KR102587037B1 - 멀티-하프-톤 이미징 및 이중 변조 투사/이중 변조 레이저 투사 - Google Patents

멀티-하프-톤 이미징 및 이중 변조 투사/이중 변조 레이저 투사 Download PDF

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Abstract

이중 변조 투사 시스템의 제 1 변조기 상에서 보다 작은 하프-톤 타일들이 실행된다. 이러한 기술들은 하프-톤 변조기에서 주어진 타일 크기에 의해 제공된 레벨들의 수를 효과적으로 증가시키기 위해 주 변조기에서의 수정된 비트 시퀀스와 동기화된 사전-변조기에서 프레임마다 다수의 하프-톤들을 사용하는 것이다. 이것은 작은 타일 크기들에 대한 낮은 광 레벨들에서의 감소된 명암비의 문제를 다루며, 투사된 이미지내의 후광 아티팩트들을 감소시키는 보다 작은 PSFs의 사용을 가능하게 하고, 3D 프로젝팅 및 뷰잉에서 활용될 수 있다.

Description

멀티-하프-톤 이미징 및 이중 변조 투사/이중 변조 레이저 투사{MULTI-HALF-TONE IMAGING AND DUAL MODULATION PROJECTION/DUAL MODULATION LASER PROJECTION}
본 특허 문서의 개시 일부는 저작권 보호를 받는 자료를 포함하고 있다. 본 저작권 소유자는 특허 및 상표청에서의 특허 출원 또는 기록하는 것에서는 누구에 의해서든 복사 복제에 대해 반대하지 않지만 그렇지 않은 경우에는 어떠한 경우라도 모든 저작권 권리를 보유한다.
본 발명은 디스플레이 디바이스들에 관한 것이며, 특히 (레이저 프로젝터들을 포함하는) 이중 변조 프로젝터들 및 상기 프로젝터의 사전-변조기(pre-modulator)에서의 하프-톤 이미지들(half-tone images)의 생성에 관한 것이다.
이중 변조 프로젝터들 및 디스플레이들은 디스플레이 디바이스들(예를 들면, 화이트헤드의 US 7,403,332, 댈리의 US 7,064,740) 및 프로젝터들(예를 들면, 새야그의 US 7,002,533)을 포함한다.
본 발명자들은 사전-변조기 이미지들의 개선된 하프-토닝(half-toning)에 대한 필요성을 실현하였다. 본 발명은 이중 변조 투사 시스템의 제 1 변조기 상에서 보다 작은 하프-톤 타일들의 사용을 가능하게 한다. 이러한 기술들은 하프-톤 변조기에서 주어진 타일 크기에 의해 제공된 레벨들의 수를 효과적으로 증가시키도록 주 변조기(primary modulator)에서의 수정된 비트 시퀀스와 동기화된 사전-변조기에서 프레임마다 다중 하프-톤들(multiple halftones)을 사용한다. 이것은 작은 타일 크기들에 대한 낮은 광 레벨들에서의 감소된 명암비(contrast ratio)의 문제를 다루며, 투사된 이미지내의 후광 아티팩트들(halo artifacts)을 감소시키는 보다 작은 PSFs의 사용을 가능하게 한다. 하프 토닝은 또한 색(color) 또는 편광(polarization) 분리된 3D 이미지의 투사를 개선하는데 활용될 수 있다.
상기 디바이스 및 방법 양쪽 부분들은 네트워크 컴퓨터 또는 범용 컴퓨터 상의 프로그래밍으로 통상 실행될 수 있으며, 그 결과는 범용, 네트워크 컴퓨터들의 어떠한 것에든 접속된 출력 디바아스 상에 디스플레이될 수 있으며, 또는 출력이나 디스플레이를 위해 원격 디바이스로 전송될 수 있다. 또한, 컴퓨터 프로그램, 데이터 시퀀스들, 및/또는 제어 신호들로 표현된 본 발명의 모든 구성요소들은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 무선 방송들, 및 동선, 광섬유 케이블, 동축 케이블 등을 통한 전송을 포함하는 어떠한 매체로도 어떠한 주파수에서도 전자 신호 방송으로 구현될 수 있다(전송될 수 있다).
본 발명의 더욱 완전한 평가 및 그에 수반되는 이점의 대다수는 첨부된 도면을 고려하여 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 보다 잘 이해될 수 있으므로 그로부터 용이하게 얻어질 수 있을 것이다.
도 1은 국부적 명암비(local contrast) 상의 복수의 이산적인 사전-변조 레벨들의 효과를 도시하는 도면.
도 2는 하프-톤 이미지가 4개의 서브프레임들에 걸쳐 분포될 때 얻어진 개선된 결과들을 도시하는 도면.
도 3은 예시적인 PSF 및 수정된 PSF를 도시하는 도면.
도 4는 예시적인 비트 시퀀스를 도시하는 도면.
현재의 이중 변조 POC EDR 프로젝터는 사전-변조기 상에서 프레임마다 단일의 하프 톤 이미지를 사용한다. 미소의 밝은 특징(small bright features)의 후광 크기를 제한하고 높은 국부적 명암비를 달성하기 위해 작은 PSF가 바람직하다. 비교적 편평한 광 필드를 달성하기 위해 PSFs의 필드를 중첩함으로써 제 1 비-제로 프리모드 레벨(nonzero premod level)이 달성된다. 주어진 (작은) PSF 크기에 대해, 하프-톤 비-제로 픽셀들의 간격들은 PSF 보다 작아야 하며, 이러한 편평한 필드를 달성하기 위해 충분히 작아야한다. 이러한 것은 임의의 레벨까지 비-제로가 되어야하는 픽셀들의 비율(percentage)을 제한하며, 이러한 것은 제 1 비-제로 평균 레벨 및 이산적인 선형 사전-변조 레벨들의 수를 결정한다. 예를 들면, 5×5 그리드에서 반복되어야 하는 PSF는 25개 중 하나의 사전-변조기 픽셀들이 턴-온되는 것을 필요로 하며, 결과적으로 최소 1/25 비-제로 레벨 및 25 이산적 프리모드 레벨들이 된다.
상기 기술된 시스템으로부터의 이미지는 주 변조기(primary modulator)의 약 25× 명암비(CR)를 가질 수 있으며; 상기 주 변조기의 원래의 CR이 1800 이었다면, 최종 이미지는 45,000:1의 CR를 가졌을 것이다. 이러한 것은 25개의 픽셀들 중 하나가 항상 온(on)이라는 것을 추정한다. 프리모드 DMD는, 프리모드 픽셀들이 오프된 상태에서, ＞1800:1 CR일 수 있으므로, 블랙 레벨(black level)은 피크 화이트(peak white)의 1/45000 보다 더 양호게 될 수 있었다; 하지만, 모든 프리모드 픽셀들을 턴 오프하는 것은 유해한 효과를 가질 수 있다. 이러한 효과는, 일부 픽셀들이 온 상태라도, 낮은 광 레벨들에서 이미지들에 역시 존재하게 된다. 예를 들면, 일부 이미지 특징들은 프리모드 광 필드에 의해 표현될 수 있는 공간 주파수를 넘어선 공간 주파수들에 따라 변화한다. 이들 이미지 특징들에 대해, 프리모드 광 필드는 일정하며 변조되지 않을 것이다. 프리모드 광 필드의 레벨은 이미지 특징의 국부적 최대치(local max)에 의해 결정될 수 있다. 주요 DMD는 국부적 이미지 특징의 모든 레벨들을 생성하기 위해 프리모드 광 필드를 감소해야한다. 제 1 비-제로 프리모드 레벨에 따라서, 주요 DMD는 그 표시(appearance)에 영향을 미치기에 충분한 그 이미지 특징의 국부적 명암비를 제한하는, 가장 낮은 레벨들을 생성하기에 충분한 명암비를 갖지 않을 수도 있다. 이러한 것은 프리모드 타일들 상의 최종 픽셀들이 턴 오프되는 영역 주변에선 특히 결정적이 된다. 이러한 영역에 있어서, 상기 국부적 명암비는 약 20까지 떨어지게 된다. 이러한 문제들은 PSF 및 타일의 크기를 증가시킴으로써 해소될 수 있지만, 이러한 것은 후광 크기를 증가시킬 것이며, 또한 가시적인 아티팩트들을 생성할 수 있다.
도 1은 상기한 문제들에 대한 설명을 돕는다. 청색 라인(10E-6과 10E-5 사이의 수평축상에서 시작)은 이상적인 무한 명암비 100 nit 가능 프로젝터를 갖는 이러한 특정 강당에서 얻어질 수 있었던 최상의 명암비를 나타낸다. 이러한 제한은 룸(room)이 스크린에서 측정된 바로서 0.0005 nits의 어두운 레벨을 갖기 때문에 야기된다. 이러한 것은 도달되는 룸에서의 주변 룸 전등으로부터 온 것이며 상기 스크린으로부터 시청자로 반사된다. 적색 라인(10E-4와 10E-3 사이의 수평축상에서 시작)은 단일 변조 프로젝터를 나타낸다. 상기 프로젝터는 1800:1 명암비(동시적이고 순차적임)를 갖는다. 국부적 이미지의 피크 레벨이 이러한 프로젝터로 더 어두워짐에 따라, 상기 국부적 이미지에서의 명암비는 다크 레벨(dark level)이 변함없기 때문에 비례해서 감소한다. 이러한 것이 정상적인 것이고 예상된 특성이다.
밝은 녹색 라인(보다 얇은 라인)은 높은 공간 주파수 구성요소들(여기서, 프리모드는 국부적으로 일정하다)을 갖는 이중 변조 프로젝터로 가능한 명암비를 나타낸다. 투사된 이미지가 피크 화이트(pick white) 바로 밖에서 국부적으로 어두워짐에 따라, 명암비 곡선은 이전의 경우와 정확히 일치한다. 하지만, 레벨이 (본 예에 있어서) 약 24/25의 피크 화이트에 도달할 때, 프리모드는 25/25로부터 24/25 픽셀 온으로 그 값을 변경할 수 있으며, 주 변조기는 다시 그 전체 범위를 사용할 수 있다.
따라서, 이러한 보다 낮은 광 레벨에서 전체 1800:1 국부적 명암비를 다시 갖게된다. 이러한 상황 동안 상기 프리모드가 그 값을 (23/25로) 변경하기 직전 상기 국부적 명암비는 24/25 * 1800으로 감소될 것이다. 이러한 상황은 상기 프리모드에서 각각의 변경을 통해 진행하며, 가능한 CR은 각각의 변경후 1800까지 다시 리셋한다. 예를 들면, 2 픽셀들이 활성일 때, CR은 144 (2/25 * 1800)으로 떨어진다. 단일 픽셀만이 활성일 경우, 프리-모듈러를 통한 누설 광이 상기 주 변조기만으로 원하는 출력 레벨에 도달하기에 충분히 높을 때(최대(full on))까지 상기 프리모드는 변경될 수 없다. 실례가 되는 예에서 이러한 레벨은 출력 피크의 1/1800 이 된다. 1/1800과 1/25에서 하프-톤에 의해 달성된 최저 변조 레벨 사이에 큰 갭이 존재하며, 그러한 영역에서 상기 프리모드는 상기 1/25 레벨에서 유지되어야한다. 상기 주 변조기는 이러한 영역에 대한 단일 변조기이며, 명암비는 프리모드 하프-톤이 제로로 설정될 수 있기 전에 약 1/25의 레벨로 떨어진다. 이러한 레벨은 이상적인 프로젝터를 갖는 이러한 룸에서 얻어질 수 있는 것보다 상당히 낮게 (약 4배만큼 상기 청색 라인 아래)된다.
Figure 112020054720228-pat00001
도 1
본 발명의 하나의 목적은, 타일 크기 또는 PSF 크기를 증가시키지 않고서, 사전-변조기에서 레벨들의 수를 증가시킴으로써 이들 아티팩트들의 영향을 감소시키는 것이다. 이러한 개념은 비교적 간단하며; 프레임마다 하나의 단일 하프-톤 이미지보다 많이 사용한다. 앞선 설명에서, 5×5 타일이 시험되었다. 다음에는, 5×5 타일을 사용하지만 프레임마다 4개의 서브프레임 하프-톤들을 사용하는 것을 설명한다. 이러한 예에서, 각각의 타일에 대한 개별적 픽셀 기반에서, 픽셀은 5개 값들의 시퀀스를 채용할 수 있으며, 이들은 0, 1, 2, 3, 또는 4 서브프레임들(0, 1/4 프레임, 1/2 프레임, 3/4 프레임, 또는 1 프레임)이 된다. 이러한 것은 5×5 타일이 원래의 25개 값들 (및 0)보다는 100개 포지티브 값들 (및 0)을 나타낼 수 있게 한다. DMD (TI Digital Mirror Device)가 주 변조기에 대해 사용된다면, 변조 칩들에 대해 비트 시퀀스들의 변조가 요구될 것이다. 상기 DMD는 광을 변조하기 위해 펄스 폭 변조의 형태를 사용하며; 따라서, 상기 광은 전체 프레임 주기 동안 일정하도록 요구된다. 상기 프레임 동안 프리모드 하프-톤들을 변경하는 것(4회)으로 인해, 일정치 않은 광(non-constant light) 및 PWM 결과를 갖는 간섭이 생성될 것이다.
일반적으로, 상기 DMD는 픽셀 변조 당 16 비트를 얻도록 프레임마다 단일 시퀀스가 사용된다. 고차 비트들이 상기 프레임 주기에 걸쳐 확산되도록 비트 시퀀스를 수정하는 것이 제안되며; 따라서, 이들은 복수 회에 걸쳐 반복된다. 예를 들면, (16개 중) 상층 14 비트들이 반복된다면, 이러한 것은 상층 14 비트들이 4회 반복되는 패턴을 허용한다. 하위의 비트들은 영향을 받지않고 유지될 것이다(전체 프레임 주기에 걸쳐 확산됨). 이러한 반복된 시퀀싱 유형은 문헌에 기재되어 있으며, DMD 기반 투사 시스템들로 모션 아티팩트들을 감소하는데 사용된다. US 5,986,640은 유사한 기술을 기술한다. 상기 사전-변조기상의 하프-톤 이미지는 상기 주 변조기에서의 반복된 시퀀스들과 동기화되어, 양쪽 변조기들이 동시에 새로운 시퀀스로 변경될 것이다.
도 2는 하프-톤 이미지가 상기한 바와 같이 4개의 서브프레임들에 걸쳐 분포될 때 얻어진 개선된 결과들을 도시한다.
Figure 112020054720228-pat00002
도 2
이러한 상황에서, 프로젝터로부터의 최하의 명암비는 상기 룸 내의 이상적인 프로젝터로 얻어질 수 있는 결과들과 거의 동일하다. 이러한 기술은 타일 크기 및 대응하는 PSF 크기를 증가시키지 않고서 바람직하지 않은 명암비 감축을 감소시킨다.
도면들에서 설명된 본 발명의 적절한 실시예들을 기술하는데 있어, 특정의 전문 용어가 명료함을 위해 채용되었다. 하지만, 본 발명은 그렇게 선택된 특정의 전문 용어로 제한되는 것으로 의도되지 않았으며, 각각의 특정 요소들은 유사한 방식으로 동작하는 모든 기술적 등가물들을 포함한다는 것을 이해해야한다. 더욱이, 본 발명자들은 아직 공지되지 않은 새롭게 개발된 기술들이 또한 본 발명의 범위로부터 여전히 벗어나지 않고서 상기 기술된 부분들에 대해 대체될 수도 있다는 것을 인식하고 있다. 이들에 제한되는 것은 아니지만 변조기들, 프레임들, 서브-프레임들 등을 포함하는 모든 다른 기술된 용어들도 역시 어떠한 그리고 모든 이용가능한 등가물들에 비추어 고려되어야한다.
본 발명의 부분들은 컴퓨터 분야의 숙련된 업자들에게는 명백한 바와 같이, 본 개시의 기술들에 따라 프로그램된 마이크로프로세서 또는 통상의 범용 또는 특화된 디지털 컴퓨터를 사용하여 실행될 수 있다.
적절한 소프트웨어 코딩이 소프트웨어 분야의 숙련된 업자들에게는 명백한 바와 같이, 본 개시의 기술들에 기초하여 숙련된 프로그래머들에 의해 용이하게 제공될 수 있다. 본 발명은 또한, 본 개시에 기초하여 당업자에게는 명백한 바와 같이, 어플리케이션 특정 직접 회로들을 제공함으로써 또는 통상의 구성요소 회로들의 적절한 네트워크를 상호 결합함으로써 실행될 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 프로세스들의 어떠한 것도 제어하도록 또는 컴퓨터로 하여금 실행하게 하도록 사용될 수 있는 명령들을 저장한 저장 매체(매체들)인 컴퓨터 프로그램 제품을 포함할 수 있다. 상기 저장 매체는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 플로피 디스크, 미니 디스크 (MD's), 광학 디스크, DVD, CD-ROMS, CD 또는 DVD RW+/-, 마이크로-드라이브, 및 자기-광학 디스크, ROMs, RAMs, EPROMs, EEPROMs, DRAMs, VRAMs, 플래시 메모리 디바이스(플래시 카드, 메모리 스틱을 포함), 자기 또는 광학 카드, SIM 카드, MEMS, 나노시스템(분자 메모리 ICs를 포함), RAID 디바이스, 원격 데이터 저장/아카이브/웨어하우싱, 또는 명령들 및/또는 데이터를 저장하기에 적절한 모든 유형의 미디어 또는 디바이스를 포함하는 어떠한 유형의 디스크도 포함할 수 있다.
컴퓨터 판독가능한 매체(매체들) 중 어느 하나에 저장되도록, 본 발명은 범용/특화된 컴퓨터 또는 마이크로프로세서 모두를 제어하기 위해 그리고 본 발명의 결과들을 활용하는 인간 사용자 또는 다른 메카니즘과 상호작용하도록 상기 컴퓨터 또는 마이크로프로세서를 인에이블하기 위한 소프트웨어를 포함한다. 그러한 소프트웨어는, 이에 제한되지는 않지만, 디바이스 드라이버, 동작 시스템, 및 사용자 어플리케이션을 포함할 수 있다. 결국, 그러한 컴퓨터 판독가능한 매체들은 또한 상술한 바와 같이, 본 발명을 실행하기 위한 소프트웨어를 포함한다.
이에 제한되는 것은 아니지만, 이미지 데이터에 대응하는 하프-톤 이미지들을 제공하고, 프레임들을 분할하고, 비트 시퀀스들을 동기화하여 DMDs에 적용하는 것과, 본 발명의 프로세스들에 따른 결과들의 디스플레이, 저장, 또는 통신을 포함하는, 본 발명의 기술들을 실행하기 위한 소프트웨어 모듈들이 상기 범용/특화된 컴퓨터 또는 마이크로프로세서의 프로그래밍 (소프트웨어)에 포함된다.
본 발명은 본 명세서에 기술된 바와 같은 본 발명의 요소(다양한 부분들 또는 특징들) 및 그 등가물의 어떠한 것도 적절히 포함하거나, 구성하거나, 또는 필수적으로 구성할 수 있다. 또한, 본 명세서에 예시적으로 개시된 본 발명은 본 명세서에서의 개시 여부와는 상관없이 임의의 요소 없이도 실행될 수도 있다. 명백히, 본 발명의 다양한 수정들과 변경들이 상기한 기술들에 비추어 가능하다. 따라서, 첨부된 청구범위의 범위내에서, 본 발명은 본 명세서에서 특히 기술된 바와는 다르게 실행될 수도 있다는 것을 이해해야한다.

Claims (15)

  1. 이중 변조 프로젝터에 입력 이미지(input image)를 디스플레이하기 위하여 제어기에서 구현되는 방법에 있어서, 상기 이중 변조 프로젝터는:
    사전-변조기 하프톤 이미지(pre-modulator half-tone image)를 디스플레이하기 위해 사전-변조기의 복수의 타일을 조사(illuminating)하는 레이저 광원,
    상기 사전-변조기 하프톤 이미지로 주 변조기를 조사하는 상기 사전-변조기, 및
    주 변조기 이미지를 디스플레이하는 상기 주 변조기를 포함하고 - 상기 사전-변조기의 각 타일은 상기 주 변조기의 이미지 영역에 대응함 -;
    상기 방법은:
    단일 프레임 시간 주기 동안 디스플레이될 상기 입력 이미지를 수신하는 단계;
    상기 단일 프레임 시간 주기를 복수의 서브-프레임 시간 간격으로 분할하는 단계;
    상기 사전-변조기의 각 타일에 대하여:
    상기 입력 이미지의 대응하는 부분에 기초하여 상기 사전-변조기 하프톤 이미지의 부분을 생성하는 단계 - 상기 사전-변조기 하프톤 이미지의 상기 부분을 생성하는 단계는 상기 단일 프레임 시간 주기의 서브-프레임 시간 간격의 연속적인 개수에 걸쳐 켜지는 사전-변조기 픽셀의 양을 계산하는 단계를 포함함 -;
    상기 입력 이미지의 상기 대응 부분에 기초하여 상기 각각의 타일에 대응하는 상기 주 변조기 이미지의 이미지 영역을 생성하는 단계 - 상기 주 변조기 이미지의 상기 이미지 영역을 생성하는 단계는, 상기 복수의 서브-프레임 시간 간격 각각에서 변조 값의 상위 중요 구성요소(the higher significant component)를 반복함으로써 상기 단일 프레임 시간 주기에 걸쳐 상기 각 변조 값의 상기 상위 중요 구성요소가 확산되도록 선택된 상기 변조 값을 계산하는 단계를 포함함; 및
    상기 생성된 사전-변조기 하프톤 이미지의 디스플레이를 유발하기 위해 상기 사전-변조기에 사전-변조기 활성화 신호를 출력하고 상기 대응하는 사전-변조기 하프톤 이미지와 동기화하여 상기 생성된 주 변조기 이미지의 디스플레이를 유발하기 위해 상기 주 변조기에 주 변조기 활성화 신호를 출력하는 단계를 포함하는, 이중 변조 프로젝터에 입력 이미지를 디스플레이하기 위하여 제어기에서 구현되는 방법.
  2. 이중 변조 프로젝터에 입력 영상을 디스플레이하는 제어기에 있어서, 상기 이중 변조 프로젝터는:
    사전-변조기 하프톤 이미지를 디스플레이하기 위해 사전-변조기의 복수의 타일을 조사하는 레이저 광원,
    상기 사전-변조기 하프톤 이미지로 주 변조기를 조사하는 상기 사전-변조기, 및
    주 변조기 이미지를 디스플레이하는 상기 주 변조기를 포함하고 - 상기 사전-변조기의 각 타일은 상기 주 변조기의 이미지 영역에 대응함 -,
    상기 제어기는 제 1 항의 상기 방법을 수행하도록 구성되는, 이중 변조 프로젝터에 입력 영상을 디스플레이하는 제어기.
  3. 이중 변조 프로젝터로서,
    사전-변조기 하프톤 이미지를 디스플레이하기 위해 사전-변조기의 복수의 타일을 조사하는 레이저 광원,
    상기 사전-변조기 하프톤 이미지로 주 변조기를 조사하는 상기 사전-변조기,
    주 변조기 이미지를 디스플레이하는 상기 주 변조기 - 상기 사전-변조기의 각 타일은 상기 주 변조기의 이미지 영역에 대응함 -, 및
    제 2 항의 상기 제어기를 포함하는, 이중 변조 프로젝터.
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