專利名稱：矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法。
背景技術(shù)：
矩陣像素器件的大屏幕投影顯示系統(tǒng)是當(dāng)今辦公、會議等的主要顯示技術(shù)。液晶投影電視、DLP投影以及LCOS投影顯示器等就是這種技術(shù)的典型代表，是下一代高清晰度電視的主要顯示器件，是目前CRT顯示器的替代產(chǎn)品，它具有矩陣式象素器件的高分辨，同時具有無輻射，無閃爍，數(shù)字化等優(yōu)點。
在這些投影顯示系統(tǒng)中，彩色圖像是應(yīng)用三塊矩陣像素器件(如液晶板或DMD，LCOS)分別調(diào)制紅綠藍(lán)三色光路，再將三色光路合成為彩色圖像，投影至屏幕，形成彩色圖像。由于矩陣像素器件的每個像素尺寸較小(一般在10-20微米)，因此紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三色矩陣像素器件的精確會聚成為生產(chǎn)與應(yīng)用這些顯示系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。目前，基本上還是靠人工來調(diào)節(jié)三色矩陣像素器件的會聚，因此主觀性較大，而且費時、費力，品質(zhì)難以控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法。
矩陣像素器件產(chǎn)生圖像經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)投影于屏幕，在屏幕上按照一定的規(guī)則安裝多個圖像傳感器，圖像傳感器采集投影于屏幕上的圖像數(shù)據(jù)到計算機(jī)中，將數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理之后運用評價函數(shù)，判別會聚精度是否達(dá)到要求，如果達(dá)到精度要求，則會聚過程結(jié)束，進(jìn)入三個顯示芯片的快速固化曝光過程，如果精度未達(dá)到要求，則綜合多個傳感器的數(shù)據(jù)計算出偏差量，由六自由度精密機(jī)械手控制矩陣像素器件運動到符合要求的位置，重復(fù)上述過程，直到會聚精度達(dá)到要求為止。
本發(fā)明不僅三色會聚的速度較人工快，而且會聚的精度和可靠性都得到了有效的提高，實現(xiàn)了三色會聚的自動化。


圖1是三色自動會聚流程框圖；圖2是空間六自由度精密調(diào)整架與像素器件的固定示意圖，圖中像素器件a，六自由度機(jī)械手b；圖3是屏幕上五個CCD的兩種分布示意圖；
圖4是會聚系統(tǒng)的自動對焦調(diào)整過程示意圖；圖5是會聚系統(tǒng)的自動三色合色過程示意圖。
具體實施例方式
矩陣像素器件投影顯示器是現(xiàn)代辦公、家庭多媒體大屏幕投影電視、以及高清晰度電視的主要實現(xiàn)技術(shù)。這一類投影顯示器的彩色圖像是應(yīng)用三塊矩陣像素器件(如液晶板LCD或DMD，LCOS)分別調(diào)制紅綠藍(lán)三色光路，再將三色光路合成為彩色圖像，投影至屏幕，形成彩色圖像。由于矩陣像素器件的每個像素尺寸較小，一般在10-20微米，紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三色矩陣像素器件的精確會聚成為生產(chǎn)與應(yīng)用這些顯示系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
因此存在必須將三色像素顯示器(如液晶板)進(jìn)行空間方位的三色會聚重合問題。由于高分辨的矩陣像素器件每個像素的大小僅有8-20微米左右，三色會聚是一個十分精密與細(xì)致的工作，包括會聚的判斷，三塊矩陣像素器件的調(diào)整，目前也只有靠人眼判讀，完全是一種勞動密集的技術(shù)，而且由于人為因素的影響，矩陣像素器件投影機(jī)的生產(chǎn)品質(zhì)穩(wěn)定性難以保證，是一個難度較大的生產(chǎn)關(guān)鍵工藝，其效率高低直接影響投影顯示器的生產(chǎn)率。
本發(fā)明中提出的矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，是一種應(yīng)用多個CCD進(jìn)行圖像采集，采用高速圖像處理技術(shù)，判別會聚效果，由計算機(jī)控制三套精密空間六自由度機(jī)械手，調(diào)整三色矩陣像素器件的空間位置，實現(xiàn)空間的三色圖像自動會聚。具體系統(tǒng)框圖如圖1所示。
三塊分別調(diào)制三色圖像的矩陣像素器件(如LCD板，或LCOS，DMD)分別由三個獨立的可以進(jìn)行空間六自由度調(diào)節(jié)的機(jī)械手固定，該六自由度運動的機(jī)械手可以由三個精密平動臺與三個精密轉(zhuǎn)動臺組合而成，構(gòu)成空間相互正交的六自由度空間運動臺，而且每一自由度的最小調(diào)節(jié)精度應(yīng)該達(dá)到像素器件每個像素尺寸的1/10以內(nèi)，以保證會聚精度。如圖2所示，為三色圖像矩陣像素顯示器件之一的矩陣像素顯示器件與六自由度機(jī)械手的位置關(guān)系。
采用與投影顯示器相同或類似的合色光學(xué)系統(tǒng)，將三個分別調(diào)制三種顏色光的矩陣像素器件以及與之相配套的三套六自由度機(jī)械手，構(gòu)成一個完整的投影系統(tǒng)，并配合以投影物鏡，將三色經(jīng)三個矩陣像素器件調(diào)制的圖像投影成像于屏幕。在屏幕上，采用若干個CCD或CMOS圖像傳感器組成多通道圖像傳感器拍攝該系統(tǒng)投影在屏幕上的圖像。圖像傳感器在屏幕上的排部有多種方式，其中典型的兩種方式如圖3所示，即采用五個CCD拍攝投影屏幕上的三色圖像，每個CCD只能反映投影圖像局部的性能，全局的投影圖像性能要通過5個CCD綜合完成。CCD在屏幕上應(yīng)該有一定分布，如中心視場、邊緣視場、0.7視場等，使得能夠獲得投影畫面中心與邊緣的圖像會聚信息。CCD攝取的投影畫面五個區(qū)域的圖像信號，經(jīng)圖像采集系統(tǒng)，進(jìn)入計算機(jī)，轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像。
為了進(jìn)行計算機(jī)圖像處理，判斷出三色像素器件的空間位置差異，采用了高速圖像處理與識別技術(shù)，通過建立圖像的評價函數(shù)來衡量圖像的清晰程度和圖像的投影方位。三色會聚的過程分成兩部分第一部分是三色器件的自動對焦過程，第二部分是三色合色過程。系統(tǒng)整體調(diào)整步驟為CCD攝取圖像，經(jīng)過圖像采集卡進(jìn)入計算機(jī)，轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像，數(shù)字圖像經(jīng)過濾波、去噪、以及邊緣增強等圖像處理方法，進(jìn)行圖像算法變換，然后綜合計算多個圖像傳感器檢測的圖像信息，計算評價函數(shù)，計算偏離量判別三色對焦或三色合色的效果，如果滿足要求，則控制自動固化機(jī)，進(jìn)行像素顯示器件的曝光固化，如果不滿足要求，則根據(jù)偏離量，應(yīng)用多種優(yōu)化技術(shù)，判別各色矩陣像素圖像器件的位置與理想位置的差異，控制機(jī)械手進(jìn)行六自由度調(diào)整，再用CCD攝取圖像進(jìn)入下一循環(huán)，如圖1所示。
第一部分為三色對焦過程，利用評價函數(shù)在正確對焦面上應(yīng)該具有某些特征(比如函數(shù)具有極大值)，一旦找到這個特征，就利用控制裝置，調(diào)節(jié)某一器件，從而使得物象共軛，綜合不同視場CCD的數(shù)據(jù)，可以將矩陣像素器件的投影圖像綜合效果最清晰。基本步驟如圖4所示。
第二部分為三色圖像合色過程，使紅綠藍(lán)三色圖像投影于屏幕，利用不同方位采集的圖像數(shù)據(jù)來實現(xiàn)三色在平面上重合。基本步驟如圖5所示。
三色對焦與三色合色兩個過程可以對調(diào)次序，也可以多次循環(huán)使得達(dá)到較高的會聚精度。
同樣，也可以采用將三色對焦與三色合色同時集中在一個調(diào)節(jié)反饋過程中進(jìn)行的方法，實現(xiàn)同時的三色對焦與三色合色。
由于投影鏡頭存在的一定的象差，如場曲、象散、慧差、倍率色差等，因此實際三色會聚的難度很大，給對焦面的判斷、三色合色的結(jié)果判斷帶來較大的困難。同時該設(shè)備的目標(biāo)主要用于生產(chǎn)，要求自動調(diào)整速度快，因此在計算機(jī)處理中計算量也不能太大，否則會影響到自動會聚的速度。為了更好的反映評價函數(shù)的特性，可以采用了多種算法。對于三色對焦過程，為了更好的反映評價函數(shù)的特性，可以采用了多種算法，如拉普拉斯算子、Sobel算子和Prewitt算子等，以提高圖像判別精度。同時，采用了多CCD對稱分布圖像攝取法，利用投影物鏡的軸對稱性等提高對焦判別的精度與速度。對于三色合色過程，可以采用三色位置漸次逼近的方法，也可以采用根據(jù)圖像三色位置的計算差異，之間精密移動三色像素器件到理想位置的方法。經(jīng)過多次循環(huán)，反饋機(jī)械手空間六自由度可調(diào)系統(tǒng)，控制機(jī)械手的空間運動，實現(xiàn)三色投影顯示的完全會聚。
三色會聚完成后，計算機(jī)控制紫外曝光系統(tǒng)進(jìn)行快速紫外曝光，固化三色液晶板，同時應(yīng)用多通道圖像傳感器實時監(jiān)控屏幕上的圖像變化，進(jìn)而控制機(jī)械手快速反饋，校正曝光過程的圖像變化。這樣的監(jiān)控反饋系統(tǒng)保證了紫外曝光的精度與成品率，實現(xiàn)三色矩陣像素器件的快速定位固化。
權(quán)利要求
1.一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特征在于矩陣像素器件產(chǎn)生圖像經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)投影于屏幕，在屏幕上按照一定的規(guī)則安裝多個圖像傳感器，圖像傳感器采集投影于屏幕上的圖像數(shù)據(jù)到計算機(jī)中，將數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理之后運用評價函數(shù)，判別會聚精度是否達(dá)到要求，如果達(dá)到精度要求，則會聚過程結(jié)束，進(jìn)入三個顯示芯片的快速固化曝光過程，如果精度未達(dá)到要求，則綜合多個傳感器的數(shù)據(jù)計算出偏差量，由六自由度精密機(jī)械手控制矩陣像素器件運動到符合要求的位置，重復(fù)上述過程，直到會聚精度達(dá)到要求為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特征在于所說的矩陣像素器件投影顯示，是指LCD、DMD以及LCOS矩陣像素器件的投影顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特征在于所說的三色會聚過程，分為三色對焦與三色合色兩個獨立的過程，或者三色對焦和三色合色相結(jié)合的方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特征在于所說的用于圖像探測的圖像傳感器，是指CCD或者CMOS圖像傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特征在于所說的在屏幕上按照一定的規(guī)則安裝多個圖像傳感器構(gòu)成的多通道圖像傳感器，是指根據(jù)系統(tǒng)要求在屏幕的上下左右中不同視場安裝圖像傳感器，或者其他規(guī)則的排布方法組成的多個圖像傳感器的多通道圖像傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特征在于所說的將不同方位的圖像數(shù)據(jù)采集到計算機(jī)后運用圖像平滑、濾波、銳化圖像處理技術(shù)，然后運用適當(dāng)?shù)脑u價方法來判別對焦的清晰度和三色合色的精度是否達(dá)到要求。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特征在于所說的運用六自由度精密機(jī)械手實現(xiàn)矩陣像素器件在三個平動方向和三色轉(zhuǎn)動方向進(jìn)行微米或亞微米量級的精密控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特征在于所說的綜合不同方位的圖像傳感器的圖像數(shù)據(jù)以及其方位排布方式，根據(jù)評價函數(shù)，計算出矩陣像素器件在不同方向和理想位置的偏差量，由六自由度機(jī)械手控制矩陣像素器件到合適位置，從而實現(xiàn)矩陣像素器件的全空間調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法，其特征在于所說的三個顯示芯片的快速固化曝光過程，是指應(yīng)用光敏粘合劑實現(xiàn)多通道并行紫外曝光紫外光照明系統(tǒng)，使得三個顯示芯片的瞬態(tài)固化，同時應(yīng)用多通道圖像傳感技術(shù)監(jiān)控，并反饋校正、控制紫外曝光過程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種矩陣像素器件投影顯示器的三色會聚方法。矩陣像素器件產(chǎn)生圖像經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)投影于屏幕，在屏幕上按照一定的規(guī)則安裝多個圖像傳感器，圖像傳感器采集投影于屏幕上的圖像數(shù)據(jù)到計算機(jī)中，將數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理之后運用評價函數(shù)，判別會聚精度是否達(dá)到要求，如果達(dá)到精度要求，則會聚過程結(jié)束，進(jìn)入三個顯示芯片的快速固化曝光過程，如果精度未達(dá)到要求，則綜合多個傳感器的數(shù)據(jù)計算出偏差量，由六自由度精密機(jī)械手控制矩陣像素器件運動到符合要求的位置，重復(fù)上述過程，直到會聚精度達(dá)到要求為止。本發(fā)明不僅三色會聚的速度較人工快，而且會聚的精度和可靠性都得到了有效的提高，實現(xiàn)了三色會聚的自動化。
文檔編號H04N5/74GK1491030SQ0312931
公開日2004年4月21日 申請日期2003年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月12日
發(fā)明者劉旭, 邱勝根, 劉向東, 李海峰, 劉 旭 申請人:浙江大學(xué), 杭州浙大科特光電科技有限公司