專利名稱：用于顯示無(wú)顏色分解的圖像的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種借助于空間光調(diào)制器來(lái)顯示圖像的系統(tǒng)。
本發(fā)明尤其適用于具有矩陣顯示器的單一顯示(mono-display)視頻背投或投影系統(tǒng)，尤其適用于采用在投影屏的上游中繼(relay)圖像的系統(tǒng)。本發(fā)明的目的在于提供順序制彩色電視的圖像質(zhì)量。另外，本發(fā)明能夠使利用記錄投影在投影屏上的圖像的攝錄一體機(jī)所獲得的視頻變差。
背景技術(shù)：
有兩種類型的單一成像器體系結(jié)構(gòu)是公知的a-成像器的所有象素(像元)總是看到相同顏色“全紅”、“全綠”或“全藍(lán)”；這是利用在成像器的前面旋轉(zhuǎn)的顏色輪(color wheel)獲得的。該方式被稱為“順序顏色”；b-成像器的掃描“逐行”地進(jìn)行(“顏色滾動(dòng)”的情況)。成像器的一組線的所有象素都看見(jiàn)相同顏色，使得對(duì)于每一線，都接連有“全紅”線、“全綠”線和“全藍(lán)”線?？梢岳镁哂新菪龡l紋色帶的旋轉(zhuǎn)濾色片來(lái)獲得該效果。
因此，投影或背投系統(tǒng)能夠以各種配置出現(xiàn)。本發(fā)明涉及以順序顏色模式操作的、能夠采用主成像器的上游可訪問(wèn)的平面的、并在光學(xué)上與主成像器共軛的單一顯示配置。
例如，從文獻(xiàn)US2002/0024618獲知，這種以順序顏色模式操作的系統(tǒng)引起投影期間的顏色分解(color break-up)的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)顯示的圖像正在運(yùn)動(dòng)時(shí)或者當(dāng)觀察者在投影的圖像上移動(dòng)其視線時(shí)，這造成在顯示的圖像上出現(xiàn)多個(gè)有色輪廓。這些顏色分解源于以下事實(shí)在通過(guò)眼睛的積分之后在不同時(shí)刻相繼地顯示了形成同一個(gè)總體上是多色的圖像的紅、綠、藍(lán)三個(gè)基本圖像子幀。
文獻(xiàn)US2002/0024618提出了一種在要顯示的每個(gè)多色圖像不是被分成紅、綠、藍(lán)三個(gè)單色子幀的序列，而是被分成紅、綠、藍(lán)、白四個(gè)子幀的序列的情況下，對(duì)該問(wèn)題的解決方法。該文獻(xiàn)提議，將矩陣顯示器的象素或像元分成四個(gè)相鄰象素的組，并且以這樣一種方式對(duì)顯示器進(jìn)行照明，以致每一組的四個(gè)象素都被一個(gè)為紅色、第二個(gè)為綠色、第三個(gè)為藍(lán)色、剩下的第四個(gè)為白色的不同顏色照明。因此在每個(gè)圖像子幀，執(zhí)行在矩陣顯示器的入射面上形成顏色“片(patch)”馬賽克的多色照明，每個(gè)均色的‘片’都對(duì)應(yīng)于象素。然后，通過(guò)順序地交替每一組中的每個(gè)象素的照明顏色，來(lái)構(gòu)成要顯示的多色圖像。這樣，如該文獻(xiàn)的第19段所指示，通過(guò)并列的相加合成來(lái)使照射同一子幀的相鄰象素的顏色混合；因?yàn)槊總€(gè)子幀不再是單色的，如前所述，因此當(dāng)觀察者在圖像上移動(dòng)其視線時(shí)、或者當(dāng)圖像正在運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者將不再感到顏色分解。
本發(fā)明提出一種針對(duì)文獻(xiàn)US2002/0024618教導(dǎo)的一般解決方法的增強(qiáng)方案，該增強(qiáng)方案使在每個(gè)子幀期間以一種比該文獻(xiàn)中描述的實(shí)施例簡(jiǎn)單得多的方式來(lái)獲得矩陣顯示器的多色照明成為可能特別是，為獲得該多色照明，建議使用由基本單色濾色片的馬賽克(mosaic)形成的矩陣濾色片，以便通過(guò)一般為多色的白光源照射該濾色片，以及使這樣照明的濾色片的象(image)形成在空間調(diào)制器的入射面上，以這樣一種方式來(lái)使用用于使該濾色片的象從一個(gè)子幀移位到下一個(gè)子幀的裝置，以便交替該調(diào)制器的象素或象素組中的每一個(gè)象素的照明顏色。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明使以一種比現(xiàn)有技術(shù)簡(jiǎn)單得多的方式解決顏色分解的問(wèn)題成為可能。
因此，本發(fā)明涉及一種借助于空間光調(diào)制器來(lái)顯示圖像的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光源，發(fā)射照明光束；空間光調(diào)制器，包括受與要顯示的一連串圖像幀相對(duì)應(yīng)的視頻控制信號(hào)控制的象素矩陣；由各種顏色的基本濾色片的馬賽克形成的矩陣濾色片，該矩陣濾色片被照明光束照射，并且向空間光調(diào)制器發(fā)射空間濾色的光束；用于在空間光調(diào)制器的入射面上產(chǎn)生所述濾色片的象的裝置；用于使濾色片的象在空間光調(diào)制器的入射面上移位的移位裝置；以及用于控制這些移位裝置的控制設(shè)備，該控制設(shè)備使在每個(gè)圖像幀期間控制濾色片的象的至少一個(gè)移位序列成為可能。
控制設(shè)備適于與空間光調(diào)制器的視頻控制信號(hào)同步地控制濾色片的象的移位。
優(yōu)選地，移位序列的每個(gè)移位都與基本濾色片在空間光調(diào)制器的入射面上的象的大小的倍數(shù)相對(duì)應(yīng)。
優(yōu)選地，基本濾色片的大小和位置適于使這些基本濾色片的每一個(gè)在空間光調(diào)制器的入射面上的象都覆蓋多個(gè)象素。于是每個(gè)基本濾色片的大小是這樣的，以致它們?cè)试S對(duì)大于1的整數(shù)個(gè)空間光調(diào)制器象素進(jìn)行照明。即，每個(gè)基本濾色片都適于在每個(gè)圖像子幀期間同時(shí)照射幾個(gè)相鄰象素。
文獻(xiàn)US2002/0024618中描述的各種空間調(diào)制器照明設(shè)備的缺點(diǎn)之一在于，它們必須適于在每個(gè)圖像子幀期間實(shí)現(xiàn)對(duì)相鄰象素的各色照明，實(shí)踐證明由于顯示器的象素的小尺寸，這是極其難以達(dá)到和維持的。本發(fā)明能夠避免該缺點(diǎn)。
實(shí)際上，優(yōu)選地進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得每個(gè)基本濾色片的象的范圍與調(diào)制器的入射面上的象素間隔相對(duì)應(yīng)；從而避免了同一象素中的顏色混合。則每個(gè)基本濾色片都使照明全體幾個(gè)象素成為可能。
在馬賽克包括例如僅僅一列各種顏色的基本濾色片的意義上，馬賽克可以是一維的；則每個(gè)基本濾色片形成在濾色片的整個(gè)寬度上延續(xù)的單色有色帶。在圖像子幀期間，空間調(diào)制器的一組行的所有象素同時(shí)看到相同顏色。在一連串的子幀期間，每一行象素都連續(xù)地被紅色、綠色、藍(lán)色照明。則本發(fā)明使以非常簡(jiǎn)單的方式獲得色帶在空間調(diào)制器上的滾動(dòng)成為可能。
優(yōu)選地，為更好地解決上述的顏色分解問(wèn)題，馬賽克是二維的，并且單色基本濾色片排列成幾行和幾列；如果空間光調(diào)制器包括每一個(gè)都由光閥形成且按行和列排列的象素的二維矩陣，則基本濾色片行在調(diào)制器的入射面上的象的方向?qū)?yīng)于象素行的方向，并且基本濾色片列在調(diào)制器的入射面上的象的方向?qū)?yīng)于象素列的方向；光閥可以是液晶單元或微鏡元件。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述馬賽克通過(guò)重復(fù)基本濾色片的塊而形成，這些塊展示相同的輪廓，每一塊都由至少兩個(gè)不同顏色的基本濾色片組成；因?yàn)樗袎K都具有相同輪廓，即相同幾何形狀，因此每一塊都包括相同數(shù)量的基本濾色片；在濾色片中，在塊與塊之間，塊中不同顏色的基本濾色片的分布可以不同。優(yōu)選地，每一塊都包括三個(gè)基本濾色片一個(gè)為紅色，一個(gè)為綠色，以及一個(gè)為藍(lán)色。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)變型實(shí)施例，使塊包括多于兩個(gè)相鄰的、但不對(duì)齊的濾色片。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)變型實(shí)施例，使塊包括多于兩個(gè)相鄰且對(duì)齊的濾色片。優(yōu)選地，這些塊以這樣一種方式排列，使得同樣顏色的基本濾色片沿相對(duì)于基本濾色片行和基本濾色片列的方向傾斜的方向?qū)R。因此，在濾色片的設(shè)計(jì)期間，這種塊將相對(duì)于彼此偏移，以便獲得其中同樣顏色的基本濾色片沿傾斜方向?qū)R的圖案；優(yōu)選地，將使兩行相互交換，以及/或者使兩列相互交換。這種濾色片將易于設(shè)計(jì)和使用，同時(shí)攪亂了由多組基本濾色片塊形成的圖案。
優(yōu)選地，濾色片在其的各行和各列中包括相同數(shù)量的各色基本濾色片。
馬賽克也可以是相同圖案的結(jié)合，這些相同圖案中的每一個(gè)圖案都包括相同數(shù)量的塊、并且在該圖案的每一基本濾色片行和每一基本濾色片列中都包括相同數(shù)量的各色基本濾色片。這將使以一種更可靠的方式來(lái)為處于‘開(kāi)’狀態(tài)的空間光調(diào)制器的每個(gè)象素獲得白色圖像成為可能。
優(yōu)選地，移位裝置適于使馬賽克狀濾色片的象橫切于照明光束的方向移位。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，移位裝置包括位于矩陣濾色片和空間光調(diào)制器之間的光偏轉(zhuǎn)器件；該器件適于使濾色片的象在調(diào)制器的入射面上移位；控制設(shè)備通過(guò)偏轉(zhuǎn)器件控制空間濾波照明光束的偏轉(zhuǎn)，由此得到濾色片的象在空間光調(diào)制器的入射面上的移位。
有利地，偏轉(zhuǎn)器件包括可定向反射鏡；則矩陣濾色片和空間光調(diào)制器相對(duì)于分束面對(duì)稱地排列；則系統(tǒng)包括成像鏡片，該成像鏡片接收由矩陣濾色片發(fā)出的光，并將光重新發(fā)射到反射鏡，該反射鏡通過(guò)該成像鏡片將光反射到分束面，該分束面將光反射到空間光調(diào)制器的入射面，矩陣濾色片的象形成在空間光調(diào)制器的入射面上，該象可以通過(guò)可定向反射鏡的旋轉(zhuǎn)在該入射面上移位。
以上指出的移位允許濾色片的象以這樣一種方式在空間光調(diào)制器上移位，使得濾色片的象在空間光調(diào)制器的入射面上的每個(gè)移位序列都允許空間光調(diào)制器的每個(gè)象素都被同一塊的所有基本濾色片連續(xù)照明。因此，這使改變空間光調(diào)制器的象的顏色成為可能。
而且，在每一個(gè)圖像幀期間，空間光調(diào)制器的每個(gè)象素都可以在第一移位序列的作用下被一塊的所有基本濾色片連續(xù)照明，然后在第二移位序列的作用下被另一塊的所有基本濾色片連續(xù)照明。
根據(jù)該變型，通過(guò)本發(fā)明，可以使借助于攝錄一體機(jī)的盜版變得更加困難。特別是，本發(fā)明使得有可能以隨機(jī)序列來(lái)顯示當(dāng)被攝錄一體機(jī)顯示時(shí)展示有色結(jié)構(gòu)的象。在從空間光調(diào)制器投影的象上，這些有色結(jié)構(gòu)對(duì)于眼睛是不可見(jiàn)的，因?yàn)檠劬Ξa(chǎn)生各個(gè)子幀的模擬滑動(dòng)平均。另一方面，由于由攝錄一體機(jī)執(zhí)行的定時(shí)采樣可能不再和通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的空間調(diào)制器顯示的圖像子幀的時(shí)間采樣一致，在記錄投影的象的攝錄一體機(jī)的錄像帶上，這些有色結(jié)構(gòu)將是可見(jiàn)的。發(fā)源于攝錄一體機(jī)的視頻圖像的混亂可能妨礙這種盜版視頻的商業(yè)化。
優(yōu)選地，受控制設(shè)備控制的所有移位序列都適于，使通過(guò)每一幀的一個(gè)或多個(gè)移位序列的一組移位獲得的濾色片的象的積分將白色度(whitecolorimetry)給予空間光調(diào)制器的入射面。如果每一幀僅僅包括單個(gè)序列，則每個(gè)序列將獨(dú)自給予白色度。如果每一幀包括序列的組合，則每一個(gè)序列組合給予白色度，而不是每個(gè)序列給予白色度。
在每一幀包括第一序列和至少一個(gè)第二序列的情況下，這些序列優(yōu)選地適于，使通過(guò)這些序列中任一序列的一組移位獲得的濾色片的象的積分將非白色度(nonwhite colorimetry)給予空間光調(diào)制器的入射面；因?yàn)橹挥羞B續(xù)幾個(gè)序列給予白色度，因此這種排列將導(dǎo)致對(duì)通過(guò)攝錄一體機(jī)拍攝的空間光調(diào)制器的象的損害。
為了更有效地防止通過(guò)攝錄一體機(jī)的盜版，優(yōu)選地，控制設(shè)備擁有從多個(gè)移位序列當(dāng)中選擇的至少兩個(gè)移位序列的各種組合的特性，每一種組合都使得將白色度給予空間光調(diào)制器的入射面成為可能。控制設(shè)備從這些組合當(dāng)中為連續(xù)幀選擇不同的組合。至關(guān)重要的不是在每幀之間改變組合，而是僅僅在可以隨機(jī)選擇的某些幀之間改變組合。優(yōu)選地，從多種組合當(dāng)中選擇組合也是隨機(jī)的。
此外，所述控制設(shè)備可以擁有使得將白色度給予空間光調(diào)制器的入射面成為可能的多個(gè)不同移位序列的特性，并且該控制設(shè)備可以從該多個(gè)移位序列當(dāng)中為連續(xù)幀選擇不同的序列。如果由攝錄一體機(jī)記錄的象的積分時(shí)間重疊不同序列的兩幀，這將有利地以由該攝錄一體機(jī)拍攝的的空間光調(diào)制器的象的損害而結(jié)束。至關(guān)重要的不是在每幀之間改變序列，而是僅僅在可以隨機(jī)選擇的某些幀之間改變序列。優(yōu)選地，從多個(gè)序列當(dāng)中選擇序列也是隨機(jī)的。


在以下通過(guò)非限制性例子給出的說(shuō)明以及附圖中，本發(fā)明的各種主題及特征將變得更加顯而易見(jiàn)，其中圖1表示本發(fā)明的系統(tǒng)的一般示范性實(shí)施例；圖2表示應(yīng)用于圖1的系統(tǒng)中的示范性矩陣濾色片；圖3表示本發(fā)明的系統(tǒng)的示范性實(shí)施例；圖4表示本發(fā)明的系統(tǒng)的變型實(shí)施例；圖5a至5f表示根據(jù)本發(fā)明的濾色片的示范性實(shí)施例；圖6a至6l表示使說(shuō)明本發(fā)明的系統(tǒng)的操作成為可能的圖；圖7a至7c表示防攝錄一體機(jī)盜版的操作的示意圖；圖8a至8c表示根據(jù)本發(fā)明的濾色片的變型實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
將參考圖1和圖2來(lái)描述本發(fā)明的系統(tǒng)的一般示范性實(shí)施例。
該系統(tǒng)包括光源，該光源優(yōu)選地發(fā)出一束使照射空間光調(diào)制器2成為可能的白光。該空間光調(diào)制器2包括一組以矩陣形式排列的象素(象元)、并且是例如液晶閥。濾色片3使在空間上過(guò)濾與紅、綠、藍(lán)色相對(duì)應(yīng)的不同波長(zhǎng)，以便能夠用不同顏色的光束照射空間光調(diào)制器2。
透射鏡片4能夠?qū)V色片3的每一點(diǎn)基本上成像在空間光調(diào)制器2的平面中。而且，在投影或背投應(yīng)用的情況下，出射鏡片6能夠配置透過(guò)空間光調(diào)制器的光束。
濾色片3擁有一組不同顏色(即不同波長(zhǎng)濾波特性)的基本濾色片。優(yōu)選地，每一個(gè)基本濾色片都能夠照射大于1的整數(shù)個(gè)空間光調(diào)制器象素。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的，以紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)基本濾色片的二維矩陣形式具體化的、即按行和列組織的濾色片的例子。后面將說(shuō)明各種基本濾色片R、G、B的分布。
控制設(shè)備5使得使照明光束的空間濾波移位成為可能，這相當(dāng)于使濾色片3的象在空間光調(diào)制器2的入射面上移位。如圖1所示，控制設(shè)備5能夠以如下方式控制該移位-或者通過(guò)使濾色片3在垂直于照明光束方向的方向上移位，如箭頭D所示；-或者通過(guò)在濾色片3與空間光調(diào)制器2之間提供光束偏轉(zhuǎn)或平移設(shè)備7。例如，在圖1中，通過(guò)如箭頭R所示旋轉(zhuǎn)設(shè)備7、來(lái)獲得透射到空間光調(diào)制器2的光束的偏轉(zhuǎn)。
控制設(shè)備5控制濾色片3的象在空間光調(diào)制器2的入射面上的位移沿兩個(gè)正交方向逐步地進(jìn)行該移位，使得濾色片的象在平行于行和列的兩個(gè)正交方向上、在空間光調(diào)制器的入射面上移位。關(guān)于每個(gè)移位，位移間距等于濾色片3的基本濾色片在空間光調(diào)制器的入射面上的象的分布間距的倍數(shù)。
考慮空間光調(diào)制器的點(diǎn)p2被位于濾色片的點(diǎn)p3的基本濾色片照射。
在t0時(shí)刻，位于點(diǎn)p3的基本濾色片具有確定的顏色，如紅色，并且位于空間光調(diào)制器的點(diǎn)p2的象素被紅光照射。在此后的t1時(shí)刻，在控制設(shè)備5執(zhí)行的濾色片3的移位控制下，位于相同點(diǎn)p3的基本濾色片(例如)是綠色，并且點(diǎn)p2的象素被綠光照射。在另一時(shí)刻t2，此后位于p3的基本濾色片可以是藍(lán)色的，并且位于p2的象素被藍(lán)光照射。
以這樣一種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)濾色片3的基本濾色片R、G、B的分布，以致當(dāng)空間光調(diào)制器的所有象素都相對(duì)于各種位移位置處于‘開(kāi)’狀態(tài)時(shí)，通過(guò)提供適當(dāng)?shù)臑V色片位移來(lái)獲得相對(duì)于空間光調(diào)制器的所有象素平均被感覺(jué)為白色的光，因此這代表適于眼睛的積分時(shí)間。
在例如控制設(shè)備通過(guò)使透過(guò)濾色片的光束偏轉(zhuǎn)來(lái)引起濾色片的象在空間光調(diào)制器的入射面上的移位的情況下，操作是類似的。
同步信號(hào)的處理將向成像器提供視頻信號(hào)，該視頻信號(hào)結(jié)合了按照和濾色器相同的圖案的三種顏色初始圖像?？刂圃O(shè)備5將與視頻信號(hào)同步地操作。
然后，每一個(gè)子圖像將按照隨機(jī)或偽隨機(jī)圖案包含三種顏色的象素，并且這將不再在不同時(shí)刻產(chǎn)生顏色輪廓，而是隨時(shí)間的過(guò)去來(lái)分布它們。這將削弱顏色分解的現(xiàn)象。
圖3代表使用根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的投影系統(tǒng)的示范性實(shí)施例。在該圖中，再次發(fā)現(xiàn)圖1的光源1、濾色片3、鏡片4、空間光調(diào)制器2、出射鏡片6、光束偏移或平移設(shè)備7、以及控制設(shè)備5。
可以以積分棒(integrator bar)10的形式具體化的光積分器件備被置于光源1和濾色片3之間，以便提供濾色片3的表面的均勻照明以及隨后空間光調(diào)制器的表面的均勻照明。
而且，例如在通過(guò)反射的空間光調(diào)制器操作的情況下，可以提供與空間光調(diào)制器的入射面相關(guān)聯(lián)的分束器8，空間光調(diào)制器的相對(duì)面是反射性的、或者裝備有反射器件12。源于濾色片的光透射到空間光調(diào)制器，空間光調(diào)制器在空間上對(duì)光進(jìn)行調(diào)制，并將調(diào)制的光向分束器反射，然后分束器將光向出射鏡片6反射。應(yīng)該注意，空間光調(diào)制器的操作所需的光偏振裝置在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的，并且在附圖中沒(méi)有表示出來(lái)。
控制設(shè)備5使得有可能使濾色片3沿著與透過(guò)積分棒10的光束的方向橫切的平面中包含的兩個(gè)垂直方向DX和DY移位，以便使濾色片3的象在空間光調(diào)制器的入射面上移位。根據(jù)變型實(shí)施例，受控制設(shè)備5設(shè)備的光束偏轉(zhuǎn)或平移設(shè)備7使實(shí)現(xiàn)濾色片的象在空間光調(diào)制器的入射面上的該移位成為可能。
參考圖4，將描述應(yīng)用本發(fā)明的照明系統(tǒng)的、并且具有小型的優(yōu)點(diǎn)的投影系統(tǒng)的變型實(shí)施例。
濾色片3和空間光調(diào)制器2關(guān)于分光面19對(duì)稱地排列。根據(jù)圖4的示范性實(shí)施例，該面19是分束器立方體18的分光面。
濾色片3裝備有反射器件13，使得濾色片3通過(guò)分束器11和分光面19從光源和積分器件10接收的光被反射到鏡片4和反射鏡17。反射鏡17反射的光被鏡片4和分光面19返回到空間光調(diào)制器2。
因此，光完成兩次通過(guò)鏡片4；鏡片4被設(shè)計(jì)為雙高斯(Gauss)鏡片，使得由于濾色片3和空間光調(diào)制器2關(guān)于分光面19的對(duì)稱位置、以及光兩次通過(guò)鏡片4，濾色片的表面以放大倍率1、無(wú)畸變地被成像在空間光調(diào)制器2的入射面上。
如在圖4中可以看出，反射鏡17可以繞兩個(gè)垂直軸X1和X2移動(dòng)。由控制設(shè)備5指示的旋轉(zhuǎn)命令R1和R2使得使濾色片3的象能夠在兩個(gè)垂直方向上，尤其是水平地和垂直地在空間光調(diào)制器的入射面上移位。
當(dāng)反射鏡垂直于它從濾色片接收的光束的方向時(shí)，反射鏡處于中間位置。旋轉(zhuǎn)R1和R2造成反射鏡圍繞該中間位置擺動(dòng)的操作將是優(yōu)選的。
空間光調(diào)制器2在其相對(duì)于入射面的面上裝備有反射器件12。因此，來(lái)源于濾色片3并照射空間光調(diào)制器2的光被反射到出射物鏡6。如前所述，系統(tǒng)操作所需的偏振裝置在現(xiàn)有技術(shù)中是完全周知的，并且因此沒(méi)有在圖中表示出來(lái)。
參考圖5a至5f，現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的濾色片3的設(shè)計(jì)。
如早先所指出的，該濾色片包括有色基本濾色片的矩陣，即具有不同光波長(zhǎng)濾波特性的有色基本濾色片的矩陣?；緸V色片的分布是這樣的，以致濾色片3展示出圖案的重復(fù)，這些圖案的每一個(gè)都由確定數(shù)量的基本濾色片組成。例如，圖5b和5c表示3×3基本濾色片的圖案，圖5d和5e表示6×6基本濾色片的圖案。當(dāng)然，顯然圖案可以包括更多的基本濾色片。
用于獲得這些圖案的方法如下在m×n矩陣中，其中m×n是3的倍數(shù)，例如選擇諸如圖5a的形狀的三個(gè)基本濾色片的塊的形狀(在三色操作的情況下)，來(lái)產(chǎn)生圖5b的拼綴物(patchwork)(或圖5d的拼綴物)。
在不同的三個(gè)基本濾色片塊中，基本濾色片R、G、B的分布可以不同。因而，塊M1和塊M2在基本濾色片R、G、B的分布方面不同。
基本濾色片的顏色以各種形狀隨機(jī)地布置，然而優(yōu)選地遵照總體均勻性準(zhǔn)則(例如對(duì)于矩陣的行和列，每一種顏色的象素?cái)?shù)相同)。
獲得的圖案(圖5c或5e)將通過(guò)平移被復(fù)制，以便覆蓋整個(gè)濾色片3。
將要注意，為考慮濾色片3的象在空間光調(diào)制器2的表面上的移位、以及為了使該象在所有情況下都覆蓋空間光調(diào)制器，將提供具有比空間光調(diào)制器大的表面積的濾色片。如果提供了±1、±2或±3個(gè)基本濾色片的平移，將要使濾色片的尺寸在每個(gè)方向上增大與圖案的1至3行和1至3列相對(duì)應(yīng)的行和列。
現(xiàn)在將描述當(dāng)使濾色片的象在空間光調(diào)制器的表面上移位時(shí)系統(tǒng)的操作。
對(duì)于要產(chǎn)生的每一種顏色圖像，將從所有可能的位置當(dāng)中、為移位器件定義起始位置(例如對(duì)于每個(gè)方向上±2象素的偏移，25個(gè)位置是可能的，對(duì)于每個(gè)方向上±1象素的偏移，9個(gè)位置是可能的)。該位置將通過(guò)使紅、綠、藍(lán)色象素通過(guò)濾色片3的圖案成像，來(lái)產(chǎn)生第一子幀。
假定通過(guò)4個(gè)諸如圖5e的圖案的集合，來(lái)使濾色片3具體化。圖5f表示濾色片在空間光調(diào)制器的入射面上的象。
假定我們要觀察圖5f的象的X位置(象的第7列、第8行)。
在第一子幀期間，該位置被紅色光照明。
必須在遵照?qǐng)D5a的形狀的移位之后對(duì)接著的兩個(gè)子幀照明，使得空間光調(diào)制器的大多數(shù)位置都被三種顏色照明。例如，對(duì)于第二子幀，將必須使圖案向左平移一個(gè)基本濾色片，使得綠色基本濾色片(第8行、第8列)照射調(diào)制器的X位置。此后，對(duì)于第三子幀，是第7行、第8列的藍(lán)色基本濾色片將照射X位置，這是通過(guò)基本濾色片的向下平移來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于圖5a的形狀有規(guī)律地分布在圖5b的圖案中，并且隨后有規(guī)律地分布在圖5c的濾色片中，因此可以看出，在濾色片的象在空間光調(diào)制器的表面上移位兩次之后，諸如空間光調(diào)制器的X的所有位置都將被紅、綠和藍(lán)色光照射。如果空間光調(diào)制器的所有象素在該整個(gè)序列期間都處于‘開(kāi)’狀態(tài)，則觀察者將觀察到透過(guò)調(diào)制器的由藍(lán)、綠和紅光組成的、并因此是白色的光。
在某些情況下，注意有可能發(fā)生以下情況濾色片3中具有同樣顏色的相鄰基本濾色片這一事實(shí)導(dǎo)致了，在三個(gè)子幀期間的三次移位之后得到了不完全白的圖像。為了對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)救，需要在隨后的三個(gè)子幀期間通過(guò)三次附加移位來(lái)使色度重新平衡。圖6a至6l顯示了該操作。
圖6a以數(shù)字矩陣的形式，表示濾色片在空間光調(diào)制器的有用部分上的象。每個(gè)數(shù)字代表一種顏色-“1”代表藍(lán)色；-“10”代表綠色；-“100”代表紅色。
在接下來(lái)的說(shuō)明中，個(gè)位數(shù)字將代表藍(lán)色，十位數(shù)字將代表綠色，以及百位數(shù)字將代表紅色。這意味著，例如由數(shù)字110表示的點(diǎn)將包含紅色和綠色，但是不包含藍(lán)色。
當(dāng)圖6a的濾色片的象位于確定的位置x＝0及y＝0時(shí)，該濾色片的象在確定的時(shí)刻被投影到空間光調(diào)制器的入射面上。假定調(diào)制器的所有象素都處于‘開(kāi)’狀態(tài)。圖6b表示觀察由空間光調(diào)制器顯示的象的觀察者所應(yīng)該感覺(jué)到的象。該象是濾色片的當(dāng)前象。尤其是，第8行、第8列的點(diǎn)具有值10(綠色)。
將以這樣一種方式使濾色片的象移位，以致于描述諸如圖5a中所表示的塊形狀。
在圖6c中，使濾色片的象向左移位一個(gè)間距(x＝1且y＝0)。在圖6d中，觀察者應(yīng)該感覺(jué)到圖6b的象和圖6c的象的疊加。例如，第8行、第8列的點(diǎn)具有值110，并且觀察者應(yīng)該感覺(jué)到紅色和綠色的疊加，即黃色。
在圖6e中，使濾色片的象向下移位一個(gè)間距(x＝1且y＝1)。觀察者應(yīng)該感覺(jué)到圖6d的象和圖6e的象的疊加。這由圖6f來(lái)表示。例如，第8行、第8列的點(diǎn)具有值210，并且觀察者應(yīng)該感覺(jué)到紅色和綠色的疊加，于是紅色的強(qiáng)度是綠色的兩倍，即橙色。
觀察者所看到的各種象的綜合沒(méi)有給出一幅白色象。尤其是，例如可以看到，第8行、第8列的點(diǎn)不包括藍(lán)色、而是包括強(qiáng)度是綠色的兩倍的紅色。
因此，將再次使濾色片的象移位，以致于使它描述諸如圖5a的形狀。
在圖6g中，例如使濾色片的象向左移位3個(gè)間距(x＝4且y＝1)。在圖6h中，觀察者應(yīng)該感覺(jué)到圖6f的象和圖6g的象的疊加。例如，第8行、第8列的點(diǎn)具有值220，并且觀察者應(yīng)該感覺(jué)到紅色和綠色的疊加(黃色)。
此后，在圖6i中使濾色片的象向下移位一個(gè)間距(x＝4且y＝0)。在圖6j中，觀察者應(yīng)該感覺(jué)到圖6i的象和圖6h的象的疊加。第8行、第8列的點(diǎn)具有值221，并且觀察者應(yīng)該感覺(jué)到紅色、綠色和藍(lán)色的疊加，且藍(lán)色的強(qiáng)度較弱。
在圖6k中，使濾色片的象向右移位一個(gè)間距(x＝3且y＝0)。在圖6l中，觀察者應(yīng)該感覺(jué)到圖6k的象和圖6j的象的疊加。第8行、第8列的點(diǎn)具有值222。在上述各個(gè)移位期間產(chǎn)生的各個(gè)象的綜合之后，觀察者由此在第8行、第8列的點(diǎn)處感覺(jué)到白色光。通過(guò)分析空間光調(diào)制器的各個(gè)點(diǎn)的行為，將注意到同樣對(duì)所有點(diǎn)都適用。因此，觀察者感覺(jué)到空間光調(diào)制器發(fā)出平均為均勻白色的光(如早先所假定的，調(diào)制器的所有象素顯然都處于‘開(kāi)’狀態(tài))。
在以上的示范性實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了濾色片的象的以下移位序列

可以選擇其它移位序列，以致于當(dāng)空間光調(diào)制器的象素處于‘開(kāi)’狀態(tài)時(shí)，得到空間光調(diào)制器的白色度。因此，本發(fā)明要建立這些移位序列的選擇，以及將諸如移位原點(diǎn)的位置及沿著X和Y兩個(gè)坐標(biāo)的移位類型的特性給予這些移位序列的每一個(gè)。此后，本發(fā)明要選擇每一幀的移位序列。從一幀到下一幀的移位序列可以不同，但是這可能不是系統(tǒng)的，而是隨機(jī)決定的。
為建立該選擇，例如有可能根據(jù)前一個(gè)移位序列，通過(guò)+1、+1的平移來(lái)推斷接著的序列。因此，以下序列是有效的序列

用于獲得其它有效移位序列的另一種方法是，置換同一序列內(nèi)的移位次序。例如，這相當(dāng)于在以上路徑的最初三個(gè)點(diǎn)之中相互置換，以及在以上路徑的最后三個(gè)點(diǎn)之中相互置換。從而，獲得了從早先描述的第一序列推斷的序列

可以通過(guò)其它方法來(lái)發(fā)現(xiàn)其它有效序列。
控制設(shè)備5將控制移位序列的變化。這些變化將優(yōu)選地發(fā)生在兩個(gè)圖像幀之間。
可以向控制設(shè)備5提供移位序列的列表，該列表的每一個(gè)移位序列都獨(dú)立地使獲得濾色片的向的白色度成為可能?？刂圃O(shè)備5將以一種預(yù)定方式、或以隨機(jī)方式，來(lái)選擇要使用的移位序列。
對(duì)于在幾個(gè)移位序列之后獲得白色度的操作應(yīng)用，將向控制設(shè)備5提供使獲得濾色片的象的白色度成為可能的序列組合的列表。在這種序列組合的情況下，每個(gè)獨(dú)立的移位序列將不能獲得白色度，并且這將有用于防止借助于攝錄一體機(jī)對(duì)空間光調(diào)制器所顯示的象的盜版，如以下將要闡明的。
因此，所有這些有效路徑的隨機(jī)組合將允許按照顏色對(duì)象進(jìn)行“編碼”，根據(jù)非重復(fù)序列來(lái)這樣做。該編碼將不容易被盜版解碼，仍然是因?yàn)閿z錄一體機(jī)將執(zhí)行其重采樣以及空間和時(shí)間平均。
當(dāng)攝錄一體機(jī)的采樣時(shí)間和子幀的顯示時(shí)間不一致時(shí)，將出現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的干擾。
在早先描述的濾色片的移位序列遍布兩個(gè)序列以便形成以這樣一種方式組織的六個(gè)連續(xù)子幀，使得這些子幀合成的信號(hào)是白色(當(dāng)空間光調(diào)制器的全體都處于‘開(kāi)’狀態(tài)時(shí))的情況下，以及在僅僅對(duì)跨在六個(gè)子幀上的三個(gè)子幀執(zhí)行攝錄一體機(jī)的獲取的情況下，攝錄一體機(jī)的視頻記錄將混合兩種顏色編碼，并且因此將生成可見(jiàn)的人為噪聲，如以下的例子中所說(shuō)明的，以及如圖7a至7c所示。
為簡(jiǎn)化例子，假定獲取頻率被鎖定為顯示頻率，并且偏移是恒定的，等于子幀。在下表中顯示的序列例子中，通過(guò)攝錄一體機(jī)獲取的用于積分1的三個(gè)子幀a、b和c不代表攝錄一體機(jī)的輸出狀態(tài)，而是代表光信號(hào)的時(shí)間積分的進(jìn)展。輸出圖像是第三子幀(用于積分1的子幀c)。在如7a至7c所示的示范性操作中，利用以下移位序列來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示

然后

然后序列從以下開(kāi)始

圖7a至7c表示與圖5f的濾色片的一部分(圖5f的左上部分)有關(guān)的操作方式。正如圖6a至61，這些圖的左部表示，在每個(gè)移位期間被投影到空間光調(diào)制器上的濾色片的連續(xù)象。這些圖的中心部分表示，當(dāng)這些象與圖6a至6l的右部的象相對(duì)應(yīng)時(shí)空間光調(diào)制器上的象的積分。這些圖的右部表示由拍攝這些象的攝錄一體機(jī)執(zhí)行的積分。
如前所述，由攝錄一體機(jī)執(zhí)行的積分1和投影的象不同相。注意，在這些圖中，積分結(jié)果因此不符合期望結(jié)果。在圖7b和7c中，尤其可以看到，積分2、3和4完全沒(méi)有給出白色的場(chǎng)。尤其是在積分3和4(象9和12)中，注意白象素(111級(jí))的比例僅為22％，其它象素都是有色的。這是相對(duì)于均勻照明以及空間光調(diào)制器的所有象素都處于‘開(kāi)’狀態(tài)的情況發(fā)生的。因此，需要把那些與發(fā)生的象的變化有關(guān)的缺陷加到這些缺陷上。特別是，象2、5、8和11的每一個(gè)都是在三個(gè)子幀的周期之后獲得的。因此，在象2與3、5與6、8與9、11與12之間存在象的變化，并且攝錄一體機(jī)的積分將系統(tǒng)地對(duì)相互不同的象積分，并且這將損害象的質(zhì)量。
現(xiàn)在將參考圖8a至8c，來(lái)描述本發(fā)明的濾色片的變型實(shí)施例。該變型涉及借助于如圖8a所示的更簡(jiǎn)單塊的濾色片的具體化。該排列尤其減小了同樣顏色的塊的接近性。這是通過(guò)使其中R、G、B三種顏色與對(duì)齊的線性補(bǔ)片并列，來(lái)獲得的。有利地在沿著X或Y的單個(gè)方向上執(zhí)行濾色片的移位，并且在此三個(gè)子幀足以獲得白色狀態(tài)(見(jiàn)圖8b)。
顏色的對(duì)角線對(duì)齊可能證明是不利于觀看的。可以通過(guò)有利地交換行對(duì)或列隊(duì)以便攪亂圖案，同時(shí)避免使相同顏色并列兩次，來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
因而在圖8c中，第4列和第5列以及第4行和第5行被交換了。
應(yīng)該注意，本發(fā)明的系統(tǒng)可應(yīng)用于在光源和空間光調(diào)制器2之間提供中間顯示，并能夠提供中繼象的系統(tǒng)。在該情況下，濾色片3可以有利地和該中間顯示相聯(lián)系。
權(quán)利要求
1.一種借助于空間光調(diào)制器來(lái)顯示圖像的系統(tǒng)，其特征在于，包括光源(1)，用于發(fā)射照明光束；空間光調(diào)制器(2)，包括受與要顯示的一連串圖像幀相對(duì)應(yīng)的視頻控制信號(hào)控制的象素矩陣；由各種顏色的基本濾色片的馬賽克所形成的矩陣濾色片(3)，該矩陣濾色片(3)被所述照明光束照射，并且向空間光調(diào)制器(2)發(fā)射空間濾色光束；用于在空間光調(diào)制器的入射面上產(chǎn)生所述濾色片的象的裝置；用于使濾色片(3)的所述象在空間光調(diào)制器(2)的入射面上移位的移位裝置；以及用于控制這些移位裝置的設(shè)備(5)，該設(shè)備(5)能夠在每個(gè)圖像幀期間控制濾色片的象的至少一個(gè)移位序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于顯示圖像的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)基本濾色片的大小和位置都適于使這些基本濾色片的每一個(gè)在空間光調(diào)制器(2)的入射面上的象都覆蓋多個(gè)象素。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于顯示圖像的系統(tǒng)，其特征在于，移位序列的每個(gè)移位都與基本濾色片在空間光調(diào)制器(2)的入射面上的象的大小的倍數(shù)相對(duì)應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于顯示圖像的系統(tǒng)，其特征在于，所述馬賽克是一維的，并且只包括一列各種顏色的基本濾色片。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于顯示圖像的系統(tǒng)，其特征在于，所述馬賽克是二維的，以及所述基本濾色片排列成幾行和幾列。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于顯示圖像的系統(tǒng)，其特征在于，所述馬賽克是通過(guò)基本濾色片的塊的重復(fù)而形成的，以及這些塊展示相同的輪廓，并且每一個(gè)都由至少兩個(gè)不同顏色的基本濾色片組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于顯示圖像的系統(tǒng)，其特征在于，所述馬賽克是相同圖案的集合，這些相同圖案中的每一個(gè)圖案都包括相同數(shù)量的塊，并且在所述圖案的每一行和每一列中都包括相同數(shù)量的各色基本濾色片。
8.根據(jù)權(quán)利要求6至7中任一權(quán)利要求所述的用于顯示圖像的系統(tǒng)，其特征在于，濾色片在空間光調(diào)制器的入射面上的象的每個(gè)移位序列都允許空間光調(diào)制器的每個(gè)象素被同一塊的所有基本濾色片連續(xù)照明。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于顯示圖像的系統(tǒng)，其特征在于，在每個(gè)圖像幀期間，空間光調(diào)制器的每個(gè)象素都在第一移位序列的作用下被第一塊的所有基本濾色片連續(xù)照明，然后在至少一個(gè)第二移位序列的作用下被至少一個(gè)第二塊的所有基本濾色片連續(xù)照明。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至9之一所述的用于顯示圖像的系統(tǒng)，其特征在于，受所述控制設(shè)備(5)控制的所有移位序列都適于，使通過(guò)每一幀的一個(gè)或多個(gè)移位序列的一組移位獲得的濾色片的象的積分將白色度給予空間光調(diào)制器(2)的入射面。
11.根據(jù)從屬于權(quán)利要求9的權(quán)利要求10所述的用于顯示圖像的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和至少第二移位序列適于，使通過(guò)這些序列中任一序列的一組移位獲得的濾色片的象的積分將非白色度給予空間光調(diào)制器(2)的入射面。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于顯示圖像的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制設(shè)備擁有能夠?qū)咨冉o予空間光調(diào)制器的入射面的多個(gè)不同移位序列的特性，以及所述控制設(shè)備從該多個(gè)移位序列中為連續(xù)幀選擇不同的序列。
全文摘要
一種用于顯示圖像的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光源(1)，用于發(fā)射照明光束；空間光調(diào)制器(2)，其受對(duì)應(yīng)于一連串圖像幀的視頻控制信號(hào)控制；由各種顏色的基本濾色片的馬賽克形成的矩陣濾色片(3)，該矩陣濾色片(3)被所述照明光束照射、并且向空間光調(diào)制器(2)發(fā)射空間濾色光束，所述濾色片的象被產(chǎn)生在空間光調(diào)制器的入射面上；用于使濾色片(3)的象在空間光調(diào)制器(2)的入射面上移位的移位裝置；以及用于控制這些移位裝置的器件(5)，該器件(5)能夠在每個(gè)圖像幀期間控制濾色片的象的至少一個(gè)移位序列。
文檔編號(hào)H04N9/31GK1708722SQ200380102123
公開(kāi)日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2003年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月28日
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