一种数字微镜分步交织复位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于显示图像的微镜器件DMD复位领域，是一种数字微镜分步交织复 位方法。可用于DLP微型投影机、DLP影院、以及DLP三维智能打印，尤其适用于4K*2K、 8K*4K等尚清显不。
【背景技术】
[0002] 数字光处理技术（DLP)是目前数字显示领域最先进的技术。依靠其在分辨率、亮 度、对比度等方面的优异表现，数字光处理技术已被广泛运用在各个场合的大屏幕投影设 备上，成为了市场的主力军。数字光处理技术的基本原理是将光源产生的光束通过一个高 速旋转的色轮滤波后产生出颜色，投射在数字微镜器件（DMD)上，经过反射产生灰度后再 通过光学透镜投影，最终在大屏幕上成像。
[0003] 数字微镜器件（DMD)是数字光处理技术的核心器件。它可以被理解为一个反射式 空间光调制器，其输入信号与输出信号都是光信号，利用反射镜面的翻转来实现光开关的 "开"、"关"状态即对应了二进制的1、〇。当数字微镜器件处于"开"态时，光通过镜面反射 进入投影透镜被投影到屏幕上，画面显示为亮；当其处于"关"态时，微镜通过翻转将入射光 线反射到光吸收器内被其吸收掉，画面为暗。
[0004] 数字微镜器件是由与投影画面像素相同数量的数字微镜单元组成的矩阵，每个微 镜单元受信号独立控制，通过二进制脉冲宽度调制可以实现不同的图像灰度。
[0005] 视频处理电路将接收到的每个颜色分量的数据转换成比特面（bit-planes)的形 式（即一幅图像中所有像素的相同比特位组成的比特平面），每个比特都有权重，权重代表 该比特面显示的时间长度，显示时间是以时间片（slice)为单位的，最低比特面显示时间 片最少，最高比特面显示时间片最多。在一帧图像时间内将固定的显示时间按照权重比例 分配给每个比特面，让这些比特面依次显示。比特面中的数字" 1"表示将微镜置于"开"状 态，数字"0"表示将微镜置于"关"状态。同一面微镜经过比特面控制不断地被打开和关 闭，当所有比特面都显示过后，人眼视觉系统将微镜处于开状态的时间积分起来，最终形成 的光线强度与该像素处的视频值成正比。
[0006] 显示比特面时，DMD采用了加载-复位法。当载入数据时，微镜状态保持不变，当 这个比特面中所有数据都加载完毕后，需要进行复位操作，此时微镜才根据载入的内容改 变状态。
[0007]目前数字微镜复位方法有全局复位（global reset)、分步复位（phased reset)两 种：
[0008] 全局复位是指所有单元都同时加载、同时复位。在全局模式中数据加载时间可以 表示为^d=忐-諉，其中TR为DMD数据最高传输速率、MR为微镜分辨率、DW为数据带 宽。在显示最低位时，加载时间与复位时间之和必须小于单位时间片，因此数据带宽对显示 精度产生了限制。虽然德州仪器公司一度用"清零复位"法解决了这个问题，但由于黑屏段 的加入，光利用率明显降低了，对图像亮度产生了影响。
[0009] 分步复位将比特面水平的分为几个复位组，每一组都是独立的进行加载和复位。 在执行复位操作时同一时间只有一个组能加载数据，因此在其它参数不变的情况下，其加 4 %fS 载时间就是全局复位的N分之一，即= N为分组的个数。在加载时间不变 的情况下，分步复位的数据最高传输速率即可以减少为全局复位的N分之一。但其缺点也 非常明显，它会产生块效应，即在显示图像上能明显的观察到边界上的亮度不一致，画面出 现明显的分块。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是针对现有技术的不足而提出的一种数字微镜分步交织复位方法， 在微镜分辨率、数据带宽不变，且保证图像亮度的前提下，能显著降低数据最高传输速率、 提高带宽利用率，并能有效减少块效应。
[0011] 实现本发明目的的具体技术方案是：
[0012] 一种数字微镜分步交织复位方法，该方法包括以下具体步骤：
[0013] a)将R行C列与投影画面像素相同数量的微镜单位构成的微镜阵列，以行为单位 划分成N组，每组包含R/N行，其中N为2的幂次方；
[0014] b)对各组以行为单位进行排序，使相邻的行不被分配在同一组中；
[0015] c)在一位比特面进行显示时，同一时间内只有一组能够被加载或复位；依次对各 组进行加载、复位操作，驱动微镜根据加载数据进行状态转换；通过人眼的积分效应，显示 出这一比特面的图像；
[0016] d)利用帧分割（bit-splitting)技术，将高权重子场的显示时间分割成多个较短 的时间，然后与其它比特面相互打乱顺序显示出来。利用帧分割技术后PWM的亮暗转换速 率得到提高，增加了均匀性，能进一步减轻块效应。
[0017] 与现有方法相比，本发明的优点在于：
[0018] (1)、与全局复位法相比，该方法在微镜分辨率、数据带宽不变，且不降低显示亮度 的情况下，显著降低数据最高传输速率、提高带宽利用率、有效增加显示精度，降低了硬件 设计的成本，同时适用的数字微镜器件范围也更广；
[0019] (2)、与分步复位法相比，该方法在保证微镜分辨率、数据带宽、数据最高传输速率 不变的情况下，能有效减轻块效应、改善图像视觉效果。
[0020] 本发明能够在不降低光利用率的前提下，显著降低数据传输速率、减少所需带宽， 同时有效减少块效应，且具有较强的可行性及广泛的适用性，在4K*2K、8K*4K等高清显示 领域中的优势更加明显。
【附图说明】
[0021] 图1为数字微镜器件的工作原理示意图；
[0022] 图2为二进制脉宽调制示意图，图中：□为微镜处于"开"态；为微镜处于"关" 态；
[0023] 图3为数字微镜驱动流程图；
[0024] 图4为本发明分步交织复位法微镜阵列分组示意图；
[0025]图5为本发明分步交织复位法微镜阵列具体分组示意图；
[0026]图6为本发明数据加载复位时序图，图中：〇；为加载J为复位；
[0027] 图7为本发明帧分割示意图。
【具体实施方式】
[0028] 参阅图1，图1为数字微镜器件的工作原理示意图。微镜有"开"、"关"和"平"三个 状态，器件不工作时微镜处于"平"的状态；当输入数据为"1"时，微镜处于"开"状态（向右 倾斜12° )，光源的光线被镜面反射后正好经过透镜被投射出去，在屏幕上形成一个亮点； 当输入数据为"〇"时，微镜处于"关"状态（向左倾斜12° )，光线被吸收器吸收，屏幕上显 示一个黑点。
[0029]参阅图2,图2为二进制脉宽调制示意图。图像灰度等级是由二进制脉宽调制产 生的，通过PWM脉冲来控制各像素单元"开"、"关"的时间长短，并且利用了人眼视觉暂留把 多个数字光脉冲整合成完整的图像，可以实现很高等级灰度划分。用4bit的PWM脉冲可以 表示2 4个灰度等级，这四位二进制数的权重与状态保持时间的长短成正比。当输入数据为 "1111"、"1001"、"0110"、"0000"时，其对应的灰阶即为15、9、6、0。
[0030]参阅图3,图3为数字微镜驱动流程图。在接收到一帧图像的数据后，将每个颜色 分量的数据转换成比特面的形式，即所有像素的相同比特位组成的比特平面。在显示一位 比特面时，先将数据加载至微镜上，再对微镜进行复位操作，在微镜进行复位后才会根据载 入数据改变状态，显示出这一比特面的图像。依次对各比特面进行加载复位操作，通过人眼 的积分效应，最终显示出这一帧图像。
[0031] 实施例
[0032] 本发明为一种数字微镜分步交织复位方法，包括如下步骤：
[0033] a)将R行C列与投影画面像素相同数量的微镜单位构成的微镜阵列，以行为单位 划分成N组，每组包含R/N行，其中N为2的幂次方。数字微镜器件按照分辨率的不同，可 分为1920x1080、1024x768、1280x720等等。本实施例中将1080行1920列微镜单元以行为 单位分为8组，每组包含了 135行（1080/8)。
[0034] b)对各组以行为单位进行适当的排序，使相邻的行不被分配在同一组中。在本实 施例中每隔八行进行交错排序，即第一组包括1、8、16、…、1072行，第二组包括1、9、17、…、 1073行，第三组包括3、10、18、~、1074行，依次类推，如图4所示。其中左侧为显示数据结 构图，右侧为显示像素图。图5在阵列中更具体的展示了其分组情况。
[0035] c)在一位比特面进行显示时，同一时间内只有一组能够被加载或复位。依次对各 组进行加载、复位操作，驱动微镜根据加载数据进行状态转换。通过人眼的积分效应，显示 出这一比特面的图像，如图6所示，其中为了避免数据载入冲突，比特面0的加载操作要提 刖。
[0036] d)利用帧分割（bit-splitting)技术，将高权重子场的显示时间分割成多个较短 的时间，然后与其它比特面相互打乱顺序显示出来，如图7所示。利用帧分割技术后PWM的 亮暗转换速率得到提高，增加了均匀性，能进一步减轻块效应。
【主权项】
1. 一种数字微镜分步交织复位方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤： a) 将R行C列与投影画面像素相同数量的微镜单位构成的微镜阵列，以行为单位划分 成N组，每组包含R/N行，其中N为2的幂次方； b) 对各组以行为单位进行排序，使相邻的行不被分配在同一组中； c) 在一位比特面进行显示时，同一时间内只有一组能够被加载或复位；依次对各组进 行加载、复位操作，驱动微镜根据加载数据进行状态转换；通过人眼的积分效应，显示出这 一比特面的图像； d) 利用帧分割技术，将高权重子场的显示时间分割成多个较短的时间，然后与其它比 特面相互打乱顺序显示出来。
【专利摘要】本发明公开了一种数字微镜交织分步复位方法，通过将微镜阵列划分为几个独立控制的组，再以行为单位重新进行排序后，按组对微镜进行分时复位操作，驱动微镜根据输入数据完成状态转换，最终进行显示。本发明能够在微镜分辨率、数据带宽不变，且不降低光利用率的前提下，显著降低数据最高传输速率、提高带宽利用率，同时有效减少DMD投影显示中的块效应，具有较强的可行性及广泛的适用性。在超高清4K*2K、8K*4K投影显示应用中，本发明优势更加明显。
【IPC分类】H04N9-31, G02B26-08
【公开号】CN104735432
【申请号】CN201510102698
【发明人】刘一清, 杨健乐, 王淑仙
【申请人】华东师范大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月9日