专利名称：使用基于电子纸张的屏幕改进对比度的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影电视系统，更加具体地说涉及使用基于电子纸张的屏幕改进由投影电视投射的视频图像的对比度的方法和装置。
背景技术：
前投影视频系统通过将从投影仪投射的光导引到投影屏上来显示图像，所述投影屏以弥散的方式将光反射回到观看区域中。在图1中示出了前投影视频系统100的一个例子。将要显示的视频流被发送给控制系统101。控制系统101以已知的方式处理视频流并将经处理的视频流施加给投影仪102。投影仪将经处理的视频流投射到屏幕103上。
前投影系统的优点是为薄的、可安装在墙壁上的单元的视频投影屏幕103与能够安装在房间内各种位置上的视频投影仪102分开。现有的前投影视频系统的一个相当大的缺点是需要一个黑暗的房间以便在投影屏上获得具有容许对比度的图像。黑暗的房间是必需的，因为来自投影仪102的光以及房间中的环境光都被从屏幕103有效的返回，因此就对观看者产生了相当差的对比度。在房间中的正常发光条件下，前投影视频系统的画面质量比后投影视频系统的画面质量差。
对于前投影视频系统的放置灵活性能够使它们得以期望的使用的位置，例如饭店大厅、酒吧、教室、会议室等，良好质量的图像所必需的黑暗条件完全是不可接受的。因此，需要一种前投影视频系统，其具有改进的对比度使得前投影视频系统能够在照明的房间中得以满意的使用。
发明内容
本发明的目的是通过控制电子纸张屏幕显示由投影系统投射的视频图像的高对比度图像分量而增强投射到电子纸张屏幕上的视频图像的总体清晰度。
根据本发明的一个实施例，披露了一种用于在电子纸张屏幕上显示视频图像的方法和装置。输入视频图像被分解成第一组图像分量和第二组图像分量。使用所述第一组图像分量在电子纸张屏幕上产生第一图像。使用所述第二组图像分量将一第二图像投射到所述电子纸张屏幕上，其中所述第二图像覆盖第一图像。
本发明的这些和其它方面通过此后所述的实施例将是显而易见的，并将参照这样的实施例对其进行阐述。
现在将借助例子并参照
本发明，其中图1为已知的前投影视频系统的示意方框图；图2为已知的电子纸张系统的示意方框图；图3为根据本发明一个实施例的前投影视频系统的示意框图；图4为用于根据本发明一个实施例的前投影系统的控制系统的示意框图；图5表示通过根据本发明一个实施例的前投影视频系统投射的图像；图6表示通过根据本发明一个实施例的电子纸张屏幕创建的图像。
具体实施例方式
本发明将前投影视频系统的技术与电子纸张相结合以产生合并了两种技术的优点的新型混合前投影显示系统。
本发明涉及可寻址、可重复使用、类似纸张的可视显示器，例如“反转球(gyricon)”(或扭转粒子)显示器或其它形式的电子纸张，例如粒子电泳显示器，但本发明并不局限于此。反转球显示器，也称作扭转球显示器、旋转球显示器、粒子显示器、双极粒子光阀等，其提供了产生电子纸张形式和其它电子控制显示器的技术。简要的，反转球显示器是可寻址显示器，其是由多种多样的光学各向异性粒子构成，其中每个粒子可选择的进行旋转以对观察者呈现期望的表面。例如，反转球显示器可并入“球状物”，其中每个球具有两个截然不同的半球，一个是黑的而另一个是白的，并且每个半球具有明显不同的电特性(例如，关于电介质流体的捷塔(zeta)电压)使得球体在电学方面以及光学方面都是各向异性的。所述球体在流体面前是电偶极的并且将进行旋转。例如，通过施加电场，球体可在其各个充满流体的腔中进行选择性的旋转，以便向正在观看电子纸张表面的观看者显示其黑色或其白色半球。
通过由单独黑色和白色半球共同产生的图案来形成反射图像。通过施加二维可寻址的电场(如按照矩阵寻址方案)，球体的黑色和白色侧被控制作为显示图像的图像元(例如，像素或子像素)。可选择的，可通过成形的电极来控制显示器以形成一个或多个固定图像。
球体典型的被嵌入在光学透明的材料薄片中，例如弹性体薄片。电解质流体，例如电介质增塑剂被用于膨胀包含所述球体的弹性体薄片。通过这种膨胀，电介质流体就在每个球体周围有效的产生了充满流体的空腔。充满流体的空腔容纳球体并允许球体在其各自的充满流体的腔内旋转，但禁止球体在所述薄片内发生迁移。
当对薄片上的小珠(bead)施加电场时，小珠上的电力克服小珠与腔体壁的摩擦附着力并促使小珠旋转。一旦旋转完成，每个小珠将在其空腔内保持固定的旋转位置。因此，甚至在除去电场之后，所述结构(球体)也仍将在适当的位置上保持固定直到它们被另一个电场驱逐。小珠的这种双稳态能够使反转球显示器在没有电力的情况下保持固定的图像。与其它类型的显示器例如需要消耗能量来保持图像的液晶显示器或发光二极管显示器相比，反转球显示器的双稳态是有益的。
反转球显示器并不局限于黑色和白色图像，因为反转球和其它显示器介质在现有技术中已知具有组合颜色。已经开发了结合有双色度(bichromal)颜色、三色度(trichromal)颜色、或四象限彩色球、或者三或四分段彩色球的反转球显示器。可通过将离子从流体吸收到球体表面上对彩色球充电。可选择的，可借助驻极体形成物通过将外部电荷注入到彩色球的表面区域中对彩色球进行充电。
图2表示已知的电子纸张屏幕200。图像信息被发送给控制系统201。控制系统201对进来的图像数据进行分析并确定电子纸张屏幕202需要通过何种方式进行充电来产生图像。然后以适当的方式对电子纸张屏幕202进行充电以在屏幕上产生图像。虽然已经证实电子纸张技术能够以低功率提供优秀的对比度，但电子纸张技术不能投射快速移动的图像。
根据本发明的一个实施例，将在屏幕上进行显示的输入数据流被分成两个分量图像(component image)。第一分量图像具有不精确特征、静态高对比度的图像分量，其将通过电子纸张屏幕来提取和创建。根据本发明的一个实施例，第二分量图像具有精细特征、快速移动的彩色分量。视频图像的这些分量将通过投影图像系统来产生并被投射到电子纸张屏幕上。因此，由投影系统产生的第二图像分量将覆盖由电子纸张屏幕创建和显示的第一图像分量。
现在将参照图3说明根据本发明一个实施例的前投影视频系统300。将要显示的输入视频流被发送给控制系统301。可从众多的信源，例如DVD、磁带、通过电缆或无线连接馈送的实况转播视频等来提供输入视频流。在图4中更详细地示出了控制系统301。通过接收器401来接收输入视频流。然后将输入视频流发送给图像分离器403。图像分离器403对输入视频流进行分析并将所述视频流分解成如上所述的两个图像分量。特别的，图像分离器403将精细特征的、快速移动的彩色分量发送给处理系统405，其对发送给投影系统302的图像进行控制。图像分离器403还将不精确特征、静态高对比度的图像分量发送给处理系统407，其对发送给电子纸张屏幕304的图像进行控制。
对于模拟图像，必须将图像流数字化或使之变成数字形式。为了此目的应使用用于图像压缩的标准技术，即MPEG2编码。当变成压缩的数字形式时，可对模拟流使用与图像数字流相同的用于分解图像的相同技术。
对于数字图像，则不需要数字化处理，因为图像是以数字的形式传送的。这些数字图像格式通常是基于用于视频压缩的MPEG标准。可选择的，它们是设计用于电信或计算机应用的适当格式。因此，可在显示设备的处理引擎中以数字形式存储和操控它们。为了有效的传送和存储信息，需要使用高效的压缩技术，例如在MPEG或类似标准中定义的那些技术。
压缩技术通过除去图像流中的空间和时间信息中的冗余细节来提高存储效率。这是以这样一种方式执行的，即在没有强烈降低通过人眼感知的图像质量的情况下降低带宽。MPEG2中使用的压缩技术是基于空间和时间压缩的原理。使用这些压缩技术，设计了用于所述发明的分解图像的简单方法，但本发明并不局限于此。
对于投射的图像，正常压缩的图像数据被处理并以未修改的形式投射到所述表面上。然而，发送给电子纸张屏幕的图像被再次压缩以使图像具有更少的时间和空间细节。
该处理中的第一步是从图像除去色彩数据并呈现单色图像。然后对该图像进行检查以除去这些帧，其包括不同的数据，即MPEG2流中的所谓P和B帧。这些数据被除去以留下I帧，其单独包括完整的静态图像。然后使这些I帧的样本与电子纸张屏幕的刷新速率相匹配。如果I帧的速率太低，那么就应该使用P和B帧数据以通常的MPEG2解码方式再生伪I帧图像。然后这些I帧组被单独的压缩以除去不能在电子纸张屏幕上进行显现的空间细节。这种压缩技术在MPEG2标准中有准确的定义。其它压缩技术使用与用于空间压缩类似的技术，并且是同样有效的。
也可将边界框添加到最后的数字图像中以在电子纸张屏幕上的图像周围产生“黑色边界”。这就必然对于屏幕上的图像给出人眼一个黑色参考点。这增强了图像对人眼的感知对比度。边界框应该构建投射到电子纸张屏幕上的图像的框架。投射图像的空间定位应该或者对此进行排布，或者图像应该在电子屏幕上重新定位以获得相同的效果。
如上所述，放射性光(light-active)分量被发送给投影仪302以将其投射到电子纸张屏幕304上。图5表示正投射到电子纸张屏幕304上的图像。不精确静态黑特征被发送给控制系统303，其驱动电子纸张屏幕304以与正由投影仪302投射的图像分量一致的显示这些图像分量。应该理解，可选地，可去掉控制系统303并且可使用控制系统301产生驱动电子纸张屏幕304的信号，并且本发明并不局限于此。图6表示由电子纸张屏幕产生和显示的图像。
根据本发明的另一个实施例，也可产生补偿图像流并使其与正由投影仪投射到电子纸张屏幕上的图像流结合。由于通过成像分解处理引入的压缩假象，电子纸张屏幕显示的图像将次于投影系统投射的图像。如果这些假象具有足够长的持续时间或者具有比显示器的分辨率大的空间尺寸，则它们对于人眼可能是可见的。可通过对投射的图像进行再处理来补偿这些影响以允许这些假象。如图4所示，补偿系统409可产生补偿图像流。从电子纸张屏幕的特征模型来创建补偿图像。该补偿图像与将由投影仪投射的图像相混合以在电子纸张屏幕上产生更好的图像。
通过对为电子纸张屏幕产生的单独I帧图像与为投影系统产生的未补偿单色(亮度)I帧图像求和也可进行该补偿。这些图像的和与实际图像之间的差将是一个差信号图像。然后应按照每个I帧将这些差信号图像添加给投影系统图像I帧以产生经补偿的投射图像序列。然后应在补偿的I帧的基础上为投影图像序列产生P和B帧，并以MPEG2图像的正常方式对其进行显示。
当电子纸张屏幕和投影系统之间在清晰度和其它图像方面的匹配情况相同时，补偿图像将对整个图像具有很小的影响。然而，为了降低成本和改进灵活性，屏幕和投影系统在显示属性方面可以不相匹配。特定的，屏幕可能在空间和时间分辨率方面非常粗糙。屏幕的这些特性可通过基于混合投影系统和图像序列的交互作用模型的处理算法来提供。
应该理解本发明的不同实施例并不局限于上述步骤的确切顺序，因为一些步骤的定时可发生互换而不会影响本发明的整体操作。另外，动词“包括”及其变形的使用并不排除出现其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”的使用并不排除出现多个这种元件或步骤，而单个处理器或其它单元可实现权利要求中所陈述的若干个单元或电路的功能。
权利要求
1.一种投影视频系统，包括控制系统(301)，用于接收输入视频流，其中所述控制系统将所述视频流分解成第一和第二组图像分量；电子纸张屏幕系统(303，304)，用于产生由所述第一组图像分量创建的图像；投影仪系统(302)，用于将从所述第二组图像分量创建的图像投射到所述电子纸张屏幕上。
2.根据权利要求1所述的投影视频系统，其中所述第一组图像分量具有不精确特征的、静态高对比度图像分量。
3.根据权利要求1所述的投影视频系统，其中所述第二组图像分量具有精细特征的、快速移动彩色分量。
4.根据权利要求1所述的投影视频系统，还包括用于产生补偿信号的补偿单元(409)，所述补偿信号在被投射到电子纸张屏幕上之前与第二组图像分量结合。
5.根据权利要求4所述的投影视频系统，其中所述补偿信号补偿投影仪和电子纸张屏幕之间的不同显示属性。
6.根据权利要求4所述的投影视频系统，其中所述补偿信号被添加到第二组图像分量的每个I帧中。
7.根据权利要求4所述的投影视频系统，其中所述补偿信号是通过下述过程产生的对为第一组图像分量产生的单独I帧图像与为投影系统产生的未补偿单色I帧图像进行求和；从实际的图像减去所述和信号。
8.根据权利要求1所述的投影视频系统，其中所述电子纸张屏幕在电子纸张屏幕上的图像周围产生一边界框。
9.根据权利要求8所述的投影视频系统，其中所述边界框是黑色边界。
10.一种在电子纸张屏幕上显示视频图像的方法，该方法包括步骤将输入视频图像分解成第一组图像分量和第二组图像分量；使用所述第一组图像分量在电子纸张屏幕上产生第一图像；使用所述第二组图像分量将一第二图像投射到所述电子纸张屏幕上，其中所述第二图像覆盖第一图像。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一组图像分量具有不精确特征的、静态高对比度图像分量。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二组图像分量具有精细特征的、快速移动彩色分量。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括步骤产生补偿信号，所述补偿信号在被投射到电子纸张屏幕上之前与第二组图像分量结合。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述补偿信号补偿投影仪和电子纸张屏幕之间的不同显示属性。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述补偿信号被添加到第二组图像分量的每个I帧中。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述补偿信号是通过下述过程产生的对为第一组图像分量产生的单独I帧图像与为投影系统产生的未补偿单色I帧图像进行求和；从实际的图像减去所述和信号。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述电子纸张屏幕在电子纸张屏幕上的图像周围产生一边界框。
18.根据权利要求10所述的方法，其中所述边界框是黑色边界。
19.根据权利要求10所述的方法，还包括步骤在对输入视频图像进行分解之后压缩第一组图像分量和第二组图像分量。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括步骤对所述第一组图像分量再压缩一次以去掉不能在电子纸张屏幕上显现的空间细节。
全文摘要
本发明涉及一种投影视频系统，其包括一控制系统，用于接收输入视频流。为了改进投射图像的可见性使得投影视频系统能够满意的用在照明房间中，所述控制系统将所述视频流分解成第一和第二组图像分量；并且所述投影视频系统还包括一电子纸张屏幕系统，用于产生由所述第一组图像分量创建的图像；和一投影仪系统，用于将从所述第二组图像分量创建的图像投射到所述电子纸张屏幕上。
文档编号H04N5/74GK1768528SQ200480009051
公开日2006年5月3日 申请日期2004年3月26日 优先权日2003年4月4日
发明者K·巴克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司