用于在图像显示系统中衍射伪像减少的方法和装置制造方法及图纸

对于减少来自数字图像投影系统的显示图像中的衍射伪像的示例方法(图9，900)，数字控制器耦合到空间光调制器。空间光调制器包括二维像素阵列。该方法包括接收包含像素图像数据的信号(图9，901)并且处理该像素图像数据以确定像素的期望灰阶。将期望的灰阶与数字图像投影系统的可获得灰阶比较(图9，903)。确定上限可获得灰阶并且确定下限可获得灰阶(图9，911)。另外，确定用于期望灰阶的抖动百分比。该方法选取上限可获得灰阶和下限可获得灰阶中的一个(图9，913)。另外，选取修改的下限灰阶来减少抖动百分比(图9，915)。

Method and device for reducing diffraction artifact in an image display system

A digital controller is coupled to a spatial light modulator for reducing the diffraction artifact in a display image from a digital image projection system (Fig. 9900). A spatial light modulator includes a two-dimensional pixel array. The method includes receiving a signal containing pixel image data (Fig. 9901) and processing the pixel image data to determine the desired gray scale of the pixel. The desired gray scale is compared with the available gray scale of the digital image projection system (Fig. 9903). The upper limit can be obtained gray scale and the lower limit can be obtained gray scale (Figure 9911). In addition, determine the percentage of jitter for the expected gray scale. The upper bound of the gray scale and the lower bound can be obtained by this method, and one of the gray scale can be obtained (Figure 9913). In addition, the lower gray scale is selected to reduce the percentage of jitter (Fig. 9915).

【技术实现步骤摘要】
用于在图像显示系统中衍射伪像减少的方法和装置
本专利技术总体涉及使用空间光调制器来调制具有图像像素信息的光以产生图像的视频显示系统，更具体地涉及使用反射空间光调制器来调制具有图像信息的照明光的数字图像投影光学设备，诸如图像投影和显示设备。
技术介绍
通常在投影系统中使用空间光调制器(SLM)诸如数字微镜设备(DMD)、液晶显示器(LCD)和硅上液晶(LCoS)设备来投影图像。光学投影系统可以包括电视、视频显示器和投影仪。光学投影系统通常形成为两部分，这两部分是：用于生成和收集照明图像所需的光线的照明系统以及用于将照明图像光线收集到投射最终图像的投影透镜中的投影系统。至少一个空间光调制器接收来自照明系统的照明光线，调制接收的光具有视觉显示的图像数据，并将图像光线传输到投影系统用于投影。在许多系统中，空间光调制器是反射像素元件的阵列。SLM可为接收数字图像数据并反射(或不反射)照明光从而形成与数字图像数据对应的图像的DMD。已经借助具有相对较小像素间距(pixelpitch)的DMD(诸如像素间距小于7微米的DMD)来实现投影系统。例如，当前可购自德州仪器公司的DMD设备在二维阵列中具有多达2百万个可单独寻址的像素镜像元件。结合这些新的较小设备的系统可由于像素元件和照明光之间的潜在相互作用而增加一些可见伪像。具有小于约7微米的小像素间距的DMD操作为用于所使用的照明光波长的衍射光栅。这种相互作用可以在显示的图像中产生可见的伪像。另外，经应用以在这些系统中的可直接产生的灰度级之间产生精确灰阶输出的抖动可以创建额外可见衍射伪像。虽然参考用作SLM的DMD来描述本文中所述的示例，但是可以在其他SLM设备(诸如LCoS设备)中发现相同的相互作用。衍射伪像特别可见在所显示图像中的浅梯度(shallowgradient)上。使用抖动技术来创建用于阴影的灰阶再现，该阴影落在系统可以用脉冲宽度调制直接产生的有限数量的灰度之间。通过在可重现灰度之间交替，经由这些灰度之间的“抖动”创建所期望的灰度。当像素间距减少到这些新的小尺寸时，抖动技术也可以作为可见光波长的干涉图案(pattern)来操作。然后，可见的灰度比预期的更亮(由于相长干涉)或比预期更暗(由于相消干涉)。
技术实现思路
对于减少在来自数字图像投影系统的所显示图像中的衍射伪像的示例方法，数字控制器耦合到空间光调制器。该空间光调制器包括二维像素阵列。该方法包括接收包含像素图像数据的信号并且处理该像素图像数据以确定用于像素的期望灰阶。将期望的灰阶与数字图像投影系统的可获得灰阶(achievablegrayscale)进行比较。确定上限可获得的灰阶并且确定下限可获得的灰阶。另外，确定用于所期望灰阶的抖动百分比。该方法选取上限可获得的灰阶和下限可获得的灰阶中的一个。另外，选择修改的下限灰阶以减少抖动百分比。附图说明图1描绘了结合嵌入式光学投影系统的设备的简化框图。图2描绘了常规投影系统的一部分的简化框图。图3描绘了常规光学投影系统的数据路径部分的简化框图。图4描绘了当使用抖动以从空间光调制器产生灰阶强度时图像投影系统的非线性响应的曲线图。图5描绘了具有衍射伪像减少的示例实施例的框图。图6描绘了抖动百分比值对示例系统的灰度强度绘制的曲线图。图7示出常规图像投影系统的性能结果与结合示例实施例的图像投影系统的性能结果相比较的曲线图。图8示出了第一示例方法的流程图。图9示出了第二示例方法的流程图。图10示出用于衍射伪像减少的系统的框图。具体实施方式除非另有说明，不同图中的相应数字和符号通常指相应部分。附图不一定按比例绘制。在所描述的示例中，由于衍射诱导的灰度阶(grayscaleshade)再现的非线性，光学投影系统具有减少或消除的可见伪像。当抖动技术用于产生在系统可以直接获得的灰度阶之间的灰度阶时，示例实施例是特别有利的。在示例实施例中，抖动(dithering)仅应用到低强度位平面，从而将伪像减小到比人类视觉系统的可感知能级低的能级(level)。术语“耦合”可以包括由中间元件进行的连接，并且可以在“耦合”的任何元件之间使用附加元件和各种连接。在一些情况下，数据传输的描述可以指“线(line)”。术语“线”也可以指行或列，且在本文中这些术语可以互换使用。虽然一些DMD控制器用于传输数据的线的布置，但是在其他布置传输列时，DMD中的像素的“行”和“列”可以互换，并且术语“线”、“行”和“列”都可以用来描述到DMD的数据传输。图1示出示例常规投影系统100的俯视图或平面图的系统框图。使用常规反向全内反射(RTIR)投影架构来配置系统100。如下文进一步描述的，在RTIR架构中，反向全内反射棱镜用于在空间光调制器和投影光学器之间的投影路径。然而，示例实施例不限于特定照明系统或投影系统。在系统100中，由红色LED102、绿色LED103和蓝色LED106(RGB)LED提供照明。然而，也可以使用替换性的照明源，诸如具有反射器的白炽灯、带有色轮的单灯、激光和激光-磷光体照明。LED可以包括光学涂层或准直光学器41，其操作收集和准直由LED输出的光。可以使用其他配色方案，诸如白色、青色等。如图1所示，在单个集成设备上示出两个LED102和106，并且在该示例中它们是红色LED设备和绿色LED设备，而蓝色LED103是独立分立元件。在替换系统中，使用三个单独的LED，并且可以使用X盒形形式的两个二向色板以将三种颜色(RGB)组合成照明源。在图1所示的具体示例中，二向色板108在一个表面反射来自红色LED106的光、在第二表面反射来自绿色LED102的光，并使来自蓝色LED103的光通过照明路径。在替换性布置中，可以使用许多LED或可以使用多个LED，而不是针对每种颜色使用一个LED。色轮也可以与白色照明灯一起使用，以便诸如创建颜色。在图1中，附加准直器119被放置在LED102、LED106和二向色板108之间。准直器减小光束发散角度。积分器107放置在二向色板之后的照明路径中。积分器107可为“蝇眼式(fly’s-eye)”积分器(也称为透镜阵列)，或者是杆式积分器或管式积分器。积分器107产生更均匀的光束，其然后可以通过一个或多个中继透镜(诸如中继器111)传输。中继光学器诸如111可以延长照明路径的长度。镜113折叠照明光路。该反射折叠镜还使得照明光线能够以一定角度到达空间光调制器121。因为DMD121通过倾斜反射镜来调制光，所以照明光线必须以一定角度撞击镜。折叠镜113可以更容易地获得照明光线到DMD121表面的角度的控制。附加的中继光学器诸如117可以放置在反射镜113和DMD121之间。如图1所示，当采用反射空间光调制器(诸如DMD121)时，进入DMD封装件的来自反射镜113的照明光线和离开DMD镜的反射图像光线需要物理分离以避免干涉。RTIR棱镜可将照明系统的进入光线与传输到投影光学器中的图像光线分离。标题为“CouplingPrismAssemblyandProjectionSystemUsingSame”的编号为5,309,188的美国专利(其全部内容以引用方式并入本文)公开了使用全内反射以在小空间中分离照明光路和投影光路的棱镜布置。如图1所示，楔形棱镜115本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减少来自数字图像投影系统的显示图像中的衍射伪像的方法，所述数字图像投影系统包括通过数据接口耦合到空间光调制器的数字控制器，其中所述空间光调制器包括二维像素阵列，所述方法包括：在所述数字控制器处接收包含像素图像数据的信号；处理所述图像数据以确定由所述空间光调制器产生的像素的期望灰阶；将所述期望灰阶与所述数字图像投影系统的可获得灰阶进行比较；确定大于所述期望灰阶的上限可获得灰阶；确定小于所述期望灰阶的下限可获得灰阶；确定用于所述期望灰阶的抖动百分比；响应于所述确定，选择所述上限可获得灰阶和所述下限可获得灰阶中的一个；以及如果选择所述下限可获得灰阶，则选取修改的下限灰阶以降低所述抖动百分比。

【技术特征摘要】
2016.04.20 US 15/134,0541.一种减少来自数字图像投影系统的显示图像中的衍射伪像的方法，所述数字图像投影系统包括通过数据接口耦合到空间光调制器的数字控制器，其中所述空间光调制器包括二维像素阵列，所述方法包括：在所述数字控制器处接收包含像素图像数据的信号；处理所述图像数据以确定由所述空间光调制器产生的像素的期望灰阶；将所述期望灰阶与所述数字图像投影系统的可获得灰阶进行比较；确定大于所述期望灰阶的上限可获得灰阶；确定小于所述期望灰阶的下限可获得灰阶；确定用于所述期望灰阶的抖动百分比；响应于所述确定，选择所述上限可获得灰阶和所述下限可获得灰阶中的一个；以及如果选择所述下限可获得灰阶，则选取修改的下限灰阶以降低所述抖动百分比。2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述期望的灰阶与所述数字图像投影系统的可获得灰阶进行比较还包括：形成所述数字图像投影系统可以物理产生的灰阶强度的查找表；以及使用所述期望的灰阶搜索所述查找表。3.根据权利要求2所述的方法，其中使用所述期望的灰阶搜索所述查找表还包括使用二分搜索来搜索所述查找表。4.根据权利要求3所述的方法，还包括：根据所述查找表和对应的上限灰度地址输出上限灰度；并根据所述查找表和对应的下限灰度地址输出下限灰度。5.根据权利要求2所述的方法，其中选取修改的下限可产生的灰阶以减少所述抖动百分比还包括：使用用于所述数字图像投影系统的可获得灰度的所述查找表，确定用于在可获得灰度的所述查找表中的条目之间的灰度的所述抖动百分比；识别所述查找表中所述抖动百分比大于预定期望的最大抖动百分比的行；对于识别的行，创建具有不同灰度的修改的下限灰度，该修改的下限灰度类似于所述下限灰度但其将引起降低的抖动百分比；以下将所述修改的下限灰度附加到衍射伪像减少查找表。6.根据权利要求5所述的方法，还包括形成包含用于所述修改的下限灰度的地址校正的转换查找表，以便访问所述衍射伪像减少查找表。7.根据权利要求6所述的方法，还包括：接收具有期望灰度的像素图像数据；使用所述衍射伪像减少查找表执行搜索以识别上限灰度和下限灰度；确定是否选择所述上限灰度或所述下限灰度进行显示；以及如果选择所述下限灰度，则使用来自所述转换查找表的地址校正来确定地址校正。8.根据权利要求7所述的方法，还包括存储对应于所述下限灰度和在用于所述修改的下限灰度的衍射伪像减少查找表的行中的所述修改的下限灰度之间的差异的灰度校正因子。9.根据权利要求1所述的方法，还包括使用选择的灰度来显示所述像素。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述空间光调制器包括数字微镜设备即DMD。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述DMD具有小于或等于约7微米的像素间距。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述空间光调制器包括硅设备上的液晶。13.一种用于使用衍射伪像减少来显示图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·肯普夫，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US