CN109563978B - 纹理投射灯泡的积分点光源 - Google Patents

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Abstract

一种纹理投射灯泡包括位于积分器内的扩展光源。积分器包括至少一个孔，该孔被配置为允许光传播到积分器之外。在各种实施例中，积分器的内部可以是漫反射表面，并且积分器可以被配置为在孔处产生均匀光分布以接近点光源。积分器可以被灯泡外壳包围。在各种实施例中，灯泡外壳可以包括被配置为投射可见光和/或红外光的结构化图案的透明区域和不透明区域。

Description

纹理投射灯泡的积分点光源
相关申请的交叉引用
本非临时专利申请根据U.S.C.§119(e)主张2016年6月10日提交的序列号为62/348,634的，名称为“INTEGRATING POINT SOURCE FOR TEXTURE PROJECTING BULB(纹理投射灯泡的积分点光源)”的美国临时申请的优先权益，该申请在此通过引用以其全部内容并为了所有目并入此文。
技术领域
本公开涉及纹理投射灯泡，更具体地，涉及纹理投射灯泡内的近似点光源。
背景技术
在计算机视觉情景中，许多算法依赖于可见纹理的存在来可靠地操作。例如，涉及立体视觉的算法可以依赖于纹理进行立体匹配和/或视差计算。使用视觉跟踪或本地“关键点”的算法也可能依赖于纹理。然而，真实世界的许多特征，诸如真实世界的各种人造部分，可能缺乏用于此类算法的操作的必要视觉纹理。
在一些计算机视觉应用中，纹理投射(也被称为结构化光投射)可用于为计算机视觉系统提供视觉纹理。例如，除了测量光强度之外还测量深度的“RGB-D”相机可以基于结构化光投射对世界进行成像。通常，结构化光投射子系统可以与成像子系统集成，尤其是在需要详细校准投射子系统与成像子系统之间的几何关系的系统中。本文公开的系统和方法解决了与结构化光投射有关的各种挑战。
发明内容
公开了具有积分点光源的纹理投射灯泡的示例。
在一方面，描述了一种纹理投射灯泡。该灯泡包括被配置为产生红外光的白炽灯丝、包围该白炽灯丝的积分球，以及包围该积分球的灯泡外壳。积分球包括漫反射内表面和孔，该孔被配置为允许光从传播到该积分球之外。外壳包括一个或多个红外光透射区域和一个或多个红外光不透明区域。一个或多个透射区域被配置为投射能由计算机视觉系统检测到的红外光的结构化光图案。
在另一方面，描述了一种纹理投射灯泡。该灯泡包括光源、包围该光源的积分器，以及包围该积分器的外壳。该积分器包括内表面和至少一个孔。外壳的至少一部分是半透明的。
在一些实施例中，光源可以被配置为产生红外光。光源可以被配置为产生可见光。光源可以被配置为产生红外光与可见光的组合。积分器可以包括积分球。积分器可以包括积分立方体。积分器的内表面可以包括镜面反射材料。积分器的内表面可以至少部分地被涂覆有镜面反射材料。积分器的内表面可以包括漫射材料。积分器的内表面可以至少部分地被涂覆有漫射涂层。扩展光源可以包括白炽灯丝。扩展光源可以包括发光二极管。扩展光源可以包括气体放电元件。扩展光源可以包括弧光灯。外壳的至少一部分可以包括热反射镜。外壳的至少一部分可以是不透明的。外壳的内表面的至少一部分能够吸收光。外壳的半透明部分可以被配置为投射结构化光图案。外壳的至少一部分可以是球形的。积分器的孔可以位于外壳的球形部分的中心处。灯泡可以进一步包括底座，该底座被配置为机械地和电气地连接到灯泡插座。底座可以包括螺纹底座。灯泡可以进一步包括至少部分地设置在积分器内的挡板。挡板的至少一部分可沿光源与孔之间的直线路径定位。挡板可以与在光源与孔之间的每条直线路径相交。挡板可以包括镜面反射表面。挡板可以包括漫反射表面。
在以下附图和描述中阐述了本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节。通过阅读说明书、附图和权利要求，其它特征、方面和优点将变得显而易见。本发明内容和以下具体实施方式都并非旨在限定或限制本发明主题的范围。
附图说明
图1A示意性地示出了包括扩展的纹理投射灯泡的示例。
图1B示意性地示出了包括理想点光源的纹理投射灯泡的示例。
图2示意性地示出了球形纹理投射灯泡的示例，该纹理投射灯泡包括在积分器内位于灯泡中心附近的扩展光源。
图3A示意性地示出了纹理投射灯泡的示例，该纹理投射灯泡包括在积分器内位于除了灯泡中心之外的位置处的扩展光源。
图3B示意性地示出了纹理投射灯泡的示例，该纹理投射灯泡包括在积分器内的多个扩展光源。
图3C示意性地示出了纹理投射灯泡的示例，该纹理投射灯泡包括在具有多个孔的积分器内的扩展光源。
图3D示意性地示出了非球形纹理投射灯泡的示例，该纹理投射灯泡包括在积分器内的扩展光源。
图4A至图4B示意性地示出了非球形积分器的示例，该积分器包含扩展光源。
图4C示意性地示出了积分器的示例，该积分器包含多个扩展光源。
图4D示意性地示出了积分器的示例，该积分器包含扩展光源和设置在光源与积分器的孔之间的挡板。
图4E示意性地示出了积分器的示例，该积分器包含多个扩展光源和设置在光源与积分器的孔之间的挡板。
图4F至图4G示意性地示出了非球形积分器的示例，该积分器包含扩展光源。
图4H示意性地示出了积分器的示例，该积分器包含扩展光源和设置在光源与积分器的孔之间的挡板。
图4I示意性地示出了积分器的示例，该积分器包含多个扩展光源和设置在光源与积分器的孔之间的挡板。
图5示出了可穿戴显示系统的示例。
图6示出了使用多个深度平面模拟三维图像的方法的各方面。
图7示出了用于将图像信息输出给用户的波导堆叠的示例。
贯穿附图，可以重复使用参考标号来指示被引用元件之间的对应关系。提供附图是为了说明本文描述的示例实施例，并非旨在限制本公开的范围。
具体实施方式
纹理投射灯泡
在一些纹理投射系统中，可能需要使用与成像子系统分开的结构化光投射子系统。例如，结构化光投射设备可以包括灯泡状设备。在一些实施例中，灯泡状设备能够拧入标准灯泡插座并从其中获得电力，诸如在家、工作场所或其它环境中。当被供电时，灯泡状装置可以在其安装的空间中作为纹理投射仪。例如，该装置可以被配置为投射光图案，例如网格、系列点状图像、水平或垂直条或其它可检测图案。在各种实施例中，结构化光图案可以以红外光谱、可见光光谱或任何其它合适的电磁辐射的波长或波长范围投射。
图1A和1B示出了纹理投射灯泡100的示例配置，该纹理投射灯泡被配置为通过穿过图案生成元件110投射光来产生结构化光图案。光线112可以从光源102发射并通过图案生成元件110的透射区域114。光线112可能被图案生成元件110的非透射区域116阻挡(例如，被吸收或反射)。图案生成元件110的透射区域114可以被配置为使得光线112穿过透射区域114，在外表面120上生成一个或多个图像118。灯泡100可以被灯泡外壳122围绕。灯泡外壳122可以是至少部分地透明或半透明的。例如，外壳122可以是基本上球形的玻璃外壳。
在一些实施例中，图案生成元件110包括外壳122的一部分。例如，图案生成元件110可以包括外壳122的透射区域和非透射区域。外壳122的透射区域和非透射区域可以通过诸如将非透射材料印刷或沉积到透射外壳122(例如，透明玻璃或其它透明或半透明材料)的内表面或外表面上的方法来产生。在其它实施例中，图案生成元件110可以与外壳122分离。例如，图案生成元件110可以是包围光源102的与外壳122相邻或间隔开的外壳。
图案生成元件110可以包括各种金属或对电磁光谱的至少一部分不透明的其它材料中的任一者。在一些实施例中，图案生成元件110的非透射区域116对于由光源102发射的光谱的大部分波长或全部波长通常是不透明的。在其它实施例中，图案生成元件110的非透射区域116可以仅选择性地对光谱的所需部分不透明。例如，非透射区域116可以包括“热反射镜”材料或对红外波长不透明但对可见光透明的其它材料，而透射区域114可以包括透明玻璃或对红外光和可见光都透明的其它材料。因此，可见光可以传播通过灯泡的整个表面，而红外光仅可以传播通过透射区域114。选择性透射区域114和非透射区域116的这种组合可以产生这样的灯泡，该灯泡被配置为用可见光照明房间，并且看似普通灯泡，同时投射可由机器视觉设备检测到但人眼不可见的红外光结构化光图案。
图1A示出的纹理投射灯泡100包括扩展光源102，而图1B的灯泡100包括理想的点光源104。点光源104与扩展光源102不同，因为点光源104的尺寸(例如，长度、宽度、横截面积)相对于灯泡的尺寸可忽略不计。扩展光源(例如，白炽灯丝)具有不可忽略的尺寸。例如，扩展光源的尺寸可以是透射外壳122的尺寸(例如，直径)的分数，该分数为0.1、0.2、0.3或更大。点光源104可以理想地用于纹理投射灯泡100。如图1A所示，从扩展光源102投射的通过图案生成元件110的透明区域114的光线112可以以角度阵列传播，导致计算机视觉系统可能难以检测到的漫射图像118a。如果如图1B那样使用点光源104，则从图案生成元件110的每个透明区域114出射的光线112以同一角度(或非常小的角度范围，诸如在1°、0.5°、0.1°或更小的范围内)传播，导致基本准直光束，形成更清晰界定的图像118b，该图像可以更容易地被计算机视觉系统检测到。
用于灯泡的光源通常是扩展光源，而不是纹理投射应用所需的点光源。例如，白炽灯泡的灯丝具有相对于灯泡尺寸大的尺寸，并且光可以由灯丝的大部分或全部发射。发光二极管虽然比一些白炽灯丝小，但一般仍然是扩展光源，它太大而不能用作用于纹理投射灯泡应用的点光源104。因此，通过能够使用来自扩展光源的光产生点状光源的元件，可以改善和/或促进借助灯泡状设备来投射纹理。下面参考图2至图4I来讨论用于接近点光源的示例系统和方法。
积分点光源
通过将扩展光源放置在积分器内，可以引导由扩展光源发射的光接近点光源。图2示意性地示出了纹理投射灯泡100，其包括在积分器106内的扩展光源102，该扩展光源被配置为接近处于灯泡100的中心的点光源。类似于图1A和图1B示出的实施例，纹理投射灯泡100包括外壳122和包围扩展光源102的图案生成元件110(包括透射部114和非透射部116)。灯泡100包括底座150，该底座150被配置为允许灯泡100与(例如，机械地和电气地)灯中的匹配插座连接(例如，通过将螺纹金属底座拧入灯中的对应插座中)。例如，灯泡100可以具有标准规格的螺纹底座150(例如，E26)，如美国国家标准协会(ANSI)C81.63标准所述，该标准有利地使灯泡状设备能够与常规灯配合使用。
此外，灯泡100包括积分器106，积分器106被设置在外壳122和图案生成元件110内，并包围光源102，以便接近点光源。积分器106在内部反射和/或漫射全部或基本全部由光源生成的光。积分器106进一步包括孔108，孔108被配置为允许光线112从积分器106中传播出来。孔108是光可以离开积分器的唯一位置。因此，小孔108可以以与点光源基本相同的方式发射光。例如，孔的面积可以等于积分器的面积乘以相对小的端口分数，诸如0.2、0.1、0.05、0.025、0.01或更小。
积分器106可以是任何合适的形状，诸如球形、椭圆形、立方体、四面体、或限定可以反射光的内部体积的任何其它三维形状。可以选择积分器106的内表面以便反射全部或基本全部由光源102发射的光。在一些实施例中，内表面可以是漫反射表面(例如，漫射、朗伯(Lambertian)或“无光”表面”)。在漫反射积分器106中，从光源102传播到积分器106的内表面的光124可以被以各种角度散射或反射。在其它实施例中，积分器106的内表面可以以镜面方式反射光，或者以漫反射和镜面反射的组合反射光。在各种实施例中，可以通过用以所需方式进行反射的材料(例如，金属、亮光或无光漆或其它面漆等)对积分器106的内表面进行涂覆来实现所需的反射特性，或者整个积分器(或其部分)可以由以所需方式进行反射的材料制成。在一些实施例中，积分器106可以是乌布利希(Ulbricht)球、科布伦茨(Sumpner)球、森普那(Sumpner)盒或展现内部漫射和/或反射的其它设备。参考图4A至图4I对积分器的示例配置进行更详细地描述。
在一些实施例中，可能需要在积分器内实现均匀或基本均匀的亮度分布，这可以导致来自孔108的基本均匀的光输出，从而具有与图1B所示点光源104相似的功能。可以通过使用具有相对高的球形乘数的积分器106来实现亮度分布的均匀性。积分器的球形乘数M可以被估计为由光源发射的光子在通过孔108逸出之前在积分器内反射的平均次数。球形乘数也可以根据积分器内表面的反射率ρ和端口分数f(f是孔108的面积与积分器106的总面积之比)来估计，如下所示：M＝ρ/[1-ρ(1-f)]。对于高反射率(例如，ρ接近1)和相对小的端口分数，乘数可以非常大，并且积分器内部的亮度分布可以远大于源102的亮度。更大的乘数通常提供积分器内的更大的亮度均匀性。在各种实施方式中，积分器内部的反射率可以大于0.8、0.9、0.95、0.98或0.99。在各种实施方式中，端口分数可小于0.2、0.1、0.05、0.025或0.01。在一些实施例中，适当高的球形乘数可以是5、10、15、20或更大。
同样地，球形乘数可以用于表征非球形积分器106的性能。在具有相对高的球形乘数的积分器106中，积分器106内的任何点处的光可能是相对均匀的。在积分器106内的光相对均质的情况下，孔108处或附近的光可以在所有方向上具有均匀的亮度分布。离开孔108的光通常被限制在由平面128界定的半空间，平面128在孔108的位置处与积分器106相切。因此，具有高球形乘数的积分器106可以从孔108产生基本上各向同性的半球形亮度分布。因此，图2所示的积分器106内的光源102可以与图1B所示的具有点光源的纹理灯泡100起到类似的作用。与图1A所示的扩展光源的更多漫射纹理相比，图2所示的示例灯泡100可以有利地产生相对更清晰的纹理。
积分器106内的光源102可以包括白炽灯丝、发光二极管(LED)、气体放电元件、弧光灯、激光二极管或任何其它类型的光源。由光源102发射的光的光谱可以包括电磁光谱的可见和/或红外部分。例如，光源可以包括红外LED，其输出从约700nm至约2000nm范围内的光，或其中的任何子范围内的光。红外光可以有利于生成由计算机视觉系统(例如，增强现实系统、计算机游戏系统等)使用的纹理。使用可见光源(提供红外光或与单独的红外光源组合)可以使灯泡100也被用作计算机视觉系统用户的可见光源。因此，这种灯泡100可以为环境提供常规的可见光照明，同时还提供可由计算机视觉系统观看的不可见(例如，红外)纹理。
尽管图2将纹理投射灯泡100示出为具有位于中心的光源102和积分器106的传统大致呈球形的灯泡，但是纹理投射灯泡100的许多其它布置和/或几何形状是可能的。例如，图2和图3A至图3D示出了积分灯泡100内的一个或多个积分器106的各种示例布置。在图2的布置中，积分器106被定位成使得孔108位于灯泡外壳122的球形部分的几何中心处或几何中心附近。由于孔108用作点光源，因此，孔可以在由沿轴128与灯泡100相交的平面界定的半球中提供基本均匀的亮度。
现在参考图3A至图3D，在一些实施例中，积分器106可以远离外壳122的球形部分的几何中心定位。例如，图3A示出了光源102和积分器106位于外壳122的周边附近的灯泡100，诸如位于底座部分130中，使得孔108面向外壳122的中心并远离底座部分130。图3A的布置可以允许光线112穿过图案生成元件110和灯泡外壳122的较大部分投射。
在一些实施例中，可以通过在单个灯泡100内提供多个光源102和积分器106来增加图案投射面积。例如，图3B所示的灯泡100包含两个光源102，每个光源被设置在具有孔108的积分器106内。为了避免可能扭曲或破坏投射纹理的重叠亮度图案，积分器106可以定向在与孔面向的方向的反方向，使得使两个积分器106的亮度边界平面128基本平行。这样的布置可以在两个半空间之间留下小暗区132，其中光不从任何孔108投射。可以选择孔的位置，使得暗区132相对于照明空间的大小可忽略不计，从而避免破坏结构化光图案。在其它实施例中，可以包括两个以上的光源102和/或积分器106。
在其它实施例中，可以通过在具有多个孔108的单个积分器106内提供单个光源102来增加图案投射面积。例如，图3C所示的灯泡100在具有两个孔108的球形积分器106内包含一个光源102。如上面参考图3B所述，由于两个孔108径向相对，因此两个被照亮的半空间(由平面128界定)不相交，留下小暗区132。应注意，第二孔108为光提供了从积分器106的内部逸出的其它位置，因此减小了积分器106的球形乘数。
在一些实施例中，灯泡外壳122可以是球形或非球形的。例如，图3D所示的纹理投射灯泡100具有包括非透射径向边部分和圆周透射部分的泛光灯型外壳122。在泛光灯型外壳122中，图案生成元件110可以沿着泛光灯的透射部分设置。在各种实施例中，可以使用任何其它合适形状的灯泡外壳来将结构化光图案投射到所需区域。非球形灯泡外壳122也可以用本文所述的一个或多个光源102和积分器106的任何布置来实现。
尽管图2至图3D将每个积分器106示出为包围单个扩展光源102的球形积分器，但是积分器106和光源102的许多其它布置和/或几何形状是可能的。现在参考图4A至图4I，将描述扩展光源102和积分器106的各种配置。图4A至图4I示出的每个配置以及所示配置的变体同样可以在参考图2至图3D示出和描述的纹理投射灯泡中实现。
在一个示例中，图4A示出了具有光源102和上述符合光源和积分器的孔108的椭圆形积分器106。光源102可以位于积分器106内的中心，或者可以位于积分器106的内部空间内的其它位置。孔108可以位于椭圆体的短轴附近，位于椭圆体的长轴附近，或者位于沿积分器106外部的任何其它位置。例如，图4G所示的椭圆形积分器106包括远离积分器106的中心定位的光源102，以及沿椭圆体的长轴定位的孔108。在一些实施例中，积分器106可以包括一个以上的孔。
在另一示例配置中，图4B示出了具有矩形横截面的积分器106。例如，图4B的积分器106可以是矩形棱柱、圆柱或具有矩形或多边形横截面的其它三维形状。类似于图4A所示的积分器，积分器106包含光源102并包括孔108。光源102可以位于积分器106内的中心，或者可以位于积分器106的内部空间内的其它位置。孔可以沿矩形的一边定位，定位在角点处，或沿积分器外部的任何其它位置定位。例如，图4F所示的矩形积分器106包括远离积分器中心定位的光源102和位于矩形角点附近的孔108。在一些实施例中，积分器106可以包括一个以上的孔。
在一些实施例中，积分器106可以包含一个以上的光源102。例如，图4C所示的积分器106包含两个扩展光源102。例如，可以在积分器106内包括一个以上的光源102，以增加纹理投射灯泡的亮度。在一些实施例中，光源102可以是具有不同亮度光谱的光源，使得其光由积分器组合以具有所需的光谱分布。例如，一个源可以主要发射可见光，而另一源可以主要发射红外光。尽管图4C的积分器106被示出为具有圆形横截面，但是应当理解，如上所述，可以通过非球形积分器实现积分器106内的多个光源102的任何布置。
现在参考图4D和图4E，一些实施例可以进一步在积分器106内包括一个或多个挡板134或其它光阻挡结构，以增加在孔108处从积分器106出射的光的均匀性。在没有挡板的情况下，光路可以直接从光源102出射到孔108。直接从光源102传播到孔108的光可以在不与积分器106的漫反射内表面相互作用的情况下到达孔108，从而可以破坏孔处的光的其它均匀分布。因此，一个或多个挡板134可以包括在积分器106内，以便阻挡光源102与孔108之间的直接路径。在一些实施例中，一个或多个挡板134可以由与积分器106的内表面相同的漫射或镜面材料或类似的材料制成或涂覆。在一些实施例中，挡板134的面向光源102的一侧的涂层可以不同于与挡板134的面向孔108的一侧(例如，一侧可以是镜面反射涂层，一侧可以是漫反射涂层)。例如，图4D示出了包含扩展光源102和挡板134的积分器106，该挡板134位于光源102与孔108之间，以防止光从光源102直接传播到孔108。类似地，图4E示出了包含两个扩展光源102和两个挡板134的积分器106，每个挡板134位于光源102与孔108之间，以防止光从光源102直接传播到孔108。此外，如图4D和图4E所示，挡板134的横截面通常可以是直线，或者可以具有包括曲线和/或角度的其它形状，诸如图4H和4I所示的挡板134。
尽管图4D和4E的积分器106被示出为具有圆形横截面，但是如上所述，积分器106内的一个或多个光源102和挡板134的任何布置可以通过非球形积分器实现。另外，一些实施例可以包括位于积分器106外部的一个或多个扩展光源102，其中来自源102的光通过其它孔进入积分器106。图2至图4E所示的实施例的元件、布置和其它特征可以彼此独立地使用。因此，参考图2至图4E中任一者示出和/或描述的元件、布置或其它特征的任何组合或子组合可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下实现。
3D显示器
上述结构化光投射系统和方法可以针对各种机器视觉应用实现。例如，在虚拟现实(VR)或增强现实(AR)系统中，可穿戴设备可以被配置为检测结构化光图案，诸如本文其它地方描述的图案，以便检测用户周围世界中存在的对象或边界。例如，灯泡100的实施例可以连接到用户环境中的灯，并用于将纹理投射到环境中的表面和对象上，以进行检测或由与AR系统(或者游戏系统)相关联的计算机视觉系统进行处理。基于检测到的对象或边界，可穿戴系统可以提供VR或AR体验，诸如通过向穿戴者投射世界的三维渲染，或者允许来自世界的光在传播到穿戴者的眼睛，同时将虚拟对象添加到穿戴者的世界视图中。在一些实施方式中，可以向穿戴者呈现AR体验，其中虚拟对象与穿戴者可观看到的真实对象进行交互，该体验也被称为混合现实。现在将描述与如上所讨论的纹理投射灯泡兼容的显示系统的示例实施例。
为了使三维(3D)显示器产生真实的深度感，更具体地，为了产生模拟的表面深度感，需要显示器视场中的每个点生成与其虚拟深度相对应的调节响应。如果如通过会聚和立体视觉的双目深度线索所确定的，对显示点的调节响应与该点的虚拟深度不对应，则人眼可能经历调节冲突，导致不稳定的成像、有害的眼睛疲劳、头痛，并且在缺乏调节信息的情况下，几乎完全缺乏表面深度。
VR和AR体验可以由具有显示器的显示系统提供，在这些显示器中，与多个深度平面对应的图像被提供给观看者。对于每个深度平面，图像都可以是不同的(例如，提供稍微不同的场景或对象的呈现)，并且可以由观看者的眼睛单独聚焦，从而有助于基于将位于不同深度平面上的场景的不同图像特征聚焦所需的眼睛调节，基于观察处于失焦状态的不同深度平面上的不同图像特征，为用户提供深度线索。如本文其它地方所讨论的，这种深度线索提供了可靠的深度感。
图5示出了可穿戴显示系统500的示例。显示系统500包括显示器62，以及支持该显示器62的功能的各种机械和电子模块和系统。显示器62可以被耦接到框架64，该框架可由显示系统用户、穿戴者或观看者60穿戴，并且可以被配置为将显示器定位在用户60的眼前。显示系统500可以包括戴在穿戴者的头上的头戴式显示器(HMD)。增强现实设备(ARD)可以包括可穿戴显示系统500。在一些实施例中，扬声器66被耦接到框架64并且被定位在用户的耳道附近(在一些实施例中，另一扬声器(未示出)定位在用户的另一耳道附近以提供立体/可塑形的声音控制)。显示系统500可以包括观察穿戴者周围环境中的世界的面向外部的成像系统(参见例如图7所示的成像系统502)。显示系统500还可以包括可以跟踪穿戴者的眼睛运动的面向内部的成像系统(参见例如图7所示的成像系统500)。面向内部的成像系统可以跟踪一只眼睛的运动或全部两只眼睛的运动。在一些实施例中，显示系统500还可以包括面向外部的成像系统，该成像系统可以对穿戴者周围世界进行成像，并且检测投射在穿戴者附近的表面上的结构化光图案。显示器62诸如通过有线引线或无线连接可操作地将68耦接到本地数据处理模块71，该本地数据处理模块71可以以各种配置安装，诸如固定地附接到框架64，固定地附接到用户戴的头盔或帽子，嵌入耳机中，或以其它方式可移除地附接到用户60(例如，采取背包式配置，采取束带连接式配置)。
本地处理和数据模块71可以包括硬件处理器，以及数字存储器，诸如非易失性存储器(例如，闪存)，这两者都可被用于辅助数据处理、缓存和存储。这些数据可以包括a)通过传感器(其例如可以被可操作地耦接到框架64或以其它方式附接到用户60)捕获的数据，这些传感器诸如图像捕获设备(例如，相机)、麦克风、惯性测量单元(IMUs)、加速度计、指南针、全球定位系统(GPS)单元、无线电设备和/或陀螺仪；和/或b)使用远程处理模块72和/或远程数据存储库74获取和/或处理的数据，这些数据可以在被执行完上述处理或检索之后传送到显示器62。本地处理和数据模块71可以通过通信链路76和/或78(诸如经由有线或无线通信链路)可操作地耦接到远程处理模块72和/或远程数据存储库74，使得这些远程模块可用作本地处理和数据模块71的资源。此外，远程处理模块72和远程数据存储库74可以被可操作地彼此耦接。
在一些实施例中，远程处理模块72可以包括被配置为分析和处理数据和/或图像信息的一个或多个硬件处理器。在一些实施例中，远程数据存储库74可以包括数字数据存储设施，该设施可以通过因特网或“云”资源配置中的其它网络配置获得。在一些实施例中，在本地处理和数据模块中存储全部数据并执行全部计算，允许来自远程模块的完全自主地使用。
人类视觉系统是复杂的，并且提供真实的深度感具有挑战性。不受理论的限制，可以认为对象的观看者可能由于聚散度和调节的组合而将对象感知为“三维的”。两只眼睛相对于彼此的聚散度动作(例如，瞳孔彼此靠近或远离以使眼睛的视线会聚固定在对象上的转动动作)与眼睛晶状体的聚焦(或“调节”)密切相关。在正常情况下，根据被称为“调节-聚散度反射”的关系，更改眼睛晶状体的焦点或调节眼睛以将焦点从一个对象转移到不同距离处的另一对象将自动导致到同一距离匹配的聚散度变化。在调节与辐辏之间提供更好匹配的显示系统可以形成更逼真或舒适的三维图像模拟。
图6示出了使用多个深度平面模拟三维图像的方法的各方面。参考图6，z轴上距眼睛302和304不同距离处的对象由眼睛302和304调节，以使这些对象对焦。眼睛302和304呈现特定的调节状态，以使沿z轴不同距离处的对象聚焦。因此，可以认为特定的调节状态与深度平面306中的特定一者相关联，具有相关联的焦距，使得当眼睛针对特定深度平面处于调节状态时，该特定深度平面中的对象或其部分对焦。在一些实施例中，可以通过为每只眼睛302和304提供图像的不同呈现，并且还可以通过提供与每个深度平面对应的图像的不同呈现来模拟三维图像。尽管为了清楚地说明而示出为分开的，但是应当理解，例如在沿z轴的距离增加时，眼睛302和304的视野可以重叠。此外，尽管为了便于说明而示出为平坦的，但是应当理解深度平面的轮廓可以在物理空间中弯曲，使得深度平面中的所有特征在眼睛处于特定调节状态时对焦。不受理论的限制，可以认为人眼通常可以解释有限数量的深度平面以提供深度感。因此，可以通过向眼睛提供与这些有限数量的深度平面中的每一者对应的图像的不同呈现，来实现高度可信的感知深度模拟。
波导堆叠组件
图7示出了用于将图像信息输出给用户的波导堆叠的示例。显示系统700包括波导的堆叠或堆叠的波导组件178，该组件可被用于使用多个波导182、184、186、188、190向眼睛/大脑提供三维感知。在一些实施例中，显示系统700可以与图2的系统700对应，其中图4更详细地示意性地示出了系统700的一些部分。例如，在一些实施例中，波导组件178可以集成到图2的显示器62内。
继续参考图4，波导组件178还可以包括位于波导之间的多个特征198、196、194、192。在一些实施例中，特征198、196、194、192可以是透镜。波导182、184、186、188、190和/或多个透镜198、196、194、192可以被配置为以各种水平的波前曲率或光线发散度向眼睛发送图像信息。每个波导水平可以与特定深度平面相关联，并且可以被配置为输出与该深度平面对应的图像信息。图像注入设备200、202、204、206、208可被用于将图像信息注入波导182、184、186、188、190中，这些波导中的每个波导可以被配置将入射光分布在每个相应的波导上以用于朝向眼睛304输出。光从图像注入设备200、202、204、206、208的输出表面出射，并且被注入到波导182、184、186、188、190的对应的输入边缘。在一些实施例中，可以将单个光束(例如，准直光束)注入到每个波导中，以输出整个克隆的准直光束场，这些准直光束以对应于与特定波导相关联的深度平面的特定角度(和发散量)导向眼睛304。
在一些实施例中，图像注入设备200、202、204、206、208是分立的显示器，每个显示器产生用于分别注入到对应波导182、184、186、188、190中的图像信息。在一些其它实施例中，图像注入设备200、202、204、206、208是单个多路复用显示器的输出端，这些显示器例如可以经由一个或多个光学导管(例如，光纤光缆)将图像信息管道传输到图像注入设备200、202、204、206、208中的每一者。
控制器210控制堆叠波导组件178和图像注入设备200、202、204、206、208的操作。在一些实施例中，控制器210包括编程(例如，非暂时性计算机可读介质中的指令)，该编程调节图像信息到波导182、184、186、188、190的定时和提供。在一些实施例中，控制器可以是单个集成设备，或者是通过有线或无线通信信道连接的分布式系统。在一些实施例中，控制器210可以是处理模块71或72(如图2所示)的一部分。
波导182、184、186、188、190可以被配置为通过全内反射(TIR)在每个相应的波导内传播光。波导182、184、186、188、190可以各自是平面的或具有另一形状(例如，弯曲的)，其具有顶部主表面和底部主表面以及在这些顶部主表面和底部主表面之间延伸的边缘。在所示的配置中，波导182、184、186、188、190可各自包括光提取光学元件282、284、286、288、290，这些元件被配置为通过将在每个相应的波导内传播的光重定向出波导来从波导中提取光，从而向眼睛304输出图像信息。所提取的光也可以被称为耦出光，并且光提取光学元件也可以被称为耦出光学元件。在波导内传播的光照射光重定向元件所在的位置处，可以由波导输出所提取的光束。光提取光学元件282、284、286、288、290例如可以是反射和/或衍射光学特征。尽管为了便于描述和作图清晰，光提取光学元件282、284、286、288、290被示出为设置在波导182、184、186、188、190的底部主表面处，但是在一些实施例中，光提取光学元件282、284、286、288、290可以被设置在顶部主表面和/或底部主表面，和/或可以直接被设置在波导182、184、186、188、190的体中。在一些实施例中，光提取光学元件282、284、286、288、290可以被附接到透明衬底，以在波导182、184、186、188、190的材料层中形成。在一些其它实施例中，波导182、184、186、188、190可以是整块材料，并且光提取光学元件282、284、286、288、290可以形成在该块材料的表面上和/或内部。
继续参考图4，如本文所讨论的，每个波导182、184、186、188、190被配置为输出光以形成与特定深度平面对应的图像。例如，最靠近眼睛的波导182可以被配置为将注入这种波导182的准直光传送到眼睛304。准直光可以代表光学无限远焦平面。下一上行波导184可以被配置为发出在到达眼睛304之前传输通过第一透镜192(例如，负透镜)的准直光；第一透镜192可以被配置为产生微凸的波前曲率，使得眼睛/大脑将来自该下一上行波导184的光解释为来自从光学无限远向内更接近眼睛304的第一焦平面的光。类似地，第三上行波导186使其输出光在到达眼睛304之前传输通过第一透镜192和第二透镜194。第一透镜192和第二透镜194的组合光焦度(optical power)可以被配置为产生另一波前曲率增量，使得眼睛/大脑将来自第三波导186的光解释为来自从光学无限远向内进一步更靠近人的第二焦平面的光，而不是来自下一上行波导184的光。
其它波导层(例如，波导188、190)和透镜(例如，透镜196、198)被类似地配置，且在堆叠中的最高波导190通过其与眼睛之间的所有透镜发送其输出，以获得代表与人最接近的焦平面的总光焦度。为了在观察/解释来自堆叠波导组件178的另一侧上的世界144的光时，补偿透镜堆叠198、196、194、192，可以在堆叠的顶部设置补偿透镜层180以补偿下面的透镜堆叠198、196、194、192的总光焦度。这种配置提供与可用的波导/透镜配对一样多的感知焦平面。波导的光提取光学元件和透镜的聚焦方面都可以是静态的(即，不是动态的或电活性的)。在一些替代实施例中，通过使用电活性特征，它们中的一者或两者可以是动态的。
显示系统700可以包括对世界144的一部分进行成像的面向外部的成像系统502(例如，数字相机)。该世界144的一部分可以被称为视场(FOV)，并且成像系统502有时被称为FOV相机。可供观看者观看或对其进行成像的整个区域可被称为能视域(FOR)。在一些HMD实现中，FOR可以包括围绕HMD的穿戴者的基本所有立体角，因为穿戴者可以移动他们的头部和眼睛以观看穿戴者周围的(在穿戴者的前面、后面、上面、下面或侧面的)对象。从面向外部的成像系统502获得的图像可被用于跟踪穿戴者做出的手势(例如，手部或手指姿势)，检测穿戴者面前的世界144中的对象等。
显示系统700可以包括用户输入设备504，用户可以通过该设备向控制器210输入命令以与系统700进行交互。例如，用户输入设备504可以包括触控板、触摸屏、操纵杆、多自由度(DOF)控制器、电容感应设备、游戏控制器、键盘、鼠标、方向键盘(D-pad)、手持操纵器、触觉设备、图腾(例如，充当虚拟用户输入设备)等。在一些情况下，用户可以使用手指(例如，拇指)在触敏输入设备上按压或滑动以向系统700提供输入(例如，向系统700提供的用户界面提供用户输入)。在系统700的使用期间，用户输入设备504可以由用户的手握持。用户输入设备504可以与显示系统700进行有线或无线通信。
继续参考图4，光提取光学元件282、284、286、288、290可以被配置为既将光重定向出它们相应的波导，又针对与波导相关联的特定深度平面以适当的发散量或准直度输出该光。因此，具有不同相关联深度平面的波导可以具有不同配置的光提取光学元件282、284、286、288、290，这些元件根据关联深度平面以不同的发散量输出光。在一些实施例中，如本文所讨论的，光提取光学元件282、284、286、288、290可以是体特征或表面特征，其可以被配置为以特定角度输出光。例如，光提取光学元件282、284、286、288、290可以是体全息图、表面全息图和/或衍射光栅。诸如衍射光栅之类的光提取光学元件在2015年6月25日公开的美国专利公开2015/0178939中被描述，该公开的全部内容通过引用并入本文。在一些实施例中，特征198、196、194、192可以不是透镜，而可以仅仅是间隔物(例如，用于形成气隙的包层和/或结构)。
在一些实施例中，光提取光学元件282、284、286、288、290是形成衍射图案的衍射特征，或“衍射光学元件”(在本文中也被称为“DOE”)。优选地，DOE具有相对低的衍射效率，使得只有一部分光束借助DOE的每个交叉点朝着眼睛304偏转，而其余部分经由全内反射继续通过波导。因此，携带图像信息的光被分成多个相关的出射光束，这些出射光束在多个位置处从波导出射，并且针对在波导内四处弹跳的特定准直光束，结果是形成朝着眼睛304出射的相当均匀的图案。
在一些实施例中，一个或多个DOE可以在活跃地衍射的“开启”状态与不明显衍射的“关断”状态之间切换。例如，可切换的DOE可以包括聚合物分散液晶层，其中，微滴包括在主体介质中的衍射图案，并且微滴的折射率可以被切换为基本匹配主体材料的折射率(在这种情况下，图案不会明显地衍射入射光)，或者微滴可以被切换为与主体介质的折射率失配的折射率(在这种情况下，图案活跃地衍射入射光)。
在一些实施例中，深度平面的数量和分布和/或景深可以基于观看者的眼睛的瞳孔大小和/或取向动态地改变。在一些实施例中，显示系统700还包括面向内部的成像系统(例如，数字相机)500，面向内部的成像系统观察穿戴者的运动，诸如眼睛运动和面部运动。面向内部的成像系统500(例如，数字相机)可被用于捕获眼睛304的图像以确定眼睛304的瞳孔大小和/或取向。可以使用面向内部的成像系统500来获得用于确定穿戴者60正在观看的方向(例如，眼睛姿势)或用于穿戴者的生物识别(例如，经由虹膜识别)的图像。在一些实施例中，面向内部的成像系统500可以被附接到框架64(如图2所示)并且可以与处理模块71和/或72电连接，处理模块71和/或72可以处理来自相机500的图像信息，以确定例如用户60的眼睛的瞳孔直径和/或取向。在一些实施例中，可以利用至少一个相机500对每只眼睛进行成像，以单独地分开确定每只眼睛的瞳孔大小和/或眼睛姿势，从而允许向每只眼睛呈现图像信息以动态地适应眼睛。在一些其它实施例中，仅确定单个眼睛304的瞳孔直径和/或取向(例如，针对每对眼睛仅使用单个相机500)，并且假定针对该眼睛确定的眼睛特征类似地适用于观看者60的另一只眼睛。从面向内部的成像系统500获得的图像可被用于获得用来替换被HMD遮挡的穿戴者面部区域的图像，可以使用这种方式，使得第一呼叫者在远端临场会话期间可以看到第二呼叫者未被遮挡的面部。显示系统700还可以使用诸如IMU、加速度计、陀螺仪等的传感器来确定头部姿势(例如，头部位置或头部取向)。头部姿势可以单独使用或者与注视方向组合使用以选择和移动虚拟对象。
景深可以与观看者的瞳孔大小成反比地改变。因此，当观看者眼睛的瞳孔大小减小时，景深增加，使得由于平面的位置超出眼睛的焦深而无法辨别的平面，可能随着瞳孔大小的减小和景深的相应增加而变得可辨别并且显得更对焦。同样地，被用于向观看者呈现不同图像的间隔深度平面的数量可以随着瞳孔大小的减小而减小。例如，在不调整远离一个深度平面且靠近另一深度平面的眼睛的适应的情况下，观看者可能无法以一个瞳孔大小处清楚地感知第一深度平面和第二深度平面两者的细节。然而，在不改变适应的情况下，这两个深度平面可以以另一瞳孔大小同时充分地对焦于用户。
在一些实施例中，显示系统可以基于瞳孔大小和/或取向的确定，或在接收指示特定瞳孔大小和/或取向的电信号时，改变接收图像信息的波导的数量。例如，如果用户的眼睛不能区分与两个波导相关联的两个深度平面，则控制器210可以被配置或被编程为停止向这些波导中的一者提供图像信息。有利地，这可以减轻系统的处理负担，从而增加系统的响应性。在用于波导的DOE可在开启和关断状态之间切换的实施例中，当波导确实接收到图像信息时，DOE可以切换到关断状态。
在一些实施例中，可能需要使出射光束满足直径小于观看者眼睛直径的条件。然而，考虑到观看者瞳孔大小的变化，满足这种条件可能具有挑战性。在一些实施例中，通过响应于观看者瞳孔大小的确定而改变出射光束的尺寸，在宽范围的瞳孔大小上满足该条件。例如，随着瞳孔大小减小，出射光束的尺寸也可能减小。在一些实施例中，可以使用可变孔径来改变出射光束尺寸。
其它方面
在第1方面，描述了一种纹理投射灯泡。所述纹理投射灯泡包括：白炽灯丝，其被配置为产生红外光；积分球，其围绕所述白炽灯丝；以及灯泡外壳，其包围所述积分球。所述积分球包括漫反射内表面和被配置为允许光传播到所述积分球之外的孔。所述外壳包括一个或多个红外光透射区域和一个或多个红外光不透明区域。所述一个或多个透射区域被配置为投射能由计算机视觉系统检测到的红外光的结构化光图案。
在第2方面，描述了一种纹理投射灯泡。所述纹理投射灯泡包括光源、包围所述光源的积分器、以及包围所述积分器的外壳。所述积分器包括内表面和至少一个孔。所述外壳的至少一部分是半透明的。
在第3方面，根据第2方面所述的纹理投射灯泡，其中，所述光源被配置为产生红外光。
在第4方面，根据第1方面至第3方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述光源被配置为产生可见光。
在第5方面，根据第1方面至第4方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述光源被配置为产生红外光与可见光的组合。
在第6方面，根据第2方面至第5方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述积分器包括积分球。
在第7方面，根据第2方面至第6方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述积分器包括积分立方体。
在第8方面，根据第2方面至第7方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述积分器的所述内表面包括镜面反射材料。
在第9方面，根据第2方面至第8方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述积分器的所述内表面至少部分地被涂覆有镜面反射涂层。
在第10方面，根据第2方面至第9方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述积分器的所述内表面包括漫射材料。
在第11方面，根据第2方面至第10方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述积分器的所述内表面至少部分地被涂覆有漫射涂层。
在第12方面，根据第2方面至第11方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述扩展光源包括白炽灯丝。
在第13方面，根据第2方面至第12方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述扩展光源包括发光二极管。
在第14方面，根据第2方面至第13方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述扩展光源包括气体放电元件。
在第15方面，根据第2方面至第14方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述扩展光源包括弧光灯。
在第16方面，根据第1方面至第15方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述外壳的至少一部分包括热反射镜。
在第17方面，根据第1方面至第16方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述外壳的至少一部分是不透明的。
在第18方面，根据第1方面至第17方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述外壳的所述内表面的至少一部分能够吸收光。
在第19方面，根据第2方面至第18方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述外壳的半透明部分被配置为投射结构化光图案。
在第20方面，根据第1方面至第19方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述外壳的至少一部分是球形的。
在第21方面，根据第20方面所述的纹理投射灯泡，其中，所述积分器的所述孔位于所述外壳的球形部分的中心处。
在第22方面，根据第1方面至第21方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述灯泡进一步包括底座，所述底座被配置为机械地和电气地连接到灯泡插座。
在第23方面，根据第22方面所述的纹理投射灯泡，其中，所述底座包括螺纹底座。
在第24方面，根据第2方面至第23方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述灯泡进一步包括挡板，所述挡板至少部分地设置在所述积分器内。
在第25方面，根据第24方面所述的纹理投射灯泡，其中，所述挡板的至少一部分沿所述光源与所述孔之间的直线路径定位。
在第26方面，根据第24方面至第25方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述挡板与所述光源与所述孔之间的每条直线路径相交。
在第27方面，根据第24方面至第26方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述挡板包括镜面反射表面。
在第28方面，根据第24方面至第27方面中任一项所述的纹理投射灯泡，其中，所述挡板包括漫反射表面。
在第29方面，描述了一种增强现实系统。所述增强现实系统包括可穿戴显示系统和纹理投射灯泡。所述可穿戴显示系统包括：头戴式显示器，其被配置为将光投射给用户以显示增强现实图像内容；以及面向外部的成像系统，其被配置为对用户周围的世界进行成像。所述纹理投射灯泡被配置为投射纹理光图案。所述可穿戴显示系统被配置为检测由所述纹理投射灯泡投射的所述纹理光图案。所述纹理投射灯泡是根据第1方面至第28方面中任一项所述的纹理投射灯泡。
在第30方面，根据第29方面所述的增强现实系统，其中，所述头戴式显示器被配置为至少部分地基于由所述可穿戴显示系统检测到的所述纹理光图案来显示增强现实图像内容。
在第31方面，根据第29方面至第30方面中任一项所述的增强现实系统，其中，所述头戴式显示器包括波导，所述波导被配置为允许通过所述波导观看世界，以及通过将光导出所述波导并导入所述用户的眼睛来向所述用户投射光。
在第32方面，根据第31方面所述的增强现实系统，其中，所述波导是波导堆叠的一部分，其中，所述堆叠中的每个波导被配置为输出具有与所述波导堆叠中的一个或多个其它波导相比不同的发散量的光。
在第33方面，根据第29方面至第32方面中任一项所述的增强现实系统，其中，所述头戴式显示器包括光场显示器。
在第34方面，根据第29方面至第33方面中任一项所述的增强现实系统，其中，所述面向外部的成像系统被配置为检测红外光。
在第35方面，一种显示系统包括增强现实显示系统、虚拟现实显示系统或计算机视觉系统，以及根据第1方面至第28方面中任一项所述的纹理投射灯泡。所述增强现实系统可以包括根据第29方面至第34方面中任一项所述的增强现实系统。
其它考虑事项
在此描述的和/或附图示出的过程、方法和算法中的每一者可以体现在以下项中并通过以下项被全部或部分自动化：代码模块，其由一个或多个物理计算系统、硬件计算机处理器、专用电路执行；和/或电子硬件，其被配置为执行具体和特定计算机指令。例如，计算系统可以包括用具体计算机指令编程的通用计算机(例如，服务器)或专用计算机、专用电路等。代码模块可以被编译并链接到可执行程序中，安装在动态链接库中，或者可以用解译性的编程语言编写。在一些实施方式中，特定操作和方法可以由专用于给定功能的电路来执行。
此外，本公开的功能的某些实施方式在数学上、计算上或技术上足够复杂，以至于为了执行所述功能(例如，由于所涉及的计算量或复杂性或者为了基本实时地提供结果)，专用硬件或一个或多个物理计算设备(利用适当的专用可执行指令)可能是必需的。例如，动画或视频可以包括许多帧，其中每帧具有数百万个像素，并且需要专用编程计算机硬件来处理视频数据以在商业上合理的时间内提供所需的图像处理任务或应用。
代码模块或任何类型的数据可以被存储在任何类型的非暂时性计算机可读介质上，诸如物理计算机存储装置，包括硬盘驱动器、固态存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、易失性或非易失性存储器以及相同和/或相似元件的组合。方法和模块(或数据)也可以在各种计算机可读传输介质上作为生成的数据信号(例如，作为载波或其它模拟或数字传播信号的一部分)传输，所述传输介质包括基于无线的介质和基于导线/电缆的介质，且可以采取多种形式(例如，作为单个或多路复用模拟信号的一部分，或者作为多个离散数字数据包或帧)。所公开的过程或处理步骤的结果可以持久地或以其它方式存储在任何类型的非暂时性实体计算机存储器中，或者可以经由计算机可读传输介质来传送。
在此描述和/或附图示出的流程图中的任何过程、框、状态、步骤或功能应该被理解为潜在地表示代码模块、代码段或代码部分，其包括用于实现处理中的特定功能(例如，逻辑或算术功能)或步骤的一个或多个可执行指令。各种过程、框、状态、步骤或功能可以与本文提供的说明性示例一起执行以下操作：组合、重排、添加、删除、修改或其它改变。在一些实施例中，附加的或不同的计算系统或代码模块可以执行本文所述的功能中的部分或全部。本文描述的方法和过程也不限于任何具体的顺序，并且与其相关的框、步骤或状态可以以其它适当的顺列来执行，例如以串行、并行或以某种其它方式来执行。可以向所公开的示例实施例添加任务或事件或者从中移除任务或事件。此外，本文所述的实施方式中的各种系统组件的分离是出于说明的目的，不应该被理解为在所有实施方式中都需要这种分离。应该理解，所描述的程序组件、方法和系统通常可以一起集成在单个计算机产品中或者封装到多个计算机产品中。许多实施方式的变体是可行的。
过程、方法和系统可以在网络(或分布式)计算环境中实施。网络环境包括企业范围的计算机网络、内联网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、个域网(PAN)、云计算网络、众包计算网络、因特网和万维网。网络可以是有线或无线网络，或任何其它类型的通信网络。
本公开的系统和方法各自具有若干创新性方面，这些方面中的任一单个方面不单独负责本文所公开的期望待性或不是本文所公开的期望待性所必需的。上述各种特征和过程可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式组合使用。所有可能的组合和子组合均旨在落入本公开的范围内。对本公开中所描述的实施方式的各种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可将本文中限定的一般原理应用于其它实施方式。因此，权利要求不旨在限于本文所示的实施方式，而是应被赋予与本公开、本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。
本说明书中在单独的实施方式的上下文描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合地实现。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独实施，或以任何合适的子组合实施。此外，尽管上文可将特征描述为以某些组合起作用，甚至最初这样要求保护，但是所要求保护的组合中的一个或多个特征在某些情况下可以从该组合中剔除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变体。对于每个实施例而言，没有任何单个特征或特征组是必需的或不可或缺的。
除非另有具体说明，或者在上下文中另有理解除外，否则在此使用的诸如“可”、“可以”、“可能”、“能够”、“例如”等之类的条件语通常旨在表达某些实施例包括，而其它实施例不包括某些特征、元素和/或步骤。因此，这种条件语通常不旨在暗示特征、元素和/或步骤以任何方式对于一个或多个实施例所必需的，也不意在暗示在有或者没有程序设计者输入或提示的情况下，一个或多个实施例必然包括用于决定是否包括这些特征、元素和/或步骤是否在任何具体实施例中执行这些特征、元素和/或步骤的逻辑。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词，并且以开放的方式包含性地使用，并且不排除其它元素、特征、动作、操作等。此外，术语“或”在使用时具有包含性含义(而非排他性含义)，因此，当被用于例如连接元素列表时，术语“或”表示列表元素中的一个、一些或全部。另外，除非另有说明，否则在本申请和所附权利要求书中使用的冠词“一”、“一个”和“所述”应被解释为表示“一个或多个”或“至少一个”。
如本文所使用的，涉及项目列表中的“至少一个”的短语指这些项目的任何组合，包括单个成员。作为示例，“A、B或C中的至少一个”旨在涵盖：A、B、C、A和B、A和C、B和C，以及A、B和C。诸如短语“X、Y和Z中的至少一个”之类的连接语(除非另有声明)以通过常用的上下文来理解，以表达项目、术语等可以是X、Y和Z中的至少一个。因此，这样的连接语通常并不旨在暗示某些实施例需要至少一个X、至少一个Y以及至少一个Z中的每个都存在。
类似地，尽管操作在附图中可以以特定顺序示出，但应认识到，这些操作不需要以所示的特定顺序或以相继的顺序执行，或者执行所有例示的操作以实现所需的结果。此外，附图可以以流程图的形式示意性地示出一个或多个示例过程。然而，其它未示出的操作可以并入示意性说明的示例方法和处理中。例如，一个或多个附加操作可以在任何所示的操作之前、之后、同时或期间执行。另外，在其它实施方式中，操作可以重新排列或排序。在某些情况下，多任务和并行处理是有利的。此外，上述实施方式描述的各种系统组件的分离不应该被理解为在所有实施方式中都需要这种分离，需要理解，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或者封装到多个软件产品中。另外，其它实施方式在以下权利要求的范围内。在一些情况下，权利要求中列出的动作可以以不同的顺序执行，并且仍能实现所需的结果。

Claims (26)

1.一种纹理投射灯泡，包括：
白炽灯丝，其被配置为产生红外光；
积分球，其围绕所述白炽灯丝，其中，所述积分球包括漫反射内表面和被配置为允许光传播到所述积分球之外的孔；
灯泡外壳，其包围所述积分球，所述外壳包括一个或多个红外光透射区域和一个或多个红外光不透明区域，其中，所述一个或多个透射区域被配置为投射能由计算机视觉系统检测到的红外光的结构化光图案；以及
挡板，其至少部分地设置在所述积分球内，
其中，所述积分球的所述孔与所述灯泡外壳间隔开。
2.一种纹理投射灯泡，包括：
光源；
积分器，其围绕所述光源，所述积分器包括内表面和至少一个孔；
外壳，其包围所述积分器，其中，所述外壳的至少一部分是半透明的，并且其中，所述外壳的半透明区域被配置为投射结构化光图案；以及
挡板，其至少部分地设置在所述积分器内，
其中，所述积分器的所述至少一个孔与所述外壳间隔开。
3.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述光源被配置为产生红外光。
4.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述光源被配置为产生可见光。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的灯泡，其中，所述光源被配置为产生红外光与可见光的组合。
6.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述积分器包括积分球。
7.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述积分器包括积分立方体。
8.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述积分器的所述内表面包括镜面反射材料。
9.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述积分器的所述内表面至少部分地被涂覆有镜面反射涂层。
10.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述积分器的所述内表面包括漫射材料。
11.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述积分器的所述内表面至少部分地被涂覆有漫射涂层。
12.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述光源包括白炽灯丝。
13.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述光源包括发光二极管。
14.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述光源包括气体放电元件。
15.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述光源包括弧光灯。
16.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述外壳的至少一部分包括热反射镜。
17.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述外壳的至少一部分是不透明的。
18.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述外壳的所述内表面的至少一部分能够吸收光。
19.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述外壳的至少一部分是球形的。
20.根据权利要求19所述的灯泡，其中，所述积分器的所述孔位于所述外壳的球形部分的中心处。
21.根据权利要求2所述的灯泡，进一步包括底座，所述底座被配置为机械地和电气地连接到灯泡插座。
22.根据权利要求21所述的灯泡，其中，所述底座包括螺纹底座。
23.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述挡板的至少一部分沿所述光源与所述孔之间的直线路径定位。
24.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述挡板与在所述光源与所述孔之间的每条直线路径相交。
25.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述挡板包括镜面反射表面。
26.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述挡板包括漫反射表面。
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