一种边缘融合无缝拼接显示系统及菲涅尔透镜及通过短焦投影机模拟长焦投影机的方法技术方案

本发明专利技术涉及背投影拼接显示墙领域，公开了一种边缘融合无缝拼接显示系统，包括：用于投射影像的幕；至少两部并列设置在幕背侧的投影机，用于将影像投射至幕上；设置在投影机与幕之间的菲涅尔透镜，投影机影像透过菲涅尔透镜投射至幕上，在画面边缘与相邻投影机的画面产生融合重叠；所述投影机与幕之间的距离所述菲涅尔透镜与幕之间的距离为可使用短焦镜头投影机进行边缘融合拼接，减少投影距离及系统厚度，可选用半增益视角相对小、增益高、对比度高的幕，拓宽幕的可选择面，提升系统整体显示效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及背投影拼接显示墙领域，更具体的说是一种边缘融合无缝拼接显示系统及菲涅尔透镜及通过短焦投影机模拟长焦投影机的方法。
技术介绍
背投影拼接显示墙是将多屏图像拼接在一起，实现超大屏幕超高分辨率的图像显示应用。目前背投影拼接显示技术可分为有缝拼接和无缝拼接两种工艺，其中无缝拼接工艺以边缘融合技术应用最为广泛，完全消除了光学拼缝和物理拼缝，使系统画面完整无分割，这在一些地图及线条显示应用场合尤为重要。边缘融合技术是将多台投影机组合投射在一块大屏幕上，相邻投影机的画面进行边缘重叠，边缘融合技术能将画面重叠部分的亮度和颜色进行平滑过渡处理，使重叠带很好地与其他部位的画面融合在一起，重现一副没有分割、超大、超高分辨率、完整一致的整幅画面(如专利CN200510034437所述)，其中图像处理器对画面进行分割、融合处理的技术(如CN201010604552所述)也已经很成熟。目前的边缘融合方案，投影机直接投射在幕上，由于投影机投射出的光线是有一定出射角的，导致屏幕融合带及其两边的屏幕从投影机接收的入射光方向不同，当以一定视角观看时，会导致融合带两边亮度差异，拼接显示过渡不均匀。为了避免此问题，目前的解决方式是使用大投射比镜头的投影机，例如1.2:1以上的长焦镜头，以便减小投影机出射光线的出射角，并需要选择大视角的散射幕，以便减小相邻屏幕因入射光线入射角偏差造成的亮度差异。但这存在以下两个问题：1、使用长焦镜头，投影距离需要增加，导致显示系统整体厚度增加，在一些空间较小的地方无法安装使用；2、视角越大的屏幕，增益越低，导致系统的屏前亮度较低，而且需要适当降低幕的对比度来提升增益才可满足亮度需求，综合显示效果不佳。典型的边缘融合幕光学性能参数为增益0.4～0.6、半增益视角±50°～±70°。
技术实现思路
本专利旨在解决现有技术中至少一个技术缺陷，提供一种能够减少投影距离及系统厚度的边缘融合无缝拼接显示系统。本专利通过以下技术方案实现上述目的。本专利公开了一种边缘融合无缝拼接显示系统，包括：用于投射影像的幕；至少两部并列设置在幕背侧的投影机，用于将影像投射至幕上；设置在投影机与幕之间的菲涅尔透镜，投影机影像透过菲涅尔透镜投射至幕上，在画面边缘与相邻投影机的画面产生融合重叠；所述投影机与幕之间的距离所述菲涅尔透镜与幕之间的距离为其中W为单台投影机在幕上的实际投影宽度，Tr为投影机镜头投射比，Tr'为投影机要模拟的投射比，D为融合重叠带的宽度，θ2为要模拟的投影机投射光的半出射角，S为固定透镜所预留的边缘偏移量。菲涅尔透镜广泛用于背投影有缝拼接工艺中，用来将来自投影机的入射光线进行平行化，再通过幕成像，该工艺中的幕和透镜一般没有或只有不超过1mm的间隙。本专利利用透镜改变入射光线角度的原理，使用短焦镜头，在投影机和幕之间特定位置设置一菲涅尔透镜，将投影机光线汇聚一定角度，但光线仍发散出射，以模拟长焦镜头，可减少投影距离及系统厚度，并使幕的入射光线入射角减小，以便可以选用半增益视角相对小、增益高、对比度高的幕，提升系统显示效果。附图说明图1为本专利实施例的边缘融合拼接原理示意图。图2为确定幕-菲涅尔透镜-投影机三者距离的计算原理图。图3为菲涅尔透镜的结构示意图。图4为计算菲涅尔透镜Facet角β的计算原理图。图5为计算菲涅尔透镜Facet角β的光路图。具体实施方式为了进一步说明本专利的工作原理和技术效果，以下结合附图举例做进一步的详细说明。如上所述，结合图1，本实施例利用透镜改变入射光线角度的原理，使用短焦镜头，在投影机和幕之间特定位置设置一特定的菲涅尔透镜，将投影机光线汇聚一定角度，但光线仍发散出射，以模拟长焦镜头，可减少投影距离及系统厚度，并使幕的入射光线入射角减小，以便可以选用半增益视角相对小、增益高、对比度高的幕，提升系统显示效果。第一步，确定菲涅尔透镜(以下简称透镜)大小及在系统中的安装位置。根据需求可明确所用投影机镜头投射比Tr及需模拟投射比Tr',以及单台投影机投影尺寸W(含融合带)及融合带宽度D。如图2所示，已知如下关系：可得：其中：θ1是投影机投射光的半出射角，也是透镜相应入射光的入射角；θ2是模拟投影机投射光的半出射角，也是透镜相应入射光的出射角。S是固定透镜所预留的边缘偏移量，在具体的安装过程中，该值可以根据实际安装情况进行微调，一般控制在10cm以内，最佳距离是控制在5cm以内；WF是透镜有效宽度；L'是透镜距离投影机出瞳的距离；L是系统最终投影距离。由图示已可得，幕和透镜的距离是在具体的安装过程中，透镜可以根据实际安装情况进行微调，如上所述S一般控制在10cm以内，最佳方案是控制5cm以内，此时幕和透镜的距离可以控制在不超过的区间内。当S＝0时，幕和透镜最小的距离为L-L′＝D/(2*tanθ2)在本实施例中其中在确定了菲涅尔透镜大小尺寸、位置后，菲涅尔透镜的棱镜部出射面的Facet角须由相关信息进行特别计算。因此，第二步是进行透镜设计，计算棱镜部位出射面的Facet角β。图3为透镜概览图，p是透镜螺纹间距，根据透镜尺寸和螺纹间距，可计算出透镜的总螺纹数。进一步结合图4，某一圈螺纹m相应的入射角θ1'和出射角θ2'求解公式分别为：根据图5，可得求解β角的公式如下：其中，n为透镜材料折射率，而透镜所处空间周围空气折射率默认为1，由这三个公式即可计算透镜各螺纹棱镜出射面的Facet角，进行相关透镜模具设计，按通常菲涅尔透镜制造工艺进行制造。第三步是按照预设和计算所得数据，设置和固定投影机、透镜及幕的相对位置，然后按一般边缘融合系统进行调试。采用此方案，以0.85:1模拟1.2:1镜头投射比显示效果为例，选用增益值高30％左右的幕(即相同亮度投影机，系统亮度可提升30％)可达到相近的融合效果，且系统厚度可减小约17％。从上述实施例可以看出，本专利的技术方案可使用短焦镜头投影机进行边缘融合拼接，减少投影距离及系统厚度，可选用半增益视角相对小、增益高、对比度高的幕，拓宽幕的可选择面，提升系统整体显示效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种边缘融合无缝拼接显示系统，包括：用于投射影像的幕；至少两部并列设置在幕背侧的投影机，用于将影像投射至幕上；设置在投影机与幕之间的菲涅尔透镜，投影机影像透过菲涅尔透镜投射至幕上，在画面边缘与相邻投影机的画面产生融合重叠；其特征在于，所述投影机与幕之间的距离所述菲涅尔透镜与幕之间的距离为其中W为单台投影机在幕上的实际投影宽度，Tr为投影机镜头投射比，Tr'为投影机要模拟的投射比，D为融合重叠带的宽度，θ2为要模拟的投影机投射光的半出射角，S为固定透镜所预留的边缘偏移量。

【技术特征摘要】
1.一种边缘融合无缝拼接显示系统，包括：用于投射影像的幕；至少两部并列设置在幕背侧的投影机，用于将影像投射至幕上；设置在投影机与幕之间的菲涅尔透镜，投影机影像透过菲涅尔透镜投射至幕上，在画面边缘与相邻投影机的画面产生融合重叠；其特征在于，所述投影机与幕之间的距离所述菲涅尔透镜与幕之间的距离为其中W为单台投影机在幕上的实际投影宽度，Tr为投影机镜头投射比，Tr'为投影机要模拟的投射比，D为融合重叠带的宽度，θ2为要模拟的投影机投射光的半出射角，S为固定透镜所预留的边缘偏移量。2.根据权利要求1所述的边缘融合无缝拼接显示系统，其特征在于，所述菲涅尔透镜与幕之间的距离不大于3.根据权利要求1所述的边缘融合无缝拼接显示系统，其特征在于，所述固定透镜所预留的边缘偏移量S不大于10cm。4.根据权利要求1或2或3所述的边缘融合无缝拼接显示系统，其特征在于，所述菲涅尔透镜的棱镜部位出射面的Facet角β为其中θ1'和θ2'分别为菲涅尔透镜的螺纹相应的入射角和出射角,n为透镜材料折射率。5.一种应用于权利要求1至4任一项所述的边缘融合无缝拼接显示系统的菲涅尔透镜，其特征在于，所述菲涅尔透镜的棱镜部位出射面的Fac...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗振华，
申请(专利权)人：广东威创视讯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44