高明度投影系统和方法技术方案

一种混合投影仪架构将转向光与非转向光组合。在一些实施方式中，转向光是窄带光而非转向光是宽带光。可以基于亮度水平来确定转向光与非转向光之间的划分。例如，非转向光会贡献大比例的上至阈值的亮度水平的光。随着亮度值上升超过阈值，转向光会贡献增加比例的光。

High visibility projection system and method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高明度投影系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年5月12日提交的美国申请第62/505827号的优先权。出于美国的目的，本申请要求2017年5月12日提交的并且题为“HIGHBRIGHTNESSPROJECTIONSYSTEMSANDMETHODS”的美国申请第62/505827号在35U.S.C.§119下的权益，该美国申请出于所有目的在此通过引用并入本文。
本专利技术涉及数字图像投影仪例如影片投影仪。
技术介绍
期望能够为观看者提供更真实和/或更吸引人的观看体验的投影仪。提供投影的高动态范围(highdynamicrange，HDR)图像可以改善观看体验。提供高的最大明度也可以改善观看体验。然而，即使是目前可用的最先进的影片投影仪也缺乏场景内对比度和更重要的高峰值亮度，这两者都是使图像看起来真实的重要的感知属性。尽管来自该领域的各种研究概念已经进入商业显示产品，但是大屏幕投影仪主要地从计算显示的实际创新中形成。为了获得真实的图像外观，可以说显示系统的最重要的视觉特性是可以显示的光水平和颜色的范围和数目。遗憾的是，在投影仪中显著地增加该范围是非常昂贵的，因为峰值亮度与显示功率和光源成本成线性比例，而亮度值的明度感知是接近对数的。在一些电影院中，投影的光分布在大屏幕上方。即使在投影仪具有高的光输出的情况下，由于大屏幕面积，最大可实现的明度(全屏白色)可能也不很亮。
技术实现思路
其他方面和示例实施方式在附图中示出和/或在以下的描述中描述。附图说明附图示出了本专利技术的非限制性示例实施方式。图1：在对数刻度上将标准化的影片SDR(StandardDynamicRange)亮度范围(黄色)与可以利用光转向投影仪架构实现的HDR亮度范围(绿色)的示例进行比较以可视化近似感知的明度效果。图2：将具有变化平均亮度的测试图案的理论转向效率和测量转向效率与使用振幅调制来形成图像的传统投影系统进行比较。图3：具有15％至25％之间的总的可能的系统效率的全光转向架构。图4：在获得与全光转向投影仪相当的图像品质的同时增加整个系统的光效率并降低成本的混合架构。在该示例中，转向光路径的光效率为13：5％，并且非转向光路径的光效率为31：5％。图5A：示出输入信号(黑色)在光转向投影仪(绿色)与非光转向投影仪(红色)之间的可能划分的线性。图5B：示出输入信号(黑色)在光转向投影仪(绿色)与非光转向投影仪(红色)之间的可能划分的对数图。图6A至图6D是来自图像集的示例图像。图7：在如下的三个假设的投影仪上再现104个HDR图像中的每个所需的相对功率：峰值亮度为48cd/m2(蓝色)和480cd/m2(绿色)的两个光转向投影仪相对于峰值亮度为48cd/m2(红色)的传统遮光影片投影仪。达到相同的峰值亮度(48cd/m2)所需的平均功率约为传统投影仪的13％。更重要的是，除了最亮的图像(测试中的所有图像的约9％)以外，所有图像都可以再现上至480cd/m2的峰值亮度同时使用更少或相同的功率量。图8：在黑暗实验室中的完整的RGB原型的照片。图9是将示例投影仪的色度与几种常见的颜色标准进行比较的色度图。图10：相位调制器在0到2π之间的典型相对上升(左)和下降(右)时间。图11A：在255个驱动水平中的驱动水平65处的子帧相位响应。图11B：在255个驱动水平中的驱动水平75处的子帧相位响应。图11C：在255个驱动水平中的驱动水平100处的子帧相位响应。图12示出了DMD(digitalmicromirrordevice，数字微镜器件)时序的高级工作原理。图13A是示出了使用慢速、异步光脉冲与DMD一起操作的脉冲光源的第一帧的相对时序图。图13B是示出了使用慢速、异步光脉冲与DMD一起操作的脉冲光源的第二帧的相对时序图。图14A是示出了使用快速、异步光脉冲与DMD一起操作的脉冲光源的第一帧的相对时序图。图14B是示出了使用快速、异步光脉冲与DMD一起操作的脉冲光源的第二帧的相对时序图。图15是使用慢速、同步光脉冲与DMD一起操作的脉冲光源的相对时序图。图16是示出了相位LCoS、DMD和激光脉冲组合的相对时序图。图17是具有相位LCoS和DMD振幅调制器的原型的照片。图18是描绘了原型投影仪从激光器光源到投影透镜的光路径内的高级光学块的流程图。图19是在未由相位调制器转向的激光的分量的屏幕上的图像。图20是在全屏白色图案的屏幕上的图像。图21示出了用于控制投影仪架构的高级算法块。图22示出了算法块，其中输入变换块采用PQ-XYZ输入、将其线性化并且将其变换为光转向投影仪颜色空间。图23示出了内容映射算法块。图24是作为以cd/m2为单位的目标亮度的函数的转向和非转向划分的图。图25示出了前向模型算法块。图26示出了应用于测试图案的点扩散函数。图27示出了相位模式计算块。图28示出了振幅模式生成块。图29A示出了在光转向原型(左)上和在具有相同的透镜外功率的传统投影仪(右)上显示的影片的第一帧。图29B示出了在光转向原型(左)上和在具有相同的透镜外功率的传统投影仪(右)上显示的影片的第一帧。具体实施方式遍及以下的描述，阐述了具体细节以便提供对本专利技术的更透彻的理解。然而，可以在没有这些细节的情况下实践本专利技术。在其他情况下，没有详细地示出或描述公知的元件以避免不必要地使本专利技术晦涩难懂。因此，说明书和附图应被视为说明性的，而不是限制性的意义。本专利技术涉及数字投影仪的架构、部件和可以在数字投影仪中应用的方法。该具体实施方式在如在美国专利申请第15/368,021号中描述的总体投影仪架构的上下文中说明了本专利技术的各个方面，该美国专利申请由MTT创新公司拥有，并作为美国专利公开第US-2017-0085846号公开，并且该美国专利申请出于所有目的在此通过引用并入本文。本文描述的技术对于在HDR(高动态范围)投影系统中的应用特别有益。本文描述的技术可以与如在WO2017059537、WO2016015163、WO2015184549和WO2015054797中描述的设备和技术结合使用，其全部由MTT创新公司拥有，并且其全部出于所有目的在此通过引用并入本文。这些参考文献提供了可以在本申请的上下文中应用的光转向的示例方法。传统的(光衰减)投影系统中的灯泡功率与屏幕上所需的峰值亮度成线性比例，而由人类视觉系统(humanvisualsystem，HVS)对这些亮度值的感知是非线性的(接近对数的)。在美国专利公开US-2017-0085846中描述的投影仪架构使用光转向使得所选择的图像特征能够以显著高于全屏白色(fullscreenwhite，FSW)亮度水平再现。图1在对数刻度上将影片中的当今的标准化的影片SDR亮度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像投影系统，包括：/n第一投影仪，其用于将第一调制光投影到屏幕上，所述第一投影仪包括第一空间光调制器；/n第二投影仪，其用于将第二调制光投影到叠加有所述第一调制光的所述屏幕上，所述第二投影仪包括光转向模块；/n控制器，其用于处理图像数据并生成用于所述第一空间光调制器和所述光转向调制器的控制信号，所述图像数据包括限定针对要被显示的目标图像的目标照明水平的像素值，其中，所述处理包括以如下方式在所述第一投影仪与所述第二投影仪之间划分光输出：所述第二调制光包括用于所述图像的所述像素中的每个像素的所述光的一部分，并且所述第一调制光构成用于所述图像的这些像素的所述光的大部分，针对所述图像的这些像素的所述目标照明水平小于第一阈值水平。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170512 US 62/505,8271.一种图像投影系统，包括：
第一投影仪，其用于将第一调制光投影到屏幕上，所述第一投影仪包括第一空间光调制器；
第二投影仪，其用于将第二调制光投影到叠加有所述第一调制光的所述屏幕上，所述第二投影仪包括光转向模块；
控制器，其用于处理图像数据并生成用于所述第一空间光调制器和所述光转向调制器的控制信号，所述图像数据包括限定针对要被显示的目标图像的目标照明水平的像素值，其中，所述处理包括以如下方式在所述第一投影仪与所述第二投影仪之间划分光输出：所述第二调制光包括用于所述图像的所述像素中的每个像素的所述光的一部分，并且所述第一调制光构成用于所述图像的这些像素的所述光的大部分，针对所述图像的这些像素的所述目标照明水平小于第一阈值水平。


2.根据权利要求1所述的图像投影系统，其中，所述控制器被配置成通过以下处理来生成修改后的目标图像并且被配置成使用于所述第二投影仪的所述控制信号基于所述修改后的目标图像，所述处理包括将限定所述目标图像的所述像素值升到γ次幂，其中γ＞1。


3.根据权利要求1所述的图像投影系统，其中，所述控制器被配置成基于所述目标照明水平逐像素执行所述划分。


4.根据权利要求2所述的图像投影系统，其中，所述控制器被配置成对于目标照明水平低于所述第一阈值水平的像素保持所述第二调制光的亮度与所述第一调制光的亮度的固定比率。


5.根据权利要求4所述的图像投影系统，其中，所述控制器被配置成控制所述第二投影仪，使得对于目标照明水平超过所述第一阈值的像素，所述第二调制光与所述第一调制光的比率超过所述固定比率。


6.根据权利要求4或5所述的图像投影系统，其中，所述固定比率小于20％。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的图像投影系统，其中，通过所述第二投影仪对于所述第二调制光的任何像素的最大可实现照明水平是通过所述第一投影仪对于所述第一调制光的任何像素的最大可实现照明水平的至少10倍。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的图像投影系统，其中，所述控制器包括查找表(LUT)，并且所述控制器被配置成基于从所述查找表的输出在所述第一光投影仪与所述第二光投影仪之间划分所述光输出。


9.根据权利要求1至7中任一项所述的图像投影系统，其中，所述第二投影仪包括第二空间光调制器，所述控制器被配置成将对准翘曲应用于所述图像数据以产生翘曲的图像数据，并且使用所述翘曲的图像数据来驱动所述第二空间光调制器。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的图像投影系统，其中，所述控制器被配置成执行检查以确定所述目标图像的显示是否是可行的，并且，如果所述检查确定所述目标图像的显示是不可行的，则所述控制器被配置成对所述图像数据执行色调映射以产生色调映射的图像数据并利用所述色调映射的图像数据继续进行所述处理。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的图像投影系统，其中，所述第一投影仪包括宽带光源。


12.根据权利要求11所述的图像投影系统，其中，所述宽带光源被布置成均匀地照射所述第一空间光调制器。


13.根据权利要求11或12所述的图像投影系统，其中，所述宽带光源包括白光源。


14.根据权利要求1至13中任一项所述的图像投影系统，其中，所述第二投影仪包括窄带光源。


15.根据权利要求14所述的图像投影系统，其中，所述窄带光源包括一个或更多个激光二极管。


16.根据权利要求15所述的图像投影系统，其中，所述窄带光源包括发射红光的激光二极管、发射绿光的激光二极管和发射蓝光的激光二极管。


17.根据权利要求16所述的图像投影系统，其中，所述光转向模块包括多个相位调制器，并且由所述发射红光的激光二极管、所述发射绿光的激光二极管和所述发射蓝光的激光二极管发射的光分别由所述多个相位调制器中的第一相位调制器、第二相位调制器和第三相位调制器转向。


18.根据权利要求16或17所述的图像投影系统，其中，所述控制器实现前向模型，所述前向模型计算用于由所述光转向模块转向的光的预测光场，所述前向模型包括用于由所述发射红光的激光二极管、所述发射绿光的激光二极管和所述发射蓝光的激光二极管发射的光的分离的点扩散函数。


19.根据权利要求18所述的图像投影系统，其中，所述前向模型是迭代模型。


20.根据权利要求18或19所述的图像投影系统，其中，所述前向模型对来自所述光转向模块的光的转向分量和来自所述光转向模块的所述光的非转向分量进行建模。


21.根据权利要求1至20中任一项所述的图像投影系统，其中，所述第一投影仪和所述第二投影仪共享共用的投影仪头。


22.一种图像投影方法，所述方法包括：
使用包括第一空间光调制...

【专利技术属性】
技术研发人员：格温·丹贝格，
申请(专利权)人：MTT创新公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA