专利名称：用于合成至少两个投影器的图像的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明用于精确而有效地计算各个光源贡献而组合多光源宛如使用单光源一样发出同样的光强度及彩色。
背景技术：
举例来说，这样就能用以产生两个或两个以上投影器之间投射图像间的平滑过渡。在重叠区，各投影器必须象使用单个投影器一样地合成以产生同样缺光强及彩色。
应用多投影器久已众所周知。幻灯片上已经将显示出或多或少重叠的图像应用于提供不同的视觉效果。为此目的，将不同种类的掩模(mask)用以达到不同图像间的过渡。这些掩模可以有清晰边缘或规定平滑度，渐变的过渡。通过调整掩模和投影器，就能达到相邻或重叠图像之间的无缝过渡。
在使用视频投影器方面，加拿大专利CA2025624和US516390中也提供一种类似解决方法，给其加上电子式掩模。然而有依靠投影器过渡性质的缺点，因为投影器对输入数据的响应在不同投影器之间和随投影器寿命而变化程度很大。
美国专利US6115022叙述一种关于彩色及强度两者实时监控选定的图像重叠区部分的方法，以便确保选定部分的图像质量。这表明改进胜过了以前各解决方法，但在显示图像的同时需要更多的处理而且依赖于选择重叠区的相关部分。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加入了对投影器之间彩色及强度变化进行补偿的投射图像间的平滑过渡。这个目的是借助于一种如独立权利要求所述特征的方法和设备而达到的。
本发明是如此基于事实，通过传递函数求出重叠区各点强度及彩色，而且测定各个投影器的特性。然后调整对各投影器的输入，使得针对某一点从全部投影器的光输出之总和等同于该点用红、绿和蓝，以及应提供决定各个投影器在各点占总强度百分比的混合系数的传递函数。实际上是以插值列表函数方式提供用于各个投影器的这些数据。
下面将参照附图更详细地阐明本发明，并举例说明本发明。
图1说明用经验近似两个投影器间过渡区域光强的强度误差。
图2说明来自两个光源的光的混合。
图3说明光源的传递函数。
图4说明在屏幕上两个投影器投射的两个部分重叠的图像。
具体实施例方式
一个投影器通常给每个像素投射3-4种彩色组分(红、绿、蓝和白/空白)。像素和彩色的各种组合可以看作独立光源而且必须分别加以处理。
一个光源具有一种TF(传递函数)，即给定输出你就收到一定彩色及强度。TF函数可以算出或加以测定。该TF还可能有必须考虑到的其它参数，例如对投影器的亮度/对比度调整能力。如上所述，在各投影器之间的TF方面存在个体差异，例如取决于随寿命而退化、A/D转换器和灯光型号不同等。
有用组合光源的方法发出同样彩色及强度通常弱于其没有考虑到强度传递函数的彩色及强度，但产生一种经验的过渡区域。图1说明有关本解释的各问题，其中x是两个图像间边缘混合过渡的位置，而y是期望强度除以实际强度。正如该附图显示的那样，会出现若干误差。本例中，暗黑色a在过渡区域太亮，而即使将经验近似调整到如预料一样平直的典型彩色及强度b，两种较亮的彩色c、d在过渡区域还是太暗。
例如参照图2，将两个至少局部地重叠的视频投影器1、2用于由两个分离图像合成图像5，即分离屏幕上示出的图像3、4。图2所示的系统包括一台计算机或同样存储控制要合成的两个图像3、4，以及控制单元按照已存入的各个投影器特性控制该投影器1、2。该控制单元可包括本来已知的装置，以分析投影器特性，例如启动时，或用以接收例如来自计算机7的这些信息。
参照图4，该合成后的图像11、12有一个过渡区域13，由两个投影器以选定的强度及彩色呈现该区域各点。一种优选的方法通常会在重叠区从一个占优势的投影器到另一个占优势的投影器过渡，于是造成两个投影器之间的渐变过渡。过渡区域中的各个点可以看作两个光源的混合，两个光源合成如下ilightsource1＝β*ioriginalilightsource2＝(1-β)*ioriginal·ilightsource1/2为给光源的输入·ioriginal为过渡之前给光源的原有输入·β、1-β为混合关系，对于包括所有光源(本情况为两个)总和等于1，通常β选为x/(宽度-1)，这里x是重叠(从0开始)的位置，宽度是像素重叠的宽度。
本方法的缺点在于，如果TF不是线性单色光的传递函数就不能发出平稳的缺光强及彩色。在这种情况下通常的做法是建立一种经验式调整，即ilightsource1＝1(t/T)/γ*ioriginal该公式如上，但用参数(γ)，就是将t减弱到获得最好可能的视觉结果。按ioriginal的特定值就会工作得相当好，但是按其它输入值(见图1)结果的强度可能太高或过低。当光源没有单色光TF时会使结果更进一步恶化。
在现有技术方面，都假设各个输入独立地控制各自输出彩色。这种情况下，可将投影器处理为对各个点的强度传递函数(ITF)。错误显然是，这里投影器具有红、绿、蓝输入和红、绿、蓝和白/空白输出，但也可能错误地假设投影器有依赖于TF的红、绿和蓝输入/输出。
产生的边缘混合效应在投影器有ITF时远比有TF时简单得多，而且除明显地处理因TF引起的繁杂外，都必须设定现有技术指的是各投影器的较简单情形只有一个ITF。
本发明因为考虑到TF(图1)便没有出现上述的缺点。对于本情况，我们有ilightsource1＝TF1-1(TF1(ioriginal)*β)ilightsource2＝TF2-1(TF2(ioriginal)*(1-β))·ilightsource1/2为光源输入·ioriginal为光源原有输入·β-如上·TFn(x)为如图3所示的传递函数，用以计算各个光源的光强及彩色，在该情况下按照projectiondesign.com.(照相方式)用于F1投影器。通常该TF为单色光，即只有强度而彩色不随输入而改变。若彩色及强度都随着输入而改变，则TFn(x)不是标量而是向量，一般为大小3。向量的大小，其传统上归因于眼睛分辨三色的能力。参照tristimulusCIE XYZ in“Computer Graphics-Principles and practice”by Foley，van Dam，Feiner and Hughes，published by Addison WesleyPublishing Company ISBN 0-201-12110-7。
TFn(x)具有任意单位，使得TFn(x)＝βTFn(x)+(1-β)TFn(x)，β∈
。
可将多光源可组合一起具有单一TF，即对于红、绿、蓝和白组分的各个投影器具有单一的TF(RGB)＝XYZ。
·TFn-1(x)-TFn(x)的数学反函数，有时TFn-1(x)不是由x值规定，这种情况下，实际上一种近似就足够好了。
要是该TF对于各个光源稍有差别的话，就一定会从一个光源的彩色及强度到另一个光源的彩色及强度的平滑过渡。
本发明不是特意地试图补偿TF方面(例如灯光彩色、空间彩色/强度变化)的变化。关于试图补偿TF差别的问题是，一般投影器都有一个限定其输入的动态范围(典型地说256级)，任何设法补偿TF差别都要不变地最后达到减少迅速产生扰动效应的动态范围。很好的方法是利用人眼趋向于忽视只由视角稍稍变化的彩色及强度差别。如今这里投影器利用这一方法的典型例是关于光强。该投影器光强的角度一般为其最大光强(在中心处)的75％，然而这是大多数人感觉到象均匀强度一样。
在图2和4是说明本发明的一个实施例，其中两个投影器1、2用以产生两个投影器之间边缘混合的平滑过渡13。参照图1，图4表示单个投影后的像素如何在重叠区由6个独立光源分别从投影器1和2来的红、绿、蓝合成。这种情况下投影器有如下特点·独立可控的彩色组分，即可以有白色的组分而只要其独立可控。至于投影器该白色组分通常不是独立地由外部可控的而且必须将本发明嵌入投影器里。
·该TF仅强度方面变化。
彩色组分和像素的各种组合，在这种情况下可以分别并以相同方法进行处理。由于只有光强随输入而变化，所以传递函数实质上是强度传递函数并能写出如下ITFred/green/blue(ired/green/blue)＝intensity其中·ired/green/blue-红、绿或蓝的输入值(典型地在0..255之间)·intensity强度-标量值，由Icolormax多重合成发出实际的彩色及强度时在0..1之间·ITFred/green/blue-测定或如图1的情况由制造厂以列表方式给出。
·Icolormax-有关边缘混合的彩色组分最大光强的彩色向量，我们也需要知道ITF1-1(intensity)。可以算出ITF1-1(intensity)，例如根据ITF()折半查找算法求出并制成表。
至于单色组分输入到各投影器进行混合，算出单身组分如下
iprojector＝IIF-1(ITF(ioriginal)*β)·iprojector给投影器的边缘混合彩色输入·ioriginal在用无边缘混合时给投影器输入以显示所要求的像素·β-混合系数。β是用于一个投影器而(1-β)用于第2个。在重叠区从0渐变到1。
因为实时发生边缘混合，实际执行过程一定很快。对于1280×1024像素x60Hz的投影分辨率，就可以使用当今的FPGA(即，XilinxVirtex-II系列)来执行。本发明的一个实施例中，概述下面的参数是如何被执行的·ITF和ITF-1都是以足够的精度和大小按表执行来保证c≈ITF-1(ITF(c))·插值改善ITF-1的准确度·ITF以查表方式执行。16位整数的256入口表·ITF-1以查表方式执行。8位整数的212入口表·ITF(ioriginal)*β以(16位*9位整数乘积)/256的方式执行·β是在重叠区用中间线形式图形算法从256递减到0如果该投影器具有红、绿、蓝和白的组分，则除关于两个同样投影器TF()的各种错综复杂外，上述的讨论仍然能够应用。依然是红绿和蓝输入到这些投影器。尽管红、绿、蓝和白的每个部分有各自独立的TF，而不是分别可控的。对所有组合彩色的组合TF是TF(RGB)＝XYZ·RGB-给投影器的彩色输入向量·XYZ-响应向量。实际上将XYZ规范化为范围
在本实施例中，TF(RGB)或者由制造厂或者经测定给出。举例说，这可以是在RGB立方体中进行测量许多样品并插入其余的值，例如，64×64×64个样品如果测定了1个样品/就要取第2个～3天。借助于快速测量设备，例如每秒测20个样品，十分适合于给有256×256×256RGB组合的投影器测定全部彩色范围(～10天)。通常计算该TF(RGB)很琐碎，因此较好的是推导出函数或由制造厂提供。
在该情况下就是无琐碎地得知TF-1(XYZ)并且某些情况下它即使可能不存在，在这样的情况下实际上近似也许以足够好。一种方法是采用下山单体模拟退火优化算法，例如，象“Numerical Recipies in C++Second Edition”，by Willian H.Press，Saul A.Teukolsky，WillianT.Vetterling and Brian P.Flannery，published by Cambrige UniversityPress，ISBN0-521-75033-4，即可以这样求得RGB以至于下面表达式尽可能接近于0|TF(r，g，b)-XYZ|将该RGB估值输入到该投影器而后进行混合计算如下RGBblendedpixel(RGBoriginal，β)＝TF-1(TF(RGBoriginal)*β)该公式不是硬件中实际执行的。可选择的方法是列表求出上述公式的混合色而后插值得到的混合像素。虽然一般能以高精度有效地算出TF，但是对于TF-1却不是同样情况。为进行边缘混合起见就要足够快地进行计算，还应以多维存储表方式来执行。因为TF-1完备表非常大不切实际(2003，太大)，必须采用某些插值法。大家都知道插值法是为未定的，应根据TF-1形状而由TF-1求出特定缺少的结果。一般地说，这种插值法问题本身表明两个投影器间的过渡象波纹状人工制品一样。
更好的方法是，按照能更好适合插值的函数形状给RGBblendedpixel(RGBoriginal，β)插值。当给RGBblendedpixel(RGBoriginal，β)制表时，不是接近TF-1而是用作精确算出，例如上述的下山单体模拟退火优化算法。这个过程在计算上极为昂贵，因此应该提前算出。如果该TF改变(象遇到，例如调整“色温”或投影器方面的伽马曲线之类时)，有时要在RGBblendedpixel(RGBoriginal，β)重新制表之前通过。
在一个实施例中给RGBblendedpixel(RGBoriginal，β)产生四维表(3×3×16，RGBβ)并应用线性插值法。该表的大小应综合考虑到硬件要求和特性需要。
使用当今的FPGA(2003)在硬件里实际地执行该混合。
视频信号和TF的实际情况都是信号传输技术，例如从模拟VGA信号中取样数字信号或利用DVI电缆数字传输。用DVI电缆并没有信号吸收损失，但电缆长度和带宽限制要比对VGA电缆的限制更大。如上所述若将多VGA源合成一幅图像的话，由模拟转换成数字数据时所导致的错误可能有相当大的负面影响(电缆长度、微小校准不同等)。可通过调整A/D转换，设置0级和动态范围，常常称作调整亮度(0级)和对比度(动态范围)。在一个解决办法的实施例中，显示已知的检测图像并与取样的像素进行比较，据此用A/D转换自动地调整对比度和亮度。为什么如上述那样合成多重图像时对A/D转换要求极其苛刻的原因是TF很陡，即很小偏移/动态范围误差对显示图像和强度就有很大影响。所以本发明也涉及利用已知的输入信号，自动调整从模拟到数字输入视频信号的转换而且与得到的视频数字信号比较的方法。这样就可以按照比较结果，自动地通过调整零偏移和动态范围而获得。
总之，本发明涉及一种由至少两个光投影器用以合成图像的方法，各图像之间具有过渡区域，在这里人们已经知道过渡区域的大小，而且从各个投影器向过渡区域发射的光是基于预定的传递函数，按照输入信号由各个投影器给过渡区域投射图像，以便在过渡区域上获得可预测的图像特性。
如图2所示，该过渡区域可能有两个相邻图像的重叠部分。但是很清楚，过渡区域也可能有不同的类型和形状，例如是从一个投影器来的图像被另一个投影器来的图像包围起来的时候。
如上所述，按照本发明的方法可包括在图像过渡区域面积范围内的第一投影器光特性到第二投影器光特性之间的插值步骤，以便提供投影图像间的平滑过渡。在大多数情况下，过渡区域与图像重叠部分一样，但其它情形可能得仔细考虑，例如相邻的非重叠图像之间的过渡。假如两个投影器间有很大差异的时候也能应用的话，该插值要求就要比在小重叠区可用的过渡更平滑。这当然要受到投影器的强度及彩色场所方面有效变化的制约。
并且如上所述，该传递函数也可由投影器的已知特性算出或通过提供已知的信号给投影器，测量所发射的光和根据测定的施加信号与所测定的光特性之间的关系来算出传递函数。施加信号可能从该投影器的零输出强度直线上升到全输出强度，其可能执行的步骤则作为系统和投影器启动过程的自动部分。
按照本发明用于适合表面上投影重叠图像和确定来自各个投影器的图像之间过渡区域的至少两个图像投影器的控制设备，该设备包括存储装置和计算装置，所述存储装置用以存储各个投影器的传递函数，所述的传递函数描述各个投影器的输入信号和所发射的光之间的关系；所述计算装置用以将所述的传递函数加到所述输入信号上以便在至少两个投影图像之间的过渡区域获得一幅可预测的图像特性。
权利要求
1.一种对至少两个光投影器精确有效地计算输入信号以产生其间看不见的过渡区域的方法，其中该过渡区域的大小为已知，向着该过渡区域从各个投影器发射的光是基于预定的传递函数由输入信号成为该过渡区域上的投影图像；以及其中对该光投影器的输入由采用红、绿、蓝和混合系数的列表函数而提供，所述的列表函数为各个投影器在每一点提供总和构成该点传递函数，以便获得该过渡区域可预测的图像特征。
2.按照权利要求1所述的方法，其中对该光投影器的输入是通过插值列表函数提供。
3.按照权利要求1所述的方法，其中该传递函数只是用在工作时间之前而不是在边缘混合期间计算对投影器的输入时。
4.按照权利要求1所述的方法，其中该反传递函数只是用在工作时间之前而不是在边缘混合期间计算对投影器的输入时。
5.按照权利要求1所述的方法，其中该传递函数是通过测量输入图像数据与发射光特性之间的关系而获得的。
6.按照权利要求1所述的方法，其中该传递函数是对该投影器施加输入数据，以便调整数据而获得所要求的图像特性。
7.按照权利要求1所述的方法，其中还包括在该图像过渡区域范围内的第一投影器光特性到第二投影器光特性之间进行插值的步骤，以提供该投影的图像之间平滑过渡。
8.按照权利要求1所述的方法，其中该传递函数是通过输送已知的信号给该投影器，测量发射光和根据测定施加信号与测定的光特性之间的测定关系计算传递函数来决定。
9.按照权利要求8所述的方法，其中该施加信号是该投影器从零输出强度直线上升到全输出强度的斜波信号。
10.按照权利要求8所述的方法，其中该传递函数是作为该投影器启动过程的自动部分而测定和算出的。
11.一种控制设备，用于适合表面上投影重叠图像和确定来自各个投影器的图像之间过渡区域的至少两个图像投影器，该设备包括存储装置和控制装置，所述存储装置用于存储各个投影器的列表函数和描述各个投影器的输入信号与所发射的光之间关系的传递函数、以及描述该传递函数的所述列表函数的总和；所述控制装置用于将所述的列表函数施加到对各投影器的所述输入信号上，以在至少两个投影图像之间的过渡区域获得可预测的图像特性。
全文摘要
用于合成至少两个投影器的图像的方法和设备，该图像其间有过渡区域，已经知过渡区域大小，各投影器向过渡区域发射的光是基于各投影器在过渡区域从输入信号到投射图像的预定传递函数，以在过渡区域获得可预测的图像特性。
文档编号H04N9/31GK1806450SQ200480016604
公开日2006年7月19日 申请日期2004年6月11日 优先权日2003年6月13日
发明者奥伊文德·哈博伊 申请人:喜维姿联合股份有限公司