ОДНО- И МНОГОМОДУЛЯТОРНЫЕ ПРОЕКЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ С ГЛОБАЛЬНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ЯРКОСТИ Российский патент 2019 года по МПК H04N9/31 G03B21/00 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США № 61/899,865, поданной 4 ноября 2013, и № 61/988,692, поданной 5 мая 2014, каждая из которых включена в настоящий документ посредством ссылки во всей своей полноте.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее изобретение относится к системам отображения и, более конкретно, к проекционным системам отображения, обладающим функциональной возможностью расширенного динамического диапазона (EDR).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] В обычной проекционной системе существует, как правило, один источник света, который освещает экран с изображением, которое модулируется некоторой оптической системой в проекторе. Все чаще, желательно создавать проекционные системы, которые имеют возможность проецирования изображений с расширенным динамическим диапазоном (EDR). Такие проекционные дисплеи EDR, как правило, могут иметь коэффициент контрастности, который превышает типичные стандарты кино или современные дисплеи, включающие коэффициенты контрастности более чем 5000 к 1, и может быть 1000000 к 1 и выше в некоторых обстоятельствах. Такие дисплеи могут также иметь цветовую гамму, которая превышает текущие стандарты кино.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Здесь раскрыты некоторые варианты осуществления систем отображения и способы их изготовления и использования.

[0005] Раскрыты проекционные системы отображения, содержащие регулятор света (диммер) и первый модулятор. Регулятор света может содержать регулируемую ирисовую диафрагму, регулируемые источники света и/или LCD-стек, который способен понижать яркость источника света, подсвечивающего первый модулятор. Первый модулятор может содержать множество аналоговых зеркал (например, матрицу MEMS), и второй модулятор может содержать множество зеркал (например, матрицу DMD). Система отображения может дополнительно содержать контроллер, который посылает управляющие сигналы на регулятор света и первый модулятор. Система отображения может визуализировать желательный динамический диапазон для визуализации проецируемого изображения с помощью комбинации таких управляющих сигналов.

[0006] В одном варианте осуществления предложена проекционная система отображения, причем упомянутая система отображения, содержит источник света, контроллер, регулятор света, причем упомянутый регулятор света подсвечивается упомянутым источником света, и упомянутый регулятор света управляется контроллером, чтобы регулировать количество света от источника света; первый модулятор, причем упомянутый первый модулятор подсвечивается светом от упомянутого регулятора света и способен модулировать свет от упомянутого регулятора света под управлением от контроллера. Контроллер может дополнительно содержать процессор, память, упомянутая память, связанная с упомянутым процессором, и упомянутая память, дополнительно содержащая считываемые процессором инструкции, так что когда упомянутый процессор считывает считываемые процессором инструкции, побуждает процессор выполнять следующие инструкции: прием данных изображения, упомянутые данные изображения содержат данные изображения расширенного динамического диапазона (EDR); отправку управляющих сигналов на упомянутый регулятор света, так что упомянутый регулятор света может выделять желательную долю света от упомянутого источника света на упомянутый первый модулятор; и отправку управляющих сигналов на упомянутый первый модулятор, так что упомянутая желательная доля света от упомянутого источника света модулируется для формирования желательного экранного изображения.

[0007] Другие признаки и преимущества настоящей системы представлены ниже в подробном описании, иллюстрируемом чертежами, представленными в настоящей заявке.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Примерные варианты осуществления проиллюстрированы на приложенных чертежах. Предполагается, что варианты осуществления и чертежи, раскрытые в настоящем документе, следует рассматривать как иллюстративные, а не ограничительные.

[0009] Фиг. 1 является одним вариантом осуществления проекционной системы отображения, содержащей ирисовую диафрагму, чтобы влиять на глобальное регулирование яркости, которое может быть подходящим для систем, способов и приемов настоящей заявки, раскрытой здесь.

[00010] Фиг. 2 изображает другой вариант осуществления проекционной системы отображения, содержащей ирисовую диафрагму для более чем одного цветового канала, чтобы влиять на глобальное регулирование яркости, выполняемое в соответствии с принципами настоящей заявки.

[00011] Фиг. 3 изображает еще один вариант осуществления проекционной системы отображения, содержащей ирисовую диафрагму в более чем одном цветовом канале, который отделен из набора источников окрашенного света.

[00012] Фиг. 4A и 4B изображают другие варианты осуществления проекционной системы отображения, содержащей интегрирующий стержень и модулятор в пути интегрирующего стержня, где интегрирующий стержень может быть либо единым световодом, либо сегментирован.

[00013] Фиг. 5 изображает одно примерное отображение динамического диапазона, на которое может влиять проекционная система, выполненная в соответствии с принципами настоящей заявки.

[00014] Фиг. 6 изображает диаграмму высокого уровня системы обработки изображений, которая может влиять на обработку проекционной системой, выполненной в соответствии с принципами настоящей заявки.

[00015] Фиг. 7 изображает один вариант осуществления двух-модуляторной проекционной системы с одной ирисовой диафрагмой глобального регулирования яркости, регулирующей яркость всех источников света.

[00016] Фиг. 8 изображает один вариант осуществления двух-модуляторной проекционной системы, содержащей ирисовую диафрагму для более чем одного цветового канала, чтобы влиять на глобальное регулирование яркости на излучающей стороне набора источников света.

[00017] Фиг. 9 изображает другой вариант осуществления много-модуляторной проекционной системы с набором ирисовых диафрагм глобального регулирования яркости на излучающей стороне набора источников света.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[00018] На протяжении нижеследующего описания конкретные детали изложены для того, чтобы обеспечить более полное понимание специалистам в данной области техники. Тем не менее, хорошо известные элементы могут не быть показаны или описаны подробно во избежание излишнего затенения раскрытия. Соответственно, описание и чертежи следует рассматривать в иллюстративном, а не ограничительном смысле.

[00019] Используемые здесь термины “компонент”, “система”, “интерфейс”, “контроллер” и т.п. предназначены для ссылки на связанный с компьютером объект, будь то аппаратные средства, программное обеспечение (например, при исполнении) и/или программно-аппаратные средства. Например, любой из этих терминов может быть процессом, запущенным на процессоре, процессором, объектом, исполняемым файлом, программой и/или компьютером. В качестве иллюстрации, как приложение, запущенное на сервере, так и сервер могут быть компонентом и/или контроллером. Один или несколько компонентов/контроллеров могут находиться в пределах процесса, и компонент/контроллер может быть локализован на одном компьютере и/или распределен между двумя или более компьютерами.

[00020] Заявленная сущность изобретения описана со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения одинаковых элементов. В последующем описании, для целей пояснения, многие конкретные детали изложены для того, чтобы обеспечить исчерпывающее понимание сущности изобретения. Может быть очевидно, однако, что заявленная сущность изобретения может быть реализована на практике без этих конкретных деталей. В других случаях хорошо известные структуры и устройства показаны в форме блок-схемы, чтобы облегчить описание сущности изобретения.

Вариант осуществления проектора EDR с глобальным регулированием яркости

[00021] Проекционные системы EDR и проекционные системы с двойной модуляцией были описаны в находящихся в общей собственности (того же заявителя) патентах и патентных заявках, в том числе:

(1) Патент США № 8,125,702 на имя Ward et al., выданный 28 февраля 2012 и озаглавленный “Serial Modulation Display Having Binary Light Modulation Stage”;

(2) Патентная заявка США 20130148037 на имя Whitehead et al., опубликованная 13 июня 2013 и озаглавленная “Projection Displays”;

(3) Патентная заявка США 20130147777 на имя Lau et al., опубликованная 13 июня 2013 и озаглавленная “Application of MEMS Pixels in Display and Imaging Devices”, и

(4) Патентная заявка США 20120038693 на имя Kang et al., опубликованная 16 февраля 2012 и озаглавленная “High Dynamic Range Projection System”,

которые настоящим включены посредством ссылки во всей своей полноте.

[00022] Во многих из этих систем EDR может иметься двух-модуляторная архитектура, которая оказывает влияние на проецирование EDR. Например, одна система может содержать один или более DMD, которые могут отдельно модулировать свет от источника света и создавать проецирование EDR путем локального регулирования яркости частей входного экранного изображения.

[00023] Как описано здесь далее, существуют системы, способы и методы для выполнения глобального регулирования яркости, которые могут влиять на проецирование EDR желательных экранных изображений.

[00024] На фиг. 1 показан один вариант проекционной системы, которая может влиять на проецирование EDR, используя глобальное регулирование яркости с использованием ирисовой диафрагмы. Проектор 100 содержит источник света - в этом примере модуль лазерных источников света 102-1, 102-2, 102-3 и 102-1’, 102-2’ и 102-3’ - который может дополнительно содержать два (или более) RGB лазерных источников света. Следует иметь в виду, что и другие источники света могут быть использованы, которые также известны в данной области, например, ксеноновая лампа, матрица лазеров (например, диодов или иных) или других твердотельных излучателей света, дуговая лампа и т.п.

[00025] Свет от источника 102 света может направляться вдоль оптического пути (например, интегрирующего стержня 104 в варианте осуществления на фиг. 1) и попадать на ирисовую диафрагму 106. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения источник света может модулироваться под управлением контроллера 101. Ирисовая диафрагма 106 может (под управлением от контроллера 101) расширять и/или сужать количество света в пути, чтобы желательным образом воздействовать на глобальное регулирование яркости проекционной системы. После этого, свет 109 может продолжать распространяться вдоль оптического пути (например, интегрирующего стержня 108) к первому модулятору. В варианте осуществления на фиг. 1 первый модулятор 110 может содержать одну (или более) матриц DMD. В этом примере имеется три матрицы DMD 110-1, 110-2 и 110-3 (или в качестве альтернативы, три микросхемные компоновки DLP) соответственно, так как оптические компоненты 112 могут расщеплять входящий белый свет на его спектральные компоненты (например, красный, зеленый и синий, соответственно). Ирисовая диафрагма 106 может быть одним примером регулятора света для проекционной системы, который регулирует свет от источника света системы. Другим примером подходящего регулятора света может быть регулируемый источник света, который может регулировать уровни яркости под управлением контроллера 101.

[00026] Первый модулятор 110 может затем воздействовать на желательную модуляцию (под управлением от контроллера 101) света таким образом, что при проецировании (113) через оптику 114 проектора может воздействовать на желательное проецируемое изображение на экране (не показан) к одному или более зрителей. В одном альтернативном варианте осуществления свет выключенного состояния также может рециклироваться, обеспечивая другой параметр управления для ирисовой диафрагмы. В случае рециклирования, свет может быть разделен на отдельные спектры для каждого из модуляторов. Однако модулятор, требующий наибольшего света, может определять требования ирисовой диафрагмы.

Альтернативный вариант осуществления проектора EDR с глобальным регулированием яркости

[00027] В качестве альтернативы выполнению глобального регулирования яркости на белом свете от источника света, можно выполнять глобальное регулирование яркости по различным спектральным каналам, которые могут быть предоставлены проекционной системой. Фиг. 2 является альтернативным вариантом осуществления проекционной системы, содержащей источник 202 света (который может модулироваться под управлением контроллера 201). Как и прежде, источник 202 света может быть любым источником света, который возможно может быть разделен на его спектральные компоненты. На фиг. 2 источник 202 света является модулем лазерных источников света (например, красного, зеленого и синего лазерного света), в котором свет может передаваться по оптическим волокнам 204r, g и b, соответственно. Для каждого (или некоторого) цветового канала может иметься набор ирисовых диафрагм 206r, g и b, соответственно. Эти ирисовые диафрагмы могут находиться под управлением контроллера 201, так что каждый световой канал может испытывать глобальное регулирование яркости светового канала соответственно.

[00028] После этого, свет может быть объединен в объединителе света (например, интегрирующем стержне 208) и - как и прежде - свет может подсвечивать первый модулятор 210, который может содержать одну (или более) матриц DMD. Здесь, как и ранее, имеется три матрицы DMD (или, в качестве альтернативы, три микросхемные компоновки DLP), соответственно, так как оптические компоненты могут разделять входящий белый свет на спектральные компоненты (например, красный, зеленый и синий, соответственно). В качестве примеров других вариантов осуществления по отношению к фиг. 1 и 2, второй модулятор (не показан, но подобен 110 и/или 210) может тогда оказывать влияние на другую требуемую модуляцию (под управлением контроллера 201) света, так что при проецировании через оптику 214 проектора может оказывать влияние на желательное проецируемое изображение на экране (не показан) для одного или более зрителей.

[00029] На фиг. 3 показан еще один вариант проекционной системы, которая оказывает влияние на глобальное регулирование яркости на отдельных цветовых каналах. Проекционная система 300 может содержать источник 302 белого света (от любого известного источника, например, ксеноновой лампы, дуговой лампы или тому подобного). Дихроичные расщепители 303 и 305 пучка могут разделять зеленый, красный и синий свет на их отдельные оптические пути. Ирисовые диафрагмы 306r, g и b могут оказывать влияние на желательное глобальное регулирование яркости на этих отдельных цветовых каналах. Полученный в результате свет может быть введен в оптические пути 308r, g и b, соответственно, и после этого может отдельно модулироваться (посредством модулятора для каждого канала, соответственно, как известно в данной области техники). Отдельно модулированный свет может направляться вдоль оптических путей 309r, g и b, соответственно, и повторно объединяться, как желательно, чтобы сформировать объединенный световой пучок.

Альтернативные варианты для интеграции и модуляции света

[00030] На фиг. 4A и 4B изображен другой вариант осуществления для модуляции и интеграции света от источника света. Фиг. 4А изображает, что перед вводом света в интегрирующий стержень 108 (или любой другой подходящий световод и/или светопровод) перед стержнем 108 может быть размещен LCD-стек 402. LCD-стек 402 может дополнительно содержать первый поляризующий слой 404, LCD 406 и второй поляризующий слой 408. LCD-стек 402 может находиться под управлением контроллера 101 и может обеспечивать дополнительную точку модуляции света, как это может быть желательным.

[00031] Фиг. 4В изображает один вариант осуществления, в котором LCD-стек может подразделяться (например, 402-1, 402-2, 402-3 и 402-4 или любое другое число секций), так что свет, входящий в интегрирующий стержень 108, может регулироваться по яркости в соответствии с индивидуальными LCD-стеками, которые находятся в оптическом пути. Интегрирующий стержень 108 в данном случае сам по себе может быть так разделен и/или сегментирован, и свет от этого разделения и/или сегментации может подсвечивать различные области самого проекционного экрана, чтобы оказывать влияние на региональное регулирование яркости проекционной системы.

Варианты осуществления обработки изображения с глобальным регулированием яркости

[00032] В одном варианте осуществления способы определения глобальных (и/или региональных) уровней яркости для кадра или сцены могут испытывать влияние для достижения желательного проецируемого изображения, которое будет отображаться. Эти способы могут быть реализованы на основе по каждому кадру и/или на основе по каждой сцене. Эти способы могут использовать гистограмму и/или метаданные для того, чтобы влиять на эту обработку. Для только одного аспекта, эти способы могут обеспечивать плавный переход между уровнями яркости в кадре. В некоторых вариантах осуществления, вариации в градиенте изменений уровня яркости могут быть реализованы для изменений сцены, различных типов изменений сцены и/или различных типов изменений уровня яркости, которые могут произойти в сцене. В другом варианте осуществления эти способы могут включать в себя R, G, B независимые регулировки подсветки с использованием полного знания сцены или без него. Способы без знания полной сцены могут использовать такие методы, как, например, анализ текущего кадра или ближайших кадров (перед или после).

[00033] Уровни яркости могут совмещаться с областями посредством, например, сегментированного световода, и уровни яркости могут затем анализироваться, например, на основе подобных факторов, а также по отношению к другим сегментам в том же кадре или связанных во времени кадрах. Кроме того, гистограмма может вычисляться или предоставляться с помощью метаданных, закодированных в данных изображения (и/или предоставляться от отдельного источника) данных кадра или данных кадра на региональной основе.

[00034] Другие альтернативные варианты осуществления могут использовать интеллектуальное рассуждение с использованием догадок (например, AI, эвристика) для определения изменений сцены или специальных случаев на региональной основе, где зрители могут быть более толерантными к резким изменениям яркости. В другом варианте осуществления метаданные, основанные на офлайн обработке или завершающей тонкой настройке или вмешательстве, могут быть включены в метаданные, кодируемые или предоставляемые отдельно. Дополнительная информация может быть предоставлена для переходов от высокого динамического диапазона (HDR) к низкому динамическому диапазону (LDR) для обратной совместимости с унаследованными системами или предоставления новых специальных функций, таких как расширенный более высокий динамический диапазон, расширенное 3D и т.д.

[00035] В одном варианте осуществления метаданные могут быть представлены в виде отдельного файла вместе с ключами для разблокировки контента кадра или различными функциями, чтобы показывать фильм с улучшениями, предоставляемыми специальной обработкой контента, и/или как указывается метаданными. В одном расширении, параметры яркости могут быть предусмотрены для регулировки всех основных цветов сразу или в парах или любой другой комбинации группирования при использовании регулировки источника.

[00036] Для различных вариантов осуществления, описанных здесь, с ирисовой диафрагмой, эти способы могут быть использованы путем регулировки основных цветов, например, ирисовая диафрагма может регулироваться вместо источников. Хотя и потенциально менее эффективный, этот способ обеспечивает возможность применения контрастности панели в большем диапазоне яркости (например, увеличение последовательного контраста) и может улучшить одновременно контрастность на экране путем уменьшения размера апертуры в проекционном объективе (например, угловое окно и ANSI контрастность).

Независимая R, G, B регулировка подсветки без полного знания сцены

[00037] Для только двух вариантов осуществления способов по RGB (или другой схеме спектрального разделения), которые могут не иметь полного знания сцены, система отображения может влиять на один или оба способа в процессе обработки следующим образом:

(1) Анализ текущего кадра изображения, чтобы определить цветовой объем гаммы; в частности, максимальный вклад, требуемый каждым отдельным каналом основного цвета (например, индивидуально управляемый источник подсветки фиксированного диапазона длин волн). Использование этих максимальных требований, чтобы установить уровни каждого отдельного основного цвета.

(2) Анализ текущего кадра изображения и кадров перед и/или после него, чтобы определить максимальные требования по времени и обеспечить более плавный переход регулировок подсветки во времени.

[00038] Может иметься возможность использовать любой вышеуказанный способ, если имеются индивидуально управляемые источники света для каждого основного цвета, и каждый из этих источников может быть совмещен с частью устройства модуляции (например, с использованием способа, как в случае сегментированного интегрирующего стержня). Вычисление максимального требования может быть сделано на региональной основе в ассоциации с каждым индивидуально управляемым источником. Это может обеспечить улучшенный одновременный контраст при надлежащем использовании в сочетании с другими алгоритмами компенсации двойной модуляции для устранения ошибок, связанных с границами сегментов.

[00039] Эти регулировки могут иметь тенденцию к сокращению потребления питающей мощности и увеличению срока службы. Кроме того, эти регулировки могут позволить применять контрастность панели в более широком диапазоне яркости (например, улучшенный последовательный контраст).

Независимая регулировка подсветки с использованием основных цветов при полном знании сцены

[00040] В тех вариантах осуществления, в которых система имеет полное (или по существу полное) знание сцены, один подходящий способ может использовать данные гистограммы и желательные параметры отображения для алгоритма регулировки подсветки, возможно, посредством метаданных.

[00041] В другом варианте осуществления можно задержать воспроизведение достаточного количества кадров, чтобы вычислить плавный переход источников подсветки во времени. Однако даже если это было реализовано, это может быть сделано без знания мест переходов сцены, и, возможно, придется полагаться на интеллектуальные рассуждения с использованием догадок, чтобы знать, когда были бы допустимы более резкие изменения. Предоставляя гистограммы для каждой сцены, подходящий способ может обеспечить, чтобы источники подсветки имели профили регулировки, которые могут реализовать резкие изменения в дополнение к устранению необходимости в задержке и анализе контента.

[00042] Гистограммы - даже при знании сцен, которые могут автоматически генерироваться – имеют тенденцию к отсутствию возможности обеспечивать предпочтения идеального отображения при преобразовании контента высокого динамического диапазона для дисплеев более низкого динамического диапазона. Метаданные EDR могут быть сгенерированы со знанием этих предпочтений непосредственно из творческого взаимодействия. Таким образом, использование метаданных с желательными параметрами отображения может дополнительно улучшить регулировки уровня подсветки для получения окончательной последовательности изображений, которые по существу представляют творческий замысел независимо от общей эффективности дисплея.

[00043] В еще одном варианте осуществления может быть возможным регулировать все основные цвета сразу или в парах или любой другой комбинации группирования при использовании регулировки источника. Кроме того, вся подсветка, исходящая из проекционного объектива, может регулироваться с использованием регулируемой ирисовой диафрагмы под алгоритмическим управлением, как описано в настоящем документе. В некоторых вариантах осуществления может быть обеспечена возможность регулировки источника, регулировки ирисовой диафрагмы или некоторой комбинации обоих.

[00044] Эти способы, предполагающие регулировку подсветки, могут позволять применять контрастность панели в увеличенном диапазоне яркости (например, увеличивая последовательный контраст) и могут улучшать одновременный экранный контраст за счет уменьшения размера апертуры в проекционном объективе (например, угловое окно и контраст ANSI).

Варианты осуществления отображения динамического диапазона

[00045] На фиг. 5 и 6 изображают один пример варианта осуществления обработки изображения, где отображение динамического диапазона может происходить в системе, которая может содержать регулируемые ирисовые диафрагмы и/или регулируемые системы (например, лазерные и/или LED) освещения. Эти системы могут использовать текущий кадр (или несколько кадров перед или после него), чтобы определять настройки ирисовой диафрагмы или LED. В некоторых таких системах может быть невозможным иметь знание о полной сцене, и, таким образом, могут делаться регулировки, которые отрицательно влияют на восприятие зрителя. Чтобы улучшить восприятие зрителя, можно применять алгоритмы, использующие получение знания, чтобы развивать управление дисплеем.

[00046] Фиг. 5 изображает отображение 500 динамического диапазона, которое иллюстрирует несколько вариантов осуществления. Потенциальный полный динамический диапазон (от минимума (min) до максимума (max)) контента входного изображения (501), может быть особенно большим. Если динамический диапазон текущего контента, подлежащего визуализации, показан как 504, то контент запрашивает визуализацию очень яркого контента. Однако темные значения в контенте будут также визуализироваться относительно ярко. Система отображения может быть способна регулировать уровень освещенности до диапазона 506 (например, с помощью методов регулирования яркости (ирисовых диафрагм и/или регулируемого источника света, описанных здесь) для достижения более темных значений с максимальным значением, которое может быть подходящим для визуализации.

[00047] Фиг. 6 является одним вариантом осуществления способа, который может быть пригодным для воздействия на обработку изображения для проекционных систем, описанных в настоящем документе. В частности, фиг. 6 иллюстрирует примерные пути обработки и модуляции света в настоящей системе отображения с возможностью глобальной модуляции света. В некоторых вариантах осуществления путь обработки включает в себя возбудитель (602) глобальной модуляции и модуль (604) управления дисплеем, которые, соответственно, сконфигурированы для управления компонентами генерации света, компонентами (612) модуляции света, компонентами (610) управления светом и т.д. в пути проецирования с целью визуализации изображений LDR на экране (606) дисплея. Компоненты (612) модуляции света могут быть, без ограничения указанным, компонентами модуляции света, основанными на цифровой обработке света (DLP)/жидких кристаллах на кремнии (LCoS)/жидкокристаллическом дисплее (LCD). Компоненты (610) управления светом могут быть, без ограничения указанным, глобальной апертурой, глобальной ирисовой диафрагмой и т.д. и управляются частично посредством настройки глобальной модуляции света. Изображения LDR выводятся в значительной степени путем перцептивно точного регулирования входных кодовых значений во входных изображениях VDR, которые могут быть приняты на входе видеосигнала широкого динамического диапазона.

[00048] В тракте обработки, входное изображение VDR на входе видеосигнала анализируется возбудителем (602) глобальной модуляции для определения распределения уровня яркости (например, гистограммы, таблицы и т.д.) входного изображения VDR и для определения оптимального окна динамического диапазона (которое является экземпляром LDR при конкретной настройке глобальной модуляции света), на которое отображаются входные кодовые значения во входном изображении VDR. Определение оптимального окна динамического диапазона включает в себя определение абсолютного минимального и максимального уровней освещенности, подлежащих генерации модулем (608) глобального источника света и/или компонентами глобальной модуляции света, такими как глобальная апертура, глобальная ирисовая диафрагма и т.д. Возбудитель (602) глобальной модуляции может быть сконфигурирован для выполнения операций управления источником света, а также выполнения операций управления компонентами (612) глобальной модуляции света, а также модуляции глобального количества света для подсветки одного или более локальных уровней модуляции в целях визуализации изображения LDR, которое соответствует входному изображению VDR, на экране (606) дисплея. В некоторых вариантах осуществления возбудитель (602) глобальной модуляции также может быть сконфигурирован для выполнения управления модуляцией лазера как части глобальной или локальной модуляции света.

[00049] Модуль (604) управления дисплеем на фиг. 6 может быть сконфигурирован для постоянного обновления своих входных параметров, таких как минимальный и максимальный уровни яркости окон оптимального динамического диапазона. В некоторых вариантах осуществления минимальный и максимальный уровни яркости окон оптимального динамического диапазона варьируются в зависимости от настроек глобальной модуляции света от изображения к изображению. Конкретные настройки глобальной модуляции света зависят от данных изображения конкретных входных изображений VDR и используются для размещения модуля (608) источника света и компонентов (612) модуляции света в конкретных состояниях для получения конкретного минимального и максимального уровней яркости и оптимальных динамических диапазонов.

[00050] Модуль (604) управления дисплеем на фиг. 6 может быть сконфигурирован для выполнения непрерывной регулировки между входными кодовыми значениями во входных изображениях VDR и выходными кодовыми значениями в соответствующих изображениях LDR. Модуль (604) управления дисплеем может быть сконфигурирован, чтобы перцептивно отображать входные кодовые значения во входном изображении VDR на конкретное окно оптимального динамического диапазона, определенное на основе входного изображения VDR. Пиксельные регулировки, сгенерированные или определенные модулем (604) управления дисплеем, могут быть использованы для управления компонентами (612) модуляции света на уровне пикселов или на уровне блоков пикселов для визуализации на экране (606) дисплея перцептивно корректного изображения LDR, соответствующего входному изображению VDR.

[00051] Для того, чтобы избежать артефактов “накачки” (например, непредвиденных осцилляций или внезапных сдвигов абсолютных минимального и максимального уровней яркости в последовательных окнах динамического диапазона и т.д.), временное демпфирование может применяться так, что два разных окна динамического диапазона могут переходить друг в друга относительно постепенно, например, во временном интервале 0,5 секунды, 1 секунда, 3 секунды и т.д., а не внезапным, ощущаемым образом.

[00052] Система отображения сконфигурирована для определения/выбора окна динамического диапазона для входного изображения VDR и для идентификации/определения диапазона входных кодовых значений для перцептивного сохранения в окне динамического диапазона. Например, система отображения может определять распределение уровней яркости входного изображения VDR, выбирать окно динамического диапазона, чтобы охватывать как можно больше в распределении уровней яркости, и определять, на основе способности глобальной модуляции света системы отображения, конкретную настройку глобальной модуляции света для получения окна динамического диапазона. Уровни яркости в распределении уровней яркости могут быть взвешены различным образом. Уровням яркости, которые имеют относительно большие количества пикселов, присваиваются относительно высокие веса по отношению к другим уровням яркости, которые имеют относительно небольшое количество пикселов. Система отображения может быть смещенной, чтобы выбирать окно динамического диапазона для охвата большего числа уровней яркости, которые имеют относительно много пикселов. Кроме того, система отображения может использовать распределение уровней яркости, чтобы идентифицировать диапазон входных кодовых значений для перцептивного сохранения в окне динамического диапазона.

[00053] Система отображения может быть сконфигурирована так, чтобы минимизировать число “вне-диапазонных” пикселов за пределами диапазона входных кодовых значений для перцепционного сохранения и/или сведения к минимуму числа уровней, которые нуждаются в сжатии яркости. Система отображения может быть сконфигурирована так, чтобы минимизировать количество уровней яркости, которые нуждаются в сжатии яркости (например, посредством отображения тонов, операций управления дисплеем, включая, но не ограничиваясь теми, которые разработаны Dolby Laboratories, Inc., Сан-Франциско, штат Калифорния, и т.д.).

[00054] Система отображения может перцептивно и точно регулировать входные кодовые значения внутри-диапазонных пикселов до выходных кодовых значений и отображать входные кодовые значения вне-диапазонных пикселов на выходные кодовые значения кода со сжатыми уровнями яркости посредством отображения тонов и т.д.

[00055] Операции для выбора окон оптимального динамического диапазона для покрытия по меньшей мере наиболее характерных фрагментов входных изображений VDR и операции для установки настроек глобальной модуляции света коррелированы. Контур обратной связи может быть реализован между модулем (604) управления дисплеем и возбудителем (602) глобальной модуляции, чтобы непрерывно выбирать окна динамического диапазона и устанавливать настройки глобальной модуляции света. В результате, перцептивно корректные изображения могут поддерживаться, даже если общие уровни яркости входных изображений VDR изменяются с течением времени.

[00056] Уровни яркости VDR внутри-диапазонных пикселов входного изображения VDR могут перцептивно поддерживаться уровнями яркости LDR в одном или нескольких участках окна динамического диапазона, зарезервированных для перцептивной сохранности. В зависимости от динамических диапазонов входных изображений VDR в качестве принимаемых системой отображения, возможно, что некоторые уровни яркости VDR входного изображения VDR все еще лежат вне выбранного окна динамического диапазона и, таким образом, все еще остаются ограниченными или сжатыми. Ограничение и сжатие некоторых уровней яркости VDR может быть перцептивно скрыто путем отображения этих уровней яркости VDR на уровни яркости LDR в некоторых частях окна динамического диапазона, зарезервированных для управления дисплеем. В любой момент времени, ноль или более частей окна динамического диапазона, зарезервированных для управления дисплеем, и одна или более частей окна динамического диапазона, зарезервированных для перцептивного сохранения, составляют полное окно динамического диапазона.

Двух-модуляторные проекционные системы с глобальным регулированием яркости

[00057] Комбинация механизма глобального регулирования яркости с одно-модуляторной проекционной системой обеспечивает, как описано здесь, одно-модуляторные предшествующие проекционные системы, содержавшие одиночный модулятор.

[00058] На фиг. 7 показан один вариант осуществления двух-модуляторной системы 700 отображения, которая содержит источник 702 света (и в этом варианте осуществления различные модули 702-1, 702-2, 702-3, 702-1’, 702-2’ и 702-3’) лазерных источников света, которые могут объединяться в интегрирующем стержне 704-1, глобально регулироваться по яркости ирисовой диафрагмой 704 и продолжаться в световоде 704-2. Световой путь 703 может иметь оптические компоненты 706 перед подсветкой первого модулятора (например, предварительного модулятора) 708, который может включать в себя модулятор 708-1, 708-2, 708-3 на трех микросхемах. Первый модулятор 708 может формировать предварительно модулированное изображение (или, таким образом, световые эффекты в качестве модулятора световых эффектов) для создания светового поля для второго и/или основного модулятора 716. Перед вторым/основным модулятором 716, свет может размываться блоком 712 оптики, который может содержать оптические компоненты 710 и 714. Как уже упоминалось, первый модулятор 708 может влиять на ряд обработок света, например, как полутоновый предварительный модулятор, модулятор световых эффектов или любая их комбинация.

[00059] Свет может выводиться в свет 1 и 2 выключенного состояния, если желательно. Если желательно, свет выводится так в подсветку 713 проецируемого изображения, этот свет может проходить через систему 718 проекционного объектива для формирования конечного проецируемого изображения для просмотра. Как уже отмечалось, различные компоненты могут находиться под управлением контроллера 720, включая первый и второй модуляторы (708 и 716), источники (702) света, а также саму ирисовую диафрагму (704).

[00060] На фиг. 8 показан еще один вариант двух-модуляторной системы, как показано на фиг. 7, за исключением того, что свет, идущий от источника 802 света, может быть разделен на составляющие его цвета, например, красный (804-r), зеленый (804-g) и синий (804-b), и каждый цветовой канал может отдельно регулироваться по яркости посредством ирисовых диафрагм 806r, 806g и 806b. Нумерация элементов на фиг. 8 следует нумерации на фиг. 7 (например, первый модулятор 808 на фиг.8 может содержать те же самые или аналогичные компоненты для первого модулятора 708 на фиг.7 и т.д.).

[00061] На фиг. 9 показан еще один вариант осуществления двух-/много-модуляторной проекционной системы отображения. Система отображения на фиг. 9 может содержать по существу ту же конфигурацию, что и на фиг. 8, для первой части светового пути, например, 902, 904-х, 906-х соответствуют тем же элементам на фиг. 8. Объединенный луч 904 может затем обрабатываться регулируемым поляризатором 905, который может быть использован во взаимосвязи с поляризующим расщепителем 906 пучка.

[00062] Расщепленный пучок 908 может отражаться узлом 910 зеркала на предварительный модулятор и/или модулятор 912 световых эффектов. Этот первый модулятор 912 может иметь такую же или аналогичную обработку, как указано, например, по отношению к модулятору 708 или 808 выше. В одном варианте осуществления модулятор 912 может создавать неоднородное световое поле для модулятора 918, как описано здесь, которое может комбинироваться с однородным световым полем. Следует отметить, что модулятор 912 вновь может быть предварительным модулятором и/или модулятором световых эффектов. В одном варианте осуществления разделение света на однородное и неоднородное световые поля может быть полезно, так как модулятору 912 может тогда потребоваться только генерировать яркие области (например, световые эффекты) изображения, и однородная подсветка может обрабатывать остальную часть света, требуемого модулятором 918.

[00063] После приема данных изображения, контроллер (не показан) может вычислить процент однородного света по отношению к неоднородному свету и настроить регулируемый поляризатор 905 соответственно. Контроллер может также управлять ирисовыми диафрагмами 906r, 906g и 906b, чтобы позволять только необходимому свету входить в систему для каждого цветового канала, чтобы сформировать нужное изображение. В другом варианте осуществления можно создать систему отображения для обработки каждого цветового канала отдельно, например, где элементы от 905 и далее до 918, могут дублироваться как отдельно управляемые для каждого цветового канала.

[00064] Приведено подробное описание одного или более вариантов осуществления настоящего изобретения совместно с приложенными чертежами, которые иллюстрируют принципы изобретения. Следует понимать, что изобретение описано в связи с такими вариантами осуществления, но изобретение не ограничено каким-либо вариантом осуществления. Объем настоящего изобретения ограничен только формулой изобретения, и данное изобретение охватывает многочисленные альтернативы, модификации и эквиваленты. Многочисленные конкретные детали были изложены в данном описании, чтобы обеспечить полное понимание настоящего изобретения. Эти данные представлены с целью примера, и изобретение может быть осуществлено на практике в соответствии с формулой изобретения без некоторых или всех этих конкретных деталей. Для ясности, технический материал, который известен в технических областях, относящихся к изобретению, не был описан подробно, чтобы не затенять изобретение ненужным образом.

Изобретение относится к проекционным системам отображения, обладающим функциональной возможностью расширенного динамического диапазона (EDR). Заявленная проекционная система отображения содержит: источник света; контроллер; регулятор света и первый модулятор. Причем упомянутый регулятор света управляется контроллером, чтобы регулировать количество света от источника света, а упомянутый первый модулятор подсвечивается светом от упомянутого регулятора света и способен модулировать свет от упомянутого регулятора света под управлением от контроллера. Упомянутый контроллер дополнительно содержит: процессор и память, которая связана с упомянутым процессором и дополнительно содержит считываемые процессором инструкции, так что когда упомянутый процессор считывает считываемые процессором инструкции, они побуждают процессор выполнять следующие этапы: прием данных изображения; обработку данных изображения для определения настроек глобальной модуляции света и оптимального окна динамического диапазона; отображение данных изображения в оптимальном окне динамического диапазона; отправку управляющих сигналов на упомянутый регулятор света, так что регулятор света может выделять долю света от упомянутого источника света на упомянутый первый модулятор, причем доля основана на оптимальном окне динамического диапазона; и отправку управляющих сигналов на упомянутый первый модулятор, так что упомянутая доля света от упомянутого источника света модулируется для формирования экранного изображения. Технический результат – создание проекционных систем, имеющих возможность проецирования изображений с расширенным динамическим диапазоном. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Проекционная система отображения, причем упомянутая система отображения содержит:

источник света;

контроллер;

регулятор света, причем упомянутый регулятор света управляется контроллером, чтобы регулировать количество света от источника света;

первый модулятор, причем упомянутый первый модулятор подсвечивается светом от упомянутого регулятора света и способен модулировать свет от упомянутого регулятора света под управлением от контроллера;

упомянутый контроллер дополнительно содержит:

процессор;

память, причем упомянутая память связана с упомянутым процессором и упомянутая память дополнительно содержит считываемые процессором инструкции, так что когда упомянутый процессор считывает считываемые процессором инструкции, они побуждают процессор выполнять следующие этапы:

прием данных изображения, упомянутые данные изображения содержат данные изображения расширенного динамического диапазона (EDR);

обработку данных изображения для определения настроек глобальной модуляции света и оптимального окна динамического диапазона;

отображение данных изображения в оптимальном окне динамического диапазона, причем отображение содержит отображение значений кода данных изображения в окне динамического диапазона перцептивного сохранения, вмещенном в оптимальном окне динамического диапазона без ограничения или сжатия и отображения значений кода данных изображения, которые находятся за пределами окна динамического диапазона перцептивного сохранения с одним или обоими из ограничения и сжатия;

отправку управляющих сигналов на упомянутый регулятор света, так что регулятор света может выделять долю света от упомянутого источника света на упомянутый первый модулятор, причем доля основана на оптимальном окне динамического диапазона; и

отправку управляющих сигналов на упомянутый первый модулятор, так что упомянутая доля света от упомянутого источника света модулируется для формирования экранного изображения.

2. Система отображения по п. 1, в которой упомянутый источник света содержит одно из группы, причем упомянутая группа содержит ксеноновую лампу, дуговую лампу, лазер, матрицу лазеров, матрицу твердотельных излучателей света.

3. Система отображения по п. 2, в которой упомянутый источник света содержит матрицу лазеров, причем упомянутые лазеры могут модулироваться глобально и локально.

4. Система отображения по п. 1, в которой упомянутый регулятор света содержит одно из группы, причем упомянутая группа содержит регулируемую ирисовую диафрагму и регулируемый источник света.

5. Система отображения по п. 4, в которой первый модулятор содержит одно из группы, причем упомянутая группа содержит матрицу MEMS, матрицу DMD, набор управляемых аналоговых зеркал и набор управляемых цифровых зеркал.

6. Система отображения по п. 5, причем система дополнительно содержит:

набор лазерных источников света;

регулируемую ирисовую диафрагму, причем упомянутая ирисовая диафрагма подсвечивается упомянутыми лазерными источниками света; и

упомянутая регулируемая ирисовая диафрагма подсвечивается комбинированной подсветкой упомянутого набора лазерных источников света.

7. Система отображения по п. 5, причем система дополнительно содержит:

набор цветных лазерных источников света;

для каждого цвета, световод, обеспечивающий световой путь для соответствующего окрашенного света от упомянутого набора цветных лазерных источников света;

для каждого световода, регулируемую ирисовую диафрагму для регулировки яркости связанного с ней окрашенного лазерного света; и

объединитель света, причем упомянутый объединитель света способен объединять каждый упомянутый окрашенный лазерный свет, проходящий через каждую связанную регулируемую ирисовую диафрагму.

8. Система отображения по п. 1, причем инструкции побуждают процессор постоянно обновлять минимальный и максимальный уровни яркости окна оптимального динамического диапазона.

9. Система отображения по п. 1, причем оптимальный динамический диапазон окна основан на настройках глобальной модуляции света.

10. Система отображения по п. 1, причем инструкции побуждают процессор применять временное демпфирование к изменениям уровня яркости так, что последовательные переходы окон динамических диапазонов друг в друга относительно постепенны.

11. Система отображения по п. 1, в которой градиент уровня яркости увеличивается для изменений сцены.

12. Система отображения по п.11, в которой изменения сцены определяемы посредством AI, эвристики.

13. Система отображения по п. 1, содержащая контур обратной связи между модулем управления дисплеем и возбудителем глобальной модуляции, причем контур обратной связи функционирует, чтобы непрерывно выбирать окна оптимального динамического диапазона и настройки глобальной модуляции света.

14. Система отображения по п. 1, в которой инструкции побуждают процессор анализировать данные изображения для текущего кадра изображения для определения цветового объема гаммы и установки уровней отдельных основных цветов света на основании цветового объема гаммы.

15. Система отображения по п. 1, в которой инструкции побуждают процессор анализировать данные изображения для текущего кадра и одного или более других кадров перед и/или после текущего кадра изображения для определения максимальных требований подсветки по времени, чтобы обеспечить плавные переходы регулировок подсветки во времени.

16. Система отображения по п. 1, содержащая возбудитель глобальной модуляции, выполненный с возможностью управлять регулятором света, причем возбудитель глобальной модуляции выполнен с возможностью выполнять управление модуляцией лазера как часть глобальной модуляции света.

17. Система отображения по п. 1, причем инструкции побуждают процессор принимать метаданные, содержащие данные гистограммы и параметры отображения для данных изображения.

18. Система отображения по п. 17, причем данные гистограммы содержат гистограммы для каждой из множества сцен.

19. Проекционная система отображения, содержащая:

источник света;

контроллер;

регулятор света, причем упомянутый регулятор света управляется контроллером, чтобы регулировать количество света от источника света;

первый модулятор, причем упомянутый первый модулятор подсвечивается светом от упомянутого регулятора света и способен модулировать свет от упомянутого регулятора света под управлением от контроллера;

упомянутый контроллер дополнительно содержит:

процессор;

память, причем упомянутая память связана с упомянутым процессором, и упомянутая память дополнительно содержит считываемые процессором инструкции, так что когда упомянутый процессор считывает считываемые процессором инструкции, они побуждают процессор выполнять следующие этапы:

прием данных изображения, упомянутые данные изображения содержат данные изображения расширенного динамического диапазона (EDR);

отправку управляющих сигналов на упомянутый регулятор света, так что регулятор света может выделять долю света от упомянутого источника света на упомянутый первый модулятор; и

отправку управляющих сигналов на упомянутый первый модулятор, так что упомянутая доля света от упомянутого источника света модулируется для формирования экранного изображения;

причем система дополнительно содержит:

набор цветных лазерных источников света;

для каждого цвета, световод, обеспечивающий световой путь для соответствующего окрашенного света от упомянутого набора цветных лазерных источников света;

для каждого световода, регулируемую ирисовую диафрагму для регулировки яркости связанного с ней окрашенного лазерного света; и

объединитель света, причем упомянутый объединитель света способен объединять каждый упомянутый окрашенный лазерный свет, проходящий через каждую связанную регулируемую ирисовую диафрагму;

причем система дополнительно содержит интегрирующий стержень, упомянутый интегрирующий стержень принимает объединенный свет от всех цветных лазерных источников света и передает свет к упомянутому первому модулятору.

20. Система отображения по п. 19, причем система дополнительно содержит LCD-стек, расположенный перед интегрирующим стержнем, упомянутый LCD-стек способен модулировать свет, входящий в интегрирующий стержень.

21. Система отображения по п. 20, в которой интегрирующий стержень сегментирован, и каждый сегмент интегрирующего стержня дополнительно содержит ассоциированный LCD-стек.