DE19719828A1 - Prüfverfahren und Prüfvorrichtung für Projektionsvorrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Prüfverfahren für eine Projektions­ vorrichtung, bestehend aus einem Projektor und einer Bild­ wand, insbesondere zur Gütebeurteilung von deren Bildwand.

Bildwände, insbesondere Rollbildwände, zeigen eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Faltenbildung, Fehlstellen, Druckstellen und eine Wellenbildung. Ursachen dieser Phä­ nomene liegen unter anderem in der Rolltechnik und im Verzug durch das Eigengewicht des Bildwandmaterials sowie im Wickelgleiten. Auf der Bildwand führen die Falten bei Schräglicht zu Schattenwurf und damit zu einer ungleichmä­ ßigen Leuchtdichteverteilung. Für den Betrachter ergibt sich dadurch eine schlechtere Qualität der Projektion.

Weiterhin ist die Helligkeitsverteilung unterschiedlicher Projektoren erheblich voneinander verschieden. Deshalb ist es für die technische Entwicklung und die Produktion von Projektionsvorrichtungen und deren Komponenten als auch unter kommerziellen Gesichtspunkten sowie bei Garantiefäl­ len eine ständige Forderung eine objektive Gütebeurteilung zu bekommen, welche Forderung jedoch bisher unerfüllt blieb und durch oft widersprüchliche subjektive Beurtei­ lungen nur behelfsweise befriedigt wurde.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein objektivierbares Prüf­ verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu offenbaren.

Die Lösung besteht darin, daß mit dem Projektor die Bild­ wand ausgeleuchtet wird und am Ort eines Normalbeobachters die Lichtverteilung der Bildwand mit einer CCD-Kamera auf­ genommen wird und in einem elektronischen Prozessor pro­ grammgesteuert die so gewonnenen Grauwerte normiert und bezüglich einer standardisierten Grauwertverteilung und/oder bezüglich jeweils von Pixelgrauwerten eines be­ nachbarten Pixelbereiches differentiell verknüpft und mit vorgegebenen Schwellwerten größenmäßig verglichen werden, wobei gemäß deren Überschreitung eine Fehlerpixelvertei­ lungs-Darstellung erstellt und ggf. ausgegeben wird und dann eine verteilungsmäßige Bewertung dieser Fehlerpixel­ verteilung mit in einer Sichtbarkeitsanalyse ermittelten Verteilungskriterien erfolgt, womit eine Klassifizierung der Fehlerpixelverteilung erstellt wird, die als die Güte­ beurteilung ausgegeben wird.

Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen ge­ offenbart.

Die Vorrichtung ist in den Ansprüchen 10 bis 13 charakte­ risiert.

Zur Gütebeurteilung wird die Helligkeits- bzw. Grauwert­ verteilung auf der Bildwand, die eine CCD-Kamera in elek­ trische Signale zeilenweise für spaltenweise angeordnete Pixel aufnimmt, erfaßt und in einem Prozessor programmge­ steuert ausgewertet. Da das durchschnittliche menschliche Auge sehr geringe Helligkeitsunterschiede von weniger als 10% als merklich erfassen kann und die Erfassungsbereiche mit einer Ausdehnung von weniger als einer Bogenminute noch erkannt werden, wird eine mehrstufige Aufbereitung der aufgenommenen Grauwerte vorgenommen.

Zum einen erfolgt eine Normierung der aufgenommenen Grau­ werte bezüglich jeweils unterster und/oder oberster Grau­ werte.

Dann erfolgt eine Differenzierung der normierten Grauwerte zu einer als Referenz dienender Standard-Grauwertvertei­ lung einer einwandfreien Bildwand, die mit dem gleichen Projektor oder mit einem optimalen Projektor ermittelt wurden, sofern der Projektor zur Beurteilung ansteht, so daß nur noch die Abweichungen der Grauwerte zu der der Standardbildwand weiter betrachtet werden.

Alternativ erfolgt eine Differenzierung der normierten Grauwerte der einzelnen Pixel zu den Werten der benachbar­ ten oder übernächst-benachbarten Pixel, wobei letzteres Vorgehen als Sobeloperation bezeichnet wird und eine ge­ wisse Mittelung zur Rauschunterdrückung erbringt.

Die so gewonnenen Differenzwerte werden dann bevorzugt ei­ ner Mittelwertbildung unterworfen, wobei um jedes Pixel zentriert 3 mal 3 bis 9 mal 9, vorzugsweise 5 mal 5 Pixel­ werte gemittelt werden. Der Operator der hierzu benutzt wird wird wird als Medianoperator bezeichnet.

Die Differenzwerte oder ggf. die Mittelwerte werden dann mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen, und deren Über­ schreitungen werden, wenn gewünscht bildlich oder tabella­ risch dargestellt, so daß eine Fehlerpixelverteilung gezeigt wird.

Darüberhinaus wird eine statistische Clusteranalyse der Fehlerpixel vorgenommen, und die Cluster werden mit Ver­ teilungskriterien, die in einer Sichtbarkeitserhebung er­ mittelt wurden, geprüft.

Die Bereiche, in denen die Prüfkriterien für die Cluster erfüllt sind, werden dann jeweils zur Anzeige gebracht oder bewertet ausgegeben. Somit können Störungen im Pro­ jektionsfeld durch Beschichtungsmängel, Falten, Wellen oder dergleichen in der Bildwand und auch Mängel des Pro­ jektors in der Helligkeitsverteilung zur Darstellung ge­ bracht werden und objektiv bewertet werden.

Die jeweils benutzten Schwellwerte wurden aufgrund einer statistische Erhebung mit einem Probandenkollektiv er­ stellt, dem Helligkeitsmuster an verschiedenen Stellen der Bildwand mit unterschiedlichen Grauwertverteilungen und unterschiedlichen Grauwertübergängen zur Beurteilung vor­ gestellt wurden. Hieraus ergab sich zum einen die minimale Graustufe, die noch erkennbar war und ist, als Schwell­ wert-Eichmaß. Weiter wurden anhand der Helligkeitsver­ teilungen der Muster statistische Verteilungen von Pixeln, die diesen Schwellwert überschreitende Grauwerte aufwiesen, auf Cluster untersucht, deren Noch-Erkennbarkeit von den Probanden herausgefunden worden war. Diese Verteilungen als auch die Schwellwerte lassen sich im einfachsten Fall verallgemeinern, für hochwertige Beurteilungen jedoch auch ortsabhängig festlegen, da das Auge bei schräger Betrach­ tung ein geringeres Auflösungsvermögen hat, andererseits Falten, Knicke und Wellen bei Schräglicht stärker hervor­ treten. Die Erhebung läßt sich ebenso für unterschiedliche Spektralbereiche durchführen, indem das Licht beim Projizieren durch geeignete Filter geleitet wird oder von monochromen Lichtquellen erzeugt wird.

Die gewonnenen Schwellwerte und Verteilungs-Sichtbarkeits­ kriterien sind durch diese statistische Erhebung mittels eines Probandenkollektivs eindeutig festgelegt, und es bleibt lediglich eine Gütebewertungsskala bezüglich der Clustergrößen und -intensität in der freien Wahl der Fachleute.

Zur einfachen, objektiven Standardisierung der Schwellwer­ te wird dieser in einem bestimmten Graumuster verkörpert, das jederzeit mit der zu überprüfenden Projektonsvorrich­ tung dargestellt und mit der CCD-Kamera wiederaufgenommen werden kann. Eine musterbezogene differentielle Auswertung der Grauwerte des wiederaufgenommenen Graumusters gibt dann unmittelbar oder, mit einem für das Muster bekannten Faktor normiert, den Schwellwert. Dieser ist unmittelbar auf diejenige Grauwertverteilung, die bei einer vollen Ausleuchtung ermittelt wird, nach entsprechender differen­ tieller Aufbereitung der Grauwerte, wie beschrieben, anzu­ wenden ist. Die absolute Helligkeit sowie die Projektorei­ genschaften und die Reflexionsstörungen der Bildwand sind dabei durch die musterbezogene Schwellwertbildung ohne Auswirkung auf das Ergebnis. Es wird entlang der Muster­ kanten jeweils die bekannte Graustufe des Musters dem ge­ messenen Sprung der Grauwerte zugeordnet und proportional dazu der Schwellwert gebildet, der an der durch die allgemeine, vorbeschriebene Erhebung bekannten Grenze der Beobachtbarkeit liegt.

Eine Ausgestaltung der Prüfvorrichtung ist in Fig. 1 dar­ gestellt.

Fig. 1 zeigt eine Prüfvorrichtung mit einem Projektor P, der eine Bildwand B ausleuchtet, die von einer CCD-Kamera K aufgenommen wird, die am Platz eines Normalbeobachters aufgestellt ist. Die Bildsignale der Kamera K sind einem Prozessor PC zugeleitet, der ein Programm zur Durchführung der Verfahrensschritte nach der Erfindung enthält. Die Grauwertverteilung sowie die Werteverteilungen nach den einzelnen Verfahrenschritten, der Differenzierung, der Mittelwertbildung, der Schwellwertapplikation und der Clu­ steranalyse sind auf dem Ausgabemedium D, einem Drucker und/oder Display darzustellen.

Für die Erhebung der statistischen Relevanz und die Er­ mittlung der Schwellwerte ist eine Grauwertmustervorlage V in den Projektor P eingesetzt. Falls Farbfehler beurteilt werden sollen, wird auch ein Filter F in den Strahlengang eingesetzt.

Verfahrenspezifisch an der Vorrichtung sind also die An­ ordnung vom Projektor P und der Kamera K vor der Bildwand B, das Programm und die Prüfmaßstäbe in Form gespeicherter Schwellwerte und statistischer Clusterbewertungsdaten und/oder einer Grauwert-Mustervorlage V.

Claims (13)

1. Prüfverfahren für eine Projektionsvorrichtung, beste­ hend aus einem Projektor (P) und einer Bildwand (B), ins­ besondere zur Gütebeurteilung von deren Bildwand (B), dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Projektor (P) die Bildwand (B) ausgeleuchtet wird und am Ort eines Normalbe­ obachters die Lichtverteilung der Bildwand (B) mit einer CCD-Kamera (K) aufgenommen wird und in einem elektro­ nischen Prozessor (PC) programmgesteuert die so gewonnenen Grauwerte normiert und bezüglich einer standardisierten Grauwertverteilung und/oder bezüglich jeweils von Pixel­ grauwerten eines benachbarten Pixelbereiches differentiell verknüpft und mit vorgegebenen Schwellwerten größenmäßig verglichen werden, wobei gemäß deren Überschreitung eine Fehlerpixelverteilungs-Darstellung erstellt und ggf. aus­ gegeben wird und dann eine verteilungsmäßige Bewertung dieser Fehlerpixelverteilung mit in einer Sichtbarkeits­ analyse ermittelten Verteilungskriterien erfolgt, womit eine Klassifizierung der Fehlerpixelverteilung erstellt wird, die als die Gütebeurteilung ausgegeben wird.

2. Prüfverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Gütebeurteilung der Bildwand (B), die standardisierte Grauwerteverteilung bezüglich des verwendeten Projektors (P) und einer idealen Bildwand ermittelt wird.

3. Prüfverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Gütebeurteilung eines Projektorstyps die standardisierte Grauwertverteilung mittels eines als opti­ mal beurteilten Projektors und einer idealen Bildwand ermittelt wird.

4. Prüfverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Schwellwerte dadurch vorab ermittelt werden, daß Testmuster mit unter­ schiedlichen Grauwerten in einer Projektionsvorrichtung (P, B) projiziert und die Projektionen von einem Proban­ denkollektiv auf eine Erkennbarkeit der Testmuster beur­ teilt werden und aus den Beurteilungen nach statistischen Kriterien die Erkennbarkeitsgrenze von Grauwertunterschie­ den und die Erkennbarkeitskriterien von störenden Grau­ wertverteilungen festgelegt werden.

5. Prüfvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Erkennbarkeitsgrenze und die Erkennbarkeits­ kriterien der Grauwertverteilungen bezüglich unterschied­ licher Lagen der Testmusterbereiche auf der Bildwand (B) einzeln bestimmt und festgelegt werden.

6. Prüfvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme der zu beur­ teilenden Grauwertverteilung und die standardisierte Grau­ wertverteilung sowie die Schwellwerte und die Verteilungs­ kriterien für einzelne Spektralbereiche getrennt vorgenom­ men werden.

7. Prüfvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die differentielle Ver­ knüpfung von den Grauwerten eines jeden Pixels mit dem des jeweils in einer Koordinatenrichtung benachbarten Pixels oder mittels des Sobeloperators mit den Pixeln der über­ nächsten Zeile oder Spalte ausgeführt wird.

8. Prüfvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bildung der Verteilungskriterien verschiedene Clusterbildungen von den Schwellwert überschreitenden Graustufenmustern bezüglich ihrer statistischen Relevanz als Kollektiv untersucht und beurteilt werden.

9. Prüfvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgenommenen und normierten Grauwerte einer Mittelung durch einen Medienoperator jeweils in eine Pixelumgebung von 3 mal 3 bis 10 mal 10, vorzugsweise 5 mal 5 Pixeln unterzogen wer­ den.

10. Prüfvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Projektor (P) und eine CCD-Kamera (K) auf eine Bildwand (B) ausgerichtet angeordnet sind und die CCD-Ka­ mera (K) an einen Prozessor (PC) angeschlossen ist, der eine standardisierte Grauwertverteilung bezüglich einer idealen Bildwand und des verwendeten Projektors (P) oder eines als optimal beurteilten Projektors gespeichert ent­ hält sowie durch eine Erhebung ermittelte Erkennbarkeits- Schwellwerte und -Verteilungskriterien von normierten Grauwertverteilungen gespeichert enthält und ein Programm zu einer Normierung der aufgenommenen Grauwerte, einer differentiellen Bearbeitung derselben, einer Mittelung so­ wie einer Bewertung der so bearbeiteten Grauwerte mittels der Schwellwerte und der Verteilungskriterien sowie einer Ausgabe einer Verteilung von schwellwertüberschreiten-den Pixelgrauwerten sowie von Verteilungskriterienüberschrei­ tungen.

11. Prüfvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Projektor (P) mit einer Vorlage (V) ei­ nes Grauwerteverteilungsmusters bestückt ist.

12. Prüfvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Grauwerteverteilungsmuster Grauwertdif­ ferenzen entsprechend der Erkennbarkeitsschwellwerte ent­ hält.

13. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strahlengang des Pro­ jektors jeweils ein Spektralbereichsfilter (F) eingesetzt ist.