УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ШИРОКОФОРМАТНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
DEVICE FOR PRODUCTION OF WIDE-FORMAT IMAGE

Изобретение относится к системам воспроизведения телевизионного изображения, а также к системам компьютерной техники, а более конкретно - к технике цветной видеопроекции.
В основе любого лазерного проектора двумерного изображения лежит принцип построчной (попиксельно) прорисовки изображения. Для создания устойчивого изображения, которое способен воспринять человеческий глаз, необходимо прорисовывать кадры с частотой не менее 18 Гц. Для этого необходимо отклонять лазерный луч в вертикальной и горизонтальной плоскостях и, путем управления модуляцией лазерного луча, покадрово прорисовывать изображение.
Для получения качественного широкоформатного изображения необходимо обеспечить высокую скорость отклонения лазерного луча на значительный угол.
Из уровня техники известно решение, описанное в патенте US 2014/0293139, МПК H04N 9/31, G03B 21/20, 2014.10.02, в котором используется микроэлектромеханическая система (в зарубежной литературе используется аббревиатура MEMS), в основе которой лежит деформирование кремниевой пластины, которая, почти идеально, подчиняется закону Гука.
Недостатком известного решения является то, что при достаточно высокой скорости перемещений отражающей поверхности угол, на который она может быть отклонена, очень мал (порядка нескольких градусов).
Так же известно техническое решение из патента РФ №2464603, МПК G02B 26/10, 2012.10.20, в котором для увеличения угла отклонения применяются оптические системы из нескольких линз, что позволяет достичь величин углов отклонения порядка десятка градусов.
Недостатком данного устройства является то, что использование его для получения широкоформатного изображения затруднено.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для получения широкоформатного изображения, содержащее видеопроцессор, управляющий драйверами RGB лазеров, плоское зеркало (Электронные устройства полиграфического оборудования: ч. 2. Лазеры в полиграфии: Учебное пособие / Под ред. А.С. Сидорова М.: Изд-во МГУП, 2001, 284 с.). В известном решении для отклонения луча в горизонтальной плоскости используется многогранное зеркало, а для отклонения луча в вертикальной плоскости - плоское зеркало, форма и количество граней которых зависит от параметров формируемого изображения.
В известном устройстве используется механическая развертка изображения, позволяющая отклонять лазерный луч на большие углы. При всей простоте использования механически отклоняемых зеркал в известном техническом решении имеются следующие недостатки: затруднена взаимная синхронизация вертикальной и горизонтальной разверток, возникновение нелинейных геометрических искажений формируемого изображения, а также высокая сложность технологического изготовления многогранных зеркал.
Заявляемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков.
Техническим результатом является улучшение качественных характеристик изображений за счет устранения геометрических искажений формируемого изображения, снижение стоимости изготовления за счет замещения многогранного зеркала, отклоняющего лазерный луч в вертикальной плоскости, на плоское зеркало.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для получения широкоформатного изображения, содержащем видеопроцессор, управляющий драйверами RGB лазеров, плоское зеркало, нелинейные искажения, возникающие при построчной прорисовке изображения в вертикальной плоскости, устраняются синхронизацией нелинейного перемещения плоского зеркала шаговым или гальводвигателем, а искажения в горизонтальной плоскости устраняются путем изменения яркости и времени засветки пикселей в зависимости от их положения в строке.
Изобретение поясняется следующими графическими материалами:
на фиг. 1 изображен график изменения ширины пикселя в зависимости от его положения в строке;
на фиг. 2 изображен график зависимости времени включения лазера от положения пикселя в строке;
на фиг. 3 изображен график зависимости мощности свечения пикселя в зависимости от положения пикселя в строке;
на фиг. 4 изображен график изменения угла поворота зеркала в зависимости от номера строки;
на фиг. 5 изображена структурная схема устройства для получения широкоформатного изображения.
При формировании плоского двумерного изображения в горизонтальной и вертикальной плоскостях образуются геометрические искажения изображения. На фиг. 1 можно увидеть изменение ширины пикселя в зависимости от его положения в строке, для сравнения показаны два ряда пикселей: первый - без искажений (желаемый), а второй - с искажениями. Как видно из фиг. 1, ширина пикселя меняется в зависимости от его положения в строке. Для устранения этих искажений в системе используется модуляция включения лазера.
На фиг. 2 изображен график возможной зависимости времени включения лазера от положения пикселя в строке. Для удобства центр графика имеет нулевой отсчет.
При таком подходе время свечения пикселей в начале и конце строки будет различаться, а следовательно, и яркость пикселей будет разной. Для выравнивания яркости изображения, кроме модуляции времени включения пикселя, модулируется и мощность свечения лазера.
На фиг. 3 показан возможный график зависимости мощности свечения пикселя в зависимости от положения пикселя в строке.
Таким образом, при формировании изображения формируется длительность и яркость свечения импульса в зависимости от положения пикселя в строке, что приводит к устранению искажений изображения в горизонтальной плоскости.
Вертикальная развертка предназначена для отклонения лазерного луча в вертикальной плоскости. В качестве материала для отклонения лазерного луча используется плоское зеркало. В зависимости от места размещения лазерного проектора относительно плоскости, на которой формируется изображение, возникают различные геометрические искажения. Так, например, при размещении проектора в центре экрана, искажения формируемого изображения будут аналогичны искажениям в горизонтальной плоскости.
Для устранения искажений в вертикальной плоскости механизмы, используемые в горизонтальной развертке, не подходят. Ввиду того, что скорость вращения в горизонтальной плоскости постоянна и не может быть оперативно изменена, то и время прорисовки строки постоянно. В качестве привода движения отражающего плоского зеркала используется шаговый или гальводвигатель. При формировании изображения обеим разверткам требуется время для достижения углов отражающих поверхностей. Иногда применяют такое понятие, как «мертвое время» - это время, в течение которого системы бездействует. В нашем случае - не формируется изображение. В зависимости от геометрии взаимного расположения отражающих поверхностей «мертвое время» может достигать до 30% от полного времени прорисовки строки. Поэтому перемещение плоского зеркала происходит за величину «мертвого времени» на угол, определяющий положение следующей для рисования строки.
На фиг. 4 показан график изменения угла поворота зеркала в зависимости от номера строки.
Принцип действия устройства основан на управляемом отклонении лазерного луча от светоотражающих поверхностей многогранного и плоского зеркала в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Для формирования цветного изображения используется три цветовых канала.
На фиг. 5 изображена структурная схема устройства, которое работает следующим образом.
Блок коммуникаций и управления 1 считывает информацию из внутреннего источника хранения изображения (блок приема сообщений 2), производит запись данных во внутреннюю память видеопроцессора 3. Блоки управления вертикальной 4 и горизонтальной 5 разверток формируют импульсы синхронизации изображения, поступающие в видеопроцессор 3. При поступлении сигнала разрешения работы устройства видеопроцессор 3 формирует аналоговый сигнал для драйверов лазеров 6, который ими усиливается. В процессе формирования изображения блок гамма-коррекции 7 отслеживает мощность излучения лазеров 8 и корректирует ее. При поступлении нового изображения по каналам внешней связи (блок приема сообщений 2), блок коммуникаций и управления 1 перезаписывает внутреннюю память видеопроцессора 3 и цикл воспроизведения повторяется.
Блоки, входящие в состав прибора, работают следующим образом.
Блок приема сообщений 2 поддерживает устойчивую связь с внешним сервером по каналам беспроводной связи. Блок приема сообщений 2 имеет Wi-Fi и GSM модули приема и передачи информации.
Блок коммуникаций и управления 1 управляет работой системы, а также осуществляет первичную подготовку данных для видеопроцессора 3. Блок коммуникаций и управления 1 принимает, обрабатывает и исполняет коммуникационные сообщения от внешнего сервера связи - блока приема сообщений 2; подготавливает первичные данные для формирования изображения видеопроцессором 3; следит за исправной работой внутренних блоков устройства; принимает решение о приостановке работы устройства для самотестирования при обнаружении аварийных режимов работы, а также для очистки защитного стекла. Все блоки в отношении к блоку коммуникаций и управления 1 являются подчиненными.
Видеопроцессор 3 формирует видеосигнал и корректирует нелинейные искажения формируемого изображения. Видеопроцессор 3 осуществляет прием и обработку видеоинформации от блока коммуникаций и управления 1; формирует сигнал для трех цветовых каналов; изменяет мощность лазеров в зависимости от внешнего освещения; устраняет нелинейность формируемого изображения; обрабатывает данные от блока гамма-коррекции 7; оперативно вносит изменения в формируемый видеосигнал.
Драйвер лазера 6 поддерживает устойчивую работу лазерного диода. Драйвер лазера 6 преобразует входное аналоговое напряжение в управляющий ток, а также ограничивает максимально допустимый ток лазера 8.
Блок гамма-коррекции 6 измеряет мощность лазера 8 и передает корректирующую информацию в видеопроцессор 3. Блок гамма-коррекции 6 измеряет мощность лазерного излучения в каждом канале; измеряет внешнюю освещенность; измеряет остаточный ресурс работы лазеров 8; рассчитывает информацию для корректирования выходной мощности сигнала видеопроцессора 3; передает в видеопроцессор 3 расчетные данные.
Блок термостабилизации лазеров 9 поддерживает требуемую температуру в каждом канале лазеров 8. Блок термостабилизации лазеров 9 следит за безаварийной работой лазера 8, информацию о которой направляет в блок контроля аварийной работы устройства 10. Блок внутренней термостабилизации 11 контролирует и поддерживает внутренний климат устройства. Блок внутренней термостабилизации 11 автономен, температура работы блока внутренней термостабилизации 11 не фиксирована и лежит в диапазоне от +10 до +40°С. Контроль работы блока внутренней термостабилизации 11 осуществляется блоком контроля аварийной работы устройства 10.
Блок управления вертикальной разверткой 4 формирует сигнал управления скоростью вращения плоского зеркала и синхронизирует скорости вращения вертикальной развертки со скоростью вращения горизонтальной развертки. Блок управления вертикальной разверткой 4 получает синхроимпульсы от блока горизонтальной развертки 5; в зависимости от интенсивности поступающих синхроимпульсов формирует сигнал управления скоростью вращения плоского зеркала; вырабатывает синхроимпульсы для видеопроцессора 3.
Блок управления горизонтальной разверткой 5 формирует сигнал управления скоростью вращения многогранного зеркала. Блок управления горизонтальной разверткой 5 формирует сигналы синхронизации вертикальной развертки. Работа блоков вертикальной и горизонтальной разверток автономна, жестко фиксирована и не изменяется в процессе работы устройства.
Устройство для получения широкоформатного изображения имеет блок питания 12 и блок очистки стекла 13.
Заявленное устройство позволяет значительно улучшить качественные характеристики получаемого широкоформатного изображений за счет устранения геометрических искажений формируемого изображения. За счет замещения дорогостоящего многогранного зеркала, отклоняющего лазерный луч в вертикальной плоскости, на плоское зеркало, снижается стоимость изготовления.