大屏幕圖像無縫拼接顯示裝置的製作方法
2023-07-06 10:19:46 1
專利名稱：大屏幕圖像無縫拼接顯示裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種大屏幕顯示裝置。尤其是一種無縫拼接圖像顯示裝置。
背景技術：
現有的投影大屏幕顯示通常是採用下列三種方法實現第一種是使用單一的高亮度輸出的投影機在一個大屏幕上(如200寸)投射出一幅完整圖像，這種方法一般投射距離比較遠，有比較大的空間需求；另一方面，由於單機的解析度有限，當投射比較大的畫面時，像素變得較粗，圖像解析度低。由於用單機投影很大的畫面，亮度也很難保證。第二種是採用光學硬拼接的方式提高大屏幕顯示的解析度和亮度，即在單一大屏幕上使用多個投影機進行光學圖像的拼接投影，各投影機投射的圖像是邊緣互相銜接的，圖像之間緊密地挨在一起，構成一幅完整的畫面。這種方法可以在一張完整的大屏幕上實現很高的解析度，但由於各投影機的亮度從中心到邊緣是逐漸減弱的，而且在不同投影機投射圖像銜接的地方，投射到屏幕上的光線方向截然不同，由於屏幕本身的光學特性決定，使得圖像銜接的地方在不同的方向看，圖像之間的亮度會有很大差別，這種亮度的突變使得圖像銜接的地方出現明顯的斷裂感，破壞了圖像的完整性。再加上投影圖像的變形，圖像的邊緣銜接也是難以消除縫隙的。第三種是採用多單元拼接的形式構成大屏幕，各個單元有自己的投影機和投影屏幕，各屏幕後使用菲涅爾透鏡提高單屏的均勻性，然後通過機械堆疊的方式形成M列N行的拼接顯示屏，該拼接顯示屏可以顯示一幅完整的圖像，也可以在整個拼接屏上任意的位置開窗口。該方法可以在大屏幕上實現很高的解析度，但由於各單元之間有機械的和光學的接縫存在，會破壞圖像的整體效果。儘管由於工藝上的不斷改進，拼縫也做得越來越小，但拼縫始終存在，目視還是明顯有一條接縫。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種大屏幕圖像無縫拼接顯示裝置，可以採用多個投影機實現大屏幕真正的無縫拼接顯示，保證了大屏幕顯示的高亮度和高解析度，且絕無拼縫的存在和像素的丟失。
本實用新型通過以下技術方案予以實現一種大屏幕圖像拼接顯示裝置，包括一塊大屏幕和至少兩臺用於在大屏幕上並列拼接投射一幅大畫面的投影機，各相鄰投影機投射出的子圖像在銜接邊緣部分重疊，該重疊區域具有相同的圖像內容，在每個投影鏡頭投射邊緣重疊區域的成像光路中設有用於使重疊區域內的亮度達到平滑過渡的亮度調製元件。
所述的亮度調製元件為至少一層邊緣平滑的不透明薄片，當使用多層邊緣平滑的不透明薄片時它們相隔錯落排列成臺階狀。
所述的亮度調製元件為鋸齒邊的不透明薄板，其鋸齒邊的形狀為直邊的矩形、梯形、三角形或曲線；鋸齒的尺寸遠小於光學鏡頭的出瞳大小。當使用多層鋸齒邊的不透明薄片時它們相隔錯落排列成臺階狀；所述的鋸齒邊的不透明薄板可以在鋸齒形平面內抖動或轉動，以產生更加柔和的亮度過渡效果。
所述的調製元件是帶稜的圓柱體；所述的帶有調製稜的圓柱體可以繞軸線轉動，以產生更加均勻的效果。
所述的亮度調製元件為設有遮光塗層的透明基片，透明基片上的塗層對應於重疊區域的光路部分。
本實用新型與現有技術相比，具有以下的優點1、可以提供真正無縫的高解析度和高亮度大屏幕顯示。
2、由於採用重疊投射方式，拼接顯示沒有任何像素丟失。
3、採用優異的亮度調製方法，實現重疊區域的完美亮度過渡。
4、採用本實用新型可以提供完全沒有圖像斷裂感的大屏幕拼接顯示。
圖1是產生圖像重疊的雙投影機在一塊大屏幕上拼接示意圖；圖1a是圖1所示中投射圖像亮度曲線；
圖2是採用光學調製進行圖像重疊區域亮度調節的示意圖；圖2a是圖2所示中投射圖像成像光路圖；圖2b是圖2所示中投射圖像亮度曲線；圖3a、圖3b、圖3c、圖3d為應用於光學調製的元件；圖4a、圖4b是光學調製元件進行運動的示意圖；圖5提供了多層調製薄片進行光學調製的原理圖；圖6是圓柱體形的光學調製元件作用原理圖。
具體實施方式
圖1展示了採用兩臺投影機11，12在一塊大屏幕上進行圖像拼接的情況，與以往技術不同的是，這兩臺投影機所投射出的圖像是有重疊部分的。利用帶有多個圖形顯示輸出通道的處理器將要顯示的畫面分割成左右兩個子圖像13a和13b，該兩個子圖像在鄰近銜接的地方有一個重疊區域13c，如圖中左側圖像13a在與右側圖像13b相銜接的邊緣部分會有一個區域13c顯示與右側圖像左邊緣部分相同的內容。左側圖像13a和右側圖像13b都包含內容13c。兩臺投影機在拼接投射同一畫面時，在互相銜接的邊界投射範圍是有一相互重疊區域的，以保證相鄰近的圖像重複顯示部分13c能準確互相重合。
在重疊的投影區域圖像是由兩臺投影機同時投射的，因此其圖像的亮度14c大約是其它不重疊區域亮度14a、14b的兩倍，如圖1a所示，為了實現重疊區域的圖像亮度與其它部分亮度一致，必須採用亮度調節的方法使圖像的亮度均勻過渡。
對於目前流行的DLP、LCD和LCOS等技術的投影機，由於光學元件和顯像晶片噪聲的影響，它們不能給出零亮度的暗場，即使輸入圖像的亮度信號為零，它們也會有一定的亮度存在，如0.5lux，因此，在重疊區域會出現一個恆定的亮度疊加，在重疊區域形成一個暗場中的亮帶，採用光學亮度調製的方法可以很好地解決這個問題。
如圖2所示，圖中左側圖像23a在與右側圖像23b相銜接的邊緣部分有一個重疊區域23c，在投射拼接圖像的投影機21、22的投影鏡頭各自成像光路中放置了用於亮度調製的光學調製元件26、27，以改變投射到屏幕上重疊區域23c的光能量分布。該亮度調製元件按投影鏡頭的光學特性來確定放置的距離，調製元件是特定形狀的不透明薄片。光學調製片的工作原理如圖2a所示，經過鏡頭28出瞳的成像光線一部分被調製元件26遮擋不能通過，如圖2a中圖像邊緣的A點，其成像光線全部被攔截，因此沒有光線到達屏幕；另一部分，如靠近圖像中心一些的C點，則全部通過投射到屏幕上；而位於A點和C點之間的那些像元，一部分光線通過了到達屏幕，另一部分被遮擋而不能通過，如圖2a中B點。因此在投影圖像上形成亮度漸變的效果，如圖2a中曲線D所示。曲線D的形狀與鏡頭的光學特性有關，一般不會是線性的，因此，單純使用不透明調製片無法產生均勻的亮度過渡。如圖2b中所描述的那樣，拼接圖像的亮度在重疊的區域仍會存在如圖中24c所示的亮度升高。
通過改變光學調製元件的設計可以改善重疊區域圖像亮度的更加均勻，如可以採用如圖3a、圖3b、圖3c所示的鋸齒狀的不透明薄板，其鋸齒的形狀可以是直邊的三角形或梯形，也可以是曲邊形狀的，鋸齒的尺寸遠小於光學鏡頭的出瞳大小。如圖3d還可以是採用物理方法在透明的薄片上形成的部分透明或完全不透明的圖案遮光塗層，透明薄片上的塗層對應於重疊區域的光路部分。為了提高亮度的均勻性，光學調製元件可以在鋸齒形平面內抖動或轉動，以產生更加柔和的亮度過渡效果，如圖4a、圖4b所示。
光學調製元件可以是單層的薄板，也可以是多層薄片相隔排放，形成錯落有致的結構。如圖5所示，這種雙層薄片56、56a組成的調製元件由於可以通過錯落有致的臺階結構對鏡頭58投出不同傾角的光線進行分別遮擋，可以使亮度過渡的更加平滑均勻。也可以將多層薄片複合元件轉化做成圓柱體的形式，形成帶有調製稜的圓柱體，如圖6所示，以產生結構更加合理的形狀；這種帶有調製稜的圓柱體66可以繞軸線轉動，轉動的調製圓柱體由於稜的運動，阻擋鏡頭68投出光線的位置時刻在變化中，可以產生更加均勻細緻的亮度調製效果。
重疊區域的圖像亮度調節也可以通過電子的方式進行調節，將各子圖像的信號經過處理器內的增益調節電路，將重疊區域所對應的各像素的增益按照線性的或非線性的規律進行調節，增益的改變產生對應像素亮度的變化，通過改變重疊區域內各子圖像中像素或像素集合的亮度，實現各投影機輸出圖像在重疊區域內的亮度平滑過渡。
權利要求1.一種大屏幕圖像無縫拼接顯示裝置，包括一塊大屏幕和至少兩臺用於在大屏幕上並列拼接投射一幅大畫面的投影機，其特徵在於各相鄰投影機投射出的子圖像在銜接邊緣部分重疊，該重疊區域具有相同的圖像內容，在每個投影鏡頭投射邊緣重疊區域的成像光路中設有用於使重疊區域內的亮度達到平滑過渡的亮度調製元件。
2.根據權利要求1所述的大屏幕圖像無縫拼接顯示裝置，其特徵在於所述的亮度調製元件為至少一層邊緣平滑的不透明薄片，邊緣平滑的不透明薄片相隔錯落排列成臺階狀。
3.根據權利要求1所述的大屏幕圖像無縫拼接顯示裝置，其特徵在於所述的亮度調製元件為帶鋸齒邊的不透明薄板，其鋸齒邊的形狀為直邊的矩形、梯形、三角形或曲線；鋸齒的尺寸遠小於光學鏡頭的出瞳大小；多個帶鋸齒邊的不透明薄片相隔錯落排列成臺階狀。
4.根據權利要求3所述的大屏幕圖像無縫拼接顯示裝置，其特徵在於所述的亮度調製元件為可在齒形平面內抖動或轉動的帶鋸齒邊的不透明薄板。
5.根據權利要求1所述的大屏幕圖像無縫拼接顯示裝置，其特徵在於所述的調製元件是帶稜的圓柱體。
6.根據權利要求5所述的大屏幕圖像無縫拼接顯示裝置，其特徵在於所述的帶有稜的調製元件為可繞軸線轉動的圓柱體。
7.根據權利要求1所述的大屏幕圖像無縫拼接顯示裝置，其特徵在於所述的亮度調製元件為設有遮光塗層的透明基片，透明基片上的塗層對應於重疊區域的光路部分。
專利摘要本實用新型公開了一種大屏幕圖像無縫拼接顯示裝置，包括一塊大屏幕和至少兩臺用於在大屏幕上並列拼接投射一幅大畫面的投影機，各相鄰投影機投射出的子圖像在銜接邊緣部分重疊，該重疊區域具有相同的圖像內容，在每個投影鏡頭投射邊緣重疊區域的成像光路中設有用於使重疊區域內的亮度達到平滑過渡的亮度調製元件。本實用新型實現大屏幕真正的無縫拼接顯示，保證了大屏幕顯示的高亮度和高解析度，絕無像素的丟失。
文檔編號G02B26/02GK2824079SQ20052005777
公開日2006年10月4日 申請日期2005年4月30日 優先權日2005年4月30日
發明者孟凡華, 張曉琪, 梁明浩, 白寶國 申請人:廣東威創日新電子有限公司