專利名稱：大屏幕上拼接顯示的圖像邊緣融合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大屏幕顯示圖像的方法，尤其涉及一種多單元投影拼接大屏幕顯示的圖像邊緣融合方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的投影大屏幕顯示通常是采用下列三種方法實(shí)現(xiàn)第一種是使用單一的高亮度輸出的投影機(jī)在一個(gè)大屏幕上(如200寸)投射出一幅完整圖像，這種方法一般投射距離比較遠(yuǎn)，有比較大的空間需求；另一方面，由于單機(jī)的分辨率有限，當(dāng)投射比較大的畫面時(shí)，像素變得較粗，圖像分辨率低。由于用單機(jī)投影很大的畫面，亮度也很難保證。第二種是采用光學(xué)硬拼接的方式提高大屏幕顯示的分辨率和亮度，即在單一大屏幕上使用多個(gè)投影機(jī)進(jìn)行光學(xué)圖像的拼接投影，各投影機(jī)投射的圖像是邊緣互相銜接的，圖像之間緊密地挨在一起，構(gòu)成一幅完整的畫面。這種方法可以在一張完整的大屏幕上實(shí)現(xiàn)很高的分辨率，但由于各投影機(jī)的亮度從中心到邊緣是逐漸減弱的，而且在不同投影機(jī)投射圖像銜接的地方，投射到屏幕上的光線方向截然不同，由于屏幕本身的光學(xué)特性決定，使得圖像銜接的地方在不同的方向看，圖像之間的亮度會(huì)有很大差別，這種亮度的突變使得圖像銜接的地方出現(xiàn)明顯的斷裂感，破壞了圖像的完整性。再加上投影圖像的變形，圖像的邊緣銜接也是難以消除縫隙的。第三種是采用多單元拼接的形式構(gòu)成大屏幕，各個(gè)單元有自己的投影機(jī)和投影屏幕，各屏幕后使用菲涅爾透鏡提高單屏的均勻性，然后通過機(jī)械堆疊的方式形成M列N行的拼接顯示屏，該拼接顯示屏可以顯示一幅完整的圖像，也可以在整個(gè)拼接屏上任意的位置開窗口。該方法可以在大屏幕上實(shí)現(xiàn)很高的分辨率，但由于各單元之間有機(jī)械的和光學(xué)的接縫存在，會(huì)破壞圖像的整體效果。盡管由于工藝上的不斷改進(jìn)，拼縫也做得越來越小，但拼縫始終存在，目視還是明顯有一條接縫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種大屏幕上拼接顯示的圖像邊緣融合方法，可以采用多個(gè)投影機(jī)實(shí)現(xiàn)大屏幕上真正的無縫拼接顯示，保證了大屏幕顯示的高亮度和高分辨率。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種大屏幕上拼接顯示的圖像邊緣融合方法，采用多臺(tái)投影機(jī)在大屏幕上并列拼接投射一幅大畫面，利用帶有多個(gè)圖形顯示輸出通道的處理器將要顯示的畫面分割成與投影機(jī)的數(shù)量和各自位置相對(duì)應(yīng)的多個(gè)子圖像，各相鄰子圖像的銜接邊緣部分具有相同的圖像內(nèi)容，投影圖像時(shí)將具有相同圖像內(nèi)容的邊緣部分重疊，同時(shí)采用光學(xué)調(diào)制和電子增益調(diào)節(jié)對(duì)重疊區(qū)域進(jìn)行亮度均勻化處理。
本發(fā)明中電子增益調(diào)節(jié)是通過在圖像處理器中改變各相鄰子圖像中具有相同圖像內(nèi)容的邊緣區(qū)域內(nèi)各個(gè)像素或像素集合的增益以改變其亮度，使圖像在重疊投影時(shí)該重疊區(qū)域內(nèi)的亮度達(dá)到平滑過渡。
本發(fā)明中光學(xué)調(diào)制是通過在每個(gè)投影鏡頭投射邊緣重疊區(qū)域的成像光路中增加亮度調(diào)制元件，改變投射到屏幕上的光強(qiáng)分布，使圖像在重疊區(qū)域內(nèi)的亮度達(dá)到平滑過渡。
本發(fā)明中所述的亮度調(diào)制元件為至少一層邊緣平滑的不透明薄片。當(dāng)使用多于一層不透明薄片時(shí)，各不透明薄片之間相隔一定間隔錯(cuò)落排列成臺(tái)階狀。
本發(fā)明中所述的亮度調(diào)制元件為帶鋸齒邊的不透明薄板，這種帶鋸齒邊的不透明薄片可以使用多層并使其相隔錯(cuò)落排列成臺(tái)階狀；其鋸齒邊的形狀為直邊的矩形、梯形、三角形或曲線；鋸齒的尺寸遠(yuǎn)小于光學(xué)鏡頭的出瞳大小。
本發(fā)明中所述的帶有鋸齒邊的不透明薄板可以在齒形平面內(nèi)抖動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，以產(chǎn)生更加柔和的亮度過渡效果。
本發(fā)明中所述的調(diào)制元件是帶棱的圓柱體，以產(chǎn)生錯(cuò)落有致的調(diào)制效果；這種帶有調(diào)制棱的圓柱體可以繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以產(chǎn)生更加均勻的亮度變化效果。
本發(fā)明中所述的亮度調(diào)制元件為涂有遮光層或部分透明涂層的透明片，透明片上的涂層對(duì)應(yīng)于重疊區(qū)域的光路部分。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，該發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)1.可以提供真正無縫的高分辨率和高亮度大屏幕顯示。
2.由于采用重疊投射方式，拼接顯示沒有任何像素丟失。
3.采用優(yōu)異的亮度調(diào)制方法，實(shí)現(xiàn)重疊區(qū)域的完美亮度過渡。
4.采用本發(fā)明可以提供完全沒有圖像斷裂感的大屏幕拼接顯示。


圖1是產(chǎn)生圖像重疊的雙投影機(jī)在一塊大屏幕上拼接示意圖；圖1a是圖1所示中投射圖像亮度曲線；圖2是利用像素增益控制進(jìn)行圖像重疊區(qū)域亮度調(diào)節(jié)的示意圖；圖2a是圖2所示中投射圖像亮度曲線；圖3是采用光學(xué)調(diào)制進(jìn)行圖像重疊區(qū)域亮度調(diào)節(jié)的示意圖；圖3a是圖3所示中投射圖像成像光路示意圖；圖3b是圖3所示中投射圖像亮度曲線；圖4是混合使用像素增益控制和光學(xué)調(diào)制進(jìn)行圖像重疊區(qū)域亮度調(diào)節(jié)的示意圖；圖4a是圖4所示中投射圖像亮度曲線；圖5a、圖5b、圖5c、圖5d為應(yīng)用于光學(xué)調(diào)制的元件；圖6a、圖6b是光學(xué)調(diào)制元件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的示意圖；圖7提供了多層薄片進(jìn)行光學(xué)調(diào)制的示意圖；圖8是圓柱體形的光學(xué)調(diào)制元件作用原理圖。
具體實(shí)施例方式
圖1展示了采用兩臺(tái)投影機(jī)11，12在一塊大屏幕上進(jìn)行圖像拼接的情況，與以往技術(shù)不同的是，這兩臺(tái)投影機(jī)所投射出的圖像是有重疊部分的。利用帶有多個(gè)圖形顯示輸出通道的處理器將要顯示的畫面分割成左右兩個(gè)子圖像13a和13b，該兩個(gè)子圖像在鄰近銜接的地方是有一個(gè)重疊區(qū)域13c，如圖中左側(cè)圖像13a在與右側(cè)圖像13b相銜接的邊緣部分會(huì)有一個(gè)區(qū)域13c顯示與右側(cè)圖像左邊緣部分相同的內(nèi)容。左側(cè)圖像13a和右側(cè)圖像13b都包含內(nèi)容13c。兩臺(tái)投影機(jī)在組合投射該畫面時(shí)，在互相銜接的邊界投射范圍是有一相互重疊區(qū)域的，以保證相鄰近的圖像重復(fù)顯示部分13c能準(zhǔn)確互相重合。
在重疊的投影區(qū)域圖像是由兩臺(tái)投影機(jī)同時(shí)投射的，因此其圖像的亮度14c大約是其它不重疊區(qū)域圖像亮度14a、14b的兩倍，如圖1a所示，為了實(shí)現(xiàn)重疊區(qū)域的亮度均勻過渡，必須采用亮度調(diào)節(jié)的方法使圖像的亮度均勻過渡。
圖2給出的是利用像素增益控制進(jìn)行圖像重疊區(qū)域亮度調(diào)節(jié)的示意。圖中需要顯示的圖像通過上述的處理器25分割成左右兩個(gè)子圖像23a和23b后，再經(jīng)過處理器內(nèi)的增益控制，將重疊區(qū)域23c所對(duì)應(yīng)的各像素的增益按照線性的或非線性的規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)，增益的改變產(chǎn)生對(duì)應(yīng)像素亮度的變化，通過改變重疊區(qū)域內(nèi)各子圖像的像素或像素集合的亮度，實(shí)現(xiàn)各投影機(jī)21、22輸出圖像在重疊區(qū)域內(nèi)的亮度平滑過渡。亮度線性調(diào)節(jié)的情況可以參看圖2a，通過像素增益的控制26、27，可以使重疊區(qū)域內(nèi)左側(cè)圖像的亮度線性的降低，如圖中24a和24a’所示，而對(duì)應(yīng)的右側(cè)圖像的亮度線性的增加，如圖中24b和24b’所示，兩圖像疊加以后，可以在重疊區(qū)域產(chǎn)生均勻的圖像亮度過渡。
對(duì)于目前廣泛采用DLP、LCD和LCOS等技術(shù)的投影機(jī)，由于光學(xué)元件和顯像芯片噪聲的影響，它們不能給出零亮度的暗場(chǎng)，即使輸入圖像的亮度信號(hào)為零，它們也會(huì)有一定的亮度存在，如0.5lux，因此，在重疊區(qū)域會(huì)出現(xiàn)一個(gè)恒定的亮度疊加，如圖2a中的24c所示，在重疊區(qū)域形成一個(gè)暗場(chǎng)中的亮帶。對(duì)此類投影機(jī)可以用光學(xué)亮度調(diào)制來解決。
如圖3所示，圖中左側(cè)圖像33a在與右側(cè)圖像33b相銜接的邊緣部分有一個(gè)區(qū)域33c，在投射拼接圖像的投影機(jī)31、32的投影鏡頭投射邊緣重疊區(qū)域的成像光路中放置了用于亮度調(diào)制的光學(xué)調(diào)制元件36、37，以改變投射到屏幕上重疊區(qū)域33c的光強(qiáng)分布，該亮度調(diào)制元件按投影鏡頭的光學(xué)特性來確定放置的距離，調(diào)制元件是特定形狀的不透明薄片。光學(xué)調(diào)制片的工作原理如圖3a所示，經(jīng)過鏡頭38出瞳的成像光線一部分被調(diào)制元件36遮擋不能通過，如圖3a中圖像邊緣的A點(diǎn)，其成像光線全部被攔截，因此沒有光線到達(dá)屏幕；另一部分，如靠近圖像中心一些的C點(diǎn)，成像光線則全部通過投射到屏幕上；而位于A點(diǎn)和C點(diǎn)之間的那些像元，一部分光線通過了到達(dá)屏幕，另一部分被遮擋而不能通過，如圖3a中B點(diǎn)。因此在投影圖像上形成亮度漸變的效果，如圖中曲線D所示。曲線D的形狀與鏡頭的光學(xué)特性有關(guān)，一般不會(huì)是線性的，因此，單純使用不透明調(diào)制片無法產(chǎn)生均勻的亮度過渡，如圖3b中所示亮度曲線描述的那樣，拼接圖像的亮度在重疊的區(qū)域仍會(huì)存在如圖中34c所示的亮度升高。
為了達(dá)到均勻的亮度過渡，可以將像素增益控制和光學(xué)調(diào)制結(jié)合起來，如圖4所示，首先通過光學(xué)亮度調(diào)制將重疊部分的圖像亮度調(diào)節(jié)到如圖3b中曲線34c所顯示的那樣，再利用像素增益控制將殘留的亮度升高降低下來，使圖像的亮度達(dá)到完美的均勻過渡，如圖4a所示的亮度曲線。
通過改變光學(xué)調(diào)制元件的設(shè)計(jì)可以使重疊區(qū)域圖像亮度的更加均勻，如可以采用如圖5a、圖5b、圖5c所示的鋸齒狀的不透明薄板，其鋸齒的形狀可以是直邊的三角形或梯形，也可以是曲邊形狀的，鋸齒的尺寸遠(yuǎn)小于光學(xué)鏡頭的出瞳大小。如圖5d還可以是采用物理方法在透明的薄片上形成的部分透明或完全不透明的圖案遮光涂層，透明基片上的涂層對(duì)應(yīng)于重疊區(qū)域的光路部分。為了提高亮度的均勻性，光學(xué)調(diào)制元件可以在齒形平面內(nèi)抖動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，以產(chǎn)生更加柔和的亮度過渡效果，如圖6a、圖6b所示。
光學(xué)調(diào)制元件可以是單層的薄板，也可以是由多層薄片相隔排放，形成錯(cuò)落有致的結(jié)構(gòu)。如圖7所示，這種兩層薄片的調(diào)制元件76、76a由于可以通過錯(cuò)落有致的臺(tái)階結(jié)構(gòu)對(duì)從鏡頭78投射出不同傾角的光線進(jìn)行分別遮擋，可以使亮度過渡的更加平滑均勻。也可以將多層薄片轉(zhuǎn)變成為圓柱體的形式，形成帶有調(diào)制棱的圓柱體，如圖8所示，以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)更加合理的形狀；這種帶有調(diào)制棱的圓柱體86可以繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)制圓柱體86由于棱的運(yùn)動(dòng)，對(duì)鏡頭88的遮擋光線的位置時(shí)刻在變化中，可以產(chǎn)生更加均勻細(xì)致的亮度調(diào)制效果。
權(quán)利要求
1.一種大屏幕上拼接顯示的圖像邊緣融合方法，采用多臺(tái)投影機(jī)在大屏幕上并列拼接投射一幅大畫面，其特征在于利用帶有多個(gè)圖形顯示輸出通道的處理器將要顯示的畫面分割成與投影機(jī)的數(shù)量和各自位置相對(duì)應(yīng)的多個(gè)子圖像，各相鄰子圖像的銜接邊緣部分具有相同的圖像內(nèi)容，投影圖像時(shí)將具有相同圖像內(nèi)容的邊緣部分重疊，同時(shí)采用光學(xué)調(diào)制和電子增益調(diào)節(jié)對(duì)重疊區(qū)域進(jìn)行亮度均勻化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大屏幕上拼接顯示的圖像邊緣融合方法，其特征在于所述的電子增益調(diào)節(jié)是通過設(shè)定各相鄰的子圖像中重疊部分各個(gè)像素或像素集合的亮度參數(shù)的增益，使圖像在重疊區(qū)域內(nèi)的亮度達(dá)到平滑過渡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大屏幕上拼接顯示的圖像邊緣融合方法，其特征在于光學(xué)調(diào)制是通過在每個(gè)投影鏡頭投射邊緣重疊區(qū)域的成像光路中增加亮度調(diào)制元件，改變投射到屏幕上的光強(qiáng)分布，使圖像在重疊區(qū)域內(nèi)的亮度達(dá)到平滑過渡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的大屏幕上拼接顯示的圖像邊緣融合方法，其特征在于所述的亮度調(diào)制元件為至少一層邊緣平滑的不透明薄片。使用多層邊緣平滑的不透明薄片時(shí)它們相隔錯(cuò)落排列成臺(tái)階狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的大屏幕上拼接顯示的圖像邊緣融合方法，其特征在于所述的亮度調(diào)制元件為帶鋸齒邊的不透明薄板，其鋸齒邊的形狀為直邊的矩形、梯形、三角形或曲線；鋸齒的尺寸遠(yuǎn)小于光學(xué)鏡頭的出瞳大小。使用多層帶鋸齒邊的不透明薄片時(shí)它們相隔錯(cuò)落排列成臺(tái)階狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大屏幕上拼接顯示的圖像邊緣融合方法，其特征在于所述的帶有鋸齒邊的不透明薄板可以在齒形平面內(nèi)抖動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的大屏幕上拼接顯示的圖像邊緣融合方法，其特征在于所述的調(diào)制元件是帶棱的圓柱體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大屏幕上拼接顯示的圖像邊緣融合方法，其特征在于所述的帶有調(diào)制棱的圓柱體可以繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的大屏幕上拼接顯示的圖像邊緣融合方法，其特征在于所述的亮度調(diào)制元件為設(shè)有遮光涂層的透明基片，透明基片上的涂層對(duì)應(yīng)于重疊區(qū)域的光路部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大屏幕上拼接顯示的圖像邊緣融合方法，采用多臺(tái)投影機(jī)在大屏幕上并列拼接投射一幅大畫面，利用圖像處理器將要顯示的畫面分割成與投影機(jī)的數(shù)量和各自位置相對(duì)應(yīng)的多個(gè)子圖像，各相鄰的子圖像的銜接邊緣部分具有相同的圖像內(nèi)容，投影圖像時(shí)將具有相同圖像內(nèi)容的邊緣部分重疊，同時(shí)采用光學(xué)(物理)調(diào)制和電子增益調(diào)節(jié)對(duì)重疊區(qū)域進(jìn)行亮度均勻化處理。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)大屏幕真正的無縫拼接顯示，保證了大屏幕顯示的高亮度和高分辨率，沒有任何像素丟失。
文檔編號(hào)H04N5/74GK1688160SQ20051003443
公開日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月30日
發(fā)明者孟凡華, 張曉琪, 梁明浩, 白寶國 申請(qǐng)人:廣東威創(chuàng)日新電子有限公司