumineuse émettant un faisceau d'éclairement * Un modulateur spatial de lumière comprenant une matrice de pixels commandés par des signaux de 5 commande vidéos correspondant à une succession de trames d'images; * Un filtre matriciel formé d'une mosaque de filtres élémentaires de couleurs différentes, éclairé par ledit faisceau d'éclairement et transmettant un 10 faisceau filtré spatialement en couleurs au modulateur spatial de lumière, une image dudit filtre étant réalisée sur une face d'entrée du modulateur spatial de lumière i * Des moyens de déplacement pour déplacer l'image du 15 filtre sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière et * Un dispositif de commande de ces moyens de
déplacement, permettant de commander au moins une séquence de déplacements de l'image du filtre lors de 20 chaque trame d'image.
Le dispositif de commande est adapté pour commander les déplacements en synchronisme avec les signaux de
commande vidéos du modulateur spatial de lumière.
De préférence, chaque déplacement d'une séquence 25 correspond à un multiple de la dimension de l'image d'un filtre élémentaire sur la face d'entrée du modulateur spatial. Les dimensions de chaque filtre élémentaire sont telles qu'elles permettent l'éclairement d'un nombre entier 30 de pixels du modulateur spatial de lumière. C'est à dire que chaque filtre élémentaire permettra d'éclairer la totalité d'au moins un pixel du modulateur spatial de lumière ou, selon un mode de réalisation préféré, la totalité de plusieurs pixels. Ainsi, les limites de l'image
de chaque filtre élémentaire sur la face d'entrée du modulateur correspondront à des espaces inter-pixels. De préférence, les dimensions et la position des filtres élémentaires sont adaptées pour que l'image de chacun d'eux 5 sur la face d'entrée du modulateur spatial recouvrent la totalité d'une pluralité de pixels.
La mosaque peut être monodimensionnelle, au sens qu'elle ne comporte par exemple qu'une colonne de filtres élémentaires de différentes couleurs; chaque filtre 10 élémentaire forme alors un bande colorée s'étendant sur
toute la largeur du filtre.
De préférence, afin de mieux résoudre le problème de rupture de couleurs précédemment cité, la mosaque est bidimensionnelle et les filtres élémentaires sont disposés 15 en plusieurs lignes et en plusieurs colonnes; si le modulateur spatial de lumière comprend une matrice bidimensionnelle de pixels formés chacun par une valve optique et disposés en lignes et en colonnes, la direction de l'image des lignes de filtres élémentaires sur la face 20 d'entrée du modulateur correspond à celle des lignes de pixels, et la direction de l'image des colonnes de filtres élémentaires sur la face d'entrée du modulateur correspond à celle des colonnes de pixels; de préférence, la taille des filtres élémentaires est adaptée pour que l'image de 25 chaque filtre élémentaire sur la face 'aentrée du modulateur recouvre plusieurs pixels; les valves optiques peuvent être des cellules à cristaux liquides ou des
éléments micro-miroir.
Selon une forme de réalisation préférée de 30 l'invention, ladite mosaque est formée par la répétition de blocs de filtres élémentaires, ces blocs présentant des contours identiques et étant composés chacun d'au moins deux filtres élémentaires de couleurs différentes; puisque tous les blocs ont les mêmes contours, c'est à dire la même géométrie, chaque bloc comporte donc le même nombre de filtres élémentaires; dans le filtre, les répartitions des filtres élémentaires de couleurs différentes dans les blocs peuvent être différentes d'un bloc à un autre. De 5 préférence, chaque bloc comporte trois filtres
élémentaires: un rouge, un vert et un bleu.
Selon une autre variante de réalisation de l'invention, on prévoit qu'un bloc comporte plus de deux
filtres qui sont adjacents mais ne sont pas alignés.
Selon une autre variante de réalisation de l'invention, on prévoit qu'un bloc comporte plus de deux filtres qui sont adjacents et alignés. De préférence, ces blocs sont alors disposés de manière à ce que les filtres élémentaires de même couleur soient alignés selon une 15 direction inclinée par rapport à celle des lignes et celle des colonnes de filtres élémentaires. Lors de la conception d'un filtre on disposera alors de tels blocs en décalé les uns par rapport aux autres de façon à obtenir des motifs dans lesquels les filtres élémentaires de même couleur sont 20 alignés selon des directions inclinées; de préférence, on intervertira ensuite deux lignes entre elles et/ou deux colonnes entre elles. Un tel filtre sera facile à concevoir et à utiliser tout en brouillant le motif formé par les
groupes de blocs.
De préférence, le filtre comporte le même nombre de filtres élémentaires de chaque couleur dans les différentes lignes et dans les différentes colonnes du filtre. On peut également prévoir que la mosaque soit un 30 assemblage de motifs identiques comprenant chacun le même nombre de blocs et le même nombre de filires iémentaires de chaque couleur dans chacune des lignes et dans chacune des colonnes de filtres élémentaires de ce motif. Ceci permettra de façon plus sure d'obtenir une image blanche pour chaque pixel du modulateur spatial de lumière qui est
dans l'état passant.
De préférence, les moyens de déplacement sont
adaptés pour déplacer l'image du filtre en mosalque 5 transversalement à la direction du faisceau d'éclairement.
Selon une forme de réalisation, les moyens de déplacement comportent un dispositif de déflexion de la lumière, localisé entre le filtre matriciel et le modulateur spatial de lumière; ce dispotif est adapté pour déplacer l'image 10 du filtre sur la face d'entrée du modulateur; le
dispositif de commande commande alors la déflexion, par le dispositif de déflexion, du faisceau d'éclairement filtré spatialement, ce qui conduit à avoir des déplacements de l'image du filtre sur la face d'entrée du modulateur 15 spatial de lumière.
Avantageusement, le dispositif de déflexion comporte un miroir orientable; le filtre matriciel et le modulateur spatial de lumière sont alors disposés symétriquement par rapport à une surface séparatrice de 20 faisceau; le système comporte alors une optique d'imagerie recevant la lumière émise par le filtre matriciel, la retransmettant au miroir qui la réfléchit vers la surface séparatrice via l'optique d'imagerie, laquelle surface séparatrice réfléchit la lumière vers une face d'entrée du 25 modulateur spatial de lumière, une image du filtre matriciel étant ainsi formée sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière, cette image pouvant être déplacée sur cette face d'entrée par rotation du miroir
orientable.
Les déplacements indiqués précédemment permettent des déplacements de l'image du filtre sur le modulateur spatial de lumière de telle façon que chaque séquence de déplacements de l'image du filtre sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière permet l'éclairement successif de chaque pixel du modulateur spatial de lumière par tous les filtres élémentaires d'un même bloc. Cela permet ainsi de colorer une image du modulateur spatial de lumière. De plus, on peut prévoir que, pendant chaque trame d'image, chaque pixel du modulateur spatial de lumière soit éclairé successivement par tous les filtres élémentaires d'un bloc sous l'effet d'une première séquence de déplacements, puis par tous les filtres élémentaires d'un 10 autre bloc sous l'effet d'une deuxième séquence de déplacements. De préférence, toutes les séquences de déplacements commandées par le dispositif de commande sont adaptées pour que l'intégration des images du filtre obtenues sur 15 l'ensemble des déplacements de la ou des séquences de chaque trame apporte une colorimétrie blanche à la face d'entrée du modulateur spatial de lumière. Si chaque trame ne comporte qu'une seule séquence, chaque séquence apporte à elle-seule une colorimétrie blanche. Si chaque trame 20 comporte une combinaison de séquence, chaque combinaison de séquences apporte une colorimétrie blanche sans, pour autant, que chaque séquence n'apporte seule une
colorimétrie blanche.
Dans le cas o chaque trame comporte une première 25 séquence et au moins une deuxième séquence, ces séquences sont alors de préférence adaptées pour que l'intégration des images du filtre obtenues sur l'ensemble des déplacements de l'une quelconque de ces séquences apporte une colorimétrie non blanche à la face d'entrée du 30 modulateur spatial de lumière; comme seule la succession de plusieurs séquences apporte une colorimétrie blanche, une telle disposition conduira à détériorer les images du
modulateur spatial de lumière filmées par un caméscope.
Pour empêcher avec plus d'efficacité le piratage par un caméscope, de préférence, le dispositif de commande possède les caractéristiques de différentes combinaisons d'au moins deux séquences de déplacements, choisies parmi 5 une pluralité, chaque combinaison permettant d'apporter une colorimétrie blanche de la face d'entrée du modulateur spatial de lumière. Le dispositif de commande sélectionne alors, parmi ces combinaisons, des combinaisons différentes pour des trames successives. Il n'est pas indispensable de 10 changer de combinaison entre chaque trame, mais seulement entre certaines trames, qui peuvent être choisies au hasard. De préférence, la sélection de combinaison parmi la
pluralité est également aléatoire.
Par ailleurs, on peut prévoir que ledit dispositif 15 de commande possède les caractéristiques d'une pluralité de séquences différentes de déplacements permettant d'apporter une colorimétrie blanche à la face d'entrée du modulateur spatial de lumière et que ce dispotitif sélectionne, parmi cette pluralité, des séquences 20 différentes pour des trames successives. Si le temps d'intégration d'une image enregistrée par un caméscope chevauche deux trames de séquences différentes, on aboutira avantageusement à une détérioration des images du modulateur spatial de lumière filmées par ce caméscope. Il 25 n'est pas indispensable de changer de séquence entre chaque trame, mais seulement entre certaines trames, qui peuvent être choisies au hasard. De préférence, la sélection de
séquences parmi la pluralité est également aléatoire.
Les différents objets et caractéristiques de 30 l'invention apparaîtront plus clairement dans la
description qui va suivre faite à titre d'exemple non
limitatif et dans les figures qui représentent - La figure 1, un exemple général de réalisation du système de l'invention; - La figure 2, un exemple de filtre matriciel appliqué dans le système de la figure 1; - La figure 3, un exemple de réalisation du système de l'invention; - La figure 4, une variante de réalisation du système de l'invention; - Les figures 5a à 5f, des exemples de réalisation d'un filtre selon l'invention; - Les figures 6a à 61, des figures permettant d'expliquer 10 le fonctionnement du système de l'invention; - Les figures 7a à 7c, de l'illustration de fonctionnements anti-piratage par caméscope; - Les figures 8a à 8c, une variante de réalisation du
filtre selon l'invention.
En se reportant aux figures 1 et 2, on va donc décrire un exemple général de réalisation du système de l'invention. Ce système comporte une source de lumière émettant de préférence un faisceau de lumière blanche permettant 20 d'illuminer un modulateur spatial de lumière 2. Ce modulateur spatial de lumière comporte un ensemble de pixels (éléments image) disposés sous forme matricielle et est par exemple une valve à cristal liquide. Un filtre 3 permet de filtrer spatialement les différentes longueurs 25 d'onde correspondant aux couleurs rouge, verte et bleue de façon à illuminer le modulateur spatial de lumière 2 avec
des faisceaux de différentes couleurs.
Une optique de transmission 4 permet d'imager chaque point du filtre 3 dans sensiblement le plan du 30 modulateur spatial de lumière 2. De plus, dans le cas d'une application en projection ou en rétroprojection, une optique de sortie 6 permet de configurer le faisceau
transmis par le modulateur spatial de lumière.
Le filtre 3 possède un ensemble de filtres élémentaires de couleurs différentes (c'est-à-dire de caractéristiques de filtrage en longueurs d'ondes différentes). De préférence, chaque filtre élémentaire 5 permet d'éclairer un nombre entier supérieur à 1 de pixels
du modulateur spatial de lumière.
La figure 2 représente un exemple d'on L ltre selon l'invention réalisé sous la forme d'une matrice bidimensionnelle, c'est à dire organisée en lignes et 10 colonnes, de filtres élémentaires rouges (R), verts (V) et bleus (B). La répartition des différents filtres
élémentaires R, V et B sera expliquée ultérieurement.
Un dispositif de commande 5 permet de déplacer le filtrage spatial du faisceau d'éclairement, ce oui revient 15 à déplacer l'image du filtre 3 sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière 2. Comme cela est représenté sur la figure 1, le dispositif de commande 5 peut commander ce déplacement: - Soit en déplaçant le filtre 3 perpendiculairement à la 20 direction du faisceau d'éclairement comme indiqué par la flèche D; - Soit en prévoyant entre le filtre 3 et le modulateur spatial de lumière 2, un dispositif 7 de déflexion ou de translation du faisceau. Par exemple, sur la figure 25 1, une déflexion du faisceau transmis au modulateur spatial de lumière est obtenue en commandant une rotation du dispositif 7 comme indiqué par la flèche R. Le dispositif de commande 5 commande ainsi le déplacement de l'image du filtre sur la face d'entrée du 30 modulateur spatial de lumière 2. Ce déplacement se fait pas à pas selon deux directions orthogonales de façon que l'image du filtre se déplace sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière selon deux directions orthogonales parallèles aux lignes et aux colonnes. A chaque déplacement, le pas de déplacement est égal à un multiple du pas de répartition des images des filtres élémentaires du filtre 3 sur la face d'entrée du modulateur
spatial de lumière.
Considérons que le point p2 du modulateur spatial de lumière est éclairé par un filtre élémentaire situé au
point p3 du filtre.
A un instant tO, le filtre élémentaire localisé au point p3 est d'une couleur déterminée, rouge par exemple et 10 le pixel situé au point p2 du modulateur spatial de lumière est éclairé par de la lumière rouge. A un instant tl suivant, Sous la commande de déplacement du filtre 3 par le dispositif 5, le filtre élémentaire localisé au même point p3 est vert (par exemple) et le pixel du point p2 est 15 éclairé par de la lumière verte. A un autre instant t2, le filtre élémentaire localisé en p3 peut être ensuite bleu et
le pixel situé en p2 est éclairé par de la lumière bleue.
La répartition des filtres élémentaires R, V et B du filtre 3 est réalisée de telle façon qu'en prévoyant des 20 déplacements appropriés du filtre, on obtienne une lumière
qui est en moyenne perçue comme blanche pour tous les pixels du modulateur spatial de lumière lorsque ces pixels sont dans l'état passant pour les différentes positions de déplacements et cela durant un temps d'intégration 25 convenable pour l'oeil.
Dans le cas o le dispositif de commande induit un
déplacement de l'image du filtre sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière par déflexion du faisceau transmis par le filtre par exemple, le fonctionnement est 30 similaire.
Un traitement du signal synchrone, alimentera l'imageur en signaux vidéos combinant les images initiales des trois couleurs selon un motif identique à celui des filtres colorés. Le dispositif de commande 5 fonctionnera
en synchronisme avec les signaux vidéos.
Chaque sous-image contiendra alors des pixels des
trois couleurs, selon un motif aléatoire ou pseudo5 aléatoire, ce qui ne placera plus des contours de couleurs à des instants différents mais les répartira dans le temps.
Ceci atténuera le phénomène de rupture de couleurs.
La figure 3 représente un exemple de réalisation d'un système de projection utilisant le système 10 d'illumination selon l'invention. Sur cette figure on retrouve la source lumineuse 1, le filtre 3, l'optique 4, le modulateur spatial de lumière 2, l'optique de sortie 6, le dispositif de déviation ou de translation de faisceau 7
et le dispositif de commande 5 de la figure 1.
Un dispositif intégrateur de lumière, qui peut être réalisé sous la forme d'un barreau intégrateur 10, est intercalé entre la source 1 et le filtre 3 pour fournir un éclairement uniforme de la surface du filtre 3 et par suite
de la surface du modulateur spatial de lumière.
De plus, dans le cas, par exemple, d'un modulateur spatial de lumière fonctionnant en réflexion, il peut être prévu un séparateur de faisceaux 8 associé à la face d'entrée du modulateur spatial de lumière dont la face opposée est réfléchissante ou est munie d'un dispositif de 25 réflexion 12. La lumière provenant du filtre est transmise au modulateur spatial de lumière qui la module spatialement et la réfléchit vers le séparateur, lequel réfléchit alors la lumière vers l'optique de sortie 6. Il est à noter que les moyens de polarisation de la lumière nécessaires au 30 fonctionnement du modulateur spatial de lumière sont bien connus dans la technique et ne sont pas représentés sur la figure. Le dispositif de commande 5 permet de déplacer le filtre 3 selon deux directions perpendiculaires DX et DY contenues dans un plan transverse à la direction du faisceau transmis par le barreau intégrateur 10 de façon à déplacer l'image du filtre sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière. Selon une variante de 5 réalisation, un dispositif de déflexion ou de translation de faisceau 7 commandé par le dispositif 5 permet de réaliser ce déplacement de l'image du filtre sur la face
d'entrée du modulateur spatial de lumière.
En se reportant à la figure 4, on va décrire une 10 variante de réalisation d'un système de projection appliquant le système d'illumination de l'invention et qui
présente l'avantage d'être compacte.
Le filtre 3 et le modulateur spatial de lumière 2 sont disposés symétriquement par rapport à une surface 19 15 séparatrice de la lumière. Selon l'exemple de réalisation de la figure 4, cette surface 19 est la surface séparatrice
d'un cube séparateur de faisceau 18.
Le filtre 3 est muni d'un dispositif de réflexion 13 de façon que la lumière qu'il reçoit d'une source 20 lumineuse et d'un dispositif intégrateur 10 par un
séparateur de faisceau 11 et par la surface séparatrice 19 est réfléchie vers une optique 4 et un miroir 17. La lumière réfléchie par le miroir 17 est renvoyée par l'optique 4 et la surface séparatrice 19 au modulateur 25 spatial de lumière 2.
La lumière effectue donc un double passage dans l'optique 4; Celle-ci est conçue comme une optique de double Gauss de telle façon qu'en raison oes positions symétriques du filtre 3 et du modulateur spatial de lumière 30 2 par rapport à la surface séparatrice 19, ainsi que du double passage de la lumière dans l'optique 4, la surface du filtre est imagée sur la surface d'entrée uu modulateur spatial de lumière 2 avec grandissement de 1 et sans distorsion. Comme on peut le voir sur la figure 4, le miroir 17
est mobile autour de deux axes perpendiculaires Xl et X2.
Des commandes de rotations Rl et R2 pilotées par le dispositif 5 permet de déplacer l'image du filtre 3 sur la 5 face d'entrée du modulateur spatial de lumière selon deux directions perpendiculaires, horizontalement et
verticalement notamment.
Lorsque le miroir est perpendiculaire à la direction du faisceau qu'il reçoit du filtre, il est dans 10 une position moyenne. On privilégiera un fonctionnement dans lequel les rotations Ri et R2 font osciller le miroir
autour de cette position moyenne.
Le modulateur spatial de lumière 2 est muni sur sa face opposée à sa face d'entrée d'un dispositif de 15 réflexion 12. La lumière provenant du filtre 3 et éclairant le modulateur spatial de lumière est donc réfléchie vers l'objectif de sortie 6. Comme précédemment, les moyens de
polarisation nécessaires au fonctionnement du système sont parfaitement connus dans la technique et ne sont donc pas 20 représentés sur la figure.
En se reportant aux figures 5a à 5f on va maintenant décrire la conception d'un filtre 3 selon l'invention. Comme indiqué précédemment, ce filtre comporte une 25 matrice de filtres élémentaires colorés c'est-à- dire ayant des caractéristiques de filtrages en longueurs d'ondes optiques différentes. La répartition des filtres élémentaires est telle que le filtre 3 Drésente une répétition de motifs constitués chacun d'un nombre 30 déterminé de filtres élémentaires. Par exemple, les figures b et 5c représentent un motif de 3x3 filtres élémentaires et les figures 5d et 5e représentent un motif de 6:16 filtres élémentaires. Il est bien évident qu'un motif
pourrait comporter plus de filtres élémentaires.
Une méthode pour obtenir ces motifs est la suivante dans une matrice mxn o mxn est multiple de trois,
choisir une forme d'un bloc de trois filtres élémentaires par exemple (dans le cas d'un fonctionnement en trichrome) 5 telle que la forme de la figure Sa pour réaliser le pavage de la figure 5b (ou celui de la figure 5d).
La répartition des filtres élémentaires R, V et B peut être différente dans les différents blocs de trois filtres élémentaires. C'est ainsi que le bloc MI est 10 différent du bloc M2 en ce qui concerne les répartitions des filtres élémentaires R, V et B. Les couleurs des filtres élémentaires sont distribuées de manière aléatoire sur les différentes formes en respectant néanmoins de préférence des critères 15 d'homogénéité globaux (par ex: même nombre de pixels de chaque couleur pour les lignes et les colonnes de la matrice). Les motifs obtenus (figures 5c ou 5e) seront
répliqués par translation pour couvrir la totalité du 20 filtre 3.
On notera que pour tenir compte du déplacement de l'image du filtre 3 à la surface du modulateur spatial de lumière 2 et pour que cette image couvre dans tous les cas le modulateur spatial de lumière on prévoira un filtre de 25 surface plus grande que celle du modulateur spatial de lumière. Si on prévoit des translations de 1, 2 ou 3
filtres élémentaires, les dimensions du filtre seront augmentées de lignes et de colonnes correspondant à une à trois lignes et une à trois colonnes de filtres 30 élémentaires du motif dans chaque direction.
On va maintenant décrire le fonctionnement du système lorsqu'on déplace l'image du filtre à la surface du
modulateur spatial de lumière.
Pour chaque image couleur à générer, une position de départ sera définie pour le dispositif de déplacement parmi toutes les positions possibles (par exemple pour une excursion de 2 pixels dans chaque direction 25 positions 5 sont possibles, 9 positions pour l pixel dans chaque direction). Cette position générera la première sous-trame en imageant des pixels rouges, verts et bleus à travers les
motifs du filtre 3.
Supposons que le filtre 3 est réalisé par 10 l'assemblage de quatre motifs tels que celui de la figure e. La figure 5f représente l'image du filtre sur la face
d'entrée du modulateur spatial de lumière.
Supposons que nous observions la position X de l'image de la figure 5f (colonne 7 et ligne 8 de l'image). 15 Lors de la première sous-trame, cette position est
éclairée en rouge.
Les deux sous-trames suivantes devront être éclairées à la suite de déplacements respectant la forme de la figure Sa afin que la majorité des positions du 20 modulateur spatial de lumière soient illuminées par les trois couleurs. Par exemple, pour la seconde sous-trame, le motif devra être translaté d'un filtre élémentaire vers la gauche afin qu'un filtre élémentaire vert (ligne 8, colonne 8) éclaire la position X du modulateur.Ensuite, pour la 25 troisième sous trame, c'est le filtre élémentaire bleu de la ligne 7 et de la colonne 8 qui éclairera la position X, ceci par une translation d'un filtre élémentaire vers le bas. Les formes de la figure Sa étant réparties régulièrement dans le motif de la figure 5b et par suite, 30 dans le filtre de la figure 5c, on voit donc que toutes les positions telle que X du modulateur spatial de lumière auront été éclairées par de la lumière rouge, verte et bleue et cela après deux déplacements de l'image du filtre à la surface du modulateur spatial de lumière. Si tous les pixels du modulateur spatial de lumière sont passants durant toute cette séquence, l'observateur observe alors une lumière transmise par le modulateur qui est la combinaison du rouge du vert et du bleu et qui est donc blanche. Dans certains cas, on constate qu'il peut arriver que le fait d'avoir, dans le filtre 3, des filtres élémentaires voisins de même couleur conduise à avoir, après trois déplacements lors de trois sous-trames, une 10 image qui n'est pas parfaitement blanche. Pour remédier à cela, on prévoit de rééquilibrer la colorimétrie par trois déplacements supplémentaires lors de trois sous- trames suivantes. Les figures 6a à 61 illustrent ce fonctionnement. La figure 6a représente l'image du filtre sur la partie utile du modulateur spatial de lumière sous la forme d'une matrice de nombres. Chaque nombre représente une couleur: - Un "1" représente le bleu - Un "10" représente le vert
- Un "100" représente le rouge.
Dans ce qui va suivre, le chiffre des unités représentera du bleu, le chiffre des dizaines du vert et le chiffre des centaines, du rouge. Ce qui veut dire qu'un 25 point représenté par un nombre 110, par exemple, contiendra de la couleur rouge et de la couleur verte mais rie
contiendra pas de bleu.
L'image du filtre de la figure 6a est projetée sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière à un 30 instant déterminé alors qu'elle est dans une position déterminée x=0 et y=0. On suppose que tous les pixels du modulateur sont passants. La figure 6b représente l'image que devrait percevoir un observateur qui observe l'image affichée par le modulateur spatial de lumière. Cette image est pour l'instant celle de l'image du filtre. En particulier le point de la ligne 8 et de la colonne 8 a
pour valeur 10 (vert).
On va déplacer l'image du filtre de façon à décrire une forme d'un bloc telle que représentée en figure 5a. En figure 6c, l'image du filtre est déplacée d'un pas vers, la gauche (x=l et y=O). Un observateur devrait percevoir, en figure 6d, la superposition de l'image de la figure 6b et l'image de la figure 6c. Par exemple, le point 10 de la ligne 8 et de la colonne 8 a pour valeur 110 et il devrait percevoir une superposition de rouge et de vert,
soit du jaune.
En figure 6e, l'image du filtre est déplacée d'un pas vers le bas (x=l et y=l). Un observateur devrait 15 percevoir la superposition de l'image de la figure 6d et
l'image de figure 6e. Ce qui est représenté par la figure 6f. Par exemple, le point de la ligne 8 et de la colonne 8 a pour valeur 210 et il devrait percevoir une superposition de rouge et de vert, le rouge étant alors deux fois plus 20 intense que le vert, soit une couleur orange.
L'intégration des différentes images vues par
l'observateur ne donne pas une image blanche. En particulier; par exemple, on voit que le point cie la ligne 8, colonne 8 ne comporte pas de couleur bleue et comporte 25 du rouge deux fois plus intense que le vert.
On va donc déplacer à nouveau l'image du filtre pour lui faire décrire une forme telle que celle de la
figure 5a.
En figure 6g, l'image du filtre est déplacée, par 30 exemple de trois pas vers la gauche par exemple (x=4 et y=l). Un observateur devrait percevoir, en figure 6h, la superposition de l'image de la figure 6f et l'image de figure 6g. Par exemple, le point de la ligne 8 et de la colonne 8 a pour valeur 220 et il devrait percevoir une
superposition de rouge et de vert (couleur jaune).
En figure 6i, l'image du filtre est déplacée
ensuite d'un pas vers le bas (x=4 et y=O). Un observateur 5 devrait percevoir, en figure 6j, la superposition de l'image de la figure 6i et de l'image de la figure 6h. Le point de la ligne 8 et de la colonne 8 a pour valeur 221 et l'observateur devrait percevoir une superposition de rouge, de vert et de bleu, avec une intensité de bleu plus 10 faible.
En figure 6k, l'image du filtre est déplacée enfin
d'un pas vers la droite (x=3 et y=Q). Un observateur devrait percevoir, en figure 61, la superposition de l'image de la figure 6k et l'image de la figure 6j. Le 15 point de la ligne 8 et de la colonne 8 a pour valeur 222.
Après intégration des différentes images réalisées au cours des différents déplacements précédents, l'observateur perçoit donc une lumière blanche au point de la ligne 8, colonne 8. En analysant le comportement des différents 20 points du modulateur spatial de lumière on constaterait
qu'il en est de même pour tous les points. L'observateur perçoit donc un modulateur spatial de lumière qui émet une lumière uniformément blanche en moyenne (tous les pixels du modulateur étant évidemment passant comme supposé 25 précédemment).
Dans l'exemple de réalisation qui précède, on a réalisé la séquence de déplacements suivante de l'image du filtre: dx dy o o 1 o
1 1
4 ou 1 -2
2846435 20
4 O
3 O
D'autres séquences de déplacements peuvent être sélectionnées pour avoir une colorimétrie blanche du modulateur spatial de lumière lorsque les pixels de celui5 ci sont passants. L'invention prévoit donc d'établir une sélection de ces séquences de déplacements et de donner à chacune d'elles leurs caractéristiques tels que la position d'origine de déplacement et les types de déplacements selon deux coordonnées en X et en Y. Ensuite, l'invention prévoit 10 de choisir à chaque trame une séquence de déplacements. La séquence de déplacements peut être différente d'une trame à la suivante, mais cela peut très bien ne pas être
systématique et être décidé de manière aléatoire.
Pour établir cette sélection on peut, par 15 exemple, à partir de la séquence de déplacements précédente, déduire une séquence suivante par translation de +1, +1. La séquence qui suit est donc une séquence valide: dx dy
1 1
2 i
2 2
ou -1 2
1
4i Une autre méthode pour obtenir d'autres séquences
de déplacements valides est de permuter les ordres de déplacements à l'intérieur d'une même séquence. Ceci revient par exemple à permuter entre eux les trois premiers points et entre eux les trois derniers points du chemin ci-
dessus. On obtient ainsi la séquence déduite de la première séquence décrite précédemment: dx dy
O O
o o i i 4 ou -2 0 3 l 4 i D'autres séquences valides peuvent être trouvés par
d'autres méthodes.
Le dispositif de commande 5 commandera les changements de séquence de déplacements. Ces changements
auront lieu de préférence entre deux trames images.
On pourra prévoir de fournir, au dispositif de commande 5, une liste de séquences de déplacements permettant chacune indépendamment d'obtenir une
colorimétrie blanche de l'image du filtre. Le dispositif choisira de façon prédéterminée, soit de façon aléatoire, 15 les séquences de déplacements à utiliser.
Pour l'application d'un fonctionnement dans lequel la colorimétrie blanche est obtenue après plusieurs séquences de déplacements, on fournira au dispositif de commande 5 une liste de combinaisons de séquences 20 permettant d'obtenir une colorimétrie blanche de l'image du filtre. Dans ce cas de combinaisons de séquences, de préférence,chaque séquence de déplacements prise seule ne permettra pas d'obtenir une colorimétrie blanche, ce qui sera utile pour lutter contre le piratage, à l'aide d'un 25 caméscope, des images affichées par le modulateur spatial
de lumière comme cela sera mis en évidence ci-après.
Une combinaison aléatoire de tous ces chemins
valides permettra donc un " codage " des images selon les couleurs et cela selon des séquences non répétitives. Ce codage ne pourra pas être facilement décodé par un pirate, 5 d'autant plus que le caméscope en aura fait un rééchantillonnage et un moyennage spatial et temporel.
La perturbation apportée au signal vidéo apparaît
lorsqu'il n'y a pas correspondance entre le temps d'échantillonnage d'un caméscope et le temps d'affichage 10 des sous trames.
Dans le cas identique à celui précédemment décrit o une séquence de déplacements du filtre s'étale sur deux séquences de manière à former six sous trames consécutives organisées de telle manière que le signal intégré sur ces 15 sous-trames soit blanc (lorsque la totalité du modulateur spatial de lumière est passant), et dans le cas o l'acquisition par un caméscope se fait sur trois soustrames seulement qui sont à cheval sur les six sous trames, l'enregistrement vidéo du camescope mélangera deux codages 20 de couleurs et créera donc des artéfacts visibles comme expliqué dans l'exemple ci après et illustré par les
figures 7a à 7c,.
Pour simplifier l'exemple on suppose que la fréquence d'acquisition est calée sur la fréquence 25 d'affichage et que le décalage est constant, égal à une sous-trame. Dans l'exemple de séquences représentées dans le tableau ci-après, les trois sous-trames a,b et c acquises par un caméscope pour l'intégration 1 ne représentent pas l'état de sortie du caméscope mais la
progression de l'intégration temporelle du signal lumineux.
L'image de sortie est la troisième sous-trame (sous-trame c pour l'intégration 1). Dans un exemple de fonctionnement qui est mis en évidence par les figures 7a à 7c, on a utilisant réalisé l'affichage en déplacements suivantes: les séquences de Sous-trames dx dy
O O
A 1 O
B 1 1) Intégration 1
C 4 1
4 O]
3 O] Intégration 2 Puis dx dy
1 O]
O O
1 i) Intégration 3 4 o
3 0]
4 1] Intégration 4 Puis une séquence débutant par: dx| dy
1 0]
Sur les figures 7a à 7c, on a représenté le
fonctionnement relatif à une partie du filtre de la figure 5f (la partie située en haut à gauche de la figure 5f).
Comme pour les figures 6a à 61, on a représenté sur les parties gauches de ces figures, les images successives du 15 filtre projetées sur le modulateur spatial de lumière lors de chaque déplacement. Dans la partie centrale de ces figures, on a représenté l'intégration des images sur le modulateur spatial de lumière et ces images correspondent à celles de la partie droite des figures 6a à 61. Sur la partie droite, on a représenté les intégrations effectuées
par un caméscope filmant ces images.
Comme mentionné précédemment, l'intégration 1 par 5 le caméscope est déphasée par rapport aux images projetées.
On remarque, sur ces figures, que les résultats de l'intégration ne correspondent donc pas aux attentes. Sur les figures 7b et 7c, on voit en particulier que les intégrations 2, 3 et 4 sont loin de donner un champ blanc. 10 Sur les intégrations 3 et 4 en particulier (images 9 et 12), on note que la proportion de pixels blancs (niveau 111) est seulement de 22%, les autres pixels étant colorés. Ceci se produit pour un éclairement uniforme et tous les pixels du modulateur spatial de lumière passants. 15 Il faudra donc ajouter à ces défauts ceux liés aux changements d'images qui se produisent. En effet, les images 2, 5, 8 et 11 sont obtenues chacune après des cycles de trois sous trames. Entre les images 2 et 3, 5 et 6, 8 et 9, 11 et 12, il y a donc des changements d'images et les 20 intégrations par le caméscopes vont intégrer systématiquement des images différentes entre-elles ce qui
va détériorer la qualité de l'image.
En se reportant aux figures 8a à 8c on va maintenant décrire une variante de réalisation du filtre de 25 l'invention. Cette variante concerne la réalisation d'un filtre à l'aide de blocs plus simples tels que cela est représenté en figure 8a. Cette disposition réduit en particulier la proximité de blocs de même couleur. Elle est obtenue en juxtaposant des pavés linéaires o s'alignent 30 les trois couleurs R, V et B. Le déplacement du filtre se fait avantageusement dans une seule direction, en X ou en Y, et trois sous-trames suffisent ici pour atLeinicre l'état
blanc (voir figure 8b).
L'alignement diagonal des couleurs peut s'avérer gênant à la visualisation. Ceci peut être contré en intervertissant avantageusement deux à deux lignes ou colonnes afin de brouiller le motif tout en évitant de juxtaposer deux fois la même couleur. Ainsi sur la figure 8c, les colonnes 4 et 5 et
lignes 4 et 5 ont été interverties.
Il est à noter que le système de l'invention est applicable aux systèmes prévoyant un afficheur intermédiaire entre la source et le modulateur spatial de lumière 2 et permettant de fournir une image relais. Dans ce cas le filtre 3 peut avantageusement être associé à cet
afficheur intermédiaire.
Claims (14)
1. Système d'illumination d'un modulateur spatial de lumière caractérisé en ce qu'il comprend - Une source lumineuse (1) émettant un faisceau d'éclairement; - Un modulateur spatial de lumière (2) comprenant une matrice de pixels commandés par des signaux de commande vidéos correspondant à une succession de trames d'images; - Un filtre matriciel (3) formé d'une mosaque de 10 filtres élémentaires de couleurs différentes, éclairé par ledit faisceau d'éclairement et transmettant un faisceau filtré spatialement en couleurs au modulateur spatial de lumière (2), une image dudit filtre étant réalisée sur une face d'entrée du 15 modulateur spatial de lumière; - Des moyens de déplacement pour déplacer l'image du filtre (3) sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière (2) et - Un dispositif de commande (5) de ces moyens de 20 déplacement, permettant de commander au moins une séquence de déplacements de l'image du filtre lors
de chaque trame d'image.
2. Système d'éclairement d'un modulateur spatial de lumière selon la revendication l caractérisé en ce 25 que ledit dispositif de commande (5) est adapté pour commander lesdits déplacements en synchronisme avec les signaux de commande vidéos du modulateur spatial
de lumière.
3. Système d'éclairement d'un modulateur spatial de 30 lumière selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque déplacement d'une séquence correspond à un multiple de la dimension de l'image d'un filtre élémentaire sur la face d'entrée du modulateur
spatial (2).
4. Système d'éclairement d'un modulateur spatial de 5 lumière selon la revendication 3, caractérisé en ce que les dimensions et la position de chaque filtre élémentaire sont adaptées pour que l'image de chacun d'eux sur la face d'entrée du modulateur spatial (2)
recouvrent la totalité d'une pluralité de pixels.
5.. Système d'éclairement d'un modulateur spatial de lumière selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite mosaque est bidimensionnelle et en ce que lesdits filtres élémentaires sont disposées en
plusieurs lignes et en plusieurs colonnes.
6. Système d'éclairement d'un modulateur spatial de lumière selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite mosaque est formée par la répétition de blocs de filtres élémentaires, et en ce que ces blocs présentent des contours identiques et sont composés 20 chacun d'au moins deux filtres élémentaires de
couleurs différentes.
7. Système d'éclairement d'un modulateur spatial de lumière selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque bloc comporte plus de deux filtres 25 élémentaires et en ce que les filtres élémentaires
d'un même bloc sont adjacents et ne sont pas alignés.
8. Système d'éclairement d'un modulateur spatial de lumière selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque bloc comporte plus de deux filtres 30 élémentaires, et en ce que les filtres élémentaires
d'un même bloc sont adjacents et alignés.
9. Système d'éclairement d'un modulateur spatial de lumière selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits blocs sont disposés de manière à ce que les filtres élémentaires de même couleur soient alignés selon une direction inclinée par rapport à
celle desdites lignes et celle desdites colonnes.
10. Système d'éclairement d'un modulateur spatial de lumière selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite mosaque est un assemblage de motifs identiques comprenant chacun le même nombre de blocs et le même nombre de filtres élémentaires de chaque 10 couleur dans chacune des lignes et dans chacune des
colonnes dudit motif.
Il. Système d'éclairement d'un modulateur spatial de
lumière selon l'une quelconque des revendications 6 à 10 caractérisé en ce que chaque séquence de 15 déplacements de l'image du filtre sur la face
d'entrée du modulateur spatial de lumière permet l'éclairement successif de chaque pixel du modulateur spatial de lumière par tous les filtres élémentaires
d'un même bloc.
12. Système d'éclairement d'un modulateur spatial de lumière selon la revendication 11, caractérisé en ce que, pendant chaque trame d'image, chaque pixel du modulateur spatial de lumière est éclairé successivement par tous les filtres élémentaires d'un 25 premier bloc sous l'effet d'une première séquence de déplacements, puis par tous les filtres élémentaires d'un au moins deuxième bloc sous l'effet d'une au
moins deuxième séquence de déplacements.
13. Système d'éclairement d'un modulateur spatial de 30 lumière selon l'une des revendications 5 à 12,
caractérisé en ce que toutes les séquences de déplacements commandées par ledit dispositif de commande (5) sont adaptées pour que l'intégration des images du filtre obtenues sur l'ensemble des déplacements de la ou des séquences de chaque trame apporte une colorimétrie blanche à la face d'entrée
du modulateur spatial de lumière (2).
14. Système d'éclairement d'un modulateur spatial de lumière selon la revendication 13 quand elle dépend de la rendication 12, caractérisé en ce que les dites premières et au moins deuxième séquences de déplacements sont adaptées pour que l'intégration des 10 images du filtre obtenues sur l'ensemble des déplacements de l'une quelconque de ces séquences apporte une colorimétrie non blanche à la face
d'entrée du modulateur spatial de lumière (2).
15. Système d'éclairement d'un modulateur spatial de 15 lumière selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande possède les caractéristiques d'une pluralité de séquences différentes de déplacements permettant d'apporter une colorimétrie blanche à la face d'entrée du 20 modulateur spatial de lumière et en ce qu'il sélectionne, parmi cette pluralité, des séquences
différentes pour des trames successives.
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