一种提高DMD灰度成像刷新率的方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明涉及成像领域，尤其涉及一种提高dmd灰度成像刷新率的方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

dmd(digitalmicro-mirrordevices，数字微镜器件)通过二进制脉宽调制(pwm：pulsewidthmodulation)技术，通过时间上的光累积实现层次丰富的灰度图像。

二进制pwm技术表达方式如图1所示，称之为2ⁿpwm方式。二进制pwm调制公式为：tpwm＝tlsb*2^(n-1)，其中，n是像素的位数，tpwm是每个位像素的时间权重，tlsb是最低bit位(lsb:leastsignificantbit)的显示时间。那么完成一次灰度显示的光累积时间(光能量)为：完成一次灰度显示的总用时为：其中n称为位面，比如256级灰度图像n＝8，tw是图像数据写入dmd的总等待时间，称为“deadtime”。

以32(5bit像素，即5个位面)灰度级图像为例，如图2所示，图中深色代表微镜开的时间，浅色代表微镜关的时间，可以看到二进制01111b(15)在低4位微镜处于开的状态，开的时间占帧时的48％，而二进制11010b(26)微镜开的时间占了帧时的84％。将脉冲式的光累积(积分效应)就得到灰度图像。本质上说，灰度取决于微镜开的时间。

根据公式，每帧灰度图像时间取决于tlsb和tw，tw大约为50*8＝400微秒左右(全局复位方式)，为了图像细节(由高频的低位面决定)不丢失，tlsb时间不能太短，假设取20微秒，那么256灰度图像一帧时间为5.5ms，帧频182hz，这个帧频可以通过减少tlsb来提高，但是tlsb取20微秒基本上是比较接近于极限，因此很难再提高帧频。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种提高dmd灰度成像刷新率的方法、装置、设备及存储介质，可以通过牺牲dmd的分辨率换取刷新时间，使得其灰度帧频可以得到显著提高。本发明主要应用于那些对dmd的分辨率不敏感，却希望dmd的显示帧率能够得到显著提高的应用场合，但不限于此。

本发明采用以下技术方案。

一种提高dmd灰度成像刷新率的方法，包含以下步骤：

获取图像数据源，调整其像素数至dmd微镜数量的1/k²，得到中间图像数据；其中，所述中间图像数据包括多个像素，每个像素的灰度值通过一个微镜组来显示，每个微镜组包括k×k个微镜；

根据所述图像数据源的最大灰度值y以及k，生成n个位面，或者生成n个位面加上补充位面；其中，k为大于1的整数；

根据待显示的像素的灰度值，计算微镜组在每个位面中的k×k个微镜的开启或者关闭，以生成图像位面数据；

根据所述图像位面数据控制每组微镜组中的微镜的翻转，以显示对应灰度值的像素。

进一步地，所述n和k的关系满足：

或者

其中，p表示完成一次最大灰度值显示的光累积能量，对应于最大灰度值y的光累积时间权重，决定灰度等级；plsb是最低bit位一个微镜显示的光能量，为固定值；pa表示补充位面的光能量，pa＝k*k*plsb；n是不包含补充位面的位面个数；不等式右边对应的是一个微镜组在一次灰度显示时间内的最大可累积光能量；

其中

p＝plsb*y(3)

所述根据所述图像数据源的最大灰度值y以及k，生成n个位面，或者生成n个位面加上补充位面，具体为：

y、k和n的关系满足

或者

其中，ya表示补充位面的灰度分值，取与最低bit位面相等的灰度分值，ya＝pa/plsb＝k²；

对于一个图像数据源，对于确定的y，通过增大k，根据公式(4)或公式(5)选择最小的n来保持不等式始终成立；其中，当根据公式(4)和公式(5)所取得的最小n值相等时，则无需生成补充位面，以公式(4)为标准关系式生成n个位面；当根据公式(4)取得的最小n值大于公式(5)取得的最小n值时，则需要生成补充位面，以公式(5)为标准关系式生成n个位面加上补充位面。

进一步地，将一个像素的灰度值x转换成位面为k×k拼接方式的数据，完成一次灰度显示的时间的二进制脉宽调制公式如公式(6)或者公式(7)；

或者

其中，t表示完成一次灰度显示的时间；tlsb是最低bit位的显示时间，为固定值；tw是图像数据写入dmd的总等待时间；ta表示补充位面的时间，ta＝tlsb；

通过减小n来减小t。

进一步地，所述根据待显示的像素的灰度值，计算微镜组在每个位面中的k×k个微镜的开启或者关闭，以生成图像位面数据，具体为：

根据待显示的像素的灰度值x、所述k以及每个位面的时间权重，确定在每个位面中需要开启的微镜的个数；其中x≤y；

根据每个位面中需要开启的微镜的个数、每个位面的时间权重生成图像位面数据。

进一步地，根据待显示的像素的灰度值x，一个微镜组在位面i需要开启的微镜的个数mi为，其中，0≤i≤n-1：

当i＝n-1时，mn-1＝x/2^n-1；

当0≤i<n-1时，mi＝(x-mn-1*2^n-1-mn-2*2^n-2-……-mi+1*2ⁱ⁺¹)/2ⁱ

其中除法结果均取区间[0，k²]的最大整数。

进一步地，当所有n个位面能够实现的灰度值小于图像数据的最大灰度值时，则还包括：

构建补充位面；其中，补充位面需要开启的微镜个数

ma＝x-mn-1*2^n-1-mn-2*2^n-2-……-m2*2²-m1*2¹-m0。

本发明还提供了一种提高dmd灰度成像刷新率的装置，包含：

数据源获取单元，用于获取图像数据源，并调整所述图像数据源的像素数至dmd微镜数的1/k²，得到中间图像数据；其中，所述中间图像数据包括多个像素，每个像素的灰度值通过一个微镜组来显示，每个微镜组包括k×k个微镜；

位面数量计算单元，用于根据所述图像数据源的最大灰度值y以及k，生成n个位面，或者生成n个位面加上补充位面；其中，k为大于1的整数；

位面数据转换单元，用于根据待显示像素的灰度值，计算微镜组在每个位面中的k×k个微镜的开启或者关闭，以生成图像位面数据；

翻转控制单元，用于根据所述图像位面数据控制每组微镜组中的微镜的翻转，以显示对应灰度值的像素。

本发明还提供了一种提高dmd灰度成像刷新率的设备，包括存储器以及处理器，所述存储器内存储有可执行代码，所述可执行代码能够被所述处理器执行，以实现上述的提高dmd灰度成像刷新率的方法。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有可执行代码，所述可执行代码能够被所述计算机可读存储介质所在设备的处理器执行，以实现上述的提高dmd灰度成像刷新率的方法。

本发明的有益效果是：

本实施例在保证灰度图像的灰度等级不变的情况下，通过将k×k个微镜合并来表示一个像素，从而增加每个位面光累积总时间，来减少位面个数，以减少完成一次灰度显示的时间，实现高帧频显示图像，也可以高速显示高灰度等级的图像。通过该方法，像素的分辨率会下降到原来的倍，但是刷新率相应提高到原来的将近k²倍，因此本实施例在一些对图像分辨率要求不高而对刷新率要求比较高的场景下有较好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对说明书中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些背景说明和实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是背景技术提供的二进制脉宽调制技术的显示方式的原理图；

图2是背景技术提供的5bit像素的二进制脉宽调制技术的显示方式的示意图；

图3是本发明第一实施例提供的提高dmd灰度成像刷新率的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面对本发明的实施方式进行整体说明。

本发明第一实施例提供了一种提高dmd灰度成像刷新率的方法，如图3所示，包含以下步骤：

s101，获取图像数据源，调整其像素数至dmd微镜数量的1/k²，得到中间图像数据。

其中，具体地，在获取到原始图像的图像数据源，可通过增、减像素数来调整图像数据源的像素数至dmd微镜数量的1/k²来获得中间图像数据，以使得后面能将一个像素扩展为相邻的k×k个微镜拼接的方式来显示。

需要说明的是，一个dmd(数字微镜器件)上分布着数百万个微镜组成的微镜阵列。现有技术中，一般是通过控制一个微镜来表示一个像素的灰度值。

s102，根据所述图像数据源的最大灰度值y以及k，生成n个位面，或者生成n个位面加上补充位面；其中，k为大于1的整数。

其中，所述n和k的关系满足：

或者

其中，p表示完成一次最大灰度值显示的光累积能量，对应于最大灰度值y的光累积时间权重，决定灰度等级；plsb是最低bit位一个微镜显示的光能量，为固定值；pa表示补充位面的光能量，pa＝k*k*plsb；n是不包含补充位面的位面个数；不等式右边对应的是一个微镜组在一次灰度显示时间内的最大可累积光能量；

其中

p＝plsb*y(3)

由以上可得，y、k和n的关系满足

或者

其中，ya表示补充位面的灰度分值，取与最低bit位面相等的灰度分值，ya＝pa/plsb＝k²；

对于一个图像数据源，在确定的最大灰度值y下，通过增大k，根据公式(4)或公式(5)选择最小的n来保持不等式始终成立；其中，当根据公式(4)和公式(5)所取得的最小n值相等时，则无需生成补充位面，以公式(4)为标准关系式生成n个位面；当根据公式(4)取得的最小n值大于公式(5)取得的最小n值时，则需要生成补充位面，以公式(5)为标准关系式生成n个位面加上补充位面。可以看出，可以通过增大k值来减小n。

完成一次灰度显示的时间的二进制脉宽调制公式如公式(6)或者公式(7)；

或者

其中，t表示完成一次灰度显示的时间；tlsb是最低bit位的显示时间，为固定值；tw是图像数据写入dmd的总等待时间；ta表示补充位面的时间，ta＝tlsb；

可以看出，可以通过减小n来减小t。即可以通过增大k来减小t，从而提高dmd灰度成像的刷新率。

s103，根据待显示的像素的灰度值，计算微镜组在每个位面中的k×k个微镜的开启或者关闭，以生成图像位面数据。

在本实施例中，对于一个灰度值为x(x≤y)的待显示像素，一个微镜组在位面i需要开启的微镜的个数mi为，其中，0≤i≤n-1：

当i＝n-1时，mn-1＝x/2^n-1；

当0≤i<n-1时，mi＝(x-mn-1*2^n-1-mn-2*2^n-2-……-mi+1*2ⁱ⁺¹)/2ⁱ

其中除法结果均取区间[0，k²]的最大整数。

在本实施例中，在获得mi后，即可以根据每个位面中需要开启的微镜的个数以及每个位面的时间权重生成图像位面数据。

进一步地，当根据公式(4)或公式(5)选择到最小的n时，若有补充位面，则补充位面需要开启的微镜个数

ma＝x-mn-1*2^n-1-mn-2*2^n-2-……-m2*2²-m1*2¹-m0。

s104，根据所述图像位面数据控制每组微镜组中的微镜的翻转，以显示对应灰度值的像素。

在本实施例中，在获得图像位面数据后，即可通过其控制每组微镜组中的微镜的翻转，从而显示每个像素。

综上所述，本实施例在保证灰度图像的灰度等级不变的情况下，通过将k×k个微镜合并来表示一个像素，从而增加每个位面光累积总时间，来减少位面个数，以减少完成一次灰度显示的时间，实现高帧频显示图像，也可以高速显示高灰度等级的图像。通过该方法，像素的分辨率会下降到原来的倍，但是刷新率相应提高到原来的将近k²倍，因此本实施例在一些对图像分辨率要求不高而对刷新率要求比较高的场景下有较好的应用前景。

下面通过一些实际的例子对本发明的方案进行进一步阐释。

例1

由于标准图像都是256灰度等级(8bit像素，8个位面)，本实施例以标准图像作为说明对象，即最大灰度值y＝255。本实施例取k＝2。

对于一个图像数据源，在确定的y下，通过增大k，根据公式(4)或公式(5)选择最小的n来保持不等式始终成立。

根据公式(4)，计算得到n＝7；

根据公式(5)，计算得到n＝6，ya＝4，此种方法取得的n最小；

故根据公式(5)生成位面0～5，并增加一个与位面0相等时间权重的补充位面。因为补充位面的时间权重小于位面6的时间权重，故根据公式(5)产生的总时间权重必定小于根据公式(4)产生的总时间权重。

根据公式(5)确定位面个数后，根据待显示的像素的具体灰度值x，还要确定一个微镜组在位面i需要开启的微镜的个数mi，其中，0≤i≤n-1：

当i＝n-1时，mn-1＝x/2^n-1，其中除法结果均取区间[0，k²]的最大整数；

当0≤i<n-1时，mi＝(x-mn-1*2^n-1-mn-2*2^n-2-……-mi+1*2ⁱ⁺¹)/2ⁱ，其中除法结果均取区间[0，k²]的最大整数。

其中，补充位面需要开启的微镜个数

ma＝x-mn-1*2^n-1-mn-2*2^n-2-……-m2*2²-m1*2¹-m0。

以上整理成表格1。

表1一个灰度值x转换成2×2拼接方式的数据的转换方法

表1中，一个灰度数据x转换成2×2拼接方式的数据后，生成新的组合位面，m0、m1、m2、m3、m4、m5和ma的值分别表示各自对应的新位面中微镜开启的数量。

灰度数据位面转换后，按照2ⁿpwm方式，公式为tpwm＝tlsb*2^(n-1)，令tlsb权重为1，4个微镜(2x2)拼接出来的像素灰度值在每个位面代表的时间权重如表2所示。

表2一个灰度值x转换成2×2拼接方式后的位面时间权重和累积光能量时间权重

从表2中可以看出，从bit0到bit5位面，按pwm方式控制每个位面时间，可以实现0～252灰度等级，最大灰度为252，差3个灰度级到255，通过增加一个最低时间权重的位面来补充，补充位面和位面0时间权重相同。增加补充位面后，通过各个位面的组合，可以实现0～255灰度。图像显示一帧总共时间即为绝对时间权重之和64，是原来255的约四分之一。

以某个像素灰度值x＝139为例，转换成微镜2x2拼接方式，其转换后的位面个数及每个位面微镜开关情况如表3所示。

表3一个灰度值139转换成2×2拼接方式后的位面个数和每个位面微镜开关情况

若最低权重的时间是20us，原来要8个位面需要255*20us+8*50us＝5.5ms，帧频为182hz，现在需要6个位面加一个补充位面：64*20us+6*50us＝1.58ms，帧频为633hz，其中，50us为dmd数据写入时间。帧频提高到原来的3.48倍。

本发明第二实施例还提供了一种提高dmd灰度成像刷新率的装置，包含：

数据源获取单元，用于获取图像数据源，并调整所述图像数据源的像素数至dmd微镜数的1/k²，得到中间图像数据；其中，所述中间图像数据包括多个像素，每个像素的灰度值通过一个微镜组来显示，每个微镜组包括k×k个微镜；

位面数量计算单元，用于根据所述图像数据源的最大灰度值y以及k，生成n个位面，或者生成n个位面加上补充位面；其中，k为大于1的整数；

位面数据转换单元，用于根据待显示像素的灰度值，计算微镜组在每个位面中的k×k个微镜的开启或者关闭，以生成图像位面数据；

翻转控制单元，用于根据所述图像位面数据控制每组微镜组中的微镜的翻转，以显示对应灰度值的像素。

本发明第三实施例还提供了一种提高dmd灰度成像刷新率的设备，包括存储器以及处理器，所述存储器内存储有可执行代码，所述可执行代码能够被所述处理器执行，以实现上述的提高dmd灰度成像刷新率的方法。

本发明第四实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有可执行代码，所述可执行代码能够被所述计算机可读存储介质所在设备的处理器执行，以实现上述的提高dmd灰度成像刷新率的方法。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的权利范围。