在增强动态范围投影仪上显示数字电影倡导联盟及其他内容的制作方法
【专利说明】在増强动态范围投影仪上显示数字电影倡导联盟及其他内容
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年10月10日提交的美国临时专利申请No. 61/889,322的优先 权，其在此通过引用将其全部内容合并到本文中。
技术领域
[0003] 本发明涉及显示器系统，更具体地，涉及增强动态范围(EDR)投影显示器系统。
【背景技术】
[0004] 数字电影倡导联盟(DCI)是主要电影制作室的合资企业，其始于2003年3月。DCI的 主要目的是开发和推广用于新兴数字电影市场的规范。这些规范包括使得能够实现兼容性 和互操作性的一组内容要求。
[0005] 在首次发布于2005年7月20日（并且随后周期性更新）的"数字电影系统规范"的各 个部分中，存在关于投影系统和/或其与颜色空间、分辨率、亮度、对比度和界面有关的内容 的一组性能规范。
[0006] 然而，随着投影仪系统的技术进步，如今大多数先进投影仪的性能可以完全超过 DCI规范所规定的投影仪系统。
【发明内容】
[0007] 本发明提供在先进高性能投影仪和其他显示器上制备和显示内容。这种显示器包 括大尺寸格式、宽色域和高动态范围电影投影仪和其他显示器的各种实施方式。期望将这 种投影仪利用在以下所有电影应用中，包括传统电影院和影城(multiplex)、电视、闭路应 用、现场音乐会、体育赛事、主题公园、公告牌广告以及包括工业设计系统、电影后期制作、 图形艺术、出版等的所有类型的专业应用。这种显示器的对比率通常超过典型的电影标准 或现代显示器，包括大于5，000:1的对比率并且可以为1，000,000:1，并且在一些环境中更 高。这种显示器的色域通常超过当前电影标准。在本文中公开了用于显示器系统的若干实 施方式的提供和显示内容以及其制造和使用方法。
[0008] 公开了在增强动态范围（EDR)和其他高性能显示器系统上呈现DCI兼容图像数据 的系统及方法。EDR投影仪系统的一种实施方式包括第一调制器和第二调制器。其他实施方 式可以使用激光源中的任意激光源来提供分辨率提高的调制器，内容增强包括:分辨率和/ 或频域处理以及以并行(例如，多个投影仪)或交替方式（以单投影仪模式或多投影仪模式） 投影经修改的子帧。
[0009] 在一种实施方式中，用于在EDR投影仪系统上呈现DCI兼容图像数据的方法包括： 接收输入图像数据，所述图像数据包括多个图像格式;确定输入图像数据是否包括DCI图像 数据;如果输入图像数据包括DCI图像数据，则对DCI图像数据执行动态范围（DR)处理；以及 在H)R投影仪系统上呈现经动态范围处理的DCI图像数据。一种DR处理方法是将第一调制器 设置到期望亮度水平，例如全通(fully 0N)或者DCI最大亮度与EDR最大亮度的比率。另外， 可以针对m)R投影仪设置期望的最小亮度水平。
[0010]在另一种实施方式中，一种多调制投影仪显示器系统包括:光源;控制器;第一调 制器，所述第一调制器被所述光源照明并且所述第一调制器包括对来自光源的光进行调制 的多个模拟反射镜;第二调制器，所述第二调制器被来自所述第一调制器的光照明并且能 够调制来自所述第一调制器的光，并且所述第二调制器包括多个反射镜;所述控制器还包 括:处理器;存储器，所述存储器与所述处理器相关联并且所述存储器还包括处理器可读指 令，使得当所述处理器读取处理器可读指令时使处理器执行以下指令:接收输入图像数据， 所述图像数据包括至少一个高亮特征;确定输入图像数据是否包括DCI图像数据;如果输入 图像数据包括DCI图像数据，则对DCI图像数据执行动态范围处理；以及在EDR投影仪系统上 呈现经动态范围处理的DCI图像数据。
[0011] 当结合本申请中给出的附图来阅读时，下面在【具体实施方式】中给出了本系统的其 他特征和优点。
【附图说明】
[0012] 在附图的参考图中示出了示例实施方式。意在将本文中公开的实施方式和图视为 说明性的而非限制性的。
[0013]图1描绘了适用于本文中所公开的本申请的系统、方法和技术的EDR投影仪显示器 系统的一个实施方式。
[0014] 图2描绘了适用于本文中所公开的本申请的系统、方法和技术的EDR投影仪显示器 系统的另一个实施方式。
[0015] 图3描绘了可以受双调制器显示器系统、多调制器显示器系统影响的光学处理/图 像处理的高级图的一个实施方式。
[0016] 图4描绘了用于产生适当的二进制半色调图像的方法的一个实施方式。
[0017] 图5描绘了用于生成脉冲宽度DMD补偿图像的技术的一个实施方式。
[0018] 图6是使用预调制至主映射、光场模型和主至预调制映射来产生主配准光场的流 程图的一个实施方式。
[0019] 图7是根据本申请的原理的DCI模式图像处理流水线的一个实施方式。
[0020]图8是根据本申请的原理的动态范围处理模块的一种实施方式。
[0021]图9是根据本申请的原理的动态范围处理模块的另一个实施方式。
[0022]图10是与DCI P3色域图相比较的EDR投影仪系统的色域图的表示。
【具体实施方式】
[0023] 贯穿下面的描述，阐述了具体细节以给本领域的技术人员提供更全面的理解。然 而，并未详细示出或描述已知元件以避免不必要地模糊公开内容。因此，应当以说明性而非 限制性的含义来看待说明书和附图。
[0024] 如本文中所使用的，术语"部件"、"系统"、"接口"、"控制器"等意在指代计算机相 关实体，硬件、软件(例如，在执行中）和/或固件。例如，这些术语中的任意术语可以是在处 理器上运行的过程、处理器、对象、可执行程序、程序和/或计算机。举例来说，服务器上运行 的应用程序以及服务器可以是部件和/或控制器。一个或更多个部件/控制器可以驻留在处 理内，并且部件/控制器可以位于一个计算机上和/或分布在两个或更多个计算机之间。
[0025] 参照附图描述了要求保护的主题，其中，贯穿附图相同的附图标记用来指代相同 的要素。在下面的描述中，出于说明的目的，阐述了很多具体细节以提供对主题创新的全面 理解。然而，明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践要求保护的主题。在其他实 例中，以框图形式示出了已知结构和装置以便于描述主题创新。
[0026] 简介
[0027]与标准DCI(数字电影倡导联盟)投影仪相比，增强动态范围（EDR)投影系统具有显 著提高的性能。针对满足DCI投影仪规范的投影仪对标准DCI内容的显示进行设计和分级。 这些投影仪与EDR投影仪相比具有更有限的动态范围和颜色空间。为了无伪影(例如，暗噪 声、暗轮廓等)地适当显示DCI内容，EDR投影仪应当具有提供与标准的DCI投影仪相同或至 少相似的体验的"DCI模式"。期望提供改进的体验，但是其必须没有任何讨厌的伪影且符合 内容创建者的艺术意图。
[0028]为了给出某种对DCI投影仪和EDR投影仪之间的性能进行匹配的需求的观点，如于 2008年3月7日公布的"数字电影系统规范"版本1.2中所公开的，下面的表1是图像参数和公 差的参考图表：
[0029] 表1 一DCI图像参数和公差
[0032] 相比之下，与上面关于（或许最低限度地)兼容的DCI投影仪所指定的的颜色空间 和动态范围相比，EDR投影仪系统具有较大的颜色空间和动态范围。
[0033] 在本文中公开的很多实施方式中，新颖的双调制器、三调制器以及其他多调制器 投影显示器系统及技术可以被用于将DCI内容输入至这种EDR投影仪中，对这种内容进行转 换以及按照DCI规范或超越DCI规范呈现视频和/或图像数据。
[0034] 很多实施方式采用MEMS阵列的组合作为将中间照明投影至第二(或更后)级DMD调 制器的第一(或更早)级调制器。
[0035] EDR双调制器投影仪实施方式
[0036]在以下共有专利和专利申请中已经描述了 EDR投影仪系统和双调制投影仪系统， 包括：
[0037] (I)Ward等人的第8,125,702号美国专利，于2012年2月28日公布且题为"SERIAL MODULATION DISPLAY HAVING BINARY LIGHT MODULATION STAGE(具有二进制光调制级的 串行调制显示器)"；
[0038] (2)Whitehead等人的美国专利申请20130148037,于2013年6月13日公布并且题为 "PROJECTION DISPLAYS(投影显示器)"；
[0039] (3 )Lau等人的美国专利申请20130147777,于2013年6月13日公布并且题为 "APPLICATION OF MEMS PIXELS IN DISPLAY AND 頂AGING DEVICES(MEMS像素在显示和成 像装置中的应用)"；以及
[0040] (4)Kang等人的美国专利申请20120038693，于2012年2月16日公布并且题为"HIGH DYNAMIC RANGE PROJECTION SYSTEM(高动态范围投影系统)"，
[0041] 在此通过引用将其全部内容合并到本文中。
[0042]本文中公开了许多双调制、三调制、多于两调制（在下文中将它们都称为"多调 制"）显示器系统，其使用光束转向将光置于(仅在需要的情况下）调制芯片上。
[0043]图1是包括(作为调制器的)两个或更多个数字投影仪的双调制投影仪显示器系统 100的一个实施方式。图1示出了根据该示例实施方式的单色显示器100。显示器100包括光 源102。来自光源102的光104照明第一光调制器106。光源102可以包括例如:激光;氙气灯； 激光阵列(例如，二极管或其他)或者其他固态光发射器;弧光灯等。
[0044] 在一个实施方式中，第一光调制器106可以包括例如在快速开关装置如MEMS装置 等上的多个可控元件l〇6a。如下面将更详细描述的（并且参照图2A和图2B以及图3A至图 3C)，可以选择元件106a使得可以通过适当的控制电路/控制器116将它们转向以将光反射 至第二调制器110。控制器116可以包括处理器、与该处理器通信的存储器，并且使得存储器 可以包括指令，使得控制器可以适当地控制第一调制器和第二调制器（以及其他调制器，如 果它们在所讨论的系统中）以执行如本文中所描述的强调技术。
[0045] 该组可控元件还可以包括一组可控模拟反射镜，其可能具有足够快地响应的开关 速度以提供用于处理本文中所描述的高亮的子帧呈现。在一个实施方式中，元件l〇6a的开 关响应时间可以足够快，以在图像数据的给定帧中将光反射到第二调制器上若干次。例如， 根据需要，元件l〇6a可以影响对第二调制器110的二分之一帧照明、三分之一帧照明、四分 之一帧照明或者1/n帧照明。
[0046] 来自第一调制器106的光可以通过光学系统108,其可以包括足够的光学部件以执 行对第二调制器110的照明的期望的点扩散函数(PSF)。根据第一调制器106中的元件106a 与第二调制器110中的元件IlOa的比率，期望的PSF可以相应地变化。例如，如果第一调制器 106是MEMS阵列并且第二调制器110是DMD阵列，则与其上可以有几百万反射镜元件的DMD阵 列（例如，超过500K反射镜及更多）相比，典型的MEMS阵列具有少得多的元件106a(例如