TWI360789B - Apparatus and method for projection image - Google Patents

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1360789 九、發明說明 相關申請案之相互對照 本申請案主張2007年8月6日提出申請之曰本優先 權文件2007-204596的優先權，並以提及其整個內容的方 式倂入本文。 發明背景 【發明所屬之技術領域】 本發明關於用以投射影像之技術。 【先前技術】 隨著電子資訊媒體的發展’有更多的機會使用影像投 射設備（即投影機），包括具有光源及其他光學組成部分 之照明光學系統；例如液晶光調制器之空間光調制器（ SLM )，其依據從外部裝置所接收之影像資訊來調制照明 光學系統所發射之光束；及例如投射透鏡之投射光學系統 ，以經由投射S L Μ所調制之光束做爲屏幕上之放大影像 而顯示影像。特別是，使用液晶光調制器做爲s LM之液 晶投影機即爲一種著名的投影機。液晶投影機可輕易地調 整屏幕尺寸及卓越的色彩再生，其被廣泛地用做例如會議 室的投影機。 隨著投影機使用的增加，對於簡化投影機之結構及縮 小其尺寸方面存在著快速增加的需求。爲簡化及縮小投影 機尺寸，構成投射光學系統之投射透鏡的縮小尺寸及減輕 -4- 1360789 重量已爲主要科目。爲縮小尺寸及 減少構成投射透鏡之透鏡的數量是 量的減少通常導致解析度及顯像性 差、放大色差或像散。 對於投射光學系統中之像差， 射光學系統中所發生的各種像差於 考量進去，並調整SLM之形狀及 學系統中所發生的像差，此減少投 差。例如，日本專利No. 3 2649 1 6 影像之SLM的有效區域隨著波長 ，日本專利No. 3357026揭露一種 光學系統所造成之變形或扭曲像差 如上述，經由修改 S L Μ之形 改進投射光學系統之像差。然而， 之SLM需要特殊結構，且其難以 之解析度的惡化。 【發明內容】 本發明的一個目標是至少部分 〇 依據本發明之一觀點，提供一 影像之方法，該影像投射設備包括 統，處理來源影像之影像資訊的影 源影像之該影像資訊而調制該光束 減輕投射透鏡之重量， 有效的。然而，透鏡數 能的惡化，例如扭曲像 已提出一種方法其中投 設計投射光學系統時便 結構以預先補償投射光 射於屏幕上之影像的像 揭露一種方法其中形成 而變以補償色差。此外 SLM，其具有隨著投射 而變形或彎曲之結構。 狀或結構可若干程度上 在該些方法中，將使用 充分補償投射光學系統 解決習知技術中的問題 種影像投射設備之投射 發射光束之照明光學系 像處理裝置，依據該來 的空間光調制器，及將 -5- 1360789 該空間光調制器所調制之該光束投射至屏幕上做 像的投射光學系統。該方法包括補償作業，包括 裝置實施強調該來源影像之該影像資訊之空間頻 分的高頻率範圍之第一補償、及提升之第二補償 判斷該投射影像之影像資訊的平均亮度低於具有 第一補償之單一空間頻率的該來源影像之該影像 均亮度時，該第二補償便增加具有亮度高於該投 該影像資訊中該來源影像之該影像資訊的該平均 域，和當判斷該投射影像之該影像資訊的該平均 該來源影像之該影像資訊的該平均亮度時，該第 增加具有亮度低於該投射影像之該影像資訊中該 之該影像資訊的該平均亮度之區域。 此外，依據本發明之另一觀點，提供一種用 像的設備，包括發射光束之照明光學系統；處理 之影像資訊的影像處理裝置；依據該來源影像之 訊調制該光束的空間光調制器；及將空間光調制 之該光束投射至屏幕上做爲投射影像之投射光學 影像處理裝置包括複製影像資訊產生單元，其產 像資訊以於該屏幕上獲得該投射影像；第一影像 單元，其依據該來源影像之該影像資訊的亮度及 像資訊之每一畫素的亮度之除法而產生第一影像 二影像資訊產生單元，其依據該第一影像資訊之 旋積分及投射光學系統之點散佈函數而產生第二 :及輸出影像資訊產生單元，其依據該第二影像 爲投射影 影像處理 率組成部 ，其中當 已實施該 資訊的平 射影像之 亮度之區 亮度高於 二補償便 來源影像 以投射影 來源影像 該影像資 器所調制 系統。該 生複製影 資訊產生 該複製影 資訊；第 亮度的迴 影像資訊 資訊之亮 -6- 1360789 度及輸出影像資訊之每一畫素之亮度的乘積而產生和更新 輸出影像資訊。 再者，依據本發明之又另一觀點，提供一種用以投射 影像的設備，包括發射光束之照明光學系統：處理來源影 像之影像資訊的影像處理裝置；依據該來源影像資訊之處 理結果經由空間調制來調制該光束的空間光調制器：及將 該空間光調制器所調制之該光束投射至屏幕上做爲投射影 像之投射光學系統。該影像處理裝置包括複製影像資訊產 生單元，其產生複製影像資訊以於該屏幕上獲得該投射影 像；第一影像資訊產生單元，其依據該來源影像之該影像 資訊的亮度及該複製影像資訊之每一畫素的亮度之除法而 產生第一影像資訊；第二影像資訊產生單元，其依據該第 一影像資訊之亮度的迴旋積分及投射光學系統之點散佈函 數而產生第二影像資訊；輸出影像資訊產生單元，其依據 該第二影像資訊之亮度及輸出影像資訊之每一畫素之亮度 的加總而產生和更新輸出影像資訊；及至少一最大限制單 元，其將超越額定最大値之該輸出影像資訊的畫素亮度調 整爲該額定最大値，及一最小限制單元，其將低於額定最 小値之該輸出影像資訊的畫素亮度調整爲該額定最小値。 當結合圖式考量時，經由讀取本發明之較佳實施例的 下列詳細說明，將可更加理解本發明之上述及其他目標、 特徵、優點及技術和產業意義。 【實施方式】 1360789 下列將參照圖式詳細說明本發明之示範實施例 圖1爲依據本發明之實施例之影像投射設備（ 爲”投影機”）的示意圖。投影機包括光源1、矩形 積分器2、空間光調制器（SLM ) 3、投射光學系統 幕5、影像處理裝置11及照明光學系統20。 如圖1中所示，SLM 3接收影像信號14，其係 括影像處理單元16及影像產生單元12之影像處理 的每一畫素區域上之影像資訊。具體地，影像處理 處理接收自外部裝置之來源影像15，並輸出處理後 爲影像信號1 4。 光源1包括配置於二維陣列中的複數個發光二 LED )。爲避免光洩漏，較佳地光源1經配置使得 發光部係置於矩形柱光學積分器2中。LED經配置 來自外部電源（未顯示）之電力供應而同步發光。 (R)、綠（G)及藍（B)之主要顏色之單色光的 以預定的圖樣配置，使得當所有LED發光時係獲 白光。如上述’ LED被用做光源1。另一方面，可 用其他發光原理之光源例如半導體雷射裝置，其爲 並消耗低電力發光。 矩形柱光學積分器2形成一截稜錐，其係由例 壁且寬部朝向其底而構成。矩形柱光學積分器2之 反射面。矩形柱光學積分器2係經由結合相同尺寸 鏡子而形成，使得兩面鏡子一對而彼此相對。另一 四面鏡子中每一面係經由沈積例如鋁製程之金屬膜 以下稱 柱光學 4、屏 來自包 裝置11 裝置1 1 影像做 極體（ LED的 以經由 發射紅 LED係 得平面 使用利 點光源 如四個 內壁爲 的四面 方面， 而獲得 -8- 1360789 ，或施用具膠黏劑之反射膜予樹脂板等 結合以形成矩形柱光學積分器2。有關 的是矩形柱光學積分器2之內壁爲平滑 可全反射以減少光損失。光束經導引通 器2並於內壁之表面反射，而於矩形柱 出面獲得同質光分佈。矩形柱光學積分 於上述範例。具有光導引功能之固體透 柱光學積分器2，且矩形柱光學積分器 稜錐，而是可爲稜柱形或圓柱形。 照明光學系統20係由光源1及矩 構成。 有關依據來源影像而實施光之空間 SLM 3，例如已開發出使用液晶之SLM 置之數位鏡裝置（DMD )。穿透式液晶 所示之光學配置結構，其中使用液晶之 區域爲基礎過濾來自光源1之光束並產 學系統4於屏幕5上形成影像。每一畫 爲影像信號14發送至SLM 3。當使用 用空間光調制系統，其中使用小鏡子以 ，並經由調制雷射光源而產生影像資訊 依據本實施例，爲簡化投射光學系 數量所造成因投射光學系統之成像性能 化，由於影像處理單元16處理將輸入3 訊而獲補償。在影像處理單元1 6處理 上而獲得，可加以 各類型結構，較佳 鏡面，在內壁上光 過矩形柱光學積分 光學積分器2之輸 器2之組態並不限 明材料可用於矩形 2之形狀不限於截 形柱光學積分器2 調制並產生影像的 及使用微鏡陣列裝 投影機具有圖1中 SLM 3以畫素單元 生影像，且投射光 素上之影像資訊做 雷射光源時，可使 掃瞄具光束之屏幕 〇 統而減少投射透鏡 惡化的投射影像惡 ΐ SLM 3之影像資 影像資訊之後，影 -9- 1360789 像產生單元12便將影像資訊轉換爲將輸入至SLM 3之驅 動信號，並於SLM 3上形成影像》 有關影像處理方法之範例，已使用補償投射光學系統 之投射影像惡化的反向濾波程序。例如，設計了一種用以 補償調制轉換函數（MTF )惡化的反向濾波器，其中MTF 係評估對比再生之透鏡性能的指標，且影像處理單元16 將反向濾波器應用至來源影像15以產生適於投射光學系 統4之影像，並將該影像輸出至SLM 3。該反向濾波器爲 例如維納（Wiener )濾波器。 反向濾波程序爲補償投射影像之MTF惡化的方法， 其係經由實施反向作業以補償因投射影像之MTF惡化造 成之影像資訊轉換，即實施反向轉換處理。基此影像處理 方法，若所處理之影像資訊介於調制範圍，即動態範圍（ DR)，其中影像資訊可由SLM 3再生，即若來源影像並 非極度接近白或黑，儘管透鏡的成像品質惡化，仍可準確 地再生來源影像做爲投射影像。

Wiener濾波器簡述如下。Wiener濾波器爲以下列方 程式表示之線性濾波器 w(x,y) = IFT [尸 Γ{啦，:V)}] (1) 、丨 FT{/!(;c，>〇}l2+C/ 其中FT爲二維傅立業（Fourier )轉換’ IFT爲二維 Fourier轉換，*爲複共輔，w(x, y)爲反向滤波係數，h -10- 1360789 (x，y)爲投射光學系統4之點散佈函數（PSF) ，c爲一 常數其依據下列說明之飽和量所造成之變形量而設定爲適 當値。經此計算，設計線性反向濾波器即W ( X，y )。 方程式（2)係用於將濾波器w(x，y)應用至影像。 f ( X, y) =limitw[g ( x, y) * w ( x, y ) ] ( 2) 其中*爲迴旋積分，f(x，y)爲座標（x，y)之濾波器輸出 影像的亮度，g ( χ，y )爲來源影像（濾波器輸入影像）的 亮度，及limitw(A)爲函數其中當A>255時A = 255，當 A<0時A = 0。在此狀況下，最大値爲25 5且最小値爲〇。 然而’特別是，設定SLM 3之DR的最大値及最小値。 圖2A至2C爲示意圖，用以說明濾波程序所造成之影 像資訊的變化。圖2A爲來源影像之影像資訊的示意圖’ 圖2B爲其上實施反向濾波程序之影像資訊的示意圖’及 圖2C爲其上實施飽和處理之影像資訊的示意圖。 有關圖2A至2C’由於每一將輸入至SLM 3之來源影 像資料及影像信號的亮度資訊爲8位元，所以DR中最小 値爲〇，最大値爲25 5。當使用例如Wiener濾波器之線性 反向濾波器時，便造成下列缺點。 如圖2B中所示，若於具有大量相應於接近白或黑之 部分（畫素區域）的高頻率組成部分之來源影像上實施反 向濾波程序，所處理之影像資訊便具有超出SLM 3可再生 影像資訊之範圍的部分（即畫素區域）。爲此原因’超出 -11 - 1360789 調制範圍的部分通常在使用調制範圍之最大値及最小値的 調制範圍內飽和，且如圖2C中所示之飽和影像資訊被發 送至SLM 3以產生投射影像。然而，由於此程序包括非線 性程序之飽和，投射影像中發生扭曲，導致未反射來源影 像之投射影像。 圖3A及3B用以說明於取樣影像上實施影像處理做爲 來源影像的結果。圖3A爲來源影像之資料及將輸入至 SLM 3之資訊的圖表，圖3B爲將投射之影像及於屏幕5 上每一已實施濾波之影像的圖表。 圖3A及3B中所示之參考符號AvO及Avb分別標示 來源影像之平均亮度及使用習知處理所獲得之平均亮度。 圖4A至4F爲投射做爲二維影像之影像的示意圖。 參照圖3A及3B說明依據本實施例之投影機所實施之 處理。爲易於理解，使用部分二維影像之截面及其一維圖 表進行說明。二維來源影像的處理結果顯示於圖4A至4F 中。有關取樣影像，係使用具有預定振幅及空間頻率之影 像。此外，取樣影像具有低於S L Μ 3之D R之中間値的平 均亮度。 投射影像（參照圖3Β)愈接近來源影像愈佳。然而 ，相較於未使用影像處理單元16之狀況，儘管振幅經由 習知處理而增加，但平均亮度不同於圖3Β中所示之來源 影像的平均亮度。此外，如圖4Ε中所示，影像的白色部 分愈顯著，投射影像看起來便與來源影像愈不同。特別是 ，相較於未使用影像處理單元16之狀況，投射影像與來 -12- 1360789 源影像之間的差異是顯著的，此描述影像品質因習知處理 而下降，即上述之扭曲。 影像處理單元16具有第一及第一補償功能。第一補 償功能係用於強調來源影像之空間頻率組成部分的高頻率 範圍。若投射影像之每一部分的平均亮度低於由於使用第 一功能之來源影像的平均亮度，便使用第二補償功能，即 實施補償作業以增加具有高於來源影像之平均亮度之亮度 的區域。另一方面，若投射影像之平均亮度高於由於使用 第一功能之來源影像的平均亮度，便使用第二補償功能’ 即實施補償作業以增加具有低於來源影像之平均亮度之亮 度的區域。在此範例中，因爲投射影像之平均亮度高於由 於強調高頻率範圍之來源影像的平均亮度（其與習知處理 相同係經由第一補償功能的補償作業）’便經由第二補償 功能而增加具有低於來源影像之平均亮度之亮度的區域。 因此，在將輸入至SLM 3之影像資訊中（其上已實施習知 影像處理），具有低於來源影像之平均亮度之亮度的區域 便等於具有高於來源影像之平均亮度之亮度的區域。另一 方面’基於依據本實施例之處理’具有低於原始影像之平 均亮度之亮度的區域便增加。結果’投射影像之平均亮度 便適於未扭曲之來源影像的平均亮度。此外’因爲高頻率 範圍被強調’相較於未使用影像處理單元16之狀況’便 可投射接近來源影像之影像°

如上述，因爲影像產生單元1 2係依據來源影像之每 —部分之平均亮度於SLM 3之DR的限制（以下稱爲"DR -13- 1360789 限制"）內實施依據本實施例之處理，而非習知處理，便 可充分利用投射光學系統4及SLM 3之性能而獲得理想的 投射影像。依據本實施例之濾波器因爲SLM 3之DR限制 而具有針對輸入影像之非線性，並依據該影像適當地實施 處理。爲此原因，該濾波器稱爲"非線性適應濾波器"。 圖5爲使用非線性適應濾波器161之影像處理單元16 的示意圖。下列詳細地說明非線性適應濾波器1 6 1的兩個 範例。非線性適應濾波器1 6 1之第一範例爲解答方程式（ 3)之重複更新濾波器，其中方程式（3)爲更新方程式。 在非線性適應濾波器1 6 1中，計算投射影像之複製並比較 該複製與將投射之影像，以經由貝氏定理（Bayes' theorem )而假定將投射之影像介於SLM 3之DR內。 Λ加)=Λ (-, y) - [[」 （3)

其中f(x，y)爲座標（X，y)之濾波器輸出影像之亮度’ g ( X，y )爲來源影像（濾波器輸入影像）之亮度’ h ( x， y)爲投射光學系統4之點散佈函數（PSF) ’ k爲解答方 程式（3)之重複次數的指標’及虛線所圍繞之部分爲爐 波器輸出影像（即將輸入至SLM 3之影像信號及PSF之 迴旋積分），即所計算之經由投射光學系統4投射之投射 影像。以下，該影像被稱爲"投射影像之複製"。 在方程式（3)中’貝氏定理被應用至重複§十算濾波 -14- 1360789 器輸出以從投射影像之複製隨機獲得接近來源影像之投射 影像。因爲方程式（3)之右邊未出現負項，從方程式（3 )之濾波器輸出影像總是大於零。換言之，構成滿足SLM 之DR限制負側的適應反向濾波器》 經由附加具最大値之飽和功能至方程式（3 )，便獲 得方程式（4)。 • fk^y)=Mt\fk^y) ίΙί/*(^ y)h{x' -x,y' -y)dxdy\ ^ ------------------------------------ J ^ \ 其中limit(A)爲函數，當A>255時，A = 25 5。在此狀況 下，最大値爲2 5 5。然而，特別是設定SLM 3之最大値。 基於方程式（4)，於重複解答方程式（4)期間，SLM 3 之DR限制的負及正側均獲滿足。換言之，基於非線性適 應濾波器1 6 1，附加SLM 3之DR限制的投射影像是最佳 的。當處理彩色影像時，針對每一 R、G及B實施方程式 (4 )之解答。 圖6爲使用方程式（4)之非線性適應濾波器161的 示意圖。非線性適應濾波器161包括計算方程式（4)之 右邊分母的複製影像產生單元90，使用分子做爲輸入而實 施除法作業的除法器91，於除法器91之結果上實施迴旋 積分作業的迴旋積分器92，及投射光學系統4、乘法器93 及上限制器94之PSF以實施乘法作業並使結果飽和。 因爲除法係在每一方程式（3)及（4)之右邊，當該 -15- 1360789 些濾波器被裝配爲硬體時’使用其中儲存除法之結果的查 閱表是有效的。具體地’有效的是除法器91包括該查閱 表。例如，對於滿足該查閱表之8位兀資訊而w ’當 C = A/B時，係與A = 0至255及B = 0至2555之組合相容。 非線性適應濾波器161的另—範例解答方程式（5)

/*+,y) = limitw[fk(x,y) + kihg(χ\y')~ } h (x' -x,y'~ y) dx'dy'] (5) 其中f(x，y)爲座標（X, y)之濾波器輸出影像之亮度’ g ( X，y )爲來源影像（濾波器輸入影像）之亮度’ h ( x, y)爲投射光學系統4之點散佈函數（PSF) ，1{爲解答方 程式（5)之重複次數的指標並爲正常數’虛線所圍繞之 部分爲濾波器輸出影像（即將輸入至SLM 3之影像信號及 PSF之迴旋積分），即所計算之經由投射光學系統4投射 之投射影像（即投射資訊之複製），及limitw ( A )爲函 數，當A>255時，A = 255，和當A<0時，A = 0。在此狀況 下，最大値爲25 5，及最小値爲0。然而，特別是設定 S L Μ 3之最大値及最小値。 在方程式（5)中，獲得實際來源影像與投射影像之 複製的差異，並依據該差異及PSF之迴旋而更新濾波器輸 出影像。在方程式（5)中，於重複解答方程式（5)期間 ，S LM 3之DR限制的負及正側均獲滿足。換言之，基於 -16- 1360789 非線性適應濾波器1 6 1，附加SLM 3之DR限制的投射影 像是最佳的。當處理彩色影像時，針對每一 R、G及B實 施方程式（5)之解答。 圖7爲使用方程式（5)之非線性適應濾波器161的 示意圖。圖8爲影像處理單元16所實施之程序的流程圖 。非線性適應濾波器161包括計算方程式（5)之投射影 像之複製的複製影像產生單元90，使用輸入實施減法作業 的減法器96，於減法器96之結果及投射光學系統4之 PSF上實施迴旋積分作業的迴旋積分器92，及加法器95 和上/下限制器97以實施加法作業並減去結果。 在各値配賦予圖8中所示變數之後，重複解答方程式 (4)或（5)達特定次數。結果，濾波結果被配賦予f。 在f輸出之後，程序便結束。輸入影像資訊被用做輸出影 像資訊之初値。經由重複解答方程式（4 )或（5 )約十次 ，便可獲得充分結果。 因爲從光學軸之中心至該些區域之投射光學系統4的 成像性能大爲下降，從光學軸之中心至該些區域之投射影 像的細度便下降。經由改變投射影像之中心部分及環繞該 中心部分之區域等不同部分之方程式（5)中之h (即PSF )，便可補償環繞該中心部分之區域的細度損失。因爲反 向濾波程序之特性，在遠離光學軸之中心的區域中特別易 於造成超出可再生影像資訊之DR的畫素區域。這是因爲 基於投射光學系統4之特性，在遠離光學軸之中心的區域 中成像性能易於下降，並需來源影像之硬反向濾波程序以 -17- 1360789 補償惡化。在此狀況下，依據本實施例之程序是高度有效 的。 在使用可改變屏幕上投射影像尺寸之縮放光學系統的 投影機中，經由改變與投射光學系統4之縮放位置及光圈 尺寸相關之h (即PSF)，便可投射較高品質之影像。 方程式（4 )之修改範例係以方程式（6 )表示 • fk^{x,y)=lunit fk{x,y)\/._____•气…二^!/ - f ~x^y'~ >) dxdy+c | . 其中C爲常數。 因爲C係附加至方程式（3)或（4)之右邊的分母， 儘管該分母之投射影像的複製爲零，仍可避免零之除法， 藉此可實施高品質濾波作業。C只要爲例如0.001或1之 可易於作業之任意小値便已足夠。 方程式（5 )之修改範例係以方程式（7 )表示 /*+1 y) = limitw [ /t (x, y) + A： J J fun )0 - \ \l 1k{x,y)h(x -x,y'~ y)dxdy \ }h(x' - x,y' - y)dx'dy'] " J (7) 其中fun (x)爲函數。在方程式（7)中，在獲得複製與 實際來源影像之差異之後，便可使用預定函數（即fun ( X ))做爲誤差量而獲得一値。fun ( X )可滿足fun ( X ) -18- 1360789 = |x|*x，其中|X|爲x之絕對値，或fun ( χ ) =χ3 »例如， 已知的是人眼對於亮度具有對數尺度的感覺。經由適當地 調整該函數，可獲得具有考量人眼特性之最小誤差量的影 像。 此外，例如存在一種習知方法，其以高於具有時間分 割系統之SLM 3之解析度的解析度致能影像之投射，其中 例如SLM 3係於子畫素長度的範圍內波動且該SLM 3上 係以具該波動之時序的適當時序來顯示影像。該方法係於 例如「Wobulation: Doubling the Addressed Resolution of Projection Displays, 47.4 , SID05 DIGET.」 （ www.hpl.hp.corn/personal/Robert_Ulichney/papers/2005-wobulation-SID.pdf.)及「Frontiers of Technology: P x e 1 Shift technology 」 （ http://www.ricoh.co.jp/tech/15/ 15_02.html)中揭露。 然而，因爲本方法中每一原始畫素之尺寸並未改變， 儘管SLM 3係於子畫素長度的範圍內波動，使用子畫素偏 移構成之畫素具有畫素重疊的部分，此不可避免地使解析 度（即MTF )下降。 若上述做爲投射光學系統4之惡化組成部分的補償方 法之依據本實施例之方法被應用至上述習知方法，除了投 射光學系統4之惡化外附加畫素重疊的影響至PSF，便可 補償PSF造成之惡化以及子畫素偏移造成之解析度惡化。 圖9 A及9 B爲用以說明範例1之方程式（4 )之效果 的圖表。圖9A爲來源影像之資料及將輸入至SLM 3之資 -19-

1360789 訊的圖表，及圖9B爲將投射之影像及屏幕5上每 施濾波之影像的圖表。爲更易於理解，此用部分二 之截面並使用一維圖表進行說明。使用取樣影像其 像左側至右側具固定空間頻率之振幅改變。該取樣 平均亮度高於SLM 3之DR的中間値。圖9A描繪 施濾波時來源影像之亮度，及至SLM 3之輸入。圖 繪每一實施濾波時來源影像之亮度（理想値）及投 之亮度，其中該影像係經由投射光學系統4投射至 上0 如圖9 B中所示，二濾波器功能正常，且從中帛 分（該圖表之左側）至中間部分之影像部分係以與贫 像相同之亮度投射。然而，基於使用習知濾波器之读 即方程式（2))，因爲習知濾波器使具有超越SLM DR的最大値之亮度的部分飽和且平均亮度減少，戶f 射影像之平均亮度與來源影像之平均亮度之間之差異 扭曲）從超出SLM 3之DR的部分（即該圖表之右俱 增加。此不僅造成影像扭曲，並造成彩色影像中各色 不平衡，此導致色移。另一方面，基於此用依據本養 之非線性適應濾波器1 6 1之處理（即方程式（4 )) 爲調整具有超越原始影像之平均亮度之亮度的區域及 低於原始影像之平均亮度之亮度的區域’投射影像 亮度便不會大幅減少。此外，該處理包括用以強調 內之高頻範圍的理想濾波’並基於方程式（4)可 接近來源影像之投射影像。 -已實 I影像 1從影 ^像之 卜實 9B描 ^影像 芦幕5 丨色部 [源影 i理（ 3之 :以投 丨（即 I )起 ，之間 :施例 ，因 .具有 .平均 :範圍 得最 -20- 1360789 圖10A及1 OB描繪使用方程式（5)可獲得與方程式 (4 )相同的效果。 圖11爲投影機實際投射於屏幕5上之影像1及2的 示意圖。影像1及2之間之差異略微增加以易於參照該差 異。 圖11中所示之影像1及2分別爲三維目標之照片及 平面影像之照片。如圖11中所示，因投射光學系統4之 對比惡化在使用習知濾波器（即方程式（2 ))及非線性 適應濾波器161 (即方程式（4))處理之影像1中均獲補 償，且相較於無影像處理單元16處理之模糊的影像1，前 述影像1是清晰的。基於習知濾波器（即方程式（2)) 及非線性適應濾波器1 6 1 (即方程式（4 ))可獲得相同之 效果。 然而，如圖1 1中所示，當具高對比之影像2係以習 知濾波器（即方程式（2))處理時，便環繞該影像之字 元發生雜訊（即連在一起）。該雜訊因高於或低於SLM 3 之DR之最大及最小値之部分的飽和而扭曲。另一方面， 相較於無影像處理單元1 6處理之影像2，基於非線性適應 濾波器161 (即方程式（4))處理之影像2具有略高之對 比且無扭曲，。換言之，基於非線性適應濾波器161 (即方 程式（4)) ’可實施理想處理其中可達成SLM之DR的 最佳使用。 依據範例1，因爲非線性適應濾波器1 6 1之計算需重 複約十次，從電路尺寸之觀點，較習知線性反向濾波器更 -21 - 1360789 大量的計算可能是一個問題。爲減少重複計算次數，一種 結構是有效的其中使用方程式（2)之線性反向濾波器被 當作前級電路，且來自該線性反向濾波器之輸出影像資訊 被當作非線性適應濾波器1 6 1之輸出影像資訊的初値。因 爲首先使用應用方程式（2)之線性反向濾波器，可將基 於非線性適應濾波器161之重複計算的次數減少爲一至三 次，此大大地減少計算量，即電路尺寸。 圖12爲範例2之影像處理單元16的示意圖。範例2 之影像處理單元16包括使用方程式（4)或（5)之非線 性適應濾波器1 6 1及使用方程式（2 )之線性反向濾波器 1 62。線性反向濾波器1 62將輸出影像資訊之初値輸出。 圖13爲線性反向瀘波器162之示意圖。線性反向濾波器 162包括迴旋積分器80及上/下限制器81以解答方程式（ 2 )。 圖14爲圖12中所示之影像處理單元16實施之處理 的流程圖。所實施之線性反向濾波程序，其中在各値配賦 予圖14中所示之變數後，重複解答方程式（2)達特定次 數。結果，濾波結果被配賦予f。在f輸出之後，程序便 結束。在此方法中，經由重複解答方程式（4 )或（5 )約 二次便可獲得充分之結果，此大大地減少計算量。 爲減少計算量以處理彩色影像，有一種方法是有效的 ’其中未針對每一 R、G及B實施具使用方程式（4)或 (5)之非線性適應濾波器161的作業。具體地，RGB資 訊被轉換爲亮度資訊及對比資訊，且僅於亮度資訊上實施 -22- 1360789 使用方程式（4)或（5)之非線性適應濾波，接著利用人 眼對於顔色資訊並不敏感之事實而依據濾波資訊獲得RGB 資訊。該方法進一步將計算量降低至三分之一，其中係對 每一 R、G及B實施計算。 圖15爲一示意圖，說明影像及屏幕5上之影像的座 標。投射影像之複製項係位於每一方程式（3)至（5)之 右邊。影像被投射至屏幕5上之效果可附加至複製項。例 如，若屏幕5具有並非完全白色之表面，即具有一圖樣， 經由以複製項乘以屏幕5之反射率，便可獲得取消屏幕5 上之圖樣的投射影像。 方程式（8)爲方程式（4)的改良方程式，可達到下 列說明之上述效果。

fk+l{x，y) =lmit _dx'dy' i f (^)/_ί_Λ U, y) Kx'-x,'yr-y)d^y\ (8) 其中s(x，y)爲座標（x、y’）處之屏幕5的反射率。 方程式（9)爲方程式（5)的改良方程式，可達到下 列說明之上述效果。 /*+1(^y) =Umitw[fk(x,y) + kii [gix^y')- } h(x'-x, y'-y)dx'dy'] -23- (9) 1360789 其中S ( X，y)爲相應於SLM 3上座標之座標處之屏幕5 的反射率，且（X、V)爲屏幕5上之座標。SLM 3上所形 成之影像經由投射光學系統4投射至屏幕5上。因爲（X1， y·)爲屏幕5上之座標，因而決定相應於屏幕5上座標之 SLM 3上之座標。 當屏幕5上之圖樣爲彩色圖樣時，可經由使用不同反 射率實施計算而予補償，即每一 R、G及B之s(X，y)。 採用投影機所投射影像之攝影機可配置於該投影機上 ，且可分析該攝影機所採用之影像而獲得s(x, y)，即 屏幕5之反射率。 基此方法，可經由充分利用SLM 3之DR的優點而獲 得其中已針對屏幕5上之圖樣施予補償之影像信號及投射 光學系統4。因此，可將正確反射來源影像之影像投射於 例如圖樣壁或彩色壁之上。 如上述，依據本發明之一觀點，可提供一種方法及設 備用以投射正確反射來源影像之高品質影像。 儘管本發明已參照特定實施例加以描述而完整且清楚 地揭露，但並非因而侷限申請專利範圍，而是解譯爲可體 現對於熟悉清楚落在文中所提出之學說內之技藝的人士而 言可能發生之所有修改及替代建構。 【圖式簡單說明】 圖1爲依據本發明之實施例之影像投射設備的示意圖 -24- 1360789 圖2A至2C爲示意圖，用以說明經由濾波所造成影像 資訊之變化； 圖3 A及3 B用以說明在取樣影像上所實施之影像處理 的結果； 圖4A至4F爲被投射做爲二維影像之影像的示意圖； 圖5爲使用非線性適應濾波器之影像處理設備的示意 圖， 圖6爲使用範例1之方程式（4 )之非線性適應濾波 器的示意圖； 圖7爲使用範例1之方程式（5)之非線性適應濾波 器的示意圖： 圖8爲圖1中所示影像處理單元所實施之處理的流程 圖， 圖9A及9B用以說明方程式（4)之效果； 圖10A及10B用以說明方程式（5 )之效果； 圖11爲實際上經由投影機投射至屏幕上之影像的示 意圖； 圖12爲影像處理單元之示意圖； 圖1 3爲線性反向濾波器之示意圖； 圖14爲影像處理單元所實施之處理的流程圖；及 圖1 5爲示意圖，用以說明影像之座標及相應於影像 之座標之屏幕上之座標。 【主要元件符號說明】 -25- 1360789

1 :光源 2 :矩形4 3 :空間ί 4 :投射3 5 :屏幕 11 :影像 1 2 :影像 1 4 :影像 1 5 :來源 1 6 :影像 2 0 :照明 8 0 :迴旋 81、 97 ：

90 :複製 9 1 :除法 92 :迴旋 93 :乘法 94 :上限 9 5 :加法 9 6 :減法 1 6 1 :非糸 162 :線 f 主光學積分器 調制器 學系統 處理裝置 產生單元 信號 影像 處理單元 光學系統 積分器 上/下限制器 影像產生單元 器 積分器 器 制器 器 器 I性適應濾波器 ί反向濾波器 -26

Claims (1)

1360789 十、申請專利範圍 1. 一種影像投射設備之投射影像之方法，該影像投射 設備包括發射光束之照明光學系統，處理來源影像之影像 資訊的影像處理裝置，依據該來源影像之該影像資訊而調 制該光束的空間光調制器，及將該空間光調制器所調制之 該光束投射至屏幕上做爲投射影像的投射光學系統，該方 法包含： 補償作業，包括該影像處理裝置實施強調該來源影像 之該影像資訊之空間頻率組成部分的高頻率範圍之第一補 償、及第二補償，其中當判斷該投射影像之影像資訊的平 均亮度低於具有已實施該第一補償之單一空間頻率的該來 源影像之該影像資訊的平均亮度時，該第二補償便增加具 有亮度高於該投射影像之該影像資訊中該來源影像之該影 像資訊的該平均亮度之區域，和當判斷該投射影像之該影 像資訊的該平均亮度高於該來源影像之該影像資訊的該平 均亮度時，該第二補償便增加具有亮度低於該投射影像之 該影像資訊中該來源影像之該影像資訊的該平均亮度之區 域。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該補償作業進 一步包括 產生複製影像資訊，包括該影像處理裝置經由該第一 補償而產生複製影像資訊以於該屏幕上獲得該投射影像； 產生第一影像資訊，包括該影像處理裝置依據該來源 影像之該影像資訊的亮度及該複製影像資訊之每一畫素的 -27- 1360789 亮度之除法而產生第一影像資訊； 產生第二影像資訊，包括該影像處理裝置依據該第一 影像資訊之亮度的迴旋積分及該投射光學系統的點散佈函 數而產生第二影像資訊；及 '產生輸出影像資訊，包括該影像處理裝置依據該第二 ' 影像資訊之亮度及輸出影像資訊之每一畫素之亮度的乘積 而產生和更新輸出影像資訊。 φ 3.如申請專利範圍第2項之方法，其中該補償作業進 一步包括亮度調整，包括該影像處理裝置將超越額定最大 値之該輸出影像資訊的畫素亮度調整爲該額定最大値。 4.如申請專利範圍第1項之方法，其中該補償作業進 一步包括 產生複製影像資訊，包括該影像處理裝置經由該第一 補償而產生複製影像資訊以於該屏幕上獲得該投射影像資 訊； φ 產生第一影像資訊，包括該影像處理裝置依據該複製 影像資訊之每一畫素的亮度及該來源影像之該影像資訊的 亮度之除法而產生第一影像資訊； 產生第二影像資訊，包括該影像處理裝置依據該第一 影像資訊之亮度的迴旋積分及該投射光學系統的點散佈函 數而產生第二影像資訊； 產生輸出影像資訊，包括該影像處理裝置依據該第二 影像資訊之亮度及輸出影像資訊之每一畫素之亮度的加總 而產生和更新輸出影像資訊；及 -28- 1360789 至少一第一亮度調整，包括該影像處理裝置將超越額 定最大値之該輸出影像資訊的畫素亮度調整爲該額定最大 値，和第二亮度調整，包括該影像處理裝置將低於額定最 小値之該輸出影像資訊的畫素亮度調整爲該額定最小値。 5.如申請專利範圍第2項之方法，其中該補償作業進 一步包括產生複製影像資訊，包括該影像處理裝置依據該 輸出影像資訊之亮度的迴旋積分及該投射光學系統的該點 散佈函數而產生該複製影像資訊。 6 .如申請專利範圍第2項之方法，其中該補償作業進 一步包括 產生初値，包括該影像處理裝置在產生該複製影像資 訊之前，經由該來源影像之該影像資訊的迴旋及該投射光 學系統之該點散佈函數的反向濾波係數而產生該輸出影像 資訊之初値；及 至少一第一亮度調整，包括該影像處理裝置將超越額 定最大値之該輸出影像資訊之該初値的畫素亮度調整爲該 額定最大値，和第二亮度調整，包括該影像處理裝置將低 於額定最小値之該輸出影像資訊之該初値的畫素亮度調整 爲該額定最小値。 7.如申請專利範圍第2至6項任一項之方法，其中該 補償作業進一步包括產生修改複製影像，包括該影像處理 裝置依據該屏幕上各座標之該複製影像資訊之亮度及在相 應於該複製影像資訊之該些座標的各座標上該屏幕之反射 率的乘積而產生修改複製影像資訊。 -29- 1360789 8.—種用以投射影像的設備，包含： 發射光束之照明光學系統（20); 處理來源影像之影像資訊的影像處理裝置（161): 依據該來源影像之該影像資訊調制該光束的空間光 制器（3 );及 將空間光調制器（3 )所調制之該光束投射至屏幕 做爲投射影像之投射光學系統（4)，其中 影像處理裝置（161)包括 複製影像資訊產生單元（90)，其產生複製影 資訊以於該屏幕上獲得該投射影像， 第一影像資訊產生單元（91)，其依據該來源 像之該影像資訊的亮度及該複製影像資訊之每一畫素的 度之除法而產生第一影像資訊， 第二影像資訊產生單元（92)，其依據該第一 像資訊之亮度的迴旋積分及投射光學系統（4 )之點散 函數而產生第二影像資訊，及 輸出影像資訊產生單元（93)，其依據該第二 像資訊之亮度及該輸出影像資訊之每一畫素之亮度的乘 而產生和更新輸出影像資訊》 9 ·如申請專利範圍第8項之設備，其中影像資訊產 單元（93 )包括最大限制單元（94 )，最大限制單元（ )將超越額定最大値之該輸出影像資訊之畫素亮度調整 該額定最大値。 10.如申請專利範圍第8項之設備，其中影像處理 調 上 像 影 亮 影 佈 影 積 生 94 爲 裝 -30- 1360789 置（161)進一步包括用以實施該除法的數値表。 11.一種用以投射影像的設備，包含： 發射光束之照明光學系統（20 ): 處理來源影像之影像資訊的影像處理裝置（161) 依據該來源影像資訊之處理結果經由空間調制來 該光束的空間光調制器（3 ):及 將該空間光調制器所調制之該光束投射至屏幕上 投射影像之投射光學系統（4)，其中 影像處理裝置（161)包括 複製影像資訊產生單元（90)，其產生複製 資訊以於該屏幕上獲得該投射影像， 第一影像資訊產生單元（96)，其依據該來 像之該影像資訊的亮度及該複製影像資訊之每一畫素 度之除法而產生第一影像資訊， 第二影像資訊產生單元（92)，其依據該第 像資訊之亮度的迴旋積分及投射光學系統（4)之點 函數而產生第二影像資訊， 輸出影像資訊產生單元（95)，其依據該第 像資訊之.亮度及該輸出影像資訊之每一畫素之亮度的 而產生和更新輸出影像資訊，及 至少一最大限制單元（97)，其將超越額定 値之該輸出影像資訊的畫素亮度調整爲該額定最大値 一最小限制單元（9 7 )，其將低於額定最小値之該輸 像資訊的畫素亮度調整爲該額定最小値。 調制 做爲 影像 源影 的亮 一影 散佈 二影 加總 最大 ，及 出影 -31 - 1360789 1 2.如申請專利範圍第8項之設備，其中複製影像資 訊產生單元（90)依據該輸出影像資訊之亮度的迴旋積分 及投射光學系統（4)的該點散佈函數而產生該複製影像 資訊。 13.如申請專利範圍第8項之設備，其中影像處理裝 置（161)進一步包括 輸出影像資訊初値產生單元，其於該複製影像資訊產 生之前經由該來源影像之該影像資訊的迴旋及投射光學系 統（4)之點散佈函數的反向濾波係數而產生該輸出影像 資訊的初値，及 至少一最大限制單元，其將超越額定最大値之該輸出 影像資訊之該初値的畫素亮度調整爲該額定最大値，及一 最小限制單元，其將低於額定最小値之該輸出影像資訊之 該初値的畫素亮度調整爲該額定最小値。 1 4 .如申請專利範圍第8項之設備，其中複製影像資 訊產生單元（90)依據該屏幕上各座標之該複製影像資訊 之亮度及在相應於該複製影像資訊之該些座標的各座標上 該屏幕之反射率的乘積而產生修改複製影像資訊。 1 5 ·如申請專利範圍第8至1 4項任.一項之設備，其中 該點散佈函數爲隨該屏幕上各座標而變之函數。 -32-