<Desc/Clms Page number 1>
Niet expliciet toeoaaainoaoaricht aooaraat en aebruik ervan voor de automatische afreaelina van een orolector
Onderhavige uitvinding betreft een niet expliciet toepassingsgericht apparaat, dat voorzien is van middelen om geleid te worden door een besturingseenheid die deel uitmaakt van een projector. In samenwerking met deze besturingseenheid kan het apparaat gebruikt worden voor de automatische afregeling van de projector.
Een standaard CRT projector bevat drie kathodestraalbuizen : een rode, een groene en een blauwe. Elk van deze kathodestraalbuizen is voorzien van projectiemiddelen, die het licht van deze kathodestraalbuizen naar een gemeenschappelijk scherm richten. Op deze manier worden drie afzonderlijke beelden gevormd, elk in een andere kleur, die op het scherm gesuperponeerd worden. Om op het scherm een goed en duidelijk beeld te krijgen, moeten de verschillende kleuren op elkaar afgeregeld worden. Stel dat een rode, een blauwe en een groene lijn op het scherm geprojecteerd worden, dan zien we een witte lijn op het gesuperponeerde beeld wanneer deze drie lijnen precies op elkaar vallen, met andere woorden wanneer de convergentie goed afgeregeld is.
Om de nauwkeurigheid van de afregeling van de convergentie te verbeteren, zijn vele systemen uitgedacht.
Vooreerst is er een manuele afregeling, zoals bijvoorbeeld beschreven in US-4, 672, 275. Hierbij wordt een referentiebeeld, voorzien van een aantal referentiepunten, op het scherm geprojecteerd. Daar bovenop wordt een testbeeld geprojecteerd, dat er uitziet zoals het referentiebeeld, en dat voorzien is van een aantal aanpassingspunten die elk overeenkomen met een van de referentiepunten. Bovendien is er ook een correctiedeel voorzien, dat overeenkomt met een gegeven deel van het referentiebeeld, waarbij het correctiedeel een deelverzameling van de aanpassingspunten is. Bij de uitvoering van de convergentieregeling wordt binnen het correctiedeel een aanpassingspunt gekozen. De positie van het gekozen aanpassingspunt wordt gewijzigd met betrekking tot het overeenkomstige referentiepunt.
Gelijktijdig en proportioneel worden ook de posities van de andere punten binnen het correctiedeel gewijzigd, waardoor er convergentie van het correctiedeel wordt opgebouwd ten opzichte van het overeenkomstige deel van het referentiebeeld. De correctiegegevens worden opgeslagen in een groot RAM-geheugen.
Deze manuele afregeling is enorm arbeidsintensief en tijdrovend. Vele potentiometers dienen te worden afgesteld, en bovendien interageren zij vaak. Bijgevolg is een zekere kennis noodzakelijk om een optimale afregeling van het toestel te bekomen.
<Desc/Clms Page number 2>
In US-4, 999, 703 wordt een apparaat beschreven voor automatische convergentieregeling van een projector. Convergentiecorrectie wordt automatisch uitgevoerd, ook tijdens de werking van de projector, waarbij fouten die optreden door drift van elektronische en mechanische onderdelen van de projector weggewerkt worden. Een testpatroon voor elk van de primaire kleurenbeelden wordt op een scherm geprojecteerd, en het licht door het scherm gereflekteerd wordt door een aftastsysteem gescand. De posities waar de lichtsensor het testpatroon ontdekt voor elk van de primaire kleuren, worden in een geheugen opgeslagen. Deze posities worden daarna bewerkt om correctiewaarden te bepalen voor de convergentie van de primaire kleurenbeelden, teneinde convergentie te bekomen over het gehele scherm. Een nadeel van deze methode is dat volledige beelden in het geheugen worden opgeslagen.
Hiervoor zijn grote, dus dure, geheugens nodig.
In US-5, 345, 262 worden eveneens een methode en een apparaat beschreven voor automatische convergentieregeling. Volgens de daar beschreven methode wordt een testpatroon gegenereerd, bestaande uit een rij discrete patrooneenheden die elk een omtrek en een centraal gebied hebben, waarbij een variatie in de verlichtingsintensiteit optreedt tussen de omtrek en het centraal gebied van de patrooneenheid. Het testpatroon wordt door elk van de kathodestraalbuizen van het systeem geprojecteerd. Een rij lichtgevoelige elementen is zo opgesteld dat ze het licht van de testpatronen opvangen dat door het scherm gereflecteerd wordt. De positie van elk van de patrooneenheden van een eerste geprojecteerde testpatroon wordt vergeleken met de posities van de overeenkomstige patrooneenheden van de andere geprojecteerde testpatronen.
Een aantal foutsignalen worden gevormd, en deze worden vervolgens aangewend om de kathodestraalbuizen zo te regelen dat de positie van een van de testpatronen wordt verschoven ten opzichte van de andere, zodanig dat de grootte van de foutsignalen vermindert.
Overeenkomstig een eigenschap van de methode in het hierboven aangehaalde Amerikaanse octrooi beschreven, worden de posities van verschillende patrooneenheden vergeleken door het centrum van de zacht varierende verlichtingsintensiteit van elk van de geprojecteerde testpatronen te bepalen en te vergelijken met de positie van de centra van de verlichtingsintensiteit van de andere testpatronen.
Een nadeel hierbij is dat een volledig beeld binnen genomen wordt, wat grote geheugens, zogenaamde frame geheugens, vereist. Frame geheugens zij grote geheugens, die een volledig beeld kunnen opslaan. Deze zijn duur, en bovendien gaat tijdens het afregelproces tijd verloren door het zoeken naar die plaatsen waar de testpatronen
<Desc/Clms Page number 3>
ten opzichte van elkaar verschoven zijn, dus waar de convergentie niet goed is afgeregeld.
De convergentieregeling gebeurt in het genoemde octrooi op basis van berekening van zwaartepunten. Deze berekening is achtergrond-gevoelig, en kan in sommige gevallen (bijvoorbeeld onscherp beeld) leiden tot incorrecte resultaten. Wanneer de zwaartepunten op elkaar worden afgeregeld, zal het oog dat niet noodzakelijk als correcte convergentieafregeling beschouwen.
Een ander nadeel van de daar beschreven afregelmethode en het overeenkomstig afregeltoestel is dat enkel de convergentie kan worden afgeregeld. Bij een volledige afregeling van een projector moeten naast de convergentie ook geometrie, focus, astigmatisme, contrastmodulatie en gamma-correctie worden afgeregeld. Al deze afregelingen oefenen een wederzijdse invloed op elkaar uit.
Bij de in het US-5, 342, 262 octrooi beschreven methode en toestel wordt de intensiteit van het achtergrondlicht eenmalig gemeten en opgeslagen. Dit heeft als nadeel dat tijdens het verdere afregelproces geen rekening wordt gehouden met fluctuaties van het achtergrondlicht.
Het is de bedoeling van de uitvinding om met een niet expliciet toepassingsgericht apparaat een oplossing te bieden voor bovengenoemde nadelen.
Het niet expliciet toepassingsgericht apparaat volgens onderhavige uitvinding heeft als voordeel dat met hetzelfde apparaat verschillende afregelingen van een projector kunnen uitgevoerd worden, volgens de commando's die door de besturingseenheid van de projector aan het apparaat worden gegeven.
Het zelfde apparaat kan eveneens gebruikt worden voor andere toepassingen, die eventueel zelfs niet in de wereld van de projectie liggen.
Een niet expliciet toepassingsgericht apparaat volgens de uitvinding is voorzien van middelen om geleid te worden door een besturingseenheid die deel uitmaakt van een projector. Het apparaat vertoont een verschillend gedrag naargelang een andere toepassing door de besturingseenheid wordt opgelegd. Het bevat de volgende componenten : - een analoog naar digitaal omzetter, - een geheugen, - een programmeerbare digitale component en - een interface naar de besturingseenheid van de projector.
Het apparaat is niet expliciet toepassingsgericht. Dit betekent dat het niet bedoeld is voor de uitvoering van slechts een taak, maar dat het voor elke taak waarvoor het zal gebruikt worden, door
<Desc/Clms Page number 4>
de besturingseenheid in een andere gedragstoestand of mode gebracht wordt.
Het niet expliciet toepassingsgericht apparaat kan eveneens een toepassing opgelegd krijgen via een externe besturingseenheid, zoals bijvoorbeeld de besturingseenheid van een PC. Deze externe besturingseenheid stuurt zijn commando of zijn commando's dan naar de besturingseenheid die deel uitmaakt van de projector, die als sluis dienst doet, en het commando of de commando's doorstuurt naar het niet expliciet toepassingsgericht apparaat.
De projector wiens besturingseenheid het niet expliciet toepassingsgericht apparaat leidt, kan een CRT projector, een LCD projector of eender welke light valve projector zijn.
De analoog naar digitaal omzetter van het niet expliciet toepassingsgericht apparaat is bij voorkeur een 8 bit convertor.
Het geheugen is in elk geval een snel RAM geheugen. Volgens een voorkeursuitvoering is het geheugen een klein geheugen. Met klein geheugen wordt bedoeld wat voor de stand van de techniek een klein geheugen is. Met de vooruitgang van de techniek worden steeds grotere geheugens gemaakt, zodat de mogelijkheid bestaat dat wat nu als klein geheugen beschouwd wordt, binnen enkele jaren niet meer op de markt is, en dat wat nu als middelmatig of zelfs groot geheugen beschouwd wordt, binnen enkele jaren deel zal uitmaken van wat op dat moment als klein geheugen beschouwd wordt.
In tegenstelling tot de methodes en toestellen die uit de stand van de techniek gekend zijn voor de automatische afregeling van projectoren, is het in ieder geval voor onderhavige uitvinding niet nodig een geheugen te hebben dat voldoende groot is om de informatie van een volledig beeld in op te slaan. Een typische waarde voor het in het niet expliciet toepassingsgericht apparaat gebruikte geheugen is op dit moment bijvoorbeeld 32K, daar waar een frame geheugen een grootte-orde heeft van 256K.
Het gebruik van dit kleine geheugen heeft als voordeel dat het niet expliciet toepassingsgericht apparaat volgens de uitvinding, wanneer het gebruikt wordt voor de automatische afregeling van een projector, goedkoper is dan de afregelapparaten die uit de stand van de techniek gekend zijn, zonder dat daarom moet ingeboet worden op nauwkeurigheid en effektiviteit.
Volgens nog een andere voorkeursuitvoering beschikt het niet expliciet toepassingsgericht apparaat over een plug die een pin bevat waarop een analoog signaal kan geplaatst worden dat uiteindelijk bedoeld is voor de analoog naar digitaal omzetter. Deze plug kan een afzonderlijke plug zijn waarop bijvoorbeeld een analoog signaal afkomstig van een camera kan geplaatst worden. Hij kan echter ook deel uitmaken van de interface naar de besturingseenheid van de projector.
<Desc/Clms Page number 5>
Volgens alweer een andere voorkeursuitvoering zijn geen middelen beschikbaar die instaan voor hardware synchronisatie met het op de pin geplaatste analoog signaal. Dit betekent concreet dat bijvoorbeeld een PLL overbodig is, wat alweer het niet expliciet toepassingsgericht apparaat goedkoper maakt. Dit kan wanneer de data aan een veel hogere frequentie gesampled wordt dan de analoge signaal-bandbreedte.
Bovengenoemd niet expliciet toepassingsgericht apparaat kan. gebruikt worden voor het afregelen van een of meer van de volgende regelingen bij een door een projector op een scherm geprojecteerd beeld : convergentie, geometrie, focus, astigmatisme, contrastmodulatie en gamma-correctie.
Regelen van de convergentie betekent dat de verschillende kleuren die op het scherm worden geprojecteerd, op elkaar gealigneerd worden.
Bij de afregeling van de geometrie wordt onder andere nagegaan of de geprojecteerde rechte lijnen niet een zekere buiging vertonen ('bow'of'pin') en of de lijnen die horizontaal of vertikaal zouden moeten zijn op het scherm niet een zekere helling vertonen ('skew' of'key').
Bij focus wordt ervoor gezorgd dat de electronenbundel die terecht komt op het scherm scherp gesteld wordt.
Astigmatisme is het fenomeen dat zieh onder andere voordoet wegens het feit dat de elektronenstraalbundel in een beeldbuis de 'faceplate' (= scherm van de beeldbuis) niet orthogonaal snijdt. Het virtuele beeldpunt (of spot) dat alzo wordt gevormd, is bijgevolg elliptisch vervormd. Deze elliptische afwijking dient voor optimale projectorperformantie (scherpte) te worden weggeregeld.
Bij contrastmodulatieregeling wordt de intensiteit van elk van de drie geprojecteerde kleuren afzonderlijk gelijk geregeld om verliezen veroorzaakt door lichtafval door projectieafstand en lenzen te compenseren. Op die manier bekomt men in het ideale geval een vlakke intensiteitscurve, wat betekent dat er evenveel licht is aan de randen als in het midden.
Gamma-correctie dient te worden uitgevoerd omdat kleur afhankelijk is van verschillende stuurfaktoren, waaronder een niet llnealr verband tussen licht en het aangeboden signaal.
Het niet expliciet toepassingsgericht apparaat volgens de uitvinding kan eveneens gebruikt worden om soft edge en aangrenzende en/of overlappende geometrie (edge matching) af te regelen bij beelden die door minstens twee projectoren op een scherm worden geprojecteerd (dit naast de afregeling van hoger genoemde regelingen die op elk van de projectoren afzonderlijk kunnen worden uitgevoerd).
<Desc/Clms Page number 6>
Soft edge dient te worden afgeregeld wanneer een beeld dat door een van de projectoren op het scherm wordt afgebeeld een overlappingszone vertoont met een beeld dat door een van de andere projectoren op het scherm wordt geprojecteerd. Het afregelen van soft edge is het afregelen van de intensiteit van beide beelden in deze overlappingszone. Hierbij moet de intensiteit van het ene beeld in de overlappingszone langzaam afnemen, terwijl de intensiteit van het andere beeld in de overlappingszone langzaam moet toenemen.
Het afregelen van aangrenzende geometrie is het afregelen van de geometrie van beelden die door twee projectoren naast elkaar worden geprojecteerd (met eventueel een kleine overlappingszone waarin soft edge wordt afgeregeld)
Het afregelen van overlappende geometrie is het afregelen van de geometrie van beelden die door twee projectoren op elkaar worden geprojecteerd.
Het niet expliciet toepassingsgericht apparaat kan eveneens gebruikt worden voor andere toepassingen, zoals bijvoorbeeld voor video digitalisatie, als piek detector, als RAM expansie, als coprocessor voor de besturingseenheid, als testconfiguratie en voor de lichtcommunicatie tussen minstens twee projectoren.
Een ander onderdeel van onderhavige uitvinding is een projectiesysteem dat voorzien is van het hierboven beschreven niet expliciet toepassingsgericht apparaat. Het projectiesysteem bevat een scherm, een projector en een camera. De projector is voorzien van minstens twee beeldvormingsmiddelen die elk een beeld genereren, van projectiemiddelen om de beelden op het scherm te projecteren en te superponeren, en een besturingseenheid. De camera is met de projector gerelateerd, en bekijkt het beeld dat op het scherm geprojecteerd wordt. Dit levert een analoog signaal dat op de pin van het niet expliciet toepassingsgericht apparaat geplaatst wordt.
De besturingseenheid van de projector brengt het genoemde apparaat in een bepaalde mode, waarna het in staat is om op commando van de besturingseenheid door de besturingseenheid opgegeven opdrachten uit te voeren.
Volgens een voorkeursuitvoering van de uitvinding is de camera die met de projector gerelateerd is in het projectiesysteem, een camera met lage resolutie. Indien de bijbehorende afregelsoftware krachtig genoeg is, kan men aldus de prijs van de hardware drukken.
De camera kan een monochroom camera of een kleurencamera zijn.
Volgens een andere voorkeursuitvoering is de camera onbeweegbaar met de projector verbonden.
De uitvinding voorziet ook in methodes voor de automatische afregeling van alle hierboven genoemde regelingen die op het beeld dat door een projector op een scherm wordt afgebeeld kunnen uitgevoerd worden.
<Desc/Clms Page number 7>
Een eerste bij het niet expliciet toepassingsgericht apparaat bruikbare methode is een methode voor de automatische afregeling van de convergentie van minstens twee beelden die een andere lichtweg hebben gevolgd, en die door een projector op een scherm worden afgebeeld. Deze projector is voorzien van een besturingseenheid en hardware die instaat voor de convergentieregeling. Een met de projector gerelateerde camera kijkt naar de op het scherm geprojecteerde beelden en stuurt een signaal overeenkomstig het bekeken beeld door naar de besturingseenheid. Volgens de methode worden de op het scherm geprojecteerde beelden opgesplitst in n of meer te regelen zones. De coÌrdinaten van de te regelen zones, zoals die door de camera op het scherm worden gezien, worden opgehaald.
Dit ophalen van coÌrdinaten kan ofwel bestaan uit het opmeten van de coÌrdinaten op het scherm, ofwel, eens ze zijn opgemeten en weggeschreven in een geheugen, uit het uit dat geheugen inlezen van de coÌrdinaten. De beelden die op het scherm worden geprojecteerd, worden met behulp van de camera bekeken en vormen een analoog signaal dat via analoog naar digitaal conversie wordt omgezet tot digitalisatiewaarden. Met behulp van deze digitalisatiewaarden wordt een wiskundig model opgesteld. De relatieve afstand tussen de op elkaar af te regelen beelden in de te regelen zones wordt bepaald via correlatie van de digitalisatiewaarden. Uit de aldus bekomen relatieve afstand worden regelsignalen afgeleid die naar de hardware gestuurd worden die instaat voor de convergentieregeling in de te regelen zones.
Een andere mogelijkheid voor de toepassing van deze methode is dat het model, zoals het berekend wordt met behulp van de digitalisatiewaarden, in een niet-vluchtig geheugen wordt weggeschreven. Bij een volgende automatische convergentieafregeling wordt vertrokken van dit weggeschreven model. De nieuw opgemeten digitalisatiewaarden worden in het model ingebracht, en indien nodig wordt het model aan de hand daarvan aangepast.
In het wiskundig model kan ook de chromatische aberratie van de lens (het zogenaamde prisma-effekt) verrekend en gemodelleerd worden.
Voor het automatisch afregelen van de geometrie van een beeld dat door een projector op een scherm wordt afgebeeld wordt de hierna volgende methode voorzien. Hierbij is de projector voorzien van een besturingseenheid en hardware die instaat voor de geometrieregeling. Een met de projector gerelateerde camera kijkt naar het scherm. Het op het scherm geprojecteerde beeld wordt opgesplitst in n of meer te regelen zones. Referentiewaarden voor de geometrie worden opgehaald. Het geprojecteerde beeld wordt met behulp van de camera bekeken, en vormt een analoog signaal dat via analoog naar digitaal conversie wordt omgezet tot digitalisatiewaarden. Met behulp van
<Desc/Clms Page number 8>
deze digitalisatiewaarden wordt een wiskundig model opgesteld.
De relatieve afstand tussen de referentiewaarden en het op de referentiewaarden af te regelen beeld in de te regelen zones wordt bepaald. Uit deze relatieve afstand worden signalen afgeleid die naar de hardware gestuurd worden die instaat voor de geometrieregeling betreffende de te regelen zones.
Hier kan eveneens het model, zoals het berekend wordt met behulp van de digitalisatiewaarden, in een niet-vluchtig geheugen worden weggeschreven. Bij een volgende automatische afregeling van de geometrie wordt vertrokken van dit weggeschreven model. De nieuw opgemeten digitalisatiewaarden worden in het model ingebracht, en indien nodig wordt het model aan de hand daarvan aangepast.
Voor het automatisch afregelen van aangrenzende en/of overlappende geometrie van beelden die door minstens twee projectoren op een scherm worden afgebeeld wordt de hierna volgende methode voorzien. Hierbij zijn de projectoren elk voorzien van een besturingseenheid en hardware die instaat voor de regeling van aangrenzende en/of overlappende geometrie. Een of meer met de projectoren gerelateerde camera's kijken naar het scherm. De op het scherm geprojecteerde beelden worden opgesplitst in een of meer te regelen zones. De coÌrdinaten van de te regelen zones, zoals die door de camera op het scherm worden gezien, worden opgehaald (opgemeten of uit een geheugen ingelezen). De geprojecteerde beelden worden met behulp van de camera of camera's bekeken, en vormen een analoog signaal dat via analoog naar digitaal conversie wordt omgezet tot digitalisatiewaarden.
Met behulp van deze digitalisatiewaarden wordt een wiskundig model opgesteld. De relatieve afstand tussen de af te regelen beelden in de te regelen zones wordt bepaald. Uit deze relatieve afstand worden signalen afgeleid die naar de hardware gestuurd worden die instaat voor de regeling van aangrenzende en/of overlappende geometrie betreffende de te regelen zones.
Ook hier kan, zoals hierboven reeds beschreven, het model worden weggeschreven in een niet-vluchtig geheugen, waar het bewaard wordt voor een later gebruik voor het automatisch afregelen van aangrenzende en/of overlappende geometrie.
Zowel voor wat betreft het automatisch afregelen van de geometrie, als voor wat betreft het automatisch afregelen van aangrenzende of overlappende geometrie, wordt de relatieve afstand tussen de af te regelen beelden in de te regelen zones bij voorkeur bepaald via correlatie.
Voor het automatisch afregelen van de focus van een beeld dat door een projector op een scherm wordt afgebeeld, waarbij de projector voorzien is van een besturingseenheid en hardware die instaat voor de focusregeling, en waarbij een met de projector
<Desc/Clms Page number 9>
gerelateerde camera naar het scherm kijkt, wordt een methode voorzien die bestaat uit de volgende stappen. Vooreerst wordt het op het scherm geprojecteerde beeld opgesplitst in n of meer te regelen zones. De coÌrdinaten van de te regelen zones, zoals die door de camera op het scherm worden gezien, worden opgehaald. Het op het scherm geprojecteerde beeld wordt met behulp van de camera bekeken, en vormt een analoog signaal dat via analoog naar digitaal conversie wordt omgezet tot digitalisatiewaarden, met behulp waarvan een wiskundig model wordt opgesteld.
De relatieve waarden voor de maximale scherpte van de te regelen zones worden bepaald, en uit deze relatieve waarden voor de maximale scherpte worden signalen afgeleid die naar de hardware gestuurd worden die instaat voor de focusregeling betreffende de te regelen zones.
Volgens een voorkeursuitvoering van de methode voor het automatische afregelen van de focus wordt de relatieve waarde voor de maximale scherpte bepaald via berekening van de variantie op histogrambasis.
Volgens een andere voorkeursuitvoering van deze methode wordt de relatieve waarde voor de maximale scherpte bepaald via spectrumevaluatie.
Ook hier kan het model in een niet-vluchtig geheugen worden weggeschreven. Bij een volgende focusregeling worden de parameters van het model terug opgehaald, zodat het model niet opnieuw dient te worden opgesteld aan de hand van digitalisatiewaarden.
Voor het automatisch afregelen van astigmatisme van een beeld dat door een projector op een scherm wordt afgebeeld, wordt de hierna volgende methode voorzien. Hierbij is de projector voorzien van een besturingseenheid en hardware die instaat voor de astigmatismeregeling. Een met de projector gerelateerde camera kijkt naar het scherm. Het op het scherm geprojecteerde beeld wordt opgesplitst in een of meer te regelen zones. De coÌrdinaten van de te regelen zones, zoals die door de camera op het scherm worden gezien, worden opgehaald (opgemeten of uit een geheugen ingelezen). Het geprojecteerde beeld wordt met behulp van de camera bekeken, en vormt een analoog signaal dat via analoog naar digitaal conversie wordt omgezet tot digitalisatiewaarden. Met behulp van deze digitalisatiewaarden wordt een wiskundig model opgesteld.
De relatieve maten voor het astigmatisme worden uit de digitalisatiewaarden bepaald, en uit deze relatieve maten worden signalen afgeleid die naar de hardware gestuurd worden die instaat voor de astigmatismeregeling betreffende de te regelen zones.
Volgens een voorkeursuitvoering worden de relatieve maten voor het astigmatisme bepaald via berekening van de variantie op histogrambasis.
<Desc/Clms Page number 10>
Volgens een andere voorkeursuitvoering worden de relatieve maten voor het astigmatisme bepaald door spectrumevaluatie.
Volgens nog een andere voorkeursuitvoering worden de relatieve maten voor het astigmatisme bepaald door momentenevaluatie.
Net zoals tevoren beschreven, kan ook in dit geval het model voor later gebruik worden weggeschreven in een niet-vluchtig geheugen.
De methode die volgens de uitvinding wordt voorzien voor het automatisch afregelen van de contrastmodulatie van een beeld dat door een projector op een scherm wordt afgebeeld, bestaat uit de hierna aangehaalde stappen. De projector zelf bevat een besturingseenheid en hardware die instaat voor de contrastmodulatieregeling. Een met de projector gerelateerde camera kijkt naar het scherm. Voor de kleur van het beeld worden ijkwaarden voor de camera opgehaald. Het op het scherm geprojecteerde beeld wordt opgesplitst in een of meer te regelen zones. De coÌrdinaten van de te regelen zones, zoals die door de camera op het scherm worden gezien, worden opgehaald (gemeten of uit een geheugen ingelezen).
Het geprojecteerde beeld wordt met behulp van de camera bekeken, en vormt een analoog signaal dat via analoog naar digitaal conversie wordt omgezet tot digitalisatiewaarden, met behulp waarvan een wiskundig model wordt opgesteld. Een maar voor de relatieve intensiteit wordt bepaald, en daaruit worden signalen afgeleid die naar de hardware gestuurd worden die instaat voor de contrastmodulatieregeling betreffende de te regelen zones.
Het model kan voor later gebruik worden weggeschreven in een niet-vluchtig geheugen, waar het terug wordt opgehaald voor een volgende contrastmodulatieregeling.
Ook een methode voor het automatisch afregelen van de gammacorrectie van een beeld dat door een projector op een scherm worden afgebeeld, maakt deel uit van onderhavige uitvinding. De genoemde projector is voorzien van een besturingseenheid en hardware die instaat voor de gamma-correctie regeling. Een met de projector gerelateerde camera kijkt naar het scherm. De methode bestaat uit de hierna volgende stappen. Eerst worden ijkwaarden voor de camera opgehaald voor de kleur van het genoemde beeld. Het op het scherm geprojecteerde beeld wordt opgesplitst in een of meer te regelen zones. De coÌrdinaten van de te regelen zones, zoals die door de camera op het scherm worden gezien, worden opgehaald (opgemeten of uit een geheugen ingelezen).
Het op het scherm geprojecteerde beeld wordt met behulp van de camera bekeken, en vormt een analoog signaal dat via analoog naar digitaal conversie wordt omgezet tot digitalisatiewaarden, waarmee een wiskundig model wordt opgesteld.
Een maat voor de relatieve intensiteit wordt bepaald, en hieruit
<Desc/Clms Page number 11>
worden signalen afgeleid die naar de hardware gestuurd worden die instaat voor gamma-correctie betreffende de te regelen zones.
In plaats van een model op te stellen aan de hand van digitalisatiewaarden, kan het ook uit een geheugen worden opgehaald, op voorwaarde dat het daar is weggeschreven bij een vorige gammacorrectie regeling.
Bij beelden die door minstens twee projectoren, elk voorzien van een besturingseenheid en hardware die instaat voor soft edge regeling, op een of meer schermen worden afgebeeld, waarbij een of meer met de projectoren gerelateerde camera's naar de schermen kijken, wordt de volgende methode voorzien voor de automatische afregeling van soft edge. Voor de kleur van de beelden worden ijkwaarden voor de camera opgehaald. De op het scherm of de schermen geprojecteerde beelden worden opgesplitst in een of meer te regelen zones, en de coördinaten van de te regelen zones, zoals die door de camera op het scherm worden gezien, worden opgehaald (opgemeten of uit een geheugen ingelezen).
De op het scherm of de schermen geprojecteerde beelden worden met behulp van minstens één camera bekeken, en vormen een analoog signaal dat via analoog naar digitaal conversie wordt omgezet tot digitalisatiewaarden, die worden gebruikt om een wiskundig model op te stellen. Een maat voor de relatieve intensiteit wordt bepaald, en hieruit worden signalen afgeleid die naar de hardware gestuurd worden die instaat voor de afregeling van soft edge betreffende de te regelen zones.
Ook hier kan het via de digitalisatiewaarden opgestelde model worden weggeschreven in een niet-vluchtig geheugen, waar het voor een volgende soft edge regeling terug kan opgehaald worden.
Volgens een voorkeursuitvoering worden bij elk van voorgenoemde methodes digitalisatiewaarden toegevoegd aan de opgemeten digitalisatiewaarden. Dit kan gebeuren door interpolatie in het tijdsdomein of in het frequentiedomein, en eveneens door filteren in het frequentiedomein. Het toevoegen van digitalisatiewaarden geeft aanleiding tot een nieuwe, langere reeks digitalisatiewaarden.
Volgens een andere voorkeursuitvoering wordt op de digitalisatiewaarden een transformatie uitgevoerd. Met transformatie wordt zowel bedoeld een transformatie van het tijdsdomein naar een ander domein, als de inverse transformatie van het andere domein naar het tijdsdomein. Volgens een voorkeursuitvoering is de transformatie een Fourier Transformatie, dus een transformatie naar het frequentiedomein.
Bij voorkeur wordt bij alle genoemde methodes gewerkt met gekoppelde zones, waarbij het genoemde wiskundig model telkens de invloed van de met de methode overeenkomstige regeling in een bepaalde te regelen zone weergeeft op alle andere, met deze te regelen zone gekoppelde zones.
<Desc/Clms Page number 12>
Volgens een andere voorkeursuitvoering wordt het wiskundig model dat in bovengenoemde methodes gebruikt wordt, iteratief verbeterd.
Eveneens volgens een voorkeursuitvoering wordt het berekende model voor elke gekoppelde zone weggeschreven in een niet-vluchtig geheugen. Dit heeft als voordeel dat bij een volgende uitvoering van de afregeling van dit model kan vertrokken worden in plaats van het model te moeten opstellen uitgaande van nieuwe digitalisatiewaarden.
Een methode voor het overbrengen van informatie tussen twee of meer projectoren, waarbij minstens een van de projectoren voorzien is van ten minste een camera, en waarbij de projectoren voor een scherm zijn opgesteld, is in onderhavige uitvinding eveneens voorzien. Volgens de uitvinding is de informatie beeldinformatie die door de ene projector op het scherm wordt geprojecteerd, en die door de camera gerelateerd met de andere projector wordt bekeken. Het met behulp van deze camera bekeken beeld vormt een analoog signaal dat via analoog naar digitaal conversie wordt omgezet tot digitalisatiewaarden. Hieruit worden commando's afgeleid die de besturingseenheid van de met deze camera gerelateerde projector interpreteert. De besturingseenheid die instaat voor de interpretatie van de commando's, staat eveneens in voor de uitvoering ervan.
De digitalisatiewaarden in elk van de genoemde methodes zijn bij voorkeur afkomstig van een niet expliciet toepassingsgericht apparaat volgens de uitvinding.
De uitvinding zal verder worden beschreven aan de hand van de tekeningen, waarbij
Figuur 1 de opstelling weergeeft van een projectiesysteem, bestaande uit een projector met ingebouwde camera en een scherm,
Figuur 2 een scherm laat zien, verdeeld in 25 (= 5x5) zones, waarop twee testpatronen worden geprojecteerd,
Figuur 3 een overzicht geeft van de opeenvolgende uit te voeren stappen in het meet-en afregelproces om de convergentie af te regelen.
Figuur 4 de correlatie van twee gelijke, ten opzichte van elkaar in de tijd verschoven signalen illustreert,
Figuur 5 een schematische voorstelling is van een blokdiagram van een tweede orde filter sektie,
Figuur 6 de spectra van ongefilterde en door een laag doorlaat filter gefilterde data toont,
Figuur 7 een abstracte voorstelling is van een CCD matrix,
Figuur 8 een horizontale lijn pixels van een camera afbeeldt, die verlicht wordt door een vertikale lijn met constante lichtintensiteit,
<Desc/Clms Page number 13>
Figuur 9 het interpolatietheorema illustreert,
Figuur 10 het strepen fenomeen voorstelt,
Figuur 11 een demonstratie is van de verschillende waarden van K gebruikt in de formule van het exponentieel glad maken,
Figuur 12 een balkenpatroon weergeeft, evenals het beeld ervan dat bekomen wordt door projectie,
Figuur 13 een grafische voorstelling van de Fourier getransformeerde van het balkenpatroon is,
Figuur 14 de grafische voorstelling is van de Fouriergetransformeerde van de projectie van het balkenpatroon,
Figuur 15 de methode van lijndetektie voorstelt, en waarbij
Figuur 16 de voorstelling is van een genormaliseerd grijswaardenhistogram.
Figuur 1 stelt de opstelling voor van een projector 1 ten opzichte van een scherm 2. De projector 1 bevat drie kathodestraalbuizen, een rode 3, een groene 4 en een blauwe 5, die elk een beeld in de overeenkomstige kleur op het scherm 2 projecteren.
Nauw met de projector 1 gerelateerd is ook een camera aanwezig, bijvoorbeeld een CCD (Charge Coupled Device) camera 6, die het op het scherm 2 geprojecteerde beeld bekijkt.
Reeds bij de fabrikatie van de projector 1 worden een mechanische en een elektrische voorafregeling uitgevoerd.
Tijdens de mechanische voorafregeling worden de rode kathodestraalbuis 3 en de blauwe kathodestraalbuis 5 mechanisch verdraaid zodat de globale convergentie reeds zo goed mogelijk is, met andere woorden zo dat het rode, het groene en het blauwe beeld op het scherm 2 zo goed mogelijk op elkaar vallen. Men neemt hierbij de groene kathodestraalbuis 4 als referentie omdat die normaal gezien het meeste licht levert en omdat ze de middenste van de drie kathodestraalbuizen 3,4, 5 is. De positie van deze groene kathodestraalbuis 4 is mechanisch meestal niet te regelen.
Na de mechanische voorafregeling volgt een elektrische voorafregeling, waarbij men via potentiometers het rode en het blauwe beeld op het scherm 2 kan verschuiven in de vertikale en in de horizontale richting (dit wordt vertikale, respectievelijk horizontale rastershift genoemd). Hiermee wordt de convergentie in het midden van het scherm 2 reeds perfect afgeregeld. Dit wordt de statische convergentie genoemd.
De projector 1 wordt, op deze manier afgeregeld, aan de eindgebruiker afgeleverd.
Om optimaal gebruik te kunnen maken van de projector 1, dienen echter convergentie, geometrie, focus, astigmatisme en contrastmodulatie eveneens te worden afgeregeld.
<Desc/Clms Page number 14>
Al deze afregelingen kunnen worden uitgevoerd met behulp van het toestel van onderhavige uitvinding, dat gebruik maakt van de hierna beschreven methodes.
Vooraleer echter om het even welke automatische regeling van een projector 1 te starten, dienen een aantal instellingen te worden gecontroleerd.
Vooreerst moet de camera 6 het volledige beeld zien dat op het scherm 2 geprojecteerd wordt. Bij voorkeur wordt de camera 6 zowel horizontaal als vertikaal gecentreerd. Dit is een mechanische afregeling die bij elke projector 1 slechts eenmaal dient uitgevoerd te worden.
Via gekende technieken wordt de lens van de camera 6 gefocuseerd.
Vervolgens worden, al naar gelang de noodzaak voor de automatische afregeling een groen, een blauw en/of een rood testpatroon op het scherm 2 geprojecteerd. Elk testpatroon kan bijvoorbeeld bestaan uit verschillende horizontale en vertikale lijnen, bijvoorbeeld vijf horizontale lijnen 10,11 en vijf vertikale lijnen 12,13, zoals voorgesteld in figuur 2. Bij gebruik van het niet expliciet toepassingsgericht apparaat voor de automatische afregeling van een projector 1 speelt de geometrie van het testpatroon geen rol : het mag een lijnenpatroon zijn, maar het werkt even goed met bijvoorbeeld een stuk tekst. De enige voorwaarde is dat voor elke af te regelen kleur de beeldinformatie overeenkomt én nuttig is.
Indien er toch gebruik gemaakt wordt van testpatronen, varieren die zowel in tijd als in plaats : dikkere vormen aan de rand (plaats) om lichtafval te compenseren, dunnere vormen (tijd) wanneer zeer fijn moet geregeld worden. Voor de eenvoud wordt in wat volgt een testpatroon beschouwd dat uit horizontale en vertikale lijnen bestaat.
Het op het scherm 2 geprojecteerde beeld wordt verdeeld in bijvoorbeeld 25 zones 14 (i) (met i gaande van 1 tot 25) (5 vertikaal x 5 horizontaal), waarbij in elke zone 14 (i) een deel van het testpatroon valt. In het geval van het beschouwde voorbeeld valt in elke zone 14 (i) een deel van een horizontale lijn 10,11 van het testpatroon, en een deel van een vertikale lijn 12,13 van het testpatroon.
Per zone 14 (i) bestaan twee regelingen : een regeling die de horizontale lijnen 10,11 van de testpatronen in de betreffende zone 14 (i) een vertikale verschuiving geeft, en een regeling die de vertikale lijnen 12,13 van de testpatronen in de betreffende zone 14 (i) een horizontale verschuiving geeft. Het totaal aantal uit te voeren regelingen is in het hier beschreven geval dus 100 : 25 horizontaal en 25 vertikaal per kleur (rood en blauw moeten op groen worden afgeregeld).
<Desc/Clms Page number 15>
De locatie van de 25 zones 14 (i) die moeten afgeregeld worden, wordt door de camera 6 opgemeten. De geometrische overeenkomst tussen een bepaalde zone 14 (i) op het scherm 2 en de plaats op de CCD matrix van de camera 6 wordt in een geheugen opgeslagen. Dit zal later toelaten enkel te digitaliseren rond het nuttig deel van het scherm 2, het zogenaamde venster 14 (8).
Het is onmogelijk zone per zone voor elke kleur (rood en blauw) afzonderlijk goed af te regelen, daar naburige zones invloed op elkaar uitoefenen. Zo zou bij het afregelen van een bepaalde zone de vorig afgeregelde zone niet goed meer afgeregeld zijn. Daarom wordt in de methode volgens de uitvinding gewerkt met gekoppelde zones.
Hierbij worden twee of meer zones tegelijk afgeregeld, waardoor de onderlinge invloed in rekening kan gebracht worden door het opstellen van een wiskundig model, dat de invloed van een bepaalde regeling in een te regelen zone weergeeft op alle andere, met deze te regelen zone gekoppelde zones.
De afregelsnelheid van een projector 1 wordt bepaald door de volgorde van afregelen. Om deze voldoende hoog te houden, worden rood en blauw door elkaar afgeregeld. Op die manier kan de meting van een blauwe lijn gebeuren, terwijl de convergentie van een rode lijn wordt berekend.
Ook de keuze van de algoritmes en hun implementatiewijze bepalen de afregelsnelheid.
1. Automatische converaentieregelina van een projector
Om te bepalen hoe groot een convergentiefout is (met andere woorden hoe ver bijvoorbeeld een groene vertikale lijn 12 en de overeenkomstige rode vertikale lijn 13 van een testpatroon van elkaar liggen) in een bepaald venster 14 (8), wordt in de eerste plaats het achtergrondlicht opgemeten in het betreffende venster 14 (8). Hiertoe wordt via de camera 6 de verlichting van het scherm 2 waarop geen beeld geprojecteerd is, ingescand.
Het aldus bekomen analoog signaal wordt aan het niet expliciet toepassingsgericht apparaat van de uitvinding, dat via de interface met de besturingseenheid van de projector 1 is verbonden, aangeboden. Het wordt in de analoog naar digitaal omzetter gedigitaliseerd, en de digitalisatiewaarden die toebehoren aan het signaal in het af te regelen venster 14 (8) worden opgeslagen. Enkel de benodigde data wordt in het RAM geheugen opgeslagen. De andere data, die de besturingseenheid van de projector 1 niet nodig heeft op het ogenblik van de afregeling van het beschouwde venster 14 (8), maar die door de camera 6 wel wordt ingelezen, wordt niet onthouden.
Op die manier zal de besturingseenheid tijdens de verdere regeling geen tijd verliezen met het opzoeken van de benodigde data tussen al de gedigitaliseerde waarden van het volledige beeld.
<Desc/Clms Page number 16>
Op die manier is de intensiteit van het achtergrondlicht opgemeten. Later, wanneer de testpatronen worden opgemeten, zal de intensiteit van het achtergrondlicht van die metingen worden afgetrokken om aldus de invloed van het achtergrondlicht uit te schakelen.
Om een convergentiefout weg te regelen, voeren we de stappen uit die in het blokdiagram van figuur 3 voorgesteld zijn, en die hierna meer in detail worden beschreven.
Om een convergentiefout op te meten in het beschouwde venster 14 (8), wordt na het opmeten van de achtergrondbelichting het groene testpatroon, bestaande uit de horizontale lijnen 10 en de vertikale lijnen 12, op het scherm 2 afgebeeld. In het geval van een horizontale convergentieafregeling wordt een vertikale lijn 12 opgemeten, en in het geval van een vertikale convergentieafregeling wordt een horizontale lijn 10 opgemeten.
Dit groene testpatroon wordt door de camera 6 ingelezen, en vormt een analoog signaal dat aan het niet expliciet toepassingsgericht apparaat wordt aangeboden. In de analoog naar digitaal omzetter wordt dit signaal gedigitaliseerd. Aldus worden digitalisatiewaarden gevormd. Enkel die digitalisatiewaarden die afkomstig zijn van het af te regelen venster 14 (8), worden in het geheugen opgeslagen.
Vervolgens wordt bijvoorbeeld het rode testpatroon, bestaande uit horizontale lijnen 11 en vertikale lijnen 13, op het scherm 2 afgebeeld en door de camera 6 ingelezen. Opnieuw wordt het aldus gevormde analoog signaal aan het niet expliciet toepassingsgericht apparaat aangeboden. In de analoog naar digitaal omzetter ervan worden de waarden voor het af te regelen venster 14 (8) gedigitaliseerd. Deze gedigitaliseerde waarden worden eveneens in het geheugen opgeslagen.
Om de grootte van de convergentiefout te bepalen, moeten we uitgaan van deze twee opgemeten funkties, die voor groen en die voor rood, en bepalen hoeveel die ten opzichte van elkaar verschoven zijn. We moeten dus in feite kijken hoeveel we de rode lijn 13 moeten verschuiven opdat het rode en het groene testpatroon zo goed mogelijk op elkaar zouden passen.
Correlate
Een wiskundige methode om te kijken wanneer twee funkties het best op elkaar passen is de correlatie. Wiskundig is correlatie immers een maat voor de gelijkheid van twee golfvormen. Een eigenschap van correlatie is dat deze zeer ruisbestendig is omdat ruis niet correleert en aldus de berekeningen niet zal verstoren.
Dit heeft ook tot gevolg dat de metingen en/of resultaten weinig
<Desc/Clms Page number 17>
filtering en/of uitmiddeling behoeven. Dit heeft een positief effekt op de snelheid en de kwaliteit van de afregeling.
Beschouw voor de groene vertikale lijn 12 een opgemeten funktie g (x).
Beschouw voor de rode vertikale lijn 13 een opgemeten funktie r (x).
Verschuiven we de rode vertikale lijn 13 ten opzichte van de groene vertikale lijn 12 tot de correlatie maximaal is, dan berekenen we dus de plaats van het maximum van de volgende funktie :
EMI17.1
(1)
De integratie van 0 tot x is een integratie over het gemeten digitalisatie interval.
De funktie C (t) heeft een maximum voor een bepaalde waarde van t. Als het maximum van C (T) bij t = 0 ligt, dan betekent dit dat we de funkties r (x) en g (x) ten opzichte van elkaar niet moeten verschuiven, en dat de convergentie goed is afgeregeld.
De correlatie wordt visueel uitgelegd in figuur 4. De twee ingangssignalen r (x) en g (x) worden in de figuur respectievelijk voorgesteld door een dunne volle lijn, en een streeplijn. De genormaliseerde correlatiefunktie wordt in de figuur voorgesteld door een dikke volle lijn. Beide funkties r (x) en g (x) zijn in de figuur ten opzichte van elkaar 9 tijdseenheden verschoven. Dit leidt tot een maximum in de correlatiefunktie op 9, wat gemakkelijk te berekenen is met de discrete vorm van formule (l) :
EMI17.2
Aangezien de getallenreeksen een eindige lengte N hebben, maken we gebruik van een circulaire correlatie door g tweemaal na elkaar te schakelen, zodat g een fictieve lengte 2N heeft.
De discrete formule wordt dan :
EMI17.3
Deze correlatie in het tijdsdomein vereist N'berekeningen !
De plaats van het maximum van C (t) geeft een maat aan voor de convergentiefout. Deze t is nul bij perfecte convergentie, is positief als de afwijking in een bepaalde zin optreedt, en is
<Desc/Clms Page number 18>
negatief als de afwijking in de andere zin is. Vanaf nu wordt deze convergentiefout de index genoemd.
Wanneer de index in een zone 14 (i) gekend is, weten we in prlnclpe hoeveel we de rode vertikale lijn 13 ten opzichte van de groene vertikale lijn 12 moeten verschuiven in die zone. We kennen eveneens de zin. Zo kunnen we in elke zone 14 (i) de uit te voeren verschuiving bepalen.
Elke zone 14 (i) heeft echter zijn eigen afregeling, en deze afregelingen kunnen sterk van elkaar verschillen van zone tot zone.
Zo vinden we bijvoorbeeld voor zone 14 (j) een regeling Bo, voor zone 14 (j+1) een regeling BI, enzovoorts. Hierbij is Bo een waarde tussen 0 en 127 (indien er met een 7-bit convergentie regelsysteem wordt gewerkt) die een verschuiving veroorzaakt van de af te regelen lijn in zone 14 (j). BI is een waarde tussen 0 en 127 die een verschuiving veroorzaakt van de af te regelen lijn in zone 14 (j+1).
10 (= index 0) is de gemeten convergentiefout in zone 14 (j), I, (= index 1) is de gemeten convergentiefout in zone 14 (j+1). De regeling van Bo veroorzaakt echter ook een convergentiefout in zone 14 (j +1) en omgekeerd ! Dit is de onderlinge invloed van de zones.
Door met gekoppelde zones te werken zullen we deze invloed wegwerken.
Men kan schrijven dat de index 10 een funktie is van de regelingen Bo en BI. Hetzelfde geldt voor de index 11. Veronderstellen we dat het verband een lineaire funktie is, dan geldt voor 10 en 11 :
EMI18.1
10 =a.B0 +b.B, +c 10=a.
Bo+b. I1=d.B0+e.B1+f
Wanneer we 10 grafisch voorstellen in funktie van Bo en B,, dan krijgen we een vlak. Hetzelfde geldt voor 11. De beste waarden voor de regelingen Bo en BI zijn deze waarbij 10 = 0 en I1 =0. Dit komt neer op het oplossen van het volgende stelsel : 0=a. Bo + . +c O=d. Bo +e. BI +1 (2)
De oplossing hiervan levert de twee correcte waarden voor de regelingen in zone 14 (j) en zone 14 (j+1).
De nauwkeurigheid van deze berekeningsmethode schuilt uiteraard in de bepaling van de parameters a, b, c, d, e en f. Deze dienen eerst te worden opgemeten. De parameters a, b en c bepalen een vlak.
<Desc/Clms Page number 19>
Ze kunnen dus bepaald worden door eerst drie punten op te meten.
Hiertoe wordt voor drie verschillende koppels (Bo, BI) de index 10 opgemeten. Dit levert een wiskundig model voor de convergentiefout in zone 0 in funktie van de regeling in zone 14 (j) en in zone l4 (j+l).
De nauwkeurigheid van dit model wordt bepaald door de nauwkeurigheid van de metingen voor de bepaling van het vlak.
Wanneer er een afwijkende meting tussen zit, dan blijft het volledige model op zich bruikbaar. Het zijn precies deze metingen die niet in het verwachtingspatroon liggen die het model in de goede richting sturen.
Na het oplossen van het stelsel (2) vinden we de'goede' waarden Bog en blot. Met deze waarden wordt de regeling in de betreffende zones 14 (j) en 14 (j+l) uitgevoerd, waarna gecontroleerd wordt of de hierdoor bekomen waarden 10, en ivoor deze waarden dan
EMI19.1
effektief nul zijn. en/of ver afwijken van nul (er wordt met een toelaatbare afwijking gewerkt), dan worden de vlakken voor 10 en I1 opnieuw bepaald, gebruik makende van deze extra meting. Men kan geen vlak door vier punten bepalen, maar wel het beste vlak door vier punten. Het beste vlak door vier punten wordt via de kleinste kwadraten methode bepaald. Op die manier wordt het model telkens op iteratieve wijze verbeterd.
Er wordt maximaal drie keer geltereerd. Is er op dat ogenblik nog geen juiste oplossing gevonden, dan wordt de tot dan toe beste combinatie van Bo en BI gebruikt, dus die die de kleinste waarden levert voor 10 en 11, Op die manier wordt er geltereerd naar de ideale waarden van de regelingen via het wiskundig model van twee gekoppelde zones.
Door eenvoudige expansie van voorgaande formules kan de koppeling uitgebreid worden naar meerdere zones. Horizontale en vertikale koppeling kunnen samen optreden.
Uit de bekomen waarde voor de correlatie, die de relatieve afstand geeft van beide beelden die met elkaar moeten convergeren, worden signalen afgeleid die naar de hardware gestuurd worden die instaat voor de convergentieregeling, en die n van de signalen naar het andere toe verschuift.
Op die manier wordt de convergentie van het beeld (naast de reeds bij fabrikate afgeregelde statische convergentie) door de gebruiker zelf afgeregeld.
<Desc/Clms Page number 20>
Transformaties
Om de tijdsduur nodig voor het berekenen van de correlatie C (t) te beperken, worden van r (x) en g (x) de respectievelijke Fouriertransformaties R (m) en G (m) bepaald.
In het frequentiedomein komt correlatie van twee signalen overeen met een eenvoudige vermenigvuldiging (convolutie-correlatie theorie) :
EMI20.1
v, o ) < . waarbij 0 voor een correlatie staat, en voor de complex toegevoegde van de overeenkomstige datareeksen.
Bijgevolg, wanneer we beschikken over de getransformeerde reeksen gesampelde data, wordt correlatie berekend met slechts N vermenigvuldigingen (want de getallen zijn complex). Maar de Fourier getransformeerden van beide sequenties moeten ook berekend worden, evenals de invers getransformeerde van de gecorreleerde sequentie.
Dit vergt ook rekentijd.
De Discrete Fourier Transformatie (DFT) is n van de belangrijkste hulpmiddelen in moderne toepassingen van digitale signaalverwerking. De DFT van een sequentie x (n) met lengte N wordt gedefinieerd als :
EMI20.2
De berekeningsvereisten van een DFT stijgen snel met verhoging van de grootte N van het blok, wat dus een invloed heeft op de performantie van het systeem in real time (de orde van de rekentijd is evenredig met N2). Dit probleem heeft geleid tot de ontwikkeling van speciaal snelle algoritmes, de Fast Fourier Transformatie (FFT).
Met een FFT is de berekeningssnelheid evenredig met N log2 (N).
De definitie van de FFT is identisch aan die van de DFT, alleen de berekeningsmethode verschilt. Om de effici ntie van een FFT te bereiken is het belangrijk dat N een groot getal is. Typisch is de lengte N van een FFT een macht van 2 : N = 2M. Het volledige berekeningsalgoritme kan dan opgesplitst worden tot een herhaaldelijke toepassing van een elementaire transformatie gekend als'vlinder' (Cooley-Tukey vorm). Voorbeelden van FFT transformaties kunnen in de literatuur worden teruggevonden.
Hoewel de meeste FFT algoritmes ontworpen zijn om de DFT van een complexe sequentie te berekenen, is in vele toepassingen de te
<Desc/Clms Page number 21>
transformeren sequentie reeel (zoals bijvoorbeeld metingen genomen van een analoog naar digitaal converter). Door gebruik te maken van deze eigenschap, kan een snelheidsverhoging bekomen worden. Formule (2) levert immers :
EMI21.1
Uit deze vorm kunnen het reele en het imaginaire deel van X (k) geanalyseerd worden, en het volgende kan worden vastgesteld : indien x (n) reeel is, is het reële deel van X (k) een even funktie van k, en het imaginaire deel is oneven. Bijgevolg wordt de rekentijd gehalveerd.
Zelfs met FFT transformaties kan de snelheid nog verhoogd worden zonder een speciale co-processor te gebruiken. De Fourier cosinus- en sinuswaarden kunnen bijvoorbeeld in een opzoekingstabel geplaatst worden, zodat hun berekening niet telkens opnieuw nodig
EMI21.2
is.
Alle hierboven beschreven vermenigvuldigingen zijn floating point berekeningen. Indien speciale voorzorgsmaatregelen en een bijzondere schaling gebruikt worden, kunnen zij gereduceerd worden tot een 16 bits integer vermenigvuldiging. Dit betekent opnieuw een snelheidswinst.
Om de maat voor de afstand (index) op een alternatieve snelle manier te berekenen kunnen evenzeer andere transformaties gebruikt worden, zoals de Discrete Hartley Transformatie, de Discrete Cosinus Transformatie (DCT), de Karhunen Transformatie, de Walsh Transformatie, de Hough Transformatie of de Hadamard Transformatie. De Discrete Cosinus Transformatie gebruikt enkel reale getallen (berekeningstijd !) en kan onmiddellijk bekomen worden van een FFT algoritme. Een typische karakteristiek van deze DCT is dat het bijzonder afstandsvariant is (een FFT is dat niet). Bijgevolg is dit algoritme bijzonder bruikbaar als snel algoritme voor de convergentieafregeling.
Wanneer we van elk van de bekomen reeksen digitalisatiewaarden de transformatie bepalen, met deze getransformeerde waarden de correlatie berekenen, en van het bekomen resultaat de overeenkomstige inverse transformatie berekenen, vinden we C (1).
Filteren
Om consequentere resultaten te bekomen, worden de gemeten data eventueel gefilterd.
Dit kan in het tijdsdomein worden uitgevoerd door gebruik te maken van Blondel filtertechnieken, digitale eindige respons filters
<Desc/Clms Page number 22>
of zelfs goed geconditioneerde oneindige respons filters. De hierna volgende formules geven een aantal ideen van hoe dit kan gelmplementeerd worden.
Noem x (n) en y (n) een input sample respectievelijk een output sample, beiden op ogenblik n.
Voorbeeld 1 : -Blondel- filter
EMI22.1
Een voorbeeld van een mogelijke Blondel filter is y +1)
Deze filter beschrijft een soort uitmiddeling van de inkomende pixels. Deze uitmiddeling kan niet in real time worden uitgevoerd, aangezien ze gebruik maakt van samples uit de toekomst. Dit betekent dat de ingangsdata eerst volledig dient te worden ingelezen, waarna de berekening kan uitgevoerd worden.
Voorbeeld 2 : oneindig respons filter
Een voorbeeld van een mogelijk oneindig respons filter in het tijdsdomein (zie figuur 5), heeft als transfertfunktie (gegeven in het Z-domein) :
EMI22.2
EMI22.3
Hieruit kunnen we de volgende vergelijkingen halen m y (k) Ao Ao + A,/M -1) -2) Definieren we T, en T2 als volgt :T2 = A, m (k-1) + A2 m (k-2)
Aangezien T, en T2 enkel afhankelijk zijn van signaalwaarden op tijdstippen k-l en k-2 (en niet van signaalwaarden op tijdstip k), kunnen we in het tijdsinterval tussen k-1 en k deze waarden reeds berekenen en opslaan.
Wanneer x (k) beschikbaar komt op tijdstip k,
EMI22.4
kunnen y en m snel berekend worden door gebruik te maken van m = x + T, y
Deze filtertechniek kan in real time gebruikt worden, maar vergt veel berekeningstijd, in het bijzonder wanneer een filter van hogere orde gebruikt wordt (cascaderen van verschillende filter sekties van lagere orde). Speciale voorzorgen moeten genomen worden om overflow tijdens de berekeningen te vermijden, dus een speciale schaling dient gelmplementeerd te worden.
Voorbeeld 3 : SINC convolutie
Een heel goede performantie wat betreft de kwaliteit vertoont de SINC convolutie van het originele signaal in het tijdsdomein.
<Desc/Clms Page number 23>
Nadeel is wel dat deze zeer veel rekentijd vraagt. Deze berekeningen kunnen niet in real time worden uitgevoerd.
Een alternatief is filteren in het frequentiedomein, wat veel gemakkelijker kan worden uitgevoerd dan in het tijdsdomein. Het doel van een filter in deze applicatie is immers verlost te geraken van hoogfrequente, ongewenste frequentiecomponenten. Wanneer de Fouriertransformatie van de inputdata berekend wordt, zoals is voorgesteld in het blokdiagram van figuur 3, moeten enkel de ongewenste frequenties nul gemaakt worden. Dit wordt voorgesteld in figuur 6, waarin het amplitude spectrum wordt uitgezet in funktie van de frequentie. op de figuur is fs de Shannon-Nyquist frequentie.
Figuur 6a toont een ongefilterd spectrum, evenals een laag doorlaat filter. Figuur 6b toont het resulterende spectrum na doorgang door het genoemde laag doorlaat filter.
Het wegfilteren van ongewenste frequenties in het frequentiedomein vereist enkel het nul maken van Fourier getransformeerde data. Dit levert een nieuwe reeks digitalisatiewaarden.
Het op nul zetten versnelt op zijn beurt de berekening van de inverse Fourier transformatie.
Interpolate
Beschouw de CCD matrix van camera 6 zoals voorgesteld in figuur 7. Deze bestaat uit Nx horizontale en Ny vertikale pixels. Om redenen van eenvoud bekijken we enkel een horizontale lijn pixels die door een vertikale lijn van constante lichtintensiteit verlicht wordt (figuur 8). In figuur 8a wordt de horizontale rij pixels belicht door een vertikale groene referentielijn 12, in figuur 8b wordt de rij pixels belicht door een vertikale rode lijn 13 en in figuur 8c wordt ze belicht door een vertikale blauwe lijn 15.
Aangezien de lichtintensiteit constant is (de verschillende lichtintensiteiten zijn zo afgeregeld dat dat zo is), is het oppervlak beschreven door het analoge signaal dat aan de uitgang van de CCD camera 6 verschijnt, ook constant. Op het eerste zieht kan de exacte positie van de vertikale lijn 13 van figuur 8b, gerefereerd naar de CCD pixels, niet effektief worden vastgelegd. Op de figuur zien we immers dat het maximum tussen de pixels 8 en 9 valt. De binnenste pixels (6 tot 11) dragen in elk geval bij tot de golfvorm.
In het geval van figuur 8c, kan men wel afleiden dat de lijn exact op pixel 9 van de CCD lijn gepositioneerd is.
In tabel 1 worden de gedigitaliseerde waarden van de data van figuur 8a, figuur 8b en figuur 8c weergegeven :
<Desc/Clms Page number 24>
EMI24.1
<tb>
<tb> pixelnummer <SEP> groene <SEP> referentielijn <SEP> 12 <SEP> rode <SEP> lijn <SEP> 13 <SEP> blauwe <SEP> lijn <SEP> 15
<tb> 1 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 0. <SEP> 250 <SEP> 0. <SEP> 125 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 0. <SEP> 500 <SEP> 0. <SEP> 375 <SEP> 0. <SEP> 250 <SEP>
<tb> 7 <SEP> 0. <SEP> 750 <SEP> 0. <SEP> 625 <SEP> 0. <SEP> 500 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 1. <SEP> 000 <SEP> 0. <SEP> 875 <SEP> 0. <SEP> 750 <SEP>
<tb> 9 <SEP> 0.
<SEP> 750 <SEP> 0. <SEP> 875 <SEP> 1. <SEP> 000 <SEP>
<tb> 10 <SEP> 0. <SEP> 500 <SEP> 0. <SEP> 625 <SEP> 0. <SEP> 250 <SEP>
<tb> 11 <SEP> 0. <SEP> 250 <SEP> 0. <SEP> 375 <SEP> 0. <SEP> 500 <SEP>
<tb> 12 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP> 0. <SEP> 125 <SEP> 0. <SEP> 250 <SEP>
<tb> 13 <SEP> 000 <SEP> 0.000 <SEP> 0.000
<tb> 14 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP> 0.000 <SEP> 0.000
<tb> 15 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP>
<tb>
Tabel 1
Indien iemand de afstand wenst te meten tussen de rode lijn 13 en de groene lijn 12, rekening houdend met ruis en de beperkte nauwkeurigheid van de CCD camera 6, geeft correlatie op de niet gelnterpoleerde arrays op zieh geen afdoend antwoord.
De circulaire correlatie waarden (waarbij eenzelfde meting als het ware verschillende malen na elkaar geplaatst wordt, zodat bij vermenigvuldigen, eens alle gemeten waarden van het signaal zijn opgebruikt, niet vermenigvuldigd wordt met 0, maar opnieuw met de waarde van het begin van het signaal) kunnen gevonden worden in tabel 2 (referentie voor de correlatie is de groene lijn 12) :
EMI24.2
<tb>
<tb> Afstand <SEP> Correlatie <SEP> Correlatie
<tb> (in <SEP> pixels) <SEP> groen-rood <SEP> groen-blauw <SEP>
<tb> 0 <SEP> 2. <SEP> 625 <SEP> 2. <SEP> 500 <SEP>
<tb> 1 <SEP> 2. <SEP> 625 <SEP> 2. <SEP> 750 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 2. <SEP> 219 <SEP> 2. <SEP> 500 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 1. <SEP> 594 <SEP> 1. <SEP> 938 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 0. <SEP> 938 <SEP> 1. <SEP> 250 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 0. <SEP> 438 <SEP> 0. <SEP> 625 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 0. <SEP> 156 <SEP> 0. <SEP> 250 <SEP>
<tb> 7 <SEP> 0. <SEP> 031 <SEP> 0. <SEP> 063 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 0.000 <SEP> 0. <SEP> 000
<tb> 9 <SEP> 0. <SEP> 031 <SEP> 0. <SEP> 000 <SEP>
<tb> 10 <SEP> 0. <SEP> 156 <SEP> 0. <SEP> 063 <SEP>
<tb> 11 <SEP> 0. <SEP> 438 <SEP> 0. <SEP> 250 <SEP>
<tb>
<Desc/Clms Page number 25>
EMI25.1
<tb>
<tb> 12 <SEP> 0. <SEP> 938 <SEP> 0. <SEP> 625 <SEP>
<tb> 13 <SEP> 1.
<SEP> 531 <SEP> 1. <SEP> 250 <SEP>
<tb> 14 <SEP> 2. <SEP> 031 <SEP> 1. <SEP> 938 <SEP>
<tb>
Tabel 2
Hieruit kunnen we afleiden dat het maximum voor de correlatie groen-rood op afstand 0 of 1 ligt (er treden twee maxima op in de tabel), het maximum voor de correlatie groen-blauw ligt op afstand 1. Een echte conclusie kan dus niet worden getrokken wat betreft de correlatie groen-rood.
Om een grotere nauwkeurigheid te bekomen, worden de originele waarden bijvoorbeeld één keer geinterpoleerd. Tabel 3 toont een mogelijke rij van geinterpoleerde waarden, gebaseerd op de waarden van tabel 1.
EMI25.2
<tb>
<tb> groen <SEP> rood <SEP> blauw <SEP>
<tb> 0. <SEP> 000 <SEP> 5. <SEP> 250 <SEP> 4. <SEP> 922 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 000 <SEP> 5. <SEP> 375 <SEP> 5. <SEP> 250 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 000 <SEP> 5. <SEP> 250 <SEP> 5. <SEP> 375 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 000 <SEP> 4. <SEP> 922 <SEP> 5. <SEP> 250 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 000 <SEP> 4. <SEP> 433 <SEP> 4. <SEP> 922 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 000 <SEP> 3. <SEP> 844 <SEP> 4. <SEP> 438 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 000 <SEP> 3. <SEP> 188 <SEP> 3. <SEP> 844 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 125 <SEP> 2. <SEP> 516 <SEP> 3. <SEP> 188 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 250 <SEP> 1. <SEP> 875 <SEP> 2. <SEP> 516 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 375 <SEP> 1.
<SEP> 313 <SEP> 1. <SEP> 825 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 800 <SEP> 0. <SEP> 875 <SEP> 1. <SEP> 313 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 625 <SEP> 0. <SEP> 547 <SEP> 0. <SEP> 875 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 760 <SEP> 0. <SEP> 313 <SEP> 0. <SEP> 547 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 875 <SEP> 0. <SEP> 156 <SEP> 0. <SEP> 313 <SEP>
<tb> 1. <SEP> 000 <SEP> 0. <SEP> 063 <SEP> 0. <SEP> 156 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 875 <SEP> 0. <SEP> 023 <SEP> 0. <SEP> 063 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 750 <SEP> 0. <SEP> 031 <SEP> 0. <SEP> 016 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 625 <SEP> 0. <SEP> 086 <SEP> 0. <SEP> 016 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 500 <SEP> 0. <SEP> 188 <SEP> 0. <SEP> 063 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 375 <SEP> 0. <SEP> 352 <SEP> 0. <SEP> 156 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 250 <SEP> 0. <SEP> 594 <SEP> 0. <SEP> 313 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 125 <SEP> 0. <SEP> 930 <SEP> 0. <SEP> 547 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 000 <SEP> 1. <SEP> 375 <SEP> 0. <SEP> 875 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 000 <SEP> 1.
<SEP> 930 <SEP> 1. <SEP> 313 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 000 <SEP> 2. <SEP> 531 <SEP> 1. <SEP> 875 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 000 <SEP> 3. <SEP> 133 <SEP> 2. <SEP> 516 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 000 <SEP> 3. <SEP> 688 <SEP> 3. <SEP> 188 <SEP>
<tb>
<Desc/Clms Page number 26>
EMI26.1
<tb>
<tb> 0. <SEP> 000 <SEP> 4.148 <SEP> 3.844
<tb> 0. <SEP> 000 <SEP> 4.469 <SEP> 4.438
<tb>
Tabel 3
Indien de correlatie opnieuw wordt uitgerekend, gebruik makend van de geinterpoleerde waarden van tabel 3, bekomen we de waarden van tabel 4 :
EMI26.2
<tb>
<tb> Afstand <SEP> Correlatie <SEP> Correlatie <SEP>
<tb> (in <SEP> pixels) <SEP> groen-rood <SEP> groen-blauw <SEP>
<tb> 0. <SEP> 000 <SEP> 5. <SEP> 260 <SEP> 4. <SEP> 922 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 500 <SEP> 5. <SEP> 375 <SEP> 5. <SEP> 250 <SEP>
<tb> 1. <SEP> 000 <SEP> 5. <SEP> 250 <SEP> 5. <SEP> 375 <SEP>
<tb> 1. <SEP> 500 <SEP> 4. <SEP> 922 <SEP> 5. <SEP> 250 <SEP>
<tb> 2. <SEP> 000 <SEP> 4. <SEP> 438 <SEP> 4. <SEP> 922 <SEP>
<tb> 2. <SEP> 500 <SEP> 3. <SEP> 844 <SEP> 4. <SEP> 438 <SEP>
<tb> 3. <SEP> 000 <SEP> 3. <SEP> 188 <SEP> 3. <SEP> 844 <SEP>
<tb> 3. <SEP> 500 <SEP> 2. <SEP> 516 <SEP> 3. <SEP> 188 <SEP>
<tb> 4. <SEP> 000 <SEP> 1. <SEP> 875 <SEP> 2. <SEP> 516 <SEP>
<tb> 4. <SEP> 500 <SEP> 1. <SEP> 313 <SEP> 1. <SEP> 875 <SEP>
<tb> 5. <SEP> 000 <SEP> 0. <SEP> 876 <SEP> 1. <SEP> 313 <SEP>
<tb> 5. <SEP> 500 <SEP> 0. <SEP> 547 <SEP> 0.
<SEP> 875 <SEP>
<tb> 6. <SEP> 000 <SEP> 0.313 <SEP> 0.547
<tb> 6. <SEP> 500 <SEP> 0. <SEP> 156 <SEP> 0. <SEP> 313 <SEP>
<tb> 7. <SEP> 000 <SEP> 0.063 <SEP> 0.156
<tb> 7. <SEP> 500 <SEP> 0. <SEP> 023 <SEP> 0. <SEP> 063 <SEP>
<tb> 8. <SEP> 000 <SEP> 0.031 <SEP> 0.016
<tb> 8. <SEP> 500 <SEP> 0. <SEP> 086 <SEP> 0. <SEP> 016 <SEP>
<tb> 9. <SEP> 000 <SEP> 0.188 <SEP> 0.063
<tb> 9. <SEP> 500 <SEP> 0. <SEP> 352 <SEP> 0. <SEP> 156 <SEP>
<tb> 10. <SEP> 000 <SEP> 0. <SEP> 594 <SEP> 0. <SEP> 313 <SEP>
<tb> 10. <SEP> 500 <SEP> 0. <SEP> 930 <SEP> 0. <SEP> 547 <SEP>
<tb> 11. <SEP> 000 <SEP> 1.375 <SEP> 0.875
<tb> 11. <SEP> 500 <SEP> 1. <SEP> 930 <SEP> 1. <SEP> 313 <SEP>
<tb> 12. <SEP> 000 <SEP> 2.531 <SEP> 1.875
<tb> 12. <SEP> 500 <SEP> 3. <SEP> 133 <SEP> 2. <SEP> 516 <SEP>
<tb> 13. <SEP> 000 <SEP> 3.688 <SEP> 3.188
<tb> 13. <SEP> 500 <SEP> 4. <SEP> 148 <SEP> 3. <SEP> 844 <SEP>
<tb> 14.
<SEP> 000 <SEP> 4.469 <SEP> 4.438
<tb>
EMI26.3
1
Tabel 4
Zoals uit tabel 4 kan afgeleid worden, geven deze waarden een veel nauwkeuriger beeld van de afstand van de gekleurde lijnen 13 en
<Desc/Clms Page number 27>
EMI27.1
15 tot de referentielijn de rode lijn 13 ligt 0. pixeleenheden van de groene lijn 12 verwijderd, de blauwe lijn 15 is precies 1 pixeleenheid verschoven ten opzichte van de groene 12. Deze methode geeft een zogenaamde subpixel resolutie.
In het geval de uitgang van de camera 6 gedigitaliseerd wordt met een 8 bit digitaal naar analoog omzetter, dan kunnen 256 verschillende spanningswaarden onderscheiden worden. Voor gedigitaliseerde golfvormen die op volle schaal worden voorgesteld, kan een maximale horizontale resolutie bereikt worden die gelijk is aan vermenigvuldigd met het aantal interpolaties. Theoretisch kan een horizontale resolutie van Ni*256 bereikt worden. Voor een camera 6 met N,=512 verhoogt op die manier door interpolatie de resolutie van 512 pixels naar 131072 synthetische pixels.
Er bestaan verschillende methoden om data te interpoleren in het tijdsdomein lineaire interpolatie, parabolische, spline interpolatie, Bezier en vele andere. De keuze welk van de methoden te gebruiken hangt af van wat gewenst wordt. Lineaire interpolatie is snel, maar levert geen gladde curve. Bezier en spline interpolatie daarentegen wel, maar die zijn dan weer zeer tijdrovend. Zelfs de SINC golfvorm convolutie kan gebruikt worden, want die is de invers Fourier getransformeerde van een ideaal laag doorlaat filter, en zou dus de beste resultaten moeten leveren zonder parasieten in te voeren.
Een ideale interpolatie in het tijdsdomein kan gezien worden als het invoeren van nullen in het frequentie domein. Figuur 9 verduidelijkt dit. Hier wordt opnieuw het amplitude spectrum van de gefilterde data uitgezet in funktie van de frequentie. fs is de Shannon-Nyquist frequentie.
Stel dat de originele rij data een lengte N heeft (= punt dat overeenkomt met f.). Het eerder beschreven ideale filter maakt reeds elke frequentie component boven A (zie figuren 6 en 9) nul. Indien nu nullen worden toegevoegd na/,, geen effektieve frequentiecomponenten toegevoegd, en toch neemt de lengte van de originele rij toe. Dit betekent dat het origineel signaal niet gewijzigd wordt, want zijn spektrum blijft hetzelfde. Bijgevolg komt een ideaal geinterpoleerde tegenhanger naar voor indien de inverse Fourier getransformeerde berekend wordt gebruik makend van deze verlengde reeks. Het is inderdaad ideaal omdat geen frequentie componenten worden toegevoegd, wat niet het geval is met andere interpolaties in het tijdsdomein.
<Desc/Clms Page number 28>
We krijgen dus in figuur 9 nullen tussen A en fs door filtering, en nullen na fs, meer bepaald tussen fs en 3fs, door interpolatie. Na 3fs hebben we opnieuw nullen door filtering, enzovoorts.
Er zijn nog andere methoden bekend om subpixel resolutie te bekomen, bijvoorbeeld via kruispunt eigenschappen, of via grensdetektie.
EMI28.1
exponentieel glad maken
Aangezien de metingen van de CCD camera 6 worden uitgevoerd vanuit vertikale fase met de geprojecteerde bron, moet rekening gehouden worden met het vertikale strepen fenomeen. De CCD camera 6 neemt zijn frames met een vertikale frequentie van 50 Hz, maar deze frequentie heeft geen verband met de frequentie van de geprojecteerde bron. Bijgevolg is het mogelijk dat het venster 14 (8) op een bepaald ogenblik in het'zwarte', niet gescande deel ligt (zie figuur 10). Op deze figuur zien we een scherm 2, een venster 14 (8), en de lijn 16 die op dit ogenblik gescand wordt.
Een eenvoudige oplossing bestaat er echter in meermaals hetzelfde gebied te meten. Daarna worden deze metingen omgezet tot een enkele meting. Deze metingen uitmiddelen is een mogelijke oplossing, maar een eventuele foutieve meting zou de hele reeks metingen in de war brengen. Zijn aanwezigheid verdwijnt nooit.
Een alternatieve aanpak geeft superieure resultaten in een omgeving vol ruis : exponentieel glad maken (een lopend gemiddelde in plaats van een blok gemiddelde). Dit is een iteratief algoritme dat het volgende berekent :
EMI28.2
Y"+l n 9 n Hierbij is F. een schatting voor de laatste waarde, Y is een s schatting voor de laatste sample, de variabele Input is de huidige input sample en K is een constante kleiner dan 1. Waarom dit exponentieel glad maken wordt genoemd terwijl er geen exponentiële funktie in de vergelijking voorkomt, kan worden uitgelegd door eenvoudig het stapantwoord te bekijken. Neem aan dat de originele ingang nul was, wat dan ook de waarde van Y is, en dat de ingang plots op een komt en daar blijft. De uitgang van het algoritme voor verschillende waarden van K wordt getoond in figuur 11.
De curves zijn echte exponentiële wier tijdsconstante direct gecontroleerd wordt door de waarde van K. Indien K = 0, wordt er geen rekening gehouden met de nieuwe metingen, enkel de oude schatting blijft (bij wijze van spreken een oneindig filtereffect).
<Desc/Clms Page number 29>
Indien daarentegen K = 1 genomen wordt, is er geen sprake meer van filtering : de nieuwe schatting wordt dan steeds gelijk gesteld met de nieuwe metingen.
Het voornaamste voordeel van deze methode is de immuniteit voor slechte metingen (bijvoorbeeld oorzaak van strepen). Deze metingen worden afgevlakt, in plaats van uitgemiddeld met elke meting.
2. Automatische aeometriereaelina van een projector
Het afregelen van de geometrie van een beeld dat door een projector 1 op het scherm 2 wordt afgebeeld, gebeurt op analoge manier als de afregeling van de convergentie, in elk van de te regelen zones 14 (i).
De gebruiker geeft aan de projector 1 de opdracht de geometrieregeling uit te voeren. De besturingseenheid van de projector 1 zal het niet expliciet toepassingsgericht apparaat dat met de projector 1 verbonden is in een mode brengen die geschikt is voor het uitvoeren van de geometrieregeling. Concreet betekent dit dat het niet expliciet toepassingsgericht apparaat in'venster digitalisatie mode'wordt gebracht, dus klaar om op commando van de besturingseenheid van de projector 1 het beeld dat de camera 6 op het scherm 2 ziet in te lezen en te digitaliseren, en om enkel de digitalisatiewaarden van het door de besturingseenheid aangeduide venster 14 (8) in het geheugen weg te schrijven.
In het geval van geometrieregeling worden echter, in tegenstelling tot bij de convergentieregeling, referentiewaarden voor de geometrie opgehaald, die bijvoorbeeld linker en rechter boven-en onderhoek aangeven, evenals het midden van het beeld. Het beeld waarop moet worden afgeregeld is in dit geval dus niet een ander op het scherm 2 geprojecteerd beeld, maar het bestaat uit een aantal referentiewaarden die in het geheugen zijn opgeslagen of door de gebruiker worden opgegeven of aangegeven via een laser aanwijzer (zie ook punt 10). De referentie kan tevens een vast kader zijn dat op het scherm 2 aangebracht is. Op deze referentiewaarden wordt dan het beeld afgeregeld via correlatie, en bij voorkeur via gekoppelde zones.
3. Automatische focusreaelina van het beeld van een projector
Indien een gebruiker de opdracht geeft de focusregeling automatisch uit te voeren, brengt de besturingseenheid van de projector 1 het niet expliciet toepassingsgericht apparaat opnieuw in'venster digitalisatie mode'.
Voor de afregeling van de focus worden opnieuw de te regelen
EMI29.1
zones 14 bepaald, op dezelfde manier als hierboven reeds beschreven. De overeenkomst tussen de ligging van deze zones 14
<Desc/Clms Page number 30>
op het scherm 2 en de pixels van de camera 6 wordt opgemeten, of de overeenkomstige waarden worden ingelezen uit een geheugen.
Het op het scherm 2 geprojecteerd beeld wordt met behulp van de camera 6 bekeken, en vormt een analoog signaal dat aan het niet expliciet toepassingsgericht apparaat wordt aangeboden. Het wordt via analoog naar digitaal conversie omgezet tot digitalisatiewaarden.
De focus van het beeld wordt voor de verschillende zones 14 (i) gekoppeld geregeld door een wiskundig model op te stellen steunend op variantieberekeningen op histogrambasis, of op spectrum evaluatie.
Histogrammen worden vaak gebruikt in metingen. Het (digitale) contrast van een beeld wordt gegeven door de distributie van de grijswaarden. Indien deze distributie rond een zeker niveau geconcentreerd is, dan is het contrast duidelijk laag. Het contrast van een beeld op zijn geheel wordt afgeleid uit dit histogram.
De gemiddelde intensiteit van een beeld wordt met de volgende formule bepaald :
EMI30.1
waarbij N het aantal verschillende voorkomende grijswaarden is, X (n) het aantal pixels in het gemeten beeld met een intensiteit n
De variantie wordt berekend aan de hand van de volgende formule : ) =E (X')- (E (X))'
Als definitie van contrast wordt aangenomen dat het de vierkantswortel uit de variantie is.
Het getal dat hierdoor bekomen wordt is een maat voor de maximale scherpte van het beeld, want het geeft een maat voor het verschil in grijswaarden tussen een pixel X en de gemiddelde grijswaarde.
Een maat voor de scherpte van het beeld kan niet alleen uit grijswaarde histogramberekeningen afgeleid worden, maar tevens ook uit spectrum evaluatie.
Stel dat men de scherpte wil meten van een geprojecteerd balkenpatroon (zie figuur 12). De blokgolf in de figuur is een voorstelling van het ideaal patroon, de sinusachtige curve een voorstelling van het gemeten patroon.
De Fourier transformatie van de blokgolf ziet er uit zoals getoond in figuur 13, terwijl de Fourier transformatie van de sinusachtige curve er uit ziet zoals voorgesteld in figuur 14.
Hieruit kan dus afgeleid worden dat, hoe scherper het geprojecteerde beeld is, des te meer hoogfrequente componenten er
<Desc/Clms Page number 31>
zich in het spectrum bevinden. Een mogelijke meetwaarde voor de scherpte kan dus het aantal hoge frequentiecomponenten zijn.
Een andere mogelijkheid is bijvoorbeeld de variantie van de spectrale componenten te bepalen. Indien het signaal wazig is, is de variantie van spectrale componenten minimaal, vermits er slechts een frequentiecomponent aanwezig is. Indien een scherp patroon opgemeten wordt, zullen de hogere frequentiecomponenten voor een grote variantie zorgen. Dus ook de variantie of standaardafwijking van de spectrale componenten (= spectrale contrast) kan als maat voor de scherpte genomen worden. op welke manier de berekeningen ook worden uitgevoerd, hieruit vinden we de relatieve waarden voor de maximale scherpte van de te regelen zones.
We brengen deze waarden in het model. Blijft er nog een restfout over, dan wordt het model iteratief bijgewerkt.
Uit de uiteindelijk bekomen relatieve waarden voor de maximale scherpte in elk van de te regelen zones 14 (i) worden signalen afgeleid die naar de hardware gestuurd worden die instaat voor de focusregeling betreffende de te regelen zones 14 (i).
De relatie tussen scherpte en focus (elektrische regeling) ligt voor de hand. Deze metingen kunnen echter ook manuele (of eventueel gestuurde regelingen) helpen, zoals het scherpstellen van de lenzen die het beeld van de beeldbuis naar het scherm 2 leiden. Zelfs indien de draaiing van de lens niet gestuurd kan worden, kan deze meting waardevolle informatie verschaffen naar de gebruiker toe : er kan bijvoorbeeld een schaalaanduiding op het scherm 2 geprojecteerd worden dat aanduidt hoe scherp het beeld is. Er dient te worden afgeregeld tot een maximum bereikt wordt.
4. Automatisch regelen van asticrmatisme van het beeld van een projector
Er bestaat een verband tussen astigmatisme en focus : hoe 'ronder'de beeldpunten kunnen gemaakt worden, des te scherper het beeld wordt.
Het astigmatisme in het midden van het beeld wordt door middel van mechanische shiftringen rond de beeldbuis geregeld. Voorlopig kan die regeling nog niet automatisch gebeuren, maar de metingen kunnen de gebruiker die het toestel afregelt wel een indikatie geven van de kwaliteit van zijn regelingen, tot de metingen'zeggen'dat maximale scherpte bereikt is door zijn manuele regeling.
Opnieuw wordt voor deze methode het niet expliciet toepassingsgericht apparaat in'venster digitalisatie mode' gebracht.
De te regelen zones 14 (i) worden bepaald, en de overeenkomstige coördinaten op de camera 6 worden opgehaald.
<Desc/Clms Page number 32>
Het beeld dat met behulp van de camera 6 wordt bekeken, wordt aan het niet expliciet toepassingsgericht apparaat aangeboden, en vormt een analoog signaal dat in de analoog naar digitaal convertor tot digitalisatiewaarden wordt omgezet.
Met behulp van deze digitalisatiewaarden wordt een wiskundig model opgesteld, waaruit de relatieve waarden voor het astigmatisme bepaald worden via berekening van de variantie op histogrambasis, via spectrumevaluatie of via momentenevaluatie.
De eerste twee methodes zijn zoals beschreven bij automatische afregeling van focus.
De derde methode, momentenevaluatie, wordt hierna beschreven.
Een beeld b (x, y) kan beschouwd worden als een twee-dimensionale kansdichtheidsfunktie van de variabele (x, y). Veronderstel dat de
EMI32.1
hoeveelheid boo Dit komt eigenlijk neer op het herschalen van de grijswaarden van het beeld. (Indien dit niet het y) geval is, wordt boo
De belangrijkste parameters die we beschouwen zijn de momenten van de beelden. Deze zijn gebaseerd op de volgende formule : bkl = ##xk yt b (x,y) dx dy
De waarde k+l geeft de zogenaamde orde van de desbetreffende momenten.
Hieruit leiden we het moment van nulde orde af : boo = fJ b (x, y) dx dy
EMI32.2
blo Momenten van eerste orde zijn bo, =|Jyb(x,y)dxdy ot =J =|Jxbb20 = ##x2 b (x,y)dx dy
Momenten van tweede orde zijn :ob02 = ty2 b (x, y) dxdy bil = ff x y b (x, y) dx dy
Het zwaartepunt of anders genoemd'centrum van het beeld'ligt op de coördinaten (o, ). Vervolgens beschouwen we de verschuiving die voldoet aan (x-blo, y-bol). Dit komt er op neer dat de kansdichtheidsverdeling van het beeld gecentreerd wordt rond het zwaartepunt. Er wordt wel degelijk gecentreerd, want door deze translatie worden de eerste orde momenten nul, met andere woorden het zwaartepunt komt in de oorsprong te liggen.
<Desc/Clms Page number 33>
Het moment karakteriseert de rekking in de richting van de x-as, terwijl b02 deze in de richting van de y-as beschrijft.
Op zieh hebben deze momenten weinig betekenis. Voeren we echter een rotatie door met een hoek 9, dan worden de coördinaten van een punt (x, y) van het beeld geroteerd naar de coördinaten (x', y'), volgens de algemeen gekende formules van rotatie : X = X cos9 + y sin 9 y = -xsin# + ycos# 2b Kiezen we de hoek 8 volgens de formule tan 2 bil met bozo - boy
EMI33.1
n n e als > 0, als b11 dan bekomen we de 2 2 volgende resultaten in het nieuwe coördinatenstelsel o = max bil E (0, -)bo2 = min
Zo bekomen we twee momenten van tweede orde die gecorrigeerd zijn naar positie en naar orientatie. Ze worden invariante momenten genoemd.
Indien bijvoorbeeld een ellips beschreven wordt, zijn deze momenten evenredig met het kwadraat van de lengtes van de hoofdassen.
Op die manier is het mogelijk om de oppervlakte van een beeldpunt, ellipticiteit en draaiing te beschrijven en op te meten via digitalisatie. Dit laat toe astigmatisme af te regelen.
5. Automatisch afreaelen van contrastmodulatie
Opnieuw wordt het niet expliciet toepassingsgericht apparaat in 'venster digitalisatie mode'gebracht.
Hiervoor worden ijkwaarden voor de camera 6, betreffende de intensiteit, voor de te regelen kleur of kleuren uit het geheugen opgehaald of opgemeten.
De zones 14 (i) worden bepaald op een manier zoals hierboven beschreven.
Er worden intensiteitsmetingen uitgevoerd, die een maat voor de relatieve intensiteit geven voor een welbepaalde of gekende aansturing betreffende de te regelen kleur of kleuren.
Er wordt een model opgesteld. Via intensiteitsmetingen worden optimale waarden bepaald. Deze worden in het model ingebracht.
Blijft er nog een restfout over, dan wordt het model iteratief verbeterd.
<Desc/Clms Page number 34>
Uit de uiteindelijk bekomen maat voor de relatieve intensiteit worden signalen afgeleid die naar de hardware gestuurd worden die instaat voor contrastmodulatieregeling betreffende de te regelen zones.
6. Automatisch regelen van aamma-correctie
Het automatisch afregelen van de gamma-correctie verloopt op een analoge manier als het automatisch afregelen van de contrastmodulatie. Bij voorkeur wordt er per kleur slechts één regeling uitgevoerd die instaat voor het volledige beeld.
Er wordt eveneens een maat voor de relatieve intensiteit bepaald, en daaruit worden signalen afgeleid die naar de hardware gestuurd worden die instaat voor de gamma-correctie regeling.
7. Automatisch reaelen van soft edae bil de naast elkaar aeplaatste beelden van twee of meer projectoren
Soft edge moet worden afgeregeld wanneer twee of meer projectoren op het scherm beelden projecteren die elkaar raken. In het grensgebied zullen de beelden een beetje overlappen, en krijgen we dus dubbele intensiteit. Precies in dat gebied moet elk van de beelden een intensiteitsafval krijgen, zodat bij overlapping de som van de intensiteiten de intensiteit is zoals ze in de rest van het beeld is.
De automatische afregeling gebeurt op dezelfde manier als de afregeling van contrastmodulatie, maar dan op de rand van het beeld.
8. Automatisch reaelen van aanarenzende en overlappende aeometrie bii naast elkaar aeDlaatste beelden van twee oroiectoren
Hierbij wordt de geometrie afgeregeld van twee naast elkaar geplaatste beelden van twee projectoren 1. Dit gebeurt op dezelfde manier als het afregelen van de geometrie (of convergentie), maar dan voor twee projectoren 1.
Voor al de hierboven vermelde methodes kunnen op de digitalisatiewaarden een of meer van de operaties worden uitgevoerd die beschreven zijn bij de automatische convergentieregeling, namelijk exponentieel glad maken, transformeren, filteren en/of interpoleren.
9. Gebruik als video diaitaliseerder
Het niet expliciet toepassingsgericht apparaat wordt in dit geval in zo een mode gebracht dat het in staat is voortdurend te digitaliseren. Een besturingseenheid sluist deze data via eender
<Desc/Clms Page number 35>
welk communicatiemiddel (bijvoorbeeld via RS232) door naar een PC, waar deze digitale data verwerkt worden.
10. Implementatie van een Diekdetector
Voor de implementatie van een piekdetector wordt het niet expliciet toepassingsgericht apparaat in'piek detectie mode' gebracht. Hierbij wordt het op het scherm 2 geprojecteerde beeld door een camera 6 bekeken, en het aldus bekomen analoog signaal wordt constant gedigitaliseerd, zonder daarbij waarden in het RAMgeheugen op te slaan. Er wordt voortdurend gezocht naar punten met een hoge lichtintensiteit.
De piekdetector kan gebruikt worden om met behulp van een laser aanwijzer referenties aan te duiden voor de afregeling van de geometrie. Deze worden door de piekdetector opgemeten, en de overeenkomstige referentiecoördinaten worden naar de besturingseenheid doorgestuurd.
De piekdetector kan eveneens gebruikt worden voor de implementatie van een muisvolger voor een laseraanwijzer. Hierbij wordt op dezelfde manier te werk gegaan. Indien een punt met hoge intensiteit wordt opgemerkt, wordt de controller hiervan op de hoogte gebracht, en worden de overeenkomstige Y-coördinaten van de toppen van de pieken bijvoorbeeld naar een PC doorgestuurd om de muisaanwijzer te doen volgen. In plaats van de PC de muisaanwijzer te laten volgen, kan ook aan de projector 1 het commando gegeven worden om zelf een karakter op de locatie met die coördinaten te projecteren.
Bij deze toepassing wordt het geheugen niet gebruikt.
11. Gebrulk als RAM expansie - co-processor voor de besturingseenheid
Het niet expliciet toepassingsgericht apparaat wordt in zo een mode gebracht dat het dienst doet als geheugenuitbreiding of expliciet toepassingsgerichte hulpbesturingseenheid voor de bestaande besturingseenheid. In deze configuratie wordt de analoog naar digitaal convertor niet gebruikt.
Bijvoorbeeld de correlatieberekeningen van de hierboven genoemde methodes kunnen door het apparaat worden uitgevoerd, waardoor de besturingseenheid meer tijd krijgt om andere bewerkingen uit te voeren. Op die manier wint men aan regelsnelheid.
12. Gebruik voor het uitvoeren van testen
Het niet expliciet toepassingsgericht apparaat wordt in zo een mode gebracht dat het geschikt is voor de uitvoering van testen.
<Desc/Clms Page number 36>
Er bestaat een zelftestende configuratie, die het geheugen test op verlies van data en op kortsluiting van data of van adreslijnen.
Ook de analoog naar digitaal convertor en alle andere gelntegreerde circuits kunnen hierdoor getest worden.
Het apparaat moet zichzelf goed bevonden hebben alvorens betrouwbare metingen en berekeningen kunnen gebeuren.
Ook een deel van de werking van de besturingseenheid van de projector 1 kan via het niet expliciet toepassingsgericht apparaat getest worden, mits het in de gepaste mode is gebracht.
* Indien nodig wordt bij deze testen een foutsignaal teruggeven.
13. Gebruik voor het draadloos overbrenaen van informatie tussen twee of meer protectoren
Twee projectoren 1 die in elkaars gezichtsveld staan wat betreft de camera 6, kunnen met elkaar communiceren via lichtcodes in plaats van via fysische middelen zoals kabels. Deze lichtcodes zijn een soort barcodes die door de ene projector 1 op het scherm 2 geprojecteerd worden, waarna ze door de andere gedetecteerd worden.
Elke barcode of opeenvolging van barcodes houdt een opdracht in. De detecterende projector 1 voert deze opdracht uit, en kan op zijn beurt ook weer lichtcodes op het scherm 2 projecteren, die door de andere projector 1 kunnen gescand worden, en waarvan de overeenkomstige opdracht kan worden uitgevoerd.
Het meetprincipe dat hierbij wordt toegepast om de barcodes te vinden is lijndetektie.
Het doel van dit principe is een grenswaarde te vinden (zie figuur 15). Indien er digitalisatiewaarden voorkomen die groter zijn dan deze grenswaarde, duidt dit op de aanwezigheid van een lijn.
De methode bestaat erin het genormaliseerde grijswaardenhistogram (zie figuur 16) van de digitalisatiewaarden op te stellen.
Met normalisatie wordt bedoeld dat de grijswaarden liggen tussen 0 en 1. Vervolgens wordt een betrouwbaarheidsinterval betreffende de grijswaarden gekozen, waarbinnen bijvoorbeeld 90% van de grijswaarden zich bevinden. Met de grijswaarden die zich binnen het betrouwbaarheidsinterval bevinden, wordt het grijswaardenzwaartepunt berekend (aangeduid met 0 in figuur 16), welk een goede waarde is voor de gemiddelde achtergrondintensiteit. Deze waarde kan gebruikt worden om de grenswaarde af te leiden. De grenswaarde is bij voorkeur een macht tussen 0 en 1 van het eerder berekende grijswaardenzwaartepunt, bijvoorbeeld de vierkantswortel. Elke genormaliseerde digitalisatiewaarde die zich boven deze grenswaarde bevindt duidt op de aanwezigheid van een lijn. Uit de oorspronkelijke reeks digitalisatiewaarden kunnen dan de breedte en de coördinaten van de lijn afgeleid worden.
Deze methode is ook toepasbaar op twee dimensies.
<Desc/Clms Page number 37>
Het overbrengen van informatie tussen meerdere projectoren 1 kan onder andere gebruikt worden om overlappende of aangrenzende geometrie af te regelen. Het overbrengen van informatie is immers noodzakelijk indien een regeling van de andere projector 1 nodig is om de afregeling correct te krijgen.