調(diào)制DMD/反射器重疊。在其他實(shí)施例中， 空間對齊可以是已知的，并且被考慮一一例如以幫助圖像渲染執(zhí)行。
[0038] 雖然本申請是在雙調(diào)制、多調(diào)制投影系統(tǒng)的上下文中呈現(xiàn)的，但是應(yīng)意識到，本申 請的技術(shù)和方法將可在雙調(diào)制、多調(diào)制顯示系統(tǒng)中應(yīng)用。例如，包括背光、第一調(diào)制器(例 如，IXD等)和第二調(diào)制器(例如，IXD等）的雙調(diào)制顯示系統(tǒng)可以利用合適的模糊化光學(xué)組件 以及圖像處理方法和技術(shù)來實(shí)現(xiàn)本文在投影系統(tǒng)的上下文中討論的性能和效率。
[0039] 還應(yīng)意識到一一即使圖1描繪了兩級或雙調(diào)制器顯示系統(tǒng)一一本申請的方法和技 術(shù)也可以在3個或更多個調(diào)制器的（多調(diào)制器）顯示系統(tǒng)中應(yīng)用。本申請的范圍包含這些各 種替代實(shí)施例。
[0040] 圖1是適合于本申請的目的的雙調(diào)制投影儀顯示系統(tǒng)100的一個實(shí)施例。顯示器 100可以包括光源102-一其可以包括一個光源(例如，燈等)或多個點(diǎn)光源(例如，激光器、 LED等）。在數(shù)字電影投影儀的上下文中，圖1中的光源102可以包括一組或多組激光光源(例 如，102-1、102-2、102-3 ;102-1'、102-2'、102-3'--其中，可以存在當(dāng)被組合時可以渲染 白色光的多個有色光源--例如，紅色、綠色和藍(lán)色）。
[0041] 來自源102的光可以通過管道輸入到光學(xué)級104中一一光學(xué)級104可以包括組合器 104-1和積分桿104-2,組合器104-1組合來自RGB激光源的光，積分桿104-2可以提高光的均 勻性。光103其后可以被傳送通過漫射器106以向光提供角度分集。第一調(diào)制器/預(yù)調(diào)制器 108可以輸入該光，并且一一在控制器120的控制下一一可以提供如本文進(jìn)一步描述的預(yù)調(diào) 制器圖像處理。
[0042] 在一個實(shí)施例中（并且如圖1所示），首先，預(yù)調(diào)制器108可以是DMD陣列一一其通過 一組光學(xué)元件可以對單獨(dú)的顏色通道進(jìn)行處理（例如，用于例如紅色、綠色和藍(lán)色通道的 108-1、108-2和108-3)。僅為了示例性的目的，預(yù)調(diào)制器108可以是使用標(biāo)準(zhǔn)棱鏡設(shè)計的 1.2"、2K鏡DMD。預(yù)調(diào)制器108可以被控制為顯示二值半色調(diào)圖像一一例如，其中，像素是全 開或全關(guān)(其中，關(guān)狀態(tài)下的光可以被傾撒為(dump to)關(guān)狀態(tài)光105)。在其他實(shí)施例中，模 擬微電氣機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)和/或其他模擬和/或數(shù)字反射器可以被合適地控制以重新分布 光來形成不同類型的圖像。
[0043] 該半色調(diào)圖像107可以被傳送通過點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)光學(xué)級1121SF光學(xué)級可以包 括許多不同的光學(xué)元件11〇、114等一一例如，透鏡、漫射器、反射器等。對于本申請的目的而 言，PSF光學(xué)級接收來自預(yù)調(diào)制器108的半色調(diào)圖像并且將半色調(diào)圖像的期望散焦（109)提 供給第二調(diào)制器/主要調(diào)制器116是足夠的。與第一調(diào)制器108-樣，第二調(diào)制器可以是DMD 陣列一一其通過一組光學(xué)元件可以對單獨(dú)的顏色通道進(jìn)行處理(例如，用于例如紅色、綠色 和藍(lán)色通道的116-1、116-2和116-3)。僅僅為了另一示例性的目的，預(yù)調(diào)制器108可以是使 用標(biāo)準(zhǔn)棱鏡設(shè)計的1.4"、4K鏡DMD。
[0044] 主要調(diào)制器116可以接收光109,并且可以由控制器120控制?？刂破?20可以利用 對半色調(diào)化和PSF的組合效果進(jìn)行估計和/或模型化的光場仿真來逐個像素地確定主要調(diào) 制器116上的局部亮度。在其他實(shí)施例（諸如利用MEMS反射器的那些實(shí)施例）中，控制器120 可以類似地對光場形成進(jìn)行模型化。從該模型，控制器120可以計算、估計或以其他方式確 定用于主要調(diào)制器116的像素值以修改光場來生成最終的投影圖像/渲染圖像。光113其后 可以被傳送通過投影光學(xué)器件118而以在投影儀屏幕（未示出）上形成最終的投影圖像/渲 染圖像。OFF光可以被傾撒為關(guān)狀態(tài)光111。
[0045]在許多實(shí)施例中，可以生成最終圖像，該最終圖像是經(jīng)散焦的半色調(diào)圖像和主要 調(diào)制器圖像的乘積。在這樣的最終圖像中，對比度可以在15,000,000:1的范圍內(nèi)。
[0046] 光學(xué)處理/圖像處理的一個實(shí)施例
[0047] 在討論了適合于本申請的目的的示例性投影儀顯示系統(tǒng)之后，現(xiàn)在將公開可以實(shí) 現(xiàn)圖像處理和系統(tǒng)效率的改進(jìn)的一些圖像處理方法和技術(shù)。
[0048] 在一個實(shí)施例中，投影儀系統(tǒng)可以創(chuàng)建二值半色調(diào)圖像，該圖像可以被光學(xué)組件 平滑化以創(chuàng)建期望顯示圖像的帶寬減小版本。光學(xué)組件PSF的形狀可以確定平滑函數(shù)的特 性。PSF的形狀可以影響系統(tǒng)的顯示性能和計算要求。在許多實(shí)施例中，PSF成形可以具有以 下屬性和/或以下指導(dǎo)方針中的一個或多個：
[0049] (l)PSF可將最稀疏的半色調(diào)圖案平滑成相對平坦的場。這可造成關(guān)于PSF的尺寸 的近似下界；
[0050] (2)較大PSF可減小雙調(diào)制起效的空間頻率并且可導(dǎo)致較大的"光暈"（這里進(jìn)一步 討論）。這可能需要更大的計算成本；
[0051] (3)PSF可具有受限的帶寬和受限的上升時間。更高帶寬和上升時間可需要更大的 補(bǔ)償精度并且限制了計算近似；
[0052] (4)PSF可能是緊湊的并且PSF空間幅度可能受限。PSF可衰減到零。緩慢的衰減或 強(qiáng)PSF "尾部"可限制圖像對比度并且增加計算要求；
[0053] (5) PSF可能是基本上徑向?qū)ΨQ的?？稍谟嬎阒锌紤]任何非對稱性。
[0054]在一個實(shí)施例中，經(jīng)光學(xué)模糊化的PSF可基本上采取高斯、或旋轉(zhuǎn)升余弦函數(shù)、或 一些其它具有受限的空間幅度的峰值基本上徑向?qū)ΨQ的函數(shù)等的形狀。圖10描繪了 PSF分 布的一個例子（1000)-一其可以呈現(xiàn)高斯?fàn)罘褰Y(jié)構(gòu)1002,該結(jié)構(gòu)可以如尾部1004中所見的 逐漸地衰減。在許多實(shí)施例中，PSF應(yīng)采取受限的空間頻率、受限的上升時間和/或受限的空 間幅度。空間頻率和上升時間可通常被相關(guān)。過大的空間頻率或上升時間可能需要更密集 的采樣和更大的模型化精度，使得計算要求增加。如果PSF在圖像幀上改變，那么可以使用 一組PSF，并且，可以使用PSF插值方法。具有隨PSF位置而改變的高空間頻率的PSF可能需要 更密集的模型組以用于適當(dāng)插值，使得計算要求和校準(zhǔn)復(fù)雜性增加?？赡懿幌Ｍ赑SF脈沖 上具有尖峰或脊部。而且，可能希望PSF應(yīng)在其周界處逐漸衰減而不是在那里突然結(jié)束。平 滑的形狀將具有更低的空間頻率和更長的上升時間。PSF的空間幅度可確定計算算子的尺 寸。具有寬的衰減"尾部"的PSF可能使得算子尺寸增加并因此增加計算要求。
[0055]在僅僅一個示例性實(shí)施例中，PSF代表應(yīng)用于例如5X5抖動圖案的模糊函數(shù)。因 此，PSF可足夠大以從包含1的5X5網(wǎng)格(而所有其它半色調(diào)像素為零)的半色調(diào)圖像產(chǎn)生相 對平坦的場。如果模糊函數(shù)具有大致高斯形狀等，那么其直徑的范圍可以為10個像素~20 個像素。在本例子中，可以規(guī)定限制PSF的形狀的下界和上界。下界可以是升余弦脈沖且上 界可以是高斯脈沖。
[0056]僅舉一例，設(shè)LB為下界且UB為上界。設(shè)"r"為到PSF的中心的距離且N為抖動圖案的 側(cè)邊的尺寸，它們均是以像素計的。脈沖幅值然后可以按常數(shù)KdPK2縮放，以使得每個脈沖 的能量如下被歸一化為1:
[0057] LB(r) =Ki( l/2+l/2cos(jrr/N))對于;r<N
[0058] LB(r) =0 對于;r>N
[0059] UB(r) =K2exp(-(r/N) '2)
[0060] 如可指出的那樣，下界衰減到零且上界作為高斯衰減。衰減對于避免從PSF尾部累 積太多光是重要的。應(yīng)當(dāng)理解，許多其它的PSF形狀和函數(shù)是可能的，并且，本申請的范圍涵 蓋所有這些變型方案。
[0061] 參照圖2,圖2示出可通過諸如圖1所示的雙、多調(diào)制器顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的光學(xué)處理/ 圖像處理的操作的高級流程圖200的一個實(shí)施例。均勻光201可被輸入到顯示系統(tǒng)，并且，第 一調(diào)制器202(例如，半色調(diào)DMD或其它調(diào)制器）向模糊化光學(xué)204提供半色調(diào)圖像。然后，經(jīng) 模糊化的圖像可被第二調(diào)制器206(例如，脈沖寬度DMD或其它調(diào)制器)接收，該第二調(diào)制器 206進(jìn)一步調(diào)制經(jīng)模糊化的圖像以產(chǎn)生屏幕圖像203。在一個實(shí)施例中，流程圖200跟蹤可存 儲于控制器中的系統(tǒng)存儲器中的處理器可讀指令集合。控制器可接收圖像數(shù)據(jù)、產(chǎn)生半色 調(diào)圖像(例如，在202)、使半色調(diào)圖像模糊化（例如，在204)并且進(jìn)一步調(diào)制圖像（例如，在 206)以產(chǎn)生最終圖像。
[0062]在圖1的顯示系統(tǒng)的情境中，對于各DMD裝置的代碼字可被用作可用于控制產(chǎn)生的 圖像的兩個變量。在一個實(shí)施例中，模糊函數(shù)可由光學(xué)系統(tǒng)執(zhí)行，并且可被假定為對所有圖 像恒定。在各種顯示系統(tǒng)設(shè)計中，模糊函數(shù)的設(shè)計和半色調(diào)成像和/或編碼的方法可相關(guān)， 并且影響顯示性能。在一個這種示例性系統(tǒng)中，為了確定后面的半色調(diào)成像和/或編碼和模 糊函數(shù)的適當(dāng)?shù)倪x擇，可以考慮以下目標(biāo)/假定：
[0063] (1)顯示器的對比率可以大于任一 DMD獨(dú)自的對比率。然而，因?yàn)榘肷{(diào)化和模糊 化函數(shù)，對于圖像的高空間頻率分量，可能不能實(shí)現(xiàn)顯示器的全對比度。結(jié)果，一些亮裁剪 (bright clipping)或暗裁剪(dark clipping)可能存在于顯示的圖像中。由于光場模型化 誤差而導(dǎo)致的視覺劣化可以期望被最小化。
[0064] (2)沒有亮裁剪:在一個實(shí)施例中，入射于主調(diào)制器/DMD的經(jīng)模糊化的光場可在各 處均比輸入圖像、即期望的屏幕圖像大。主調(diào)制器/DMD可使光場衰減。在一些實(shí)施例中，大 于經(jīng)模糊化的光場的一些圖像像素可能被亮裁剪。雖然沒有亮裁剪可以是目標(biāo)，但是經(jīng)模 糊化的半色調(diào)圖像可能幾乎在各處都明顯亮于期望的屏幕圖像，并且在經(jīng)模糊化的半色調(diào) 圖像中可能存在不如期望的屏幕圖像亮的部分，并且亮裁剪是可能的。
[0065] (3)受限的暗裁剪：在一個實(shí)施例中，經(jīng)模糊化的光場可以被主調(diào)制DMD衰減以生 成期望的屏幕圖像。因?yàn)橹髡{(diào)制DMD可能具有受限的對比率，所以系統(tǒng)可能僅生成比除以主 調(diào)制DMD對比率的經(jīng)模糊化的光場大的圖像像素。在一些實(shí)施例中，小于這樣的圖像像素的 圖像像素可能被暗裁剪。
[0066] (4)小光暈:光暈是暗背景上的明亮物體周圍的暗裁剪。如果黑背景上的小的明亮 物體沒有被亮裁剪，那么明亮物體處的模糊化的光場會比明亮物體大。由于光場可具有減 小的空間帶寬，因此其可能在非常接近明亮物體之處不暗?？赏ㄟ^主調(diào)制DMD盡可能地減小 接近明亮物體的光場的水平，但該水平仍比期望的屏幕水平大，從而導(dǎo)致暗裁剪。在一些情 況下，暗裁剪可代表高于真實(shí)黑的提高的水平，常常表現(xiàn)為暗細(xì)節(jié)的損失和對比度的損失。 光暈是由暗裁剪導(dǎo)致的主要視覺偽像，但