HEINZELMANN JULIAN (DE)
WO2009025976A1 | 2009-02-26 |
US20150208048A1 | 2015-07-23 | |||
US8884975B2 | 2014-11-11 |
Ansprüche 1. Verfahren zum Kalibrieren einer Projektionsvorrichtung zur Darstellung von diskret abgespeicherten Bildinformationen mit Hilfe von • mindestens zwei ansteuerbaren und regelbaren Lichtquellen, die jeweils eine Strahlkomponente eines Abtaststrahls aussenden, und • mit Mitteln zum Fokussieren, Ausrichten und Bewegen der Strahlkomponenten, so dass sich die entsprechenden Pixel auf einer Projektionsfläche möglichst überlagern und in einer vorgegebenen Trajektorie über die Projektionsfläche bewegen lassen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a. Bestimmung eines Referenzstrahls für den Abtaststrahl; b. Bestimmung jeweils einer Dewarping-Funktion für die x-Projektor- Koordinate und für die y-Projektor- Koordinate des Referenzstrahls, wobei jede Dewarping-Funktion die jeweilige Projektor- Koordinate in entsprechende Bildkoordinaten überführt, die der Bildinformation zugeordnet sind; c. Bestimmung jeweils einer Versatz-Funktion für die x-Projektor-Koordinate und die y- Projektor- Koordinate für alle Strahlkomponenten, wobei jede Versatzfunktion den Versatz zwischen der jeweiligen x- oder y- Bildkoordinate des Referenzstrahls und der x- oder y-Bildkoordinate der jeweiligen Strahlkomponente annähert; d. Bereitstellen der Dewarping-Funktionen für den Referenzstrahl und e. Bereitstellen der Versatzfunktionen für alle Strahlkomponenten. 2. Kalibrierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für alle Strahlkomponenten des Abtaststrahls jeweils eine Dewarping-Funktion für die x-Projektor-Koordinate und für die y-Projektor-Koordinate bestimmt werden, wobei jede Dewarping-Funktion die jeweilige Projektor- Koordinate in entsprechende Bildkoordinaten überführt, die der Bildinformation zzuuggeeoorrddnneett ssiinndd,, uunndd ddaassss ddiiee VVeerrssaattzz--FFuunnkkttiioonneenn ffüürr ddiiee xx--PPrroojjeekkttoorr-- KKoooorrddiinnaattee uunndd ddiiee yy-- PPrroojjeekkttoorr-- KKoooorrddiinnaattee ffüürr aallllee SSttrraahhllkkoommppoonneenntteenn bbeessttiimmmmtt wweerrddeenn,, iinnddeemm ddeerr VVeerrssaattzz zzwwiisscchheenn ddeerr jjeewweeiilliiggeenn xx-- ooddeerr yy--DDeewwaarrppiinngg--FFuunnkkttiioonn ddeess RReeffeerreennzzssttrraahhllss uunndd ddeerr xx-- ooddeerr yy--DDeewwaarrppiinngg--FFuunnkkttiioonn ddeerr jjeewweeiilliiggeenn SSttrraahhllkkoommppoonneennttee aannggeennäähheerrtt wwiirrdd.. 3. KKaalliibbrriieerrvveerrffaahhrreenn nnaacchh eeiinneemm ddeerr AAnnsspprrüücchhee 11 ooddeerr 22,, ddaadduurrcchh ggeekkeennnnzzeeiicchhnneett,, ddaassss eeiinnee SSttrraahhllkkoommppoonneennttee ddeess AAbbttaassttssttrraahhllss aallss RReeffeerreennzzssttrraahhll bbeessttiimmmmtt wwiirrdd.. KKaalliibbrriieerrvveerrffaahhrreenn nnaacchh eeiinneemm ddeerr AAnnsspprrüücchhee 11 ooddeerr 22,, ddaadduurrcchh ggeekkeennnnzzeeiicchhnneett,, ddaassss eeiinn RReeffeerreennzzssttrraahhll bbeessttiimmmmtt wwiirrdd,, iinnddeemm üübbeerr ddiiee SSttrraahhlleennggäännggee ddeerr eeiinnzzeellnneenn SSttrraahhllkkoommppoonneenntteenn ggeemmiitttteelltt wwiirrdd.. KKaalliibbrriieerrvveerrffaahhrreenn nnaacchh eeiinneemm ddeerr AAnnsspprrüücchhee 11 bbiiss 44,, ddaadduurrcchh ggeekkeennnnzzeeiicchhnneett,, ddaassss ddiiee DDeewwaarrppiinngg--FFuunnkkttiioonneenn aallss PPoollyynnoommee nn--tteenn GGrraaddeess ddeerr FFoorrmm bestimmt werden. Kalibrierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Versatzfunktionen als Polynome m-ten Grades der Form bestimmt werden. Kalibrierverfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, wobei m<n. Verfahren zum Betreiben einer Projektionsvorrichtung zur Darstellung von diskret abgespeicherten Bildinformationen mit Hilfe von • mindestens zwei ansteuerbaren und regelbaren Lichtquellen, die jeweils eine Strahlkomponente eines Abtaststrahls aussenden, und • mit Mitteln zum Fokussieren, Ausrichten und Bewegen der Strahlkomponenten, so dass sich die entsprechenden Pixel auf einer Projektionsfläche möglichst überlagern und in einer vorgegebenen Trajektorie über die Projektionsfläche bewegen lassen, wobei die Projektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 kalibriert worden ist, dadurch gekennzeichnet, a. dass jedem von einer Lichtquelle generierten Pixel eine x- und eine y- Projektor-Koordinate entsprechend seiner Position auf der Trajektorie zugeordnet werden, wobei zeitgleich generierten Pixeln unterschiedlicher Lichtquellen dieselben x- und y- Projektor-Koordinaten zugeordnet werden, b. dass jede dieser x- und y-Projektor-Koordinaten mit Hilfe einer x- Dewarping-Funktion bzw. y-Dewarping-Funktion in entsprechende Bildkoordinaten der Bildinformation überführt werden, wobei die Dewarping-Funktionen in einem Kalibrierverfahren vorab für einen Referenzstrahl bestimmt worden sind und wobei die so bestimmten Bildkoordinaten als Referenz-Pixelposition für alle Lichtquellen fungieren, c. dass der Versatz der Position der von den einzelnen Lichtquellen generierten Pixel zu der entsprechenden Referenz-Pixelposition mit Hilfe einer x- bzw. y-Versatzfunktion bestimmt wird, die in einem Kalibrierverfahren vorab für jede Lichtquelle bestimmt worden ist, und d. dass dieser für jede Lichtquelle individuell bestimmte Versatz auf die Bildkoordinaten der Referenz-Pixelposition aufaddiert wird, um die Bildkoordinaten der Pixel der einzelnen Lichtquellen individuell zu bestimmen. |
Verfahren zum Kalibrieren einer Projektionsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer so kalibrierten Projektionsvorrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf sogenannte scannende Projektionsvorrichtungen zur Darstellung von diskret abgespeicherten Bildinformationen, deren
Abtaststrahl sich aus mehreren Strahlkomponenten unterschiedlicher
Lichtquellen zusammensetzt, wie z.B. Flying Spot Laser- Raster-Scanner. Die Erfindung dient der Kompensation des Versatzes zwischen den einzelnen Strahlkomponenten des Abtaststrahls einer derartigen Projektionsvorrichtung.
Die Bilderzeugung erfolgt hier mit Hilfe eines gepulsten Lichtstrahls, der die Projektionsfläche mit einer bestimmten Trajektorie überstreicht, z.B. zeilenweise. Dabei wird die Intensität dieses Abtaststrahls entsprechend der darzustellenden Bildinformation variiert. Wie bereits erwähnt, setzt sich der Abtaststrahl bei den hier in Rede stehenden Projektionsvorrichtungen aus mehreren Komponenten unterschiedlicher Lichtquellen zusammen, die unterschiedliche
Wellenlängenbereiche abdecken. Idealerweise überlagern sich die
Strahlkomponenten in der Projektionsebene und bilden ein einziges Pixel. Durch Variation der Intensität der einzelnen Lichtquellen kann so ein sehr großes Farbspektrum wiedergegeben werden.
Jedoch ist eine optimale Ausrichtung der Lichtquellen zum optischen Aufbau der Projektionsvorrichtung in der Praxis kaum zu erzielen, so dass in der Regel ein Versatz zwischen den Pixeln der einzelnen Strahlkomponenten besteht.
Die Bildinformation wird in Form von diskreten Abtastwerten zur Verfügung gestellt. Jeder Abtastwert ist einem Bildpunkt zugeordnet. Diese„idealen" Bildpunkte sind in einem Raster angeordnet, das die gesamte Bildfläche abdeckt und durch ganzzahlige Bildkoordinaten eines geradlinigen und in aller Regel orthogonalen Bildkoordinatensystems beschrieben wird.
Aufgrund des optischen Aufbaus, der für die Ausrichtung und Ablenkung der einzelnen Strahlkomponenten während des Scan -/Projektionsvorgangs erforderlich ist, weicht die tatsächliche Trajektorie des Abtaststrahls bzw. der einzelnen Strahlkomponenten des Abtaststrahls von diesem Raster ab, so dass die Lage der projizierten Pixel nicht den Rasterpunkten entspricht. Die projizierten Pixel spannen das sogenannte Projektor- Koordinatensystem auf, das im Unterschied zum Bildkoordinatensystem nicht geradlinig und orthogonal ist, sondern in aller Regel gekrümmt. In diesem Projektor- Koordinatensystem werden den projizierten Pixel ganzzahlige Projektor- Koordinaten zugeordnet.
Bei einem nicht korrigierten Pixel-Videostrom würde die Bildinformation eines bestimmten Bildpunkts dem Pixel zugeordnet, dessen Projektor-Koordinaten identisch mit den Bildkoordinaten dieses Bildpunkts sind. Dabei würden nahezu alle Pixel abweichend von den entsprechenden Bildkoordinaten projiziert. Im Ergebnis führt diese Vorgehensweise zu einer Bildverzerrung.
Um dies zu vermeiden, wird die nicht-lineare Abweichung der Projektor- Koordinaten von den Bildkoordinaten durch eine Vorverarbeitung der
Bildinformation während des Projektionsprozesses kompensiert. Diese
Vorverarbeitung der Bildinformation erfordert eine Kalibrierung der
Projektionsvorrichtung. Dabei wird eine Funktion bestimmt, die die Projektor- Koordinaten der Pixel in Bildkoordinaten überführt, was als Dewarping bezeichnet wird.
Während des Projektionsvorgangs werden die Projektor- Koordinaten der einzelnen projizierten Pixel mit Hilfe dieser vorbestimmten Dewarping-Funktion in Bildkoordinaten umgerechnet, um dem jeweiligen Pixel dann die Bildinformation zuzuordnen, die seiner Position in der Bildfläche entspricht. Die Bildkoordinaten der realen Pixel sind in der Regel nicht ganzzahlig. Deshalb wird der Regelung der Intensität der entsprechenden Lichtquelle meist nicht nur ein einziger Abtastwert der Bildinformation zugrunde gelegt, sondern ein Mittelwert von Abtastwerten in einer zu definierenden Umgebung der Bildkoordinaten des realen Pixels. Durch diese Vorverarbeitung der Bildinformation wird die nicht- lineare Abweichung zwischen Bildkoordinaten und Projektor-Koordinaten kompensiert und eine entsprechende Bildverzerrung vermieden.
Die Komplexität und damit der Rechenaufwand für das Dewarping hängt zum einen von der Art des optischen Aufbaus ab, der für die Ausrichtung und
Ablenkung der einzelnen Strahlkomponenten während des Scan- /Projektionsvorgangs gewählt und realisiert wurde, und zum anderen von der angestrebten Güte der Bildwiedergabe. Wenn das Dewarping auf alle
Lichtquellen angewendet wird, die am Projektionsprozess beteiligt sind, wird nicht nur die Bildverzerrung kompensiert, sondern auch der dieser Bildverzerrung überlagerte Versatz zwischen den Farbanteilen der einzelnen Pixel. Je nach Anzahl der beteiligten Lichtquellen ist dies mit einem sehr hohen Rechenaufwand verbunden.
In der WO 2009/025976 wird eine Möglichkeit vorgeschlagen, den Versatz zwischen den einzelnen Strahlkomponenten in der Projektionsebene weitgehend unabhängig von der Bildverzerrung zu kompensieren. Dazu wird zunächst in einem initialen Kalibrierschritt für jede Strahl-/Farbkomponente ein dem Versatz entsprechender Offset bestimmt. Gemäß der WO 2009/025976 wird die
Bildinformation während des Projektionsprozesses in einen Zwischenspeicher geschrieben, in dem die Bildinformation eines gesamten Bildes abgelegt wird, und zwar aufgeteilt nach Farbkanälen und versehen mit Positionsinformationen. Dabei wird die Bildinformation jedes Farbkanals bzw. die zugehörigen
Positionsinformationen mit dem jeweiligen vorab bestimmten Offset beaufschlagt. Die so gewonnenen Bildinformationen werden dann als Eingangsdaten für ein Dewarping-Verfahren und eine darauf basierende Kompensation der
Bildverzerrung genutzt. Im Fall der WO 2009/025976 wird das Dewarping also nur für eine einzige am Projektionsprozess beteiligte Lichtquelle vorgenommen, was den Rechenaufwand deutlich begrenzt.
Die in der WO 2009/025976 beschriebene Variante der Kompensation des Versatzes zwischen den einzelnen Strahlkomponenten des Abtaststrahls einer Projektionsvorrichtung erfordert allerdings einen relativ großen Zwischenspeicher für die Bildinformation. Dies erweist sich für einige Anwendungen, wie z.B. mobile Projektionsvorrichtungen aus dem Bereich der Consumer Elektronik, als problematisch.
Aufgabe der Erfindung
Mit der Erfindung wird eine Möglichkeit zur Verfügung gestellt, den Versatz zwischen den einzelnen Strahlkomponenten des Abtaststrahls einer
Projektionsvorrichtung ohne erhöhten Speicherbedarf für die Bildinformation und mit einem vergleichsweise geringen Rechenaufwand zu kompensieren.
Kern und Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass sich nicht nur die Bildverzerrung für alle Strahlkomponenten einzeln bestimmen lässt, sondern auch der Versatz jeder einzelnen Strahlkomponente zu einem vorab bestimmten Referenzstrahl. Dabei sind sowohl der Versatz als auch die Verzerrung ortsabhängig. So sind die Verzerrung und der Versatz in der Regel an den Bildrändern größer als in der Bildmitte. Die Erfindung beruht auf der Annahme, dass sich der Versatz zwischen den Pixeln der einzelnen Strahlkomponenten mit einem geringeren
Rechenaufwand beschreiben lässt, als die Überführung der Projektor- Koordinaten in die Bildkoordinaten der Pixel.
Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, eine Kalibrierung der
Projektionsvorrichtung vorzunehmen, die die folgenden Verfahrensschritte umfasst: a. Bestimmung eines Referenzstrahls für den Abtaststrahl;
b. Bestimmung jeweils einer Dewarping-Funktion für die x-Projektor- Koordinate und für die y-Projektor- Koordinate des Referenzstrahls, wobei jede Dewarping-Funktion die jeweilige Projektor- Koordinate in entsprechende Bildkoordinaten überführt, die der Bildinformation zugeordnet sind;
c. Bestimmung jeweils einer Versatz-Funktion für die x-Projektor- Koordinate und die y-Projektor-Koordinate für alle Strahlkomponenten, wobei jede Versatzfunktion den Versatz zwischen der jeweiligen x- oder y-Bildkoordinate des Referenzstrahls und der x- oder y-Bildkoordinate der jeweiligen Strahlkomponente annähert;
d. Bereitstellen der Dewarping-Funktionen für den Referenzstrahl und e. Bereitstellen der Versatzfunktionen für alle Strahlkomponenten.
Beim Betreiben der Projektionsvorrichtung werden die so gewonnenen
Dewarping-Funktionen für den Referenzstrahl und die Versatzfunktionen für die einzelnen Strahlkomponenten dann zur Bestimmung der Bildkoordinaten der Pixel der einzelnen Lichtquellen genutzt. Dazu sieht das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Projektionsvorrichtung vor: a. dass jedem von einer Lichtquelle generierten Pixel eine x- und eine y- Projektor-Koordinate entsprechend seiner Position auf der Trajektorie zugeordnet werden, wobei zeitgleich generierten Pixeln
unterschiedlicher Lichtquellen dieselben x- und y- Projektor-Koordinaten zugeordnet werden,
b. dass jede dieser x- und y-Projektor-Koordinaten mit Hilfe einer x- Dewarping-Funktion bzw. y-Dewarping-Funktion in entsprechende Bildkoordinaten der Bildinformation überführt werden,
wobei die Dewarping-Funktionen in einem Kalibrierverfahren vorab für einen Referenzstrahl bestimmt worden sind und
wobei die so bestimmten Bildkoordinaten als Referenz-Pixelposition für alle Lichtquellen fungieren,
c. dass der Versatz der Position der von den einzelnen Lichtquellen
generierten Pixel zu der entsprechenden Referenz-Pixelposition mit Hilfe einer x- bzw. y-Versatzfunktion bestimmt wird, die in einem
Kalibrierverfahren vorab für jede Lichtquelle bestimmt worden ist, und d. dass dieser für jede Lichtquelle individuell bestimmte Versatz auf die Bildkoordinaten der Referenz-Pixelposition aufaddiert wird, um die Bildkoordinaten der Pixel der einzelnen Lichtquellen individuell zu bestimmen.
Die so gewonnenen Bildkoordinaten werden dann einer Vorverarbeitung der Bildinformation zugrunde gelegt, die durch entsprechende Ansteuerung der einzelnen Lichtquellen eine Kompensation der Bildverzerrung und des Versatzes ermöglicht.
Mit dem erfindungsgemäßen Kalibrierverfahren in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Projektionsvorrichtung wird also eine vergleichsweise einfache Möglichkeit zu Verfügung gestellt, mit der die Projektor- Koordinaten der von den einzelnen Lichtquellen erzeugten Pixel während des Projektionsprozesses in Bildkoordinaten überführt werden können. Die eigentliche Kompensation sowohl der Bildverzerrung als auch des Versatzes zwischen den Pixeln der unterschiedlichen Lichtquellen erfolgt dann erst im Rahmen einer Prozessierung der abgespeicherten Bildinformation. Diese Prozessierung basiert auf den erfindungsgemäß ermittelten Bildkoordinaten der Pixel.
Erfindungsgemäß wird im Rahmen des Kalibrierverfahrens ein Referenzstrahl für den Abtaststrahl bestimmt. Vorteilhafterweise wird hier einfach eine beliebige Strahlkomponente des Abtaststrahls als Referenzstrahl gewählt. In diesem Fall ist dann jeweils der Versatz der übrigen Strahlkomponenten zu diesem
Referenzstrahl zu bestimmen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, einen Referenzstrahl als Mittelung über die Strahlkomponenten zu definieren. In diesem Fall muss der Versatz zum Referenzstrahl für alle Strahlkomponenten bestimmt werden.
Erfindungsgemäß werden im Rahmen des Kalibrierverfahrens zumindest für den Referenzstrahl einmalig eine x- und eine y-Dewarping-Funktion ermittelt, die die Projektor- Koordinaten der jeweiligen Pixel möglichst genau in Bildkoordinaten umwandelt. In einer möglichen Variante des Kalibrierverfahrens werden außerdem auch für alle übrigen Strahlkomponenten einmalig eine x- und y- Dewarping-Funktion ermittelt. Um die x- und y-Versatzfunktionen dann jeweils durch die Differenz zwischen den Dewarping-Funktionen der jeweiligen
Strahlkomponente und den Dewarping-Funktionen des Referenzstrahls zu bestimmen.
In jedem Fall erweist es sich als vorteilhaft, die Dewarping-Funktionen für den Referenzstrahl und ggf. auch für die übrigen Strahlkomponenten durch Polynome n-ten Grades anzunähern. Vorteilhafterweise werden auch die Versatzfunktionen durch Polynome m-ten Grades angenähert. Da davon auszugehen ist, dass sich der Versatz zwischen den Pixeln der einzelnen Strahlkomponenten in Grenzen hält, können die Versatzfunktionen zumeist durch Polynome geringerer Ordnung als die Dewarping-Polynome angenähert werden, d.h. m<n.
Dies reduziert den Rechenaufwand für die Bestimmung der Bildkoordinaten der einzelnen Pixel während des Projektionsvorgangs wesentlich. Der
Rechenaufwand für die Berechnung von Polynomen nimmt nämlich mit dem Grad des Polynoms deutlich ab. Erfindungsgemäß müssen die Dewarping- Polynome höherer Ordnung nur einmal, nämlich für den Referenzstrahl berechnet werden, um die entsprechenden Bildkoordinaten zu bestimmen. Für die Bildkoordinaten der Pixel der übrigen Strahlkomponenten werden lediglich die
Versatz-Polynome geringerer Ordnung berechnet, um dann dieses Ergebnis auf das bereits vorliegende Ergebnis für den Referenzstrahl aufzuaddieren.
Zeichnungen Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
Fig.l einen Ausschnitt der Bild- bzw. Projektionsfläche 10 mit einer
Überlagerung des Projektor-Koordinatensystems und des
Bildkoordinatensystems einer Projektionsvorrichtung, die
erfindungsgemäß kalibriert und betrieben werden kann,
Fig. 2 die Positionen der Pixel zweier Lichtquellen auf der Projektionsfläche, bzw. den Versatz zwischen diesen Pixelpositionen, und
Fig. 3 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Projektionsvorrichtung. Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Fig. 1 zeigt die Bild- bzw. Projektionsfläche 10 einer Projektionsvorrichtung der hier in Rede stehenden Art, wie beispielsweise eines sogenannten Flying-Spot Laser Raster-Scanners. Fig. 1 veranschaulicht die Abweichung der Lage der tatsächlich erzeugten Pixel des Abtaststrahls, hier dargestellt als Sterne, von den Positionen in der Bildfläche 10, denen die diskret abgespeicherte Bildinformation zugeordnet ist. Diese Positionen sind hier als Kreuze dargestellt. Die Kreuze sind in einem Raster, äquidistant innerhalb einer Zeile bzw. einer Spalte, angeordnet. Dieses Raster bildet ein geradliniges und orthogonales Bildkoordinatensystem und deckt die gesamte Bildfläche 10 ab. Die einzelnen Rasterpunkte, d.h. die Positionen, die der diskret abgespeicherten Bildinformation zugeordnet sind, werden durch ganzzahlige Bildkoordinaten beschrieben.
Der optische Pfad, d.h. die Trajektorie des Abtaststrahls, weicht von diesem Raster ab, so dass die Lage der projizierten Pixel nicht den Rasterpunkten entspricht. Die projizierten Pixel spannen das Projektor- Koordinatensystem auf, das im Unterschied zum Bildkoordinatensystem nicht geradlinig und orthogonal ist, sondern in aller Regel gekrümmt, und zwar in Abhängigkeit vom optischen Aufbau der Projektionsvorrichtung. In diesem Projektor- Koordinatensystem haben die projizierten Pixel ganzzahlige Projektor- Koordinaten. Im vorliegenden Fall decken die Projektor- Koordinaten eine größere Fläche ab, als die Bildfläche. Das Projektor- Koordinatensystem ist also gegenüber dem Bildkoordinatensystem verzerrt. Fig. 1 veranschaulicht, dass diese Verzerrung an den Bildrändern stärker ausgeprägt ist als in der Bildmitte.
Bei einem nicht korrigierten Pixel-Videostrom würde die Bildinformation eines bestimmten Bildpunkts dem Pixel zugeordnet, dessen Projektor-Koordinaten identisch mit den Bildkoordinaten dieses Bildpunkts sind. Konkret heißt das beispielsweise, dass dem Pixel (Ι',Ι') die Bildinformation des Bildpunkts (1,1) zugeordnet würde, obwohl dieser Pixel außerhalb der Bildfläche liegt. So wie der Pixel ( , 1') würden auch nahezu alle anderen Pixel abweichend von den entsprechenden Bildkoordinaten projiziert. Im Ergebnis führt diese
Vorgehensweise zu einer Bildverzerrung. Dabei kann es sich um eine
Verdrehung, Kissenverzerrung, Trapezverzerrung oder anderweitige Abweichung höherer Ordnung handeln. Um eine entsprechende Bildverzerrung zu vermeiden, wird die nicht-lineare Abweichung der Projektor- Koordinaten von den Bildkoordinaten durch eine Vorverarbeitung der Bildinformation während des Projektionsprozesses kompensiert. Dafür müssen die Projektor- Koordinaten der Pixel aber zunächst in Bildkoordinaten überführt werden, was als Dewarping bezeichnet wird. Die so gewonnenen Bildkoordinaten der Pixel sind in der Regel nicht ganzzahlig. Um jedem Pixel möglichst die Bildinformation zuzuordnen, die seiner Position in der Bildfläche entspricht, wird jedem Pixel in der Regel nicht nur ein einziger Abtastwert der Bildinformation zugeordnet, sondern ein Mittelwert von
Abtastwerten in einer zu definierenden Umgebung der ermittelten
Bildkoordinaten des Pixels. Durch diese Vorverarbeitung der Bildinformation wird die nicht-lineare Abweichung zwischen Bildkoordinaten und Projektor- Koordinaten kompensiert und eine entsprechende Bildverzerrung vermieden.
Dem voranstehend in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Effekt ist ein weiterer Effekt überlagert, wenn die Projektionsvorrichtung mehrere Lichtquellen umfasst. In diesem Fall setzt sich der Abtaststrahl aus mehreren Strahlkomponenten zusammen, die eine farbige Bildwiedergabe ermöglichen. Dabei kann es sich beispielsweise um Laserdioden der Farben rot, grün und blau handeln. Es können aber auch zwei rote Laserdioden, eine grüne und eine blaue Laserdiode vorgesehen sein. In der Praxis beschreiben die einzelnen Strahlkomponenten aufgrund des optischen Aufbaus eine im Wesentlichen gleiche Trajektorie.
Idealerweise überlagern sich die Pixel der einzelnen Lichtquellen bzw.
Strahlkomponenten. In der Praxis tritt jedoch häufig ein Versatz zwischen den Pixeln der einzelnen Lichtquellen auf, der auf unvermeidbare Justagefehler des optischen Aufbaus zurückzuführen ist. Diesen Versatz zwischen den beiden Strahlkomponenten des Abtaststrahls einer Projektionsvorrichtung der hier in Rede stehenden Art veranschaulicht Fig. 2. Dargestellt ist die Projektionsebene bzw. Bildfläche mit dem Raster der Pixelpositionen der beiden
Strahlkomponenten, die hier jeweils durch Kreuze und Sterne dargestellt sind. Fig. 2 verdeutlicht, dass dieser Versatz zwar ebenfalls abhängig von der Position der Pixel auf der Bildfläche ist aber im Wesentlichen translatorisch ist.
Deshalb werden erfindungsgemäß während des Projektionsprozesses nicht für alle Strahlkomponenten die Bildkoordinaten der Pixel mit Hilfe einer Dewarping- Funktion ermittelt, sondern nur für einen vorab zu bestimmenden Referenzstrahl. Für die Pixel der übrigen Strahlkomponenten wird dann lediglich der Versatz zu den entsprechenden Pixeln des Referenzstrahls ermittelt und auf die
Bildkoordinaten dieses Referenzpixels aufaddiert, was durch das Blockdiagramm der Fig. 3 veranschaulicht wird.
Fig. 3 bezieht sich auf eine Projektionsvorrichtung mit insgesamt vier
Lichtquellen, nämlich zwei roten Laserdioden rO und rl, einer grünen Laserdiode g und einer blauen Laserdiode b. Diesen ist ein Rasterisierer 301 zugeordnet, der den Pixeln der einzelnen Lichtquellen bzw. Strahlkomponenten Projektor- Koordinaten x, y zuweist, wobei zeitgleich erzeugten Pixeln der unterschiedlichen Lichtquellen rO, rl, g und b identische Projektor- Koordinaten x, y zugewiesen werden. Diese Projektor- Koordinaten x, y werden mit Hilfe einer x-Dewarping- Funktion und einer y-Dewarping-Funktion in Bildkoordinaten überführt. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei diesen beiden
Dewarping-Funktionen jeweils um ein Polynom 5ter Ordnung vom Typ
k-y) = Σ ί ,/ aijX'yiÄi + j) -S 5, die vorab im Rahmen eines Kalibrierverfahrens für eine Referenzlichtquelle bzw. für einen Referenzstrahl ermittelt worden sind. Die Projektor- Koordinaten x, y dienen außerdem zur Ermittlung des Versatzes der Pixel aller übrigen Lichtquellen bzw. Strahlkomponenten zum Referenzstrahl. Dies erfolgt mit Hilfe einer x-Versatzfunktion und einer y-Versatzfunktion, die vorab im Rahmen des Kalibrierverfahrens individuell für jede Lichtquelle ermittelt worden sind. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei diesen Versatzfunktionen jeweils um ein Polynom 3ter Ordnung vom Typ ci/foy) 3· Die Bildkoordinaten rOy, rly, gy, by und rOx, rix, gx, bx für die Pixel der einzelnen Strahlkomponenten werden schließlich bestimmt, indem zunächst für jede Strahlkomponente der individuelle Versatz zum Referenzstrahl ermittelt wird. Dieser wird dann auf die Bildkoordinaten des Referenzstrahls aufaddiert, die mit Hilfe der Dewarping-Funktionen für den Referenzstrahl ermittelt worden sind.
Wie bereits voranstehend beschrieben, werden die so gewonnenen
Bildkoordinaten dann einer Vorverarbeitung der Bildinformation zugrunde gelegt. Dabei werden Intensitätswerte für die einzelnen Strahlkomponenten bestimmt, die der jeweiligen Position der Pixel in der Bildfläche entsprechen. Die
Bildinformation ist in einer Speicherkomponente 302 abgelegt. Wie bereits erwähnt, wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens ein Referenzstrahl für den Abtaststrahl bestimmt. Dabei kann es sich einfach um eine beliebige Strahlkomponente des Abtaststrahls handeln. Der Referenzstrahl kann aber auch als Mittelung über die Strahlkomponenten definiert werden. Das in Fig. 3 dargestellte Blockdiagramm umfasst beide Varianten, weil hier für alle Strahlkomponenten der Versatz zum Referenzstrahl bestimmt wird. Fungiert eine Strahlkomponente als Referenzstrahl, dann wird der Versatz für diese Strahlkomponente einfach auf Null gesetzt.
Im Rahmen des Kalibrierverfahrens wird zumindest für einen Referenzstrahl die Abweichung der Projektor- Koordinaten der jeweiligen Pixel zu den
Bildkoordinaten ermittelt. Dazu kann beispielsweise ein Kamerasystem verwendet werden. Auf Basis der so gewonnenen Informationen wird eine Funktion als Dewarping-Funktion bestimmt, die diese Abweichung möglichst gut annähert. Dafür bieten sich Polynome höherer Ordnung an, wie im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die Versatzfunktionen für die einzelnen Strahlkomponenten werden vorteilhafterweise ebenfalls durch Polynome angenähert. Da davon auszugehen ist, dass sich der Versatz zwischen den Pixeln der einzelnen Strahlkomponenten in Grenzen hält, können die
Versatzfunktionen vorteilhafterweise durch Polynome geringerer Ordnung als die Dewarping-Polynome angenähert werden.
Next Patent: METHOD FOR THE PREPARATION OF SUBSTITUTED 2-ARYL-ETHANOLS