一种用于图像信号HDR投影的光源、装置及系统的制作方法

本实用新型涉及投影技术领域。更具体地，涉及一种用于图像信号HDR 投影的光源、装置及系统。

背景技术：

目前，许多投影仪通常采用均匀光束作为投影光束，通过均匀光束照射投影设备的成像芯片，投影设备根据待投影的图像信号，控制成像芯片以投影得到图像信号对应的图像。

随着人们对于视觉产品的要求不断提高，提出了高对比度(High Contrast Ratio,或HCR)以及高动态范围成像(High Dynamic Range Imaging，HDRI或 HDR)技术，HDR技术可实现比普通数位图像技术更大的曝光动态范围(即更大的明暗差别)，以提高图像明部和暗部显示的清晰度，提高投影显示效果。但是，目前的电影放映设备还不具备HCR和HDR，同时影片图像或视频并没有按照HCR特性以及HDR格式进行制作，致使影院无法实现真正的高对比度以及高动态范围影片的播放。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的在于提供一种用于图像信号HDR投影的光源，基于参考信号形成非均匀光束作为投影的光源，使图像信号的明暗均得到增强，实现图像信号的高动态范围显示。本实用新型的另一个目的在于提供一种图像信号HDR投影装置，本实用新型的再一个目的在于提供一种图像信号HDR 投影系统。

为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

本实用新型一方面公开了一种用于图像信号HDR投影的光源，包括

第一光源，用于提供第一光束；

第一光机，位于所述第一光束的光路上，用于基于输入的参考信号和所述第一光束投影形成非均匀光束，从而得到投影光束。

优选地，

所述光源中还形成有与所述非均匀光束叠加得到投影光束的第二光束。

优选地，

所述非均匀光束的光路上设有第一分光镜；

所述非均匀光束通过所述第一分光镜透射，所述第二光束通过所述第一分光镜反射并与透射的非均匀光束叠加得到投影光束。

优选地，

所述第二光束的光强大于等于第一光束的光强。

优选地，

所述光源进一步包括形成第二光束的第二光源；或者

所述第二光束为对第一光束分光得到。

优选地，

所述第一光源包括产生第一激光光束的第一激光模组以及将所述第一激光光束均匀化形成第一光束的第一匀光棒。

优选地，

所述光源进一步包括形成第二光束的第二光源；

所述第二光源包括产生第二激光光束的第二激光模组以及将所述第二激光光束均匀化形成第二光束的第二匀光棒。

优选地，所述第一光机为LCOS芯片。

优选地，所述参考信号为所述图像信号的灰阶信号。

优选地，

所述参考信号为通过对所述图像信号的灰阶信号按比例扩展至全亮度范围得到的。

优选地，所述灰阶信号中的数据值范围为a～b，所述按比例扩展至全亮度范围为

a＝0

b＝255

c＝(a+b)(c-a)/(b-a)(a≤c≤(a+b)/2) (a≤c≤(a+b)/2)

d＝255-(b-d)(a+b)/(b-a)((a+b)/2≤d≤b) ((a+b)/2≤d≤b)

本实用新型另一方面公开了一种图像信号HDR投影装置，包括

如上所述的用于图像信号HDR投影的光源、第二光机以及镜头；

所述第二光机位于所述投影光束的光路上，用于基于输入的图像信号和所述投影光束通过所述镜头投影形成HDR图像。

优选地，所述第二光机为LCOS、DLP和LCD芯片。

本实用新型再一方面公开了一种图像信号HDR投影系统，包括如上所述的图像信号HDR投影装置、处理器、与第一光机电连接的第一视频解码器、与第二光机电连接的第二视频解码器以及将第一视频解码器和第二视频解码器进行时间同步的同步器；

所述处理器中存储有视频文件，所述处理器用于从所述视频文件中提取参考文件并传输至第一视频解码器和从所述视频文件中提取图像文件并传输至第二视频解码器；

所述第一视频解码器用于将所述参考文件解码得到参考信号并输入第一光机；

所述第二视频解码器用于将所述图像文件解码得到图像信号并输入第二光机。

优选地，所述视频文件为数字电影包，所述数字电影包中存储有CPL文件、参考文件和图像文件；

所述参考文件包括多帧参考图像；

所述图像文件包括多帧源图像；

所述CPL文件包括关联所述多帧参考图像与所述多帧源图像的关联信息。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的用于图像信号HDR投影的光源基于第一光束和参考信号形成非均匀光束作为投影的光源，图像信号在非均匀光束光源的条件下投影形成图像，通过设置参考信号，使投影得到的图像信号上的明暗显示区域均得到增强，实现图像信号的高动态范围显示，且对投影光源进行改进，成本降低，扩展应用性强。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本实用新型一种图像信号HDR投影装置一个具体实施例的示意图。

图2示出本实用新型一种图像信号HDR投影装置另一个具体实施例的示意图。

图3示出本实用新型一种图像信号HDR投影装置另一个具体实施例的示意图。

图4示出本实用新型一个具体实施例中对灰阶信号进行处理的原理图。

图5示出本实用新型一个具体实施例中图像信号的示意图。

图6示出本实用新型一个具体实施例中图像信号的投影图像示意图。

图7示出本实用新型一种图像信号HDR投影系统一个具体实施例的示意图。

图8示出本实用新型一种图像信号HDR投影方法一个具体实施例的示意图。

图9示出本实用新型一种图像信号HDR投影方法另一个具体实施例的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

图1示出本实用新型一种用于图像信号HDR投影的光源的一个具体实施例，本实施例中，所述光源包括第一光源和位于所述第一光束的光路上的第一光机。其中，第一光源可提供第一光束。第一光机可基于输入的参考信号和所述第一光束投影形成非均匀光束，从而得到投影光束。本实用新型中，基于第一光束和参考信号形成非均匀光束作为投影图像或视频的投影光源，图像信号在非均匀光束光源的条件下投影形成图像，对原有的图像信号进行增强，通过设置参考信号，可使得投影得到的显示图像上的明暗显示区域均得到增强，实现图像信号的高动态范围显示，且对投影光源进行改进，不必采用昂贵的图像处理设备对图像采集处理，降低了成本，且本实用新型的光源可用于各种投影设备，扩展应用性强。

在其他地实施方式中，用于图像信号HDR投影的光源中还进一步形成有与所述非均匀光束叠加得到投影光束的第二光束。该第二光束可为均匀光束，均匀光束与形成的非均匀光束叠加得到投影光束，一方面，可简化参考信号的处理，参考信号中无需考虑待投影的图像信号的暗处的亮度，只需对图像信号的亮度范围进行调整即可，适用于各种投影设备，另一方面，通过增加第二光束，叠加得到的投影光束的亮度范围可突破仅通过第一光束形成投影光束的亮度范围，第二光束的叠加可增加投影光束可达到的最大亮度，从而实现更高范围的高动态范围显示。

具体地，可在所述非均匀光束和所述第二光束的光路上设置第一分光镜，该第一分光镜可倾斜设置，第一分光镜的一面可使非均匀光束透射，第一分光镜的另一面可使第二光束反射至非均匀光束的光路上，从而与非均匀光束合束形成投影光束，或者，第一分光镜的一面可使第二光束透射，第一分光镜的另一面可使非均匀光束反射至第二光束的光路上，从而与第二光束合束形成投影光束。

在一个实施方式中，如图2所示，可在用于图像信号HDR投影的光源中设置第二光源，该第二光源可用于形成第二光束。同样的，第二光源产生的第二光束的光路和非均匀光束的光路上可设置第一分光镜，使得第二光源发出的第二光束可与非均匀光束合成投影光束。第二光束与非均匀光束合束形成投影用的光束，可使得亮度范围进一步增大，为高动态范围显示提供可能，使图像可变化的亮度范围更大。

在本实施例中，所述第一光源包括产生第一激光光束的第一激光模组以及将所述第一激光光束均匀化形成第一光束的第一匀光棒，第一匀光棒将第一激光模组产生的第一激光光束均匀化得到均匀的第一光束。

在光源中得到第二光束时，可通过对第一光源发出的光进行分光得到第二光束。在一个实施方式中，如图3所示，可在第一光源产生的第一光束的光路上设置第二分光镜，从第一光束中分出部分光束形成第二光束，经过第二分光镜的第一光束进一步经过第一光机形成非均匀光束，进而可通过设置所述第一分光镜实现非均匀光束与第二光束的合成，从而在简化参考信号的要求下，节省光源的设置数量，降低成本。在其他实施方式中，通过设置第一匀光棒对第一光源产生的第一激光光束进行均匀化进行第一光束，也可在第一激光光束的光路上设置所述第二分光镜，使第一激光光束经过所述第二分光镜分得与第一激光光束方向不同的第二激光光束，进一步可在第二激光光束的光路上设置第二匀光棒，对分光得到的第二激光光束均匀化得到第二光束，以与非均匀光束合束得到投影光束。

进一步地，当采用第二光源以提供第二光束时，该第二光源优选地也可包括产生第二激光光束的第二激光模组以及将所述第二激光光束均匀化形成第二光束的第二匀光棒，以产生均匀的第二光束用于投影。

在优选地实施方式中，所述第一光机可采用LCOS芯片，以将参考信号的图像进行投影形成非均匀光束。当然，在具体实施时，也可采用LCD或DLP 等投影芯片。

在优选地实施方式中，所述参考信号为所述图像信号的灰阶信号。图像信号的灰阶信号可保留图像信号的亮度信息，形成与灰阶信号对应的非均匀光束，然后非均匀光束作为投影光束，进一步基于图像信号投影得到显示图像，基于灰阶信号的非均匀光束可作为光源进行投影，在投影得到正常图像信号对应的图像的基础上进一步合成了灰阶信号的对应的灰阶图像，灰阶图像与图像信号对应的待显示图像的明暗亮度分布一致，使得明暗区域都进一步增强，使得最后投影得到的显示图像相对于图像信号的待显示图像的亮度范围更广，实现图像的高动态范围显示。为了使显示图像能够显示不同的亮度，需将所述参考信号对应的图像的整体亮度增加，以保证人眼可以看到正常的显示图像。

在其他实施方式中，为了进一步优化图像的HDR显示效果，可将所述图像信号的灰阶信号按比例扩展至全亮度范围得到所述参考信号。其中，全亮度范围是指0～255之间。

在优选地实施方式中，如图4所示，当所述灰阶信号中的数据值范围为 a～b，所述按比例扩展至全亮度范围得到参考信号可通过以下公式求得：

a＝0

b＝255

c＝(a+b)(c-a)/(b-a)(a≤c≤(a+b)/2) (a≤c≤(a+b)/2)

d＝255-(b-d)(a+b)/(b-a)((a+b)/2≤d≤b) ((a+b)/2≤d≤b)

图5和图6分别示出了采用本实施例中的图像信号HDR投影光源进行投影的原始图像及投影得到的投影图像，投影得到的投影图像相比于原始图像具有更高的显示范围。通过如上公式可以将图像信号的灰阶信号进一步优化，扩展灰阶信号的亮度范围，形成与灰阶信号对应的非均匀光束，能够实现更大的亮度范围，当采用第二光源提供第二光束时，显示图像能够达到的最高亮度值可以超越现有的投影显示图像从而达到最大亮度值。

根据本实用新型的另一方面，还公开了一种图像信号HDR投影装置的一个具体实施例，所述装置包括如上所述的用于图像信号HDR投影的光源、第二光机以及镜头。

其中，所述第二光机位于所述投影光束的光路上，用于基于输入的图像信号和所述投影光束通过所述镜头投影形成HDR图像。优选地，所述第二光机可选用LCOS、DLP或LCD芯片。第二光机输入的原始图像信号在投影光源的非均匀的投影光束下正常投影，得到HDR图像。本实用新型的图像信号 HDR投影装置通过对图像的简单处理得到参考信号输入HDR投影光源，即可实现图像信号的HDR显示，操作简单，极大地提升了用户的观影体验。

根据本实用新型的还一个方面，公开了一种图像信号HDR投影系统，该系统包括如上所述的图像信号HDR投影装置、处理器、与第一光机电连接的第一视频解码器、与第二光机电连接的第二视频解码器以及将第一视频解码器和第二视频解码器进行时间同步的同步器。

其中，所述处理器中存储有或接收外部传输的视频文件，从所述视频文件中提取参考文件并传输至第一视频解码器，并从所述视频文件中提取图像文件并传输至第二视频解码器。

所述第一视频解码器用于将所述参考文件解码得到参考信号并输入第一光机。所述第二视频解码器用于将所述图像文件解码得到图像信号并输入第二光机。同时，通过同步器实现第一视频解码器和第二视频解码器传输的信号的同步性，使包含第一光机的投影光源产生对应一个待投影图像的非均匀投影光束作为第二光机的投影光源，在该投影光束的基础上，第二光机投影该待投影图像得到HDR图像。

在优选地实施方式中，所述视频文件为数字电影包，所述数据电影包中存储有CPL文件、参考文件和图像文件。其中，所述参考文件包括多帧参考图像，所述图像文件包括多帧源图像，所述CPL文件包括关联所述多帧参考图像与所述多帧源图像的关联信息。本实用新型通过对现有数字电影包内的内容进行扩展，基本视频文件的多帧源图像对应得到多帧参考图像，并将每帧对应的源图像和参考图像进行并联得到CPL文件，处理器通过CPL文件可分别得到对应帧的源图像和参考图像，并分别输入第一视频解码器和第二视频解码器，第一视频解码器和第二视频解码器解码后形成参考信号和图像信号分别输入第一光机和第二光机。

根据相同原理，本实施例还公开了一种图像信号HDR投影方法，如图8 所示，所述方法10包括：

S100：形成第一光束；

S110：基于参考信号和所述第一光束投影形成非均匀光束以得到投影光束。

S120：基于图像信号和所述投影光束投影形成HDR图像。

在另一个实施方式中，如图9所示，所述S110进一步可包括

S111：基于参考信号和所述第一光束投影形成非均匀光束。

S112：形成第二光束。

S113：将第二光束与所述非均匀光束叠加得到投影光束。

需要说明的是，本实施例中的步骤序号并不限定步骤的前后顺序，在实际应用时，在实现本实施例的技术方案的前提下，也可以调换各步骤的先后顺序。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。