基于二向异性鱼眼镜头的环幕放映／投影系统单元

摘要

本发明公开了一种基于二向异性鱼眼镜头的环幕放映／投影系统单元，包括环幕放映／投影功能单元和环幕投射片源制作单元，其中所用放映/投影镜头为创新的可实现特定物-像映射关系的二向异性鱼眼镜头。利用该类镜头构建功能单元，在较高像素转换效率前提下，单台放映/投影机可实现对最大190°圆心角、最大10:1视场比的环幕进行高效放映/投影。通过功能单元的组合，可满足投射不同视场比环幕的放映/投影需求，结合使用成熟的画面融合拼接技术，可在圆心角360°的整环幕上投射出完美画面。简化了环幕影像工程中配置，降低了工程中安装调试、后期维护难度，提高了系统可靠性。可适用于影院、展览展示厅，更可用于构造小型桌上显示系统。

主权项

一种基于二向异性鱼眼镜头的环幕放映/投影系统单元，包括环幕放映/投影功能单元和环幕投射片源制作单元；其中：环幕放映/投影功能单元，包括环幕、数字放映/投影机、放映/投影镜头、播放器；所述的环幕是一幅具有一定圆心角度和幕高的标准环形或类似环形的双二次曲面面型银幕作为接收放映/投影机光信号的载体，环幕相对数字放映/投影机，或者相对镜头的最佳工作位置使镜头的出瞳位于环幕原点的中心法线和环幕柱面中心对称轴的交点处或是附近，经过环幕原点的中心法线与镜头光轴重合；所述的数字放映/投影机是一台满足环幕照度和像素要求、能把数字视频文件转换成可见光信号，投射到环幕上形成完美影像的数字放映/投影机；所述的放映/投影镜头是一只光学性能和数字放映/投影机光引擎及芯片完全匹配、能建立特定幕方和芯片方映射关系的二向异性鱼眼镜头，幕方和芯片方映射关系取决于环幕的空间尺寸和数字放映/投影机芯片的尺寸，二向异性鱼眼镜头内含有若干球面透镜和若干双二次曲面透镜，透镜数量和分布由镜头的性能要求决定，所述双二次曲面透镜是柱面透镜，该柱面透镜的柱面中心母线分别位于弧矢和子午平面内，按柱面中心母线所处平面的不同，使其所述的柱面透镜分为弧矢柱面透镜组和子午柱面透镜组，两组柱面透镜组在弧矢和子午方向可等效为两个等效透镜来处理，两个等效透镜的光焦度不同，使两个等效透镜的光学主面之间存在一定间隔，使子午和弧矢柱面透镜组处在镜头孔径光阑、距离环幕更近的相同一侧，与另外一侧相比较空间长度尺寸更大；所述镜头在偏离弧矢和子午方向的任意方向，焦距值不同、成像规律不同，而像面距或光学后工作距相同，弧矢方向与子午方向具有极值焦距值，即：f′_s＜f′_r＜f′_t    (1)其中，f′_r、f′_s、f′_t分别为镜头在任意方向、弧矢方向、子午方向的焦距值，幕方任意一点采用矩形视场(ω_xn/2，ω_yn/2)表述，二向异性鱼眼镜头在弧矢和子午方向的最大视场角取决于环幕的空间尺寸，弧矢方向最大全视场角ω_x等于环幕柱面的圆心角，二向异性鱼眼镜头子午方向对应环幕中心母线方向，则镜头的子午方向最大全视场角ω_y和环幕尺寸关系如下：ω_y/2＝arctan(H/2R)    (2)其中，H为环幕母线垂直高度，R为环幕的柱面曲率半径；所述二向异性鱼眼镜头成像原理在弧矢和子午两方向不同，在镜头的弧矢方向，引入大畸变，镜头的像高、焦距、弧度制的工作视场角及畸变调节系数k(0.5＜k＜1)满足下式：y_sn＝‑kf′_s(ω_xn/π360)    (3)其中，y_sn为镜头弧失方向在任意工作视场角(ω_xn/2，0)处所对应的像高，最大像高y_s由采用的数字放映/投影机的芯片宽度尺寸决定，并对应最大工作视场角ω_x/2，f′_s为镜头中包括球面透镜和弧矢向有效柱面透镜组的弧矢向焦距；在镜头子午方向，对应环幕中心母线方向和数字放映/投影机芯片的高度方向，选取理想成像的零畸变或小畸变规律，即像高、焦距、工作视场角之间关系满足下式：y_tn＝‑f′_ttan(ω_yn/2)    (4)其中,y_tn是镜头子午方向在任意工作视场(0，ω_yn/2)所对应的像高，最大像高y_t由所采用的数字放映/投影机的芯片高度尺寸决定并对应最大工作视场角ω_y/2，f′_t是镜头中包括球面透镜和子午向有效柱面镜组的子午向焦距；镜头在弧矢和子午方向焦距满足关系：f′_s＝f′_t‑d+d_s/n_s    (5)其中，d是分别处于两个方向的所有有效镜组和透镜的等效透镜的主面间隔，d_s是弧矢方向所有有效镜组和透镜的等效透镜的光学厚度，n_s是弧矢方向所有有效镜组和透镜的等效透镜的折射率；所述的播放器是一台与数字放映/投影机建立数字信号连接并输入相符数字格式音视频信号的影音播放器；环幕投射片源制作单元，包括用二向异性鱼眼镜头现场拍摄获取方式，和用非线性编辑软件针对常规数字格式素材的视频或图像文件进行变形处理的获取方式。