高光投影显示器和相关方法技术

本发明专利技术涉及高光投影显示器和相关方法。投影显示器包括高光投影仪和主投影仪。由高光投影仪投影的高光放大在由主投影仪投影的基础图像的高光区域中的亮度。描述了各种高光投影仪，包括可操纵光束、全息投影仪和空间光调制器。

【技术实现步骤摘要】
本申请是国际申请日为2012年4月11日、国家申请号为201280019001.X、专利技术名称为“高光投影显示器和相关方法”的进入中国国家阶段的PCT国际申请的分案申请。对相关申请的交叉引用本申请要求2011年4月19日提交的美国临时专利申请No.61/476,949的优先权，其全部内容通过引用而被合并于此。
本专利技术涉及投影显示器。示例实施例提供数字影院显示器。其它实施例提供诸如电视机、计算机显示器之类的显示器，以及诸如广告显示器、虚拟实景显示器、游戏显示器、和医学成像显示器之类的特定目的的显示器。
技术介绍
存在对提供能够再现逼真观看的图像的显示器的兴趣增加的趋势。实现逼真的图像的一方面是提供高峰值亮度和高动态范围。一般的自然场景包括非常明亮的区域，例如空中的太阳和明亮地照射的物体的高光，以及暗淡的区域，例如在阴影中的物体。不可能在不能高峰值亮度的显示器上实现一般场景的逼真图像。目前投影技术并不有效率地衡量高光。例如，在许多普通投影仪设计中，诸如氙气灯之类的光源照射一个或多个空间光调制器。空间光调制器将一些光指向屏幕同时吸引或重定向其它的光。实现高光需要按比例增大光源的功率。光源的增加的功率消耗变成将光源的亮度增加到足够在自然场景的典型级别处提供峰值亮度的级别的障碍。而且，除了其它问题以外，高光源可以引起使空间光调制器及投影仪中的其他组件过热的问题。举例来说，目前数字影院投影仪可以具有耗费8千瓦电功率以照射产生48尼特(48cd/m2)的峰值亮度的大屏幕的光源。为了实现12,000尼特的峰值亮度(在日常生活中通常遇到的亮度)，光源的功率将需要被按比例增大到超过2兆瓦。显而易见这在大多数情况下是不切实际的。防止许多传统投影显示器的峰值亮度的显著增加的又一问题是对比度不随峰值亮度的增加而增加。在许多此类显示器中，增加光源的强度以实现增加的峰值亮度也引起了黑电平。因此，试图将峰值亮度增加超过阈值将导致令人无法接受的高的黑电平。提供具有足够高光的显示器以呈现逼真的图像的又一障碍是人类视觉系统对光的响应大约是对数。相比之下，功率需要与亮度大约成线性比例。假定光源的相同效率，加倍图像的亮度需要加倍功率。然而，加倍亮度并没有导致由观看者感觉是两倍亮的图像。加倍表观亮度大约需要亮度的平方。预期相关技术的上文示例和相关于其的限制是说明性的而非专有的。本领域的技术人员在读到说明书并研究附图时，相关技术的其它局限性将变得明显。
技术实现思路
本专利技术具有一系列方面。本专利技术的实施例提供投影显示器、用于操作投影显示器的方法、双重调制显示器、包含当由数据处理器执行时使得数据处理器执行根据本专利技术的方法的计算机可读指令的介质、用于显示图像的方法、以及用于处理用于显示的图像数据的方法等。本专利技术的一个示例方面提供一种显示器系统，包括：被布置为将由基础图像数据定义的图像投影到屏幕上的主投影仪和被布置为将由高光的图像数据定义的高光图像与基础图像对准地投影到屏幕上。图像处理器被配置为处理图像数据以生成高光图像数据。在一些实施例中，高光投影仪包括扫描光束投影仪。扫描光束投影仪可以提供例如多个原色(例如，红色、绿色、和蓝色光束)的激光光束。可以一起或独立地扫描光束以使得高光区域具有期望的表观亮度和颜色。在其它实施例中，扫描光束投影仪提供白光的可扫描光束。在一些实施例中，高光投影仪包括2D全息投影仪。另一方面提供一种高光投影仪系统，包括被配置为处理图像数据以输出高光图像的图像处理器；和可操作以根据高光图像与基础图像对准地投影光的光投影仪。另一个示例方面提供一种显示器，包括被布置为照射空间光调制器的空间调制的光的光源，其中空间调制的光的源包括2D全息光源。另一个示例方面提供一种用于显示由图像数据定义的图像的方法。该方法包括集中来自光源的光以输出已被以基于图像数据的方式空间调制的光；利用空间调制的光照射空间光调制器；以及控制空间光调制器以根据图像数据显示图像。例如，集中光可以包括生成计算机生成的2D全息图。在一些实施例中，光包括相干光，并且集中光包括在光学系统的傅里叶平面中调整光的相位。另一个示例方面提供一种用于根据图像数据显示图像的方法。该方法包括处理图像数据以生成基础图像和包括高光像素的高光图像；操作主投影仪以显示基础图像；以及操作高光投影仪以显示与基础图像叠加的高光图像。除了如上所述的示范性方面和实施例之外，参考附图和下列详细描述的研究，进一步方面和实施例将变得清晰。附图说明附图示出了本专利技术的非限制性的示例实施例。图1是根据示例实施例的显示器系统的示意性图。图1A是根据另一个示例实施例的显示器系统的示意性图。图2A和2B是显示根据分别地用于亮的图像和暗的图像的那些像素的亮度的图像中的像素数目的示范性直方图。图3是将高光投影仪与主投影仪组合的示例装置的示意图。图4是示出了根据示例实施例的显示器系统的图像数据处理组件的方框图。图5是示出了根据示例实施例的包括光重定向投影仪的高光投影仪的示意性图。在图5示出的类型的高光投影仪可以被配置为将光投影到例如屏幕、主投影仪的组件或空间光调制器上。图6A是示出了被配置为将期望的高光图像投影到被控制以或者重定向、转出或者吸收高光区域外的图像区域中的光的空间光调制器上的示例全息投影仪的示意性图。图6B是示出了根据示例实施例的被配置为将高光图像直接投影到主投影仪的空间光调制器上的全息投影仪的示意性图。图7是示出了根据示例实施例的包括被布置为利用用于消除漏出光的傅里叶平面中的空间滤波器照射2D空间光调制器的光源的高光投影仪的示意性图。图8是示出了根据示例实施例的包括照射空间光调制器的光源的高光投影仪的示意性图。图9示出了根据另一个实施例的显示器。具有在图9中示意地示出的总体结构的显示器可以被用作独立显示器(例如作为电视机、计算机监控器、专门目的显示器等)或作为包括高光投影仪的显示器系统的一部分。具体实施方式贯穿以下描述，阐述细节以便向本领域技术人员提供对本专利技术的更彻底的理解。但是，公知的元件可能不被示出或详细描述以避免不必要地模糊本公开。因此，说明书和附图应当被认为是说明性的，而不是限制的意义上的。本专利技术的一些实施例提供包括主投影仪和高光投影仪的投影显示器。主投影仪可以具有相对低的峰值亮度并且可以用来投影完整图像。由主投影仪投影的图像中的高光的亮度低于期望的亮度。高光投影仪可以投影集中的光以在高光的位置处提高光，由此显著...

【技术保护点】
一种全息投影仪，包括：相干光源；相位调制面板，被配置为将来自于光源的光相位调制并且将相位调制后的光投影到空间光调制面板上；其中所述空间光调制面板被配置为根据图像数据对相位调制后的光进行幅度调制。

【技术特征摘要】
2011.04.19 US 61/476,9491.一种全息投影仪，包括：
相干光源；
相位调制面板，被配置为将来自于光源的光相位调制并且将相位调制后的光投影到空
间光调制面板上；
其中所述空间光调制面板被配置为根据图像数据对相位调制后的光进行幅度调制。
2.根据权利要求1所述的全息投影仪，还包括：
显示器控制器，被配置为从空间光调制器接收要被投影的图像的图像数据、确定要被
投影到空间光调制面板上的期望的光分布、并且控制全息投影仪以将期望的光分布投影在
空间光调制器面板上。
3.根据权利要求2所述的全息投影仪，其中期望的光分布在空间光调制面板处缓慢变
化。
4.根据权利要求2所述的全息投影仪，其中期望的光分布主要是较低空间频率的。
5.根据权利要求2所述的全息投影仪，其中期望的光分布被屏蔽，使得该分布是较低空
间频率的。
6.根据权利要求1或2所述的全息投影仪，其中相位调制后的光被在傅里叶平面中屏蔽
以衰减与较高空间频率对应的傅里叶分量。
7.根据权利要求2所述的全息投影仪，其中控制器通过低通空间滤波图像数据、对图像
数据应用模糊滤波、和/或计算图像数据中的局部像素组的局部平均或加权平均中的至少
一个，来确定期望的光分布。
8.根据权利要求2所述的全息投影仪，其中控制器根据图像数据和在空间光调制面板
处的相位调制后的光来激励空间光调制面板。
9.根据权利要求2所述的全息投影仪，其中控制器根据图像数据、在空间光调制面板处
的相位调制后的光和包括与图像有关的像素亮度的直方图，来激励空间光调制面板。
10.根据权利要求2所述的全息投影仪，其中控制器被配置为通过计算期望的光分布的
逆傅里叶变换来确定用于相位调制面板的像素的驱动值。
11.根据权利要求2所述的全息投影仪，其中控制器被配置为计算在空间光调制面板处
的实际光分布的估算值并且使用此估算值来设置空间光调制面板的像素以根据图像数据
提供图像。
12.根据权利要求2所述的全息投影仪，其中空间光调制面板的像素值通过以下方式来
设置：将估算的要从相位调制面板入射到该像素上的光的强度与图像数据为该像素指定的
光的强度进行比较，并且设置空间光调制器面板的像素以将入射光的强度减少到由图像数
据指定的强度。
13.根据权利要求2所述的全息投影仪，其中空间光调制面板的像素值通过将该像素的
图像数据除以估算的要从相位调制面板入射到该像素上的入射光强度来设置。
14.根据权利要求2所述的全息投影仪，其中空间光调制面板的像素值被设置以减小在
该像素处来自于相位调制面板的光的强度以匹配由图像数据为该像素指定的强度。
15.根据权利要求13所述的全息投影仪，其中来自于相位调制面板的光的强度是基于
该像素处的逆傅里叶变换来计算的。
16.根据权利要求13所述的全息投影仪，其中来自于相位调制面板的光的强度是基于
从相位调制面板入射到空间光调制面板上的光的光场模拟来计算的。
17.根据权利要求16所述的全息投影仪，其中光场模拟包括从相位调制面板投影的光
场的逆傅里叶变换。
18.根据权利要求1至17中的任一项所述的全息投影仪，其中相干光源包括红色、绿色
和蓝色激光。
19.根据权利要求1至17中的任一项所述的全息投影仪，其中通过时间复用不同颜色的
图像来显示图像。
20.一种编码用于全息投影的图像数据的方法，包括以下步骤：
确定图像数据；以及
在显示图像数据之前处理图像数据以确定基础图像数据和高光图像数据。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括如下步骤：将基础图像数据和高光图像数据编
码成用于由全息投影仪显示的格式。
22.根据权利要求22所述的方法，还包括如下步骤：存储基础图像数据和高光图像数据
以准备由全息投影仪显示。
23.根据权利要求20所述的方法，还包括如下步骤：接收用于由全息投影仪显示的编码
的图像数据、将编码的图像数据解码成基础图像数据和高光图像数据、以及生成高光图像
数据的全息投影，以便补充基础图像数据的投影。
24.根据权利要求22所述的方法，其中全息投影仪包括相位调制器，所述相位调制器被
配置为波前调制相干光以便与基础图像数据一致地投影由高光图像数据表示的图像。
25.根据权利要求22所述的方法，其中全息投影仪包括高光图像数据的基于LCOS的波
前调制。
26.根据权利要求21所述的方法，其中编码的步骤包括与基础图像数据不同地编码高
光图像数据。
27.根据权利要求21所述的方法，其中编码的步骤包括基于投影仪的预期全息调制方
案来编码高光图像数据。
28.根据权利要求21所述的方法，其中编码的步骤包括基于投影仪的基于LCOS的波前
调制方案来编码高光图像数据。
29.根据权利要求21所述的方法，其中编码的步骤包括根据基于LCOS的波前调制方案
来编码高光图像数据并且基于幅度调制方案来编码基础图像数据。
30.一种投影仪，包括：
投影设备，被配置为根据图像数据投影基础图像；
高光投影仪，被配置为放大基础图像的高光区域中的亮度。
31.根据权利要求30所述的投影仪，其中高光投影仪包括可操纵光束投影仪、全息投影
仪和空间光调制投影仪之一。
32.根据权利要求30所述的投影仪，还包括图像处理设备，其被配置为处理图像数据以
确定基础图像和高...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·丹贝格，M·J·理查兹，C·陶德，
申请(专利权)人：杜比实验室特许公司，
类型：发明
国别省市：美国;US