[发明专利]用于佩珀尔虚像幻影的投影设备和方法

说明书

本申请是申请人穆森系统有限公司于2004年4月1日提交的同名中国专利申请No.200480043185.9的分案申请。 

技术领域

本发明涉及一种投影设备和方法。本发明更具体但并非排他性地涉及一种被布置成将物体的图像投影到倾斜的、部分反射的屏幕上从而给出对纵深的错误感知的投影设备以及用于构造这种设备的方法。

背景技术

将图像投影到部分反射的屏幕上使得位于屏幕前方的观察者可以观察到该投影是公知的，这称为所谓的佩珀尔幻象（peppers ghost）布置，在游乐场（fairground）演出中是已知形式。

这种图像投影已经应用于宣传和推广显示，其中主持人（presenter）位于倾斜的、部分反射屏幕后方，该屏幕典型地为拉紧箔片（tensioned foil），例如汽车的图像通过至少一个反射表面被投影到该屏幕上，例如见EP 0799436。主持人位于投影图像后方的位置与主持人站在屏幕前方的系统相比有着许多固有的优点，其中相当重要的是当主持人行走跨越该投影图像时不会阻挡该投影图像。另外，使用倾斜屏幕使得图像观察者感到该图像具有纵深而不仅仅是二维图像，例如汽车看上去在转盘上旋转。

然而，目前的图像投影设备存在许多与其相关的问题，例如，箔片的安装证明是困难的，这反过来导致箔片的不均匀拉紧以及箔片上的褶皱，这削弱了投影到箔片上的图像的观看质量。此外，在该箔片安装中，该箔片必须铺设在比箔片大的清洁无尘的布或塑料薄层（sheet）上，以防止颗粒贴附到该箔片上，这些颗粒会划伤箔片表面并削弱投影图像的观看质量或者会作为非相干散射投影光的散射中心，从而由于这种散射光对观看到的图像没有贡献而降低了图像的观看质量。

此外，由于佩珀尔虚像幻影（illusion of peppers’ ghost）依赖于由光与其紧邻的环境和背景的对比而形成的反射图像。因此反射图像越强，反射图像看上去越立体，颜色振动越严重，对于观众能反射图像越清晰。在主持人可能无法控制箔片的高亮度（high level）的环境光，例如贸易展上来自观众席的环境光时，高亮度的环境光导致显著亮度的环境光从屏幕的反射，降低了背景上反射图像的强度。在这些环境中，明亮的投影仪（8000流明以上）是期望的。然而，使用明亮的投影仪导致不需要的光照射投影表面并穿过该箔片反射，从而在舞台上以及该反射图像出现的区域周围产生乳白色色调。

目前图像投影设备的另一个问题在于，这些设备使用的投影仪功率非常强大，典型地为8000至27000流明，因此将大量的光投影到图像内没有物体的图像区域。这是投影的一个固有特征并导致低的对比度（contrast ratio），这导致在投影仪接通时形成乳白色色调，其遍布投影仪形成图像的薄膜部分。该乳白色色调显然是不期望的，因为它降低了观察者对屏幕不存在的感知。

乳白色色调相对于图像亮度的程度至少部分地由该投影仪所提供的对比度程度确定。对比度越高，则相对于该乳白色色调的亮度程度而言该图像更亮。即使是对比度高达3000：1的投影仪，当在“佩珀尔幻象”布置中使用时仍发射乳白色的光色调。

与一些投影仪相关的另一个问题为梯形畸变效应（Keystone effect），其中由于倾角投影而出现畸形的通常是拉长的（沿向上和向下方向）图像。当纵深感知重要时，这一点尤其关键。现代昂贵的投影仪中采用的解决方法是，采用对梯形畸变失真的数字校正。然而，较老的、不那么昂贵的或者甚至是一些专用高清晰度投影仪并未采用这种数字梯形畸变校正，因此难以配置以用于当前的图像投影设备。高清晰度（HD）投影仪并未提供梯形畸变调整，是因为当连同图像边缘周围的像素数目增大尝试梯形畸变校正时，导致图像边缘周围的这些像素看上去象“经过处理（crunched）”。此外，当处理移动的图像时，HD投影仪折衷了投影仪处理速度。当该处理能力用于同时执行梯形畸变校正和运动处理时，在移动时看到图像在跳动，这就是“扼流效应（choking effect）”。通常可以说，为改变视频图像而使用电子梯形畸变校正，与未经过这种处理的图像相比，将导致图像质量降低。

此外，当前系统并不允许投影图像表观地消失和从置于舞台上的立体3D物体后重现，这是因为屏幕位于主持人的前方并最靠近观众。

发明内容

根据本发明第一方面，提供了一种图像投影设备，包括投影仪、框架以及至少部分透明的屏幕：