基于数字光线处理的3D投影系统与方法技术方案

本申请涉及采用数字光线处理技术的视频投影，特别涉及立体视频投影。一个基于数字微反射镜设备的３Ｄ投影系统具有一个３Ｄ数据系统，它将３Ｄ图像耦合到彩色系统及数字反射镜显示器设备的一个输入；以及一个３Ｄ光学系统，它通过一条包括上述数字微反射镜显示器设备、一个３Ｄ光学编码器与投影仪光学系统的光学通路将光源的一个输出耦合到显示器媒体；其中上述３Ｄ投影系统在上述显示器媒体上显示３Ｄ图像。该数据系统包括至少两个前端处理部分、一个３Ｄ数据格式化装置、一个数字微反射镜设备数据格式化装置以及一个数字微反射镜显示器设备。这样的３Ｄ数据系统向一个彩色系统及３Ｄ编码器提供彩色系统控制信号，而且向上述数字微反射镜显示器设备提供数字微反射镜显示数据。将一个基于数字微反射镜设备的２Ｄ投影系统转变为一个基于数字反射镜设备的３Ｄ投影系统的一种方法包括安装一个３Ｄ数据格式化装置；安装一个数字微反射镜设备数据格式化装置；有选择性地用一个按照３Ｄ进行格式化的色盘替换现有色盘；以及在上述系统的某条光学通路中的三个位置之一处安装３Ｄ光学编码器系统。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及采用数字光线处理技术的视频投影，特别涉及立体视频投影。
技术介绍
德州仪器公司(Texas Instruments)的数字光线处理(DLP)技术被证明是一种用于数据与多媒体图像投影系统的、可行且可靠的技术。DLP技术的基础是同样出自德州仪器公司的数字微反射镜设备(DMD)，许多专利中描述了这项技术，但Hornbeck(霍恩贝克)在美国专利4,566,935中特别进行了描述，特此参考编入。该DMD芯片是一个微型机电系统(MEMS)，它包括一个在一块CMOS存储器片基上制造的双稳反射镜阵列。基于这种技术的投影系统在结构上有很多变化形式，它们包括单芯片、双芯片以及三芯片DMD设计。DMD芯片的特殊性质以及这些反射镜调制光线的方法提供了开发一个基于该DMD技术的3D立体投影系统的可能性。一个3D立体投影系统具有将一个图像的左、右眼视图发送到多个人，从而对人群产生深度的幻觉。这里描述的基于DLP的3D立体投影系统提供许多优点，包括左眼与右眼信息之间的低串扰、高亮度、低闪烁以及紧凑性。单芯片DMD投影系统单芯片投影系统采用一个单独的DMD(数字微反射镜设备)芯片以及一个色盘来显示全色图像。该DMD将通过该色盘或通过该投影透镜系统的光线反射到一个投影屏幕，或者向回反射通过该色盘回到该光源。由于该DMD芯片由几千个细小的微型机电反射镜构成，所以该芯片本身不调节彩色。为此，采用一个至少包含三个原色(譬如红色、绿色与蓝色)的色盘来调制该光源彩色。该彩色按照比人眼可辨认的速率更快的速率来调制，从而造成全色效果。被该DMD芯片的每个像素(微反射镜)反射的光线的强度采用脉宽调制方案来控制。Don Doherty(唐·多尔蒂)与Greg Hewlett(格雷格·休利特)在“Pulse width modulation control in DLP projectors(DLP投影仪中的脉宽调制控制)”(见115-121，TI Technical Journal，July-September 1998)中较详细地描述了这一方案，特此参考编入。该DMD芯片包括一个在一块CMOS存储器片基上制造的复杂微型机械反射镜系统。Larry J.Hornbeck在德州仪器公司网站www.ti.com/dlp白皮书部分的“Digitallight Processing for High Brightness，High Resolution Applications(高亮度、高分辨度应用中的数字光线处理)”一文第4页已有描述，特此参考编入。为了在该DMD芯片上显示来自视频或计算机源的一个单独图像帧，反射镜状态信息被按块或按组写入该DMD芯片的CMOS片基。一旦一个存储器块被写入，该块上的每个反射镜就被修改为它的新状态。这一过程逐块连续进行，直到该芯片上的每个反射镜都被修改为止。在该帧的最后，该芯片上的所有反射镜被同时复位到“OFF”位置。就是说，每个反射镜都被定向到将光线反射回光源的位置。该DMD芯片上的所有反射镜在一次芯片修改的最后被复位到“OFF”这一事实使得该DMD芯片特别适合于用作下面将要说明的3D立体投影系统的一个光阀。图1表示德州仪器公司生产的、由Larry J.Hornbeck在“From cathode raysto digital micromirrorsA history of electronic projection display technology(从阴极射线到数字微反射镜电子投影显示技术的历史发展)”(见TITechnical journal，July-September 1998，第40页)中描述的一个典型的单芯片DMD投影仪光学设计100，特此参考编入。在这个设计中，一个椭圆反射镜与聚光透镜102通过色盘104将光线投射到一个集成棒106。一个第二聚光透镜系统108收集从集成棒106射出的光线。两个反射棱镜110与112被用来将这个光线反射到DMD芯片114，该芯片则依次通过投影光学系统116将光线反射到一个观看屏幕(未画)。图2表示Plus Corporation(Plus公司)使用的另一个DMD投影仪结构200。这个设计的简单之处在于它不采用反射棱镜。在这个设计中，光线从一个椭圆反射镜通过一个色盘204，再被一个聚光透镜系统收集。然后，该光线从一个固定的反射镜208反射到DMD芯片210，由此再按照被显示图像所要求的那样被反射通过投影光学系统212。图1与图2所代表的设计并非构成一个单芯片DLP投影系统的仅有的可能方法。画出这些图形仅仅是为了示例目的，无论如何它并不限制将这一专利技术应用到采用一个单独DMD芯片与一个色盘的其他单芯片DLP结构的可能性。图3表示一个用于单芯片DLP投影系统的三段色盘结构300。这个色盘设计包括一个盘毂302以及一个由三个独立彩色滤光片(红色304、绿色306与蓝色308)构成的半透明区域。采用该三色色盘的DLP投影系统将每个图像分离为三个按时间顺序被显示而且与该色盘上的彩色滤光片相对应的单独颜色分量。在将一个60Hz视频源输入到该投影仪的情况下，该图像被分离为它的红色、绿色及蓝色分量，并被以180Hz的速率显示。图4表示一个用于单芯片DLP投影系统的四段色盘结构400。除了红色406、绿色408与蓝色410之外，这个色盘设计在色盘404上增加一个透明彩色滤光片402来使该投影仪显示较亮的白色图像。在这种结构中，每个原色(红色、绿色及蓝色)对向相同的角度，而白色部分则对向一个比这些彩色滤光片稍小的角度。图5表示Clantanoff T.Markandy(克兰坦诺夫·T·马坎迪)与G.Pettitt(佩蒂特)在德州仪器公司网站www.ti.com/dlp上白皮书部分的“VideoProcessing for DLPTMDisplay Systems(DLPTM显示系统的视频处理)”中详细描述的DLP投影仪所用的视频处理系统的一个示例方框图，特此参考编入。这个方框图中的信息流为从左向右。在这个示例系统中，一个视频源输入从最左侧加入。视频源502可以是分量、合成、NTSC、Y/C、PAL或者该投影仪被设计得可以接收的任何其他视频格式。前端视频处理块504处理初始条件并解释输入视频信号。在这一块中最重要的步骤是将模拟视频信号转换为数字数据。由于该DMD芯片本身是一个数字设备，所以该投影仪内部的所有视频处理通常都以数字方式进行。另一个重要步骤是视频信号到Y/C或色度/亮度格式的转换。该视频处理的第二块为插值处理块506。由于DMD芯片设备具有比输入视频数据更高的像素分辨度(譬如，像素宽×高为800×600或1024×768)，所以该视频信号必须以这种更高的分辨度重新采样。此外，由于许多视频格式为“隔行扫描”，即先显示所有奇数行，再显示所有偶数行，所用该信号必须从“隔行扫描”被转换为逐行扫描。逐行扫描意味着在一次单独的扫描中数据按照从上到下(或者相反)的顺序显示。由于该DMD芯片是一个逐行扫描设备，所以必须对该视频信号执行一种逐行扫描处理。因为3D立体图像在视频信号中传输的方式，所以该插值处理块有可能由于该逐行扫描步骤中执行的算法而使在该视频信号中传送的左眼与右眼信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个基于数字微反射镜设备的３Ｄ投影系统，它包括：３Ｄ数据系统，它将３Ｄ图像耦合到彩色系统及数字微反射镜显示器设备的电气输入；以及３Ｄ光学系统，它将光源的输出通过一条光学通路耦合到显示器媒体，该光学通路包括上述数字微反射镜显示器设备、 ３Ｄ光学编码器以及投影仪光学系统；其中上述３Ｄ投影系统将３Ｄ图像显示到上述显示器媒体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：亚当W迪韦尔比斯，戴维C斯威夫特，
申请(专利权)人：瑞威欧公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]