[发明专利]基于二向异性鱼眼镜头的环幕放映／投影系统单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字影像环幕放映／投影系统单元，尤其涉及一种基于二向异性鱼眼镜头结合数字放映／投影机和播放器针对圆环形和类似圆环形银幕进行放映／投影的放映／投影系统单元，可用来实际构建以环形银幕为投射对象的放映／投影工程，如，环幕影院、环幕展览展示厅、小型桌上环幕背投电视。属于物像非相似超广角光学成像技术、计算机图像处理技术在影视、影像领域的应用。 

背景技术

环幕是一种形状为或近似为完整圆环或部分圆环的银幕，该类型银幕面形结构上属于双二次曲面类型，在相互垂直的两个方向上具有不同的原点（对称中心点）曲率和面型公式。为了施工简便，环幕多采用圆柱面或接近圆柱面的轮胎面（由于垂直于地面方向的曲率绝对值很小，所以工程实践中按柱面进行近似处理，以下均假定环幕有一个方向原点曲率为零），幕为硬质或软质幕，可为正投也可为背投幕。使用时，一般使幕的柱面的母线垂直地面，即，在水平方向银幕弯曲，有曲率C，且C不等于零；而在垂直方向，环幕的曲率C可以等于零（多为等于零，也有接近零且不为零的可能，为描述方便，以下假设垂直方向上C等于零,则环幕存在母线）。确定环幕规格有两个基本尺寸——银幕水平方向的曲面（以下均以柱面进行描述）曲率半径R（R=1/C）,和银幕垂直方向母线的绝对高度H。目前对于环幕的描述标准尚不健全，故借用平面幕的一些概念。对于平面幕来说，银幕的“宽高比”是一个常用术语，例如1.37：1或16:9等，用来表征影像在银幕水平和垂直两方向的有效分布，该银幕的宽高比会直接影响观众的观看张角和视觉空间感受。在光学工程领域为了方便描述镜头特性或方便分析与研究，都假定镜头内存在相互垂直且相交于镜头光轴的两个虚拟平面——弧矢平面和子午平面。在弧矢和子午平面内且垂直于光轴的方向称为弧矢方向和子午方向，相应地，偏离弧矢和子午方向的其他方向则称为任意方向。放映/投影时，所用镜头的子午方向视场角对应银幕垂直方向的高度H，镜头的弧矢方向的视场角对应银幕水平方向的宽度W，数字放映/投影机的芯片或者叫靶面也和镜头具有二方向对应关系，就是说银幕和投影机芯片二者通过放映镜头构成一定对应映射关系，这个映射关系决定放映/投影过程的数字放映/投影机芯片的“光效转换效率”或称“像素转换效率”，该“转换效率”一般可用芯片面积的比值来近似体现，即，镜头所能投射到银幕上的芯片区域面积和芯片的完整面积的比值。完善而科学的映射关系是在保证上述转换效率最大化的基础上，实现最佳的放映/投影效果。而对于环幕来说，银幕在水平方向存在曲率，“宽高比”概念已经不适合描述环幕，应该换为“视场比”来表示，即，环幕原点的中心法线和柱面的中心对称轴的交点相对环幕的两个方向形成的张角，也称全视场角的比值，即，水平方向全视场角度 和垂直方向全视场角度的比值。因为视场角度的比值影响着观众的视觉空间感受，后面将以“视场比”这个概念来描述环幕上影像的空间分布。当放映/投影镜头位于环幕原点的中心法线和柱面的中心对称轴相交的交点处或附近时，所用镜头的最大视场角也应分为弧矢方向和子午方向，并分别约等于和，单纯对于水平方向来说，镜头的使用和在球幕等距放映/投影中的情况一致，即镜头的弧矢方向最大视场角等于环幕水平向曲面圆环的圆心角；而对于垂直方向则和正常投影平面幕情况相同，镜头的子午方向最大视场角为，由公式决定。目前工程实践中可见到的环幕放映/投影应用中环幕圆心角范围一般在70°~360°，观众置身环幕影像之中，可以体会到极其震撼的立体感、沉浸感和现场感。 

一般来讲，放映/投影镜头的光学性能由光学结构决定，光学结构主要由各种透镜、反射镜和各种光阑组成，根据透镜上光学工作面的类型特点，例如，标准球面、椭球面、抛物面、圆锥面、双二次曲面、偶次非球面、奇次非球面等，可对透镜进一步限定和命名，双二次曲面透镜通常用来构造子午和弧矢方向性能差异化的光学结构，以实现镜头各向异性的特殊性能，而柱面透镜是双二次曲面透镜中最简单的形式，且加工工艺较为成熟，通常被优先选用。