專利名稱：電子投影系統(tǒng)及其方法
技術領域：
總的來說，本發(fā)明涉及投影顯示器領域，更具體地，涉及包括 兩個或多個其輸出被結合以形成合成圖像的投影器的電子投影系
統(tǒng)領域。
背景技術：
10 對于電影制片人和參展商在多元化的電影院中將他們的產(chǎn)品
與竟爭者的產(chǎn)品區(qū)別開來以及^)務用戶可以在家里獲得的體-驗與劇 院體驗的區(qū)別開來存在日益增加的需要。 一種方法是提供比觀眾可 以在別處體一瞼圖〗象更大、更清晰、且更明亮的圖4象。
這些年來已經(jīng)進行了許多嘗試通過一起平鋪多個投影器(例 15 如，20世紀50年代的全息電影)或通過使用較大的5片孔70 mm 的膠片幀(film frame )(例如，Todd AO或立體聲寬4艮幕電影)來 改進基于投影器的電影效果。申請人IMAX公司利用15片孑L70mm 的膠片幀成功開發(fā)了較高性能的電影系統(tǒng)；使其能夠通過滾動環(huán)形 膠片傳送才幾構來播方文。
區(qū)別基于投影器的電影效果的另一種方法M示3D電影。這 些年來，已經(jīng)通過包括申i青人在內的各種組織^吏這種方法商業(yè)化
了。代表性地，3D呈現(xiàn)(presentation)需要兩個電影膠片(每個膠 片對應于每個眼睛)，并且需要兩個獨立的才殳影器，以顯示包含在 5 電影月交片上的圖l象。有時，可以期望轉^:該系統(tǒng)，以〃使其能夠;改映 標準2D電影，并且在兩個投影系統(tǒng)都是一直向前的情況下；在使 用一個投影器時可以關掉另一個^t殳影器。我們可以看出，下面7>開 的本發(fā)明具有通過在2D操作中使用第二投影器而不是讓其處于空 閑狀態(tài)來提高效果的優(yōu),#、。
10 電影產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢是，由于包括節(jié)約電影發(fā)行的成本和實時
地放映實況轉播事件的各種原因，用現(xiàn)有技術的電子投影器來代替 基于投影的標準電影。當前電子投影器的缺點在于，其在大沉浸屏 幕所需的分辨率和光輸出方面受到限制。這主要原因在于，1義與基 于投影的標準35 mm膠片竟爭為目的的電子才殳影器制造成本以及
15 當前重要性。用于處理電子沖殳影器的分辨率和光輸出限制的一種方 法是，平鋪或結合多個單獨投影器的輸出，以在顯示屏表面形成一 個大的組合圖像。已被授權了用于論述將單個電子投影器的圖像平 鋪或4妻合在一起的不同方法的多個專利，包^^舌
美國專利第5,956,000號公開了將N個投影器結合在一起以形 20成組合圖像的方法，其中，子圖《象重疊并調整重疊區(qū)域來補償這些 區(qū)域中增加的亮度。還沖交正未對準的子圖《象。
美國專利第6,115,022號涉及平滑因數(shù)的三維陣列的使用，該 陣列用于混合重疊圖像接縫以及其它組合圖像偽像。
美國專利第6,456，339號公開了通過將照相機到屏幕映射的結 25果與照相機到投影器映射的結果相結合來生成投影器到屏幕映射 的方法。該投影器到屏幕映射用于產(chǎn)生依次用于扭曲圖像的像素校
正函凄t，以才交正未對準以及沖交正圖^象重疊的屏幕區(qū)i或中的照度和顏 色偽像。
美國專利第6,222,593號描述了 一起平鋪圖像來實現(xiàn)高分辨率 顯示器的多投影器系統(tǒng)。由照相機拍攝圖像并計算參數(shù)以通過解析 5式來允許扭曲每一個投影器的輸出。
美國專利第6,568,816號和第6,760,075號均描述了具有^]夸光才是 供給多個投影頭的單個光源的投影系統(tǒng)，該多個投影頭的輸出是重 疊以形成組合圖像的子圖像。單個光源保證消除子圖像之間的色度
匹酉己問題。
10 美國專利第6,570,623號公開了使用位于投影透鏡和顯示屏之
間的混合框(blending frame )來控制重疊區(qū)中的圖像亮度，并進一 步公開了使用利用基于迭代算法的照相才幾的適當才支術來樣B周重疊 圖像的混合。
美國專利第6，771，272號公開了一種包括〗象素計算單元和采樣 15緩存器的圖形系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于通過在^L影之前適當調整卩象素^直來 才交正顯示不均勻性，例如沖妄縫重疊亮度。
美國專利第6,733,138號描述了一種將由通過投射來自每個投 影器的配準圖像(registration image)來形成聯(lián)合配準圖像的多個沖殳 影器組成鑲嵌圖^f象的系統(tǒng)。然后，該配準圖〗象用于生成^:影矩陣， 20該投影矩陣用于扭曲單獨的源圖像以實現(xiàn)統(tǒng)一的組合圖像。對在重 疊區(qū)域內每個投影器的亮度進行加權以使接縫可見度最'J、化。
美國專利第6,804,406號描述了利用顯示器到屏幕和屏幕到照 相機的空間變換函數(shù)以及空間照度傳遞函數(shù)以在投影之前預先扭
曲圖像段的組合圖像顯示方法?？臻g照度函數(shù)的逆函數(shù)用于混合平 鋪組合圖像中的顏色。
美國專利第6,814,448號7>開了 4吏用測i式圖^f象和感測方法以確 定用于提供相同等級的照度的校正數(shù)據(jù)，重疊橫跨整個顯示屏表面 5所包含的區(qū)域的組合圖像顯示系統(tǒng)。
所有這些平鋪技術使用光學和電子圖像校正的各種組合來保 證重疊區(qū)域與未重疊區(qū)域無差別。電子圖^象才交正犧4生了大量可用于 顯示圖像的位(位深度)，因為一些可用的圖像位用于4交正亮度和 顏色的不均勻性。為了校正投影器之間像素的亮度、顏色不匹配以 10 及空間未對準，必須采用測量屏幕上的

圖1象以確定所需才交正的4交準 技術。
用于實現(xiàn)平鋪的傳統(tǒng)方法要求扭曲來自系統(tǒng)中每個沖殳影器的 圖像。每個投影器都具有需要被去除的其自身的一組變形，以防止 重疊區(qū)域附近或重疊區(qū)域內的偽像。去除所有變形需要到絕對屏幕 15坐標上的映射，其通過解4斤式來完成。
在平衡兩個投影器之間的亮度和顏色的過程中，必須調整每個
顏色通道的#r出。該調整是減法并導致組合系統(tǒng)的4交<氐亮度l敘出。 由于隨著燈壽命而導致的亮度降低或顏色改變，所以使用平鋪的這 些顯示器必須首先頻繁;也一皮重新一交準。
20 同樣，上面列出的這些專利并沒提出投影3D立體動畫圖像的
獨特要求。首先，3D投影需要待投影的圖4象數(shù)據(jù)的兩個單獨的編 碼通道，每個通道針對于每只眼睛(左和右)的觀察位置。在平鋪 系統(tǒng)中，獲得單獨的左眼和右眼圖像而不進行系統(tǒng)修改的唯一方法 是實時多^各復用左眼和右眼圖^f象。如此，每個幀的顯示持續(xù)時間一皮
25二等分為用于顯示左眼圖^f象的第一部分和用于顯示右眼圖^f象的第
二部分。雖然這種方法是可能的，^旦在一個實施中，它要求7見眾^f風
戴昂貴的可更4炎的快門眼4竟(eye shutter glasses )?？梢酝ㄟ^<吏用切 換右眼和左眼的圖i象偏光的快速動作的偏光轉換元件來消除更換 眼鏡的需要，從而，使觀眾可以佩戴無源偏光眼鏡，例如，參見美 5 國專利第4,281,341號。無論使用可更換快門眼鏡還是使用快速動 作偏光鏡，左眼和右眼圖像的時間多路復用犧牲了亮度。同樣，這 些方法對電子4更影器提出了較高的要求/人而以4交快速幀頻方文映內 容并導致投影圖像的位深降低。
也存在用于在平鋪的才殳影系統(tǒng)中的沖更影3D的可—#換方法，該 10 方法需要修改屏幕上圖像的位置。在兩個投影器系統(tǒng)的情況下，該 方法將需要使兩個投影器的輸出完全重疊。然后可以使用無源3D 才支術(偏光片或濾色片)來分開左眼和右眼圖^象。然而，在2D和 3D電影屏幕之間的較短時間周期內轉換將平鋪2D才喿作和重疊3D 操作的圖像所需的系統(tǒng)將是復雜且成本高昂的。
15 用于結合用于3D和2D呈現(xiàn)的兩個或多個4史影器的輸出的優(yōu)
選方法是完全重疊兩個圖像。當圖像完全重疊時，兩個投影器之間 的亮度和顏色差異并不表現(xiàn)為人眼容易檢測到的局部不連續(xù)。這 樣，完全重疊的圖像不會遭受平鋪顯示中導致的圖像位深度和亮度 的損失，以實J見所要求的不均勻性，并且不要求4交準來4呆i正重疊和
20 未重疊的區(qū)域是不可辨別的。在完全重疊的系統(tǒng)中，所需要的唯一 校準是不同投影器投影的像素中產(chǎn)生像素未配準的空間變形的測 量。因此，由于隨著系統(tǒng)4吏用而產(chǎn)生的圖^f象的亮度和顏色改變的不 敏感性，重疊圖像的投影系統(tǒng)更加穩(wěn)定(robust )。
下述專利論述了通過電扭曲圖像數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的完全重疊的組 25合才更影器的不同實施例。美國專利第6,456,339號，在該專利的一 個實施例中，具有較小像素填充系數(shù)的兩個投影器的圖像被完全重 疊以產(chǎn)生4艮好的分辨率顯示。美國專利第6,222,593號描述了一個
實施例，其中，其4丑曲系統(tǒng)用于重疊可用于增力o 2D亮度水平或者 可用于3D應用的兩個圖4象。
美國專利申請第2004/0239885號公開了 4吏用到目標表面的導 出的投影器對應映射的很好分辨率的組合方法。將所有圖像分量扭 5曲到目標表面，然后空間頻域中的算法操作優(yōu)化了圖1象質量。該優(yōu) 化過程取決于正被顯示的圖像，并且該重復4吏其不適用于進行實時
電影投影。
下述專利描述了 一種用于通過使其與圖像分量(component image )之間的 一半像素偏移量進行疊加而不進行電扭曲圖像來增 10加顯示分辨率的方法?？梢糟輮Z偏移量定義為具有兩個正交分量的矢
量位移。
美國專利第5,490,009號/>開了一種通過同時結合兩個或多個 空間偏移的光調節(jié)器的輸出來增強顯示設備的水平和/或垂直分辨 率的方法。
15 美國專利第6,222,593號主要提出了 一種平鋪的方法，但提及
了重疊圖像以增加亮度級并允許系統(tǒng)使用3D呈現(xiàn)的可能性。
美國專利第6,231,189號 >開了能夠進4亍2D和3D呈現(xiàn)的雙重 偏光的光學投影系統(tǒng)，其中，在投影之前通過單個沖殳影透鏡結合單 獨的圖4象分量。在投影屏幕上充分重疊生成的圖^f象，并且其可用于 20 增加顯示器的亮度，通過利用與不同于一個4象素的另一^f象素相關的 一個圖像的固定偏移量來增加顯示器的分辨率，或者利用圖像分量 的正交偏光以區(qū)分左眼圖像和右眼圖像從而投射立體圖像。
諸如美國專利第6,231,189號和第5,490,009號的其他專利7>開 了用于通過4皮此相關的固定子<象素偏移重疊才更影器來實現(xiàn)4交高亮
1
度和分辨率的方法。為了在投影到彎曲屏幕上時達到固定偏移量，
必須通過如美國專利第6,231,189號中/>開的單個沖殳影透《竟來結合 這些圖像。這否定了使用現(xiàn)用投影器的可能性。此外，存在涉及通 過固定子<象素偏移量積4成地配準<象素以及在重復4吏用的整個過禾呈 5 中保持該偏移量的重要挑戰(zhàn)。特別是，當照亮較大屏幕時，必須通 過系統(tǒng)傳l番的光的總量產(chǎn)生更加4兆戰(zhàn)像素配準的熱循環(huán)。
為了克服保存在結合多個投影器以增強亮度并增加分辨率時 所需的固定子像素配準的4兆戰(zhàn)，某些專利或7>開的專利申請(例如， 美國專利申"i青第2004/0239885號和美國專利第6,456,339號、第 106,814,448號、以及第6,570,623號)7〉開了圖j象:扭曲的方法。這些
扭曲方法4吏用才交準方法來測量不同才更影器之間的空間未對準。這些 校準方法計算投影器和用于扭曲圖像數(shù)據(jù)的屏幕坐標系統(tǒng)之間的 對應映射來校正幾何變形。這些變形由投影器間的光學或投影點的 差異而產(chǎn)生。公開的校準方法在能夠計算絕對屏幕位置的前提下工 15 作。需要絕對屏幕位置來校正由投影點引起的變形，該投影點嚴重 偏離與屏幕相關的法向入射或對變形敏感的預計應用。為了將由照 相機拍攝的圖像轉換到絕對屏幕位置，照相機的變形和照相機與屏 幕的關系必須已知。在這些系統(tǒng)中，將這兩個圖像都扭曲到絕對屏 幕坐標上。如果4吏用多個照相才幾，則照相才幾與屏幕的4交準必須才及其
20 精確，以保證正確扭曲圖像來實現(xiàn)像素配準。如現(xiàn)有技術中公開的 那樣，這要求橫5爭屏幕表面來移動實體測試目標。在專交大的電影沖殳 影系統(tǒng)中，該4交準方法并不實際。
上述專利并沒有沖是出電影院沖殳影系統(tǒng)必須滿足成功對抗竟爭 顯示技術的需要。特別是，要求確定絕對屏幕坐標來重疊圖像的系 25統(tǒng)不必很復雜且不切實際地在電影劇院環(huán)境中實現(xiàn)。它們沒有得到 在劇院環(huán)境中，來自沖殳影器的圖像具有相對低的變形且可以在屏幕 上基本無需修改地進行投影的實際好處。這引起在典型的劇院環(huán)境
中才殳影系統(tǒng)的光軸^妻近法向入射到屏幕上的情況。此外，沉浸式電 影體驗需要不能同時看到大視野。在這種情形下，變形相對于觀察 者的凝視逐漸發(fā)生且并不明顯。
當電影院才更影器必須;汶映2D和3D呈現(xiàn)時，或在一種呈3見是 52D和3D格式的混合時，存在現(xiàn)有技術不容易滿足的附加要求。在 一些情況下，必須對常^L的沖殳影系統(tǒng)進行i殳計。在其它情況下，必 須借助于使用昂貴的快門眼鏡或引起光損失的3D方法，其使用時 間多路復用來區(qū)分左眼和右眼圖像。
現(xiàn)有一支術并不具有2D和3D呈現(xiàn)的不同要求以及沉浸體-驗所 10 需的顯示特性的優(yōu)點。2D投影與3D投影相比它們的最佳亮度之間 存在差異。在3D投影中，折中(trade-off)存在于左眼和右眼間亮 度和感測的竄擾之間。在右眼圖像泄漏到左眼時發(fā)生竄擾，反之亦 然。在屏幕亮度增加時該幻影偽-像更加明顯。結果，3D沖更影的最 佳亮度通常比2D投影所需的亮度更低。
15 除了將增強^是供給兩種才莫式的顯示之外，還必須才是供成功的系
統(tǒng)這些才莫式中的高質量顯示；具有成本效率；易于建立并才交準； 允許從一種模式快速轉換到另一種模式，并且易于維護。
上述需要要求一種物理布置、校準以及組合才殳影器的映射的唯 一且最佳組合。本發(fā)明的目的是提出一種元件的組合并將在下面進 20 4亍更i羊細i也"i寸i侖。

發(fā)明內容
本發(fā)明的實施例提供了一種能夠通過相對于參考(主)投影器 將圖像扭曲成子像素精度(sub-pixel accuracy)來將多個4殳影器的 輸出結合來改善圖像逼真度的電子投影系統(tǒng)。本發(fā)明的實施例包括多個沖殳影器以主-乂人關系配置的方法和系統(tǒng)。相對于主才更影器^1尋乂人 屬投影器圖像扭曲成子像素精度來實現(xiàn)較高亮度水平和改進的圖 像逼真度。通過使用這些相同的投影器來獲得進一步差異以顯示立
體(3D)動畫或增強型2D動畫。
5 在本發(fā)明的一個實施例中，從屬投影器的圖Y象單應地映射到主
投影器。與所有投影器都通過照相機單應地映射到絕對屏幕坐標上 的傳統(tǒng)投影系統(tǒng)的區(qū)別在于，其單應地映射到屏幕上。不同于這些 傳統(tǒng)系統(tǒng)，本發(fā)明的 一個實施例并不嘗試除去主4更影器的所有變 形，而是映射所有從屬投影器以匹配主投影器的圖像。在本發(fā)明中 10 公開的相關扭曲大大簡化了為使圖像重疊達到子像素精度所需的 系統(tǒng)。
在本發(fā)明的實施例中，經(jīng)^驗數(shù)據(jù)用于實現(xiàn)重疊達到子l象素精 度。傳統(tǒng)的投影系統(tǒng)通常注重于通過映射到絕對屏幕坐標來去除系 統(tǒng)中的所有色差。為了實現(xiàn)這種映射，通過該系統(tǒng)4吏用解析式來才交
15 正和去除所有投影圖像中的變形。相反，本發(fā)明的一個實施例使用 纟至馬全上4,導"f象素只十應映射(pixel correspondence map)來用4乍4丑曲 方法。本方法的優(yōu)點是，即使在發(fā)生較高級別變形以及難以構建分 析模型的區(qū)域內，也可以實現(xiàn)子像素精度的重疊。這種變形的實例 是，在安裝到在水平方向上彎曲的框時乙烯基屏幕發(fā)生變形。為了
20 去除所有折痕，必須損^爭整個框延伸乙烯基。該延伸使屏幕偏離圓 柱形。此外，該形狀將隨著屏幕松弛的時間而改變。通過4吏用經(jīng)驗 方法來實現(xiàn)重疊，用于實現(xiàn)子l象素配準的能力獨立于才莫擬4交高級別 變形的能力。
簡要地，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，描述了最佳地使用兩個電子 25投影器來提供3D立體模式操作和2D 4殳影才莫式操作的投影系統(tǒng)和 方法。在這些才莫式才喿作之間的切_換可以發(fā)生在顯示之間以及顯示之 內。通過基本上或完全重疊的圖4象區(qū)域物理上裝配這兩個才殳影器。
照相機用于測量在屏幕上投影的測試圖案。照相機圖像用于計算像 素對應映射，該像素對應映射借助于子像素精度將一個投影器^L影 的像素位置映射到另 一個投影器投影的像素位置。
在2D模式操作的第一實施例中，選擇一個投影器作為主沖殳影 5器，并且無需扭曲地投影源圖像。其優(yōu)點在于節(jié)約了主要用于投影
動畫顯示的計算。同樣，在并不需要扭曲主圖像的系統(tǒng)中存在圖像 質量優(yōu)點。扭曲需要內插法并可以將偽像引入到圖像中，由此與未 扭曲的圖像相比降低了圖像逼真度。第二(從屬)投影器利用像素 對應映射通過選4奪性地采樣源圖^象來才更影一皮4丑曲的圖^f象以與主沖殳 10 影器中的圖^f象相匹配。由于圖〗象偽^象的減少，所以生成的組合圖{象 具有兩倍亮度且而在圖像逼真度方面表現(xiàn)出改進，這一點將在下面 描述。
在2D模式操作的第二實施例中，可以降低投影燈的功率來延 長所述燈的壽命，同時仍保持大于等于單個投影器的亮度的屏幕亮 15 度。
在2D模式操作的第三實施例中，圖像的總重疊是利用在另一 方面祐L認為太低而不能實現(xiàn)的沖殳影技術來4是供較高幀頻顯示的方法。
在2D模式操作的第四實施例中，主投影器投影預變形圖像， 20使得屏幕上合成的圖像免于一級變形。 一級變形影響的實例是梯形 變形和圓筒或才尤形變形。才艮才居另一個2D實施例，以子^f象素分辨率 扭曲從屬投影器，以與主投影器圖像相匹配。
在3D才莫式才喿作中，立體對的第二只眼^皮」扭曲成與第一只眼相 匹配，來消除為匹配左眼和右眼圖〗象大小所需的高精度光學。匹配 25 圖像大小失敗將產(chǎn)生降低立體效果的變形并可能導致眼疲勞。在3D立體才莫式"f喿作的第二實施例中，每個電子^1影器將三個 單獨的顏色通道結合成統(tǒng)一的光束，這三個通道中的兩個具有一個 偏光方向，第三個具有正交的偏光方向?；谝壕У恼{節(jié)器系統(tǒng)—皮
配置為一般的輸出偏光配置，其中，通過偏光靈敏的x管來組合顏 5 色通道。兩個投影器中所有通道的偏光狀態(tài)通過適當?shù)墓鈱W裝置彼 此正交渲染。這樣估支時，第二才更影器中的一個顏色通道具有與第一 才更影器中的兩個互補顏色通道一致的偏光。兩個才殳影器中的其4也三 個顏色通道均具有與前三個顏色通道正交的相同的偏光狀態(tài)。纟且合 具有相同偏光的顏色通道以形成立體圖像，每個通道用于一只人 10 眼。因為每個人眼的圖像都是通過一個投影器中的兩個顏色通道和 第二投影器中的第三個顏色通道的組合圖像，其中，利用像素對應 映射，必須:扭曲分量之一，以4吏存在顏色通道的姊青確的整體配準。 這種顏色獨立的扭曲技術消除了對引起光損耗并改變顏色的附加 偏光器或偏光轉換元件的需要。
15 附圖i兌明
當參照附圖閱讀下面的詳細描述時，可以更好地理解本發(fā)明的 這些和其它特4正、方面、以及^尤點。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的投影系統(tǒng)的總體組件的 示意20 圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明 一個實施例的以2D模式操作的圖像
數(shù)據(jù)的才喿作流程的示意圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的以3D模式操作的圖像 數(shù)據(jù)的操作流程的示意圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明 一個實施例當高分辨率源被用于投影
2D圖像時圖像數(shù)據(jù)的操作流程的示意圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例當高分辨率源被用于投影 3D圖像時圖像數(shù)據(jù)的操作流程的示意5 圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例在彩像通道具有不同偏光
的交替3 D模式中圖像數(shù)據(jù)的操作流程的示意圖7是示出了才艮據(jù)本發(fā)明一個實施例在彩色通道具有不同偏光 以及扭曲從屬投影器的所有顏色的交替3D模式中的圖像數(shù)據(jù)的操 作流程的示意10 圖8是示出了4艮據(jù)本發(fā)明一個實施例在生成像素對應映射以將
一個圖像扭曲以使其與另 一 圖像對準期間執(zhí)行的步驟的流程圖9是根據(jù)本發(fā)明 一個實施例的用于校準的測試圖案的實例；
圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一個投影圖像與另一 個^t殳影圖4象相關且改變的偏移量的示意15 圖11示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于利用像素偏移映射
對應于另 一 圖像扭曲 一個圖 <象的一個可能的采樣函凄t的示例性形
狀；
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的作為屏幕位置的函數(shù)的 示例'("生的部分 <象素偏移映 <象；
20 圖13示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的對于不同頻率的正弦輸
入信號的單個和重疊的投影器的像素化輸出的示意圖14示出了才艮據(jù)本發(fā)明一個實施例的具有100%填充系凄丈的
單個和重疊的才殳影器的MTF的示意性比專交；
圖15示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的以具有不同偏移量的重 疊圖像作為空間頻率函數(shù)的示例性偽像；
5 圖16示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的與在所有像素偏移量上
求平均的重疊圖像的系統(tǒng)中的偽像相比的單個投影器中的示例性
偽像；
圖17示出了才艮據(jù)本發(fā)明一個實施例的在4吏用高幀速才莫塊時的 圖像數(shù)據(jù)的示例性操作流程；
10 圖18示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于高幀速模式的示例
4生時序圖19示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的具有增加的亮度的高幀 速模式的示例性時序圖20示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的通過降低的運動偽像的 15 快門才喿作的高幀頻沖莫式的示例性時序圖；以及
圖21示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的通過降低的運動偽像的 雙倍快門操作的示例性時序圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖1,示出了由兩個單獨的電子電影;改映才幾(3， 4) 20 組成的可轉換的投影系統(tǒng)(1 )。投影系統(tǒng)的其它實施例可以包括至 少兩個電子電影放映機。投影器不限于特定的電子技術，事實上其 可以基于DMD (可變形鏡面裝置)技術、LC (液晶)反射或LC
透射技術，或任何其它現(xiàn)有或新興的電子才殳影技術。在圖1中，以 一個投影器放置在另一投影器上的優(yōu)選實施例的形式示出了兩個
投影器(3, 4);然而，它們也可以以彼此相對的其它位置來設置。 不考慮其物理布置，兩個投影器將其圖像投影在投影屏(2)上， 5 以^吏其充分重疊或疊力口。
在其它實施例中，可以z使用至少兩個才史影器。例力o,至少兩個 才更影器重疊以在單個區(qū)域上才殳影，可選地，另一實施例包括平鋪和 重疊，其中，由至少兩個投影器照射屏幕上的任意點。
定位對準照相才幾(5)來記錄由兩個才史影器(3, 4)沖殳影到屏 10幕(2)上的觀'H式圖^象，以在4丑曲單元(warping unit)(圖2， 20) 中計算由扭曲算法使用的像素對應映射(圖2, 21)。只要物理上定 為了兩個投影器(3, 4)并計算像素對應映射(圖2, 21)，投影系
統(tǒng)(1)就可以通過簡單地改變發(fā)送到才更影器的電子凄t據(jù)來快速容 易地進行投影的2D模式與3D模式的轉換。如上所述，隨著系統(tǒng) 15壽命發(fā)生的顏色和亮度改變不對2D呈現(xiàn)的圖像質量具有任何一級 影響。對于3D呈現(xiàn)，沖殳影器的亮度必須匹配，以確4呆高質量顯示。
如圖1中所示的實施例4吏用單個照相才幾來才交準。然而，其它實 施例可使用多個照相機來為相同功能服務。
僅當投影器(3， 4)與屏幕(2)的相對位置改變時，才需要 20 該優(yōu)選實施例的再才交準。由于投影器的物理移動或由于屏幕位置的 改變而可能發(fā)生這種情況?？赡苡捎诠鈄^或調節(jié)器位置的改變而引 起圖l象在屏幕上位置的改變。通過彎曲并平鋪面向 見眾的屏幕來增 強顯示的沉浸性。屏幕通常由乙烯樹脂制成，其在位于屏幕的周圍 的框上延伸。屏幕的位置可隨乙烯樹脂的延伸和下垂而改變。
圖2和圖3示意性地示出了從存^諸器到以2D和3D立體才莫式 操作的每個投影器的投影的圖像數(shù)據(jù)流。在圖2中示出了 2D模式 中，單獨的源圖像緩存器(10)包括用于將由劇院觀眾觀看的在投 影屏上投影的一個圖像的源圖像數(shù)據(jù)。源圖像數(shù)據(jù)緩存器(10)從 5 未示出的外部圖1象存4諸單元以適當?shù)娘@示速率(典型地，為24幀 每秒)不斷地由新圖像刷新。來自源圖像數(shù)據(jù)緩存器(10)的圖像 數(shù)據(jù)被同時且并行地傳送到主投影器圖像數(shù)據(jù)緩存器(11)和圖像 扭曲單元(20)。扭曲單元(20)才艮據(jù)在校準過程中生成的像素對 應映射(21):扭曲源圖^象凄t據(jù)(如下所述并參考圖8所示)。只要
10通過扭曲單元(20)扭曲了源圖像，就將其傳送到乂人屬投影器圖像 緩存器(12)。然后，緩存器(11, 12)中的圖像數(shù)據(jù)同時被傳送 到向屏幕投影的投影器(3, 4)上。圖像被基本上或完全地重疊。 以子像素精度扭曲從屬投影器圖像，以使其與主投影器圖像相匹 酉己。屏幕上的組合圖像沒有明顯缺陷并在圖像質量方面顯示出高于
15 僅使用一個投影器所得到的圖像質量的改進。具體地，由于用于重 疊圖像的圖像偽像的減少，所以組合圖像將顯示較高亮度和圖像逼 真度的改進。如果屏幕上增加的亮度超過完成期望顯示質量所需的 亮度，那么就可以降低投影燈的功率以延長其壽命并降低才喿作成 本。
20 圖3示出了以3D立體模式操作的圖像數(shù)據(jù)流。在該模式中，
每個投影器均具有圖像數(shù)據(jù)的唯一 源， 一組圖像與左眼圖像相對應 以及另一組圖像與右眼圖像相對應。源圖像緩存器(13)將左眼圖 像數(shù)據(jù)傳送到主投影器圖像緩存器(11)，其中，暫時存儲傳送到 主投影器(3)以前的該左眼圖像數(shù)據(jù)。單獨的源圖像緩存器(14)
25 將右眼圖像數(shù)據(jù)經(jīng)由扭曲單元(20)傳送到第二 (從屬投影器)圖 像緩存器(12)，其中，暫時存儲該右眼圖像數(shù)據(jù)直至在該第二圖 像緩存器和主圖像緩存器(11)中的圖像均分別傳送到投影器4和 3,然后將其投影到屏幕上以形成單獨的3D圖像。對一個圖像進行
扭曲以除去使左眼和右眼圖像大小相匹配所需的高精度光學器件。 對來自投影器3和4的輸出進行編碼(未示出)，使得僅由觀眾的 左眼觀看左眼圖像且僅由他們的右眼觀看右眼圖像。
一般的編碼技 術包括^旦不限于偏光、時分多^各復用、和顏色。
5 圖4示出了本發(fā)明的2D才莫式的第二實施例，其中，才是供以比
兩個投影器中的任一個可以進行投影的分辨率更高的分辨率源圖 像緩存器(17)。調整用于主投影器(3)的數(shù)據(jù)的大小(19)來與 投影器的期望顯示分辨率相匹配。重新調節(jié)(18M象素對應映射(21 ) 以匹配高分辨率源。由4a曲引擎(20)〗吏用該高分辨率^象素對應映 10 射以對用于從屬投影器的源圖^f象凄t據(jù)進行采樣。扭曲引擎(20)的 輸出與投影器可以投影的分辨率相匹配。因為由于調整了來自較高 清晰度源數(shù)據(jù)的投影圖像數(shù)據(jù)的大小而出現(xiàn)的圖像質量改進，所以 在屏幕上投影的合成的組合圖像可具有較高的逼真度。圖5示出了 該實施例的3D才莫式。
15 圖6描述了由電子投影器使用的本發(fā)明系統(tǒng)的3D模式操作的
第二實施例，該電子才殳影器〗吏用正交偏光以爿奪三個單獨的顏色通道 (通常為紅、綠、和藍)結合成用于投影的一個組合束(composite beam)。在這類沖殳影器中，輸出光具有與另外兩個顏色通道正交偏 光的一個顏色通道。如果由這類投影器使用第一實施例的3D模式，
20 那么由觀眾看到的圖像將是雜混的。來自右眼圖像的一個顏色對于 觀眾的左眼是可見的，同時來自左眼圖像的 一個顏色對于左眼是可 見的。該雜混^^皮i不立體步文果。
在該第二實施例中，在才殳影器4的光^各內i殳置偏光轉換器(22 ); 在這種情況下，在投影器和屏幕之間進行顯示。該轉換器(22)將 25投影器(4)的所有分量顏色通道的偏光轉換成與投影器(3)中的 相應分量顏色的正交偏光狀態(tài)。本領i或才支術人員可以理解，轉換器 (22)是1/2波片?？蛇x地，具有其快速軸的適當定向的1/4波片可一皮i殳置在每個才殳影器的前方或內部以達到相同歲丈果。另外，可以 設計投影器本身來發(fā)射正交偏光的光。
無需一^fe損失，例如，々b殳其是正交偏光到紅色和藍色通道的
綠色通道。在圖6中，左眼和右眼圖像數(shù)據(jù)源緩存器(13, 14)的 5綠色通道^皮傳送到扭曲單元20。用于左眼的圖^f象^t據(jù)的紅色和藍色 圖像數(shù)據(jù)直接從源緩存器(13)傳送到投影器緩存器(11)以及用 于右眼圖像數(shù)據(jù)的紅色和藍色圖像數(shù)據(jù)在緩存器(14)和緩存器 (12 )之間傳輸。利用像素對應映射(21 )扭曲右眼綠色圖像數(shù)據(jù)， 以使在通過投影器(3)投影時，它將與通過投影器(4)投影的紅 10色和藍色通道空間上對準。在扭曲之后，用于綠色通道的圖像數(shù)據(jù) 被傳送到投影器圖像緩存器(11, 12)并在同時傳送到投影器(3， 4)之前將在另一只眼的圖像數(shù)據(jù)的紅色和藍色通道組合。當在屏 幕(2)上組合圖像時，右眼圖像顏色通道將全部具有相同的偏光， 同時左眼圖像顏色通道將全部具有與右眼圖^f象正交的偏光。
15 本發(fā)明該第二實施例的明顯優(yōu)點是，克服了用于將來自主投影
器(3)的光轉換成單個偏光狀態(tài)以及將來自從屬沖更影器(4)的光 轉換成與投影器(3)正交的單個偏光狀態(tài)的需要?？梢酝ㄟ^附加 偏光片來實現(xiàn)偏光轉換，該偏光片具有降低大約最小50%亮度的負
20 度角?？蛇x地，可以加入濾波器，其旋轉一個顏色通道的偏光而留 下相對不受影響的其它通道。在這種情況下，可能需要偏光片以去 除不想要的光，來減少左眼圖像和右眼圖像之間的竄擾(cross-talk )。 在其間添加的這個清理偏光器具有降^f氐大約15 %的亮度的負面影
響且可能需要另外的損失以保證維持整個屏幕的白點精度和顏色 25—致性。在2D才莫式才喿作中，可以與圖2中示出的第一實施例類似 的方式4丸4于該第二實施例。不要求特^未布置來解決顏色通道的不同 偏光，這是因為》見眾將不1"風戴偏光感光眼4竟。 圖6中示出的實施例沒有扭曲到從屬投影器的所有圖像信息， 因此，不能在相對于主投影器透鏡的從屬投影器透鏡中進行色差校 正。圖7示出了本發(fā)明該第二實施例的另一種形式。在這種情況下 的差別是，除了去除投影所需的高精度光學元件需要的主投影器中
5的一個通道之外，扭曲來自乂人屬4殳影器的所有顏色通道。4丑曲一只
目艮睛圖像相對于另一只眼睛圖像的所有顏色的能力允許在兩個圖
像之間的屏幕上引入偏差，以提高3D呈現(xiàn)的效果。本領域技術人 員明白的是，第二實施例的其它方面覆蓋在本發(fā)明的范圍內。
本發(fā)明的各個實施例使用類似的組件。通過簡單地改變源圖傳_ 10可以在3D和2D實施例之間進行轉換。為了從3D才莫式轉換到2D 模式，可以在兩個源緩存器中復制源圖像，或者關閉一個源緩存器 并將一個圖像發(fā)送到如圖2所示的所有投影器中。返回到3D模式 的轉換將是逆過程。
重要的是應當注意，如圖2至圖7所示，本發(fā)明的實施例還包 15 括主投影器，該主投影器預先變形圖像以減少或除去投影圖像的一 纟及變形，例如，梯形變形、和桶爿犬或沖允形透4竟變形?？梢酝ㄟ^予頁處 理源內容來完成預先變形，或者可以進4亍在主沖殳影器的電子^:據(jù)^各 徑中發(fā)生的實時4交正。在一個實施例中，通過變形的分析描述來完 成對主投影圖像的 一級校正。在與先前描述的方法一致的方法中， 20隨后扭曲從屬投影器圖像，以實現(xiàn)與主投影器圖像的子像素配準。
在文中公開的任一實施例中，隨著系統(tǒng)變熱，可能需要修改扭 曲量，以實現(xiàn)/人屬才殳影器和主才殳影器之間的4青確〗象素配準。隨著光 通過系統(tǒng)中光學元件進行傳播，光的吸收可能f 1起從屬投影器和主 投影器的相對像素位置的輕微改變。這些改變是可測量的并被認為 25 是可重復的。為了避免在屏幕上存在光之前系統(tǒng)達到熱平tf以前的 等待，可以根據(jù)先前的測量來更新像素對應映射，這是因為投影系 統(tǒng)運4亍，以保ii整個顯示過程中的津青確配準。
在熱效應不完全可預^f的情況下，Y象素對準中的動態(tài)改變？ 1起
可通過更新^象素乂于應映射補償?shù)膇吳差，而同時系統(tǒng)正顯示2D或3D
呈現(xiàn)。通過測量測試圖案更新映射，利用7見眾不容易發(fā)覺的方法將 該測試圖案適于嵌入到顯示圖像中，例如，在屏幕邊緣附近設置才交
5 準點或^吏這些點與內容合成一個整體。存在可以^l尋4史準信息嵌入到 內容中的許多方法，這些方法中的 一 些將要求處理多個幀以提取才交 準信號。校準信息不限于在顯示之前用于校準的點的全部陣列，但 隨著顯示進行，可以是允許子集校正屏幕上的像素位置的細小變化。
10 在文中公開的任一實施例中，如圖1所示的4交準照相機(5)
可以用于校準包括顏色和照度的投影圖像的其它方面。通過適當?shù)?測試圖案，照相4幾可以用于測量絕對顏色和才殳影到屏幕上的圖 <象顏 色的空間變化。4丑曲單元可以具有附力口算法以^吏用所測-彈的顏色映 射校正任意或所有從屬投影器和主投影器的平均顏色、任意或所有
15 從屬投影器和主投影器的顏色的空間變化，或使從屬投影器的顏色 與主才殳影器的顏色相匹配。類似地，照相才幾也可以用于測量屏幕上 圖像的絕對照度、照度的空間變化、或投影器之間的照度差。可通 過4丑曲單元來4吏用所測得的照度映射以電動調整圖^f象凄t據(jù)來改變 任意或所有從屬投影器和主投影器中的投影圖像的平均照度，調整
20 任意或所有從屬投影器和主投影器中的照度分布，或者使主投影器 和從屬投影器的照度相匹配。
使用的像素對應映射(21)來扭曲圖像所執(zhí)行的步驟的流程圖。該 程序測量與來自主投影器(3)的相應像素有關的來自從屬投影器 25 (4)的圖像中的像素位置。在投影器圖像緩存器(11， 12)中， 對應^f象素具有相同的索引坐標(index co-ordinate )。步驟30涉及生 成一柵格點(60)的測試圖案(圖9)(以每多個像素為直徑)，來
顯示高斯照度分布?？梢酝瑫r通過幾個具有白點的測試圖案實現(xiàn)才交 準或可以對才更影器的每個顏色通道^U亍該沖交準。在這種情況下，可 以生成三組測試圖案，每個顏色通道7十應一組。通過對每種顏色重 復校準，本發(fā)明克服了顏色通道之間匯聚的缺點，該缺點可能在照 5 亮大屏幕所需的強力流等級下系統(tǒng)加熱時發(fā)生或者在重復^f吏用額 外時間來循環(huán)加熱系統(tǒng)時發(fā)生。如果假設每種顏色都相同，則投影 器之間匯聚(投影圖像中的顏色通道的對準)的差將導致像素對應 映射的誤差。對每種顏色進行重復校準消除了這些誤差。
在步驟32中，通過校準照相機(5 )獲取屏幕2的圖像，其中， 10兩個沖更影器處于關閉狀態(tài)使得〗義測量環(huán)境光而不測量來自于才殳影 器的光。步驟34和步驟36涉及分別通過顯示測試圖案(圖9 )的 投影器(3)和投影器(4)荻取屏幕(2)的圖像。在步驟38中， 從步驟34和36中拍才聶的圖4象中減去環(huán)境光圖4象以除去環(huán)境光的影 響。在步驟40中，在照相機圖像中計算通過每個投影器投影的測 15i式圖案中的每個點的形心坐木亍(centroid co-ordinate )。測i式圖案點 (60)覆蓋照相機圖像中的多個像素。結果，可以利用多種方法計 算具有子像素精度的點形心坐標。簡單的方法涉及通過以像素的照
度加權的點的圖像中計算每個像素坐標的總和。本領域技術人員應 當明白，在利用高斯分布的情況下，存在計算具有子像素精度的形
20 心的其它方法，包4舌將照相4;U象素照度值調整為用于生成點測試圖
案的函凄t。本領域^支術人員應當明白，其它的點圖案也可以用于實 現(xiàn)子像素精度。
在步吝聚42中，來自一個4殳影器的照相才幾圖4象的點的形心與另 一個投影器的照相機圖像相匹配。在步驟44中，通過在從屬投影 25器點的形心(dot centroid )的坐標中減去主投影器點的形心的坐標 來以照相扭J象素為單位計算這些中心點之間的偏移量。可以通過將 點之間所測得的照相機像素數(shù)量與測試圖案上的點之間的投影器
像素凄t量相比4交來計算照相一幾像素標準(scale)與4更影器像素標準 之間的轉換。在步驟46中，該標準用于將偏移量轉換成投影器像 素。在步驟48中，通過在每對測試圖案點所產(chǎn)生的偏移量之間進 行內插來計算每個投影器像素的偏移量而完成像素對應映射20。如 5果需要，對每個顏色通道重復步驟34至步驟48。
通常，在3D呈現(xiàn)中使用的屏幕將具有明顯的增益；即，屏幕 不是蘭伯特(Lambertian )。由于高增益造成的該屏幕上的亮度變化 將是才交準照相才幾(圖1,圖5)面臨的主要問題，該才交準照相才幾在 感測照度中的有限動態(tài)范圍內。另外，每個點的形心位置可能受屏
10 幕增益影響，乂人而導致在屏幕增益增加的方向上4象素對應映射中的 輕微誤差。為了解決這兩個問題，測試圖案的照度被調整為補償屏 幕增益的變化以使由均勻照度的照相機拍攝圖像。這降低了通過由 單次曝光的照相積W吏整個屏幕成^象的照相才幾所得到圖^象的動態(tài)范 圍。此外，其去除了通過屏幕照度變化引起的^f象素對應映射中的系
15 統(tǒng)"i吳差?？蛇xi也，通過了解在整個屏幕上增益如<可改變，通過解決 <象素形心的計算中的增益變化來》務改該誤差。
現(xiàn)在參考圖10，通過柵格50示意性地說明了由主投影器投影 的像素陣列。通過柵格51描述來自第二從屬投影器的重疊投影像 素的第二陣列。所示的第二^f象素陣列51具有不同于〗象素陣列50的 20 水平偏移和垂直偏移。該變化性是從兩個單獨的才殳影器才殳影的典型 重疊圖4象。沖艮據(jù)本發(fā)明，在陣列的水平和垂直邊上示出了按字母排 順的數(shù)字索引值，以幫助描述第二個像素陣列(51)如何扭曲。通 過象征符號(')確定從屬投影器中投影的像素。
為了示出圖像扭曲的過程，在下面討論重疊的從屬投影圖像 25 (51)的單獨像素D4'的圖像數(shù)據(jù)值。示出的像素D4'以在水平 方向或x方向上的大約-0.1〗象素以及在垂直方向或y方向上的大約 -0.1像素的像素寬度相對于主投影器像素D4偏移。實際上，可以
從前面討論的校準過程推導這些相關的偏移值，并將其存儲在像素 對應映射(20)中。偏移值和下面將描述的采樣函數(shù)一起用來扭曲 或傳送圖像，以使其與主投影器投影的圖像更精確地一致。換句話 說，電動移位每個像素的從屬投影器圖像數(shù)據(jù)，以補償兩個圖像重
5 疊中的物理差異。
圖11中示出了采才羊函凄t (49)。在優(yōu)選實施例中，4丑曲函凄t是 Lanczos窗口函數(shù)，但也可以有效地4吏用其它類型的釆樣函數(shù)。為 了示例性目的，將如在圖11中描述的采樣函數(shù)49被扭曲成一維。
采樣函數(shù)上的點D2、 D3、 D4、和D5涉及源圖像數(shù)據(jù)(10) 10 中的那些像素中的每一個相對于由扭曲單元(20)計算的扭曲像素 D4'的貢獻。圖11中的坐標系統(tǒng)表示以D4'為原點的/人屬沖更影器 的i象素位置。注意，圖11中的^立置D4示出了如圖IO所示的水平 方向上的-0.1像素偏移。在垂直或y方向上的采樣函數(shù)(49)的 另一通道需要為D4'計算最終圖像凄t據(jù)。
15 由于因為多種不同類型的變形(光學變化、^:影點差異)導致
才殳影器之間的偏移，所以^象素之間的相對偏移量在整個屏幕上變 化。圖12示出了來自兩個投影器的平面屏幕上各像素之間在水平 方向上的微小像素偏移量，這兩個投影器大略地彼此對準。孩l小偏 移的范圍在白色區(qū)域中示出的1/2像素到黑色區(qū)域中示出的0像素
之間。通過獲耳又沖殳影器之間的計算偏移并減去整凄M象素偏移來產(chǎn)生 圖像。通過實例應當清楚，屏幕上的圖像增強并不是恒定的。如杲 兩個才殳影器更準確地對準以及如果才更影透4竟更好地;波此匹配，則可
能減小整個屏幕的改變。然而，如果屏幕不是平面而是曲面，則即 使優(yōu)選對準投影器且優(yōu)選使投影透鏡匹配，兩個投影器的不同4殳影
點也使其不能達到在整個屏幕上的均勻偏移量。
現(xiàn)在將更詳細描述當重疊具有偏移量的兩個投影圖像時，圖像 逼真度增加。圖13以一維形式示出了如何通過由投影系統(tǒng)才殳影的 采樣像素來表示正弦信號圖像。在每個子圖中，水平軸表示像素位 置，縱軸表示相關的像素照度。子圖的上行、中間行和下行分別示
5出了以IO、 2、和1.43像素為波長的正弦輸入信號的采樣響應。子
圖的左列、中間列和右列分別示出了一個投影器的輸出，與第一投
影器相比偏移1/2像素的第二投影器的輸出，以及兩個4更影器的重 疊輸出。在后一種情況下，合成結果被分成兩部分，以將結果保持 在相同的標準上。為了描述性目的，如圖中的虛線所示，正弦信號 10 幅度認為相同。如在每個圖中由實線圓(80)所示，通過像素中間 處獲取正弦信號的幅度來得到每個像素的信號幅度。實線表示投影 系統(tǒng)的照度輸出。這些實線表示將每個像素的填充系數(shù)假設為100 %;即，像素之間不存在間隙。
圖13的上行示出了在采樣頻率的奈奎斯特(Nyquist)極限之 15下的信號頻率，通過單個投影器的像素化輸出更好地描述正弦輸入 信號。在最右端示出的重疊投影系統(tǒng)被看作遵循比兩個單獨投影器 中的任一個的信號更精確的輸入正弦信號。
中間行示出了在奈奎斯特極限時的結果。這里，投影器輸出嚴 格地取決于對應于采樣像素的正弦信號的相位。左圖示出了在通過 20正弦信號以相位為單位對像素進4亍采樣時的最大幅度專lT出，而中間 圖示出了通過正弦信號以90度相位差采才羊時輸出無變化。當兩個 投影器重疊時，右圖再次示出了該響應。
下行示出了當正弦信號的頻率超過了奈奎斯特極限時的結果。 這里，應當清楚，通過左圖和右圖示出了單個一殳影系統(tǒng)的充分采樣 25的缺點，這導致原始正弦信號的不良顯示。然而，當如右圖所示的 這些投影器的輸出重疊時，雖然幅度較低，但采樣的增加量產(chǎn)生表 示原始正弦^f言號的更好工作的4餘出。
圖14比較由單個投影器(90)和由以1/2像素偏移重疊的兩個 投影器組成的投影系統(tǒng)(91)的調制傳遞函數(shù)(MTF)。該圖示出 了以像素倒數(shù)為單位表示的從0至0.9的空間頻率范圍的正弦調制 的系統(tǒng)響應。在該圖中，其遵循以0.5頻率給出奈奎斯特極限(92)。 5 通過確定在與輸入正弦曲線的頻率相同的頻率處的最佳適配正弦 曲線，來計算對與圖13示出的4象素化輸出信號實例的MTF曲線。 在對應于投影器像素的輸入正弦信號波的所有相位上對每個頻率 處的最佳適配進行平均。這能夠確定在圖14中記錄的平均最佳適 配幅度及其誤差。
10 圖14還示出了單個沖殳影系統(tǒng)(90)和重疊(91)在除奈套其斤
特極限(92 )附近之外非常相似的兩個圖像的一個投影系統(tǒng)的MTF。 如圖13中描述的那樣，在奈奎斯特極限處，單個才爻影系統(tǒng)的輸出 完全取決于與像素相關的正弦信號的相位。通過在圖14中的奈奎 斯特極限附近設置的誤差棒(error bar) (93)示出了幅度中產(chǎn)生的
15 誤差?？赡芷婀值氖牵撜`差棒(93)延伸到比輸入頻率幅度更大 的幅度。這可以通過回顧圖13的中間左側圖來解釋。最小化投影 器的適配和輸出之間的殘差的最佳適配正弦信號的幅度大于輸入 信號的幅度。
隨著從奈奎斯特頻率處離開，幅度的誤差降低，如對于單個投 20影器的f=0.8處由較小誤差棒(94)的在圖上示出的那樣。平均起 來，具有兩個重疊的投影器的系統(tǒng)的適配幅度誤差是在包括奈奎斯 特才及限頻率處或附近的整個頻率范圍內的小于該i吳差凈奉(94)的幅 度級別。
然而，我們必須考慮圖像偽像以理解重疊的好處，但由于具有 25100%像素填充系數(shù)的兩個投影器的重疊，所以圖14并未示出MTF 的任何改進?？梢酝ㄟ^確定通過正弦函數(shù)適配的投影系統(tǒng)中的像素 化輸出有多好來量化圖 <象偽像。通過像素化輸出和正弦配合之間的方差來確定適配的伊乙勢。圖15示出了平均方差除以圖14示出的適 配正弦曲線的相位平均幅度的平方根的視圖。圖中的每條線代表對 應于一個投影器的另一投影器的微小像素偏移。示出了在投影器
(標記為0.0)之間的零像素偏移的重疊系統(tǒng)的圖像偽像的最大量。 5 這與單個投影器的偽像量相等。示出了在投影器(標記為0.5)之 間的1/2像素偏移的重疊系統(tǒng)的圖像偽像的最小量。在f- 1附近， 該系統(tǒng)的偽像大約比零像素偏移偽像少10x。在奈奎斯特極限頻率 處或低于奈奎斯特極限的頻率(標記為100)處，偽〗象大約比零^象 素偏移偽像少2x。圖中的其它線示出了小于具有零像素偏移的圖像 10偽<象的0.4、 0.3、和0.1<象素偏移的圖<象偽{象。
假設在如圖12中所示的屏幕上的重疊變化，合理地討論可以 通過平均所有可能的像素偏移的改進而得到平均性能。圖16示出 了與單個投影器相比較的平均性能。這里，可以看出，偽像比零像
素偏移的投影系統(tǒng)的偽像少27 %至42 % 。
15 由于圖像偽〗象的降^氐，如上所述地:扭曲從屬圖像并使其與主圖
像重疊來改進圖像逼真度。這種增強由與 一 個投影器的像素與另一 投影器的像素偏移所產(chǎn)生的，扭曲圖像以替代適當?shù)南袼刂怠Ｔ谄?移量是1/2像素時該增強為最大值，且在如圖15所示的0像素偏移 時為最小值。
20 上面已經(jīng)對像素具有100%填充系數(shù)的系統(tǒng)進行了討論。當像
素具有諸如在美國專利申請第6,456,339號中公開的低填充系數(shù)時， 由其提高分辨率的機構不同于我們上面已經(jīng)考慮的圖像逼真度的 改進。當多個投影器重疊設置使得一個投影器的像素在另一投影器 的像素之間的間隙內發(fā)光時，才真正提高了分辨率。在通過一個投
25 影器的像素間的 一半距離處的另 一投影器的像素進行重疊的兩個 投影器的特殊情況下，4艮難看出，存在系統(tǒng)的奈套斯特才及限和分辨 率的加倍。在這里公開的本發(fā)明進行更精細的處理，提高了感覺的
分辨率或圖像逼真度，這種提高發(fā)生在具有高填充系數(shù)的系統(tǒng)中， 其中重疊來自像素的光輸出而不考慮偏移量的存在。在填充系凄史大
于25%時發(fā)生該轉換，其中像素的大小大于像素間距離的50%。
當投影圖像可以被彼此精確地重疊時附加優(yōu)點是可能的。通過
5 重疊從兩個或多個較低的響應投影系統(tǒng)(例如，LCD投影器)投影 的較高幀頻圖^象，可以獲得較高幀頻顯示，而不產(chǎn)生與4交〗氐速響應 投影系統(tǒng)相關的惡化偽像。這可以在保持或改進整體圖像照度的同
時實現(xiàn)。
通過該靈活的沖史影系統(tǒng)，本發(fā)明的多個其它實施例是可能的。 10 圖17示出了本發(fā)明的一個實施例，其中，利用具有用來交替阻擋 來自每個投影器的光的附加的機械或電子快門(26, 27)的兩個較 低幀頻的投影器實現(xiàn)高幀頻顯示。在該實施例中，快門被設置在投 影器和屏幕之間，但也可一皮設置在投影器內部的其它位置。在該實 施例中，如圖18所示的投影幀序列描述的那樣，高幀頻(該實例 15 中為雙倍)沖殳影^皮分割；通過主沖l影器(3)顯示偶凄t幀以及通過 第二投影器(4)顯示奇數(shù)幀。在不同于奇數(shù)幀的時間才更影偶^:幀； 在投影偶數(shù)幀時阻擋奇數(shù)幀沖殳影圖像。在該實施例中，在顯示之前 扭曲與偶數(shù)幀有關的奇凄t幀?？梢酝ㄟ^生成如上所述的l象素對應映 射并利用它來扭曲奇數(shù)圖像幀來實現(xiàn)扭曲。
20 該實施例要求投影器亮度和投影圖像之間的顏色均衡的精確
匹配以避免閃爍。已知的技術涉及使用照相才幾來反饋照度空間輪廓 信息(幅度和光譜合成)，然后將其用于修改電子投影器的信號以 形成圖像照度輪廓。在這種情況下，可以形成從屬才殳影器(和/或 主投影器)的照度輪廓，以使兩個投影器的照度輪廓相匹配?？梢?br> 25 存儲該照度成形信息并將其用于修改投影器的圖像數(shù)據(jù)，如在美國 專利第5,386,253號提出概述的那樣。利用兩個較低幀頻投影器以 實現(xiàn)較高幀頻的 一 個權衡是，由于在任意時刻僅有 一 個投影器的光
被投影在屏幕上，因此降低了屏幕圖像亮度。如圖19所示，為了
對其進行補償，可能通過增加投影圖像的占空度(duty cycle ) ( 53 ) 來恢復一些屏幕亮度，而無需明顯地降低較高幀頻的影響。由于增 力口占空度引起的閃光(54)將是才殳影器的兩倍幀頻，在優(yōu)選實施例 5中，這將是48Hz，其不容易通過人眼感測。
圖20示出了所設計的投影系統(tǒng)的另一實施例，其中，在一個 多投影器系統(tǒng)中降低運動偽像。在整個幀周期中保持光輸出的電子 沖殳影器中，運動才莫糊產(chǎn)生(例^口， ^在Kurita, SID DIGEST 2001, 986中描述的)。通過強制沖殳影器間歇地輸出光，/人而降4氐運動偽<象。 10 圖20示出了將一皮分成曝光65和消隱期(blanking interval) 66的幀 周期67。該消隱期可以提供兩個好處。首先是通過強制投影器間歇 地發(fā)光來降低運動偽像。其次是由于投影器的響應時間從而去除偽 像。
圖20中的圖表82的特征在于，當在在一系列圖像幀中順序地 15 3見察移動對象時運動才莫糊的禾呈度變4尋明顯。在該曲線的簡單i兌明 中，察覺的圖像位置誤差是實際的移動對象和在顯示器上顯示的對 象的位置誤差量。從顯示器開始顯示移動對象位置時刻到下一圖^f象 幀顯示對象的更新位置時，感覺的圖4象位置誤差增加。由于圖〗象才莫 糊，所以移動對象在曲線87中的位置誤差等纟及將對在顯示器上只見 20 看移動對象的觀察者來說變得明顯。圖像幀的周期67越長，與呈 現(xiàn)給顯示器觀察者相同的運動地顯示的對象就越模糊。在諸如LC 類型的較低響應圖像投影器的情況下，圖像像素釆取有限時間來轉 變后續(xù)幀(subsequent frame)中的^f直。陰影交叉線區(qū)i或88表示在 該轉換周期期間^象素值可能具有的誤差范圍。
25 圖20中所示的時間示出了在后續(xù)幀之前快門攔截的投影屏幕
圖像幀67的一部分66。這個操作已經(jīng)產(chǎn)生導致圖像模糊的誤差數(shù)
量的降低。在這種情形下，該降低與區(qū)域89相等。其優(yōu)點將是降 低運動模糊，然而，是以亮度降低為代價。
也可以^立移該才蘭截間隔(blocking interval) 66以在部分或全4卩 像素轉換時間期間攔截投影圖像的其它部分。其優(yōu)點將是運動偽像 5降低，但也以亮度的降低為代價。
盡管降低圖像亮度來使運動偽像減少，但圖像亮度的這個損失 通過從利用用于在屏幕上重疊圖像的多個投影器中得到的亮度來
進4亍一些^M嘗。
通過調整快門攔截周期或通過移動快門4蘭截周期(blocking 10period)或者這兩者的組合，可以通過找到降4氐運動偽^象與圖 <象亮 度之間的最佳權4軒來得到對于具有大量運動的場面的整體感覺的
顯示改進。
圖21示出了另一實施例，其中，^投影器的幀頻足夠^f氐使得間 歇才殳影的光產(chǎn)生對人眼注意到的閃光。在這種情況下，曝光#皮分成 15 兩個周期68和69，同樣消隱周期將被分成70和71。在這種情景 中，通過調整快門攔截周期或通過移動快門攔截周期或者其組合， 可以通過找到降低運動偽像與圖^象亮度之間的最佳片又tf來得到對 于具有大量運動的場面的整體感覺的顯示改進。
在2D圖像已經(jīng)被轉換為用于3D投影的立體圖像對的情況下， 20通常在較低分辨率處^是供人造眼來降4氐成本和才是供時間。在這種情 形下，可以通過扭曲引擎將較高分辨率圖像發(fā)送給從屬投影器(4 ), 以保證由從屬投影器投射的圖像質量增強被最大化。
在獲耳又立體圖 <象對的情況下，立體像對中的一個圖l象可用于利 用適當?shù)膱D像增強算法來電增強其它圖像的分辨率。在這種情形
下，隨后，增強的圖像被發(fā)送到使用扭曲圖像(4)的投影器，以 保證由第二投影器投射的圖像質量增強被最大化。
凄t字增強可應用于2D圖^象以沖是高其分辨率。該4交高分辨率圖
像可被用于圖4所示的實施例中以提高圖像質量。 5 如上所述，扭曲需要使圖像質量稍微惡化的內插。在本申請的
另 一實施例中，通過將數(shù)字增強算法應用于扭曲圖像來恢復圖像逼真度。
為了示例性和說明性的目的僅示出了本發(fā)明實施例的上述描
10 上述理解，可以進行一些修改和變化。選擇并描述本實施例，以便 角罕釋本發(fā)明的原理及其實際應用，以4吏本領i或的其4tM支術人員能夠 利用本發(fā)明，以及具有不同》f改的不同實施例適用于特卩朱一使用目的。
權利要求
1.一種通過包括第一投影器和至少一個第二投影器的投影系統(tǒng)生成組合圖像的方法，包括通過確定來自所述第二投影器的至少一個第二圖像中的像素和來自所述第一投影器的第一圖像的對應像素之間的偏移，生成圖像的像素對應映射；接收源圖像；至少部分基于所述對應映射，扭曲所述源圖像以產(chǎn)生扭曲圖像；以及通過所述第一投影器顯示所述源圖像并通過所述第二投影器顯示所述扭曲圖像，以產(chǎn)生組合圖像。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，經(jīng)驗地生成所述對應映射。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述第一圖像和所述第二 圖像為相同的測試圖案。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在所述扭曲圖像上重疊所 述源圖像，以產(chǎn)生所述組合圖像。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述第二投影器包括多個 投影器且在所述多個投影器上產(chǎn)生用于顯示的多個扭曲圖像。
6. 4艮據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述源圖像和所述扭曲圖 像是二維呈現(xiàn)的一部分。
7. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述源圖像和所述扭曲圖 像是三維呈現(xiàn)的 一部分。
8. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述對應映射包括用于每個投影器像素的偏移量。
9. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，利用子像素精度生成所述 只于應映射。
10. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，通過利用所述第一投影器 投影測試圖案、利用所述第二投影器投影所述測試圖案、以及 測量與來自所述第 一 投影器的所述測試圖案中的對應第 一 像 素相對應的來自所述第二投影器的所述測試圖案中的第二像 素的^立置，來生成所述^t應映射。
11. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，調整所述測試圖案，以補償所述屏幕增益。
12. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，生成單獨的測試圖案并 計算4十對每種顏色的單獨的對應映射。
13. 才艮據(jù)權利要求10所述的方法，其中，生成測試圖案并計算針 3于白色光的S寸應映射。
14. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，所述測試圖案包括由至 少一個像素組成的點陣。
15. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，所述測試圖案包括具有 均勻照度分布的多像素點、具有非均勻照度分布的多像素點、 或者具有高斯分布的多像素點中的至少 一個。
16. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在顯示過程中更新所述對 應映射。
17. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在顯示之前預先變形所述源圖^f象，以去除梯形變形。
18. 才艮才居4又利要求17所述的方法，其中，在顯示之前預先變形所 述源圖像，以去除透鏡變形。
19. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，降低所述第一投影器和所 述第二投影器中燈的功率。
20. 才艮據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述第一才殳影器和所述第 二投影器中的每一個均包括多個顏色通道；所述第 一投影器和 所述第二投影器中的每一 個均包括投影透鏡，所述投影透鏡輸 出用于所述多個顏色通道的具有不同偏光狀態(tài)的光；以及在來 自所述第一投影器和所述第二投影器中的每一個的一個顏色 通道上#丸4亍聲斤述4丑曲。
21. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述第一投影器和所述第 二投影器中的每一個均包括多個顏色通道；所述第一投影器和 所述第二投影器中的每一個均包括投影透鏡，所述投影透鏡輸 出用于所述多個顏色通道的具有不同偏光狀態(tài)的光；以及在來 自所述第一^t殳影器的一個顏色通道上和來自所述第二"^史影器 的所有顏色通道上4丸4亍所述4丑曲。
22. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，在二維呈現(xiàn)和三維呈現(xiàn)之 間的轉換包括改變到所述第 一投影器和所述第二投影器的圖像流。
23. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，對以所述三維呈現(xiàn)的圖像 進行編碼以允許通過觀察者佩戴眼鏡來分開立體圖像。
24. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，所述源圖像具有比所述第 一投影器和所述第二投影器的顯示分辨率更高的分辨率。
25. 根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，所述源圖像包括高分辨 率圖像和較低分辨率圖像的三維立體對，其中，所述高分辨率 圖^象^U丑曲。
26. 根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，用電增強三維圖像并通 過所述第二才殳影器顯示所述增強型圖 <象。
27. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，用電增強源圖像并通過所 述第二投影器顯示所述增強型源圖像。
28. 根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括將所述第一投影器和所述 第二沖殳影器關閉，以建立消隱期。
29. 根據(jù)權利要求28所述的方法，其中，所述消隱期的時間長度能夠調整。
30. 根據(jù)權利要求29所述的方法，其中，在所述源圖像和所述扭 曲圖像的顯示期間執(zhí)行所述調整。
31. 根據(jù)權利要求28所述的方法，其中，使所述消隱期與所述源 圖j象和所述扭曲圖^f象的顯示同步。
32. 沖艮據(jù)—又利要求31所述的方法，其中，所述消隱期的開始時刻 能夠調整。
33. 4艮據(jù)權利要求1所述的方法，其中， -使所述第一沖殳影器和所述 第二投影器之間的顏色相匹配。
34. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，使所述第一投影器和所述 第二沖殳影器之間的照度相匹配。
35. 根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，所述組合圖像的亮度大于 所述源圖像的亮度。
36. 根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，所述組合圖像的逼真度高 于所述源圖像的逼真度。
37. —種能夠生成組合圖像的投影系統(tǒng)，包括第一投影器； 至少一個第二投影器；對準照相機，能夠記錄由所述第 一投影器產(chǎn)生的至少一 個第一圖像以及由所述第二投影器產(chǎn)生的至少一個第二圖像， 用于通過確定在來自所述第二圖^象的^象素和來自所述第一圖 j象的對應4象素之間的偏移量來生成圖^象〗象素的對應映射；源圖像緩存器，能夠提供源圖像；以及二扭曲單元，能夠基于所述^t應映射的至少一部分4丑曲所 述源圖像，以產(chǎn)生扭曲圖^f象，其中，通過所述第一投影器顯示所述源圖l象并通過所述 第二投影器顯示所述扭曲圖像，以生成組合圖像。
38. 根據(jù)權利要求37所述的投影系統(tǒng)，其中，所述投影系統(tǒng)能夠 顯示電影呈現(xiàn)。
39. 根據(jù)權利要求37所述的投影系統(tǒng)，其中，所述投影系統(tǒng)能夠 顯示二維呈現(xiàn)和三維呈現(xiàn)。
40. 根據(jù)權利要求37所述的投影系統(tǒng)，其中，通過實驗方法生成 所述 于應映射。
41. 根據(jù)權利要求37所述的投影系統(tǒng)，其中，所述第一圖像和所 述第二圖^f象為相同的測試圖案。
42. 根據(jù)權利要求37所述的投影系統(tǒng)，其中，在所述扭曲圖像上 重疊所述源圖^象，以生成所述組合圖Y象。
43. 根據(jù)權利要求37所述的投影系統(tǒng)，還包括用于所述第一投影 器的第一快門和用于所述第二投影器的第二快門，其中，每個 快門都能夠在幀之間嵌入消隱期，以減少運動偽^象。
44. 一種通過包括第 一投影器和至少 一 個第二投影器的投影系統(tǒng) 生成組合圖像的方法，包^fe:接收包括至少 一個第 一 圖像幀和第二圖像幀的圖像序列；二扭曲與所述第一圖〗象幀相關的所述第二圖^f象幀，以產(chǎn)生 4丑曲的圖4象幀；以及在第 一 時間間隔通過所述第 一 投影器顯示所述第 一 圖像 幀，以及在第二時間間隔通過所述第二沖殳影器顯示所述4丑曲圖 4象，其中，所述第二時間間隔與所述第一時間間隔不相同。
45. 根據(jù)權利要求44所述的方法，還包括在所述第一時間間隔關 閉所述第二才殳影器以及在所述第二時間間隔關閉所述第 一招: 影器，以將所述第 一 圖像幀的顯示與所述扭曲的圖像幀的顯示暫時分開。
46. 根據(jù)權利要求45所述的方法，其中，快門間隔能夠調整。
47. 根據(jù)權利要求46所述的方法，其中，當顯示所述第一圖像或 所述第二圖像時執(zhí)行所述調整。
48. 根據(jù)權利要求44所述的方法，其中，所述第二投影器的所述 關閉與所述第 一圖像同步，以及所述第 一投影器的所述關閉與 所述第二圖像同步。
49.根據(jù)權利要求48所述的方法，其中，所述快門的時間能夠調整。
全文摘要
本發(fā)明的實施例包括電子投影系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的一個實施例包括通過包括第一投影器和至少一個第二投影器的投影系統(tǒng)生成組合圖像的方法，包括通過確定來自第二投影器的至少一個第二圖像中的像素與來自第一投影器的第一圖像的對應像素之間的偏移量生成圖像的像素對應映射；接收源圖像；基于對應映射的至少一部分來扭曲源圖像以產(chǎn)生扭曲圖像；以及通過第一投影器顯示源圖像以及通過第二投影器顯示扭曲圖像，來生成組合圖像。
文檔編號H04N5/74GK101180873SQ200680018049
公開日2008年5月14日 申請日期2006年4月26日 優(yōu)先權日2005年4月26日
發(fā)明者史蒂文·里德, 安東·巴列特, 菲利普·英薩爾, 馬修·奧多爾 申請人:圖象公司