短投影距离的投影系统和方法技术方案

一种基于输入图像数据的在投影屏幕上显示校正光学图像的短投影距离的投影系统和方法，包括电子校正单元、图像投影仪和反射装置。电子校正单元接收输入图像数据并产生预失真图像数据。图像投影仪从电子校正单元接收预失真图像数据并投影与预失真图像数据对应的预失真光学图像或由投影光学失真补偿的预失真图像。光学反射装置定位在预失真光学图像的光路上以将光学图像投影到投影屏幕上。反射装置可根据需要包括不同曲面镜和平面镜的组合。电子校正单元被编码以使图形（表示为图形图像）的几何图像预失真，从而当预失真光学图像通过图像投影仪投影并在反射装置中反射时，在显示的光学图像中消除与反射装置内的图像投影仪和反射镜相关联的光学和几何失真。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及投影系统和方法，特别涉及。
技术介绍
一般的投影系统可根据观众的位置和投影仪相对于屏幕的位置分为前投影装置和背投影装置。在前投影系统中，观众和投影仪在屏幕的相同一侧，投影仪的图像通过屏幕反射到观众。在背投影系统中，投影仪和观众处于屏幕的不同侧，投影仪的图像“穿透”屏幕到观众。图1示出现有技术的背投影系统21和现有技术的前投影系统23。如图所示，可根据屏幕20将图像投影仪25放置在不同位置。投射率定义为投影距离d除以屏幕对角线长度D，或者 在构造任何投影系统时的通常的设计目标是在不牺牲图像质量的情况下使投射率最小化。如前所述，投射率定义为从最远的光学元件(一般是投影仪)的屏幕开始的距离和投影图像的大小(由图像/屏幕对角线给出)的比值。对于背投影系统(其中投影仪和屏幕被物理连接成单个功能单元，例如背投影电视)而言，使投射率最小化尤为重要。在此单元中，使投射率最小化意味着容纳屏幕和投影仪的机体具有更小的厚度。使前投影的投射率最小化提供了另一个重要的优点，诸如将投影仪放置在距离屏幕表面近的地方使放置更为简便，并避免演讲者和听众干扰光路。为了降低投射率，现有技术方法结合了平面镜、低扭曲以及广视域(FOV)镜头以使光路(用作降低投影距离)交叉，降低投射距离，从而减小投射率。通过调整光学表面形状(镜头类型、焦距、镜角)，可以使图像失真最小化。其缺点在于，所需光学元件很难设计并且制造昂贵，并且限制了光学元件的大小和放置。光学和几何限制表现为枕形或桶形失真以及梯形失真。将失真最小化的需求极大地限制了现有系统的设计。如Hiller等在专利号为6233024的美国专利中揭示的，近年来，曲面镜和用来消除失真的计算电路得到了使用。然而，在美国专利6233024中揭示的专利技术仅限于优化背投影系统(由于使失真最小化)，并且虽然失真得以降低，但仍然存在。再者，镜方位角限于一定范围内并且限于单投影仪系统。最后，专利号为6233024的美国专利基于使用扫描激光束在屏幕上产生图像的投影原理，其中计算电路控制光束的偏差和强度，这是一种笨重的和不灵活的方案，仅提供有限的数据调整。当前基于CRT的投影系统在由水平和垂直反射电路所电子控制的光栅扫描格式中产生图像。这些反射电路集成产生非线性反射控制信号的补偿电路以为反射角间的非线性提供补偿，从而显示表面扫描区域。这种失真导致枕形失真图像。一般地，可以调整此补偿电路以补偿投影系统中镜头失真或其他失真偏差。对于新一代采用固定点阵显示的投影系统，特别是微型显示器而言，不适合采用此补偿方法。此外，采用微型显示器的投影系统需要大约100倍的光学放大率以投射60-70英尺的图像。由于运送和老化所带来的误差，这需要投影景片在制造和调整中，定位调整和校准具有高的允许误差。最后，任何广角和偏轴投影系统所固有的是光学膜中光路的巨大变化。这和其他光学元件偏差(例如，光源、显示设备、镜头等)会导致投影的图像亮度和色度不均匀。同样，光色反射的偏差会导致图像色彩出现巨大偏差。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于输入图像数据的在投影屏幕上显示失真校正光学图像的投影系统，包括(a)用于接收输入图像数据并产生预失真图像数据的电子校正单元；(b)与电子校正单元相连、用于接收预失真图像数据并提供与预失真图像数据对应的预失真光学图像的图像投影仪；(c)一种包括至少一个平面镜或曲面镜的反射装置，所述光学反射装置定位在预失真光学图像的光路上以产生投影到投影屏幕上的显示的光学图像；以及(d)所述电子校正单元用于使输入图像数据的几何图形预失真，从而当通过图像投影仪提供并在光学反射装置中反射基于所述预失真图像数据的所述预失真光学图像时，在显示的光学图像中消除与所述图像投影仪和所述反射装置相关联的光学、几何和校正失真。本专利技术的另一方面提供一种基于输入图像数据在投影屏幕上显示失真校正光学图像的投影方法，包括(a)接收输入图像数据并产生预失真图像数据；(b)通过图像投影仪提供预失真光学图像，所述预失真光学图像对应于预失真图像数据；(c)在包括至少一个平面镜和曲面镜的反射装置中反射预失真光学图像以为投影屏幕上的投影产生显示的光学图像；(d)其中(a)进一步包括预处理输入图像数据的几何图形，从而当通过图像投影仪提供并在光学反射装置中反射基于所述预失真图像数据的所述预失真光学图像时，在显示的光学图像中消除与图像投影仪和反射装置相关联的光学、几何和校正失真。本专利技术实现了极短投影距离的投影并使用数字图像处理电路以补偿极宽角和非平面镜所固有的线性二维失真。数字图像处理电路也提供补偿横向色差、元件偏差以及系统校正产生的失真。光学地校正这些固有的二维失真一般是很困难和昂贵的。以下将结合附图阐述本专利技术的进一步方面和优点。附图说明在附图中图1是现有技术的背投影系统和现有技术的前投影系统的示意图；图2是现有技术的背投影仪的示意图，示出如何使用单平面镜使光路交叉；图3使现有技术的背投影仪的示意图，示出如何使用两个平面镜使光路交叉；图4是本专利技术投影系统的实例结构的框图；图5是从曲面镜反射后的失真图像的示意图和校正失真的预失真图像的实例的示意图；图6是图4投影系统的另一个实例结构的侧视图，该投影系统为使用曲面镜的单交叉背投影系统；图7是图4投影系统的另一个实例结构的侧视图，该投影系统为使用曲面镜的单交叉前投影系统； 图8是图4投影系统的另一个实例结构的示意图，该投影系统为使用凸面镜的桌面前投影系统；图9是图4投影系统的另一个实例结构的示意图，该投影系统为带可伸缩反射光学部件的前投影系统；图10A和图10B是图4投影系统的其他实例结构的示意图，所述投影系统为使用凹和凸双曲线/双曲面镜以使光路交叉；图11是图4投影系统的另一个实例结构的示意图，该投影系统为依次使用凸面镜和凹面镜的双交叉背投影系统；图12是图4投影系统的另一个实例结构的示意图，示出来自单投影仪的光束是如何分为两条光路，其中每半条光束分别用于投影半个屏幕；以及图13是图4投影系统的另一个实例结构的示意图，示出通过连接两台投影系统如何使两台图像投影仪形成一半图像。具体实施例方式图2和图3示出一般的现有技术的具有理想交叉(fold)的背投影系统21和现有技术的使用光路交叉以降低投影距离d和相应投射率的背投影系统31。图2示出单交叉方案，其中通过使用平面镜33将光路从投影仪25反射到屏幕20来实现图像交叉。特别地，单交叉的事实是使投影仪可以放置在平面镜33的前方，其具有和将投影仪25定位为投影仪25’相同的效果。这种方案导致投影距离的减少(即，距离d而非与非交叉方案相关联的距离d’)。如图所示，距离屏幕d/s(s＞1)的交叉将使投射率减少s。如果正确选择镜角和投影仪，显示的图像应该没有任何的失真。所示的单交叉方案需要适当配置平面镜33和投影仪25。特别地，如图所示，如果平面镜33表面和一般投影线N之间的夹角为α，那么应该将投影仪25定位在与一般投影线N夹角为π-2α的位置，从而由投影仪25投影的图像以正确的角度到达平面镜33。如图3所示，可通过使用两个平面镜33和35实现多交叉。同样地，距离屏幕d/s(s＞1)的交叉将使投射率减少s。如果正确选择镜角和投影仪，显示的图像应该没有任何的失真。所示的双交叉方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于输入图像数据的在投影屏幕上显示失真校正光学图像的投影系统，其特征在于，包括：（ａ）用于接收输入图像数据并产生预失真图像数据的电子校正单元；（ｂ）与电子校正单元相连、用于接收预失真图像数据并提供与预失真图像数据对应的预 失真光学图像的图像投影仪；（ｃ）一种包括至少一个平面镜或曲面镜的反射装置，所述光学反射装置定位在预失真光学图像的光路上以产生投影到投影屏幕上的显示的光学图像；以及（ｄ）所述电子校正单元适用于使输入图像数据的几何形状预失真从而 当通过图像投影仪提供并在光学反射装置中反射基于所述预失真图像数据的所述预失真光学图像时，在显示光学图像中消除与所述图像投影仪和所述反射装置相关联的光学、几何和校正失真。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐拉沃S巴锡，格雷戈里莱昂内尔史密斯，路易李，
申请(专利权)人：奥普提克斯晶硅有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]