CN101364033A - 用于投影图像的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
用于投影图像的设备和方法。当投影图像的图像信息的第一平均亮度被估计低于具有其上执行正常补偿的单一空间频率的源图像的图像信息的第二平均亮度时,增加其亮度高于投影图像的图像信息中的第二平均亮度的区域,以及当第一平均亮度被估计高于第二平均亮度时,增加其亮度低于投影图像的图像信息中的第二平均亮度的区域。
Description
相关申请的交叉引用
本申请主张2007年8月6日在日本申请的日本优先权文件2007-204596的优先权,其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及用于投影图像的技术。
背景技术
随着电子信息媒体的发展,有更多的机会使用图像投影设备(即,投影仪),该图像投影设备包括由光源和其他光学器件组成的照明光学系统,例如液晶光调制器的空间光调制器(SLM),其基于从外部装置接收的图像信息调制从照明光学系统发射的光束,以及例如投影透镜的投影光学系统,其通过将SLM调制的光束在屏幕上投影为放大的图像来显示图像。特别地,使用液晶光调制器作为SLM的液晶投影仪在投影仪中是知名的。液晶投影仪能够容易地调整屏幕大小并且在颜色重现上是极好的,其被广泛用作例如会议室中的投影仪。
随着越来越多地使用投影仪,对于简化投影仪的结构和减小投影仪的大小具有快速增长的需求。为了简化和缩小投影仪,构成投影仪的投影光学系统的投影透镜的尺寸和重量的减小是一个关键课题。为了缩小和减轻投影透镜,减少构成投影透镜的透镜的数目是有效的。然而,透镜数目的减少通常导致分辨率和成像性能的恶化,例如,失真像差、放大率色像差或散光。
对于投影光学系统中的像差,提出了一种方法,其中在设计投影光学系统的时候就获知发生在投影光学系统中的各种类型的像差,并且调整SLM的形状和结构以预先补偿在投影光学系统中发生的像差,这减少了在屏幕上投影的图像的像差。例如,日本专利第3264916号中公开了一种方法,其中根据波长来改变其上形成图像的SLM的有效区域以补偿色像差。此外,日本专利第3357026号公开了一种SLM,其具有扭曲的形状或根据由投影光学系统引起的失真或失真像差而弯曲的结构。
如上所述,可以通过调整SLM的形状或结构来对投影光学系统的像差进行一定程度的改善。然而,在这些方法中,要被使用的SLM需要特殊结构、并且充分补偿投影光学系统的分辨率的恶化是困难的。
发明内容
本发明的目的是至少部分解决现有技术中存在的问题。
根据本发明的一个方面,提供了一种用于图像投影设备投影图像的方法,该图像投影设备包括发射光束的照明光学系统、处理源图像的图像信息的图像处理装置、基于源图像的图像信息来调制光束的空间光调制器以及将空间光调制器调制的光束在屏幕上投影为投影图像的投影光学系统。该方法包括:补偿操作,包括图像处理装置执行第一补偿,该第一补偿强调源图像的图像信息的空间频率分量的高频范围,以及执行第二补偿,当确定投影图像的图像信息的平均亮度低于具有其上执行第一补偿的单一空间频率的源图像的图像信息的平均亮度时,该第二补偿增加其亮度高于投影图像的图像信息中的源图像的图像信息的平均亮度的区域,以及当确定投影图像的图像信息的平均亮度高于源图像的图像信息的平均亮度时,该第二补偿增加其亮度低于投影图像的图像信息中的源图像的图像信息的平均亮度的区域。
此外,根据本发明的另一个方面,提供了一种用于投影图像的设备,包括:照明光学系统,用于发射光束;图像处理装置,用于处理源图像的图像信息;空间光调制器,基于源图像的图像信息来调制光束;以及投影光学系统,将空间光调制器调制的光束在屏幕上投影为投影图像。图像处理装置包括:复本图像信息生成单元,在屏幕上生成用于获得投影图像的复本图像信息;第一图像信息生成单元,基于源图像的图像信息的亮度和复本图像信息的每个像素的亮度的相除生成第一图像信息;第二图像信息生成单元,基于第一图像信息的亮度和投影光学系统的点扩展函数之间的卷积积分生成第二图像信息;输出图像信息生成单元,基于第二图像信息的亮度和输出图像信息的每个像素的亮度的积生成和更新输出图像信息。
此外,根据本发明的另一个方面,提供了一种用于投影图像的设备,包括:照明光学系统,用于发射光束;图像处理装置,用于处理源图像信息;空间光调制器,基于处理源图像信息的结果来使用空间调整对光束进行调制;以及投影光学系统,将空间光调制器调制的光束在屏幕上投影为投影图像。图像处理装置包括:复本图像信息生成单元,在屏幕上生成用于获得投影图像的复本图像信息;第一图像信息生成单元,基于源图像的图像信息的亮度和复本图像信息的每个像素的亮度的相除生成第一图像信息;第二图像信息生成单元,基于第一图像信息的亮度和投影光学系统的点扩展函数之间的卷积积分生成第二图像信息;输出图像信息生成单元,基于第二图像信息的亮度和输出图像信息的每个像素的亮度的和生成和更新输出图像信息;以及最大值限制单元和最小值限制单元的至少一个,最大值限制单元将高于额定的最大值的输出图像信息的像素的亮度调整为额定的最大值,最小值限制单元将低于额定的最小值的输出图像信息的像素的亮度调整为额定的最小值。
本发明的上述和其他目的、特征、优点以及技术和工业意义将结合附图在下面的详细描述的优选实施例中得到更好的理解。
附图说明
图1表示根据本发明的实施例的图像投影设备的示意图;
图2A到2C是用于描述从滤波得到的图像信息的变化的示意图;
图3A和3B是用于说明对于样本图像执行的图像处理的结果的图形;
图4A到4F是被投影作为二维图像的图像的示意图;
图5是使用非线性自适应滤波器的图像处理设备的示意图;
图6是使用例子1的等式(4)的非线性自适应滤波器的示意图;
图7是使用例子1的等式(5)的非线性自适应滤波器的示意图;
图8是图1所示的图像处理单元执行的处理的流程图;
图9A和9B是用于说明等式(4)的效果的图形;
图10A和10B是用于说明等式(5)的效果的图形;
图11是由投影仪实际投影到屏幕上的图像的示意图;
图12是图像处理单元的示意图;
图13是线性逆滤波器的示意图;
图14是由图像处理单元执行的处理的流程图;以及
图15是用于说明图像的坐标和对应于这些图像的坐标的屏幕上的坐标的示意图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述本发明的实例实施例。
图1是根据本发明的实施例的图像投影设备(下文中称为“投影仪”)的示意图。投影仪包括光源1、积分器棒(rod integrator)2、空间光调制器(SLM)3、投影光学系统4、屏幕5、图像处理装置11以及照明光学系统20。
如图1所示,SLM3接收图像信号14,其为来自包括图像处理单元16和图像生成单元12的图像处理装置11的在每个像素区域上的图像信息。详细地,图像处理装置11处理从外部装置接收的源图像15,并且输出处理后的图像作为图像信号14。
光源1包括以二维阵列排列的多个发光二极管(LED)。为了防止光泄露,优选地布置光源使得LED的发光部分被封装在积分器棒2中。LED被配置用于由从外部电源(未显示)提供的电源同步地发射光线。以预定的形式布置发射红(R)、绿(G)、蓝(B)的原色的单色光的LED使得当所有的LED发射光的时候得到平面白光。如上所述,LED被用作光源1。可选地,可以使用利用其他发光原理的光源,例如半导体激光器件,其是点光源并且发射消耗更低电能的光。
积分器棒2形成顶端切除的棱锥,其由例如朝向末端加宽的四面壁组成。积分器棒2的内壁是反射表面。通过将相同尺寸的四面镜子结合在一起使得一对的两面镜子彼此相对来形成积分器棒2。可选地,将四面镜子结合以形成积分器棒2,其中每面镜子是通过将由例如铝构成的金属膜沉积到树脂版等上或者使用粘合剂将反射膜粘结到树脂版上等而获得的。对于所有类型的结构,积分器棒2的内壁优选地是光滑镜面,其上光可以在内壁上全反射以减少光损耗。通过积分器棒2引导的光束在内壁表面反射,并且在积分器棒2的输出表面获得均匀(homogeneous)光分布。积分器棒2的配置不局限于以上所述。具有导光功能的固体透明材料可以被用于积分器棒2,并且积分器棒2的形状不局限于顶端切除的棱锥,其可以是棱柱或圆柱。
照明光学系统20由光源1和积分器棒2组成。
由于SLM基于光源对光执行空间调制并且生成图像,例如,已经研发出使用液晶的SLM和使用微镜阵列器件的数字镜器件(DMD)。发送式液晶投影仪具有如图1所示的光学排列结构,其中使用液晶的SLM 3对于来自光源1的光束在像素单元区域基础上进行滤波并且生成图像,投影光学系统4在屏幕5上形成图像。每个像素上的图像信息作为图像信号14被发送至SLM 3。当使用激光光源时,可以使用空间光调制系统,其中小型镜被用于以光束扫描屏幕,并且通过调制激光光源来生成图像信息。
根据本实施例,因为图像处理单元16对于要被输入到SLM 3的图像信息进行处理,由此补偿投影光学系统的成像性能的恶化引起的投影图像的恶化,该恶化是由于为了简化投影光学系统而减少投影透镜的数目引起的。在图像处理单元16对于图像信息进行处理之后,图像生成单元12将图像信息转换为驱动信号以输入到SLM 3,并且在SLM 3上形成图像。
作为图像处理方法的例子,使用用于补偿投影光学系统的投影图像的恶化的逆滤波处理。例如,设计用于补偿调整传递函数(MTF)的恶化的逆滤波器,MTF是用于评估对比度重现的透镜性能的指标,并且图像处理单元16将逆滤波器用于源图像15来生成对于投影光学系统3恰当的图像,并且将该图像输出至SLM 3。例如,逆滤波器是维也纳滤波器。
逆滤波处理是通过执行逆操作来补偿由于投影图像的MTF的恶化引起的图像信息的转换(transformation),即,通过执行逆转换处理来补偿投影图像的MTF的恶化的方法。使用这样的图像处理方法,如果处理后的图像信息在调制范围内,即,动态范围(DR)内,其中SLM 3可以再现图像信息,即,如果源图像不是极接近于白色或黑色,即使透镜的成像质量恶化,源图像也可以被精确地再现为投影图像。
下面简要描述维也纳滤波器。维也纳滤波器是如下表述的线性滤波器:
其中FT是二维傅立叶变换,IFT是二维傅里叶逆变换,*是复共轭,w(x,y)是逆滤波器系数,h(x,y)是投影光学系统4的点扩展函数(PSF),c是常数,其根据由于下面描述的饱和量引起的变形量而被设置为恰当的值。通过这个计算,设计线性逆滤波器,即,w(x,y)。
等式(2)用于将滤波器w(x,y)应用至图像。
f(x,y)=limitw[g(x,y)*w(x,y)] (2)
其中*是卷积积分,f(x,y)是在坐标(x,y)的滤波器输出图像的亮度,g(x,y)是源图像(滤波器输入图像)的亮度,并且limitw(A)是其中当A>255时A=255,当A<0时A=0的函数。在这种情况下,最大值是255,最小值是0。然而,实际上,设置了SLM 3的DR的最大值和最小值。
图2A到2C是用于说明由滤波处理导致的图像信息中的变化的示意图。图2A是源图像的图像信息的示意图,图2B是对其执行了逆滤波处理的图像信息的示意图,以及图2C是对其执行了饱和处理的图像信息的示意图。
对于图2A到2C,由于要被输入到SLM 3的图像信号和源图像数据的亮度信息的每一个都是8比特,在DR中的最小值是0,最大值是255。当使用例如维也纳滤波器的线性逆滤波器时,引起下述缺点。
如图2B所示,如果对于具有对应于接近白色或黑色的部分(像素区域)的大量高频分量的源图像执行逆滤波处理,处理后的图像信息具有其中图像信息可以被SLM 3再现的范围之外的部分(即,像素区域)。由于这个原因,在调制范围之外的部分通常使用调制范围的最大值和最小值在调制范围之中被饱和,并且如图2C所示饱和的图像信息被发送至SLM 3以生成投影图像。然而,由于这个处理包括作为非线性处理的饱和,在投影图像中发生失真,这导致不反应源图像的投影图像。
图3A和3B是用于说明对作为源图像的样本图像执行图像处理的结果的图形。图3A是要被输入到SLM 3的源图像数据和信息的图形,图3B是要被投影到屏幕5上的图像以及在屏幕5上的对其每个执行了滤波的图像的图形。
图3A和3B所示的参考符号Av0和Avb各自表示源图像的平均亮度和使用传统处理获得的平均亮度。
图4A到4F是被投影为二维图像的图像的示意图。
参考图3A和3B描述由根据本实施例的投影仪执行的处理。为了更容易理解,获得二维图像的横截面的部分,并且其一维图形被用于说明。处理二维源图像的结果被显示在图4A到4F中。作为样本图像,使用具有预定振幅和空间频率的图像。此外,样本图像具有SLM 3的DR的中值之下的平均亮度。
投影图像(见图3B)越接近源图像越优。然而,虽然与不使用图像处理单元16的情况相比传统处理增加了振幅,平均亮度与图3B所示的源图像的平均亮度不同。此外,如在图4E所示,图像的白色部分更明显,并且投影图像看起来和源图像不同。特别地,与不使用图像处理单元16的情况相比,投影图像和源图像之间的差别是显著的,这表示由于传统处理图像质量恶化了,即,上面描述的失真。
图像处理单元16具有第一和第二补偿函数。第一补偿函数用于强调源图像的空间频率分量的高频范围。如果使用第一函数的结果是投影图像的每个部分的平均亮度都低于源图像的平均亮度,则使用第二补偿函数,即,执行补偿操作以增加其亮度高于源图像的平均亮度的区域。另一方面,如果使用第一函数的结果是投影图像的平均亮度高于源图像的平均亮度,则使用第二补偿函数,即,执行补偿操作以增加其亮度低于源图像的平均亮度的区域。在这个例子中,由于通过第一补偿函数的补偿操作,强调高频范围的结果是投影图像的平均亮度高于源图像的平均亮度,这与传统处理的结果相同,所以通过第二补偿函数来增加其亮度低于源图像的平均亮度的区域。由此,在要被输入到SLM3的对其执行了传统图像处理的图像信息中,其亮度低于源图像的平均亮度的区域等于其亮度高于源图像的平均亮度的区域。另一方面,通过根据本实施例的处理,增加了其亮度低于源图像的平均亮度的区域。结果,投影图像的平均亮度与源图像的平均亮度一致而没有失真。此外,由于强调了高频范围,与不使用图像处理单元16的情况相比,接近于源图像的图像可以被投影。
如上所述,由于图像生成单元12根据源图像的每个部分的平均亮度在SLM 3的DR的约束条件中(下文中称为“DR约束条件”)中执行根据本实施例的处理而不是传统处理,通过获得投影光学系统4和SLM 3的性能的全部优点来得到理想的投影图像。由于SLM 3的DR约束条件,根据本实施例的滤波器对于输入图像是非线性的,并且根据图像恰当地执行处理。由于这个原因,滤波器被称为“非线性自适应滤波器”。
图5是使用非线性自适应滤波器161的图像处理单元16的示意图。下面详细描述非线性自适应滤波器161的两个例子。非线性自适应滤波器161的第一个例子是对于作为更新等式的等式(3)进行求解的重复更新滤波器。在非线性自适应滤波器161中,计算投影图像的复本,并且将该复本与要被投影的图像相比较,以通过贝叶斯理论来得到在SLM 3的DR之中要被投影的图像。
其中f(x,y)是在坐标(x,y)的滤波器输出图像的亮度,g(x,y)是源图像(滤波器输入图像)的亮度,h(x,y)是投影光学系统4的点扩展函数,k是求解等式(3)的重复次数的指数,并且由虚线环绕的部分是滤波器输出图像,即,要被输入到SLM 3和PSF的图像信号的卷积积分,即,通过投影光学系统4投影的计算的投影图像。此后,该图像被称为“投影图像的复本”。
在等式(3)中,应用贝叶斯理论来重复地计算滤波器输出用于从投影图像的复本中随机地获得接近于源图像的投影图像。由于在等式(3)的右侧没有负项,来自等式(3)的滤波器输出图像总是大于0。换句话说,构成满足SLM 3的DR约束条件的负数侧的自适应逆滤波器。
通过加入以最大值使等式(3)饱和的函数,获得等式(4)。
其中limit(A)是其中当A>255时A=255的函数。在这种情况下,最大值是255。然而,实际上,设置了SLM 3的最大值。使用等式(4),在对等式(4)重复求解的过程中满足SLM 3的DR约束条件的正数侧和负数侧。换句话说,通过非线性自适应滤波器161,优化其中加入了SLM 3的DR约束条件的投影图像。当处理彩色图像时,对于R、G和B的每一个执行等式(4)的求解。
图6是使用等式(4)的非线性自适应滤波器161的示意图。非线性自适应滤波器161包括复本图像生成单元90,其计算的等式(4)的右侧的分母,除法器91,使用作为分子的输入来执行除法操作,卷积积分器92,其对来自除法器91和投影光学系统4的PSF的结果执行卷积积分操作,乘法器93以及上限器94来执行乘法操作以及使结果饱和。
由于除法位于等式(3)和(4)的右侧,当这些滤波器被配置为硬件时,其中存储除法的结果的查找表的使用是有效的。特别地,除法器91包括查找表是有效的。例如,对于8比特信息,其满足查找表与当C=A/B时A=0到255,B=0到255的组合兼容。
非线性自适应滤波器161的另一个例子对等式(5)进行求解。
(5)
其中f(x,y)是在坐标(x,y)的滤波器输出图像的亮度,g(x,y)是源图像(滤波器输入图像)的亮度,h(x,y)是投影光学系统4的点扩展函数,k是求解等式(5)的重复次数的指数并且是正常数,由虚线环绕的部分是滤波器输出图像,即,要被输入到SLM 3和PSF的图像信号的卷积积分,即,通过投影光学系统4投影的计算的投影图像(即投影信息的复本),limitw(A)是其中当A>255时A=255,当A<0时A=0的函数。在这种情况下,最大值是255,最小值是0。然而,实际上,设置了SLM 3的DR的最大值和最小值。
在等式(5)中,得到实际源图像和投影图像的复本的差别,并且基于该差别和PSF的卷积来更新滤波器输出图像。在等式(5)中,在对等式(5)重复求解的过程中满足SLM 3的DR约束条件的正数侧和负数侧。换句话说,通过非线性自适应滤波器161,优化其中加入了SLM 3的DR约束条件的投影图像。当处理彩色图像时,对于R、G和B的每一个执行等式(5)的求解。
图7是使用等式(5)的非线性自适应滤波器161的示意图。图8是由图像处理单元16执行的处理的流程图。非线性自适应滤波器161包括复本图像生成单元90,其计算的等式(5)的投影图像的复本,减法器96,使用输入执行减法操作,卷积积分器92,其对来自减法器96和投影光学系统4的PSF的结果执行卷积积分操作,以及加法器95以及上/下限器97来执行加法操作以及使结果饱和。
在将值指定给图8所示变量之后,对于等式(4)或(5)重复求解预定的次数。结果,将滤波器结果指定给f。在输出f之后,结束处理。输入图像信息被用作输出图像信息的初始值。通过对于等式(4)或(5)重复求解约10次可以获得足够的结果。
由于投影光学系统4的成像性能从光轴中心向围绕光轴中心的区域大幅度恶化,投影图像的精度从光轴中心向围绕光轴中心的区域恶化。通过在不同部分改变等式(5)中作为投影图像的中心部分的h(即,PSF)和围绕中心部分的区域,可以补偿围绕中心部分的区域的精度损失。由于逆滤波处理的特性,容易引起其中可以再现图像信息的DR之外的像素区域,特别是在距离光轴中心远的区域。这是因为作为投影光学系统4的特性,在远离光轴中心的区域成像性能容易恶化,并且对于源图像来说硬逆滤波处理是必须的以补偿该恶化。在这种情况下,根据本实施例的处理是非常有效的。
在使用可以改变在屏幕上的投影图像的大小的变焦光学系统的投影仪中,可以通过改变与投影光学系统4的变焦位置和光圈大小相关的h(即,PSF)来投影更高质量的图像。
等式(4)的修改的例子被表示为:
其中c是常数。
因为c被加到等式(3)或(4)的右侧的分母中,即使分母的投影图像的复本是0,也可以避免除以0,由此可以执行高质量的滤波处理。应该满足c是例如0.001的任意小的值,或者c是1,这使得容易操作。
等式(5)的修改的例子被表示为:
其中fun(x)是函数。在等式(7)中,在得到实际源图像和复本的差别之后,使用预定函数(即,fun(x))获得的值被用作误差量。fun(x)可以满足fun(x)=|x|*x,其中|x|是x的绝对值,或者fun(x)=x3。例如,已知人眼对于亮度具有对数标尺的感知。通过恰当地调整函数,可以获得考虑人眼的特性的最小误差量的图像。
此外,例如,可以使用传统方法,其能够以比带有时间分割系统的SLM3更高的分辨率进行图像的投影,在时间分割系统中,例如,SLM 3在子像素长度的范围内波动,并且以波动的定时在恰当的定时于SLM 3上显示图像。该方法在例如Wobulation:Doubling the Addressed Resolution of ProjectionDisplays,47.4,SID05 DIGET.(www.hpl.hp.com/personal/Robert_Ulichney/papers/2005-wobulation-SID.pdf)以及Frontiers of Technology:Pxel Shift Technology(http://www.ricoh.co.jp/tech/15/15_02.html)中公开。
然而,由于在这个方法中每个原始像素的大小不变,即使SLM 3在子像素长度的范围内波动,使用子像素移位构成的像素具有像素重叠的部分,其不可避免地恶化分辨率(即,MTF)。
如果将根据上述实施例的补偿投影光学系统4的恶化分量的方法应用到上面的传统方法中,除了投影光学系统4的恶化之外通过将像素的重叠的影响加入到PSF,可以补偿PSF的恶化以及子像素移位引起的分辨率恶化。
图9A和9B是用于说明例子1的等式(4)的效果的图形。图9A是要被输入到SLM3的源图像的数据和信息的图形,图9B是在屏幕5上要被投影的图像以及对每个执行了滤波的图像。为了更容易理解,获得二维图像的横截面的部分,并且其一维图形被用于说明。使用样本图像,其中以常数空间频率从图像的左侧到右侧改变振幅。样本图像的平均亮度高于SLM 3的DR的中间值。图9A表示源图像以及对每个执行了滤波的向SLM的输入的亮度。图9B表示源图像的亮度(理想值)以及向其每个执行了滤波并且由投影光学系统4投影到屏幕5上的投影图像的亮度。
如图9B所示,两个滤波器都正常工作并且以与源图像相同的亮度来投影从半色调部分(从图形的左侧)到中间部分的图像的部分。然而,因为传统滤波器使具有SLM 3的DR的最大值之外的亮度的部分饱和,并且平均亮度减小,所以通过使用传统滤波器的处理(即,等式(2)),投影图像的平均亮度和源图像的平均亮度之间的差别(即,失真)从SLM 3的DR之外的部分(即,图形中的右侧部分)增加。这不仅引起了图像的失真还引起了彩色图像中颜色之间的失衡,这导致色移。另一方面,通过使用根据本实施例的非线性自适应滤波器161(即,等式(4))的处理,因为调整了其亮度高于原始图像的平均亮度的区域和其亮度低于原始图像的平均亮度的区域,投影图像的平均亮度不会大幅减小。此外,处理包括用于强调范围内的高频范围的理想滤波,并且通过等式(4)得到最接近于源图像的投影图像。
图10A和10B表示使用等式(5)可以获得与等式(4)相同的效果。
图11是由投影仪实际投影到屏幕5上的图像1和2的示意图。稍微增加图像1和2之间的差别以容易地看到差别。
图11所示的图像1和2分别是三维物体的照片和平面图像的照片。如图11所示,在使用传统滤波器(即,等式(2))处理的图像1和使用非线性自适应滤波器161(即,等式(4))处理的图像1中补偿由于投影光学系统4引起的对比度恶化,与没有经过图像处理单元16处理的模糊的图像1相比,处理后的图像1是清楚的。传统滤波器(即,等式(2))和非线性自适应滤波器161(即,等式(4))可以获得相同的效果。
然而,如图11所示,当使用传统滤波器(即,等式(2))处理具有高对比度的图像2时,在图像的字符周围发生噪声(即,连接)。该噪声是由于SLM3的DR的最大值和最小值上下的部分的饱和引起的。另一方面,使用非线性自适应滤波器161(即,等式(4))处理的图像2具有略高的对比度,并且与没有经过图像处理单元16处理的图像相比没有失真。换句话说,通过非线性自适应滤波器161(即,等式(4)),可以执行能够最好使用SLM 3的DR的理想处理。
根据例子1,因为要求重复大约10次非线性自适应滤波器161的计算,从电路大小的观点来看,比传统线性逆滤波器更大量的计算可能是一个问题。为了减少计算的重复次数,以下结构是有效的,其中使用公式(2)的线性逆滤波器被用作在先的电路,并且从线性逆滤波器输出的图像信息被用作非线性自适应滤波器161的输出图像信息的初始值。因为使用等式(2)的线性逆滤波器被首先使用,对于非线性自适应滤波器161重复计算的次数可以被减少到1到3次,这大幅地减小了计算量,即,电路大小。
图12是例子2的图像处理单元16的示意图。例子2的图像处理单元2包括使用等式(4)或(5)的非线性自适应滤波器161以及使用等式(2)的线性逆滤波器162。线性逆滤波器162输出非线性自适应滤波器161的输出图像信息的初始值。图13是线性逆滤波器162的示意图。线性逆滤波器162包括卷积积分器80以及上/下限器来对等式(2)求解。
图14是由如图12所示的图像处理单元16执行的处理的流程图。执行线性逆滤波处理,其中在将值指定给图14所示的变量之后,对于等式(2)以预定数目重复求解。结果,将滤波器结果指定给f。f输出之后,结束处理。在这个方法中,通过对等式(4)或(5)重复求解2次可以获得充分的结果,这大大减小了计算量。
为了减少处理彩色图像的计算量,其中不对R、G、B的每一个执行使用等式(4)或(5)的非线性自适应滤波器161的操作的方法是有效的。详细地,将RGB信息转换为亮度信息和对比度信息,并且仅对亮度信息执行使用等式(4)或(5)的非线性自适应滤波,然后利用人眼对于彩色信息不敏感的事实基于滤波后的信息获得RGB信息。这个方法进一步将计算量减小到对每个R、G、B执行计算的情况的计算量的三分之一。
图15是用于说明图像的坐标和在平面5上的坐标的示意图。投影图像的复本的项位于等式(3)到(5)的每一个的右侧。可以将图像被投影到其上的屏幕5的效果加到复本的项中。例如,如果屏幕5具有不完全是白色的表面,即,具有图案,通过将屏幕5的反射率乘以复本的项,可以获得取消屏幕5上的图案的投影图像。
下面描述等式(8),等式(8)是等式(4)的改进等式并且获得上面的效果。
其中s(x,y)是屏幕5在坐标(x′,y′)的反射率。
下面描述等式(9),等式(9)是等式(5)的改进等式并且获得上面的效果。
(9)
其中s(x,y)是屏幕5在对应于SLM 3上的坐标的坐标处的反射率,并且(x′,y′)是屏幕5上的坐标。在SLM 3上形成的图像被投影光学系统4投影到屏幕5上。因为(x′,y′)是屏幕5上的坐标,由此获得在SLM 3上的对应于屏幕5上的坐标的坐标。
当屏幕5上的图案是彩色图案时,可以分别使用对于R、G、B的不同的反射率,即,s(x,y),通过执行计算来进行补偿。
拍摄由投影仪投影的图像的照相机可以被布置在投影仪上,可以分析由照相机拍摄的图像来获得s(x,y),即,屏幕5的反射率。
通过这个方法,可以通过充分利用SLM 3的DR来获得其中对于屏幕5和投影光学系统4上的图案进行补偿的图像信号。由此,正确反映源图像的图像可以被投影在例如图案墙或彩色墙上。
如上所述,根据本发明的一个方面,可以提供用于投影正确反映源图像的高质量图像的方法和设备。
虽然为了完整和清晰的公开,本发明对于特定实施例进行描述,但是附带的权利要求并不由此受限,而是表示为体现本领域的普通技术人员可以进行的所有修改和替换结构,其全部内容结合于此作为参考。
Claims (15)
1.一种用于图像投影设备投影图像的方法,该图像投影设备包括发射光束的照明光学系统、处理源图像的图像信息的图像处理装置、基于源图像的图像信息来调制光束的空间光调制器以及将空间光调制器调制的光束在屏幕上投影为投影图像的投影光学系统,该方法包括:
补偿操作,包括图像处理装置执行第一补偿,该第一补偿强调源图像的图像信息的空间频率分量的高频范围,以及执行第二补偿,当确定投影图像的图像信息的平均亮度低于具有其上执行第一补偿的单一空间频率的源图像的图像信息的平均亮度时,该第二补偿增加其亮度高于投影图像的图像信息中的源图像的图像信息的平均亮度的区域,以及当确定投影图像的图像信息的平均亮度高于源图像的图像信息的平均亮度时,该第二补偿增加其亮度低于投影图像的图像信息中的源图像的图像信息的平均亮度的区域。
2.根据权利要求1所述的方法,其中补偿操作进一步包括
复本图像信息生成,包括图像处理装置由第一补偿生成用于获得在屏幕上的投影图像的复本图像信息;
第一图像信息生成,包括图像处理装置基于源图像的图像信息的亮度和复本图像信息的每个像素的亮度的相除生成第一图像信息;
第二图像信息生成,包括图像处理装置基于第一图像信息的亮度和投影光学系统的点扩展函数之间的卷积积分生成第二图像信息;以及
输出图像信息生成,包括图像处理装置基于第二图像信息的亮度和输出图像信息的每个像素的亮度的积生成和更新输出图像信息。
3.根据权利要求2所述的方法,其中补偿操作进一步包括亮度调整,包括图像处理装置将高于额定的最大值的输出图像信息的像素的亮度调整为额定的最大值。
4.根据权利要求1所述的方法,其中补偿操作进一步包括
复本图像信息生成,包括图像处理装置由第一补偿生成用于获得在屏幕上的投影图像信息的复本图像信息;
第一图像信息生成,包括图像处理装置基于复本图像信息的每个像素的亮度和源图像的图像信息的亮度的相除生成第一图像信息;
第二图像信息生成,包括图像处理装置基于第一图像信息的亮度和投影光学系统的点扩展函数之间的卷积积分生成第二图像信息;
输出图像信息生成,包括图像处理装置基于第二图像信息的亮度和输出图像信息的每个像素的亮度的和生成和更新输出图像信息;以及
第一亮度调整和第二亮度调整的至少一个,第一亮度调整包括图像处理装置将高于额定的最大值的输出图像信息的像素的亮度调整为额定的最大值,第二亮度调整包括图像处理装置将低于额定的最小值的输出图像信息的像素的亮度调整为额定的最小值。
5.根据权利要求2到4的任一项所述的方法,其中补偿操作进一步包括复本图像信息生成,包括图像处理装置基于输出图像信息的亮度和投影光学系统的点扩展函数的卷积积分生成复本图像信息。
6.根据权利要求2到5的任一项所述的方法,其中补偿操作进一步包括
初始值生成,包括图像处理装置在生成复本图像信息之前由源图像的图像信息和投影光学系统的点扩展函数的逆滤波系数的卷积生成输出图像信息的初始值;以及
第一亮度调整和第二亮度调整的至少一个,第一亮度调整包括图像处理装置将高于额定的最大值的输出图像信息的初始值的像素的亮度调整为额定的最大值,第二亮度调整包括图像处理装置将低于额定的最小值的输出图像信息的初始值的像素的亮度调整为额定的最小值。
7.根据权利要求2到6的任一项所述的方法,其中补偿操作进一步包括修改的复本图像生成,包括图像处理装置基于在屏幕上的坐标处的复本图像信息的亮度和对应于复本图像信息的坐标的坐标处的屏幕的反射率的积生成修改的复本图像信息。
8.一种用于投影图像的设备,包括:
照明光学系统(20),用于发射光束;
图像处理装置(161),用于处理源图像的图像信息;
空间光调制器(3),基于源图像的图像信息来调制光束;以及
投影光学系统(4),将空间光调制器(3)调制的光束在屏幕上投影为投影图像,其中
图像处理装置(161)包括
复本图像信息生成单元(90),在屏幕上生成用于获得投影图像的复本图像信息;
第一图像信息生成单元(91),基于源图像的图像信息的亮度和复本图像信息的每个像素的亮度的相除生成第一图像信息;
第二图像信息生成单元(92),基于第一图像信息的亮度和投影光学系统(4)的点扩展函数之间的卷积积分生成第二图像信息;
输出图像信息生成单元(93),基于第二图像信息的亮度和输出图像信息的每个像素的亮度的积生成和更新输出图像信息。
9.根据权利要求8所述的设备,其中输出图像信息生成单元(93)包括最大值限制单元(94),其将高于额定的最大值的输出图像信息的像素的亮度调整为额定的最大值。
10.根据权利要求8所述的设备,其中图像处理装置(161)进一步包括用于执行除法的数值表。
11.一种用于投影图像的设备,包括:
照明光学系统(20),用于发射光束;
图像处理装置(161),用于处理源图像信息;
空间光调制器(3),基于处理源图像信息的结果来使用空间调整对光束进行调制;以及
投影光学系统(4),将空间光调制器(3)调制的光束在屏幕上投影为投影图像,其中
图像处理装置(161)包括
复本图像信息生成单元(90),在屏幕上生成用于获得投影图像的复本图像信息;
第一图像信息生成单元(96),基于源图像的图像信息的亮度和复本图像信息的每个像素的亮度的相除生成第一图像信息;
第二图像信息生成单元(92),基于第一图像信息的亮度和投影光学系统(4)的点扩展函数之间的卷积积分生成第二图像信息;
输出图像信息生成单元(95),基于第二图像信息的亮度和输出图像信息的每个像素的亮度的和生成和更新输出图像信息;以及
最大值限制单元(97)和最小值限制单元(97)的至少一个,最大值限制单元(97)将高于额定的最大值的输出图像信息的像素的亮度调整为额定的最大值,最小值限制单元(97)将低于额定的最小值的输出图像信息的像素的亮度调整为额定的最小值。
12.根据权利要求8到11的任一项所述的设备,其中复本图像信息生成单元(90)基于输出图像信息的亮度和投影光学系统(4)的点扩展函数的卷积积分生成复本图像信息。
13.根据权利要求8到12的任一项所述的设备,其中图像处理装置(161)进一步包括
输出图像信息初始值生成单元,在生成复本图像信息之前由源图像的图像信息和投影光学系统(4)的点扩展函数的逆滤波器系数的卷积生成输出图像信息的初始值;以及
最大值限制单元和最小值限制单元的至少一个,最大值限制单元将高于额定的最大值的输出图像信息的初始值的像素的亮度调整为额定的最大值,最小值限制单元将低于额定的最小值的输出图像信息的初始值的像素的亮度调整为额定的最小值。
14.根据权利要求8到13的任一项所述的设备,其中复本图像信息生成单元(90)基于在屏幕上的坐标处的复本图像信息的亮度和对应于复本图像信息的坐标的坐标处的屏幕的反射率的积生成修改的复本图像信息。
15.根据权利要求8到14的任一项所述的设备,其中点扩展函数是根据屏幕上的坐标变化的函数。
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