CN111880360A - 高速二进制压缩光场投影系统 - Google Patents

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Abstract

本文公开了高速二进制压缩光场投影系统。在一个实施例中，压缩光场投影系统利用相互作用以产生光场的一对光调制器，例如，数字微镜设备(DMD)。然后，光场通过投影透镜投影到屏幕上，该屏幕可以是扩角投影屏幕，该扩角投影屏幕包括用于校直光场的视图的菲涅耳透镜，以及用于增加视场开普勒透镜对的双凸透镜阵列或单凸透镜。此外，公开了用于生成放置在一对光调制器上的图案的压缩技术，从而减少重建光场所需的帧数。

Description

高速二进制压缩光场投影系统
技术领域
本公开总体涉及光场投影，并且更具体地，涉及压缩光场投影系统。
背景技术
存在显示器的许多用例，这些显示器允许观看者自由地观看三维(3D)场景，而无需佩戴3D眼镜。然而，用于创建3D场景的传统的光场投影技术(例如，依赖于液晶显示器(LCD)设备的技术)受到严重限制，包括无法缩放至大尺寸或大视场、低帧频、昏暗、有限数量的视图、以及有限深度。
发明内容
本公开的一个实施例提供了一种光场投影器。该光场投影器通常包括被配置为发光的光源。该光场投影器还包括光学布置，该光学布置包括：第一光调制器，该第一光调制器被控制为至少部分地基于第一图案来反射入射在第一光调制器上的光；以及第二光调制器，该第二光调制器被控制为至少部分地基于第二图案来反射已被第一光调制器反射并入射到第二光调制器上的光。
本公开的另一实施例提供了一种用于生成光场的计算机实现的方法。该方法通常包括接收指示要生成的光场的数据。该方法还包括针对相互作用以产生光场的一对光调制器中的每个光调制器确定至少一个相应的图案。此外，该方法包括至少部分地基于针对光调制器确定的至少一个相应的图案，控制该对光调制器中的每个光调制器。
本公开的另一实施例提供了一种扩角(angle-expanding)投影屏幕。该扩角投影屏幕通常包括菲涅耳(Fresnel)场透镜，该菲涅耳场透镜被配置为校直(straighten)投影在其上的光场的视图。该扩角投影屏幕还包括至少一个凸透镜(lenticular)，该至少一个凸透镜被配置为增大具有校直视图的光场的视场。
其他实施例包括但不限于计算机可读介质，该计算机可读介质包括指令，该指令使处理单元能够实现所公开的方法的一个或多个实施例，以及被配置为实现所公开的方法的一个或多个方面的系统。
附图说明
为了实现并可以详细地理解上述方面，可以参考附图对以上简要概述的本发明的实施例进行更具体的描述。
然而，应注意，附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应视为对本发明的范围的限制，因为本发明可以允许其他等效实施例。
图1示出了根据实施例的光场产生系统。
图2A示出了根据实施例的光场投影器的组件。
图2B示出了根据替代实施例的光场投影器的组件。
图3示出了根据实施例的示例数字微镜设备的一部分。
图4示出了根据实施例的投影屏幕。
图5示出了根据实施例的扩角投影屏幕。
图6更详细地示出了根据实施例的图5的扩角屏幕中的开普勒(Keplerian)透镜对。
图7示出了根据替代实施例的投影屏幕。
图8示出了根据实施例的使用双光调制器来重建示例性光场。
图9示出了根据实施例的用于创建光场的扫描孔径方法与压缩方法之间的差异的示例。
图10更详细地示出了根据实施例的如何产生图9所示的两个帧。
图11示出了根据实施例的不同亮度位平面的示例二进制矩阵分解。
图12示出了根据实施例的用于控制双光调制器来产生光场的方法。
图13更详细地示出了其中可以执行压缩光场渲染应用的实施例的计算系统。
具体实施方式
本文公开了压缩光场投影系统的各种实施方式。在一个实施例中，压缩光场投影系统利用一对光调制器(例如，数字微镜设备(DMD))，它们相互作用以产生光场。然后，光场通过投影透镜被投影到屏幕上，在实施例中，屏幕可以是扩角投影屏幕，其包括用于校直光场的视图的菲涅耳透镜，以及用于增加视场的开普勒透镜对的双凸透镜(doublelenticular)阵列或单凸透镜阵列。此外，公开了用于产生放置在该对光调制器上的图案的压缩技术，从而减少重建光场所需的帧数。
图1示出了根据实施例的光场产生系统100。如图所示，光场产生系统100包括光场投影器110、扩角屏幕130和计算系统140，该计算系统140被配置为执行存储在存储器145中的压缩光场渲染应用150。说明性地，光场投影器110包括彼此相互作用并且可以用于产生光场125的一对光调制器113和116，该光场125可以表示相对高分辨率和密集的多视图图像。光场投影器110还包括投影透镜120，该投影透镜120将所产生的光场投影到扩角屏幕130上，该扩角屏幕130校直投影的光场的视图并增加视场(从而增大投影图像的视差)。例如，光场125可以是1英寸的正方形，其被投影到扩角屏幕130上以将其尺寸扩大到对角线175-200英寸。
在操作中，压缩光场渲染应用150确定要放置在光调制器113和116中的每个上以产生光场的图案，同时减少产生光场所需的帧(图案)的数量。为了确定要放置在光调制器113和116上的图案，在一个实施例中，压缩光场渲染应用150可以在将期望光场分成不同的亮度等级之后，执行二进制非负矩阵分解。经验表明，这样做可以将带宽(即所需的帧)减少一到两个数量级。在替代实施例中，压缩光场渲染应用150可以执行非线性动态编程搜索、具有二进制阈值的梯度下降、或遗传算法，来确定要放置在光调制器113和116上的图案。
图2A更详细地示出了根据实施例的光场投影器110的组件。尽管公开了特定光学元件的示例，但是应当注意，可以使用具有本文所述特性的任何合适的光学元件，并且所讨论的光学元件还可以以任何可行的方式从任何合适的材料制成。此外，关于特定实施方式描述的特征可以有益地应用于其他实施方式，而无需明确的叙述。
如图所示，光场投影器110包括光源111、全内反射(TIR)棱镜112、双光调制器113和116、漫射器(例如，微透镜阵列114)、以及由透镜119A和119B形成的改进位移倾斜组件。双光调制器113和116耦合在一起，并且可以用于产生提供高分辨率、密集多视图图象的光场。在一个实施例中，来自调制器113的一行中的每个像素的光与调制器116的相应的行中的每个像素相互作用，以便控制在一组观看方向上的光强度。以这种方式控制的视图越多，重建的图像可以具有的深度就越大。
在操作中，光源111发出光束105。光束105可以是用于颜色的多波段RGB，其是颜色有序的(一组双调制器)或使用三组双调制器-每个颜色分量一组。在一个实施例中，光束105为准直激光。这种准直激光必须离轴地照射光调制器113，以使图案化的光被光调制器113在轴向上反射。如图所示，由光源111发射的光束105被TIR棱镜112反射，并且以如图所示的24°的角度入射在光调制器113上。在替代实施例中，光源111本身可以成一定角度，从而以一定角度朝向光调制器113发射光束。该光束也可以具有24°的角度(或者对于较旧的DMD为20°)，但是该角度取决于DMD反射镜在打开和关闭状态下的倾斜角度。通常期望以正确的角度(即24°)进入，因此在反射之后，光束以0°离开(但这不是必需的)。尽管在这种情况下不需要TIR棱镜，但TIR棱镜使得光以0°反射的直角入射变得更容易且更紧凑。
示意性地，来自光束105的一部分光以0°的角度(图2A中的垂直轴)从光调制器113反射朝向光调制器116。可以控制光调制器113的反射镜，以将对图像进行编码的图案反射到光束上，并且光调制器113和116还通过在它们之间行进的光进行光学交叉耦合，以产生光场。两个调制器之间的光学交叉耦合和相互作用允许针对投影的每个位置和角度(即光场)控制光线的辐射度，从而提供产生具有多个3D场景视图的自动立体投影的能力。
由在计算系统140中执行的压缩光场应用150确定的多组图案可以以时间顺序呈现在光调制器113和116上，并且这些图案的呈现叠加组合以产生完整的光场。
在一个实施例中，光调制器113和116中的每个可以是数字微镜器件(DMD)。尽管光调制器113和116在本文中也被称为DMD 113和116，但是在一些实施例中，可以使用其他类型的光调制器代替DMD。使用诸如DMD之类的高速调制器，可以在每个帧刷新时间期间呈现长的图案序列，以创建相对复杂的光场。例如，与用于产生光场的液晶显示器(LCD)或硅基液晶(LCOS)面板不同，DMD不需要偏振。结果，一些DMD可以运行高达每秒32000帧，这比LCD通常可实现的每秒帧数更多，即使需要对颜色和强度进行多路复用。图3示出了可以用作光调制器113或116之一的示例DMD 300的一部分。如图所示，DMD 300包括可切换反射镜矩形阵列310i，每个可切换反射镜可以被控制(例如，通过在计算系统140中运行的压缩光场渲染应用150)为将入射到其上的光朝向期望角度反射，也称为“打开”反射镜，或者倾倒(dump)入射到其上的光(例如，通过以另一角度来反射光，例如观看者无法看到光的)，也称为“关闭”反射镜。也就是说，每个反射镜310i在打开(如果入射光被反射镜反射)或者关闭(如果入射光被倾倒)时可以产生二进制光输出。应当理解，由于DMD是反射性的，所以DMD无法像透射LCD面板一样被成行地堆叠。
返回图2A并假设光调制器113和116是DMD，示出了DMD 113和116的配置，该配置耦合DMD 113和116而不堆叠它们，如上所述堆叠是不可行的。如图所示，DMD 113中的每个反射镜可以被控制为将入射在其上的光朝向DMD 116偏转，或者倾倒入射在其上的光，使得光不会到达DMD 116。类似地，DMD 116中的每个反射镜可以被控制为将入射在其上的光朝向位移倾斜组件偏转，或者倾倒光，使得光不会到达位移倾斜组件。在一个实施例中，DMD 113中的反射镜是可控的(例如，通过执行压缩光场渲染应用150的计算系统140)以用位置信息对入射在其上的光束105进行编码，并且DMD 113中的反射镜是可控的以使用角度信息对入射在其上的光束(可以是原始光束105的一部分)进行编码，使得输出光场的光线只能从某些位置和角度看到。在这种情况下，一个DMD平面(示为DMD113)控制像素位置，而另一DMD平面(示为DMD 116)控制从这些像素位置中的每个像素位置看到的视图。显示像素和视野的数量可以等于每个平面中的DMD像素的数量，从而允许创建具有相对较大数量的视图(和深度)的高分辨率3D图像。然而，DMD调制器只能用于呈现二进制图像，因此产生强度变化和不同的颜色需要改变光源111的强度和波长。可以使用滤光器来改变发射白光的光源111的波长。在另一实施例中，可以使用多个激光器，每个激光器具有不同的颜色(不同的波长)，并将它们光束组合成单个光纤。此外，来自光纤的光通常具有高斯(Gaussian)强度分布，但可能期望具有照度。可以使用产生均匀平顶光束轮廓的方芯光纤。
在一个实施例中，从DMD 113的一行中的每个反射镜反射(而不是倾倒)的光与DMD116的相应的行中的每个反射镜相互作用。相互作用可以包括(反射的)光还反射自DMD 116的该相应行中的反射镜之一，在这种情况下，观看者将能够看到来自相关联方向的反射光，或者(反射的)光被这样的反射镜倾倒，在这种情况下，观看者将无法看到来自相关联方向的光。在一个实施例中，这种相互作用被用于产生具有仅水平视差(即不具有垂直视差)的光场，其中，视图在观看者从一侧向另一侧移动而不是上下移动时改变。仅水平视差利用了以下事实：观看者通常从一侧向另一侧移动而不是上下摆动，并且人眼水平间隔开以实现双目(3D)视觉。此外，仅水平视差减少了分辨率的平方根所需的信息以计算或产生光场。与该计算有关的信息是每个方向和位置的强度。与产生光场有关的信息是调制器中的像素的数量和时间多路复用图像的数量。
通过使用作为光束105的准直激光、处于面对面关系的DMD 113和116、作为柱面微透镜阵列114的漫射器、以及位于DMD 113和116之间的场透镜115来实现仅水平视差。微透镜阵列114特别地用作水平漫射器，其将入射在其上的光聚焦成点，并且光然后从这些点扩散开。当来自微透镜阵列114的光对称地扩散开时，使用场透镜115以使来自侧面的光向内偏转，从而对准DMD 116。说明性地，场透镜115不偏转由微透镜阵列114的中间产生的光，但偏转由微透镜阵列114的侧面产生的光。
通过结合使用微透镜阵列114和场透镜115，由DMD 113的每行中的反射镜反射(而不是倾倒)的光被漫射出去，以与DMD的相应的行中的每个反射镜相互作用。也就是说，来自第一DMD 113的一行中的每个像素的反射光穿过匹配的凸透镜微透镜阵列114和场透镜115，以被水平漫射并分布到第二DMD 116的相应行中的每个像素。由DMD 113的一行中的反射镜反射的光(编码了位置信息进行编码(即与反射镜相对应的像素的位置))与DMD 116的相应行中的每个反射镜(编码了角度信息(即可以从中看到像素的角度))的相互作用允许对位置信息和角度信息二者进行编码，以产生具有水平视差的光场。
在一个实施例中，将入射在其上的光聚焦成点的微透镜阵列114是包括一系列柱面透镜的凸透镜(即透镜阵列)。在这种情况下，每个柱面透镜的尺寸可以与DMD 113的反射镜之一所生成的像素的尺寸大致相同。与一些其他类型的水平漫射器相反，使用具有柱面透镜的微透镜阵列114允许DMD 113的每行中的像素仅与DMD 116的相应行中的像素进行相互作用。在一种具体实施例中，每个柱面透镜的间距(即透镜中心之间的间隔，其也可被视为柱面透镜的弦)可以约为10.5微米，以匹配调制器间距。可以光刻地、或以任何其他可行方式来产生微透镜阵列114。在替代实施例中，可以使用仅水平地漫射光而不垂直地漫射光的全息一维(1D)漫射器来代替微透镜阵列114。然而，微透镜阵列通常比全息1D漫射器更精确，并且微透镜阵列产生可能对屏幕有益的点源，这将在下面更详细地讨论。
如图所示，光被DMD 116中(不被控制为倾倒入射到其上的光)的反射镜以一定角度(例如，24度)反射，产生输出光场117。尽管光正面照亮DMD 116(以及位于同一位置的场透镜)，但点列被DMD 116离轴地重新成像，因此从DMD 116反射镜的反射的视角在整个设备上是一致的。然而，由于DMD 116是由平面中的个体反射镜的阵列制成，因此入射在其上并离轴地反射的光包括沿平面的焦点，如重影线(ghosted line)118所示，该平面在深度上偏斜，而不是垂直于光轴。也就是说，由DMD 116重新成像的视图的焦平面以及强度调制点列在深度上偏斜。应当理解，倾斜的光场束117可能不会如期望地与将光场投射到屏幕上以供观看的投影透镜相互作用，因为投影的光场不会聚焦在垂直屏幕上。在一个实施例中，示为包括透镜119a和119b的移位倾斜透镜组件被用于将偏斜的深度平面和点列(在偏斜的深度平面上)重新成像到具有适当定向的视图的平坦焦平面上。也就是说，透镜119a和119b以适当的角度(这通常可以取决于光被DMD 116中的反射镜反射的角度)布置，以偏转穿过透镜119a和119b的光，使得输出光场125垂直于光轴，如标准投影透镜所期望的
尽管在图2A中未示出，但还可以使用附接到投影屏幕的垂直漫射器，例如，全息1D漫射器或垂直地将光漫射出去的水平凸透镜。这样的垂直漫射器可以允许观看者看到来自屏幕平面并具有多个视图的图像。
图2B示出了根据替代实施例的光场投影器的组件。该实施例是允许使用高功率光纤耦合激光照明的“中继DMD”光场投影器。图2A的设计依赖于准直光来照亮调制器、获取二进制图案、并形成点光源阵列(使用微透镜阵列)，该点光源阵列与单凸透镜屏幕相互作用以增加视场。然而，这样做必须使用高度准直的激光束。具体地，为了在非常大的屏幕上产生明亮的图像，需要高流明的投影器(以及更高功率的照明器)。例如，为了实现高功率可调制激光照明，可以使用组合成单个多模光纤的多个二极管激光器。然而，多模光纤具有较大纤芯直径，因此，激光束不能被紧密地准直。因此，在光场投影装置中使用来自多模光纤的激光可能导致来自一个调制器行的光扩展，并与另一调制器的多个行相互作用。此外，有限的光纤芯尺寸可能导致扩展光源取代微透镜阵列后面之后的点光源，从而影响单凸透镜作为光束扩展器的操作。
“中继DMD”光场投影器允许使用来自具有较大多模光纤的多个光纤耦合激光二极管的更高功率。为了实现这一点，需要通过将中继光学器件添加到光场投影器系统中，来将第一调制器的行垂直地重新成像到第二调制器的相应行上。然而，在水平方向上，必须将第一调制器的像素列重新成像到微小透镜漫射器的相应的小透镜上，使得第一调制器的每个像素与第二调制器的相应行中的每个像素交叉耦合。这样做需要柱面透镜，以允许将每个轴中继到不同的位置。
如面板A所示，垂直柱面透镜240和球面透镜242将DMD 230的行中继到DMD 260的行，而狭缝孔径250阻挡不希望的DMD衍射级。这允许使用来自光纤照明器和光束漫射器的光，该光进入TIR棱镜225并从DMD 230反射(或不反射)，并最终从DMD 260反射(或不反射)，并且通过TIR棱镜270留给具有狭缝孔径和投影透镜的倾斜移位光学器件。还示出了圆柱变换中继透镜226和227，其将DMD 230水平成像到圆柱小透镜阵列(CLA)242上，以及作为中继透镜对(240和242)的一部分的圆柱变换透镜240，其将DMD 230垂直成像到DMD 260。如面板B所示，水平圆柱中继光学器件226和227将DMD 230的列中继到圆柱CLA 242的列，并且球面透镜242(例如，场透镜)将所得的水平漫射光引导至TIR棱镜270和DMD 260，使得来自第一DMD 230的一个行中的每个像素的反射光分布到第二DMD 26的相应行中的每个像素。
水平中继(以及倾斜移位组件)还提供了去除由来自调制器的微反射镜的衍射引起的调制器的重影的机会。在中继的焦点处，在一个实施例中可以放置空间过滤器，使得仅期望的轴向光通过，但来自微反射镜阵列的轴外衍射光被去除。
图4示出了根据实施例的投影屏幕410。如图所示，投影屏幕410是菲涅耳场透镜，用于在由光场投影器110输出的光场125被投影透镜120放大之后，校直光场125的视图(例如，视野402、404和406)；以及用于仅显示水平视差的垂直漫射器(未示出)。投影透镜120被配置为将由光场投影器110生成的光场125投影到投影屏幕410上，该投影屏幕410可以例如被安装在墙壁上，使得在墙壁另一侧的观看者可以自由地观看由所投影的光场表示的相对较大、较深、较高分辨率的3D场景，而无需佩戴3D眼镜。替代实施例可替代地采用前投影，例如，通过将光场125朝向墙壁上的镜像菲涅耳而不是投影屏幕进行投影。假设光场125被投影到投影屏幕410上，则投影透镜120可以用于将在投影器110内部照明或创建的小调制器或光场平面聚焦到屏幕410上，使得屏幕410上的图像尺寸比原始图像尺寸大得多，并且图像在屏幕410的基本上所有的部分上聚焦。如上所述，光场125可以是例如1英寸的正方形，并被投影到屏幕上以将其尺寸扩大为对角线200英寸。投影透镜120应具有足够高的质量，使得图像可以被放大。
在操作中，由光场投影器110生成的光场125(为了简化，在图4中被表示为两个DMD113和116)穿过投影透镜120，如上所述，该投影透镜120在空间上扩大了光场125。然而，由于“光学不变性”，其要求光线的角度和视场的乘积在整个空间中是恒定的，因此当光场125被投影透镜120扩大时，光场125的视场成比例地减小。这种减小的视场减小了观看者通过四处观看或四处移动可以看到3D场景的角度。另外，当由投影透镜120投影的光的方向向外张开时，视区(view zone)是偏斜的(或倾斜的)，而不是面向前方。如本文所用，偏斜、倾斜和张开是指视场(或光线的方向)相对于透镜/屏幕的光轴不是对称的。在所示实施例中，菲涅耳场透镜投影屏幕410校直倾斜的视图，使得观看者可以通过站在投影屏幕410的正前方(而不是以一定角度)来观看光场。
图5示出了根据实施例的扩角投影屏幕500。如图所示，扩角投影屏幕500包括菲涅耳场透镜510和双凸透镜520，该双凸透镜520是双复眼(fly-eye)透镜阵列，每个透镜也可以称为“小透镜”。类似于以上关于图4所讨论的菲涅耳场透镜410，菲涅耳场透镜510被配置为校直由投影透镜120产生的偏斜视图。在一个实施例中，双凸透镜520包括开普勒透镜对阵列，并且每个开普勒透镜用于通过将聚焦像素的光线束以在保持其位置的同时创建较大视场，来缩小各自的像素尺寸并增大该像素的视场。图6更详细地示出了根据实施例的扩角投影屏幕500的双凸透镜520中的示例开普勒透镜对610和620。如面板A所示，开普勒透镜对610和620用于在像素的光穿过开普勒透镜对610和620时(在图6中从左到右)，减小图像像素尺寸(面积)。说明性地，开普勒透镜对610和620是弯曲的背对背透镜，并且进入透镜610的准直平行光在透镜610和620之间被聚焦在更靠近透镜620的点处，然后再次展开，并由透镜620偏转以变为准直平行光束，其厚度小于最初进入透镜610的准直平行光束。在开普勒透镜对610和620减小像素的尺寸的同时，开普勒透镜对610和620创建较大视场。这是光学不变性的结果，其要求尺寸减小与视场增大相关联，以便尺寸和视场的乘积保持恒定。面板B示出了通过开普勒透镜对阵列(例如，开普勒透镜对610和620)将输入像素630、631和632缩小为输出像素641、642和643的示例。如图所示，在输出像素641、642和643中保持输入像素630、631和632之间的相对间隔，并且输入像素630、631和632的高度缩小但保持其宽度。
返回图5，投影透镜120与包括菲涅耳场透镜510和双凸透镜520的扩角投影屏幕500的组合允许光场投影器110产生的光场125被扩大，同时校直视图，缩小每个像素并增大视场。
图7示出了根据替代实施例的投影屏幕。如面板A所示，菲涅耳场透镜用作投影屏幕710。类似于以上关于图4描述的投影屏幕410，菲涅耳场透镜投影屏幕710校直由投影透镜120产生的偏斜视图，使得观看者可以通过站在投影屏幕700正前方而不是以一定角度来观看光场。与投影屏幕410相反，投影屏幕710未被放置在由投影透镜120输出的光的焦平面(屏幕平面)处。
如面板B所示，扩角屏幕720包括菲涅耳场透镜730和单凸透镜740，与以上关于扩角投影屏幕500所描述的双凸透镜520不同，该单凸透镜740是单复眼透镜阵列。类似于菲涅耳场透镜710，菲涅耳场透镜730校直由投影透镜120产生的偏斜视图，但不在投影透镜120输出的光的焦平面处。进而，单凸透镜740聚焦由菲涅耳场透镜730产生的经校直的光锥，以增大视场。在一个实施例中，菲涅耳场透镜730和单凸透镜740可以被模制成一件，并且菲涅耳场透镜730在一侧，而凸透镜凸起(bump)在背侧。与不能被模制成一件的双凸透镜520和菲涅耳场透镜510相比，这在结构上更简单。对于仅水平视差的显示，在单凸透镜740之后(或之前)还可以存在各向异性(垂直)漫射器750，使得水平视图未被偏转，但允许观看者以不同的观看高度看到水平视图。
不同于透镜对(例如，双凸透镜520中的彼此相互作用以放大视场的透镜对)，单凸透镜740中的与投影透镜120相互作用以放大视场的透镜对。然而，单凸透镜740要求输入光的形式为点，而不是具有显著面积的像素，因为此类像素的边缘不会像此类像素的中间那样向前离开单凸透镜面。在一个实施例中，上述微透镜阵列114可用于创建点，从而允许将单凸透镜740与投影透镜120一起使用以增大视场。如所描述的，微透镜阵列114将准直光束作为输入，并从准直光束产生光点。在这种情况下，微透镜阵列114不仅漫射光以使得DMD113中的每一行中的像素与DMD 116中的相应行中的所有像素相互作用，并且微透镜阵列114还产生单凸透镜740与投影透镜120一起使用以放大视场所需的点源。
图8示出了根据实施例的使用双光调制器来重建示例性光场。面板A示出了光线810i，其在场景中可以是来自(一个或多个)光源(未示出)的、被示为球体800的物体反射的光线，并且对于球体800前方的观看者可见。
如面板B所示，一对DMD 113和116可用于重建光线810i，包括其强度和方向，从而允许DMD 113和116前方的观看者“看到”球体800，犹如它位于DMD 113和116后方。如所描述的，在一个实施例中，DMD 113对位置信息进行编码，并且DMD 116对角度信息进行编码。在替代实施例中，一个DMD可以被用来编码DMD的平面上的一个像素位置，而另一像素位置可以被编码在另一DMD的平面上。说明性地，光线8101、8102、8103、8104如下所述在DMD 113和116的两个平面之间行进。光线8101穿过第二像素位置8202(由DMD 113的相应反射镜编码)以及第二角度8302(由DMD 116的相应反射镜编码)。光线8102穿过第二像素位置8202和第一角度8301。光线8103穿过第三像素位置8202和第一角度8301。光线8104穿过第三像素位置8202和第二角度8302。
面板C示出了2D栅格835，该栅格绘制了与光线810i相关联的位置和角度的分布。沿栅格835的x轴绘制不同的位置，并且沿栅格835的y轴绘制不同的角度。如图所示，栅格835中的单元8401、8402、8403、8404分别对应于以上描述的光线8101、8102、8103、8104。
图9示出了根据实施例的用于产生光场的扫描孔径方法和压缩方法之间的差异的示例。一种用于再现包括光线810i的上述光场的方法(在本文中称为“扫描孔径”)涉及迭代地控制由DMD 113编码的每个像素位置的光强度以及由DMD 116编码的相应角度。如面板A所示，扫描孔径方法循环通过像素位置，并切换DMD 113和DMD 116中的适当的反射镜，以顺序地重新产生穿过由DMD 113编码的像素位置8201-8中的每个像素位置(以及由DMD 116编码的那些光线穿过的角度)的光线，需要八个帧901-908来重新产生球体800反射的所有光线810i。例如，在帧901中，DMD 113中的编码第一像素位置8201的反射镜被控制为反射入射在其上的光，DMD 113和DMD 116中的(在相同行中)其他反射镜被控制为倾倒入射在其上的光，从而不产生观看者可见的光线；在帧902中，DMD 113中的编码第二像素位置8202的反射镜被控制为反射入射在其上的光，DMD 113中的(在相同行中)其他反射镜被控制为倾倒入射在其上的光，并且DMD 116中的编码各个角度的两个反射镜被控制为反射入射在其上的光(而DMD 116中的相同行中的其他反射镜被控制为倾倒入射在其上的光)，从而产生光线8101和8102等。应当理解，由于帧901-908与不同的光线相关联，因此帧901-908将显示球体800的图像的不同部分。这种帧901-908(在本文中也被称为“子帧”)加起来为整个光场。
扫描孔径方法可以用于以适当的位置、角度和强度来重建光线810i。然而，这样做可能需要生成和显示大量子帧，这可能需要很长时间和/或导致暗淡图像。例如，图像的3000个视图可能需要3000个子帧，这将需要60秒来在每秒50帧的显示设备上进行显示。面板B示出了根据实施例的用于生成压缩光场的方法，该方法比扫描孔径方法更高效。如图所示，与扫描孔径方法所需的八个帧901-908相对，压缩光场方法仅需要五个帧911-915来重建由球体800反射的光线810i。压缩光场方法利用了以下事实：相邻视图趋于相似，使得通过允许同时重建穿过由DMD 113编码的多个像素位置8201-8的光线，多个视图可以同时投影，而不是顺序地投影单个视图。例如，穿过由DMD 113编码的第一像素位置8201的光线8101-2和穿过由DMD 116编码的第二角度8302的光线8103-4各自穿过由DMD 116编码的相同角度中的两个角度。不是在不同的帧(例如，上述扫描孔径的帧902和903)中生成光线8101-4，所示的压缩光场方法通过控制DMD 113和116中的适当的反射镜(对应于像素位置8202-3和前两个角度)来反射光，并且控制DMD 113和116中的(相同行中的)其他反射镜来倾倒光，在单个帧911中生成光线8101-4。
图10更详细地示出了根据实施例的如何生成图9所示的帧902和911。如面板A所示，通过控制DMD 113中的与像素位置8202相对应的反射镜，以及DMD 116中的与角度8301和8302相对应的反射镜来反射入射在其上的光，使用扫描孔径方法来生成帧902的光线8101和8102。同时，DMD 113和116中的(相同行中的)其他反射镜被控制为倾倒入射在其上的光。面板B示出了2D栅格1000，其绘制了与光线810i相关联的位置和角度的分布，以及与针对帧902生成的光线8101和8102相对应的位置和角度的分布，显示为突出显示的单元8401和8402。
如面板C所示，通过控制DMD 113中的对应于像素位置8202和8203的反射镜以及DMD116中的对应于角度8301和8302的反射镜来反射入射到其上的光，而控制DMD 113和116中的(相同行中的)其他反射镜来倾倒入射在其上的光，使用根据实施例的压缩光场方法来针对帧911生成光线8101、8102、8103和8104。面板D示出了2D栅格1010，其绘制了与光线810i相关联的位置和角度的分布，以及与针对帧911生成的光线8101、8102、8103和8104相对应的光线的位置和角度的分布，显示为突出显示的单元8401、8402、8403和8404。如图所示，可以使用压缩光场方法(而不是使用扫描孔径方法)来针对帧在同一时间生成穿过更多位置和角度的光线。经验表明，与扫描孔径方法相比，压缩光场方法可以将表示光场所需的帧数减少一个或两个数量级(或更多)。可能的压缩量通常可以取决于场景的性质。例如，自然场景(其中，由于相干的、固体物体占据空间中确定的位置，视图趋于相似)可比描绘灰尘或火花的场景更具可压缩性。
图11示出了根据实施例的不同亮度位平面的示例二进制矩阵分解。如图所示，包括光线810i的示例光场(如所描述的可以描绘为栅格800)可以划分成将由DMD 113编码的多个图案11002、11004、11006、11008和110010，以及将由DMD 116编码的多个图案11001、11003、11005、11007和11009。图案对11001和11002、11003和11004、11005和11006、11007和11008、11009和110010可以依次分别放置在DMD 113和116上，以生成描绘球体800的图像帧的子帧的光线。就矩阵运算而言，DMD 113的一个行上的图案可以表示为向量，DMD 116的相应的行上的图案可以由另一向量表示，并且这些向量的外积为矩阵，该矩阵表示从DMD 113(的一个像素行)与DMD 116(的相应像素行)的相互作用产生的(针对一个行(水平线)的)光场的位置与角度的关系。也就是说，对于仅水平视差显示，每个行(水平线)独立于其他行(水平线)进行，并且调制器的一个行中的每个像素与相应的调制器的行中的每个像素进行交互。多个矩阵图案(调制器的每个行(水平线)一个矩阵图案)可以放置在DMD 113和116上，相加在一起以产生图8所示的光场的光线810i。将期望光场压缩到更多图案中通常允许更准确地再现光场的原始分布。相反，压缩到较少图案(也称为“较低等级”)中通常产生较不准确的结果。
DMD 113和116的反射镜是二进制的，并且可以被控制为反射入射在其上的光或倾斜这样的光，而不是如LCD产生灰度光。此外，光只能相加在一起而不能相减(没有干扰)。在一个实施例中，压缩光场渲染应用150可以使用非负二进制矩阵分解来确定将由DMD 113和116编码的图案(例如，图案11001-10)，此分解产生具有二进制值(因为DMD是二进制的)的非负(因为光不能相减)图案。在执行非负二进制矩阵分解之前，压缩光场渲染应用150可以首先将期望灰度光场分解成二进制图案，然后使用非负二进制矩阵分解对每个二进制图案进行分解。在一个实施例中，压缩光场渲染应用150可以将期望灰度光场划分成表示不同亮度(即明度)位平面的图案，例如，亮度各自为更高(significant)位平面一半的位平面(即表示一半亮度的位平面、表示四分之一亮度的位平面、表示八分之一亮度的位平面等)。例如，灰度可包括对应于不同亮度值的256个灰度级，并且可以使用三组灰度图案来生成彩色图像的红色、绿色和蓝色光场(并且光源分别发出红色、绿色和蓝色光)。在这种情况下，压缩光场渲染应用150可以将灰度光场分解为代表256个灰度级中的128、64、32、16、8、4、2和1的量化位平面，并然后针对这些位平面中的每一个来执行非负二进制矩阵分解。
作为简化示例，假设灰度光场的(一个行的)强度、位置和角度由以下矩阵表示：
Figure BDA0002474399110000151
该矩阵可以分解为4倍、2倍和1倍亮度的亮度位平面，如下所示：
Figure BDA0002474399110000161
然后，可以使用非负二进制矩阵分解对三个亮度位平面进行分解，如下所示：
Figure BDA0002474399110000162
Figure BDA0002474399110000163
Figure BDA0002474399110000164
已经获得这样的分解，则压缩光场渲染应用150可以通过以下方式来重建原始光场：控制光源111以4倍亮度发光，而基于[0 1 0 0]图案控制DMD 113并基于
Figure BDA0002474399110000165
图案控制DMD 116，然后基于[0 0 1 0]图案控制DMD 113并基于
Figure BDA0002474399110000166
图案控制DMD 116，并然后基于[00 0 1]图案控制DMD 113并基于
Figure BDA0002474399110000167
图案控制DMD 116。此后，压缩光场渲染应用150可以控制光源111以2倍亮度发光，而基于[0 1 0 0]图案控制DMD113并基于
Figure BDA0002474399110000168
图案控制DMD 116，然后基于[0 0 0 1]图案控制DMD113并基于
Figure BDA0002474399110000169
图案控制DMD 116，依此类推。
在一个实施例中，压缩光场渲染应用150可以进一步将误差从较亮位平面移动到较不亮位平面。压缩过程可能会引入误差。将误差从较亮位平面移动到较不亮位平面可以解决以下问题：观看者可能会注意到较亮位平面(例如，最亮位平面(也称为“最重要”位平面))中出现的误差。例如，压缩光场渲染应用150可以将出现在一个亮度位平面中的误差转换成下一较低亮度位平面上的两个图案(假设该下一较低亮度位平面的亮度为一半)，其中，该两个图案可以表现为比较亮位平面中的误差更不会注意到的噪声。此外，压缩光场渲染应用150可以例如通过例如以下方式来识别误差本身：使用现有图案来重建光场，并将重建的光场与原始光场进行比较，以确定作为误差的差值(例如，丢失或增加的位)。
在其他实施例中，代替将灰度光场划分为不同亮度位平面并针对每个位平面执行非负二进制矩阵分解，压缩光场渲染应用150可以执行非线性动态编程搜索或具有二进制阈值的梯度下降，以压缩灰度光场。例如，给定可以为0或1的多个变量，例如，表示上述DMD图案的向量，则可以使用非线性动态编程搜索来识别在向量相乘并相加在一起之后，最接近表示所需光场的矩阵的向量组合。在特定实施例中，使用对光场的约束来执行有效深度优先搜索，可以使用具有回溯法(backtracking)的动态编程来确定向序列中的二进制值分配0或1是否减少了重构误差。也就是说，上面讨论的算法对(24位)彩色光场的每个二进制位平面使用二进制非负矩阵分解，来产生在两个DMD调制器上显示的必要的时分复用图案。分解可以替代地用于将非二进制(0-255)矩阵分解为具有表示每个图像的亮度位平面的强度的量化值的图案。这可能涉及使用具有量化权重(表示量化位平面亮度)的代价函数(cost function)对二进制因子集(表示每个位平面图案)进行搜索，使得所需的和分解的像素亮度的差异之和最小化。换句话说，代替分解，可以执行搜索。通过搜索，亮度将仍以1倍、2倍、4倍等变化，并且仅允许二进制像素图案(每个调制器行一个)，搜索应通过例如使用约束搜索(仅使用整数或二进制值，或通过使用连续值并然后阈值化为二进制值)来进行。此外，所使用的代价函数可以是期望亮度与来自分解的亮度中的差异的总和。
在另一实施例中，代替将灰度光场划分为不同亮度位平面并执行非负二进制矩阵分解、或执行非线性动态编程搜索或具有二进制阈值的梯度下降，压缩光场渲染应用150可以执行遗传算法，以压缩灰度光场。在这种情况下，压缩光场渲染应用150可以以种群中表示DMD图案的多个不同的随机向量样本开始，确定在对向量进行任何适当的乘法和加法之后，哪些样本向量能够产生最接近所需光场的光场。然后，压缩光场渲染应用150可以选择最佳样本、像遗传材料一样拆分和混合样本、确定经拆分和混合的样本中的哪些样本更好和更坏，并重复此过程，使得较强并产生接近所需光场的光场的部分重现，而较弱部分消失。
在又一实施例中，可以使用较低颜色深度(例如，15位颜色而不是24位颜色)来降低帧速率和深度，从而减少重现光场所需的视图数。例如，24位颜色针对红色、绿色和蓝色信道中的每一个需要8个位，而高颜色(15位)针对红色和蓝色信道需要5个位，并且对于绿色信道需要6个位。
在另一实施例中，可以使用较粗糙微透镜阵列来代替微透镜阵列114。微透镜阵列114中的每个微透镜对应于DMD 113的像素，但在一些实施例中，可以替代地使用较大微透镜。在这种情况下，可能需要另一透镜来按比例放大像素以匹配微透镜阵列，或者可以使用具有相对较小漫射角的漫射器。这是因为可能难以将调制器的像素间距与小透镜间距相匹配，因此这些间距可以替代地光学匹配，例如，通过使用光束扩展器将光束的直径加倍，以使小透镜适配两倍的DMD间距。
图12示出了根据实施例的用于控制双光调制器以产生光场的方法1200。方法1200产生的光场可以对应于具有仅水平视差的光的一个行(具有三个维度，两个维度用于位置并且一个维度用于角度)，在这种情况下，可以重复方法1200的步骤以生成光场的其他行。此外，可以重复方法1200以生成不同颜色的光场(使用不同颜色的光源)，例如，红色、绿色和蓝色光场。不同颜色的光场可以组合(使用诸如二向色棱镜之类的组合器块)或者顺序通过，以产生彩色图像。此外，可以重复方法1200以生成用于其他3D图像的行的光场，例如，视频的图像帧。
如图所示，方法1200在步骤1210处开始，其中，压缩光场渲染应用150接收指示要生成的灰度光场的数据。
在步骤1220处，压缩光场渲染应用150确定将放置在一对光调制器中的每个光调制器上的一个或多个图案，该对光调制器相互作用以产生光场。在一个实施例中，该对光调制器可以是DMD，例如，以上参考图1-2描述的DMD 113和116。在一些实施例中，压缩光场渲染应用150确定的用于光调制器的图案可以包括压缩光场图案，例如，其允许同时重建穿过DMD的多个像素位置的光线，如以上关于图9-11所讨论的。在一些实施例中，灰度光场的压缩可包括将光场划分成不同亮度位平面，并对每个位平面执行非负二进制矩阵分解，使用非线性动态编程搜索来压缩光场，使用具有二进制阈值的梯度下降来压缩光场，或使用遗传算法来压缩光场等。
在步骤1230处，压缩光场渲染应用150基于为每个光调制器确定的(一个或多个)图案来控制该对光调制器(以及可能地控制光源)。在诸如DMD 113和116之类的DMD的情况下，压缩光场渲染应用150可以发送一个或多个信号以控制DMD中的反射镜来根据所确定的(一个或多个)图案反射或倾倒入射在其上的光。如所描述的，与像素位置相关联的一行DMD反射镜中的反射镜与另一DMD中的与角度相关联的一行反射镜中的反射镜的相互作用可产生从某些位置和角度可见的光场的光线，从而创建3D物体的幻象，该幻象可以由观看者从投影光场的屏幕前方的不同角度观看。此外，如果例如灰度光场还被划分成不同亮度位平面，则压缩光场渲染应用150可以发送一个或多个控制信号以控制光源的发射光强度。在实施例中，由该对光调制器输出的光场可以使用投影透镜来解偏斜(de-skew)和放大，并且由投影透镜投影的光可以使用扩角屏幕来进一步校直并增加其视场，如上面关于图2和图4-7所述。
图13更详细地示出了在其中可以执行压缩光场渲染应用150的实施例的计算系统140。如图所示，系统1300包括但不限于(一个或多个)处理器1305、将系统连接到网络1316的网络接口1315、互连1317、存储器145和存储装置1330。系统1300还包括I/O设备接口1310，将I/O设备1312(例如，键盘、显示器和鼠标设备)连接到系统1300。
(一个或多个)处理器1305取回并执行可以存储在存储器145中的编程指令。类似地，(一个或多个)处理器1305存储并取回可以驻留在存储器145中的应用数据。互连1317促进在(一个或多个)处理器1305、I/O设备接口1310、存储装置1330、网络接口1315和存储器145之间传输例如编程指令和应用数据。(一个或多个)处理器1305被包括以代表单个中央处理单元(CPU)、多个CPU、具有多个处理核心的单个CPU、一个或多个图形处理单元(GPU)、此类处理器的组合等。并且存储器145通常被包括以代表随机存取存储器。存储装置1330可以是磁盘驱动器存储设备。尽管示为单个单元，但是存储装置1330可以是固定的和/或可移动的存储设备的组合，例如，磁盘驱动器、闪存驱动器、可移动存储卡或光学存储装置、网络附加存储装置(NAS)或存储域网络(SAN)。此外，系统1300被包括以代表物理计算系统，以及托管在一组基础物理计算系统上的虚拟机实例。更进一步，尽管示为单个计算系统，但是本领域普通技术人员将认识到，图13所示的系统1300的组件可以分布在通过数据通信网络连接的多个计算系统上。
如图所示，存储器145包括操作系统1321和压缩光场渲染应用150。操作系统1321可以是例如
Figure BDA0002474399110000201
或
Figure BDA0002474399110000202
压缩光场渲染应用150被配置为确定双光调制器的图案，并控制双光调制器以生成光场。在一个实施例中，根据以上关于图12描述的方法1200，压缩光场渲染应用150可以接收指示要生成的灰度光场的数据，确定将放置在一对光调制器中的每光调制器上的一个或多个图案，该对光调制器相互作用以产生光场，并基于为每个光调制器确定的(一个或多个)图案来控制该对光调制器(以及可能地控制光源)。
尽管本文主要针对仅水平视差进行了描述，但实施例还可以通过使用例如包括全球形透镜(而不是柱面透镜)以及具有宽眼(wide eyes)的菲涅耳透镜(而不是具有凸透镜的菲涅耳透镜)的微透镜阵列来提供全视差。
有利地，与传统光场投影技术相比，本文公开的实施例提供了能够以更多视图产生更快、更亮、更深和/或更大光场的光场投影系统。经验表明，使用根据特定实施例的双DMD的光场投影器可相当于2000个传统投影器，在90°上产生2000个视图，提供±8英尺深度的高分辨率影像。此外，经验表明，根据另一特定实施例的光场投影系统可以以170英寸对角线创建深的3D墙，具有90-120°的足够视图以便以全高清(HD)分辨率(以及模糊/抗锯齿或具有降低的分辨率等)创建12-16英寸的深度。这种自动立体多视图墙可用于创建相对大的、深的和高分辨率的世界，具有用于虚拟角色的空间来移动和生活，并与用户共享空间和互动，从而允许各个用户与全尺寸虚拟角色和多个用户进行目光交流并进行个人互动，以便以他们自己的方式来自由地查看和探索场景及其中的虚拟角色。深3D墙也可以用作例如大3D展望窗口。此外，本文公开的光场投影系统可以用于以其他形状因子来实现显示器，例如，桌面和圆柱形360°显示器。此外，公开了压缩技术，其减少了产生密集光场所需的带宽(帧和图案的数量)，从而使光场投影系统更加实用。高速二进制调制器(例如，DMD)也可用于提供更多图案，以创建用于更深场景的更复杂的光场。
附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能的实施方式的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个框可以代表代码的模块、段或部分，其包括用于实现指定的(一个或多个)逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应注意，在一些替代实施方式中，框中指出的功能可以不按图中指出的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者有时这些框可以以相反顺序或不按顺序执行。还应注意，框图和/或流程图中的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统、或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。
如本领域技术人员将理解的，附图中的流程图和框图中的各方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采用完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)、或结合软件和硬件方面的实施例的形式，这些在本文中通常都可以被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的各方面可以采用计算机程序产品的形式，该计算机程序产品体现在其上体现有计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质中。
可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或前述项的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非穷尽列表)将包括以下项：具有一根或多根导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储设备、磁存储设备、或前述项的任何适当的组合。在本文的上下文中，计算机可读存储介质可以是可包含或存储用于由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序的任何有形介质。
可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写用于执行本发明的各方面的操作的计算机程序代码，所述编程语言包括诸如Java、Smalltalk、C++等之类的面向对象的编程语言，以及诸如“C”编程语言或类似编程语言之类的常规过程编程语言。程序代码可以完全在用户计算机上执行、作为独立软件包部分地在用户计算机上执行、部分在用户计算机上并且部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户计算机，或者可以与外部计算机建立连接(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)。
这里，参考了本发明的实施例。然而，应理解，本发明不限于具体描述的实施例。相反，考虑以下特征和要素的任何组合，无论是否与不同的实施例相关，以实现和实施本发明。此外，尽管本发明的实施例可以实现优于其他可能的解决方案和/或优于现有技术的优点，特定的优点是否由给定的实施例实现并不限制本发明。因此，本文描述的方面、特征、实施例和优点仅是示例性的，并且不被认为是所附权利要求的要素或限制，除非在(一个或多个)权利要求中明确叙述。同样地，对“本发明”的引用不应解释为对本文公开的任何发明主题的概括，并且不应认为是所附权利要求的要素或限制，除非在(一个或多个)权利要求中明确叙述。
尽管前述内容针对本发明的实施例，但在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以设计本发明的其他和进一步的实施例，并且本发明的范围由所附权利要求确定。

Claims (22)

1.一种光场投影器，包括：
光源，被配置为发射光；以及
光学装置，包括：
第一光调制器，所述第一光调制器被控制为至少部分地基于第一图案来反射入射到所述第一光调制器上的光，以及
第二光调制器，所述第二光调制器被控制为至少部分地基于第二图案来反射已经被所述第一光调制器反射并且入射到所述第二光调制器上的光。
2.根据权利要求1所述的光场投影器，其中，所述第一光调制器是第一数字微镜设备(DMD)，并且所述第二光调制器是第二DMD。
3.根据权利要求2所述的光场投影器，还包括：
漫射器，其被布置在所述第一DMD和所述第二DMD之间，
其中，所述漫射器被配置为漫射由所述第一DMD的每行中的反射镜反射的光，以与所述第二DMD的相应行中的每个反射镜相互作用。
4.根据权利要求3所述的光场投影器，其中：
所述漫射器是包括柱面透镜或全球面透镜的微透镜阵列；并且
所述光场投影器还包括场透镜，其用于将由所述微透镜阵列的侧面产生的光向内偏转。
5.根据权利要求3所述的光场投影器，其中，所述漫射器是全息一维(1D)漫射器。
6.根据权利要求2所述的光场投影器，还包括：移位倾斜透镜组件，其被配置为将由所述第二光调制器反射的光的偏斜深度平面重新成像到平坦焦平面上。
7.根据权利要求6所述的光场投影器，还包括：投影透镜，其被配置为将由所述移位倾斜透镜组件输出的光投影到屏幕上。
8.根据权利要求6所述的光场投影器，其中，所述移位倾斜透镜组件包括一对透镜。
9.根据权利要求1所述的光场投影器，还包括：全内反射棱镜，其被配置为将由所述光源发射的光以一定角度反射到所述第一光调制器上。
10.根据权利要求1所述的光场投影器，还包括：
一个或多个中继光学器件，其被布置在所述第一光调制器与所述第二光调制器之间，
其中，所述光源包括多个光纤耦合激光二极管。
11.一种用于生成光场的方法，所述方法包括：
接收指示要生成的所述光场的数据；
针对一对数字微镜设备(DMD)中的每个数字微镜设备确定至少一个相应的图案，所述一对数字微镜设备相互作用以产生所述光场；以及
至少部分地基于针对所述一对DMD中的每个DMD而确定的所述至少一个相应的图案来控制该DMD，以使用所述光场创建3D场景，其中，在生成所述光场时，这些DMD被在它们之间行进的光进行光学交叉耦合。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，针对所述一对DMD中的每个DMD确定所述至少一个相应的图案包括：
将要生成的所述光场划分成多个亮度位平面；以及
对所述亮度位平面中的每个亮度位平面执行非负二进制矩阵分解。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
确定所述多个亮度位平面中的一个亮度位平面的所述非负二进制矩阵分解中的误差；以及
将与所确定的误差相对应的多个图案添加到所述多个亮度位平面中的另一亮度位平面，该另一亮度位平面与比所述多个亮度位平面中的所述一个亮度位平面更小的亮度相关联。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述多个亮度位平面包括下述至少一个亮度位平面：该至少一个亮度位平面与和另一亮度位平面相关联的亮度的一半相关联。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括：至少部分地基于与下述亮度位平面相关联的亮度来控制由光源发射的光的亮度：所述亮度位平面用于通过非负二进制矩阵分解来针对所述一对DMD中的每个DMD确定所述至少一个相应的图案。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，针对所述一对DMD中的每个DMD确定所述至少一个相应的图案包括：使用非线性动态编程搜索或具有二进制阈值的梯度下降来压缩所述光场。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，针对所述一对DMD中的每个DMD确定所述至少一个相应的图案包括：使用遗传算法来压缩所述光场。
18.一种扩角投影屏幕，包括：
菲涅耳场透镜，其被配置为校直投射在其上的光场的视图；以及
至少一个凸透镜，其被配置为增大具有所校直的视图的所述光场的视场。
19.根据权利要求18所述的扩角投影屏幕，其中：
所述菲涅耳场透镜基本上布置在所述光场的焦平面上；并且
所述至少一个凸透镜包括双凸透镜，所述双凸透镜包括开普勒透镜对阵列。
20.根据权利要求18所述的扩角投影屏幕，其中：
所述菲涅耳场透镜未布置在所述光场的焦平面上；并且
所述至少一个凸透镜包括单凸透镜。
21.根据权利要求20所述的扩角投影屏幕，其中，所述菲涅耳场透镜和所述单凸透镜被模制成一件。
22.根据权利要求18所述的扩角投影屏幕，还包括所述至少一个凸透镜之后或之前的垂直漫射器。
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