CN100574399C - 用于平滑平铺式显示器中的接缝的***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于在显示器表面上产生基本上无缝的视频图像的方法。该方法包括以下步骤：将至少第一和第二视频图像独立地投射到显示器表面上，以便通过使所述第一和第二视频图像的部分重叠而定义接缝。在该接缝内，电子地调整第一视频图像的亮度和第二视频图像的亮度，以便提供一致的亮度分布。

Description

用于平滑平铺式显示器中的接缝的***和方法

技术领域

本发明一般涉及显示器的领域，并且更具体地，涉及多投影仪显示***。

背景技术

多投影仪显示***已被提出并使用了多年。在20世纪50年代，针对于电影产业而开发了“CINERAMA”***。CINERAMA***使用三套胶片，以使用三个分离的投影仪来投射三个图像，随后，组合所述三个图像，以形成单个全景图像。

多投影仪显示***所带来的困难在于：多个图像经常不在显示屏幕上呈现为一个单个连续的图像。当在单个屏幕上并排投射两个图像时，通常，在所述图像之间存在接缝。最终的显示图像将呈现为其间具有缝隙的并排放置的两个图像、或者图像在单个屏幕上重叠，其间具有亮线。由于传统的摄像机、视频处理和传递通道、显示器和特定投影仪中的不一致性，非常难以完美地匹配所得到的视频图像，使得图像之中不出现平铺的非自然信号(artifact)。如果在同一屏幕上使图像一起离得很近，那么，典型地，会在每个接缝区域上存在重叠。

因此，需要用于通常在多投影仪显示***中提供无缝图像的***和方法。此外，投影仪镜头在本质上会使图像失真到某个程度，尤其是在镜头的边缘处。尤其是在镜头的边缘处，期望使显示的图像的失真最小，这是由于此镜头区域更可能会投射最接近接缝而显示的图像。

传统电子失真校正包括：在显示图像时，通过视频图像捕捉装置而捕捉该图像，并且，生成代表所显示的失真的反馈信号。使用反馈信号来抵消失真。这样的解决方案提供了对镜头失真问题的一些改进。然而，在其它缺点之中，此类电子失真校正自身可能会增加失真，经常增加***复杂度和成本，并使校准和用户接口复杂。

因此，需要用于平铺式显示***的***和方法，其在平铺块(tile)之间不包括可见的干扰接缝。此外，存在对这样的平铺式显示***的需要，该平铺式显示***将来自多个平铺块的投射图像合并到一起，以形成平铺图像，但其不需要高质量(且昂贵的)光学器件。因此，需要可对镜头失真进行电子补偿的***。此外，期望可在不单独依赖所显示的图像的外部捕捉的情况下调整镜头失真的***。此外，需要这样的***和方法，其提供比现有***更宽的视角，而同时，更有效地消除平铺式图像中的接缝。

发明内容

本发明提供了用于在显示表面上产生基本上无缝的视频图像的方法。该方法包括以下步骤：将至少第一和第二视频图像独立地投射到显示表面上，使得通过所述第一和第二视频图像的重叠部分而定义接缝。在该接缝之内，电子地调整第一视频图像的亮度和第二视频图像的亮度，以便提供一致的亮度轮廓。

附图说明

下面，将参照附图而详细描述本发明的优选实施例，附图中：

图1是根据本发明的实施例包括多个投影仪的显示***的顶视图。

图2是图解根据本发明的实施例而排列的显示装置的投影仪的前视图。

图3是图解根据本发明的实施例来自多个投射图像的像素的投射图像亮度之间的关系的图。

图4是根据本发明的实施例，在***的接缝内部的区域中的两个投射图像的投射图像亮度之间的关系的图解。

图5图解了适于在本发明中使用的投影仪的镜头的代表一致性曲线。

具体实施方式

投射图像的质量是若干特性的函数，所有所述特性可能在从视频数据到显示图像的转换过程中遭遇失真。例如，亮度失真-也被称为照度(luminance)失真-具有很多可能的来源。例如，由于光引擎内的光学器件和/或灯自身的设计，而造成多数投影仪不在整个屏幕上以恒定的照度级别而进行投射。这个照度的不一致损害了所显示的图像。投影仪及其所关联的镜头的照度不一致可在特定条件下变得更为显著(pronounce)。例如，当通过其各自的图像平铺在一起的多个投影仪而创建了“复合”图像时，例如以4乘5的模式，为形成复合图像，照度的不一致经常要明显得多。还可能在与显示屏幕或表面成一个角度观看所显示的图像时产生照度不一致(或使现有的不一致更显著)。典型地，显示图像中接近观看者的部分将呈现为第一亮度，而位置更远的那些部分将呈现为具有不同的亮度。

图5图解了由单个投射镜头(未示出)投射到屏幕515上的光的照度一致性的例子。在此例子中，该图定义了将光投射到屏幕上的镜头的镜头失真分布。如可从该图中看到的，所投射的光在接近屏幕的中心520的位置更亮。此中心区域与投射镜头的中心相对应。所投射的光的亮度从屏幕515的中心至屏幕的外边缘501、502而下降。这些区域与用来将光投射到屏幕515上的投射镜头的外部区域相对应。每个投射镜头具有对应的亮度不一致分布。根据用于组成该***的镜头的本发明的一个实施例，测量或者特征化每个镜头分布图，并且，将所得到的数据存储在可由图像处理器(例如，图1的示例处理器170)访问的存储器中。

图1图解了根据本发明的实施例而排列的多个示例投影仪105、110、115和120。图像源175提供视频图像数据，其表示要显示在显示器130上的运动或静止的视频、场景、或其它可视图像。典型地，取决于所关联的显示器的特定能力，以各种传统的电视和视频格式提供图像数据。在本发明的***中，将视频图像数据180提供到处理器170。视频图像数据180包括图像的像素x的像素亮度数据。处理器170接收包括像素x的像素亮度数据的视频图像数据180。处理器170使用平铺技术，在多个投影仪105、110、115和120之间分配视频图像数据180，以便每个投影仪能够投射分离的图像，所述分离的图像在被投射到显示器130上、并与来自其它投影仪的分离的图像相组合时，将形成要被显示在显示屏幕130上的整个图像。

因此，向每个投影仪提供相应的图像数据181、182、183、184，以便将对应的离散图像投射到显示器130上。图1图解了简化的例子。将视频数据180提供到处理器170。处理器170分配数据180，使得将视频数据181提供到投影仪105，将视频数据182提供到投影仪110，将视频数据183提供到投影仪115，并将视频数据184提供到投影仪120。投影仪105基于视频数据181而将图像106投射到屏幕130上。同样地，投影仪110将图像111投射到屏幕130上，投影仪115将图像116投射到屏幕130上，而投影仪120将图像121投射到屏幕130上。

如可从图1中看到的，图像106、111、116和121重叠。图像106与图像111重叠，以便定义接缝区域107。图像111与图像116重叠，以便定义接缝区域112。图像116与图像121重叠，以便定义接缝区域117。在图1中，将与接缝区域107、112、117相对应的像素亮度数据表示为x1、x2、x3和x4。因而，视频数据181的部分x1与落在接缝107内的视频图像106的部分相对应，即，在接缝107的接缝边缘208和接缝边缘209之间。同样地，视频数据182的部分x2与落在接缝107内的视频图像111的部分相对应，即，在接缝107的接缝边缘208和接缝边缘209之间。视频数据、视频图像和接缝之间的对应关系适用于其余投影仪和所投射的图像。为了简化讨论，在此，将仅详细描述投影仪105和110连同接缝107。然而，将理解，同样的原理也适用于其它投影仪。

在图1中图解的实施例中，投影仪105、110、115和120是空间光调制器(SLM)类型。商业上可获得的SLM类型投影仪的一个例子已知为DLPTM投影仪。DLPTM是德州仪器的商标。在图1的例子中，显示表面130与投影仪105、110、115和120的平面131隔开约96″。

将投影仪105、110、115和120中的每个配置为将对应的图像106、111、116和121投射到显示表面130上。在图1中图解的例子中，显示表面130在宽度上的尺寸约为120″。将投影仪105、110、115和120中的每个配置为投射它们的对应图像，使得在并排投射时，基本上符合显示表面130的基本完整的原始视频图像。因而，图像106、111、116和121重叠，由此定义接缝107、112和117。在此例子中，每个接缝107、112和117在宽度上的尺寸约为10″。

每个投影仪的光引擎包括任意适当的技术，如一个或多个液晶显示(LCD)面板、数字光处理(DLP)或硅上液晶(LCOS)。然而，本领域的技术人员将认识到，可利用包括使用其它类型的图像生成技术的其它投影仪而使用本发明。

投影仪205、210、215和220中的每个包括光学元件，其用来适当地预备输入照度，以照射例如DMD^TM的SLM，并投射输出图像。典型地，这种装置的光路径包括两个片段，其包括照射路径和投射路径。照射路径从照射DMD^TM的高可靠性、金属卤化物、短弧光灯而开始。来自弧光灯的光进入到旋转的RGB滤色轮中。照射中继镜头放大光束，来照射DMD^TM，并在DMD^TM上形成远心图像。总内部反射(TIR)棱镜使来自该灯的输入光传送到DMD^TM上，并返回到投射光学器件中。取决于镜的旋转状态(例如，对于开/关的±10度)，将来自DMD^TM的光导入到投射镜头的光瞳中(开通)，或远离投射镜头的光瞳(关闭)。多元件投射单元以期望的MTF、横向颜色(lateral color)以及失真放大离开DMD^TM的图像。

如本领域的技术人员所知晓的，显示装置本质上的特征在于非线性，并且因此，典型地，这样的装置的提供商提供用于校正非线性的至少一个伽玛校正表。另外，***设计者有时会根据包括***设计的装置的特定特性而开发附加的伽玛表。非线性包括空间不一致、颜色不一致、以及/或者照度不一致，但是，还可包括其它已知的图像非自然信号或不规则。

图2图解了具有宽度尺寸约为140″的总图像显示区域的图像显示表面230的实施例。在本发明的一个实施例中，图像显示表面是具有一致的屏幕增益的显示屏幕。在所示出的实施例中，显示表面通过宽度为2″的挡板230而划定边界。显示表面和挡板位于宽度为3″的框架中。重要的是应注意，这里给定的大小仅表示用于显示***的大量可能的配置、显示大小、框架大小等的一个例子。

本发明适于以其它配置实现，其过多而无法提及，但是，一旦阅读了这里包含的本发明的说明书和描述，这些对于本领域的技术人员来说便是显而易见的。

在所图解的实施例中，多个投影仪(例如，如在图1中图解的多个示例投影仪105、110、115和120)中的每个基本上同时将对应的图像投射到图像显示表面130上。每个所投射的图像定义图像显示屏幕230上的对应的离散部分205、210、215和220。作为整体来看，图像205、210、215和220基本上用要向观看者显示的单个视频图像、视频帧、或画面填满图像显示表面230。在这里，排列投影仪、图像部分和图像显示表面以便以此方式显示图像的技术被称为“平铺”。平铺技术的缺点为：在接缝区域中出现的、显示图像中所得到的可见的非自然信号，即，在由第一投影仪投射的图像重叠了由第二投影仪投射的图像的区域中。根据本发明的实施例，提供了包括处理器的接缝单元和方法，以减小显示图像的接缝中的平铺非自然信号。

现在，返回到图1，处理器170实现根据本发明的各个实施例的方法。如前所述，处理器170从图像源175接收表示期望的显示图像的视频信号。根据本发明的一个实施例，以如下方式校正由于接缝107、112和117而造成的非自然信号。为了讨论的目的，将仅讨论投影仪105和110。然而，该方法对于其余投影仪来说是一样的。处理器170提供用于投影仪105的数据x1，使得图像106在边缘208处变成黑色。同时，处理器170提供用于投影仪110的数据x2，使得图像111在边缘209处变成黑色。在图3中更详细地图解了此方法。其中，线106表示包括从边缘208到边缘209的图像106的像素的亮度。同样地，线111表示从边缘208到边缘209的图像111的像素的亮度。图像106的像素在边缘208处于能级(level)亮度，其中，像素亮度值开始减小，直到在边缘209得到黑色值为止。图像111的像素在边缘208为黑色，并在边缘209增大为亮度的能级。

因此，处理器170以取反关系来调整在接缝107中显示的图像106的部分的亮度、以及在接缝107中显示的图像111的部分的亮度。

根据该方法的实施例，在接缝区域中显示的像素具有用j表示的像素位置。每个在接缝中显示的像素j包括来自由投影仪105投射的图像106的对应像素的第一像素X₁、以及来自由投影仪110投射的图像111的对应像素的第二像素X₂。对于投影仪110，例如，连续投射的像素X₁的亮度从边缘208处的黑色增大到边缘209处的值Y。值Y与接缝区域的一致亮度相对应。同时，对于由投影仪205投射的图像，连续像素X₂的亮度从边缘208处的Y起减小，并在边缘209处达到黑色。根据本发明的一个实施例，将像素X₁、X₂、j和Y之间的关系表示如下：

$\left(1\right),x1={\left(\left(\frac{j}{\mathrm{overlap}}\right)\right)}^{1/\mathrm{gamma}}$

$\left(2\right),x2={\left((1-\frac{j}{\mathrm{overlap}})\right)}^{1/\mathrm{gamma}}$

其中，X₁表示由投影仪105投射的图像的像素，X₂表示由投影仪110投射的图像的像素，并且，j为包括X₁、X₂的显示像素的接缝区域中的像素数目。overlap(重叠)以像素的数目来表示接缝面积，并且，gamma(伽玛)对应于投影仪的伽玛校正。如可看到的，在由接缝定义的区域中，在由投影仪205投射的图像的亮度和由投影仪210投射的图像的亮度之间存在取反关系。

然而，即使通过此技术，有时仍会观察到阴影效应。如果观看者从倾斜的角度看屏幕，则此效应尤其明显。由此，在接缝区域上出现少量增大的亮度。对此效应的补偿取决于屏幕增益。为了讨论本发明的一个实施例的目的，假定屏幕增益为1。对于采用较低屏幕增益的本发明的实施例，补偿不需要这么高，并被相应地调整。

此外，对于具有相对宽的场角(field angle)的投影仪镜头来说，更容易观察到阴影效应。相反，对于具有相对窄的场角的投影仪镜头来说，该效应较不明显。然而，接缝区域中的亮度分布不总是100％一致。取决于投射镜头场角和屏幕增益因子，接缝区域中的亮度分布从线性到高斯而变化。为了讨论的目的，如图5所示，假定根据本发明的实施例的每个投影仪的一致性为80％，其中，场角为±20°。

根据该方法的另一个实施例，接缝区域中显示的像素具有由j表示的像素位置。接缝中的每个显示像素j包括来自由投影仪105投射的图像106的对应像素的第一像素X₁、以及来自由投影仪110投射的图像111的对应像素的第二像素X₂。对于投影仪110，例如，连续投射的像素X₁的亮度从边缘208处的黑色增大到边缘209处的值Y。值Y与接缝区域的一致亮度相对应。同时，对于由投影仪205投射的图像，连续像素x2的亮度从边缘208处的Y起减小，并在边缘209处达到黑色。根据本发明的一个实施例，将此实施例中的像素X₁、X₂、j和Y之间的关系以二次方程式表示如下：

$x1={(0.5\×\cos \mathrm{ine}\left(\frac{\mathrm{PI}\×j}{\mathrm{overlap}}\right)+.5)}^{\frac{1}{\mathrm{gamma}}}$

$x2={(1-(0.5\×\cos \mathrm{ine}\left(\frac{\mathrm{PI}\×j}{\mathrm{overlap}}\right)+.5))}^{\frac{1}{\mathrm{gamma}}}$

其中，x1表示在处理之后来自所述第一图像部分的像素，x2表示在处理之后来自所述第二图像部分的像素，j表示与重叠像素x1和x2的位置相对应的接缝区域中的像素数目，overlap(重叠)是像素数目形式的接缝面积，并且，gamma(伽玛)与投影仪的伽玛校正相关。

为进一步补偿由于非线性而造成的失真，根据每个投影仪的一致性分布而进一步调整上述技术。根据本发明的替换实施例，基于对应投影仪的一致性曲线而调整像素x1和x2。图5中图解了示例一致性曲线。

在非平铺、即单个投影仪显示***中，通常采用伽玛校正来校正由于例如镜头、成像器、显示器和其它成像及显示***组件中的固有非线性而造成的显示图像的失真。伽玛校正可基本上减小由于成像装置及***组件自身的属性所引起的失真和图像非自然信号。根据本发明的一个实施例，投影仪205、210、215和220是包括这种伽玛校正能力的类型。

根据本发明的一个实施例，减小接缝区域中的平铺非自然信号的方法依赖于以特定方式调整投影仪的伽玛校正，以减小平铺非自然信号。在一个实施例中，用于减小平铺图像的接缝中的非自然信号的方法包括以下步骤：将第一伽玛校正应用于接缝内的图像部分，而将第二伽玛校正应用于在接缝外显示的图像部分。

可通过被称为伽玛表的数字查找表来校正由于显示转移函数而造成的非线性。伽玛表校正转移函数中的增益的差异。根据本发明的一个实施例，调整来自这种伽玛表的伽玛值，以便实现用于组合图像的一致亮度，并且，在本发明的一个实施例中，进一步根据组成该***的每个投影仪的特性而进行调整。

根据本发明的一个实施例，分别基于投影仪105和110的一致性分布而调整第一和第二图像部分。根据本发明的一个实施例，基于所投射图像的接缝区域和非接缝区域之间的亮度特性的差异而提供伽玛校正。

可以其它特定形式实施本发明，而不会背离其精神和本质特性。因此，无论如何，将当前的实施例视为说明性的而不是限制性的，由所附权利要求、而不是由前面的描述来指明本发明的范围，并且因此，落入权利要求的等价物的意义和范围内的所有改变将意图被涵盖在其中。

Claims (20)

1、一种用于根据至少第一和第二图像而在屏幕(230)上产生基本上无缝的组合图像的显示器(200)，包括：

至少第一和第二投影仪(205、210)，用于将对应的第一和第二图像独立地投射到屏幕(230)上，所述投影仪投射所述第一和第二图像，使得所述第一图像的一部分与所述第二图像的一部分重叠，以便在所述屏幕上定义至少一个接缝区域(207)；

图像处理器，耦接到所述第一和第二投影仪，用于调整所述第一和第二图像部分的亮度，使得所述接缝基本上对于观看者不可见，其中，所述处理器以彼此取反的关系调整所述第一和第二图像部分的亮度。

2、如权利要求1所述的显示器，其中，所述处理器根据二次方程式关系而调整所述第一和第二图像部分。

3、如权利要求2所述的显示器，其中，通过以下关系描述所述二次方程式关系：

$x1={(0.5\×\cos \mathrm{ine}\left(\frac{\mathrm{PI}\×j}{\mathrm{overlap}}\right)+.5)}^{\frac{1}{\mathrm{gamma}}}$ $x2={(1-\left(0.5\×\cos \mathrm{ine}\left(\frac{\mathrm{PI}\×j}{\mathrm{overlap}}\right)+.5\right))}^{\frac{1}{\mathrm{gamma}}}$

其中，x1表示在处理之后来自所述第一图像部分的像素，x2表示在处理之后来自所述第二图像部分的像素，j表示与重叠像素x1和x2的位置相对应的接缝区域中的像素数目，overlap是像素数目形式的接缝面积，并且，gamma与投影仪的伽玛校正相关。

4、如权利要求1所述的显示器，其中，所述处理器还根据所述投影仪的特性而调整所述第一和第二图像部分。

5、如权利要求4所述的显示器，其中，从包括以下内容的组中选择所述特性：投影仪亮度特性，投影仪镜头一致性，图像转移函数特性，成像器伽玛，显示器伽玛。

6、如权利要求1所述的显示器，其中，所述处理器在不依赖于由任何屏幕图像捕捉部件提供的信息的情况下调整所述亮度。

7、如权利要求1所述的显示器，其中，所述处理器还调整所述第一和第二图像，以便提供用于所述第一和第二图像的伽玛校正，其中，所述处理器将第一伽玛校正应用于所述接缝区域内的所述图像的部分，而将与所述第一伽玛校正不同的第二伽玛校正应用于所述接缝区域外的所述图像的部分。

8、如权利要求1所述的显示器，其中所述处理器调整所述第一图像和第二图像部分，使得在所述屏幕上显示时，所述组合图像具有基本上一致的亮度。

9、如权利要求1所述的显示器，其中，所述取反关系是线性取反关系。

10、如权利要求9所述的显示器，其中，所述处理器根据线性取反关系调整所述第一和第二图像部分的亮度如下：

$x1={\left(\left(\frac{j}{\mathrm{overlap}}\right)\right)}^{1/\mathrm{gamma}}$ 并且 $x2={\left((1-\frac{j}{\mathrm{overlap}})\right)}^{1/\mathrm{gamma}}$

其中，x1表示在处理之后来自所述第一图像部分的像素，x2表示在处理之后来自所述第二图像部分的像素，j表示与重叠像素x1和x2的位置相对应的接缝区域中的像素数目，overlap是像素数目形式的接缝面积，并且gamma与投影仪的伽玛校正相关。

11、如权利要求6所述的显示器，其中所述取反关系是二次方程式关系。

12、一种用于根据至少第一和第二图像而在屏幕(230)上产生基本上无缝的组合图像的方法，包括：

提供至少第一和第二投影仪(205、210)，用于将对应的第一和第二图像独立地投射到屏幕(230)上，所述投影仪投射所述第一和第二图像，使得所述第一图像的至少一部分与所述第二图像的至少一部分重叠，以便在所述屏幕上定义至少一个接缝区域(207)；

处理所述第一和第二图像部分，以便根据所述投影仪的对应特性而调整所述第一和第二图像部分的至少一个特性；

将所调整的第一和第二图像部分投射到所述屏幕上；

以彼此取反的关系调整所述第一和第二图像部分的亮度。

13、如权利要求12所述的方法，其中，从包含以下内容的组中选择所述投影仪的所述特性：投影仪镜头特性，图像转移函数特性，显示器转移函数特性，成像器伽玛，显示器伽玛。

14、如权利要求12所述的方法，其中，在不依赖于由任何屏幕图像捕捉部件提供的信息的情况下，确定所述调整。

15、如权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：通过将第一伽玛校正应用于所述接缝区域内的所述图像的部分，并将与所述第一伽玛校正不同的第二伽玛校正应用于所述显示图像的其余部分，来对所述显示图像进行伽玛校正。

16、如权利要求12所述的方法，其中，执行所述处理步骤，使得所述组合图像在所述屏幕上显示时具有基本上一致的亮度。

17、如权利要求12所述的方法，其中，所述取反关系是线性取反关系。

18、如权利要求14所述的方法，包括以下步骤：根据如下线性取反关系调整所述第一和第二图像部分的亮度：

$x1={\left(\left(\frac{j}{\mathrm{overlap}}\right)\right)}^{1/\mathrm{gamma}}$ 并且 $x2={\left((1-\frac{j}{\mathrm{overlap}})\right)}^{1/\mathrm{gamma}}$

其中，x1表示在处理之后来自所述第一图像部分的像素，x2表示在处理之后来自所述第二图像部分的像素，j表示与重叠像素x1和x2的位置相对应的接缝区域中的像素数目，overlap是像素数目形式的接缝面积，并且，gamma与投影仪的伽玛校正相关。

19、如权利要求12所述的方法，其中所述取反关系是二次方程式关系。

20、如权利要求19所述的方法，其中，通过以下关系描述所述二次方程式关系：

$x1={(0.5\×\cos \mathrm{ine}\left(\frac{\mathrm{PI}\×j}{\mathrm{overlap}}\right)+.5)}^{\frac{1}{\mathrm{gamma}}}$ 且 $x2={(1-\left(0.5\×\cos \mathrm{ine}\left(\frac{\mathrm{PI}\×j}{\mathrm{overlap}}\right)+.5\right))}^{\frac{1}{\mathrm{gamma}}}$

其中，x1表示在处理之后来自所述第一图像部分的像素，x2表示在处理之后来自所述第二图像部分的像素，j表示与重叠像素x1和x2的位置相对应的接缝区域中的像素数目，overlap是像素数目形式的接缝面积，并且gamma与投影仪的伽玛校正相关。

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