Формування багатонапівтонових зображень та проектування з подвійною модуляцією/лазерне проектування з подвійною модуляцією

Реферат: Більш маленькі напівтонові елементи мозаїчного зображення реалізовані на першому модуляторі проекційної системи з подвійною модуляцією. Ця технологія використовує множинні напівтони на кадр у премодуляторі, синхронізованому з модифікованою бітовою послідовністю у головному модуляторі, для ефективного збільшення кількості рівнів, забезпечених заданим розміром елемента мозаїчного зображення, в напівтоновому модуляторі. Вона направлена на проблему зменшеного коефіцієнта контрастності на низьких світлових рівнях для невеликих розмірів елементів мозаїчного зображення та забезпечує можливість використання більш маленьких PSF, що зменшує дефекти "виникнення ореолу" у проектованому зображенні, та може бути використана у 3D проектуванні та перегляді. UA 114849 C2 (12) UA 114849 C2 UA 114849 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ПОПЕРЕДЖЕННЯ ПРО АВТОРСЬКЕ ПРАВО Частина опису даного патентного документа містить матеріал, який є об'єктом захисту авторського права. Власник авторських прав не має заперечень щодо факсимільного відтворення ким-небудь патентного документа або опису винаходу до патенту, оскільки він проходить у патентних документах або реєстрах Відомства з патентів і товарних знаків, але в іншому випадку зберігає за собою всі права будь-якого роду авторського права. ПЕРЕДУМОВИ СТВОРЕННЯ ВИНАХОДУ Область техніки Даний винахід відноситься до пристроїв відображення та, зокрема, до проекторів з подвійною модуляцією (включаючи лазерні проектори) та створення напівтонових зображень у премодуляторі вказаного проектора. Обговорення рівня техніки Проектори та дисплеї з подвійною модуляцією містять пристрої відображення (наприклад, Whitehead US7403332 і Daly US7064740) і проектори (наприклад, Sayag US7002533). КОРОТКИЙ ОПИС ВИНАХОДУ Дані винахідники реалізували потребу у покращеному формуванні напівтонових зображень премодулятора. Винахід забезпечує можливість використання більш маленьких напівтонових елементів мозаїчного зображення на першому модуляторі проекційної системи з подвійною модуляцією. Ця технологія використовує множинні напівтони на кадр у премодуляторі, синхронізованому з модифікованою бітовою послідовністю у головному модуляторі, для ефективного збільшення кількості рівнів, забезпечених заданим розміром елемента мозаїчного зображення, у напівтоновому модуляторі. Вона адресована проблемі зменшеного коефіцієнта контрастності на низьких світлових рівнях для маленьких розмірів елементів мозаїчного зображення та забезпечує можливість використання більш маленьких PSF (Progressive Segmented Frame, прогресивний сегментований кадр), що зменшує дефекти "виникнення ореолу" у проектованому зображенні. Формування напівтонових зображень також можна використати для покращення проектування 3D зображень, розділених за кольором або поляризацією. Частини як пристрою, так і способу можуть бути підходящим чином реалізовані у програмуванні на універсальному комп'ютері або мережевих комп'ютерах, а результати можуть бути відображені на пристрої виводу, з'єднаному з будь-яким із універсального, мережевого комп'ютерів, або передані на віддалений пристрій для виводу або відображення. Крім того, будь-які компоненти даного винаходу, представлені у комп'ютерній програмі, послідовностях даних і/або керуючих сигналах, можуть бути втілені у вигляді радіосигналу, трансльованого (або переданого) на будь-якій частоті у будь-якому середовищі, включаючи, поміж іншого, бездротові трансляції та передачі за мідним дротом (дротам), оптоволоконним кабелем (кабелями) і коаксіальним кабелем (кабелями) і тому подібне. КОРОТКИЙ ОПИС КРЕСЛЕНЬ Більш повне розуміння винаходу та багатьох з його супровідних переваг буде легко досягнуто, коли вони стануть краще зрозумілі за допомогою посилання на наступний докладний опис при розгляді у поєднанні з супутніми графічними матеріалами, на яких: на фіг. 1 представлена ілюстрація впливу кількості дискретних рівнів премодуляції на локальний контраст; на фіг. 2 представлена ілюстрація покращених результатів, отриманих при розподіленні за 4 підкадрами напівтонового зображення; на фіг. 3 представлена ілюстрація зразкового PSF і виправленого PSF; і на фіг. 4 представлена діаграма зразкової бітової послідовності. ОПИС ПЕРЕВАЖНИХ ВАРІАНТІВ ЗДІЙСНЕННЯ Сучасний POC (Project-O-chart, зареєстрована торговельна марка) EDR (enhanced data rate, підвищена швидкість передачі даних) проектор з подвійною модуляцією використовує одне напівтонове зображення на кадр у премодуляторі. Для обмеження розміру ореолу на маленьких яскравих елементах і для досягнення високого локального контрасту потрібен маленький PSF. Перший ненульовий рівень премодуляції отримується за допомогою накладання поля кадрів PSF для отримання відносно плоского світлового поля. Для заданого (маленького) розміру PSF проміжок між напівтоновими ненульовими пікселями повинен бути менше, ніж PSF, і достатньо маленьким для отримання цього плоского поля. Це обмежує процентний вміст пікселів, які повинні бути ненульовими, до певного рівня, і це визначає перший ненульовий середній рівень та кількість дискретних лінійних рівнів премодуляції. Наприклад, PSF, який повинен бути повторений на сітці 5 × 5, потребуватиме включення 1 із 25 пікселів премодуляції, призводячи до мінімального 1/25 ненульового рівня та 25 дискретних рівнів премодуляції. 1 UA 114849 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Зображення, отримане на основі описаної системи, може мати коефіцієнт контрастності (CR) близько 25X головного модулятора; якщо вихідний CR головного модулятора був 1800, тоді кінцеве зображення може мати CR 45000:1. Це передбачає, що 1 із 25 пікселів завжди включений. Оскільки DMD премодуляції виконаний з можливістю >1800:1 CR з вимкненими пікселями премодуляції, рівень чорного може бути набагато краще, ніж 1/45000 від пікового білого; однак, вимкнення всіх пікселів премодуляції може мати шкідливі ефекти. Ці ефекти також присутні у зображеннях на низьких світлових рівнях, навіть при декількох включених пікселях. Наприклад, деякі елементи зображення змінюються в залежності від просторових частот за межами тих, які можуть бути представлені світловим полем премодуляції. Для цих елементів зображення світлове поле премодуляції буде постійним, немодульованим. Рівень світлового поля премодуляції буде визначений локальним максимумом елемента зображення. Головний DMD повинен зменшувати світлове поле премодуляції для створення всіх рівнів елемента локального зображення. В залежності від першого ненульового рівня премодуляції головний DMD може не мати достатній контраст для створення найнижчих рівнів, обмежуючи локальний контраст цього елемента зображення у достатній мірі для впливу на його появу. Це особливо критично навколо області, де останні пікселі на елементах мозаїчного зображення премодуляції вимкнені. У цій області локальний контраст знижується приблизно до 20. Ці проблеми можуть бути вирішені за допомогою збільшення розміру PSF й елемента мозаїчного зображення, але це збільшить розмір ореолу, який також може створювати видимі дефекти. Фіг. 1 допомагає проілюструвати вказані проблеми. Синя лінія (яка починається на горизонтальній осі між 10E-6 і 10E-5) являє найкращий коефіцієнт контрастності, який може бути досягнутий у цьому конкретному глядацькому залі з проектором, виконаним з можливістю оптимального нескінченного коефіцієнта контрастності 100 ніт. Це обмеження викликається тим, що приміщення має рівень темряви 0,0005 ніт, як виміряно на екрані. Це результат навколишнього кімнатного випромінювання в приміщенні, яке досягає та відбивається від екрана до спостерігача. Червона лінія (яка починається на горизонтальній осі між 10E-4 і 10E-3) являє проектор з однією модуляцією. Проектор має коефіцієнт контрастності 1800:1 (одночасний і послідовний). У міру того, як піковий рівень локального зображення з цим проектором стає темнішим, коефіцієнт контрастності у локальному зображенні пропорційно зменшується, оскільки рівень темряви є постійним. Це є нормальною та передбачуваною поведінкою. Світло-зелена лінія (більш тонка лінія) являє коефіцієнт контрастності, можливий за допомогою проектора із подвійною модуляцією з компонентами високих просторових частот (де премодуляція є локально постійною). Оскільки проектоване зображення стає локально темніше відразу поза піковим білим, крива коефіцієнта контрастності точно співпадає з попереднім випадком. Проте, коли рівень досягає (у цьому прикладі) приблизно 24/25 пікового білого, премодуляція може змінювати своє значення від 25/25 до 24/25 включених пікселів, і головний модулятор знову може використовувати свій повний діапазон. Таким чином, для цього більш низького світлового рівня ми знову маємо повний локальний коефіцієнт контрастності 1800:1. У випадку відразу перед тим, як премодуляція змінила своє значення (на 23/25), локальний коефіцієнт контрастності буде знижений до 24/25*1800. Ця ситуація відбувається через кожну зміну премодуляції, при цьому можливий CR повертається назад до вихідного значення 1800 після кожної зміни. Наприклад, коли 2 пікселя є активними, CR знижується до 144(2/25*1800). Коли активний тільки один піксель, премодуляція не може змінюватися до тих пір, поки розсіювання світлового випромінювання через премодулятор буде достатньо високим для досягнення необхідного рівня виводу з одним головним модулятором (повномасштабним). У ілюстративному прикладі цей рівень дорівнює 1/1800 піка виводу. Існує великий просвіт між найнижчим рівнем модуляції, досягнутим при напівтоні на 1/25, і 1/1800, і у цій зоні премодуляцію повинні підтримувати на рівні 1/25. Головний модулятор є єдиним модулятором на цій ділянці, і коефіцієнт контрастності падає до рівня приблизно 1/25 перед тим, як напівтон премодуляції може бути встановлений на нуль. Цей рівень істотно нижче (нижче синьої лінії приблизно у 4 рази), ніж було б отримано у цьому приміщенні за допомогою оптимального проектора. Одна мета даного винаходу полягає у зменшенні впливів цих дефектів за допомогою збільшення кількості рівнів у премодуляторі, але без збільшення розміру елементу мозаїчного зображення або розміру PSF. Ця концепція є відносно простою; використання більше, ніж одного напівтонового зображення на кадр. У попередньому описі був досліджений елемент мозаїчного зображення 5 × 5. Нижченаведене описує використання елемента мозаїчного зображення 5 × 5, але використання 4 підкадрових напівтонів на кадр. У цьому прикладі на індивідуальній піксельній основі для кожного елемента мозаїчного зображення піксель може 2 UA 114849 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 займати послідовність 5 значень, які є 0, 1, 2, 3 або 4 підкадрами (0, ¼ кадр, ½ кадр, ¾ кадр або 1 кадр). Це дозволяє елементу мозаїчного зображення 5 × 5 виражати 100 позитивних значень (і 0) замість вихідних 25 значень (і 0). Якщо для головного модулятора використовують DMD (TI Digital Mirror Device, цифровий дзеркальний пристрій), буде потрібна модифікація бітових послідовностей для чипів модуляції. DMD використовує форму широтно-імпульсної модуляції для модуляції світла; отже, потрібно, щоб світло було постійним під час усього періоду кадрової розгортки. Зміна напівтонів премодуляції під час кадру (4 рази) зробить непостійне світло та перешкодить результату PWM (ШИМ). Зазвичай DMD використовують з одинарною послідовністю на кадр для отримання 16 біт на піксельну модуляцію. Передбачається модифікувати бітову послідовність таким чином, що старші біти розподілені за періодом кадрової розгортки; отже, вони повторюються багато разів. Наприклад, якщо верхні 14 бітів (з 16) повторюються, це забезпечить схему з верхніми 14 бітами, повтореними 4 рази. Низькі значимі біти залишаться непорушеними (розподілені за всім періодом кадрової розгортки). Цей тип повторюваної послідовності був описаний у літературі та використаний для зменшення дефектів руху в системах проектування на основі DMD. В US5986640 описується аналогічна технологія. Напівтонове зображення на премодуляторі буде синхронізовано з повторюваними послідовностями у головному модуляторі таким чином, що обидва модулятори в один і той самий час перейдуть до нової послідовності. На фіг. 2 показані покращені результати, отримані при розподіленні напівтонового зображення за 4 підкадрами, як описано вище. В цьому випадку найнижчий коефіцієнт контрастності від проектора приблизно дорівнює результатам, які можуть бути отримані за допомогою оптимального проектора у цьому приміщенні. Ця технологія зменшує небажане зменшення коефіцієнта контрастності без збільшення розміру елемента мозаїчного зображення та розміру відповідного PSF. В описаних переважних варіантах здійснення даного винаходу, проілюстрованих у графічних матеріалах, для ясності використана спеціальна термінологія. Проте, не передбачається, що даний винахід обмежується конкретною вибраною спеціальною термінологією, і слід розуміти, що кожний конкретний компонент містить всі технічні еквіваленти, які працюють аналогічним чином. Крім того, винахідники визнають, що нещодавно розроблені технології, у даний час невідомі, також можуть замінені використовуватися замість описаних частин та все ще не будуть відходити від обсягу даного винаходу. Всі вищеописані об'єкти, серед іншого такі, що містять модулятори, кадри, підкадри тощо слід розглядати у світлі будьяких і всіх доступних еквівалентів. Частини даного винаходу можуть бути зручно реалізовані з використанням звичайного універсального або спеціалізованого цифрового комп'ютера або мікропроцесора, запрограмованого відповідно до ідей даного розкриття, як буде зрозуміло фахівцям в області обчислювальної техніки. Належне програмне кодування легко може бути підготовлено кваліфікованими програмістами на основі ідей даного розкриття, як буде зрозуміло фахівцям в області програмного забезпечення. Винахід також може бути реалізований за допомогою підготовки спеціалізованих інтегральних схем або за допомогою з'єднання належної мережі звичайних компонентних схем, як буде легко зрозуміло фахівцям в області техніки на основі даного розкриття. Даний винахід містить комп'ютерний програмний продукт, який є носієм (носіями) інформації, на якому збережені інструкції, які можуть бути використані для управління комп'ютером або спонукання його виконувати будь-який з процесів даного винаходу. Носій інформації може. поміж іншого. містити будь-який тип диска, включаючи гнучкі диски, мінідиски (MD), оптичні диски, цифрові відеодиски стандарту DVD, компакт-диски стандарту CD-ROM, диски стандарту CD або DVD RW+/-, жорсткі диски стандарту Microdrive та магнітооптичні диски, ROM (ПЗП), RAM (ОЗП), EPROM (ЕППЗП), EEPROM (ЕСППЗП), DRAM (динамічні ОЗП), VRAM (відео ОЗП), пристрої флеш-пам'яті (включаючи флеш-карти, карти пам'яті), магнітні та оптичні карти, SIM-карти, мікроелектромеханічні системи, наносистеми (включаючи молекулярні запам'ятовуючі мікросхеми), пристрої дискових масивів типу RAID, віддалені сховища даних/архіви/ довготривалі сховища або будь-який тип носіїв або пристроїв, що підходить для зберігання інструкцій і/або даних. Даний винахід містить збережене на будь-якому з вказаних читаних за допомогою комп'ютера носіїв програмне забезпечення для управління апаратним забезпеченням універсального/спеціалізованого комп'ютера або мікропроцесора та для забезпечення можливості взаємодії цього комп'ютера або мікропроцесора з користувачем-людиною або іншим механізмом, що використовує результати даного винаходу. Таке програмне забезпечення, 3 UA 114849 C2 5 10 15 поміж іншого. може містити драйвери пристроїв, операційні системи та додатки користувача. Зрештою, такий носій, що читається за допомогою комп'ютера, додатково містить програмне забезпечення для виконання даного винаходу, як описано вище. У програмах (програмному забезпеченні) універсального/спеціалізованого комп'ютера або мікропроцесора містяться програмні модулі для реалізації ідей даного винаходу, включаючи, поміж іншого, підготовку напівтонових зображень, що відповідають даним зображенням, ділення кадрів, синхронізацію та застосування бітових послідовностей на DMD і відображення, зберігання або передачу результатів відповідно до процесів даного винаходу. Даний винахід відповідним чином може містити будь-який з компонентів (різних частин або ознак даного винаходу та їх еквівалентів, як описано у даному документі), складатися з нього або складатися по суті з нього. Крім того, даний винахід, ілюстративно розкритий у даному документі, може практикуватися за відсутності будь-якого компонента, незалежно від того, чи спеціально він розкритий у даному документі, чи ні. Зрозуміло, можливі численні модифікації та варіації даного винаходу у світлі вищевказаних ідей. Отже, варто розуміти, що в межах обсягу прикладеної формули винаходу даний винахід може практикуватися іншим чином, ніж спеціально описано у даному документі. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 40 45 1. Спосіб, який включає етап підготовки сигналу активації з подвійною модуляцією, що містить сигнал активації премодулятора, що містить більше ніж одне напівтонове зображення, кожне з яких підлягає відображенню або активації на премодуляторі системи відображення з подвійною модуляцією під час часового періоду одного кадру в синхронізації з сигналом головного модулятора, що містить зображення, яке підлягає відображенню або активації на головному модуляторі системи відображення з подвійною модуляцією, при цьому кожне з напівтонових зображень відображене у множині часових періодів підкадру, кожний з яких синхронізований з сигналом головного модулятора. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що сигнал премодулятора розділений на множину підкадрових зображень, при цьому кожне підкадрове зображення активовано у свій власний підкадровий часовий інтервал, а кожний підкадровий часовий інтервал синхронізований з інтервалом активації головного модулятора та сигналом головного модулятора. 3. Спосіб за будь-яким із пп. 1-2, який відрізняється тим, що спосіб реалізований у кінопроекторі, що має лазерні джерела світла, які освітлюють премодулятор. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що лазерні джерела світла локально та глобально модульовані. 5. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що лазерні джерела світла виконані з можливістю випромінювання щонайменше 2 наборів світлових довжин хвиль, при цьому кожний набір містить світлове випромінювання з довжиною хвилі в області червоного, зеленого та синього видимого спектра, при цьому щонайменше одна з довжин хвиль однакового кольору в різних наборах розділена мінімальною смугою частот, необхідною для здійснення позаосьового перегляду без перехресних перешкод через смуги пропускання окулярів для перегляду при нормальному та позаосьовому перегляді, що зустрічається в стандартних кінотеатрах або кіновиставах у тематичних парках або як частина прогулянки тематичним парком. 6. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що позаосьовий перегляд є одним із числа переглядів приблизно під 20 градусами, не більше ніж 20 градусами, і максимальним кутом, що зазвичай зустрічається у вказаних виставах. 4 UA 114849 C2 5 UA 114849 C2 6 UA 114849 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7