專(zhuān)利名稱(chēng)：使用基于電子紙張的屏幕改進(jìn)對(duì)比度的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影電視系統(tǒng)，更加具體地說(shuō)涉及使用基于電子紙張的屏幕改進(jìn)由投影電視投射的視頻圖像的對(duì)比度的方法和裝置。
背景技術(shù)：
前投影視頻系統(tǒng)通過(guò)將從投影儀投射的光導(dǎo)引到投影屏上來(lái)顯示圖像，所述投影屏以彌散的方式將光反射回到觀看區(qū)域中。在圖1中示出了前投影視頻系統(tǒng)100的一個(gè)例子。將要顯示的視頻流被發(fā)送給控制系統(tǒng)101?？刂葡到y(tǒng)101以已知的方式處理視頻流并將經(jīng)處理的視頻流施加給投影儀102。投影儀將經(jīng)處理的視頻流投射到屏幕103上。
前投影系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是為薄的、可安裝在墻壁上的單元的視頻投影屏幕103與能夠安裝在房間內(nèi)各種位置上的視頻投影儀102分開(kāi)?，F(xiàn)有的前投影視頻系統(tǒng)的一個(gè)相當(dāng)大的缺點(diǎn)是需要一個(gè)黑暗的房間以便在投影屏上獲得具有容許對(duì)比度的圖像。黑暗的房間是必需的，因?yàn)閬?lái)自投影儀102的光以及房間中的環(huán)境光都被從屏幕103有效的返回，因此就對(duì)觀看者產(chǎn)生了相當(dāng)差的對(duì)比度。在房間中的正常發(fā)光條件下，前投影視頻系統(tǒng)的畫(huà)面質(zhì)量比后投影視頻系統(tǒng)的畫(huà)面質(zhì)量差。
對(duì)于前投影視頻系統(tǒng)的放置靈活性能夠使它們得以期望的使用的位置，例如飯店大廳、酒吧、教室、會(huì)議室等，良好質(zhì)量的圖像所必需的黑暗條件完全是不可接受的。因此，需要一種前投影視頻系統(tǒng)，其具有改進(jìn)的對(duì)比度使得前投影視頻系統(tǒng)能夠在照明的房間中得以滿意的使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)控制電子紙張屏幕顯示由投影系統(tǒng)投射的視頻圖像的高對(duì)比度圖像分量而增強(qiáng)投射到電子紙張屏幕上的視頻圖像的總體清晰度。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，披露了一種用于在電子紙張屏幕上顯示視頻圖像的方法和裝置。輸入視頻圖像被分解成第一組圖像分量和第二組圖像分量。使用所述第一組圖像分量在電子紙張屏幕上產(chǎn)生第一圖像。使用所述第二組圖像分量將一第二圖像投射到所述電子紙張屏幕上，其中所述第二圖像覆蓋第一圖像。
本發(fā)明的這些和其它方面通過(guò)此后所述的實(shí)施例將是顯而易見(jiàn)的，并將參照這樣的實(shí)施例對(duì)其進(jìn)行闡述。


現(xiàn)在將借助例子并參照

本發(fā)明，其中圖1為已知的前投影視頻系統(tǒng)的示意方框圖；圖2為已知的電子紙張系統(tǒng)的示意方框圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的前投影視頻系統(tǒng)的示意框圖；圖4為用于根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的前投影系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的示意框圖；圖5表示通過(guò)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的前投影視頻系統(tǒng)投射的圖像；圖6表示通過(guò)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電子紙張屏幕創(chuàng)建的圖像。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明將前投影視頻系統(tǒng)的技術(shù)與電子紙張相結(jié)合以產(chǎn)生合并了兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)的新型混合前投影顯示系統(tǒng)。
本發(fā)明涉及可尋址、可重復(fù)使用、類(lèi)似紙張的可視顯示器，例如“反轉(zhuǎn)球(gyricon)”(或扭轉(zhuǎn)粒子)顯示器或其它形式的電子紙張，例如粒子電泳顯示器，但本發(fā)明并不局限于此。反轉(zhuǎn)球顯示器，也稱(chēng)作扭轉(zhuǎn)球顯示器、旋轉(zhuǎn)球顯示器、粒子顯示器、雙極粒子光閥等，其提供了產(chǎn)生電子紙張形式和其它電子控制顯示器的技術(shù)。簡(jiǎn)要的，反轉(zhuǎn)球顯示器是可尋址顯示器，其是由多種多樣的光學(xué)各向異性粒子構(gòu)成，其中每個(gè)粒子可選擇的進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以對(duì)觀察者呈現(xiàn)期望的表面。例如，反轉(zhuǎn)球顯示器可并入“球狀物”，其中每個(gè)球具有兩個(gè)截然不同的半球，一個(gè)是黑的而另一個(gè)是白的，并且每個(gè)半球具有明顯不同的電特性(例如，關(guān)于電介質(zhì)流體的捷塔(zeta)電壓)使得球體在電學(xué)方面以及光學(xué)方面都是各向異性的。所述球體在流體面前是電偶極的并且將進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。例如，通過(guò)施加電場(chǎng)，球體可在其各個(gè)充滿流體的腔中進(jìn)行選擇性的旋轉(zhuǎn)，以便向正在觀看電子紙張表面的觀看者顯示其黑色或其白色半球。
通過(guò)由單獨(dú)黑色和白色半球共同產(chǎn)生的圖案來(lái)形成反射圖像。通過(guò)施加二維可尋址的電場(chǎng)(如按照矩陣尋址方案)，球體的黑色和白色側(cè)被控制作為顯示圖像的圖像元(例如，像素或子像素)。可選擇的，可通過(guò)成形的電極來(lái)控制顯示器以形成一個(gè)或多個(gè)固定圖像。
球體典型的被嵌入在光學(xué)透明的材料薄片中，例如彈性體薄片。電解質(zhì)流體，例如電介質(zhì)增塑劑被用于膨脹包含所述球體的彈性體薄片。通過(guò)這種膨脹，電介質(zhì)流體就在每個(gè)球體周?chē)行У漠a(chǎn)生了充滿流體的空腔。充滿流體的空腔容納球體并允許球體在其各自的充滿流體的腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)，但禁止球體在所述薄片內(nèi)發(fā)生遷移。
當(dāng)對(duì)薄片上的小珠(bead)施加電場(chǎng)時(shí)，小珠上的電力克服小珠與腔體壁的摩擦附著力并促使小珠旋轉(zhuǎn)。一旦旋轉(zhuǎn)完成，每個(gè)小珠將在其空腔內(nèi)保持固定的旋轉(zhuǎn)位置。因此，甚至在除去電場(chǎng)之后，所述結(jié)構(gòu)(球體)也仍將在適當(dāng)?shù)奈恢蒙媳３止潭ㄖ钡剿鼈儽涣硪粋€(gè)電場(chǎng)驅(qū)逐。小珠的這種雙穩(wěn)態(tài)能夠使反轉(zhuǎn)球顯示器在沒(méi)有電力的情況下保持固定的圖像。與其它類(lèi)型的顯示器例如需要消耗能量來(lái)保持圖像的液晶顯示器或發(fā)光二極管顯示器相比，反轉(zhuǎn)球顯示器的雙穩(wěn)態(tài)是有益的。
反轉(zhuǎn)球顯示器并不局限于黑色和白色圖像，因?yàn)榉崔D(zhuǎn)球和其它顯示器介質(zhì)在現(xiàn)有技術(shù)中已知具有組合顏色。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了結(jié)合有雙色度(bichromal)顏色、三色度(trichromal)顏色、或四象限彩色球、或者三或四分段彩色球的反轉(zhuǎn)球顯示器。可通過(guò)將離子從流體吸收到球體表面上對(duì)彩色球充電。可選擇的，可借助駐極體形成物通過(guò)將外部電荷注入到彩色球的表面區(qū)域中對(duì)彩色球進(jìn)行充電。
圖2表示已知的電子紙張屏幕200。圖像信息被發(fā)送給控制系統(tǒng)201?？刂葡到y(tǒng)201對(duì)進(jìn)來(lái)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并確定電子紙張屏幕202需要通過(guò)何種方式進(jìn)行充電來(lái)產(chǎn)生圖像。然后以適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)電子紙張屏幕202進(jìn)行充電以在屏幕上產(chǎn)生圖像。雖然已經(jīng)證實(shí)電子紙張技術(shù)能夠以低功率提供優(yōu)秀的對(duì)比度，但電子紙張技術(shù)不能投射快速移動(dòng)的圖像。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，將在屏幕上進(jìn)行顯示的輸入數(shù)據(jù)流被分成兩個(gè)分量圖像(component image)。第一分量圖像具有不精確特征、靜態(tài)高對(duì)比度的圖像分量，其將通過(guò)電子紙張屏幕來(lái)提取和創(chuàng)建。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二分量圖像具有精細(xì)特征、快速移動(dòng)的彩色分量。視頻圖像的這些分量將通過(guò)投影圖像系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生并被投射到電子紙張屏幕上。因此，由投影系統(tǒng)產(chǎn)生的第二圖像分量將覆蓋由電子紙張屏幕創(chuàng)建和顯示的第一圖像分量。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D3說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的前投影視頻系統(tǒng)300。將要顯示的輸入視頻流被發(fā)送給控制系統(tǒng)301?？蓮谋姸嗟男旁?，例如DVD、磁帶、通過(guò)電纜或無(wú)線連接饋送的實(shí)況轉(zhuǎn)播視頻等來(lái)提供輸入視頻流。在圖4中更詳細(xì)地示出了控制系統(tǒng)301。通過(guò)接收器401來(lái)接收輸入視頻流。然后將輸入視頻流發(fā)送給圖像分離器403。圖像分離器403對(duì)輸入視頻流進(jìn)行分析并將所述視頻流分解成如上所述的兩個(gè)圖像分量。特別的，圖像分離器403將精細(xì)特征的、快速移動(dòng)的彩色分量發(fā)送給處理系統(tǒng)405，其對(duì)發(fā)送給投影系統(tǒng)302的圖像進(jìn)行控制。圖像分離器403還將不精確特征、靜態(tài)高對(duì)比度的圖像分量發(fā)送給處理系統(tǒng)407，其對(duì)發(fā)送給電子紙張屏幕304的圖像進(jìn)行控制。
對(duì)于模擬圖像，必須將圖像流數(shù)字化或使之變成數(shù)字形式。為了此目的應(yīng)使用用于圖像壓縮的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，即MPEG2編碼。當(dāng)變成壓縮的數(shù)字形式時(shí)，可對(duì)模擬流使用與圖像數(shù)字流相同的用于分解圖像的相同技術(shù)。
對(duì)于數(shù)字圖像，則不需要數(shù)字化處理，因?yàn)閳D像是以數(shù)字的形式傳送的。這些數(shù)字圖像格式通常是基于用于視頻壓縮的MPEG標(biāo)準(zhǔn)?？蛇x擇的，它們是設(shè)計(jì)用于電信或計(jì)算機(jī)應(yīng)用的適當(dāng)格式。因此，可在顯示設(shè)備的處理引擎中以數(shù)字形式存儲(chǔ)和操控它們。為了有效的傳送和存儲(chǔ)信息，需要使用高效的壓縮技術(shù)，例如在MPEG或類(lèi)似標(biāo)準(zhǔn)中定義的那些技術(shù)。
壓縮技術(shù)通過(guò)除去圖像流中的空間和時(shí)間信息中的冗余細(xì)節(jié)來(lái)提高存儲(chǔ)效率。這是以這樣一種方式執(zhí)行的，即在沒(méi)有強(qiáng)烈降低通過(guò)人眼感知的圖像質(zhì)量的情況下降低帶寬。MPEG2中使用的壓縮技術(shù)是基于空間和時(shí)間壓縮的原理。使用這些壓縮技術(shù)，設(shè)計(jì)了用于所述發(fā)明的分解圖像的簡(jiǎn)單方法，但本發(fā)明并不局限于此。
對(duì)于投射的圖像，正常壓縮的圖像數(shù)據(jù)被處理并以未修改的形式投射到所述表面上。然而，發(fā)送給電子紙張屏幕的圖像被再次壓縮以使圖像具有更少的時(shí)間和空間細(xì)節(jié)。
該處理中的第一步是從圖像除去色彩數(shù)據(jù)并呈現(xiàn)單色圖像。然后對(duì)該圖像進(jìn)行檢查以除去這些幀，其包括不同的數(shù)據(jù)，即MPEG2流中的所謂P和B幀。這些數(shù)據(jù)被除去以留下I幀，其單獨(dú)包括完整的靜態(tài)圖像。然后使這些I幀的樣本與電子紙張屏幕的刷新速率相匹配。如果I幀的速率太低，那么就應(yīng)該使用P和B幀數(shù)據(jù)以通常的MPEG2解碼方式再生偽I幀圖像。然后這些I幀組被單獨(dú)的壓縮以除去不能在電子紙張屏幕上進(jìn)行顯現(xiàn)的空間細(xì)節(jié)。這種壓縮技術(shù)在MPEG2標(biāo)準(zhǔn)中有準(zhǔn)確的定義。其它壓縮技術(shù)使用與用于空間壓縮類(lèi)似的技術(shù)，并且是同樣有效的。
也可將邊界框添加到最后的數(shù)字圖像中以在電子紙張屏幕上的圖像周?chē)a(chǎn)生“黑色邊界”。這就必然對(duì)于屏幕上的圖像給出人眼一個(gè)黑色參考點(diǎn)。這增強(qiáng)了圖像對(duì)人眼的感知對(duì)比度。邊界框應(yīng)該構(gòu)建投射到電子紙張屏幕上的圖像的框架。投射圖像的空間定位應(yīng)該或者對(duì)此進(jìn)行排布，或者圖像應(yīng)該在電子屏幕上重新定位以獲得相同的效果。
如上所述，放射性光(light-active)分量被發(fā)送給投影儀302以將其投射到電子紙張屏幕304上。圖5表示正投射到電子紙張屏幕304上的圖像。不精確靜態(tài)黑特征被發(fā)送給控制系統(tǒng)303，其驅(qū)動(dòng)電子紙張屏幕304以與正由投影儀302投射的圖像分量一致的顯示這些圖像分量。應(yīng)該理解，可選地，可去掉控制系統(tǒng)303并且可使用控制系統(tǒng)301產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電子紙張屏幕304的信號(hào)，并且本發(fā)明并不局限于此。圖6表示由電子紙張屏幕產(chǎn)生和顯示的圖像。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，也可產(chǎn)生補(bǔ)償圖像流并使其與正由投影儀投射到電子紙張屏幕上的圖像流結(jié)合。由于通過(guò)成像分解處理引入的壓縮假象，電子紙張屏幕顯示的圖像將次于投影系統(tǒng)投射的圖像。如果這些假象具有足夠長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間或者具有比顯示器的分辨率大的空間尺寸，則它們對(duì)于人眼可能是可見(jiàn)的。可通過(guò)對(duì)投射的圖像進(jìn)行再處理來(lái)補(bǔ)償這些影響以允許這些假象。如圖4所示，補(bǔ)償系統(tǒng)409可產(chǎn)生補(bǔ)償圖像流。從電子紙張屏幕的特征模型來(lái)創(chuàng)建補(bǔ)償圖像。該補(bǔ)償圖像與將由投影儀投射的圖像相混合以在電子紙張屏幕上產(chǎn)生更好的圖像。
通過(guò)對(duì)為電子紙張屏幕產(chǎn)生的單獨(dú)I幀圖像與為投影系統(tǒng)產(chǎn)生的未補(bǔ)償單色(亮度)I幀圖像求和也可進(jìn)行該補(bǔ)償。這些圖像的和與實(shí)際圖像之間的差將是一個(gè)差信號(hào)圖像。然后應(yīng)按照每個(gè)I幀將這些差信號(hào)圖像添加給投影系統(tǒng)圖像I幀以產(chǎn)生經(jīng)補(bǔ)償?shù)耐渡鋱D像序列。然后應(yīng)在補(bǔ)償?shù)腎幀的基礎(chǔ)上為投影圖像序列產(chǎn)生P和B幀，并以MPEG2圖像的正常方式對(duì)其進(jìn)行顯示。
當(dāng)電子紙張屏幕和投影系統(tǒng)之間在清晰度和其它圖像方面的匹配情況相同時(shí)，補(bǔ)償圖像將對(duì)整個(gè)圖像具有很小的影響。然而，為了降低成本和改進(jìn)靈活性，屏幕和投影系統(tǒng)在顯示屬性方面可以不相匹配。特定的，屏幕可能在空間和時(shí)間分辨率方面非常粗糙。屏幕的這些特性可通過(guò)基于混合投影系統(tǒng)和圖像序列的交互作用模型的處理算法來(lái)提供。
應(yīng)該理解本發(fā)明的不同實(shí)施例并不局限于上述步驟的確切順序，因?yàn)橐恍┎襟E的定時(shí)可發(fā)生互換而不會(huì)影響本發(fā)明的整體操作。另外，動(dòng)詞“包括”及其變形的使用并不排除出現(xiàn)其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”的使用并不排除出現(xiàn)多個(gè)這種元件或步驟，而單個(gè)處理器或其它單元可實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中所陳述的若干個(gè)單元或電路的功能。
權(quán)利要求
1.一種投影視頻系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)(301)，用于接收輸入視頻流，其中所述控制系統(tǒng)將所述視頻流分解成第一和第二組圖像分量；電子紙張屏幕系統(tǒng)(303，304)，用于產(chǎn)生由所述第一組圖像分量創(chuàng)建的圖像；投影儀系統(tǒng)(302)，用于將從所述第二組圖像分量創(chuàng)建的圖像投射到所述電子紙張屏幕上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影視頻系統(tǒng)，其中所述第一組圖像分量具有不精確特征的、靜態(tài)高對(duì)比度圖像分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影視頻系統(tǒng)，其中所述第二組圖像分量具有精細(xì)特征的、快速移動(dòng)彩色分量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影視頻系統(tǒng)，還包括用于產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)的補(bǔ)償單元(409)，所述補(bǔ)償信號(hào)在被投射到電子紙張屏幕上之前與第二組圖像分量結(jié)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的投影視頻系統(tǒng)，其中所述補(bǔ)償信號(hào)補(bǔ)償投影儀和電子紙張屏幕之間的不同顯示屬性。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的投影視頻系統(tǒng)，其中所述補(bǔ)償信號(hào)被添加到第二組圖像分量的每個(gè)I幀中。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的投影視頻系統(tǒng)，其中所述補(bǔ)償信號(hào)是通過(guò)下述過(guò)程產(chǎn)生的對(duì)為第一組圖像分量產(chǎn)生的單獨(dú)I幀圖像與為投影系統(tǒng)產(chǎn)生的未補(bǔ)償單色I(xiàn)幀圖像進(jìn)行求和；從實(shí)際的圖像減去所述和信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影視頻系統(tǒng)，其中所述電子紙張屏幕在電子紙張屏幕上的圖像周?chē)a(chǎn)生一邊界框。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的投影視頻系統(tǒng)，其中所述邊界框是黑色邊界。
10.一種在電子紙張屏幕上顯示視頻圖像的方法，該方法包括步驟將輸入視頻圖像分解成第一組圖像分量和第二組圖像分量；使用所述第一組圖像分量在電子紙張屏幕上產(chǎn)生第一圖像；使用所述第二組圖像分量將一第二圖像投射到所述電子紙張屏幕上，其中所述第二圖像覆蓋第一圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第一組圖像分量具有不精確特征的、靜態(tài)高對(duì)比度圖像分量。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第二組圖像分量具有精細(xì)特征的、快速移動(dòng)彩色分量。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括步驟產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)，所述補(bǔ)償信號(hào)在被投射到電子紙張屏幕上之前與第二組圖像分量結(jié)合。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述補(bǔ)償信號(hào)補(bǔ)償投影儀和電子紙張屏幕之間的不同顯示屬性。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述補(bǔ)償信號(hào)被添加到第二組圖像分量的每個(gè)I幀中。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述補(bǔ)償信號(hào)是通過(guò)下述過(guò)程產(chǎn)生的對(duì)為第一組圖像分量產(chǎn)生的單獨(dú)I幀圖像與為投影系統(tǒng)產(chǎn)生的未補(bǔ)償單色I(xiàn)幀圖像進(jìn)行求和；從實(shí)際的圖像減去所述和信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電子紙張屏幕在電子紙張屏幕上的圖像周?chē)a(chǎn)生一邊界框。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述邊界框是黑色邊界。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括步驟在對(duì)輸入視頻圖像進(jìn)行分解之后壓縮第一組圖像分量和第二組圖像分量。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括步驟對(duì)所述第一組圖像分量再壓縮一次以去掉不能在電子紙張屏幕上顯現(xiàn)的空間細(xì)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種投影視頻系統(tǒng)，其包括一控制系統(tǒng)，用于接收輸入視頻流。為了改進(jìn)投射圖像的可見(jiàn)性使得投影視頻系統(tǒng)能夠滿意的用在照明房間中，所述控制系統(tǒng)將所述視頻流分解成第一和第二組圖像分量；并且所述投影視頻系統(tǒng)還包括一電子紙張屏幕系統(tǒng)，用于產(chǎn)生由所述第一組圖像分量創(chuàng)建的圖像；和一投影儀系統(tǒng)，用于將從所述第二組圖像分量創(chuàng)建的圖像投射到所述電子紙張屏幕上。
文檔編號(hào)H04N5/74GK1768528SQ200480009051
公開(kāi)日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月4日
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