具有根据图象信号进行调制的光源的图象投影仪.pdf

本发明涉及用于增强由基于投影的显示器提供的图象的亮度和对比度的方法，其中基于投影的显示器利用由至少一滚动光带进行照明的显示面板(5)和作为所述至少一滚动光带的光源的灯(3)。为了实现所述增强性能，所建议的方法包括在不同的滚动位置之间以下述方式对显示器灯的输出光线进行调制，所述方式为：当当前显示相应图象较亮部分的显示面板(5)部分被所述至少一个滚动光带照明时较之当当前显示所述图象较低亮度部分时的显示面板(5)部分被所述至少一个滚动光带照明时由灯提供的光强更高。本发明同样涉及相应的投影仪，用于该投影仪的图象处理器和调节控制系统。

1、  用于增强由基于投影的显示器所提供的图象的亮度和对比度的方法，其中基于投影的显示器利用由至少一滚动光带进行照明的显示面板(5)和作为所述至少一滚动光带的光源的灯(3)，其中所述方法包括在不同的滚动位置之间以下述方式对所述灯的输出光线进行调制，所述方式为：当当前显示相应图象较亮部分的显示面板(5)部分被所述至少一个滚动光带照明时较之当当前显示所述图象较低亮度部分的显示面板(5)部分被所述至少一个滚动光带照明时灯(3)提供的光强更高。

2、  根据权利要求1所述的方法，其中由所述灯(3)为整个图象所提供的全部时间内的平均光强保持不变。

3、  根据权利要求1或2所述的方法，其中所述的基于投影的显示器利用至少一垂直滚动光带，并且其中由所述灯(3)提供的光强对每一水平行都要进行调节。

4、  根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述显示面板(5)由三种不同颜色的滚动光带进行照明。

5、  根据前述任一权利要求所述的方法，所述放电灯(3)的所述光输出通过改变提供给所述灯(3)的电源来进行调制。

6、  根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述显示面板(5)包括按行和列矩阵排列的可调孔径，且其中所述行的变化部分由所述至少一滚动光带进行照明。

7、  根据权利要求6所述的方法，其中所述行的每行的最大孔径调节为100％，并且所述行的每行的其他孔径被调节为在每行都要保持是非失真的亮度再现。

8、  根据权利要求6所述的方法，包括：
确定每一滚动位置将进行投影的图象的最大亮度；
根据所述图象以最大孔径为100％的方式调节每一滚动位置上所述显示面板(5)的孔径；
对于每一滚动位置确定出必须提供给所述灯(3)的、以在最大孔径为100％的情况下获得所确定出的最大亮度所需的相关电源，同时保持其他图象部分的亮度关系；
标示出所有的功率电平使得灯的平均功率与额定功率电平相一致。

9、  基于投影的显示器，利用由至少一滚动光带进行照明的显示面板，该显示器包括实现前述任一权利要求的步骤的装置(2，3，4，5，6，8)。

10、  根据权利要求9的基于投影的显示器，包括：
具有按水平行排列的可调孔径的显示面板(5)；
用于提供投影的光线的灯(3)
为所述灯(3)提供可调电源的电源装置(1，2)；
将所述灯(3)输出的光线按后续水平光带导入到所述显示面板(5)的扫描仪(4)；
将由所述显示面板(5)提供的图象进行投影的透镜(6)；
用于接收被投影图象并根据所接收到的图象控制所述灯(3)的电源(2)以及所述显示面板(5)的可调孔径尺寸的图象处理器(8)。

11、  根据权利要求9或10的基于投影的显示器，其中所述灯是高压气体放电灯(3)。

12、  用于基于投影的显示器的图象处理器(8)，其中所述基于投影的显示器利用由至少一滚动光带进行照明的显示面板(5)和作为所述至少一滚动光带的光源的灯(3)，所述图象处理器(8)包括以下述方式为不同的滚动位置控制所述灯(3)的电源的装置，所述方式为当当前显示相应图象的较亮部分的显示面板(5)部分被至少一滚动光带照明时较之当当前显示图象较不亮部分的显示面板(5)部分被至少一滚动光带照明时由所述灯(3)提供的光强更高。

13、  用于基于投影的显示器的调节和控制系统，其中基于投影的显示器利用由至少一滚动光带照明的显示面板(5)和作为所述至少一滚动光带的光源的灯(3)，所述调节控制系统包括确定对于不同滚动位置所必须提供给灯(3)的电源的图象处理器(8)，以便当当前显示相应图象较亮部分的显示面板(5)部分被至少一滚动光带照明时较之当当前显示图象较不亮部分的显示面板(5)部分被至少一滚动光带照明时由所述灯(3)提供的光强更高，所述调节和控制系统进一步包括为灯(3)提供电源的灯电源调节器(2)，灯电源调节器(2)根据图象处理器(8)所确定的各个所需电源来调节提供给灯(3)的电源。

具有根据图象信号进行调制的光源的图象投影仪
技术领域
本发明涉及用于增强由基于投影的显示器(presenter)所提供的图象的亮度和对比度的方法，其中基于投影的显示器利用由至少一滚动光带进行照明的显示面板以及作为该至少一个滚动光带的光源的灯。本发明同样涉及这种基于投影的显示器，用于这种基于投影的显示器的图象处理器，以及用于这种基于投影的显示器的调节和控制系统。
背景技术
对于显示视频和/或静止图象的现有技术来说，将图象投射到诸如墙或屏幕上的基于投影的显示器已是众所周知。这种显示器可以是常规的CRT(阴极射线管)显示器，常规的LCD(液晶显示器)显示器或者是DMD(数字镜像装置)显示器。
LCD和DMD显示器包括具有可调孔径的显示面板，可调孔径通常排列成行和列矩阵形式。显示面板例如可以是透射型或反射型LCD面板。面板的每个孔径显示被投射图象的一个象素。在LCD型面板当中，可以从完全透明(白)到完全吸收(黑)连续控制各个孔径的透射率。有效孔径由图象处理器进行调节以与被显示图象相应象素的亮度相一致。在显示面板是每个孔径只有一个开或关状态的数字化控制显示面板的情况下，图象处理器采用脉宽调制技术。于是孔径被切换打开总时间的相当高地比例，开关频率高于人眼的带宽。
在传统的投影系统中，来自灯的光线首先由滤波器分成红、绿和蓝原色，再被供给提供红、绿和蓝色彩色图象分量的三个不同的显示面板，最后被合成完整图象。此外，所谓的时序系统按时间顺序从灯光中抽取红、绿和蓝光，并将这些基色一个接一个地单独显示，重复率太高从而不能为人眼所识别。两种系统的共同点是同时照明显示面板的所有孔径。
在滚动式彩色显示器中，显示面板反而是暴露在从整个显示面板的顶部垂直移向底部的彩色光带下。移动光带例如可由高压气体放电灯借助一扫描仪来提供。这种滚动式的基于投影的显示器是一种低成本的投影显示方案，这是因为它与时序系统类似只需要一个单个显示面板，但由于较高程度地利用了来自灯的白光而能够产生更亮的图象。
与所有的投影系统相同的是，在某些图象位置上不需要的光线会被放弃掉。
在所有的显示器中，图象的亮度和对比度是很重要的性能指标。
对于阴极射线管系统来说，通过附加的变化阴极射管的强度，使得画面的亮的部分较之偶然出现的更亮、而使画面其他部分不太亮的技术已是人所共知。这使得自然图象较之非空白图象更为精确，提高了图象的对比度。由于在CRT系统中所有的图象象素都顺序显示，所以上述情况是可能的。但在传统的基于LCD的系统中，无法获得这种特性，因为所有的画面部分都是同时进行投影的。
对于滚动式的彩色系统来说，如何调节不同图象部分的亮度也还不为人知。
发明内容
本发明的目的在于能够增强基于投影的显示器所提供的图象的亮度和对比度，所述显示器利用由滚动光带照明的显示面板和作为所述滚动光带光源的灯。
根据本发明，上述目的可通过一种方法来实现，该方法包括：在不同的滚动位置之间以下述方式对显示器的灯的输出光线进行调制，所述方式为：当当前显示相应图象较亮部分的显示面板部分被所述至少一个滚动光带照明时，灯提供的光强高于当当前显示所述图象较低亮度部分的显示面板部分被所述至少一个滚动光带照明时灯提供的光强。
根据本发明，发明目的同样可以由利用滚动式显示器的基于投影的显示器来实现，其中显示器包括用于实现建议方法的步骤的装置。
进而，根据本发明，发明目的可由用于基于投影的显示器的图象处理器来实现，其中所述基于投影的显示器利用由至少一滚动光带进行照明的显示面板和作为所述至少一滚动光带的光源的灯。图象处理器包括以下述方式为不同滚动位置控制灯电源的装置，所述方式为：当当前显示相应图象较亮部分的显示面板部分被至少一滚动光带照明时较之当当前显示图象较不亮部分的显示面板部分被至少一滚动光带照明时灯提供更高的光强。
最后本发明的目的可由用于基于投影的的显示器的调节和控制系统来实现，其中基于投影的显示器利用由至少一滚动光带照明的显示面板和作为所述至少一滚动光带的光源的灯。调节控制系统包括确定在不同滚动位置所要提供给灯的电源的图象处理器，以便当当前显示相应图象较亮部分的显示面板部分被至少一滚动光带照明时较之当当前显示图象较不亮部分的显示面板部分被至少一滚动光带照明时由灯提供更高的光强。调节和控制系统进一步包括为灯提供电源的灯电源调节器。灯电源调节器根据图象处理器所确定的所需电源来调节提供给灯的电源。
本发明是基于下述考虑而进行的：在大部分情形下，如果对显示器灯的光输出进行调制，使得较亮图象部分比其他图象部分被提供更高的光强度，则滚动式的基于投影的显示器显示的图象性能可以得到极大的改善。
本发明的优点是，在非空白画面中，与传统显示器相比可以获得较高的峰值强度，并且同时图象的最大对比度也获得提高。
本发明的优选实施例由独立权利要求可以变得更为清楚。
假设本发明的显示器采用具有显示被显示图象不同象素的可调孔径的显示面板，特别是同时控制有效孔径以保持非失真亮度再现(reproduction)。应当注意到，术语“可调孔径”在此作为表示在给定照明情况下对所显示图象的特定象素能进行亮度调节的显示面板的任意装置的通用术语，如上参考LCD显示面板和数字控制显示面板所述。
本发明的优点在于，对于所有图象来说，提供给用于调节光输出的灯的平均功率保持不变。此点可以通过降低功率以及降低不亮图象部分的输出光、而提高较亮图象部分的功率以及输出光来实现。因此，为了得到更亮的图象部分不必提高所需的平均功率。
假设显示器采用具有表示被显示图象的不同象素的可调节孔径的显示面板，则建议提高用于黑图象部分的显示面板的孔径的有效尺寸，以避免由于输出光减少而使较黑的部分较之前更黑，从而造成灰度再现或彩色再现的失真。在本发明的优选实施例当中，显示面板的每一水平行的最大孔径被调节为开度为100％，由于这样作可以最大程度地有效利用可用光强。
在本发明的优选实施例中，所用的为滚动式显示面板提供所需照明的灯是高压气体放电灯如UHP(超高性能)灯。这种灯具有对所供电源的变化反应迅速的能力。该灯的相当短的时间常数是由所采用的高温等离子体来确定的。高压气体放电灯进一步能够在短时间内提供更高的光输出而无任何负作用，如灯体只要在不超过灯长期工作所允许的平均功率即额定电压的情况下就不会产生过热压力。可以将显示器所用的平均功率设定为接近灯长期操作所可以接受的最大值，从而保证可以获得最大亮度。
大多数的自然图象显示出不同的垂直亮度分布图，表示整体看起来基本上是平坦的。此外，已有的滚动式显示器通常采用垂直滚动方式。在本发明的一优选实施例中，在垂直滚动式显示器中对每一水平行的亮度进行调节。
所采用的显示面板具体包括按行和列矩阵排列的可调孔径。优选地，行的变化部分可由至少一滚动光带照明，即每一滚动光带一次可照明一个或更多但不是所有行。
特别地，显示器可以是利用前投或背投的视频和数据显示器。
在下文当中，通过参考附图借助于实例对本发明的实施例进行更为详细的描述。
附图的简要说明
图1是本发明包括基于投影的显示器实施例的第一投影系统的方框图；
图2的流程图所示的是在图1的显示器中所实现的本发明的方法；
图3所示的是典型的图象亮度分布图；
图4所示的是基于图3的亮度分布图、根据本发明的方法产生的优化的灯功率分布图；以及
图5是包括结合了滚动式彩色分离技术的本发明的基于投影的显示器实施例的第二投影系统的方框图。
具体实施方式
图1所示的是根据本发明的包括基于投影的显示器的第一显示系统。
显示器包括电源1，电源1经由灯电源调节器2连接到UHP高压气体放电灯3上。显示器进一步包括显示面板5，显示面板5具有排列成包括行和列的矩阵形式的多个可调节的孔径。扫描仪4设置在UHP灯3和显示面板5之间。在显示面板5与扫描仪4相对的另一侧，附加设置了透镜6。此外，显示器包括图象控制器8，其输出之一连接到灯电源调节器2的控制输入端。图象控制器8的第二输出最后连接到显示面板5。
图象控制器8的数据输入端连接到例如DVD播放器的图象源9的输出端。最后，屏幕7设置在显示器透镜6前方一定距离处。
下面将说明图1显示器的功能。
电源1提供的电源由灯电源调节器2控制，使灯3中获得所需的电源，即所需的灯亮度。
UHP灯3发出的光在灯的反射屏蔽的作用下射向扫描仪4。扫描仪4以在显示面板5上从上至下滚动的光线条照明面板5的方式将光线从灯导引到显示面板5。
通过显示面板5的孔径的光线通过透镜6投射到屏幕7上，使得图象以从屏幕7的底部移至顶部的光带形式显示在屏幕7上。根据投影系统的设计，面板和屏幕上光带的移动也可以是相反的。
显示面板5的各孔径的有效尺寸由图象控制器8调节。图象控制器8接收将从图象源9显示到屏幕7上的图象的图象数据。根据所接收到的数据，图象控制器8确定出对于每一垂直行的每种颜色的显示面板5孔径的要求尺寸。
根据本发明的由图象控制器8进行的用于确定所有孔径尺寸的处理方法和图象控制器8进行的其他处理方法如图2中所示。
在该处理方法中，图象控制器8首先分析所接收到的图象的最大亮度的分布图。具体地说，它检测出图象每一水平行的最大亮度。图3中绘出了典型的具有大约350条水平线的图象亮度分布图。图中第一条曲线31表示每一水平行的最大象素亮度。第二条曲线32表示每一水平行的最小象素亮度。图中的第三曲线33最后表示每一水平行的平均象素亮度。
假设用提供给UHP灯3的额定灯功率的获得光强，在传统方法中，每一水平行的最大象素亮度确定出显示面板5相应行所需的最大孔径。其他孔径根据相应其它象素的亮度来进行调整。
相反地，根据本发明的显示器的图象控制器8通过相应的控制信号来设置显示面板5的孔径，从而在每一行中，最大孔径是100％，而其他孔径据此进行调整。
对于显示面板5的行，可以通过提高孔径以获得最大的孔径100％，不再要求UHP灯4的平均光强达到获得所需最大亮度所需光强。因此，可降低这些行的灯电源，导致光效率增加。省下的功率可用于使图象的水平行更亮。
因此图象控制器8确定出显示面板5每一行在孔径完全打开时获得所要求的最大亮度的灯功率。对于开始已具有最大的孔径的行来说，使用高于平均值的灯功率，从而具有等于灯额定功率的平均灯功率，而且在画面的该部分具有更亮的图象投影。
一幅图象的所有水平行所确定的降低或增大功率形成灯功率的分布，该分布情况由图象控制器8提供给灯电源调节器2。基于图3的亮度分布图确定的相应的灯功率分布图，如图4所示。该图示出了在大约350行的每一行的最大象素孔径都是100％时的最佳功率分布图。第一曲线41表示所确定的所有行的灯功率。该灯功率经所用的最大灯功率进行归一化，即最大灯功率对应于数值1。第二曲线42表示大约350行的每行的最大孔径。数值1对于曲线42表示所有最大孔径都是100％的孔径。
由图象控制器8所确定的灯功率分布情况传送给灯电源调节器2，灯电源调节器据此调节对于每行提供给灯3的电源。对变化的电源设定而反应迅速的UHP灯3能够向显示面板5的每一行发射不同强度的光线。事实上，所显示图象每一水平行的最大象素亮度是由灯电源所确定的。最大象素激励分布导致每一水平行都能获得最大值1。
图5所示的是根据本发明的包括一基于投影的显示器的第二显示系统。此第二显示系统的结构与图1所示的第一显示系统的结构相同，并且相应的部件用同样的附图标记来表示。
在第二显示系统中，光带被扫描仪4进一步分成了不同颜色的三条。在这种情况下，当确定灯电源的功率分布时，彩色光带的空间分布和图象的颜色内容都必须加以考虑，而不能只考虑亮度。但策略是不变的即通过补偿灯功率使象素孔径最大。
本发明所述的实施例基于提供给灯电源的快速电源设置信号，图象处理器是根据被投影的图象亮度分布产生该信号的。
所述的电源和孔径控制的结果是，投影的非空白图象的峰值强度较之常规显示器所获得的峰值强度增大。从而平均灯电源保持不变。
研究结果显示：对比度和峰值亮度增大10％-100％；对于不同画面内容的较宽范围平均大约提高了40％。
应当理解的是，本发明的实施例仅表示大量可能实施方式之一。