投影机及投影方法与流程

1.本发明关于一种投影机及投影方法，尤指一种适用于高解析度与高影像帧率的投影机及投影方法。


背景技术：

2.现有一般而言，投影机主要分为液晶显示(liquid crystal display，lcd)投影机以及数位光处理(digital light processing，dlp)投影机。由于dlp投影机具备高对比度、小尺寸、影像锐利等优点，dlp投影机的应用也愈来愈广泛。随着使用者对于影像品质的要求愈来愈高，dlp投影机的解析度与影像帧率也不断提升。目前，由于硬体架构的限制，具有高解析度(例如，4k)的dlp投影机大多无法支持高于120hz的影像帧率，使得具有高解析度的dlp投影机的应用受到限制。


技术实现要素：

3.本发明的目的之一在于提供一种适用于高解析度与高影像帧率的投影机及投影方法，以解决上述问题。
4.根据一实施例，本发明的投影机包含影像转换模组、处理模组以及成像模组。影像转换模组接收具有第一帧率的原始影像序列。影像转换模组每秒于原始影像序列插入多张增补影像，以输出具有第二帧率的增补影像序列，其中第二帧率大于第一帧率。处理模组耦接于影像转换模组。处理模组自影像转换模组接收增补影像序列。处理模组忽略多张增补影像，且处理并输出原始影像序列。成像模组耦接于处理模组。成像模组自处理模组接收原始影像序列，且以第一帧率输出原始影像序列。
5.于另一实施例中，该原始影像序列的同步讯号具有第一极性，该影像转换模组将该多张增补影像的同步讯号设定为第二极性，该第二极性与该第一极性相异，该多张增补影像包含至少一预定影像，每一该预定影像具有预定图样，每一该增补影像于该增补影像序列中的输出顺序对应一权重，该处理模组根据该第二极性与该预定图样自该增补影像序列中辨识出该至少一预定影像，且根据该至少一预定影像的该权重得到该多张增补影像的数量，该处理模组根据该第二帧率与该多张增补影像的数量将该成像模组的输出帧率设定为该第一帧率。
6.于另一实施例中，该原始影像序列的同步讯号具有第一极性，该影像转换模组将该多张增补影像的同步讯号设定为第二极性，该第二极性与该第一极性相异，该处理模组根据该第二极性自该增补影像序列中辨识出该多张增补影像，以得到该多张增补影像的数量，该处理模组根据该第二帧率与该多张增补影像的数量将该成像模组的输出帧率设定为该第一帧率。
7.于另一实施例中，该影像转换模组在接收该原始影像序列后通知该处理模组该原始影像序列的该第一帧率，且该处理模组将该成像模组的输出帧率设定为该第一帧率。
8.于另一实施例中，还包含光转换模组，该光转换模组相对该成像模组设置，其中该
光转换模组包含多个光转换群组，每一该光转换群组包含多个光转换区。
9.根据另一实施例，本发明的投影方法包含下列步骤：由影像转换模组接收具有第一帧率的原始影像序列；由影像转换模组每秒于原始影像序列插入多张增补影像，以输出具有第二帧率的增补影像序列，其中第二帧率大于第一帧率；由处理模组自影像转换模组接收增补影像序列；由处理模组忽略多张增补影像，且处理并输出原始影像序列；由成像模组自处理模组接收原始影像序列；以及由成像模组以第一帧率输出原始影像序列。
10.于另一实施例中，该原始影像序列的同步讯号具有第一极性，该影像转换模组将该多张增补影像的同步讯号设定为第二极性，该第二极性与该第一极性相异，该多张增补影像包含至少一预定影像，每一该预定影像具有预定图样，每一该增补影像于该增补影像序列中的输出顺序对应权重，该投影方法另包含下列步骤：由该处理模组根据该第二极性与该预定图样自该增补影像序列中辨识出该至少一预定影像；由该处理模组根据该至少一预定影像的该权重得到该多张增补影像的数量；以及由该处理模组根据该第二帧率与该多张增补影像的数量将该成像模组的输出帧率设定为该第一帧率。
11.于另一实施例中，该原始影像序列的同步讯号具有第一极性，该影像转换模组将该多张增补影像的同步讯号设定为第二极性，该第二极性与该第一极性相异，该投影方法另包含下列步骤：由该处理模组根据该第二极性自该增补影像序列中辨识出该多张增补影像，以得到该多张增补影像的数量；以及由该处理模组根据该第二帧率与该多张增补影像的数量将该成像模组的输出帧率设定为该第一帧率。
12.于另一实施例中，还包含下列步骤：由该影像转换模组在接收该原始影像序列后通知该处理模组该原始影像序列的该第一帧率；以及由该处理模组将该成像模组之输出帧率设定为该第一帧率。
13.于另一实施例中，还包含下列步骤：由光转换模组输出影像至该成像模组，其中该光转换模组相对该成像模组设置，该光转换模组包含多个光转换群组，每一该光转换群组包含多个光转换区。
14.综上所述，当处理模组无法支持具有第一帧率的原始影像序列时，影像转换模组会先以增补影像将具有第一帧率的原始影像序列升频为处理模组可支持的具有第二帧率之增补影像序列。在接收增补影像序列后，处理模组会忽略增补影像(亦即，不处理且不输出增补影像)，而只处理并输出原始影像序列。藉此，成像模组即可以第一帧率输出原始影像序列。由于原始影像序列的输入帧率与输出帧率维持不变(亦即，原始影像序列的输入帧率与输出帧率皆为第一帧率)，因此，本发明可有效提升原始影像序列输出时的画面顺畅度。此外，投影机的光转换模组(例如，色轮或荧光轮)是由马达驱动而转动。本发明可进一步于光转换模组设置多个光转换群组，使得光转换模组转动一圈可完成多张影像的输出。因此，当原始影像序列的第一帧率过高时，本发明即可利用具有多个光转换群组的光转换模组来降低马达的转速，以避免马达转速过高而产生恼人的高噪音。
附图说明
15.图1为根据本发明一实施例的投影机的功能方块图。
16.图2为原始影像序列中的单张原始影像与单张增补影像的示意图。
17.图3为根据本发明另一实施例的光转换模组的示意图。
18.图4为以图3中的光转换模组输出影像的示意图。
19.图5为根据本发明另一实施例的投影机的功能方块图。
20.图6为根据本发明另一实施例的光转换模组的示意图。
21.图7为以图6中的光转换模组输出影像的示意图。
22.图8为根据本发明一实施例的投影方法的流程图。
具体实施方式
23.为使对本发明的目的、构造、特征及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
24.请参阅图1，图1为根据本发明一实施例的投影机1的功能方块图。如图1所示，投影机1包含影像转换模组10、处理模组12、成像模组14、光转换模组16、马达18、致动器20、光源22以及镜头模组24。一般而言，投影机1中还会设有运作时必要的软硬体元件，如输入/输出连接埠、应用程序、电路板、电源供应器、通讯模组等，视实际应用而定。
25.于此实施例中，影像转换模组10可为影像转换器(scaler)。处理模组12耦接于影像转换模组10。于此实施例中，处理模组12可包含现场可程式化逻辑闸阵列(field programmable gate array，fpga)120以及两数位光处理(digital light processing，dlp)晶片122a、122b。成像模组14耦接于处理模组12。于此实施例中，成像模组14可为数位微镜元件(digital micromirror device，dmd)。光转换模组16相对成像模组14设置，且光源22相对光转换模组16设置。于此实施例中，光源22可为汞灯或其它发光元件，且光转换模组16可为色轮。于此实施例中，光转换模组16可包含三光转换区r、g、b，但不以此为限。光转换模组16的光转换区的组成可根据实际应用而决定。于实际应用中，光转换区r、g、b可为红绿蓝滤光片。马达18耦接于光转换模组16，且用以驱动光转换模组16转动。致动器20耦接于成像模组14，且用以驱动成像模组14移动。镜头模组24相对成像模组14设置，且用以将来自成像模组14的光线投影成像。需说明的是，投影机1的成像原理为习知技艺之人所熟知，在此不再赘述。
26.于此实施例中，投影机1为具有高解析度(例如，4k)的dlp投影机。影像转换模组10用以接收外部输入影像，再将影像传送至现场可程式化逻辑闸阵列120。接着，现场可程式化逻辑闸阵列120将每一张影像划分为多张子影像(例如，二张或四张)，再将每一张子影像划分为半张左影像与半张右影像。接着，现场可程式化逻辑闸阵列120将半张左影像与半张右影像分别传送至两数位光处理晶片122a、122b。两数位光处理晶片122a、122b分别处理半张左影像与半张右影像，再将半张左影像与半张右影像的所有像素传送至成像模组14。若成像模组14的原生解析度为2712*1528或1920*1080，而非3840*2160，则投影机1需根据每一张子影像以致动器20移动成像模组14，进而产生具有4k解析度的影像。需说明的是，上述的影像处理可藉由像素移位技术(expanded pixel resolution，xpr)来达成，其中像素移位技术为习知技艺之人所熟知，在此不再赘述。
27.对于不同的影像帧率，现场可程式化逻辑闸阵列120、致动器20以及马达18之限制如下表1所示。需说明的是，表1仅列出目前较常使用的影像帧率，但本发明不以此为限。
28.表1
[0029][0030]
如表1所示，现场可程式化逻辑闸阵列120与致动器20无法支持144hz与165hz的影像帧率。此外，当影像帧率高于165hz时，马达18便难以支持且会产生恼人的高噪音。
[0031]
以下先以影像帧率为144hz来说明本发明的技术特点。
[0032]
当本发明的投影机1运作时，影像转换模组10先接收具有第一帧率的原始影像序列。接着，影像转换模组10每秒于原始影像序列插入多张增补影像，以输出具有第二帧率的增补影像序列，其中第二帧率大于第一帧率。于此实施例中，假设第一帧率为144hz。由于现场可程式化逻辑闸阵列120无法支持144hz的影像帧率，因此，影像转换模组10可每秒于原始影像序列插入56张增补影像，以输出具有第二帧率为200hz的增补影像序列。于此实施例中，影像转换模组10可将增补影像依序且平均地插补于原始影像序列中。藉此，影像转换模组10即可将原始影像序列的第一帧率144hz升频为现场可程式化逻辑闸阵列120可处理的增补影像序列的第二帧率200hz。
[0033]
接着，处理模组12的现场可程式化逻辑闸阵列120自影像转换模组10接收增补影像序列，其中现场可程式化逻辑闸阵列120会根据上述方式处理增补影像序列，再将增补影像序列传送至数位光处理晶片122a、122b。接着，处理模组12的数位光处理晶片122a、122b会忽略多张增补影像(亦即，不处理且不输出增补影像)，且处理并输出原始影像序列。
[0034]
请参阅图2，图2为原始影像序列中的单张原始影像与单张增补影像的示意图。如图2所示，原始影像序列的每一张原始影像的同步讯号可具有第一极性。此外，在产生多张增补影像时，影像转换模组10可将每一张增补影像的同步讯号设定为第二极性，其中第二极性与第一极性相异。于此实施例中，第二极性与第一极性相反。此外，上述的同步讯号可为水平同步讯号hsync、垂直同步讯号vsync或其组合，视实际应用而定。因此，处理模组12的数位光处理晶片122a、122b可根据同步讯号的第一极性与第二极性自增补影像序列中辨识出增补影像。在辨识出增补影像后，数位光处理晶片122a、122b即会忽略增补影像(亦即，不处理且不输出增补影像)，而只处理并输出原始影像序列。藉此，数位光处理晶片122a、122b即可将增补影像序列的第二帧率200hz降频为原始影像序列的第一帧率144hz。
[0035]
此外，多张增补影像可包含至少一预定影像，且每一个预定影像可具有预定图样。举例而言，影像转换模组10可以全白图样与全黑图样来产生多张增补影像，其中可以全黑图样作为上述的预定图样。因此，具有全黑图样的增补影像即为上述的预定影像。于此实施例中，每一张增补影像于增补影像序列中的输出顺序对应权重，其中权重可以2的乘幂来表
示，如下表2所示。
[0036]
表2
[0037][0038][0039]
因此，处理模组12的数位光处理晶片122a、122b可根据上述的第二极性与预定图样自增补影像序列中辨识出至少一预定影像，且根据至少一预定影像的权重得到多张增补影像的数量。如表2所示，数位光处理晶片122a、122b可根据上述的第二极性与预定图样(亦即，全黑图样)自增补影像序列中辨识出3张预定影像，亦即增补影像序列中的第4张至第6张增补影像。接着，数位光处理晶片122a、122b即可根据第4张至第6张增补影像的权重得到多张增补影像的数量(亦即，23 24 25＝56)。
[0040]
于此实施例中，处理模组12的数位光处理晶片122a可作为主要的处理晶片。因此，在得到多张增补影像的数量后，处理模组12的数位光处理晶片122a即可根据增补影像序列的第二帧率与多张增补影像的数量将成像模组14的输出帧率设定为第一帧率(亦即，200-(23 24 25)＝144hz)。因此，当成像模组14自处理模组12的数位光处理晶片122a、122b接收原始影像序列时，成像模组14即会以第一帧率144hz输出原始影像序列。此外，数位光处理
晶片122a可将马达18的转速设定为1倍速，以避免马达18的转速过高。由于原始影像序列的输入帧率与输出帧率维持不变(亦即，原始影像序列的输入帧率与输出帧率皆为第一帧率)，因此，本发明可有效提升原始影像序列输出时的画面顺畅度。同理，当原始影像序列的输入帧率(亦即，第一帧率)介于100hz至150hz时，本发明皆可以上述方式使原始影像序列的输入帧率与输出帧率维持不变。
[0041]
于另一实施例中，影像转换模组10可每秒于原始影像序列插入96张增补影像，以输出具有第二帧率为240hz的增补影像序列。此时，增补影像的输出顺序与权重的对应关系如下表3所示。
[0042]
表3
[0043][0044][0045]
因此，如表3所示，数位光处理晶片122a、122b可根据上述的第二极性与预定图样
(亦即，全黑图样)自增补影像序列中辨识出2张预定影像，亦即增补影像序列中的第6张至第7张增补影像。接着，数位光处理晶片122a、122b即可根据第6张至第7张增补影像的权重得到多张增补影像的数量(亦即，25 26＝96)。在得到多张增补影像的数量后，处理模组12的数位光处理晶片122a即可根据增补影像序列额第二帧率与多张增补影像的数量将成像模组14的输出帧率设定为第一帧率(亦即，240-(25 26)＝144hz)。
[0046]
进一步来说，由于增补影像是由影像转换模组10产生，影像转换模组10已知增补影像的数量。因此，影像转换模组10可根据增补影像的数量与对应的权重安排具有预定图样的增补影像(亦即，上述的预定影像)的输出顺序。藉此，处理模组12即可根据上述的第二极性与预定图样自增补影像序列中辨识出预定影像，且根据预定影像的权重得到增补影像的数量。
[0047]
于另一实施例中，处理模组12的数位光处理晶片122a、122b亦可根据上述的第二极性自增补影像序列中辨识出所有的增补影像，以得到多张增补影像的数量。接着，处理模组12的数位光处理晶片122a再根据第二帧率与多张增补影像的数量将成像模组14的输出帧率设定为第一帧率。因此，在产生增补影像时，影像转换模组10不需设定上述的预定影像与权重。
[0048]
于另一实施例中，影像转换模组10可藉由电路与处理模组12的数位光处理晶片122a形成通讯。因此，影像转换模组10在接收原始影像序列后可直接通知处理模组12的数位光处理晶片122a原始影像序列的第一帧率。此时，处理模组12的数位光处理晶片122a即可将成像模组14的输出帧率设定为第一帧率。因此，在产生增补影像时，影像转换模组10不需设定上述的预定影像与权重。
[0049]
请参阅图3以及图4，图3为根据本发明另一实施例的光转换模组16'的示意图，图4为以图3中的光转换模组16'输出影像的示意图。
[0050]
于另一实施例中，当原始影像序列的输入帧率(亦即，第一帧率)为200hz或240hz时，即使将马达18的转速设定为1倍速，也无法将马达18的输出频率设定在200hz或240hz以下。因此，如图3所示，本发明的光转换模组16'可包含多个光转换群组，且每一个光转换群组包含多个光转换区。于此实施例中，光转换模组16'可包含两个光转换群组160、162，其中光转换群组160可包含三个光转换区r1、g1、b1，且光转换群组162可包含三个光转换区r2、g2、b2。
[0051]
图1中的光转换模组16可以图3中的光转换模组16'替换。当马达18驱动光转换模组16'转动一圈时，光转换模组16'的两个光转换群组160、162可完成两张影像输出，如图4所示。因此，当原始影像序列的输入帧率(亦即，第一帧率)为240hz时，马达18的输出频率即可降为120hz，以避免马达18转速过高而产生恼人的高噪音。需说明的是，光转换模组16'的光转换群组的数量可根据所需的影像帧率来决定。
[0052]
于另一实施例中，当原始影像序列的输入帧率(亦即，第一帧率)高于150hz且低于200hz时，本发明可同时利用增补影像与具有多个光转换群组的光转换模组来克服硬体架构的限制。举例而言，当原始影像序列的输入帧率(亦即，第一帧率)为y hz时(150<y<200)，影像转换模组10可先根据上述方式将原始影像序列的输入帧率(亦即，第一帧率)升频为200hz。此外，数位光处理晶片122a、122b亦可根据上述方式将200hz降频为y hz。于此实施例中，上述的光转换模组可包含三个光转换群组。因此，当马达18驱动光转换模组转动一圈
时，光转换模组的三个光转换群组可完成三张影像输出。此时，可将马达18的转速设定为2/3倍速，使得光转换模组的转速落在100hz至133hz之间。同理，若原始影像序列的输入帧率(亦即，第一帧率)高于200hz且低于240hz，本发明的光转换模组可包含两个光转换群组，且将马达18的转速设定为1/2倍速。此时，光转换模组的转速即会落在100hz至120hz之间。
[0053]
请参阅图5，图5为根据本发明另一实施例的投影机1'的功能方块图。投影机1'与上述的投影机1的主要不同之处在于，投影机1'的光源22可为激光，且投影机1'的光转换模组16可为荧光轮。于此实施例中，光转换模组16可包含两光转换区b、y，但不以此为限。光转换模组16的光转换区的组成可根据实际应用而决定。于实际应用中，光转换区b可直接反射蓝光光源发出的光线，且光转换区y可设有黄色荧光粉。此外，投影机1'包含两成像模组14a、14b以及两致动器20a、20b。致动器20a、20b分别耦接于成像模组14a、14b，且用以驱动成像模组14a、14b移动。需说明的是，图5中与图1中所示相同标号的元件，其作用原理大致相同，在此不再赘述。
[0054]
此外，投影机1'中还设置有分光元件以及反射镜(未绘示于图中)，使得蓝光与绿光可传递至成像模组14a，且红光可传递至成像模组14b。需说明的是，分光元件以及反射镜的作用原理系为习知技艺之人所熟知，在此不再赘述。上述关于投影机1的作用原理亦适用于投影机1'，在此亦不再赘述。
[0055]
请参阅图6以及图7，图6为根据本发明另一实施例的光转换模组16
″
的示意图，图7为以图6中的光转换模组16
″
输出影像的示意图。
[0056]
如图6所示，光转换模组16
″
可包含两个光转换群组160、162，其中光转换群组160可包含两个光转换区b1、y1，且光转换群组162可包含两个光转换区b2、y2。图5中的光转换模组16可以图6中的光转换模组16
″
替换。当马达18驱动光转换模组16
″
转动一圈时，光转换模组16
″
的两个光转换群组160、162可完成两张影像输出，如图7所示。因此，当原始影像序列的输入帧率(亦即，第一帧率)为240hz时，马达18的输出频率即可降为120hz，以避免马达18转速过高而产生恼人的高噪音。需说明的是，光转换模组16
″
的光转换群组的数量可根据所需的影像帧率来决定。
[0057]
请参阅图8，图8为根据本发明一实施例的投影方法的流程图。图8中的投影方法适用于图1中的投影机1与图5中的投影机1'。首先，执行步骤s10，由影像转换模组10接收具有第一帧率的原始影像序列。接着，执行步骤s12，由影像转换模组10每秒于原始影像序列插入多张增补影像，以输出具有第二帧率的增补影像序列。接着，执行步骤s14，由处理模组12自影像转换模组10接收增补影像序列。接着，执行步骤s16，由处理模组12忽略多张增补影像，且处理并输出原始影像序列。接着，执行步骤s18，由成像模组14自处理模组12接收原始影像序列。接着，执行步骤s20，由成像模组14以第一帧率输出原始影像序列。
[0058]
另外，在本发明投影方法的实施例中，处理模组有多种不同的方法确认出原始影像序列的第一帧率。
[0059]
在一实施例中，该原始影像序列的同步讯号具有第一极性，该影像转换模组将该多张增补影像的同步讯号设定为第二极性，该第二极性与该第一极性相异，该多张增补影像包含至少一预定影像，每一该预定影像具有预定图样，每一该增补影像于该增补影像序列中的输出顺序对应权重，该投影方法另包含下列步骤：由该处理模组根据该第二极性与该预定图样自该增补影像序列中辨识出该至少一预定影像；由该处理模组根据该至少一预
定影像的该权重得到该多张增补影像的数量；以及由该处理模组根据该第二帧率与该多张增补影像的数量将该成像模组的输出帧率设定为该第一帧率。
[0060]
在另一实施例中，该原始影像序列的同步讯号具有第一极性，该影像转换模组将该多张增补影像的同步讯号设定为第二极性，该第二极性与该第一极性相异，该投影方法另包含下列步骤：由该处理模组根据该第二极性自该增补影像序列中辨识出该多张增补影像，以得到该多张增补影像的数量；以及由该处理模组根据该第二帧率与该多张增补影像的数量将该成像模组的输出帧率设定为该第一帧率。
[0061]
在另一实施例中，确认出原始影像序列的第一帧率的方法包含下列步骤：由该影像转换模组在接收该原始影像序列后通知该处理模组该原始影像序列的该第一帧率；由该处理模组将该成像模组之输出帧率设定为该第一帧率。
[0062]
需说明的是，本发明的投影方法的详细实施例如上所述，在此不再赘述。此外，本发明的投影方法的控制逻辑中的各个部分或功能皆可通过软硬体的组合来实现，具体可结合图1至图7所述的投影机架构以及对应的上述各实施例描述，在此不再赘述。
[0063]
综上所述，当处理模组无法支持具有第一帧率的原始影像序列时，影像转换模组会先以增补影像将具有第一帧率的原始影像序列升频为处理模组可支持的具有第二帧率的增补影像序列。在接收增补影像序列后，处理模组会忽略增补影像(亦即，不处理且不输出增补影像)，而只处理并输出原始影像序列。藉此，成像模组即可以第一帧率输出原始影像序列。由于原始影像序列的输入帧率与输出帧率维持不变(亦即，原始影像序列的输入帧率与输出帧率皆为第一帧率)，因此，本发明可有效提升原始影像序列输出时的画面顺畅度。此外，投影机的光转换模组(例如，色轮或荧光轮)由马达驱动而转动。本发明可进一步于光转换模组设置多个光转换群组，使得光转换模组转动一圈可完成多张影像的输出。因此，当原始影像序列的第一帧率过高时，本发明即可利用具有多个光转换群组的光转换模组来降低马达的转速，以避免马达转速过高而产生恼人的高噪音。
[0064]
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。