一种实现用多台投影机来显示高动态亮度范围图像的方法

专利名称：一种实现用多台投影机来显示高动态亮度范围图像的方法
技术领域：
本发明涉及一种显示高动态亮度范围图像的方法，尤其涉及一种实现用多 台投影机来显示高动态亮度范围图像的方法。
背景技术：
投影机自问世以来发展至今已形成三大系列液晶显示(Liquid Crystal Display, LCD)投影机、数字光处理(Digital Lighting Process, DLP)投影机和 阴极射线管(Cathode Ray Tube, CRT)投影机。这些投影机不仅担负着继续提高 投影的流明度及亮度对比度的重任，而且还不能投影显示高动态亮度范围图像。 高动态亮度范围图像即为HDR图像，HDR为High-Dynamic Range的縮写。

发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，即投影机不能投影显示高动态亮 度范围图像，提出一种实现用多台投影机来显示高动态亮度范围图像的方法。 实现用多台投影机来显示高动态亮度范围图像的方法包括以下步骤
1) 通过调整每台投影机的位置、投放角度、显示大小，使得所有投影机在 屏幕上的投影显示区域具有重叠区域；
2) 为每一台投影机分配一台分控制器，在每台分控制器上，均有一张预先 获取的图像像素点坐标变换查找表和红、绿、蓝三张颜色变换查找表；所有分 控制器能同步地接收高动态亮度范围图像，并根据图像像素点坐标变换査找表 和颜色变换査找表对接收到的高动态亮度范围图像上的每一个像素做坐标变换 和颜色变换，然后同步地向所控制的投影机传输处理后的图像，该图像将被投 影机投影；
3) 用一台总控制器控制所有的分控制器，总控制器控制所有的分控制器同 步地接收高动态亮度范围图像，并且控制所有的分控制器同步地向其控制的投 影机传输其处理后的图像。
所述步骤2)的图像像素点坐标变换査找表的表项是一个二元组，表项的第 一个值为关键值，记录像素点在高动态亮度范围图像上的坐标，表项的第二个 值为表输出值，记录像素点在分控制器所控制的投影机投影图像上的坐标。
所述步骤2)的图像像素点坐标变换查找表的属性是它记录了像素点在高 动态亮度范围图像上的坐标与像素点在投影机投影图像上的坐标的仿射映射关 系；该仿射映射关系必须满足以下要求记在高动态亮度范围图像上任意一个像素的坐标为P，在第i台投影机的分控制器上，对它做坐标变换，得到它在投
影图像上的坐标为Pi， 1SSN， N为投影机的台数，这N个点Pi被投影机投影 后，必须在屏幕上重合。
所述步骤2)的红、绿、蓝三张颜色变换査找表的表项是一个二元组，表项 的第一个值为关键值，记录高动态亮度范围图像上的颜色分量值，取值范围超 出0 255的范围，表项的第二个值为表输出值，记录在分控制器所控制的投影 机投影图像上的颜色分量值，取值范围不超出0 255的范围。
所述步骤2)的红、绿、蓝三张颜色变换查找表的属性是记红、绿、蓝三 张颜色变换査找表的关键值取值范围都为I^ I:，在该取值范围中任意取一个
红色分量值rkey，第i台分控制器上的红色变换査找表中关键值产y对应的输出
值为《t，在该取值范围中任意取一个绿色分量值gkey，第i台分控制器上的绿色
变换查找表中关键值g—对应的输出值为grt，在该取值范围中任意取一个蓝色 分量值bkey，第i台分控制器上的蓝色变换查找表中关键值bkey对应的输出值为
b:"，其中凶^T， N为投影机的台数，它们必须满足如下条件^ift随rkey的
递增而递增，l:g广随gkey的递增而递增，l;b广随bkey的递增而逢t增。 所述步骤3)的根据图像像素点坐标变湊'查找表和颜色变换查找表对接收到
的高动态亮度范围图像上的每一个像素做坐标变换和颜色变换步骤针对高动
态亮度范围图像的某个像素点，其在高动态亮度范围图像上的坐标记为p，在图 像像素点坐标变换査找表里，査找一个关键值等于p的表项，记该表项的输出
值为P'，把当前的像素点移动到坐标P'上；然后，分控制器根据颜色变换査找
表，对当前像素的三个颜色分量做值变换，而且三个颜色分量的变换是相互独
立的，每个颜色分量都根据自己的查找表来做相应颜色分量的值变换；红色分 量变换的方法如下针对当前像素的红色分量值，记为fkey，在红色变换査找表
里查找一个关键值等于rkey的表项，记该表项的输出值为r°ut，把r。ut赋值给当前 像素的红色分量；绿色分量变换的方法如下针对当前像素的绿色分量值，记 为gkey，在绿色变换查找表里査找一个关键值等于gkey的表项，记该表项的输出 值为g。ut，把geut赋值给当前像素的绿色分量；蓝色分量变换的方法如下针对 当前像素的蓝色分量值，记为bkey，在蓝色变换查找表里査找一个关键值等于 b—的表项，记该表项的输出值为b。ut，把b。ut赋值给当前像素的蓝色分量。
所述步骤3)的用一台总控制器控制所有的分控制器，总控制器控制所有的
分控制器同步地接收高动态亮度范围图像，并且控制所有的分控制器同步地向
其控制的投影机传输其处理后的图像步骤a) 总控制器同时向所有分控制器输送高动态亮度范围图像，然后进入等待 状态，等待分控制器的反馈；
b) 分控制器在接收到高动态亮度范围图像后，根据图像像素点坐标变换査 找表和颜色变换査找表对高动态亮度范围图像上的每一个像素做坐标变换和颜 色变换，然后向总控制器发出完成图像处理的反馈；
c) 总控制器在接收到所有分控制器的反馈后，向所有的分控制器发送命令 ——向其所控制的投影机发送变换所得的图像，然后等待分控制器完成图像发 送的反馈；
d) 分控制器向所控制的投影机发送变换所得的图像，然后向总控制器发出 完成图像发送的反馈信息，并等待接收新的高动态亮度范围图像；
e) 总控制器在接收到所有分控制器完成图像发送的反馈信息后，回到步骤 a)，开始新一轮的控制流程。
本发明能明显提高投影的流明度，投影的亮度对比度，能很好地表现黑色 层次，能投影显示HDR图像，即能投影显示超出普通范围0 255的颜色值， 使投影的画面在深度、细节、色彩等方面都表现得更真实。


附图是用两台投影机显示高动态亮度范围图像的总体布局。
具体实施例方式
下面结合附图和实施方式对本发明做进一步说明。
实现用多台投影机来显示高动态亮度范围图像的方法包括以下步骤
1) 通过调整每台投影机的位置、投放角度、显示大小，使得所有投影机在 屏幕上的投影显示区域具有重叠区域；
然后摆放一台摄像机，可以完全拍摄下投影机投影在屏幕上的画面。在固 定好摄像机和调整好焦距后，摄像机的位置、视角不可改变，焦距不可改变。
用摄像机拍摄一张关于所有投影机在屏幕上的投影显示区域的照片，然后 在照片上勾勒出将显示高动态亮度范围图像的区域，记为HDR区域，HDR区 域不超出所有投影机的投影显示区域的重叠区域。
2) 为每一台投影机分配一台分控制器，在每台分控制器上，均有一张预先 获取的图像像素点坐标变换查找表和红、绿、蓝三张颜色变换査找表；所有分 控制器能同步地接收高动态亮度范围图像，并根据图像像素点坐标变换査找表 和颜色变换查找表对接收到的高动态亮度范围图像上的每一个像素做坐标变换 和颜色变换，然后同步地向所控制的投影机传输处理后的图像，该图像将被投
7影机投影；
3)用一台总控制器控制所有的分控制器，总控制器控制所有的分控制器同 步地接收高动态亮度范围图像，并且控制所有的分控制器同步地向其控制的投 影机传输其处理后的图像。
分控制器和总控制器的实现方式有很多种，如计算机、单片机等。在本具 体实施中分控制器和总控制器由计算机来实现，附图显示了用两台投影机显示 高动态亮度范围图像的总体布局，1、 2为投影机，3、 4为分控制器，5为总控 制器。
所述步骤2)的图像像素点坐标变换查找表的表项是一个二元组，表项的第 一个值为关键值，记录像素点在高动态亮度范围图像上的坐标，表项的第二个 值为表输出值，记录像素点在分控制器所控制的投影机投影图像上的坐标。
所述步骤2)的图像像素点坐标变换査找表的属性是它记录了像素点在高
动态亮度范围图像上的坐标与像素点在投影机投影图像上的坐标的仿射映射关
系；该仿射映射关系必须满足以下要求记在高动态亮度范围图像上任意一个 像素的坐标为P，在第i台投影机的分控制器上，对它做坐标变换，得到它在投 影图像上的坐标为Pi， 1SGN， N为投影机的台数，这N个点Pj经各个投影机 投放后，必须在屏幕上重合。
图像像素点坐标变换查找表的获取方法有很多种，其中一种具体的方法如
下
a)获取像素点在HDR图像上的坐标到该点在摄像机拍得照片上的坐标的映 射关系
记像素点在HDR图像上的坐标为n^~~(x， y)，像素点在摄像机拍得照片 上的坐标为m，——(u, v)，像素点在HDR图像上的坐标到该点在摄像机拍得照 片上的坐标的映射关系为meAM = A(n^),A即为一个仿射映射关系。
以下为求取映射关系A的具体方法
i. 在HDR图像上均匀地取点，它们的坐标记为(Xp,yq)， 1Sp^n, l^q^i;
ii. 采用与i步骤同样的方法，在屏幕上的HDR显示区域内均匀地取同样 多的点，并在屏幕上标记这些点，然后拍下照片，取得这些点在照片上的坐标， 记为(Up, Vq), l^p^m, 1^q^n;
现在有一组(Up， Vq)坐标， 一组(Xp， yq)坐标，则HDR图像上点(x, y)在照 片上对应的点(n, v)的求取公式为其中Xp—《x〈Xp， yq-i^y<yq， 1Sp^m， lSq^n。
b) 获取像素点在摄像机拍得照片上的坐标到该点在每个投影机投影图像上 的坐标的映射关系
根据冯景华的硕士学位论文《多投影仪系统的自动拼接技术及实现》的2.3.1
小节的描述，可以获得映射关系mpR(i) = Bw(i)(mraM)，其中irv加)为"投影空间中 的点坐标"，即为HDR图像上的像素点在第i台投影机上即将被投影的图像上的 坐标，1SSN， N为投影机的台数，m，为"像素点被投到幕上被摄像机拍摄后， 在图像空间的坐标"，即为像素点在摄像机拍得照片上的坐标，Bp^)表示为m^和 mpw(i,间的映射关系。
c) 根据前两步确立的坐标映射关系，建立图像像素点坐标变换查找表 图像像素点坐标变换查找表表项的关键值为像素点在HDR图像上的坐标
mTO，输出值为在分控制器所控制投影机投影图像上的坐标n^(i,，记为 mpRjW = LUT;;(m,)，其中凶^N， N为投影机的台数。根据a)， b)步骤得到
mPFJ(i)=匿p7jO(》HDR) = BPRJ(i)(A(mHDR))。
所述步骤2)的红、绿、蓝三张颜色变换査找表的表项是一个二元组，表项 的第一个值为关键值，记录高动态亮度范围图像上的颜色分量值，取值范围超 出0 255的范围，表项的第二个值为表输出值，记录在分控制器所控制的投影 机投影图像上的颜色分量值，取值范围不超出0 255的范围。
所述步骤2)的红、绿、蓝三张颜色变换查找表的属性是记红、绿、蓝三 张颜色变换查找表的关键值取值范围都为I^ I:x，在该取值范围中任意取一个 红色分量值rkey，第i台分控制器上的红色变换査找表中关键值rkey对应的输出
值为lT，在该取值范围中任意取一个绿色分量值gkey，第i台分控制器上的绿色
变换查找表中关键值gkey对应的输出值为g广，在该取值范围中任意取一个蓝色 分量值b—，第i台分控制器上的蓝色变换查找表中关键值bkey对应的输出值为
b广，其中is^^， N为投影机的台数，它们^必须满足如下条件l;ir随rkey的
递增而递增，!^r随gkey的递增而递增，tb广随bkey的递增而連'增。
所述步骤^)的根据图像像素点坐标变,寞查找表和颜色变换査找表对接收到 的高动态亮度范围图像上的每一个像素做坐标变换和颜色变换步骤针对高动 态亮度范围图像的某个像素点，其在高动态亮度范围图像上的坐标记为P，在图像像素点坐标变换查找表里，査找一个关键值等于P的表项，记该表项的输出 值为P'，把当前的像素点移动到坐标P'上；然后，分控制器根据颜色变换査找 表，对当前像素的三个颜色分量做值变换，而且三个颜色分量的变换是相互独 立的，每个颜色分量都根据自己的査找表来做相应颜色分量的值变换；红色分 量变换的方法如下针对当前像素的红色分量值，记为r—，在红色变换査找表 里查找一个关键值等于rkey的表项，记该表项的输出值为,t，把r。ut赋值给当前 像素的红色分量；绿色分量变换的方法如下针对当前像素的绿色分量值，记 为gkey，在绿色变换査找表里査找一个关键值等于gkey的表项，记该表项的输出 值为g。ut，把g。ut赋值给当前像素的绿色分量；蓝色分量变换的方法如下针对 当前像素的蓝色分量值，记为bkey，在蓝色变换査找表里查找一个关键值等于 b—的表项，记该表项的输出值为b^，把b。ut赋值给当前像素的蓝色分量。
颜色变换查找表的获取方法有很多种，以下描述的为其中的一种具体方法。 因为三个颜色分量的颜色变换查找表的获取方法基本一致，所以以下只针对一 个颜色分量做描述。其具体步骤如下
记HDR图像上的某个颜色分量为I,， 1,的取值范围为[1=,1=];投影机 的台数为N，第i台投影机的投影图像上的某个颜色分量值为Ip,,，其中l-SN。 a)先取得从区间[1=,1=]到区间
中的映射关系
IHDR在区间
上的映射值的求取公式为
记此映射关系为L
hdr
b)获取每一台分控制器的颜色变换查找表
颜色变换査找表表项的关键值为HDR图像上的颜色分量值I,，输出值为 在分控制器所控制投影机投影图像上的相应颜色分量值Ip,)，记为
工p柳)=LU'OW，其中l独。
以下为求取；则=LUT^^I,)的方法
当L,(IJ255x(i-l)时，LUi;:(I咖)二0; 当L,(lHj2255i时，LUT:(IHDR)=255;
当255x(")< LmR(IHDR)< 255i时，LUT^(I腿)=L咖(1,)-255x(i-l)。 所述步骤3)的用一台总控制器控制所有的分控制器，总控制器控制所有的
分控制器同步地接收高动态亮度范围图像，并且控制所有的分控制器同步地向
其控制的投影机传输其处理后的图像步骤
a)总控制器同时向所有分控制器输送高动态亮度范围图像，然后进入等待
10状态，等待分控制器的反馈；
b) 分控制器在接收到高动态亮度范围图像后，根据图像像素点坐标变换査 找表和颜色变换查找表对高动态亮度范围图像上的每一个像素做坐标变换和颜 色变换，然后向总控制器发出完成图像处理的反馈；
c) 总控制器在接收到所有分控制器的反馈后，向所有的分控制器发送命令 ——向其所控制的投影机发送变换所得的图像，然后等待分控制器完成图像发 送的反馈；
d) 分控制器向所控制的投影机发送变换所得的图像，然后向总控制器发出 完成图像发送的反馈信息，并等待接收新的高动态亮度范围图像；
e) 总控制器在接收到所有分控制器完成图像发送的反馈信息后，回到步骤 a)，开始新一轮的控制流程。
权利要求
1、一种实现用多台投影机来显示高动态亮度范围图像的方法，其特征在于包括以下步骤1)通过调整每台投影机的位置、投放角度、显示大小，使得所有投影机在屏幕上的投影显示区域具有重叠区域；2)为每一台投影机分配一台分控制器，在每台分控制器上，均有一张预先获取的图像像素点坐标变换查找表和红、绿、蓝三张颜色变换查找表；所有分控制器能同步地接收高动态亮度范围图像，并根据图像像素点坐标变换查找表和颜色变换查找表对接收到的高动态亮度范围图像上的每一个像素做坐标变换和颜色变换，然后同步地向所控制的投影机传输处理后的图像，该图像将被投影机投影；3)用一台总控制器控制所有的分控制器，总控制器控制所有的分控制器同步地接收高动态亮度范围图像，并且控制所有的分控制器同步地向其控制的投影机传输其处理后的图像。
2、 根据权利要求1所述的一种实现用多台投影机来显示高动态亮度范围图 像的方法，其特征在于所述步骤2)的图像像素点坐标变换查找表的表项是一 个二元组，表项的第一个值为关键值，记录像素点在高动态亮度范围图像上的 坐标，表项的第二个值为表输出值，记录像素点在分控制器所控制的投影机投 影图像上的坐标。
3、根据权利要求1所述的一种实现用多台投影机来显示高动态亮度范围图 像的方法，其特征在于所述步骤2)的图像像素点坐标变换查找表的属性是 它记录了像素点在高动态亮度范围图像上的坐标与像素点在投影机投影图像上 的坐标的仿射映射关系；该仿射映射关系必须满足以下要求记在高动态亮度 范围图像上任意一个像素的坐标为P，在第i台投影机的分控制器上，对它做坐 标变换，得到它在投影图像上的坐标为Pi， 1SSN, N为投影机的台数，这N个 点Pi被投影机投影后，必须在屏幕上重合。
4、根据权利要求1所述的一种实现用多台投影机来显示高动态亮度范围图 像的方法，其特征在于所述步骤2)的红、绿、蓝三张颜色变换查找表的表项 是一个二元组，表项的第一个值为关键值，记录高动态亮度范围图像上的颜色 分量值，取值范围超出0 255的范围，表项的第二个值为表输出值，记录在分 控制器所控制的投影机投影图像上的颜色分量值，取值范围不超出0 255的范 围。
5、 根据权利要求1所述的一种实现用多台投影机来显示高动态亮度范围图 像的方法，其特征在于所述步骤2)的红、绿、蓝三张颜色变换査找表的属性 是记红、绿、蓝三张颜色变换查找表的关键值取值范围都为I^ 1^，在该取 值范围中任意取一个红色分量值rkey，第i台分控制器上的红色变换査找表中关键值rkey对应的输出值为rT，在该取值范围中任意取一个绿色分量值gkey，第i 台分控制器上的绿色变换査找表中关键值gkey对应的输出值为《t，在该取值范 围中任意取一个蓝色分量值bkey，第i台分控制器上的蓝色变换查找表中关键值 bkey対:应的输出值为tr，其中lSgN， N为投影机的台数，它们必须满足如下条件!^rft随rkey的递增而递增，|>广随§—的递增而递增，iir随bkey的递增而遠增。 1=1 1=1
6、 根据权利要求1所述的一种实现用多台投影机来显示高动态亮度范围图 像的方法，其特征在于所述步骤2)的根据图像像素点坐标变换査找表和颜色变 换査找表对接收到的高动态亮度范围图像上的每一个像素做坐标变换和颜色变 换步骤针对高动态亮度范围图像的某个像素点，其在高动态亮度范围图像上 的坐标记为P，在图像像素点坐标变换查找表里，查找一个关键值等于P的表 项，记该表项的输出值为P'，把当前的像素点移动到坐标P'上；然后，分控制 器根据颜色变换查找表，对当前像素的三个颜色分量做值变换，而且三个颜色 分量的变换是相互独立的，每个颜色分量都根据自己的査找表来做相应颜色分 量的值变换；红色分量变换的方法如下针对当前像素的红色分量值，记为fkey，在红色变换查找表里查找一个关键值等于rkey的表项，记该表项的输出值为r°ut，把r^赋值给当前像素的红色分量；绿色分量变换的方法如下针对当前像素的 绿色分量值，记为gkey，在绿色变换查找表里查找一个关键值等于gkey的表项， 记该表项的输出值为g°ut，把gOut赋值给当前像素的绿色分量；蓝色分量变换的 方法如下针对当前像素的蓝色分量值，记为b—，在蓝色变换査找表里査找一 个关键值等于b—的表项，记该表项的输出值为b°Ut，把b。ut赋值给当前像素的 蓝色分量。
7、 根据权利要求1所述的一种实现用多台投影机来显示高动态亮度范围图 像的方法，其特征在于所述步骤3)的用一台总控制器控制所有的分控制器，总 控制器控制所有的分控制器同步地接收高动态亮度范围图像，并且控制所有的 分控制器同步地向其控制的投影机传输其处理后的图像步骤a)总控制器同时向所有分控制器输送高动态亮度范围图像，然后进入等待 状态，等待分控制器的反馈；b)分控制器在接收到高动态亮度范围图像后，根据图像像素点坐标变换查 找表和颜色变换查找表对高动态亮度范围图像上的每一个像素做坐标变换和颜 色变换，然后向总控制器发出完成图像处理的反馈；C)总控制器在接收到所有分控制器的反馈后，向所有的分控制器发送命令 ——向其所控制的投影机发送变换所得的图像，然后等待分控制器完成图像发 送的反馈；d) 分控制器向所控制的投影机发送变换所得的图像，然后向总控制器发出 完成图像发送的反馈信息，并等待接收新的高动态亮度范围图像；e) 总控制器在接收到所有分控制器完成图像发送的反馈信息后，回到步骤 a)，开始新一轮的控制流程。
全文摘要
本发明公开了一种实现用多台投影机来显示高动态亮度范围图像的方法。步骤为1)调整每台投影机的位置、投放角度、显示大小，使得所有投影机在屏幕上的投影显示区域具有重叠区域；2)所有分控制器同步地接收高动态亮度范围图像，对接收到的图像上的每一个像素做坐标变换和颜色变换，然后同步地向所控制的投影机传输处理后的图像；3)用一台总控制器控制所有的分控制器同步地接收高动态亮度范围图像，同步地向其控制的投影机传输其处理后的图像。本发明能提高投影的流明度，投影的亮度对比度，能很好地表现黑色层次，能投影显示HDR图像，即能投影显示超出普通范围0～255的颜色值，使投影的画面在深度、细节、色彩等方面都表现得更真实。
文档编号G09G3/00GK101556758SQ20091009801
公开日2009年10月14日 申请日期2009年4月23日 优先权日2009年4月23日
发明者何凤明, 炜 华, 鲍虎军 申请人:杭州镭星科技有限公司