级联成像系统中的空间混色的制作方法
级联成像系统中的空间混色的制作方法
【技术领域】
[0001]本说明书一般的涉及投影系统，且特别涉及级联成像系统中的空间混色。
【背景技术】
[0002]设计有单片基色调制器(a single-chip prime modulator)的多预调制器投影(Mult1-pre-modulator project1n)可实现从压缩的数据包内的宽波段照明器(abroadband illuminator)得到高对比度性能，但由于高亮度光源的缩短的工作周期，其并不像多片基色调制器那样有效率。例如，在一些算法中，所要显示的图像内容可以被分析以优化照明序列工作周期(duty cycle)来最大化显示内容的亮度。然而，这种算法仅限于处理整个图像，因为上述分析影响照明调制工作周期，从而影响整个图像。结果，由于任何具有多重饱和三原色的图像限制工作周期调整的可能，特别是当图像包含最大亮度的饱和三原色时，因此其仅具有有限的有效性。进一步地，工作周期调整可以用于优化单饱和色(如红色)的亮度，但如果出现两个或更多饱和色(如红色和绿色)，那么工作周期调整来优化亮度是受约束的。
【发明内容】
[0003]—般地，本公开直接涉及级联成像系统，在该系统中两个或更多预调制器(pre-modulators)在空间上同时改变穿入所述原初空间基色调制器(the primaryspatial prime modulator)的照明光色彩，以及所述原初空间光调制器(the primaryspatial light modulator)将照明光色彩(the illuminating light colours)结合至图像中并与所述至少两个空间光预调制器(spatial light pre-modulators)同步地同时打开所述至少两个照明光色彩的每一个的像素。包括集成的子帧发生器的图像处理器控制并使所述预调制器和所述基色调制器同步。
[0004]本说明书中，一些要素可描述为“配置为”执行一种或多种功能或“配置为了”这些功能。一般地，配置为执行或配置为了执行功能的要素是能够(is enabled to)执行该功能的，或者是适合于执行该功能，或者适应于执行该功能，或者是可操作为执行该功能，或者是能够(is otherwise capable of)执行该功能。
[0005]应当理解对于本说明书的目的，“X、Y和Z的至少一个”以及“X、Y和Z的一个或多个”的语言表达可以解释为只有X、只有Y、只有Z，或X、Y和Z的两个或更多项的任何组合(例如:XYZ、XY、YZ、ZZ及类似组合)。相似的逻辑可应用于任何出现的“至少一个……”及“一个或多个……”的语言表达中的两个或更多项。
[0006]本说明书的一方面提供了一种系统，包括:至少两个空间光预调制器；及，原初空间光调制器，所述至少两个空间光预调制器的每个配置为在空间上改变穿入所述原初空间基色调制器的照明光色彩，并同时改变至少两种照明光色彩，所述原初空间光调制器配置为将照明光色彩结合至图像中，并与所述至少两个空间光预调制器同步地同时打开所述至少两个照明光色彩的每一个的像素。
[0007]该系统可进一步包括中继光学器件(relay optics)，其配置为将照明光色彩从所述至少两个预调制器引导(direct)至所述原初光调制器。
[0008]所述至少两个照明光色彩的每一个的像素可代表饱和颜色像素。
[0009]所述至少两个空间光预调制器的每一个进一步配置为使穿过所述原初空间调制器的所述照明光色彩按时间排序(time-sequence)。
[0010]所述至少两个空间光预调制器的每一个进一步配置为以一低于由所述原初光调制器形成图像的分辨率在空间上改变穿过所述原初空间基色调制器的所述照明光色彩。
[0011]所述至少两个空间光预调制器进一步配置为不使用一个或多个所述照明光色彩并扩展其余照明光色彩各自的工作周期。
[0012]—个或多个照明光色彩可以以最大强度操作，所述至少两个空间光预调制器进一步配置为可以在扩展其余照明光色彩各自的工作周期时，缩短所述一个或多个照明光色彩的相关的工作周期。
[0013]两个或更多照明光色彩可以以最小强度操作，所述至少两个空间光预调制器进一步配置为在其余照明光色彩的各自工作周期期间混合所述两个或更多的照明光色彩至所述基色调制器上。
[0014]该系统可进一步包括一个或多个光源，配置为产生所述照明光色彩。
[0015]所述至少两个空间光预调制器可以包括:第一光调制器，配置为调制第一照明色彩；及第二光调制器，配置为按顺序(in a sequence)调制第二照明色彩及第三照明色彩。
[0016]所述至少两个空间光预调制器可以包括:第一光调制器，配置为调制第一照明色彩；第二光调制器，配置为调制第二照明色彩；及第三光调制器，配置为调制第三照明色彩。
[0017]该系统可进一步包括图像处理器，其与所述至少两个空间光预调制器的每一个及所述原初空间光调制器进行通信，所述图像处理器配置为使所述至少两个空间光预调制器与所述原初空间光调制器同步。该系统可进一步包括子帧生成器，其与所述图像处理器集成。
【附图说明】
[0018]为更好理解此处描述的各种实施例及更清楚地展示它们如何产生作用，现仅以示例的形式结合参考附图参考如下:
[0019]图1根据非限制实施例描绘了级联成像；
[0020]图2根据先前技术描绘了当图1的系统操作于时间序列模式时的一系列子帧；
[0021]图3根据非限制实施例描绘了当图1的系统操作于调制序列模式时的一系列子帧；
[0022]图4根据非限制实施例描绘了图3子帧序列的延续；
[0023]图5根据非限制实施例描绘了由图3和图4的序列形成的观察器图像(a viewerimage)；
[0024]图6根据非限制实施例描绘了图1系统的图像处理器和调制器架构。
【具体实施方式】
[0025]图1描绘了具有空间混色功能的级联成像系统100。系统100包括:一个或多个光源101-1、101-2(后面将共同地且可交换地称为光源101，以及一般地作为光源101);可选光谱组合光学器件(opt1nal spectral combiner optics) 112 (后面可交换地称为光学器件112);光谱分离光学器件(spectral splitter optics) 113 (后面可交换地称为光学器件113);至少两个空间光预调制器114r、114g、114b(后面将共同地且可交换地称为预调制器114，以及一般地作为预调制器114);至少各自的(respective)预调制器光转储(pre-modulator light dumps) 115r、115g、115r (后面将共同地可交换地称为光转储115，以及一般地作为光转储115);光谱组合光学器件116 (后面可交换地称为光学器件116);中继光学器件117 (后面可交换地称为光学器件117);—原初空间光调制器118 (后面可交换地称为原初调制器118);—基色调制器光转储119 (后面可交换地称为光转储119);投影透镜120 ;图像源125 ;及图像处理器130。
[0026]在图1中，组件间的电气和/或数据通信路径以实线表示，而组件间的光路径以点画线表示。
[0027]穿过系统100的光路现描述如下:来自一个或多个光源101的光经由光谱分离光学器件113和可选光谱组合光学器件112被传送至预调制器114。可选光谱组合光学器件112配置为组合来自所述一个或多个光源101的光，而光谱分离光学器件113配置为采用各个(respective)照明光色彩照射(illuminate)每个预调制器114，所述各个照明光色彩包括但不限于红色、绿色和蓝色(例如，光学器件113配置为将来自光源101的光为每个预调制器114分离为各自的照明光色彩)。因此，光学器件112、113包括任何合适的光学元件的组合，配置为可选地组合及分离来自光源101的光至所述照明色彩中，包括但不限于反光镜、分色镜、棱镜及类似元件。进一步地每个光源101可包括一个或多个宽带光源，及一个或多个窄带光源；在最低限度，光源101配置为发射包括照明色彩的光，及可包括但不限于任何合适的激光光源、光发射材料、宽带光源(包括但不限于灯具等等)及类似的组合。
[0028]每个预调制器114包括相位调制器、光调制器、反射光调制器、透射光调制器(atransmissive light modulator)、石圭基液晶(LC0S，a liquid crystal on silicon)设备、液晶显示器(LCD)设备和数字微镜设备(DMD)及类似设备中的一个或多个。类似地，原初调制器118包括相位调制器、光调制器、反射光调制器、透射光调制器、硅液晶(LC0S)设备、液晶显示器(LCD)设备和数字微镜设备(DMD)及类似设备中的一个或多个。
[0029]特别地，每个预调制器114专用于调制一个或多个照明色彩。例如，由于系统100包括三个预调制器，且系统100可以基于红绿蓝(RGB)颜色系统，则预调制器114r可专用于调制红色照明色彩，预调制器114g可专用于 调制绿色照明色彩，而预调制器114b可专用于调制蓝色照明色彩。因此，光学器件113可配置为:用红光照射(illuminate)预调制器114r，用绿光照亮(illuminate)预调制器114g，以及用蓝光照射(illuminate)预调制器114bο在一些实施例中，一个或多个的预调制器114也可使用第二种颜色及红外光中的一个或多个来照射(illuminate);例如，如所描述的，预调制器114r采用两种颜色照亮，红色和红外光，且因此两条点画线的箭头描绘为从光学器件113延伸至预调制器114r。
[0030]每个预调制器114配置为在空间上改变穿过原初空间基色调制器118的照明光色彩，并同时改变至少两种照明光色彩，如下面更详细地描述。换而言之，来自每个预调制器114的通态光(on-state light)照向(is directed towards)基色调制器118，例如使用光谱组合光学器件116及中继光学器件117。断态光(Off-state light)朝向(is directedtowards)各自的光转储115，这里的断态光指被吸收的、被丢失的及可选地回收的一个或多个。
[0031]光学器件116、117包括任何合适的光学元件的组合，该些光学元件配置为从至少两个预调制器114传输照明光色彩至原初光调制器118，以便来自预调制器114的光的像素照亮(illuminate)对应的基色调制器118的像素和/或区域，包括但不限于镜子、分色镜、棱镜及类似的元件。
[0032]在一些实施例中，预调制器114的像素和基色调制器118的像素可以为一对一的关系，而在其他实施例中，预调制器114的分辨率可以小于基色调制器118的分辨率。例如，在一些实施例中，在预调制器114及基色调制器118之间直接的像素对像素映射可以存在，但在其他实施例中，预调制器像素受控为在一些基色调制器像素上建立模糊斑点。因此，田比邻的预调制器像素可导致在基色调制器118处模糊斑点重叠。不管怎样，光学器件116、117传输来自预调制器114形成的图像区域的光，该图像区域相应于由基色调制器118形成图像的相应区域。
[0033]特别地，原初空间光调制器118配置为组合照明光色彩至图像，该照明光色彩接收自所述至少两个空间光预调制器114，并与所述至少两个空间光预调制器114同步地同时打开(turn on)所述至少两个照明光色彩的每一个的像素，具体如下面所述。例如，在原初调制器118处接收的来自预调制器114的红色、绿色和蓝色图像在原初调制器118处组合，以及来自原初调制器118的形成图像的像素被打开的光(on-pixel light)指向聚光透镜120，其又引导图像朝向一个或多个屏幕、观察器及类似设备。断态光朝向光转储119，其类似于光转储115。
[0034]系统100因此可作为级联成像系统且这里所涉及的技术作为级联空间混色(cascade spatial colour mixing)。
[0035]图像源125可包括但不限于:存储器，其存储由系统100投影的图像的数字副本。图像处理器130与图像源125通信，以及与至少两个空间光预调制器114的每一个及原初空间光调制器118通信。图像处理器130配置为:接收来自图像源125的图像的数字副本；及根据图像的数字副本控制所述至少两个空间光预调制器114的每一个及原初空间光调制器118，包括但不限于使所述至少两个空间光预调制器114及原初空间光调制器118同步。因此，图像处理器130控制所述至少两个空间光预调制器114的每一个及原初空间光调制器118以形成图像，如下面进一步所述。
[0036]在一些实施例中，系统100可如在先技术一样在时间顺序模式下操作，而在其他实施例中系统100可根据本实施例操作为调制序列模式(其也可被称为照明器序列模式(an illuminator-sequenced mode))。在时间顺序模式中，预调制器114按顺序(in asequence)照亮(illuminate)原初调制器118，类似于如下的系统，该系统中一个预调制器按时间顺序以红色、绿色及蓝色光照亮，然后该预调制器顺序地形成红色、绿色和蓝色图像，该图像按顺序照亮原初调制器；当一种特别的照明色彩正在照亮原初调制器时，其他照明色彩并不照亮该原初调制器。红色、绿色及蓝色图像被按顺序传输至观察器(a viewer),而该观察器在视觉上将所述图像组合为全色图像。换而言之，该系统依赖人类视觉的短暂低通滤波特性，其迅速改变的强度水平被认为是随时间变化的平均强度，且迅速改变的颜色被认为是随时间变化的平均颜色。
[0037]注意直接转至图2，其描绘了在系统100中形成的序列，根据在先技术操作于时间顺序模式下以形成一帧图像；特别地，假定图2中的一帧是由十个子帧组成，且每个预调制器114及原初调制器118包括一 3X3像素阵列(共9个像素)。进一步假设预调制器114直接按顺序传送红色、绿色及蓝色图像至原初调制器118，如同具有一个被按顺序由红色、绿色及蓝色光照亮的原初调制器的系统。进一步假定图2中系统100具有30%红色、50%绿色及20%蓝色的工作周期，则该成果图像色彩密度在任意单位中为名义上的1.0。本说明书自始至终包括图2，该红、绿、蓝色将被分别表示为“R”、“G”、“B”，或者分别为“r”“g”“b”。
[0038]此外，不论是照明光还是调制器的开像素(on-pixels)均被描绘为白方块，而关像素(off-pixels)被描绘为黑方块和/或区域。
[0039]实际上关于图2描绘的规则将用于该说明书剩余的全部部分。
[0040]进一步地，贴上“照明”标签的序列(如，行)表明在系统100的组件之间被传输的光的颜色，而贴上“图像”标签的序列表明用于各个预调制器114或基色调制器118的开或关像素。例如，“预调制照明(Premod Illuminat1n) ”序列对应于光的颜色按顺序照亮对应的预调制器114，“预调制图像(Premod Image) ”序列对应于形成于来自各个照明色彩的对应的预调制器114的像素的图像(例如每个“预调制图像”的每列的每组像素的设置对应于图像的子帧)，“基色照明(Prime Illuminat1n) ”序列对应于光照明基色调制器118，而“基色图像(Prime Image) ”对应于来自基色调制器118的像素的图像。进一步理解为每个预调制器114和基色调制器118被控制以形成由图像处理器130描绘的图像。
[0041]同样地，“预调制照明”序列示出了红色、绿色和蓝色光，它们被按顺序用于形成对应的由“预调制图像”序列所示的对应的预调制器图像。换而言之，使用R表示红色，G表示绿色而B表示蓝色，照明光具有以下序列:RGBGRGRGBG，而预调制器114按顺序形成由图2中的“预调制图像”序列描绘的对应图像。假定图2中在给出的“预调制照明”的列中的序列组件全部对应于“预调制照明”的行所表示的颜色。因此，在所描绘序列的“1”列中，仅红色图像被传输至基色调制器118，该红色图像由预调制器114r形成，而预调制器114g、114b分别引导(directing)全部的绿色和蓝色光至光转储115g、115b。类似的，在所描绘的序列的“2”列中，仅绿色图被传输至基色调制器18，该绿色图像由预调制器114g形成，而预调制器114r、114b分别导向全部红色和蓝色光至光转储115r、115b。类似的，在所描绘的序列的“3”列中，仅蓝色图像被传输至基色调制器118，该蓝色图像由预调制器114b形成，而预调制器114r、114g分别导向全部红色和蓝色光至光转储115r、115g。对于其余的列，红色、绿色及蓝色图像的组合同时地传输至基色调制器118，如同1、2和3列中一样。由基色调制器118在每列中形成的图像对应于由每个预调制器114形成的各自的红色、绿色或蓝色图像。
[0042]换而言之，如“预调制图像”序列中所描绘的，在每列中由预调制器114形成的图像对应于形成的红色、绿色和蓝色图像，该些图像组合以形成全色图像。因此，基色调制器118被按顺序地用形成至类似于“预调制图像”序列中的图像的图像中的红色、绿色和蓝色光照亮，如“基色照明”序列所描绘的。预调制器114特别地将形成自照明色彩的图像指向至基色调制器118的区域，形成待投影的图像的红色、绿色和蓝色部分。如“基色图像”序列所描绘的，基色调制器118的像素随后形成于与“预调制图像”序列的那些近似的图像。
[0043]来自每个“预调制图像”序列图像的光形成“观察器图像(Viewer Image) ”201，也如图2所示:观察器图像201包括可被观看者观看到的像素，其由基色调制器118的反射来自“基色照明”序列的红色、绿色和蓝色光的开像素(on-pixels)形成。该观察器图像是由投影透镜120投影在屏幕及类似设备上的图像。
[0044]在观察器图像201中，自红光形成的像素由“R”表示，自绿光形成的像素由“G”表示，自蓝光形成的像素由“B”表示，自红光和绿光形成的(例如黄光等等)像素由“RG”表示，自绿光和蓝光形成的(例如蓝绿光等等)像素由“GB”表示，自红光和蓝光形成的(例如紫光等等)像素由“RB”表示，以及自红光、绿光和蓝光三种全部形成的(例如白光等等)像素由“W”表示。在观察器图像201上，每个像素的归 一化强度，对于每个用强度“1”来表不ο
[0045]在可选实施例中，可进一步领会到每个预调制器114可操作于一种全部像素对于各自的列中为开(on)的模式，而观察器图像201完全由基色调制器118按顺序的红色、绿色和蓝色光调制形成；在该模式下没有预调制发生。
[0046]下面直接转至图3和4，其描绘了在调制序列模式下操作时形成于系统100的序列，根据本实施例形成图像的帧；特别地，假设图3和4中，如图2 —样，类似的图像形成于系统100中，那么一帧由十个子帧组成，且每个预调制器114和原初调制器118包括一如图2—样的3X3像素阵列(总共9个像素)。然而，与图2中每个色彩按顺序操作，并由每个预调制器114按顺序形成图像相反，在图3和4的调制序列模式中，两个或更多预调制器114同时在空间(spatially)上调制穿过基色调制器118的照明光色彩，以便来自两个或更多预调制器114的照明光在基色调制器118处组合(combined)。
[0047]图3和4的每列代表名义上的色彩序列，与图2中的相同；特别地，图3的第一行示出了“1-关于(on)-1”的颜色序列，类似于图2的第一行，其对应于为该行的每列形成自给定的颜色的名义上的子帧。换而言之，由“1-关于(on)-1”表示的颜色序列代表了对于各个照明光色彩的工作周期的一部分，尽管在另一颜色的工作周期期间其他颜色在整个基色调制器 118 空间地调制(spatially modulated across prime modulator 118) 0
[0048]如图2中，在图3和4中，标注有“照明”的序列表示在系统100的组件间传输的光的颜色，而标注有“图像”的序列表示对于各个预调制器114或基色调制器118打开或关闭的像素。例如，“红色预调制照明”序列对应于红色照明灯(red illuminating light)照亮预调制器114r，以及“红色预调制图像”序列对应于来自“红色预调制照明”的预调制器114r的像素形成的图像；“绿色预调制照明”序列对应于绿色照明灯(green illuminatinglight)照亮预调制器114g，以及“绿色预调制图像”序列对应于来自“绿色预调制照明”的预调制器114g的像素形成的图像；“蓝色预调制照明”序列对应于蓝色照明灯(blueilluminating light)照亮预调制器114b，以及“蓝色预调制图像”序列对应于来自“蓝色预调制照明”的预调制器114b的像素形成的图像，“基色照明”序列对应于光照明基色调制器118，以及“基色图像”对应于来自基色调制器118的像素的图像。应当进一步理解每个预调制器114和基色调制器118被控制为形成由图像处理器130所示的图像。
[0049]应当进一步领会图4为图3的延续，图4的行理解为位于图3的行的下面，如图所示根据1到10的编号序列进行纵列对齐。
[0050]在图3和4的第一列中，如图3的第一行中所示，其对应于红色工作周期，预调制器114r被以红光照亮(如同由“红色预调制照明”序列的第一列表示的)，预调制器114r形成一对应于观察器图像的红色部分的图像，类似于图2的“预调制图像”列对应于红色工作周期。然而，与图2相反，图3和4中，预调制器114g、114b均分别由绿光和蓝光照亮，每个形态形成各自的对应于观察器图像的绿色部分和观察器图像的蓝色部分的图像，每个各自的图像类似于图2的“预调制图像”的对应于绿色和蓝色的工作周期的列。
[0051]由预调制器114形成的每个红色、绿色和蓝色图像由光学器件116/117在照明光中组合以形成图4中所示的“基色照明”光，其中在“基色照明”行的每个像素标注为“R”、
和/或其组合，来表示那种照明光色彩用于照明基色调制器114。也如图4中所示，对应于由预调制器114形成的全关图像的开像素(on-pixels)的基色调制器的像素也是开启的。如同基色调制器114的每个像素对应于由预调制器形成的开像素的一个或多个，所有基色调制器114的像素都处于开启状态。在实施例中，由预调制器114形成的图像包括共同的像素，那就是在断开状态下在基色调制器118中的对应像素也将处于断态(anoff-state)ο
[0052]因此，与图2相比，图3和4中，在用于另一预调制器114的工作周期期间，两个或多个预调制器114的像素是“开启”和/或活跃的。这种在另一预调制器工作周期期间为开的像素使用位于方形中的所写圆圈(a circle)中的字母“R”、“G”、“B”中的一个表示。说明该像素的图例也在图3示出。
[0053]因此，在列1中，与照明红色光的工作周期和/或预调制器114r有关，也提供了由预调制器114g、114b形成的图像(例如形成自绿色光和蓝色光的图像)，如表示为位于写在方块里的圆圈内的“G”和“B”像素。类似的，在列2中，与照明绿色光的工作周期和/或预调制器114g有关，也提供了由预调制器114r、114b形成的图像(例如形成自红色光和蓝色光的图像)，如表示为位于写在方块里的圆圈内的“R”和“B”像素。类似的，在列3中，与照明蓝色光的工作周期和/或预调制器114b有关，也提供了由预调制器114r、114g形成的图像(例如形成自红色光和绿色光的图像)，如表示为位于写在方块里的圆圈内的“R”和“G”像素。
[0054]进一步地，为了一些像素的颜色平衡，不是全部像素都需要通过在另一前置调制器114的工作周期内由前置调制器114提供特定的图像。例如，人眼可能对蓝色比对绿色或红色更加敏感，因此，在预调制器114r、114g的工作周期内由预调制器114b提供的图像的子集像素可以关闭，如位于没有方块的圆圈内的以字母“B”表示的(as indicated by theletter〃B〃located in a circle without a square)。
[0055]因此，例如在列2中，不是所有由预调制器114b形成的图像的像素都是开启的；例如，与由预调制器114b在列1、2和3的每个形成的图像相比，在列1和3中，由预调制器114b形成的图像的全部像素是开启的，而在列2中，仅相同图像的部分像素是开启的，而其他是关闭的。
[0056]无论如何，如图4中所示，对每个子帧和/或工作周期形成由图3和4规定的帧，两种或更多色彩照亮基色调制器118的一些像素，而仅有一个照明色彩照亮其他像素。
[0057]下面直接转至图5，其示出了一形成自图3和4中所示的子帧的观察器图像(aviewer image) 501 ;特别地，每个像素的颜色被示出，采用与图2中使用的相同的惯例，连同每个像素关于观察器图像201的强度的相对强度。由于与图2的子帧相比，图3和4的子帧的每个照明色彩是开启为较长周期的，因此观察器图像501的相对强度要高于观察器图像201。因此，对相同图像，与观察器图像201相比，观察器图像501的每个像素的强度是高了 3至5倍的。例如，比较每个观察器图像201、501的顶部一行右上角像素，图像201中的蓝色强度是1.0，而图像501中的蓝色强度可在2.0至5.0内变化:在图2的序列中，蓝色光的像素在序列期间是仅“开启”两次的，而在图3和4中的序列中，该像素在序列期间是开启十次的。因此，如图所示，图像501的这个像素强度是图像201的5倍。实际上，这种亮度在一些图像中可能是不期望的，因此，在一些实施例中，由图像处理器130处理的指令可控制原初颜色的打开次数以便整个全部像素强度的增加是受预定义的最大值限制的。
[0058]此外，关于图3和4所描述的实施例在应用于饱和色彩时，可为最有效的，使得一个照明光色彩的像素代表一个照明光色彩的饱和颜色像素。换而言之，当在图3和4中时，色彩混合可发生在空间调制期间，当观察器图像包括饱和色和/或原初色的区域时调制序列模式可为最有效的，以增加该些色彩在这些区域内的亮度和/或减少观察器图像中的彩虹效应(rainbow effects)。
[0059]然而，当观察器图像包括毗邻的饱和色区域时，在提供观察器图像方面时间顺序可为更加有效的。因此，至少两个空间光预调制器114的每一个可进一步配置为按时间顺序排列穿过原初空间调制器118的照明光色彩。
[0060]进一步地，系统100可配置为在如图3和4中所示的调制序列模式与图2中的时间序列模式间改变操作，而图像处理器130根据由图像源125提供的图像的内容改变系统100的操作模式。例如，在由图像源125提供的图像的内容超出饱和颜色阈值百分比的范围内，图像处理器130可以操作系统100在时间序列模式内，而在其他图像范围内操作系统100在调制序列模式内。特别地，时间序列模式允许饱和色照明原初调制器118，而调制序列模式允许色彩混合，如此处所述。
[0061]本领域技术人员将领会到仍可以有更多可选的实施例和可能的修改。例如，虽然图3和4中假定了每个子帧的工作周期是相似的时间长度，在其他实施例中，用于一个或更多子帧的工作周期的时间长度可以不同于其他子帧的工作周期。因此，至少两个空间光预调制器114可进一步配置为不使用一个或多个所述的照明光色彩并扩展其余照明光色彩的各自的工作周期。
[0062]例如，考虑到一帧包括仅两个照明色彩如蓝色和绿色的结合的实施例；在这些实施例中，光调制器114可配置为不使用红色光并扩展每个绿 色照明光和蓝色照明光的工作周期。参考图3和4，在该些实施例中，列2、3、4、6、8、9和10中的一个或多个的工作周期相对于列1、5和7的工作周期扩展。实际上，这种工作状态(duty)的扩展可以包括延长列
2、3、4、6、8、9和10中一个或多个的工作周期，和/或缩短列1、5和7中一个或多个的工作周期。
[0063]仍是进一步的实施例中，一个或多个照明光色彩可以在最大强度操作，以及至少两个空间光预调制器114进一步配置为缩短一个或多个照明光色彩的相关的工作周期，而扩展剩余的照明光色彩的各自工作周期。可选地，两个或多个照明光色彩可以在最小强度操作，以及至少两个空间光预调制器114进一步配置为在剩余的照明光色彩的各自工作周期期间混合两个或多个照明光色彩至基色调制器118上。
[0064]换而言之，观察器图像501的颜色的相对强度可由改变相关工作周期的长度和/或在每个子帧期间通过控制哪个颜色照亮基色调制器118来控制。这种控制可使用图像处理器130产生，图像处理器130可分析接收自图像源125的图像以在呈现在观察器图像501处时决定每个图像的相对亮度。换而言之，在本实施例中，图像处理器可包括集成的子帧发生器，在现有技术中其集成在图像调制器内。
[0065]例如，然后直接注意图6，其描绘了图像处理器130的示例结构，一预调制器114x(例如每个预调制器114)及基色调制器118。特别地，在这些实施例中，图像处理器130包括:一图像预处理器600，其配置为预处理接收自图像源125的图像，子帧发生器601pre、601pri，与预处理器600通信，每个配置为分别为每个预调制器114和基色调制器118产生子帧。由子帧发生器601pre、601pri产生的子帧与在每个预调制器114和基色调制器118处的各自的调制器控制器602pre、602pri通信，这控制分别在每个预调制器114和基色调制器118处的调制器603pre、603pri。
[0066]同样进一步的实施例是可能的。例如包括至少两个空间光预调制器114的系统100包括:第一光调制器114r，配置为调制第一照明色彩；第二光调制器114g，配置为调制第二照明色彩；及第三光调制器114b，配置为调制第三照明色彩。然而，在其他实施例中，一类似于系统100的系统可包括至少两个空间光预调制器，其包括:第一光调制器，配置为调制第一照明色彩；及第二光调制器，配置为按顺序调制第二照明色彩和第三照明色彩。换而言之，该些系统包括仅两个预调制器和光学器件，配置为轮流采用两种不同颜色的光照亮预调制器中的一个。
[0067]该些系统也可操作于调制序列模式，图像采用由至少两个照明光色彩同时地照亮基色调制器形成，尽管相对亮度的增加将小于采用3个预调制器的系统中如系统100中所获得的亮度。这两种预调制器系统可用在采用两种颜色照明系统中，例如其产生蓝色光和黄色光，这里黄色光是由分离光学器件分离为红色和绿色部分的。
[0068]然而在进一步的实施例中，一个或多个的预调制器的工作周期可用于改变红外光的强度(intensity)。
[0069]无论如何，这里公开的系统中，基色调制器的光场照明(i 1 luminat1n)在任何给定的时间，在空间上穿过基色调制器的改变(vary spatially across the primemodulator)，不仅在强度方面也在色彩方面通过两个或多个预调制器进行改变。这将色彩混合效果(the color mixing effort)从基色调制器(时间连续)向预调制器转移，其可减少时间连续效应如“彩虹效应(rainbow)”。图像处理可用于决定发送至预调制器的图像内容以产生穿过基色调制器的色彩变化以最大化图像亮度和/或当以时间序列模式或调制序列模式运行级联系统时。
[0070]本领域技术人员应当领会在一些实施例中，系统100的功能可以使用预编译的硬件或固件元件(例如应用特定的集成电路(ASICs)，电子可擦除编程只读存储器(EEPROMs)，等等)或者其他相关组件进行实施。在其他实施例中，系统100的功能可采用计算装置实现，其接入一存储有用于运行该计算装置的计算机可读程序编码的编码存储器(未示出)。该计算机可读程序编码可存储于计算机可读存储介质中，其为直接由这些组件所固定的、有形的且可读的(例如:可移动磁盘(removable diskette)、⑶-ROM、ROM、硬盘(fixed disk)、USB驱动器)。此外，应当领会计算机可读程序可作为包括计算机可用介质的计算机程序产品存储。进一步地，永久存储设备可包括计算机可读程序编码。仍然进一步可领会计算机可读程序编码和/或计算机可用介质可包括非暂态计算机可读程序编码和/或非暂态计算机可用介质。作为一种选择，计算机可读程序编码可远端存储但经由调制解调器或其他连接于网络(包括但不限于互联网)的接口设备通过传输介质传输至这些组件中。传输介质可以为非移动介质(例如:光学和/或数字和/或模拟通信线路)或移动介质(例如:微波、红外线、自由空间光或其他传输机制)或上述的结合。
[0071]本领域技术人员应当领会，仍有更多可选的实施例及可能的修改，且上述示例仅为说明一个或多个实施例。因此，本发明范围仅以所附的权利要求书为准。
【主权项】
1.一种系统，其特征在于，包括: 至少两个空间光预调制器(spatial light pre-modulators);及 原初空间光调制器(primary spatial light modulator)，所述至少两个空间光预调制器的每一个配置为在空间上改变穿入所述原初空间基色调制器的照明光色彩并同时改变至少两个所述照明光色彩，并且所述原初空间光调制器配置为将所述照明光色彩结合到图像，并与所述至少两个空间光预调制器同步地同时打开所述至少两个所述照明光色彩的每一个的像素。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括中继光学器件(relayoptics)，其配置为引导(direct)所述照明光色彩从所述至少两个预调制器至所述原初光调制器。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述至少两个照明光色彩的每一个的像素代表饱和色彩像素。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述至少两个空间光预调制器的每一个进一步配置为按时间顺序(time-sequence )穿入所述原初空间调制器的所述照明光色彩。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述至少两个空间光预调制器的每一个进一步配置为以一低于由所述原初光调制器形成的图像的分辨率在空间上改变穿入所述原初空间基色调制器的所述照明光色彩。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述至少两个空间光预调制器进一步配置为不使用一个或多个照明光色彩并扩展(expand)其余照明光色彩(remainingilluminating light colours)各自的工作周期。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中一个或多个所述照明光色彩以最大强度操作，而当扩展其余照明光色彩各自的工作周期时，所述至少两个空间光预调制器进一步配置为缩短(reduce)所述一个或多个所述照明光色彩的相关工作周期。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中两个或更多所述照明光色彩以最小强度操作，而在其余照明光色彩各自的工作周期期间，所述至少两个空间光预调制器进一步配置为混合所述两个或更多的照明光色彩到所述基色调制器上。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括一个或多个光源，配置为产生所述照明光色彩。10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述至少两个空间光预调制器包括:第一光调制器，配置为调制第一照明色彩；及第二光调制器，配置为按顺序(in asequence)调制第二照明色彩及第三照明色彩。11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述至少两个空间光预调制器包括:第一光调制器，配置为调制第一照明色彩；第二光调制器，配置为调制第二照明色彩；及第三光调制器，配置为调制第三照明色彩。12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括图像处理器，其与所述至少两个空间光预调制器的每一个及所述原初空间光调制器通信，所述图像处理器配置为使所述至少两个空间光预调制器与所述原初空间光调制器同步。13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，进一步包括子帧生成器，其与所述图像 处理器集成。
【专利摘要】在此提供了一种级联成像系统中的空间混色。该系统包括：至少两个空间光预调制器，以及原初空间光调制器，所述至少两个空间光预调制器的每一个配置为在空间上改变穿入所述原初空间基色调制器的照明光色彩，并同时改变至少两种照明光色彩，所述原初空间光调制器配置为将所述照明光色彩制作成图像，并与所述至少两个空间光预调制器同步地同时打开所述至少两个照明光色彩的每一个的像素。
【IPC分类】H04N9/31, G03B21/20
【公开号】CN105487330
【申请号】CN201510628316
【发明人】斯图尔特·詹姆斯·尼科尔森
【申请人】科视数字系统美国股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月28日
【公告号】EP3007159A1, US20160097932
【技术领域】
[0001]本说明书一般的涉及投影系统，且特别涉及级联成像系统中的空间混色。
【背景技术】
[0002]设计有单片基色调制器(a single-chip prime modulator)的多预调制器投影(Mult1-pre-modulator project1n)可实现从压缩的数据包内的宽波段照明器(abroadband illuminator)得到高对比度性能，但由于高亮度光源的缩短的工作周期，其并不像多片基色调制器那样有效率。例如，在一些算法中，所要显示的图像内容可以被分析以优化照明序列工作周期(duty cycle)来最大化显示内容的亮度。然而，这种算法仅限于处理整个图像，因为上述分析影响照明调制工作周期，从而影响整个图像。结果，由于任何具有多重饱和三原色的图像限制工作周期调整的可能，特别是当图像包含最大亮度的饱和三原色时，因此其仅具有有限的有效性。进一步地，工作周期调整可以用于优化单饱和色(如红色)的亮度，但如果出现两个或更多饱和色(如红色和绿色)，那么工作周期调整来优化亮度是受约束的。
【发明内容】
[0003]—般地，本公开直接涉及级联成像系统，在该系统中两个或更多预调制器(pre-modulators)在空间上同时改变穿入所述原初空间基色调制器(the primaryspatial prime modulator)的照明光色彩，以及所述原初空间光调制器(the primaryspatial light modulator)将照明光色彩(the illuminating light colours)结合至图像中并与所述至少两个空间光预调制器(spatial light pre-modulators)同步地同时打开所述至少两个照明光色彩的每一个的像素。包括集成的子帧发生器的图像处理器控制并使所述预调制器和所述基色调制器同步。
[0004]本说明书中，一些要素可描述为“配置为”执行一种或多种功能或“配置为了”这些功能。一般地，配置为执行或配置为了执行功能的要素是能够(is enabled to)执行该功能的，或者是适合于执行该功能，或者适应于执行该功能，或者是可操作为执行该功能，或者是能够(is otherwise capable of)执行该功能。
[0005]应当理解对于本说明书的目的，“X、Y和Z的至少一个”以及“X、Y和Z的一个或多个”的语言表达可以解释为只有X、只有Y、只有Z，或X、Y和Z的两个或更多项的任何组合(例如:XYZ、XY、YZ、ZZ及类似组合)。相似的逻辑可应用于任何出现的“至少一个……”及“一个或多个……”的语言表达中的两个或更多项。
[0006]本说明书的一方面提供了一种系统，包括:至少两个空间光预调制器；及，原初空间光调制器，所述至少两个空间光预调制器的每个配置为在空间上改变穿入所述原初空间基色调制器的照明光色彩，并同时改变至少两种照明光色彩，所述原初空间光调制器配置为将照明光色彩结合至图像中，并与所述至少两个空间光预调制器同步地同时打开所述至少两个照明光色彩的每一个的像素。
[0007]该系统可进一步包括中继光学器件(relay optics)，其配置为将照明光色彩从所述至少两个预调制器引导(direct)至所述原初光调制器。
[0008]所述至少两个照明光色彩的每一个的像素可代表饱和颜色像素。
[0009]所述至少两个空间光预调制器的每一个进一步配置为使穿过所述原初空间调制器的所述照明光色彩按时间排序(time-sequence)。
[0010]所述至少两个空间光预调制器的每一个进一步配置为以一低于由所述原初光调制器形成图像的分辨率在空间上改变穿过所述原初空间基色调制器的所述照明光色彩。
[0011]所述至少两个空间光预调制器进一步配置为不使用一个或多个所述照明光色彩并扩展其余照明光色彩各自的工作周期。
[0012]—个或多个照明光色彩可以以最大强度操作，所述至少两个空间光预调制器进一步配置为可以在扩展其余照明光色彩各自的工作周期时，缩短所述一个或多个照明光色彩的相关的工作周期。
[0013]两个或更多照明光色彩可以以最小强度操作，所述至少两个空间光预调制器进一步配置为在其余照明光色彩的各自工作周期期间混合所述两个或更多的照明光色彩至所述基色调制器上。
[0014]该系统可进一步包括一个或多个光源，配置为产生所述照明光色彩。
[0015]所述至少两个空间光预调制器可以包括:第一光调制器，配置为调制第一照明色彩；及第二光调制器，配置为按顺序(in a sequence)调制第二照明色彩及第三照明色彩。
[0016]所述至少两个空间光预调制器可以包括:第一光调制器，配置为调制第一照明色彩；第二光调制器，配置为调制第二照明色彩；及第三光调制器，配置为调制第三照明色彩。
[0017]该系统可进一步包括图像处理器，其与所述至少两个空间光预调制器的每一个及所述原初空间光调制器进行通信，所述图像处理器配置为使所述至少两个空间光预调制器与所述原初空间光调制器同步。该系统可进一步包括子帧生成器，其与所述图像处理器集成。
【附图说明】
[0018]为更好理解此处描述的各种实施例及更清楚地展示它们如何产生作用，现仅以示例的形式结合参考附图参考如下:
[0019]图1根据非限制实施例描绘了级联成像；
[0020]图2根据先前技术描绘了当图1的系统操作于时间序列模式时的一系列子帧；
[0021]图3根据非限制实施例描绘了当图1的系统操作于调制序列模式时的一系列子帧；
[0022]图4根据非限制实施例描绘了图3子帧序列的延续；
[0023]图5根据非限制实施例描绘了由图3和图4的序列形成的观察器图像(a viewerimage)；
[0024]图6根据非限制实施例描绘了图1系统的图像处理器和调制器架构。
【具体实施方式】
[0025]图1描绘了具有空间混色功能的级联成像系统100。系统100包括:一个或多个光源101-1、101-2(后面将共同地且可交换地称为光源101，以及一般地作为光源101);可选光谱组合光学器件(opt1nal spectral combiner optics) 112 (后面可交换地称为光学器件112);光谱分离光学器件(spectral splitter optics) 113 (后面可交换地称为光学器件113);至少两个空间光预调制器114r、114g、114b(后面将共同地且可交换地称为预调制器114，以及一般地作为预调制器114);至少各自的(respective)预调制器光转储(pre-modulator light dumps) 115r、115g、115r (后面将共同地可交换地称为光转储115，以及一般地作为光转储115);光谱组合光学器件116 (后面可交换地称为光学器件116);中继光学器件117 (后面可交换地称为光学器件117);—原初空间光调制器118 (后面可交换地称为原初调制器118);—基色调制器光转储119 (后面可交换地称为光转储119);投影透镜120 ;图像源125 ;及图像处理器130。
[0026]在图1中，组件间的电气和/或数据通信路径以实线表示，而组件间的光路径以点画线表示。
[0027]穿过系统100的光路现描述如下:来自一个或多个光源101的光经由光谱分离光学器件113和可选光谱组合光学器件112被传送至预调制器114。可选光谱组合光学器件112配置为组合来自所述一个或多个光源101的光，而光谱分离光学器件113配置为采用各个(respective)照明光色彩照射(illuminate)每个预调制器114，所述各个照明光色彩包括但不限于红色、绿色和蓝色(例如，光学器件113配置为将来自光源101的光为每个预调制器114分离为各自的照明光色彩)。因此，光学器件112、113包括任何合适的光学元件的组合，配置为可选地组合及分离来自光源101的光至所述照明色彩中，包括但不限于反光镜、分色镜、棱镜及类似元件。进一步地每个光源101可包括一个或多个宽带光源，及一个或多个窄带光源；在最低限度，光源101配置为发射包括照明色彩的光，及可包括但不限于任何合适的激光光源、光发射材料、宽带光源(包括但不限于灯具等等)及类似的组合。
[0028]每个预调制器114包括相位调制器、光调制器、反射光调制器、透射光调制器(atransmissive light modulator)、石圭基液晶(LC0S，a liquid crystal on silicon)设备、液晶显示器(LCD)设备和数字微镜设备(DMD)及类似设备中的一个或多个。类似地，原初调制器118包括相位调制器、光调制器、反射光调制器、透射光调制器、硅液晶(LC0S)设备、液晶显示器(LCD)设备和数字微镜设备(DMD)及类似设备中的一个或多个。
[0029]特别地，每个预调制器114专用于调制一个或多个照明色彩。例如，由于系统100包括三个预调制器，且系统100可以基于红绿蓝(RGB)颜色系统，则预调制器114r可专用于调制红色照明色彩，预调制器114g可专用于 调制绿色照明色彩，而预调制器114b可专用于调制蓝色照明色彩。因此，光学器件113可配置为:用红光照射(illuminate)预调制器114r，用绿光照亮(illuminate)预调制器114g，以及用蓝光照射(illuminate)预调制器114bο在一些实施例中，一个或多个的预调制器114也可使用第二种颜色及红外光中的一个或多个来照射(illuminate);例如，如所描述的，预调制器114r采用两种颜色照亮，红色和红外光，且因此两条点画线的箭头描绘为从光学器件113延伸至预调制器114r。
[0030]每个预调制器114配置为在空间上改变穿过原初空间基色调制器118的照明光色彩，并同时改变至少两种照明光色彩，如下面更详细地描述。换而言之，来自每个预调制器114的通态光(on-state light)照向(is directed towards)基色调制器118，例如使用光谱组合光学器件116及中继光学器件117。断态光(Off-state light)朝向(is directedtowards)各自的光转储115，这里的断态光指被吸收的、被丢失的及可选地回收的一个或多个。
[0031]光学器件116、117包括任何合适的光学元件的组合，该些光学元件配置为从至少两个预调制器114传输照明光色彩至原初光调制器118，以便来自预调制器114的光的像素照亮(illuminate)对应的基色调制器118的像素和/或区域，包括但不限于镜子、分色镜、棱镜及类似的元件。
[0032]在一些实施例中，预调制器114的像素和基色调制器118的像素可以为一对一的关系，而在其他实施例中，预调制器114的分辨率可以小于基色调制器118的分辨率。例如，在一些实施例中，在预调制器114及基色调制器118之间直接的像素对像素映射可以存在，但在其他实施例中，预调制器像素受控为在一些基色调制器像素上建立模糊斑点。因此，田比邻的预调制器像素可导致在基色调制器118处模糊斑点重叠。不管怎样，光学器件116、117传输来自预调制器114形成的图像区域的光，该图像区域相应于由基色调制器118形成图像的相应区域。
[0033]特别地，原初空间光调制器118配置为组合照明光色彩至图像，该照明光色彩接收自所述至少两个空间光预调制器114，并与所述至少两个空间光预调制器114同步地同时打开(turn on)所述至少两个照明光色彩的每一个的像素，具体如下面所述。例如，在原初调制器118处接收的来自预调制器114的红色、绿色和蓝色图像在原初调制器118处组合，以及来自原初调制器118的形成图像的像素被打开的光(on-pixel light)指向聚光透镜120，其又引导图像朝向一个或多个屏幕、观察器及类似设备。断态光朝向光转储119，其类似于光转储115。
[0034]系统100因此可作为级联成像系统且这里所涉及的技术作为级联空间混色(cascade spatial colour mixing)。
[0035]图像源125可包括但不限于:存储器，其存储由系统100投影的图像的数字副本。图像处理器130与图像源125通信，以及与至少两个空间光预调制器114的每一个及原初空间光调制器118通信。图像处理器130配置为:接收来自图像源125的图像的数字副本；及根据图像的数字副本控制所述至少两个空间光预调制器114的每一个及原初空间光调制器118，包括但不限于使所述至少两个空间光预调制器114及原初空间光调制器118同步。因此，图像处理器130控制所述至少两个空间光预调制器114的每一个及原初空间光调制器118以形成图像，如下面进一步所述。
[0036]在一些实施例中，系统100可如在先技术一样在时间顺序模式下操作，而在其他实施例中系统100可根据本实施例操作为调制序列模式(其也可被称为照明器序列模式(an illuminator-sequenced mode))。在时间顺序模式中，预调制器114按顺序(in asequence)照亮(illuminate)原初调制器118，类似于如下的系统，该系统中一个预调制器按时间顺序以红色、绿色及蓝色光照亮，然后该预调制器顺序地形成红色、绿色和蓝色图像，该图像按顺序照亮原初调制器；当一种特别的照明色彩正在照亮原初调制器时，其他照明色彩并不照亮该原初调制器。红色、绿色及蓝色图像被按顺序传输至观察器(a viewer),而该观察器在视觉上将所述图像组合为全色图像。换而言之，该系统依赖人类视觉的短暂低通滤波特性，其迅速改变的强度水平被认为是随时间变化的平均强度，且迅速改变的颜色被认为是随时间变化的平均颜色。
[0037]注意直接转至图2，其描绘了在系统100中形成的序列，根据在先技术操作于时间顺序模式下以形成一帧图像；特别地，假定图2中的一帧是由十个子帧组成，且每个预调制器114及原初调制器118包括一 3X3像素阵列(共9个像素)。进一步假设预调制器114直接按顺序传送红色、绿色及蓝色图像至原初调制器118，如同具有一个被按顺序由红色、绿色及蓝色光照亮的原初调制器的系统。进一步假定图2中系统100具有30%红色、50%绿色及20%蓝色的工作周期，则该成果图像色彩密度在任意单位中为名义上的1.0。本说明书自始至终包括图2，该红、绿、蓝色将被分别表示为“R”、“G”、“B”，或者分别为“r”“g”“b”。
[0038]此外，不论是照明光还是调制器的开像素(on-pixels)均被描绘为白方块，而关像素(off-pixels)被描绘为黑方块和/或区域。
[0039]实际上关于图2描绘的规则将用于该说明书剩余的全部部分。
[0040]进一步地，贴上“照明”标签的序列(如，行)表明在系统100的组件之间被传输的光的颜色，而贴上“图像”标签的序列表明用于各个预调制器114或基色调制器118的开或关像素。例如，“预调制照明(Premod Illuminat1n) ”序列对应于光的颜色按顺序照亮对应的预调制器114，“预调制图像(Premod Image) ”序列对应于形成于来自各个照明色彩的对应的预调制器114的像素的图像(例如每个“预调制图像”的每列的每组像素的设置对应于图像的子帧)，“基色照明(Prime Illuminat1n) ”序列对应于光照明基色调制器118，而“基色图像(Prime Image) ”对应于来自基色调制器118的像素的图像。进一步理解为每个预调制器114和基色调制器118被控制以形成由图像处理器130描绘的图像。
[0041]同样地，“预调制照明”序列示出了红色、绿色和蓝色光，它们被按顺序用于形成对应的由“预调制图像”序列所示的对应的预调制器图像。换而言之，使用R表示红色，G表示绿色而B表示蓝色，照明光具有以下序列:RGBGRGRGBG，而预调制器114按顺序形成由图2中的“预调制图像”序列描绘的对应图像。假定图2中在给出的“预调制照明”的列中的序列组件全部对应于“预调制照明”的行所表示的颜色。因此，在所描绘序列的“1”列中，仅红色图像被传输至基色调制器118，该红色图像由预调制器114r形成，而预调制器114g、114b分别引导(directing)全部的绿色和蓝色光至光转储115g、115b。类似的，在所描绘的序列的“2”列中，仅绿色图被传输至基色调制器18，该绿色图像由预调制器114g形成，而预调制器114r、114b分别导向全部红色和蓝色光至光转储115r、115b。类似的，在所描绘的序列的“3”列中，仅蓝色图像被传输至基色调制器118，该蓝色图像由预调制器114b形成，而预调制器114r、114g分别导向全部红色和蓝色光至光转储115r、115g。对于其余的列，红色、绿色及蓝色图像的组合同时地传输至基色调制器118，如同1、2和3列中一样。由基色调制器118在每列中形成的图像对应于由每个预调制器114形成的各自的红色、绿色或蓝色图像。
[0042]换而言之，如“预调制图像”序列中所描绘的，在每列中由预调制器114形成的图像对应于形成的红色、绿色和蓝色图像，该些图像组合以形成全色图像。因此，基色调制器118被按顺序地用形成至类似于“预调制图像”序列中的图像的图像中的红色、绿色和蓝色光照亮，如“基色照明”序列所描绘的。预调制器114特别地将形成自照明色彩的图像指向至基色调制器118的区域，形成待投影的图像的红色、绿色和蓝色部分。如“基色图像”序列所描绘的，基色调制器118的像素随后形成于与“预调制图像”序列的那些近似的图像。
[0043]来自每个“预调制图像”序列图像的光形成“观察器图像(Viewer Image) ”201，也如图2所示:观察器图像201包括可被观看者观看到的像素，其由基色调制器118的反射来自“基色照明”序列的红色、绿色和蓝色光的开像素(on-pixels)形成。该观察器图像是由投影透镜120投影在屏幕及类似设备上的图像。
[0044]在观察器图像201中，自红光形成的像素由“R”表示，自绿光形成的像素由“G”表示，自蓝光形成的像素由“B”表示，自红光和绿光形成的(例如黄光等等)像素由“RG”表示，自绿光和蓝光形成的(例如蓝绿光等等)像素由“GB”表示，自红光和蓝光形成的(例如紫光等等)像素由“RB”表示，以及自红光、绿光和蓝光三种全部形成的(例如白光等等)像素由“W”表示。在观察器图像201上，每个像素的归 一化强度，对于每个用强度“1”来表不ο
[0045]在可选实施例中，可进一步领会到每个预调制器114可操作于一种全部像素对于各自的列中为开(on)的模式，而观察器图像201完全由基色调制器118按顺序的红色、绿色和蓝色光调制形成；在该模式下没有预调制发生。
[0046]下面直接转至图3和4，其描绘了在调制序列模式下操作时形成于系统100的序列，根据本实施例形成图像的帧；特别地，假设图3和4中，如图2 —样，类似的图像形成于系统100中，那么一帧由十个子帧组成，且每个预调制器114和原初调制器118包括一如图2—样的3X3像素阵列(总共9个像素)。然而，与图2中每个色彩按顺序操作，并由每个预调制器114按顺序形成图像相反，在图3和4的调制序列模式中，两个或更多预调制器114同时在空间(spatially)上调制穿过基色调制器118的照明光色彩，以便来自两个或更多预调制器114的照明光在基色调制器118处组合(combined)。
[0047]图3和4的每列代表名义上的色彩序列，与图2中的相同；特别地，图3的第一行示出了“1-关于(on)-1”的颜色序列，类似于图2的第一行，其对应于为该行的每列形成自给定的颜色的名义上的子帧。换而言之，由“1-关于(on)-1”表示的颜色序列代表了对于各个照明光色彩的工作周期的一部分，尽管在另一颜色的工作周期期间其他颜色在整个基色调制器 118 空间地调制(spatially modulated across prime modulator 118) 0
[0048]如图2中，在图3和4中，标注有“照明”的序列表示在系统100的组件间传输的光的颜色，而标注有“图像”的序列表示对于各个预调制器114或基色调制器118打开或关闭的像素。例如，“红色预调制照明”序列对应于红色照明灯(red illuminating light)照亮预调制器114r，以及“红色预调制图像”序列对应于来自“红色预调制照明”的预调制器114r的像素形成的图像；“绿色预调制照明”序列对应于绿色照明灯(green illuminatinglight)照亮预调制器114g，以及“绿色预调制图像”序列对应于来自“绿色预调制照明”的预调制器114g的像素形成的图像；“蓝色预调制照明”序列对应于蓝色照明灯(blueilluminating light)照亮预调制器114b，以及“蓝色预调制图像”序列对应于来自“蓝色预调制照明”的预调制器114b的像素形成的图像，“基色照明”序列对应于光照明基色调制器118，以及“基色图像”对应于来自基色调制器118的像素的图像。应当进一步理解每个预调制器114和基色调制器118被控制为形成由图像处理器130所示的图像。
[0049]应当进一步领会图4为图3的延续，图4的行理解为位于图3的行的下面，如图所示根据1到10的编号序列进行纵列对齐。
[0050]在图3和4的第一列中，如图3的第一行中所示，其对应于红色工作周期，预调制器114r被以红光照亮(如同由“红色预调制照明”序列的第一列表示的)，预调制器114r形成一对应于观察器图像的红色部分的图像，类似于图2的“预调制图像”列对应于红色工作周期。然而，与图2相反，图3和4中，预调制器114g、114b均分别由绿光和蓝光照亮，每个形态形成各自的对应于观察器图像的绿色部分和观察器图像的蓝色部分的图像，每个各自的图像类似于图2的“预调制图像”的对应于绿色和蓝色的工作周期的列。
[0051]由预调制器114形成的每个红色、绿色和蓝色图像由光学器件116/117在照明光中组合以形成图4中所示的“基色照明”光，其中在“基色照明”行的每个像素标注为“R”、
和/或其组合，来表示那种照明光色彩用于照明基色调制器114。也如图4中所示，对应于由预调制器114形成的全关图像的开像素(on-pixels)的基色调制器的像素也是开启的。如同基色调制器114的每个像素对应于由预调制器形成的开像素的一个或多个，所有基色调制器114的像素都处于开启状态。在实施例中，由预调制器114形成的图像包括共同的像素，那就是在断开状态下在基色调制器118中的对应像素也将处于断态(anoff-state)ο
[0052]因此，与图2相比，图3和4中，在用于另一预调制器114的工作周期期间，两个或多个预调制器114的像素是“开启”和/或活跃的。这种在另一预调制器工作周期期间为开的像素使用位于方形中的所写圆圈(a circle)中的字母“R”、“G”、“B”中的一个表示。说明该像素的图例也在图3示出。
[0053]因此，在列1中，与照明红色光的工作周期和/或预调制器114r有关，也提供了由预调制器114g、114b形成的图像(例如形成自绿色光和蓝色光的图像)，如表示为位于写在方块里的圆圈内的“G”和“B”像素。类似的，在列2中，与照明绿色光的工作周期和/或预调制器114g有关，也提供了由预调制器114r、114b形成的图像(例如形成自红色光和蓝色光的图像)，如表示为位于写在方块里的圆圈内的“R”和“B”像素。类似的，在列3中，与照明蓝色光的工作周期和/或预调制器114b有关，也提供了由预调制器114r、114g形成的图像(例如形成自红色光和绿色光的图像)，如表示为位于写在方块里的圆圈内的“R”和“G”像素。
[0054]进一步地，为了一些像素的颜色平衡，不是全部像素都需要通过在另一前置调制器114的工作周期内由前置调制器114提供特定的图像。例如，人眼可能对蓝色比对绿色或红色更加敏感，因此，在预调制器114r、114g的工作周期内由预调制器114b提供的图像的子集像素可以关闭，如位于没有方块的圆圈内的以字母“B”表示的(as indicated by theletter〃B〃located in a circle without a square)。
[0055]因此，例如在列2中，不是所有由预调制器114b形成的图像的像素都是开启的；例如，与由预调制器114b在列1、2和3的每个形成的图像相比，在列1和3中，由预调制器114b形成的图像的全部像素是开启的，而在列2中，仅相同图像的部分像素是开启的，而其他是关闭的。
[0056]无论如何，如图4中所示，对每个子帧和/或工作周期形成由图3和4规定的帧，两种或更多色彩照亮基色调制器118的一些像素，而仅有一个照明色彩照亮其他像素。
[0057]下面直接转至图5，其示出了一形成自图3和4中所示的子帧的观察器图像(aviewer image) 501 ;特别地，每个像素的颜色被示出，采用与图2中使用的相同的惯例，连同每个像素关于观察器图像201的强度的相对强度。由于与图2的子帧相比，图3和4的子帧的每个照明色彩是开启为较长周期的，因此观察器图像501的相对强度要高于观察器图像201。因此，对相同图像，与观察器图像201相比，观察器图像501的每个像素的强度是高了 3至5倍的。例如，比较每个观察器图像201、501的顶部一行右上角像素，图像201中的蓝色强度是1.0，而图像501中的蓝色强度可在2.0至5.0内变化:在图2的序列中，蓝色光的像素在序列期间是仅“开启”两次的，而在图3和4中的序列中，该像素在序列期间是开启十次的。因此，如图所示，图像501的这个像素强度是图像201的5倍。实际上，这种亮度在一些图像中可能是不期望的，因此，在一些实施例中，由图像处理器130处理的指令可控制原初颜色的打开次数以便整个全部像素强度的增加是受预定义的最大值限制的。
[0058]此外，关于图3和4所描述的实施例在应用于饱和色彩时，可为最有效的，使得一个照明光色彩的像素代表一个照明光色彩的饱和颜色像素。换而言之，当在图3和4中时，色彩混合可发生在空间调制期间，当观察器图像包括饱和色和/或原初色的区域时调制序列模式可为最有效的，以增加该些色彩在这些区域内的亮度和/或减少观察器图像中的彩虹效应(rainbow effects)。
[0059]然而，当观察器图像包括毗邻的饱和色区域时，在提供观察器图像方面时间顺序可为更加有效的。因此，至少两个空间光预调制器114的每一个可进一步配置为按时间顺序排列穿过原初空间调制器118的照明光色彩。
[0060]进一步地，系统100可配置为在如图3和4中所示的调制序列模式与图2中的时间序列模式间改变操作，而图像处理器130根据由图像源125提供的图像的内容改变系统100的操作模式。例如，在由图像源125提供的图像的内容超出饱和颜色阈值百分比的范围内，图像处理器130可以操作系统100在时间序列模式内，而在其他图像范围内操作系统100在调制序列模式内。特别地，时间序列模式允许饱和色照明原初调制器118，而调制序列模式允许色彩混合，如此处所述。
[0061]本领域技术人员将领会到仍可以有更多可选的实施例和可能的修改。例如，虽然图3和4中假定了每个子帧的工作周期是相似的时间长度，在其他实施例中，用于一个或更多子帧的工作周期的时间长度可以不同于其他子帧的工作周期。因此，至少两个空间光预调制器114可进一步配置为不使用一个或多个所述的照明光色彩并扩展其余照明光色彩的各自的工作周期。
[0062]例如，考虑到一帧包括仅两个照明色彩如蓝色和绿色的结合的实施例；在这些实施例中，光调制器114可配置为不使用红色光并扩展每个绿 色照明光和蓝色照明光的工作周期。参考图3和4，在该些实施例中，列2、3、4、6、8、9和10中的一个或多个的工作周期相对于列1、5和7的工作周期扩展。实际上，这种工作状态(duty)的扩展可以包括延长列
2、3、4、6、8、9和10中一个或多个的工作周期，和/或缩短列1、5和7中一个或多个的工作周期。
[0063]仍是进一步的实施例中，一个或多个照明光色彩可以在最大强度操作，以及至少两个空间光预调制器114进一步配置为缩短一个或多个照明光色彩的相关的工作周期，而扩展剩余的照明光色彩的各自工作周期。可选地，两个或多个照明光色彩可以在最小强度操作，以及至少两个空间光预调制器114进一步配置为在剩余的照明光色彩的各自工作周期期间混合两个或多个照明光色彩至基色调制器118上。
[0064]换而言之，观察器图像501的颜色的相对强度可由改变相关工作周期的长度和/或在每个子帧期间通过控制哪个颜色照亮基色调制器118来控制。这种控制可使用图像处理器130产生，图像处理器130可分析接收自图像源125的图像以在呈现在观察器图像501处时决定每个图像的相对亮度。换而言之，在本实施例中，图像处理器可包括集成的子帧发生器，在现有技术中其集成在图像调制器内。
[0065]例如，然后直接注意图6，其描绘了图像处理器130的示例结构，一预调制器114x(例如每个预调制器114)及基色调制器118。特别地，在这些实施例中，图像处理器130包括:一图像预处理器600，其配置为预处理接收自图像源125的图像，子帧发生器601pre、601pri，与预处理器600通信，每个配置为分别为每个预调制器114和基色调制器118产生子帧。由子帧发生器601pre、601pri产生的子帧与在每个预调制器114和基色调制器118处的各自的调制器控制器602pre、602pri通信，这控制分别在每个预调制器114和基色调制器118处的调制器603pre、603pri。
[0066]同样进一步的实施例是可能的。例如包括至少两个空间光预调制器114的系统100包括:第一光调制器114r，配置为调制第一照明色彩；第二光调制器114g，配置为调制第二照明色彩；及第三光调制器114b，配置为调制第三照明色彩。然而，在其他实施例中，一类似于系统100的系统可包括至少两个空间光预调制器，其包括:第一光调制器，配置为调制第一照明色彩；及第二光调制器，配置为按顺序调制第二照明色彩和第三照明色彩。换而言之，该些系统包括仅两个预调制器和光学器件，配置为轮流采用两种不同颜色的光照亮预调制器中的一个。
[0067]该些系统也可操作于调制序列模式，图像采用由至少两个照明光色彩同时地照亮基色调制器形成，尽管相对亮度的增加将小于采用3个预调制器的系统中如系统100中所获得的亮度。这两种预调制器系统可用在采用两种颜色照明系统中，例如其产生蓝色光和黄色光，这里黄色光是由分离光学器件分离为红色和绿色部分的。
[0068]然而在进一步的实施例中，一个或多个的预调制器的工作周期可用于改变红外光的强度(intensity)。
[0069]无论如何，这里公开的系统中，基色调制器的光场照明(i 1 luminat1n)在任何给定的时间，在空间上穿过基色调制器的改变(vary spatially across the primemodulator)，不仅在强度方面也在色彩方面通过两个或多个预调制器进行改变。这将色彩混合效果(the color mixing effort)从基色调制器(时间连续)向预调制器转移，其可减少时间连续效应如“彩虹效应(rainbow)”。图像处理可用于决定发送至预调制器的图像内容以产生穿过基色调制器的色彩变化以最大化图像亮度和/或当以时间序列模式或调制序列模式运行级联系统时。
[0070]本领域技术人员应当领会在一些实施例中，系统100的功能可以使用预编译的硬件或固件元件(例如应用特定的集成电路(ASICs)，电子可擦除编程只读存储器(EEPROMs)，等等)或者其他相关组件进行实施。在其他实施例中，系统100的功能可采用计算装置实现，其接入一存储有用于运行该计算装置的计算机可读程序编码的编码存储器(未示出)。该计算机可读程序编码可存储于计算机可读存储介质中，其为直接由这些组件所固定的、有形的且可读的(例如:可移动磁盘(removable diskette)、⑶-ROM、ROM、硬盘(fixed disk)、USB驱动器)。此外，应当领会计算机可读程序可作为包括计算机可用介质的计算机程序产品存储。进一步地，永久存储设备可包括计算机可读程序编码。仍然进一步可领会计算机可读程序编码和/或计算机可用介质可包括非暂态计算机可读程序编码和/或非暂态计算机可用介质。作为一种选择，计算机可读程序编码可远端存储但经由调制解调器或其他连接于网络(包括但不限于互联网)的接口设备通过传输介质传输至这些组件中。传输介质可以为非移动介质(例如:光学和/或数字和/或模拟通信线路)或移动介质(例如:微波、红外线、自由空间光或其他传输机制)或上述的结合。
[0071]本领域技术人员应当领会，仍有更多可选的实施例及可能的修改，且上述示例仅为说明一个或多个实施例。因此，本发明范围仅以所附的权利要求书为准。
【主权项】
1.一种系统，其特征在于，包括: 至少两个空间光预调制器(spatial light pre-modulators);及 原初空间光调制器(primary spatial light modulator)，所述至少两个空间光预调制器的每一个配置为在空间上改变穿入所述原初空间基色调制器的照明光色彩并同时改变至少两个所述照明光色彩，并且所述原初空间光调制器配置为将所述照明光色彩结合到图像，并与所述至少两个空间光预调制器同步地同时打开所述至少两个所述照明光色彩的每一个的像素。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括中继光学器件(relayoptics)，其配置为引导(direct)所述照明光色彩从所述至少两个预调制器至所述原初光调制器。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述至少两个照明光色彩的每一个的像素代表饱和色彩像素。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述至少两个空间光预调制器的每一个进一步配置为按时间顺序(time-sequence )穿入所述原初空间调制器的所述照明光色彩。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述至少两个空间光预调制器的每一个进一步配置为以一低于由所述原初光调制器形成的图像的分辨率在空间上改变穿入所述原初空间基色调制器的所述照明光色彩。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述至少两个空间光预调制器进一步配置为不使用一个或多个照明光色彩并扩展(expand)其余照明光色彩(remainingilluminating light colours)各自的工作周期。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中一个或多个所述照明光色彩以最大强度操作，而当扩展其余照明光色彩各自的工作周期时，所述至少两个空间光预调制器进一步配置为缩短(reduce)所述一个或多个所述照明光色彩的相关工作周期。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中两个或更多所述照明光色彩以最小强度操作，而在其余照明光色彩各自的工作周期期间，所述至少两个空间光预调制器进一步配置为混合所述两个或更多的照明光色彩到所述基色调制器上。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括一个或多个光源，配置为产生所述照明光色彩。10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述至少两个空间光预调制器包括:第一光调制器，配置为调制第一照明色彩；及第二光调制器，配置为按顺序(in asequence)调制第二照明色彩及第三照明色彩。11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述至少两个空间光预调制器包括:第一光调制器，配置为调制第一照明色彩；第二光调制器，配置为调制第二照明色彩；及第三光调制器，配置为调制第三照明色彩。12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括图像处理器，其与所述至少两个空间光预调制器的每一个及所述原初空间光调制器通信，所述图像处理器配置为使所述至少两个空间光预调制器与所述原初空间光调制器同步。13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，进一步包括子帧生成器，其与所述图像 处理器集成。
【专利摘要】在此提供了一种级联成像系统中的空间混色。该系统包括：至少两个空间光预调制器，以及原初空间光调制器，所述至少两个空间光预调制器的每一个配置为在空间上改变穿入所述原初空间基色调制器的照明光色彩，并同时改变至少两种照明光色彩，所述原初空间光调制器配置为将所述照明光色彩制作成图像，并与所述至少两个空间光预调制器同步地同时打开所述至少两个照明光色彩的每一个的像素。
【IPC分类】H04N9/31, G03B21/20
【公开号】CN105487330
【申请号】CN201510628316
【发明人】斯图尔特·詹姆斯·尼科尔森
【申请人】科视数字系统美国股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月28日
【公告号】EP3007159A1, US20160097932
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