矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法
2023-09-18 08:18:10
專利名稱：矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法
技術領域：
本發明涉及一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法。
背景技術：
矩陣像素器件的大屏幕投影顯示系統是當今辦公、會議等的主要顯示技術。液晶投影電視、DLP投影以及LCOS投影顯示器等就是這種技術的典型代表，是下一代高清晰度電視的主要顯示器件，是目前CRT顯示器的替代產品，它具有矩陣式象素器件的高分辨，同時具有無輻射，無閃爍，數位化等優點。
在這些投影顯示系統中，彩色圖像是應用三塊矩陣像素器件(如液晶板或DMD，LCOS)分別調製紅綠藍三色光路，再將三色光路合成為彩色圖像，投影至屏幕，形成彩色圖像。由於矩陣像素器件的每個像素尺寸較小(一般在10-20微米)，因此紅(R)、綠(G)、藍(B)三色矩陣像素器件的精確會聚成為生產與應用這些顯示系統的關鍵技術。目前，基本上還是靠人工來調節三色矩陣像素器件的會聚，因此主觀性較大，而且費時、費力，品質難以控制。
發明內容
本發明的目的是提供了一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法。
矩陣像素器件產生圖像經光學系統投影於屏幕，在屏幕上按照一定的規則安裝多個圖像傳感器，圖像傳感器採集投影於屏幕上的圖像數據到計算機中，將數據進行圖像處理之後運用評價函數，判別會聚精度是否達到要求，如果達到精度要求，則會聚過程結束，進入三個顯示晶片的快速固化曝光過程，如果精度未達到要求，則綜合多個傳感器的數據計算出偏差量，由六自由度精密機械手控制矩陣像素器件運動到符合要求的位置，重複上述過程，直到會聚精度達到要求為止。
本發明不僅三色會聚的速度較人工快，而且會聚的精度和可靠性都得到了有效的提高，實現了三色會聚的自動化。
圖1是三色自動會聚流程框圖；圖2是空間六自由度精密調整架與像素器件的固定示意圖，圖中像素器件a，六自由度機械手b；圖3是屏幕上五個CCD的兩種分布示意圖；
圖4是會聚系統的自動對焦調整過程示意圖；圖5是會聚系統的自動三色合色過程示意圖。
具體實施例方式
矩陣像素器件投影顯示器是現代辦公、家庭多媒體大屏幕投影電視、以及高清晰度電視的主要實現技術。這一類投影顯示器的彩色圖像是應用三塊矩陣像素器件(如液晶板LCD或DMD，LCOS)分別調製紅綠藍三色光路，再將三色光路合成為彩色圖像，投影至屏幕，形成彩色圖像。由於矩陣像素器件的每個像素尺寸較小，一般在10-20微米，紅(R)、綠(G)、藍(B)三色矩陣像素器件的精確會聚成為生產與應用這些顯示系統的關鍵技術。
因此存在必須將三色像素顯示器(如液晶板)進行空間方位的三色會聚重合問題。由於高分辨的矩陣像素器件每個像素的大小僅有8-20微米左右，三色會聚是一個十分精密與細緻的工作，包括會聚的判斷，三塊矩陣像素器件的調整，目前也只有靠人眼判讀，完全是一種勞動密集的技術，而且由於人為因素的影響，矩陣像素器件投影機的生產品質穩定性難以保證，是一個難度較大的生產關鍵工藝，其效率高低直接影響投影顯示器的生產率。
本發明中提出的矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，是一種應用多個CCD進行圖像採集，採用高速圖像處理技術，判別會聚效果，由計算機控制三套精密空間六自由度機械手，調整三色矩陣像素器件的空間位置，實現空間的三色圖像自動會聚。具體系統框圖如圖1所示。
三塊分別調製三色圖像的矩陣像素器件(如LCD板，或LCOS，DMD)分別由三個獨立的可以進行空間六自由度調節的機械手固定，該六自由度運動的機械手可以由三個精密平動臺與三個精密轉動臺組合而成，構成空間相互正交的六自由度空間運動臺，而且每一自由度的最小調節精度應該達到像素器件每個像素尺寸的1/10以內，以保證會聚精度。如圖2所示，為三色圖像矩陣像素顯示器件之一的矩陣像素顯示器件與六自由度機械手的位置關係。
採用與投影顯示器相同或類似的合色光學系統，將三個分別調製三種顏色光的矩陣像素器件以及與之相配套的三套六自由度機械手，構成一個完整的投影系統，並配合以投影物鏡，將三色經三個矩陣像素器件調製的圖像投影成像於屏幕。在屏幕上，採用若干個CCD或CMOS圖像傳感器組成多通道圖像傳感器拍攝該系統投影在屏幕上的圖像。圖像傳感器在屏幕上的排部有多種方式，其中典型的兩種方式如圖3所示，即採用五個CCD拍攝投影屏幕上的三色圖像，每個CCD只能反映投影圖像局部的性能，全局的投影圖像性能要通過5個CCD綜合完成。CCD在屏幕上應該有一定分布，如中心視場、邊緣視場、0.7視場等，使得能夠獲得投影畫面中心與邊緣的圖像會聚信息。CCD攝取的投影畫面五個區域的圖像信號，經圖像採集系統，進入計算機，轉化為數字圖像。
為了進行計算機圖像處理，判斷出三色像素器件的空間位置差異，採用了高速圖像處理與識別技術，通過建立圖像的評價函數來衡量圖像的清晰程度和圖像的投影方位。三色會聚的過程分成兩部分第一部分是三色器件的自動對焦過程，第二部分是三色合色過程。系統整體調整步驟為CCD攝取圖像，經過圖像採集卡進入計算機，轉化為數字圖像，數字圖像經過濾波、去噪、以及邊緣增強等圖像處理方法，進行圖像算法變換，然後綜合計算多個圖像傳感器檢測的圖像信息，計算評價函數，計算偏離量判別三色對焦或三色合色的效果，如果滿足要求，則控制自動固化機，進行像素顯示器件的曝光固化，如果不滿足要求，則根據偏離量，應用多種優化技術，判別各色矩陣像素圖像器件的位置與理想位置的差異，控制機械手進行六自由度調整，再用CCD攝取圖像進入下一循環，如圖1所示。
第一部分為三色對焦過程，利用評價函數在正確對焦面上應該具有某些特徵(比如函數具有極大值)，一旦找到這個特徵，就利用控制裝置，調節某一器件，從而使得物象共軛，綜合不同視場CCD的數據，可以將矩陣像素器件的投影圖像綜合效果最清晰。基本步驟如圖4所示。
第二部分為三色圖像合色過程，使紅綠藍三色圖像投影於屏幕，利用不同方位採集的圖像數據來實現三色在平面上重合。基本步驟如圖5所示。
三色對焦與三色合色兩個過程可以對調次序，也可以多次循環使得達到較高的會聚精度。
同樣，也可以採用將三色對焦與三色合色同時集中在一個調節反饋過程中進行的方法，實現同時的三色對焦與三色合色。
由於投影鏡頭存在的一定的象差，如場曲、象散、慧差、倍率色差等，因此實際三色會聚的難度很大，給對焦面的判斷、三色合色的結果判斷帶來較大的困難。同時該設備的目標主要用於生產，要求自動調整速度快，因此在計算機處理中計算量也不能太大，否則會影響到自動會聚的速度。為了更好的反映評價函數的特性，可以採用了多種算法。對於三色對焦過程，為了更好的反映評價函數的特性，可以採用了多種算法，如拉普拉斯算子、Sobel算子和Prewitt算子等，以提高圖像判別精度。同時，採用了多CCD對稱分布圖像攝取法，利用投影物鏡的軸對稱性等提高對焦判別的精度與速度。對於三色合色過程，可以採用三色位置漸次逼近的方法，也可以採用根據圖像三色位置的計算差異，之間精密移動三色像素器件到理想位置的方法。經過多次循環，反饋機械手空間六自由度可調系統，控制機械手的空間運動，實現三色投影顯示的完全會聚。
三色會聚完成後，計算機控制紫外曝光系統進行快速紫外曝光，固化三色液晶板，同時應用多通道圖像傳感器實時監控屏幕上的圖像變化，進而控制機械手快速反饋，校正曝光過程的圖像變化。這樣的監控反饋系統保證了紫外曝光的精度與成品率，實現三色矩陣像素器件的快速定位固化。
權利要求
1.一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特徵在於矩陣像素器件產生圖像經光學系統投影於屏幕，在屏幕上按照一定的規則安裝多個圖像傳感器，圖像傳感器採集投影於屏幕上的圖像數據到計算機中，將數據進行圖像處理之後運用評價函數，判別會聚精度是否達到要求，如果達到精度要求，則會聚過程結束，進入三個顯示晶片的快速固化曝光過程，如果精度未達到要求，則綜合多個傳感器的數據計算出偏差量，由六自由度精密機械手控制矩陣像素器件運動到符合要求的位置，重複上述過程，直到會聚精度達到要求為止。
2.根據權利要求1所述的一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特徵在於所說的矩陣像素器件投影顯示，是指LCD、DMD以及LCOS矩陣像素器件的投影顯示。
3.根據權利要求1所述的一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特徵在於所說的三色會聚過程，分為三色對焦與三色合色兩個獨立的過程，或者三色對焦和三色合色相結合的方法。
4.根據權利要求1所述的一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特徵在於所說的用於圖像探測的圖像傳感器，是指CCD或者CMOS圖像傳感器。
5.根據權利要求1所述的一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特徵在於所說的在屏幕上按照一定的規則安裝多個圖像傳感器構成的多通道圖像傳感器，是指根據系統要求在屏幕的上下左右中不同視場安裝圖像傳感器，或者其他規則的排布方法組成的多個圖像傳感器的多通道圖像傳感器。
6.根據權利要求1所述的一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特徵在於所說的將不同方位的圖像數據採集到計算機後運用圖像平滑、濾波、銳化圖像處理技術，然後運用適當的評價方法來判別對焦的清晰度和三色合色的精度是否達到要求。
7.根據權利要求1所述的一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特徵在於所說的運用六自由度精密機械手實現矩陣像素器件在三個平動方向和三色轉動方向進行微米或亞微米量級的精密控制。
8.根據權利要求1所述的一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特徵在於所說的綜合不同方位的圖像傳感器的圖像數據以及其方位排布方式，根據評價函數，計算出矩陣像素器件在不同方向和理想位置的偏差量，由六自由度機械手控制矩陣像素器件到合適位置，從而實現矩陣像素器件的全空間調節。
9.根據權利要求1所述的一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特徵在於所說的三個顯示晶片的快速固化曝光過程，是指應用光敏粘合劑實現多通道並行紫外曝光紫外光照明系統，使得三個顯示晶片的瞬態固化，同時應用多通道圖像傳感技術監控，並反饋校正、控制紫外曝光過程。
全文摘要
本發明公開了一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法。矩陣像素器件產生圖像經光學系統投影於屏幕，在屏幕上按照一定的規則安裝多個圖像傳感器，圖像傳感器採集投影於屏幕上的圖像數據到計算機中，將數據進行圖像處理之後運用評價函數，判別會聚精度是否達到要求，如果達到精度要求，則會聚過程結束，進入三個顯示晶片的快速固化曝光過程，如果精度未達到要求，則綜合多個傳感器的數據計算出偏差量，由六自由度精密機械手控制矩陣像素器件運動到符合要求的位置，重複上述過程，直到會聚精度達到要求為止。本發明不僅三色會聚的速度較人工快，而且會聚的精度和可靠性都得到了有效的提高，實現了三色會聚的自動化。
文檔編號H04N5/74GK1491030SQ0312931
公開日2004年4月21日 申請日期2003年6月12日 優先權日2003年6月12日
發明者劉旭, 邱勝根, 劉向東, 李海峰, 劉 旭 申請人:浙江大學, 杭州浙大科特光電科技有限公司