專利名稱：圖像投影設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像在物體上的投影，尤其涉及但不局限于圖像在非平面的表面上的投影。
背景技術(shù)：
來自圖像投影儀的圖像投影通常會(huì)使用靜態(tài)設(shè)置，在該設(shè)置中，圖像投影儀將圖像投影在平面屏幕上，該屏幕被安排為垂直于從圖像投影儀到屏幕中心的軸線。圖像投影儀包括聚焦透鏡，由此圖像將會(huì)非常清晰，并且將會(huì)聚焦在離開圖像投影儀的指定距離的指定平面上。投影圖像的聚焦平面即為通常所說的圖像平面。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，所述焦距將被設(shè)置成使圖像平面與屏幕平面相符。這種圖像聚焦處理通常是手動(dòng)執(zhí)行的，其結(jié)果是呈現(xiàn)出清晰的圖像。
雖然此類常規(guī)系統(tǒng)在很多情景中都會(huì)良好工作，但其也存在很多缺點(diǎn)，這使得其對(duì)ー些應(yīng)用而言并不是那么有利。例如，該方法需要ー個(gè)垂直于圖像投影儀與屏幕之間的軸線的平面屏幕，并且該方法不太適合那些將圖像投影在非平面表面的系統(tǒng)。例如，圖I示出了ー個(gè)由投影儀101將圖像投影在非平面的投影表面103上的示例。如所示，投影儀101可被調(diào)整，以使圖像平面105在一些點(diǎn)與投影表面103相符，但對(duì)圖像平面105來說，它本身不能與這樣的表面103相符，也就是說，其不能在所有點(diǎn)上都與表面103相符。因此，實(shí)際投影表面103將會(huì)偏離圖像平面105，相應(yīng)地，除了表面103中與圖像平面105相符的特定區(qū)域之外，投影圖像不會(huì)對(duì)準(zhǔn)焦點(diǎn)，而且將會(huì)顯得不夠清晰。由此，所投影的一個(gè)或多個(gè)圖像只在表面103中與圖像表面105相符的部分顯得非常清晰。而在表面103中的其他部分(那些偏離圖像平面105的部分)，圖像會(huì)因?yàn)槭Ы苟@得模糊不清。結(jié)果，觀看者很有可能會(huì)察覺出感知圖像清晰度發(fā)生了很大的損失。為了解決此類問題，我們可以測(cè)量表面幾何形狀，并且設(shè)計(jì)ー種可以補(bǔ)償表面變化的恰當(dāng)透鏡。然而，這種方法只對(duì)ー小部分的表面形狀可行，其成本很高，并且會(huì)將投影儀的應(yīng)用局限于特定的裝置/表面。為了解決后ー個(gè)問題，我們可以使用針對(duì)表面幾何形狀自動(dòng)調(diào)節(jié)透鏡系統(tǒng)的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)。然而，這種自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)極其昂貴，并且由此被運(yùn)用在衛(wèi)星應(yīng)用中，但是對(duì)諸如消費(fèi)類產(chǎn)品來說并不適合。作為另ー個(gè)示例，在將圖像投影到移動(dòng)目標(biāo)、也就是投影表面移動(dòng)時(shí)，傳統(tǒng)系統(tǒng)往往存在缺陷。圖2示出了ー個(gè)示例，其中投影儀201將圖像投影在沿著圖像平面203移動(dòng)的移動(dòng)表面203上。然而，雖然表面203與圖像平面相符。但是表面203的移動(dòng)將會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)模糊，并且觀看者能夠明顯注意到這種運(yùn)動(dòng)模糊。如果投影表面104的運(yùn)動(dòng)完全已知，并且該運(yùn)動(dòng)僅限于沿著圖像平面的簡(jiǎn)單平移，那么可以通過使用投影儀追蹤移動(dòng)表面來補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)模糊。此外，如果目標(biāo)運(yùn)動(dòng)完全已知，那么可以潛在地通過在投影之前執(zhí)行圖像預(yù)過濾處理來補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)模糊。預(yù)過濾器可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)來確定。然而，在很多情景中，這種運(yùn)動(dòng)是未知的，或者其對(duì)實(shí)際的追蹤或補(bǔ)償處理而言過于復(fù)雜。此外，由于運(yùn)動(dòng)模糊往往在頻率響應(yīng)中是用零表征的，并且這是不能通過實(shí)際可以實(shí)施的過濾器來補(bǔ)償?shù)?，因此，預(yù)過濾處理往往會(huì)導(dǎo)致圖像失真。作為另一個(gè)示例，色像差、球面像差或像散像差往往會(huì)導(dǎo)致清晰度降低。舉個(gè)例子，如圖3所示，色像差有可能導(dǎo)致產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于不同顏色的略微不同的圖像平面，由此將會(huì)導(dǎo)致失焦并且導(dǎo)致產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于至少一種顏色的清晰度較低的圖像。同樣，如圖4所示，球面像差有可能導(dǎo)致沿著透鏡光軸的聚焦發(fā)生拖尾效應(yīng)，并且由此導(dǎo)致失焦。如圖5所示，像散透鏡像差可能會(huì)給出略微彎曲的圖像平面。如果將圖像投影在該平坦的表面上，那么這有可能會(huì)導(dǎo)致部分圖像失焦。因此，改進(jìn)的圖像投影方法將會(huì)非常有利，并且特別地，一種允許提高靈活性、改進(jìn)感知圖像清晰度、降低復(fù)雜度、簡(jiǎn)化實(shí)施和/或改性能的方法將會(huì)非常有利。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明尋求優(yōu)選地緩解、減輕或消除在上文中述及的缺陷的一個(gè)或多個(gè)中的單個(gè)或任意組合。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在這里提供了一種圖像投影設(shè)備，包括投光器，用于將圖像投影在物體的表面上；聚焦裝置，用于將圖像聚焦在圖像平面上；控制器，用于動(dòng)態(tài)改變圖像平面相對(duì)于所述表面的位置；以及濾波器，用于在投光器投影之前預(yù)先補(bǔ)償圖像。本發(fā)明在眾多情景和實(shí)施例中允許改進(jìn)的圖像投影。特別地，在保持低復(fù)雜度的同時(shí)，本發(fā)明可以在眾多情景中提供改進(jìn)的圖像質(zhì)量。例如，本發(fā)明在與圖像投影具有變化距離的表面、尤其是非平面的表面上允許改進(jìn)的圖像投影。舉個(gè)例子，本發(fā)明在移動(dòng)的表面上允許改進(jìn)的圖像投影，或者可以減小因?yàn)樯癫睢⑶蛎嫦癫罨蛳裆⑾癫钏鶎?dǎo)致的圖像降級(jí)。特別地，該方法有可能在所述表面上的任何指定點(diǎn)引入投影圖像失焦或模糊。然而，這種模糊是可以相對(duì)精確地估計(jì)/預(yù)測(cè)的，此外，這種模糊相對(duì)獨(dú)立于到圖像投影的距離。因此，模糊補(bǔ)償可以得到簡(jiǎn)化，特別地，相同的補(bǔ)償處理可以在與距離無關(guān)的情況下被應(yīng)用，由此允許在整個(gè)圖像上應(yīng)用相同的補(bǔ)償處理。由此可以實(shí)現(xiàn)圖像質(zhì)量的總體改進(jìn)。特別地，圖像平面相對(duì)位置的動(dòng)態(tài)變化將會(huì)導(dǎo)致投影圖像模糊，這種模糊是相對(duì)可預(yù)測(cè)的，并且是相對(duì)獨(dú)立于表面與投光器之間的距離的。此外，模糊效應(yīng)具有表現(xiàn)相對(duì)較好的響應(yīng)，這樣則允許適當(dāng)?shù)姆聪驗(yàn)V波器能被實(shí)際實(shí)施。由此，該濾波器可以估計(jì)圖像平面的相對(duì)位置變化所導(dǎo)致的模糊效應(yīng)的反向?yàn)V波器，以使投影圖像在所述表面上提供更清晰的圖像。此外，清晰度改進(jìn)是相對(duì)獨(dú)立于投光器與表面之間的距離的，由此允許在所有表面區(qū)域上實(shí)施有效的補(bǔ)償一即使是在不知道所述表面的幾何形狀的情況下。由此可以實(shí)現(xiàn)圖像質(zhì)量的大幅提升。特別地，所述預(yù)先補(bǔ)償可以是針對(duì)圖像平面與所述表面的相對(duì)位置變化所導(dǎo)致的模糊效應(yīng)的補(bǔ)償?？刂蒲b置可以被安排成動(dòng)態(tài)改變從投光器(例如從投光器的透鏡測(cè)得)到圖像平面的距離。由此，控制器可以動(dòng)態(tài)調(diào)整投光器的聚焦特性，以便動(dòng)態(tài)移動(dòng)圖像平面。在一些實(shí)施例中，該控制器可以動(dòng)態(tài)改變表面與投光器之間的距離，例如通過移動(dòng)投影儀或物體或是同時(shí)移動(dòng)這二者來改變?？刂破骺梢宰詣?dòng)改變圖像平面相對(duì)于物體的位置。該控制器可以引入圖像平面相對(duì)于所述表面的位置的連續(xù)變化。特別地，圖像平面可以相對(duì)于所述表面持續(xù)地移動(dòng)。因此，在一些實(shí)施例中，相對(duì)于所述表面而言，圖像表面有可能永遠(yuǎn)都不是靜態(tài)的。這種變化有可能在沒有用戶輸入的情況下發(fā)生，并且實(shí)際上，這種變化有可能是獨(dú)立于任何用戶輸入的。因此，即使沒有接收到手動(dòng)的用戶輸入，這種變化也會(huì)被引入。該控制器可以將抖動(dòng)引入到圖像平面相對(duì)于所述表面的位置上。即使投光器或表面的特性沒有變化，這種變化也還是有可能會(huì)發(fā)生。特別地，該變化可以獨(dú)立于圖像投影設(shè)備和/或表面/物體的特性。圖像平面是投影圖像聚焦于其上的虛擬平面。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，濾波器被調(diào)整成預(yù)先補(bǔ)償與圖像平面和表面之間的距離無關(guān)的標(biāo)稱ホ吳糊效應(yīng)。在很多實(shí)施例中，這樣做會(huì)在保持低復(fù)雜度的同時(shí)提供改進(jìn)的圖像質(zhì)量。特別地， 標(biāo)稱模糊效應(yīng)可以近似依照所述變化發(fā)生的模糊。該標(biāo)稱模糊效應(yīng)可以是不同距離上的模糊效應(yīng)的近似，特別地，舉例來說，所述效應(yīng)可以對(duì)應(yīng)于模糊效應(yīng)在不同距離上的加權(quán)平均。由此，所述補(bǔ)償可以以對(duì)固定的(與距離無關(guān))標(biāo)稱模糊效應(yīng)的假設(shè)為基礎(chǔ)。特別地，該濾波器可以是對(duì)標(biāo)稱模糊效應(yīng)的反向?yàn)V波器的近似。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)可選特征，控制器被安排成為圖像平面相對(duì)于物體的位置給予
ー個(gè)預(yù)定變化。這樣做可以提供改進(jìn)的性能，并且通常會(huì)提供改進(jìn)的感知圖像質(zhì)量和/或簡(jiǎn)化實(shí)施和/或操作。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，控制器被安排成為圖像平面相對(duì)于表面的位置給予ー個(gè)周期性變化。這樣做可以提供改進(jìn)的性能，并且通常會(huì)提供改進(jìn)的感知圖像質(zhì)量和/或簡(jiǎn)化實(shí)施和/或操作。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)可選特征，所述周期性變化對(duì)應(yīng)于圖像平面與表面上的點(diǎn)之間的距離的三角變化。這樣做可以提供改進(jìn)的性能，并且通常會(huì)提供改進(jìn)的感知圖像質(zhì)量和/或簡(jiǎn)化實(shí)施和/或操作。特別地，該特征提供了ー種低復(fù)雜度的實(shí)施方式，其中所述實(shí)施方式在大多數(shù)的實(shí)施例中都提供了很好的性能。三角變化可以是基本対稱的(具有相等的上升和下降斜坡)，或者是不對(duì)稱的。特別地，三角變化實(shí)質(zhì)上可以是鋸齒形狀，其一個(gè)斜坡的持續(xù)時(shí)間不超過另ー個(gè)斜坡的10%。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)可選特征，該圖像是視頻信號(hào)幀，并且周期性變化具有不超過兩個(gè)幀持續(xù)時(shí)間的周期。這樣做可以允許特別有利的性能，尤其可以允許用于視頻圖像序列的改進(jìn)圖像質(zhì)量。特別地，該特征允許為每ー個(gè)幀執(zhí)行變化并且由此執(zhí)行補(bǔ)償?shù)?。在一些?shí)施例中，周期性變化的周期不超過ー個(gè)幀持續(xù)時(shí)間。這樣做可以為具有移動(dòng)內(nèi)容的幀提供特別有利的性能，尤其是圖像質(zhì)量。在一些實(shí)施例中，周期性變化具有不超過500毫秒、100毫秒或50毫秒的周期。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)可選特征，控制器被安排成動(dòng)態(tài)改變投光器的焦距。在很多實(shí)施例中這樣做可以允許特別有利的操作、性能和/或?qū)嵤┓绞健Ｌ貏e地，這樣做可以提供一種適合與大量投影表面一起使用的靈活的圖像投影設(shè)備，其中所述投影表面包括各種(未知的)非平面表面和/或具有(未知)移動(dòng)分量的表面。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可選特征，該控制器被安排成動(dòng)態(tài)改變表面的位置。在很多實(shí)施例中，這樣做可以允許特別有利的操作、性能和/或?qū)嵤┓绞?。特別地，它可以允許與眾多不支持動(dòng)態(tài)自動(dòng)聚焦變化的投光器的改進(jìn)的后向兼容性。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可選特征，控制器被安排成將從圖像投影設(shè)備到表面上的點(diǎn)的距離至少改變一個(gè)從圖像投影設(shè)備到所述表面的最小距離。本發(fā)明可以提供改進(jìn)的性能，并且通常會(huì)提供特別改進(jìn)的感知圖像質(zhì)量和/或便利的實(shí)施方式和/或操作。特別地，該方法可以提供在與表面的距離發(fā)生很大變化的情況下被投影的圖像的感知清晰度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可選特征，控制器被安排成，針對(duì)介于最接近投光器的表面的圖像點(diǎn)以及最為遠(yuǎn)離投光器的表面的圖像點(diǎn)之間的圖像平面位置，為圖像平面提供相對(duì)于·該表面的基本線性的移動(dòng)。在很多情景中，這樣做可以提供改進(jìn)的性能。特別地，這樣做可以允許同質(zhì)的移動(dòng)乃至用于所有圖像點(diǎn)的模糊效應(yīng)，由此導(dǎo)致產(chǎn)生適合所有圖像點(diǎn)的相同的預(yù)先補(bǔ)償過濾。圖像點(diǎn)是在該表面上用于呈現(xiàn)圖像的點(diǎn)。圖像點(diǎn)可以是所述表面的圖像區(qū)域內(nèi)部的任何點(diǎn)，其中圖像區(qū)域是所述表面中被投影了圖像的區(qū)域。除了方向反轉(zhuǎn)的間隔之外，在圖像平面相對(duì)于所述表面的整個(gè)移動(dòng)中，所述移動(dòng)中可以是基本線性的。然而，在一些實(shí)施例中，所述移動(dòng)在從最接近的圖像點(diǎn)到最遠(yuǎn)的圖像點(diǎn)的間隔內(nèi)部可以是基本線性的，但對(duì)該間隔之外的至少一些距離來說則是非線性的。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，在這里提供了一種圖像投影系統(tǒng)，其中包括所描述的圖像投影設(shè)備，并且包括所述物體。本發(fā)明可以提供一種具有改進(jìn)的性能并且具有改進(jìn)的感知圖像質(zhì)量和/或便利的實(shí)施方式和/或操作的圖像投影系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可選特征，該表面是非平面的表面。本發(fā)明可以提供一種用于在非平面的表面上投影的圖像投影系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可選特征，圖像投影系統(tǒng)還包括用于移動(dòng)表面的裝置，所述移動(dòng)在與圖像平面垂直的移動(dòng)平面上具有移動(dòng)分量。本發(fā)明可以提供一種用于在移動(dòng)表面上投影的圖像投影系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可選特征，該系統(tǒng)是光蝕刻系統(tǒng)。本發(fā)明可以提供一種改進(jìn)的光蝕刻系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在這里提供了一種圖像投影方法，包括投光器將圖像投影在物體表面上；將圖像聚焦在圖像平面上；動(dòng)態(tài)改變圖像平面相對(duì)于表面的位置；以及在投光器投影之前由濾波器預(yù)先補(bǔ)償所述圖像。從以下描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中將會(huì)清楚了解本發(fā)明的這些和其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)，并且本發(fā)明的這些和其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)是參考以下描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例而被說明的。


現(xiàn)在將參考附圖來舉例描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖I是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖像投影設(shè)備示例的例 圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖像投影設(shè)備示例的例 圖3是色像差的例 圖4是球面像差示例的例 圖5是象散像差示例的例 圖6是根據(jù)本發(fā)明ー些實(shí)施例的圖像投影設(shè)備的示例的例 圖7是聚焦在圖像平面上的透鏡示例的例 圖8是光學(xué)系統(tǒng)不例的例圖；
圖9是作為時(shí)間的函數(shù)的等價(jià)模糊半徑/方差的示例的例圖；以及最終得到的模糊核
心；
圖10是反向模糊核心的示例及其橫截面的例 圖11是用于圖像投影系統(tǒng)的測(cè)試圖案的例 圖12是用于圖像投影系統(tǒng)的投影物體的圖像聚焦圖案的例 圖13是為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖像投影系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的測(cè)試圖像的例 圖14是為根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的圖像投影系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的測(cè)試圖像的例 圖15是用于圖像投影系統(tǒng)的測(cè)試圖案的例 圖16是為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖像投影系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的測(cè)試圖像的例 圖17是為根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的圖像投影系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的測(cè)試圖像的例 圖18是為根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的圖像投影系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的測(cè)試圖像的例 圖19是根據(jù)本發(fā)明ー些實(shí)施例的圖像投影系統(tǒng)中的與投影表面相對(duì)的圖像平面的移動(dòng)圖案的例圖；以及
圖20是作為時(shí)間的函數(shù)的等價(jià)模糊半徑/方差的例圖。
具體實(shí)施例方式圖6示出的是根據(jù)本發(fā)明ー些實(shí)施例的圖像投影系統(tǒng)的示例。該系統(tǒng)包括ー個(gè)被安排為將圖像投影在物體表面603上的圖像投影設(shè)備601。在圖6的具體示例中，該表面603是ー個(gè)與圖像投影設(shè)備601具有變化的距離(沿著與圖像平面垂直的方向)的非平面表面，并且在具體的示例中是沿著圖像投影設(shè)備601的主透鏡的光軸。圖像投影設(shè)備601包括被安排用于將圖像投影在物體表面603上的投光器605。特別地，圖像投影設(shè)備601包括ー個(gè)可以控制投光器605來將圖像聚焦于圖像平面607上的聚焦調(diào)節(jié)器609。由此，投光器605將投影圖像聚焦在圖像平面607上。在具體示例中，投光器605包括一個(gè)聚焦投影圖像的透鏡。由此，如圖7所示，圖像平面607是這樣ー個(gè)平面，其中在所述平面上，針對(duì)同一圖像點(diǎn)在透鏡上的不同位置入射的所有光線都會(huì)在相同的點(diǎn)上相遇。在具體示例中，聚焦調(diào)節(jié)器609可以控制投光器605的光源與透鏡之間的距離，以使焦點(diǎn)在指定距離上是清晰的，也就是使得圖像平面607處于指定距離。應(yīng)該了解的是，在其他實(shí)施例中也可以使用其他那些用于聚焦投影圖像的裝置，例如受控透鏡變形或是多個(gè)透鏡位置的相對(duì)調(diào)整。投光器605與表面603上的不同點(diǎn)之間的距離變化有可能會(huì)很顯著。例如，在與投影圖像的圖像平面垂直的方向上，表面變化在一個(gè)與從圖像投影儀605到表面603的平均距離相對(duì)應(yīng)的距離上是投影圖像區(qū)域的對(duì)角線的至少10%。圖像投影設(shè)備601還包括與聚焦調(diào)節(jié)器609耦合的圖像平面控制器611。該圖像平面控制器611被安排用于通過控制聚焦調(diào)節(jié)器609執(zhí)行的聚焦調(diào)節(jié)來控制圖像平面607的位置。特別地，圖像平面控制器611被安排用于動(dòng)態(tài)改變圖像平面607相對(duì)于表面603的位置。在圖6的示例中，圖像平面607與表面603的相對(duì)位置的動(dòng)態(tài)變化是通過改變投光器605的聚焦改變的，然而應(yīng)該了解，在其他實(shí)施例中，作為補(bǔ)充或替換，可以通過移動(dòng)整個(gè)投影儀和/或表面607來實(shí)現(xiàn)所述聚焦。例如，圖像投影設(shè)備601可以包括一個(gè)為外部馬達(dá)產(chǎn)生控制信號(hào)的控制器，所述馬達(dá)則以預(yù)期方式來移動(dòng)整個(gè)投影儀/表面607。圖像平面控制器611被安排成引入圖像平面607相對(duì)于表面603的動(dòng)態(tài)和自動(dòng)移動(dòng)，并且在圖6的示例中引入的是相對(duì)于投光器605的動(dòng)態(tài)自動(dòng)移動(dòng)(在圖I的示例中，從投光器605到表面603的距離是恒定的)。特別地，該移動(dòng)可以是與任何圖像特性和/或表面603的特性無關(guān)的相對(duì)移動(dòng)。特別地，所述相對(duì)移動(dòng)可以是在標(biāo)稱焦點(diǎn)之上引入的。例 如，用戶可以手動(dòng)調(diào)節(jié)聚焦，以使圖像平面607處于指定的距離。在這個(gè)標(biāo)稱距離之上，圖像平面控制器611還引入了一個(gè)動(dòng)態(tài)移動(dòng)，特別地，所述移動(dòng)有可能導(dǎo)致與標(biāo)稱圖像平面距離的平均位移為零。在圖6的示例中，舉例來說，標(biāo)稱圖像平面可以是通過一個(gè)手動(dòng)用戶聚焦選擇的。然后，圖像平面控制器611可以引入一個(gè)促使圖像平面607在從最近的圖像平面位置615到最遠(yuǎn)的圖像平面位置617的間隔613內(nèi)部持續(xù)移動(dòng)的聚焦調(diào)節(jié)。由此，圖像平面607是持續(xù)變化的，并且在具體的示例中，變化間隔613被控制為大于與非平面表面的距離的變化。相應(yīng)地，圖像平面抖動(dòng)/移動(dòng)具有這樣的效果，其中處于與投光器605指定(固定)距離的表面607上的指定點(diǎn)會(huì)經(jīng)歷完美聚焦圖像的時(shí)間點(diǎn)，但是同樣也會(huì)經(jīng)歷圖像失焦的時(shí)間點(diǎn)。此外，無論所述表面與投光器605的確切距離是怎樣的，所述表面上的所有點(diǎn)都會(huì)經(jīng)歷這種效應(yīng)。因此，鑒于在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，非平面的表面會(huì)具有在一些點(diǎn)清晰并且在其他點(diǎn)失焦的圖像，而當(dāng)前的方法將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)聚焦平均的圖像，在該圖像中，每一個(gè)點(diǎn)都被感知成是清晰和失焦圖像的組合。在很多情景中以及對(duì)很多應(yīng)用來說，這種方法可以產(chǎn)生改進(jìn)的圖像質(zhì)量感知。此外，發(fā)明人還認(rèn)識(shí)到，由于在感知方面最為明顯的效果是由清晰或是僅有少量失焦的圖像提供的，因此，該方法是非常有利的。由此，對(duì)于表面603上的指定點(diǎn)來說，在關(guān)于該點(diǎn)的感知圖像中，最重要的貢獻(xiàn)是在圖像平面607與該點(diǎn)相符的時(shí)候提供的。在圖像平面607不與所述表面點(diǎn)相符的時(shí)候，圖像的效果會(huì)因?yàn)閳D像平面607的距離的提升而減小。因此，該系統(tǒng)提供了圖像聚焦對(duì)準(zhǔn)時(shí)間的自動(dòng)加權(quán)，并且由此可以為在非平面表面上投影的圖像提供改進(jìn)的感知聚焦。實(shí)際上可以看出，該系統(tǒng)有效地提供了投影圖像的快照效應(yīng)，在所述快照中，只有處于聚焦對(duì)準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)(當(dāng)圖像平面與表面上的點(diǎn)相符的時(shí)候)周圍的某個(gè)時(shí)間間隔以內(nèi)的圖像投影才是重要的。例如，在與圖像平面607垂直的軸線方向上，非平面表面的變化可以是80cm。變化間隔可被設(shè)置成I米，由此超出了表面變化。舉例來說，在這類實(shí)施例中可以發(fā)現(xiàn)，只有在圖像平面607處于例如土 IOcm的距離以內(nèi)的時(shí)候，投影才具有視覺顯著性，而圖像平面607的距離更遠(yuǎn)的投影的效應(yīng)是可以忽略的(舉例來說，其原因在于這些圖像非常模糊，以至于不會(huì)提供任何重要的圖像內(nèi)容)。在這種情況下，每個(gè)點(diǎn)都代表以下圖像內(nèi)容，其對(duì)應(yīng)于當(dāng)圖像平面607處于聚焦對(duì)準(zhǔn)圖像的[-10cm，10cm]的間隔內(nèi)時(shí)的投影的組合加權(quán)效應(yīng)。不管點(diǎn)與投光器605的具體距離是怎樣的，這種情況對(duì)于表面603上的所有點(diǎn)來說都是成立的。發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，這種效應(yīng)不但是存在的，而且它非常顯著并且可以被有利地用于提供改進(jìn)的圖像演示。特別地，發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，由于該效應(yīng)，源于移動(dòng)圖像平面且被測(cè)量和感知的模糊效應(yīng)是相對(duì)獨(dú)立于所述表面上的點(diǎn)與投光器605的實(shí)際距離的。換句話說，該表面上的所有點(diǎn)都會(huì)經(jīng)歷基本相同的圖像模糊和失真。發(fā)明人還認(rèn)識(shí)到，由于所有的點(diǎn)都會(huì)經(jīng)歷非常相似的模糊效應(yīng)，因此，這種效應(yīng)可以通過應(yīng)用相同的預(yù)先補(bǔ)償處理來加以補(bǔ)償。由此，獨(dú)立于特定的點(diǎn)，相同的預(yù)先補(bǔ)償處理可以用于改進(jìn)圖像質(zhì)量以及補(bǔ)償模糊效應(yīng)。此外，發(fā)明人還認(rèn)識(shí)到，移動(dòng)圖像平面所導(dǎo)致的模糊效應(yīng)往往在數(shù)值方面表現(xiàn)很好，并且允許實(shí)施具有非常有限的域的相對(duì)精確的反向?yàn)V波器，所述濾波器可以補(bǔ)償圖像平面移動(dòng)所提供的模糊效應(yīng)。
由此，所描述的系統(tǒng)的ー個(gè)非常有利的效果是其將來自己知系統(tǒng)且依賴于表面/距離的模糊/失焦效應(yīng)轉(zhuǎn)換成了以下的模糊效應(yīng)，所述模糊效應(yīng)可被假設(shè)成與單個(gè)點(diǎn)的距離無關(guān)，并且由此與具體的表面幾何形狀無關(guān)。由此，無論實(shí)際距離以及確切的模糊效應(yīng)是怎樣的，所述模糊效應(yīng)都可以被視為與表面上的每個(gè)點(diǎn)的標(biāo)稱模糊效應(yīng)等價(jià)。換句話說，標(biāo)稱(固定)模糊效應(yīng)(也就是獨(dú)立于具體的點(diǎn)/距離)可以作為與特定的點(diǎn)/距離的確切模糊效應(yīng)的足夠接近的近似值使用。相應(yīng)地，預(yù)先補(bǔ)償處理可以是在不具體或詳細(xì)了解被投影了圖像的特定表面的情況下執(zhí)行的(例如僅僅通過確保移動(dòng)間隔大于表面變化(依據(jù)ー個(gè)適當(dāng)?shù)脑Ａ?)。由此，本方法可以與種類眾多的表面一起使用，而不需要了解、測(cè)量或校準(zhǔn)所述平面。由此可以實(shí)現(xiàn)一種實(shí)質(zhì)上更為靈活和實(shí)用的圖像投影系統(tǒng)。由此，圖像投影設(shè)備601包括一個(gè)接收所要投影的圖像以及在投影該圖像之前對(duì)其執(zhí)行預(yù)濾波處理的預(yù)濾波器619。所述預(yù)濾波器619可以通過首先確定反映了圖像平面移動(dòng)所導(dǎo)致的模糊效應(yīng)的模糊核心(標(biāo)稱模糊效應(yīng))來控制。該模糊核心可被具體表征成是與移動(dòng)的圖像平面的效應(yīng)相對(duì)應(yīng)的空間濾波器響應(yīng)。如先前所述，該模糊核心可被假設(shè)成是獨(dú)立于實(shí)際距離的，并且由此可以被假設(shè)成對(duì)圖像的所有點(diǎn)來說都是相同的。相應(yīng)地，所述預(yù)濾波器可被作為模糊核心的反向?yàn)V波器的近似來確定。特別地，模糊核心(圖像平面相對(duì)于所述表面的移動(dòng)所導(dǎo)致的模糊效應(yīng))可以通過對(duì)與圖像平面的不同相對(duì)位置以及處于標(biāo)稱距離的平坦表面相對(duì)應(yīng)的模糊核心求取平均/積分來確定。設(shè)想ー個(gè)包含了透鏡和被照明對(duì)象平面的簡(jiǎn)化投影系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)的幾何形狀參數(shù)是透鏡孔徑a，透鏡焦距f以及物體平面與透鏡之間的距離X。投影儀將來自物體平面的光線聚焦在與透鏡的另ー邊相隔距離y的圖像平面上，其中x、y和f是借助透鏡公式關(guān)聯(lián)的
如果與表面L的距離不同于y，那么物體會(huì)顯得模糊。依照合理的假設(shè)，模糊圖像可以被模擬成與圓盤或高斯核心卷積的清晰圖像(在L=y的情況下獲取)，其中所述核心具有半徑(方差)bifflg,并且所述半徑方差正比于透鏡孔徑乘以圖像平面與表面之間距離$ — L并且除以圖像平面與透鏡之間的距離y，也就是說
權(quán)利要求
1.一種圖像投影設(shè)備，包括 投光器(605 )，用于將圖像投影在物體的表面(603 )上； 聚焦裝置(609)，用于將圖像聚焦在圖像平面(607)上； 控制器(611)，用于動(dòng)態(tài)改變圖像平面(607)相對(duì)于所述表面(603)的位置；以及 濾波器(619 )，用于在投光器(605 )投影之前預(yù)先補(bǔ)償圖像。
2.權(quán)利要求I的圖像投影設(shè)備，其中濾波器(619)被安排成預(yù)先補(bǔ)償與圖像平面(607)和表面(603)之間的距離無關(guān)的標(biāo)稱模糊效應(yīng)。
3.權(quán)利要求I的圖像投影設(shè)備，其中控制器(611)被安排成為圖像平面(607)相對(duì)于物體的位置給予一個(gè)預(yù)定變化。
4.權(quán)利要求I的圖像投影設(shè)備，其中控制器(611)被安排成為圖像平面(603)相對(duì)于表面(603)的位置給予一個(gè)周期性變化。
5.權(quán)利要求4的圖像投影設(shè)備，其中周期性變化對(duì)應(yīng)于圖像平面(607)與表面(603)上的點(diǎn)之間的距離的三角變化。
6.權(quán)利要求4的圖像投影設(shè)備，其中該圖像是視頻信號(hào)幀，并且周期性變化具有不超過兩個(gè)幀持續(xù)時(shí)間的周期。
7.權(quán)利要求I的圖像投影設(shè)備，其中控制器(611)被安排成動(dòng)態(tài)改變投光器(605)的聚焦。
8.權(quán)利要求I的圖像投影設(shè)備，其中控制器(611)被安排成動(dòng)態(tài)改變表面(603)的位置。
9.權(quán)利要求I的圖像投影設(shè)備，其中控制器(611)被安排成將從圖像投影設(shè)備到表面(603)上的點(diǎn)的距離至少改變一個(gè)從圖像投影設(shè)備到所述點(diǎn)的最小距離。
10.權(quán)利要求I的圖像投影設(shè)備，其中控制器(611)被安排成，針對(duì)介于最接近投光器(605)的表面(603)的圖像點(diǎn)以及最為遠(yuǎn)離投光器(605)的表面(603)的圖像點(diǎn)之間的圖像平面(607)的位置，提供相對(duì)于所述表面(603)而朝著圖像平面(607)的基本線性的移動(dòng)。
11.一種圖像投影系統(tǒng)，包括權(quán)利要求I的圖像投影設(shè)備以及物體。
12.權(quán)利要求11的圖像投影系統(tǒng)，其中該表面是非平面的表面。
13.權(quán)利要求11的圖像投影系統(tǒng)，還包括用于移動(dòng)該表面的裝置，所述移動(dòng)在與圖像平面(607)垂直的移動(dòng)平面上具有移動(dòng)分量。
14.權(quán)利要求11的圖像投影系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)是光蝕刻系統(tǒng)。
15.一種圖像投影方法，包括 投光器(605)將圖像投影在物體的表面(603)上； 將圖像聚焦在圖像平面(607)上； 動(dòng)態(tài)改變圖像平面(607)相對(duì)于表面(603)的位置；以及 在投光器投影之前由濾波器(619)預(yù)先補(bǔ)償所述圖像。
全文摘要
一種圖像投影設(shè)備包括將圖像投影在物體的表面(603)上的投光器(605)。聚焦處理器(609)被安排成將圖像聚焦在圖像平面(607)上，控制器(611)則動(dòng)態(tài)改變圖像平面(607)相對(duì)于表面(603)的位置。該移動(dòng)可以是預(yù)定的周期性移動(dòng)，并且該表面可以具體為非平面表面。所述移動(dòng)可能導(dǎo)致與距離無關(guān)的模糊效應(yīng)，特別地，該移動(dòng)可以提供能被投影圖像的預(yù)處理預(yù)先補(bǔ)償?shù)哪：?yīng)。本發(fā)明可以提供改進(jìn)的投影圖像質(zhì)量，其中舉例來說，該圖像可以是投影在非平面或移動(dòng)表面上的圖像。
文檔編號(hào)H04N5/74GK102714707SQ201180005439
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2011年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月5日
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