CN114153119A - 激光投影设备及其投影显示方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光投影设备及其投影显示方法，属于激光投影技术领域。该激光投影设备可以包括：光源、第一调光装置、第二调光装置和镜头。该第一调光装置可以基于待投射图像的图像信息对光源提供的照明光束进行调光，以使经过该第一调光装置调光后的照明光束中的至少两束光束的光强不同。如此，可以扩大待投射图像中与该至少两束光束对应的至少两个图像分区的亮度之间的差异，从而可以在不改变光源的发光亮度以及不对待投射图像进行处理的前提下，提高该待投射图像的动态对比度。

Description

激光投影设备及其投影显示方法

技术领域

本申请涉及激光投影技术领域，特别涉及一种激光投影设备及其投影显示方法。

背景技术

激光投影设备包括投影屏幕和激光投影设备，激光投影设备能够在投影屏幕上投射图像，以实现视频播放等功能。

对于液晶电视而言，其光源是背光LED或者OLED屏，背光光源尺寸于图像画面的显示尺寸是一致的。在对图像进行分区划分时，可以很方便的对应至背光光源区域，比如图像进行了多个分区的划分，可以对应的映射到背光光源区域，多颗LED可以组成某一个背光分区，并且可以独立控制其发光的亮度和时间。这样，对于液晶电视而言，背光分区技术已经比较成熟。

而对于激光投影电视而言，图像显示原理存在很大不同。首先，投影显示涉及光学的复杂处理过程，具有放大成像的过程。其核心的成像部件是光阀部件，根据所应用的投影架构不同，比如DLP架构中，光阀为一片反射式的光阀部件。在LCOS投影架构中，光阀可以为三片LCOS液晶光阀。光阀接收驱动信号，对光束进行调制，出射后的光束是携带有图像信号的光束，成为影像光束，进而可以投影成图像画面。

以及，另一点重要的不同就是，激光投影电视的光源是始终发光的，可以三基色光束同时发出，也可以是时序性发出，光源出射的光束经过一系列匀化整形处理后照射至激光投影电视的光阀，进行调制，并经过镜头投射成像。

因此，激光投影的光源是始终按照一定的光束尺寸以及按照一个光束的整体进行照明输出的，从而无法进行分区划分。因此无法参照液晶电视的背光分区方法来影像图像显示的对比度效果。

在相关技术中，为了提高激光投影设备所投射的图像的显示效果，激光投影设备需要在投射该图像之前，可以对该图像进行处理，比如通过一些算法，对图像的灰阶值进行加权处理，以调整该图像局部区域的亮度，从而扩大该图像中的灰度差别，达到增强该图像的对比度的目的，使后续投射出的图像更加清晰。

但是，目前在激光投影设备对图像进行处理以增强其对比度的过程中，极易出现对图像处理过度造成图像失真的现象。例如，假设图像中存在某些像素的灰度值均分布在200至240之间，目前的激光投影设备对该图像处理后，有极大的概率将这些像素的灰度值均处理为256，导致图像失真。因此，目前的激光投影设备对图像进行处理以增强其对比度的效果较差，导致后续投射出的图像的显示效果较差。

发明内容

本申请实施例提供了一种激光投影设备及其投影显示方法。可以解决现有技术的激光投影设备所投射出的图像的显示效果较差的技术问题，所述技术方案如下：

一方面，提供了一种激光投影设备，包括：

光源，用于提供照明光束；

第一调光装置，用于基于待投射图像的图像亮度分布信息对光源提供的照明光束进行调光，以使经过第一调光装置调光后的照明光束中的至少两束光束的光强不同；

第二调光装置，用于基于待投射图像的图像分量信息对经过第一调光装置调光后的照明光束进行调制；

镜头，用于将经过第二调光装置调制后的照明光束投射成像。

另一方面，提供了一种激光投射设备的投影显示方法，方法应用于上述激光投影设备，方法包括：

获取待投射图像的图像亮度分布信息；

基于待投射图像的图像亮度分布信息，通过第一调光装置对光源提供的照明光束进行调光，以使经过第一调光装置调光后的照明光束中的至少两束光束的光强不同；

基于待投射图像的图像分量信息，通过第二调光装置对经过第一调光装置调光后的照明光束进行调制；

通过镜头将经过第二调光装置调制后的照明光束投射成像。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

该激光投影设备可以包括：光源、第一调光装置、第二调光装置和镜头。该第一调光装置可以基于待投射图像的图像信息对光源提供的照明光束进行调光，以使经过该第一调光装置调光后的照明光束中的至少两束光束的光强不同。再通过第二调光装置调制形成影像光束以进行投影，如此，可以扩大待投射图像中与该至少两束光束所对应的至少两个图像分区的亮度之间的差异，从而可以在不改变光源的发光亮度以及不对待投射图像进行处理的前提下，提高该待投射图像的动态对比度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1-1是本申请实施例提供的一种激光投影设备的结构示意图；

图1-2是本申请实施例提供的一种激光投影设备的电路结构示意图；

图2-1是本申请实施例提供的一种第一调光装置的俯视结构示意图；

图2-2是本申请实施例提供的一种第一调光装置的侧视结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种待投射图像的示意图；

图4是本申请实施例提供的一种灰度直方图；

图5是图3示出的待投射图像中存在的10种调光情况的示意图；

图6是本申请实施例提供的一种第一调光单元的结构示意图；

图7是图6示出的位置调节组件的侧视图；

图8是本申请实施例提供的一种第一基板的俯视图；

图9是本申请实施例提供的一种激光投影设备的投影显示方法的流程图；

图10是本申请实施例提供的另一种激光投影设备的投影显示方法的流程图；

图11是本申请实施例提供的第一调光装置的分区示意图；

图12是本申请实施例提供的一种激光投影设备的另一结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

请参考图1，图1是本申请实施例提供的一种激光投影设备的结构示意图。该激光投影设备00可以包括：光源100、第一调光装置200、第二调光装置300和镜头400。

该光源100用于提供照明光束，光源100可以为激光光源。在本申请实施例中，该光源100提供的照明光束具有至少两束光束，该光源100提供的照明光束是经过整形匀化后的光束，光强分布均匀，该照明光束射向第一调光装置200。

该第一调光装置200用于基于待投射图像的图像亮度分布信息对该光源100提供的照明光束进行调光，以使经过该第一调光装置200调光后的照明光束中的至少两束光束的光强不同。

该第二调光装置300用于基于该待投射图像的图像分量信息对经过第一调光装置200调光后的照明光束进行调制。在本申请实施例中，经过第二调光装置300调制后的照明光束射向镜头400。

镜头400用于将经过第二调光装置300调制后的照明光束投射成像，并可呈现于投影屏幕上。需要说明的是，该镜头400所投射的图像为该待投射图像。

其中，待投射图像的亮度分布信息包括：将待投射图像的亮度分布进行统计后并根据灰阶值进行的图像分区。其中，每个分区对应一束照明光束。以及，上述亮度分布信息同时还包括了不同分区的亮度的补偿或变化信息，从而可以用以具体控制第一调光装置对不同光束对应的调光分区对光强的改变程度。

从而，根据待投射图像的分区，对应地，照明光束也可以划分为多束光束。

由于待投射图像中每个分区的大小可以不同，因此，照明光束中多束光束的光通量大小也可以不同。

如果待投射图像中的分区为规则行列分布，则该照明光束的多束光束就也可以阵列排布为多行和多列。

例如，该多个光束分区可以阵列排布为三行和三列，在这种情况下，该照明光束具有9个光束分区。又例如，该多个光束分区可以阵列排布为两行和两列，在这种情况下，该照明光束具有4个光束分区。在本申请实施例中，经过该第一调光装置200调光后的照明光束需要射向第二调光装置300。

第二调光装置300用于基于待投射图像的图像分量信息对经过第一调光装置200调光后的照明光束进行调制。具体地，待投射图像的图像分量信息包括：将待投射图像按照R、G、B三基色划分为R、G、B分量子图像。投影设备的控制电路将每个颜色分量子图像的信号转换为对应的驱动信号，以使第二调光装置300对照射其上的光束进行调制，具体地，是对经过第一调光装置200调光之后的具有光强分布变化的光束进行调制。

在本申请实施例中，待投射图像可以具有多个图像分区，且该多个图像分区与照明光束中的多个光束分区一一对应。第一调光装置200可以在将射入第二调光装置300之前的照明光束进行调光，使得经过该第一调光装置200调光后的照明光束中的至少两束光束分区内的光强不同，如此，可以扩大待投射图像中与该至少两束光束分区所对应的至少两个图像分区的亮度之间的差异，从而可以有效的提高该待投射图像的动态对比度。其中，该动态对比度是指待投射图像中最亮和最暗处的亮度比值。

例如，该至少两束光束分区包括：第一光束分区和第二光束分区，假设待投射图像中与第一光束分区对应的第一图像分区的亮度，小于与第二光束分区对应的第二图像分区的亮度。则经过第一调光装置200可以对照明光束进行调光后，可以使该第一光束分区的光强小于第二光束分区的光强。如此，第一光束分区内的光线经过第二调光装置300和镜头400后转换为第一图像分区的亮度更暗，而第二光束分区内的光线经过第二调光装置300和镜头400后转换为第二图像分区的亮度更亮。在这种情况下，可以在不改变光源100的发光亮度以及不对待投射图像进行处理的前提下，提高该待投射图像的动态对比度，以及，一种实施方式中，可以实时的对待投射图像先进行图像亮度分布信息的获取，并将图像分区和亮度调整信息输出至第一调光装置，以及将待投射图像的图像分量信息，即RGB三基色分量图像信号转换成第二调光装置的驱动信号，以驱动第二调光装置对调光后的照明光束进行调制，生成影像光束，最终投射成投影画面，这样，能够实现实时的投影图像对比度的调整。在另一实施方式中，也可以同时获取一帧或几帧待投射图像的亮度分布信息，并以此进行分区，对应地，第一调光装置也以此进行分区，实现不同分区光束亮度的改变，这样将在进行当前投射图像后，由于连续几帧的画面变化较小，也可以继续使用上一帧或几帧的图像分区和亮度改变信息，从而上述投影图像对比度的改变是应用于后续的待投射图像的，也可以提高后续通过镜头投射出的待投射图像的显示效果。

图1-2示出了一种激光投影设备的电路结构示意图。激光投影设备包括：光源100，显示板600，TV板300，第一调光装置200。其中，控制处理模块10设置于激光投影设备的显示板600上。第二调光装置300也可以设置于显示板600上。

具体地，光源100包括红光光源，蓝光光源和绿光光源，三种颜色的光源可以同时发光，也可以时序性发光。

其中光源100接收显示板600上控制处理模块10的控制，控制处理模块10输出电流PWM亮度调节信号以及使能控制信号EN，并通过光源驱动电路110实现对光源100的时序和点亮控制。

TV板500主要用于外部音视频信号并进行解码。该TV板模块500上设置有系统级芯片（System on Chip，SoC），能够将不同数据格式的数据解码为归一化格式，并通过，比如连接器（connector），将归一化格式的数据传输至。

其中，TV板500输出的视频图像信号传输至显示板600上，显示板600可以设置有现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）,算法处理模块FPGA，用于对输入的视频图像信号进行处理，比如进行MEMC倍频处理，或者图像的校正等进行图像增强功能的实现。以及，还设置由控制处理模块10，与算法处理模块FPGA连接，用于接收处理后的视频图像处理信号数据，作为待投射的图像数据。

在一种实施方式中，第一调光装置200可以接收TV板500输出的视频图像信号，并分析获知该视频图像信号的亮度分布信息。

以及，在另一实施方式中，第一调光装置200可以接收显示板600上FPGA处理模块输出的待投射图像信号，该待投射图像信号可以包括图像亮度分布信息。

显示板600主要包括控制处理模块10，第二调光装置300和FPGA部分。其中，控制处理模块10可以直接接收TV板500输出的视频图像信号（当不具有FPGA时），也可以接收FPGA处理后的待投射图像信号，该待投射图像信号可以包括图像分量信息，也可以不带有图像分量信息。控制处理模块10可以直接利用带有图像分量信息的图像信号，生成用于驱动第二调光装置300的调制驱动信号，或者，也可以根据带显示图像信号再利用第二调光装置300对应的驱动芯片转换成可驱动第二调光装置300的调制驱动信号。

在一具体实施中，若激光投影设备采用DLP投影架构，则控制处理模块10具体可以为DLP主控芯片，第二调光装置300可以具体为DMD数字微镜阵列。

本申请上述实施例提供的激光投影设备包括：光源、第一调光装置、第二调光装置和镜头。该第一调光装置可以基于待投射图像的图像亮度分布信息对光源提供的照明光束进行调光，以使经过该第一调光装置调光后的照明光束中的至少两束光束的光强不同。如此，可以扩大待投射图像中与该至少两束光束所对应的至少两个图像分区的亮度之间的差异，从而可以在不改变光源的发光亮度以及不对待投射图像进行处理的前提下，提高该待投射图像的动态对比度，进而可以提高后续通过镜头投射出的待投射图像的显示效果。

可选的，请参考图2-1和图2-2，图2-1是本申请实施例提供的一种第一调光装置的俯视结构示意图，图2-2时本申请实施例提供的一种第一调光装置在工作状态时的侧面剖面示意图。

如图2-2所示，第一调光装置200具有光反射面，光反射面由多个第一调光单元202组成，每个第一调光单元202可反射光，以及，对应多个第一调光单元202设置的多个位置调节组件，每个位置调节组件用于改变第一调光单元之间的相对高度位置，以形成非平面的光反射面。如图2-2所示的多个第一调光单元202之间的高度具有差异，从而使得整个光反射面不是一个平面，而是局部呈现凹面，或局部呈现凸面。

如图2-1所示，该第一调光装置200可以包括：多个位置调节组件201，以及与该多个位置调节组件201一一对应连接的多个第一调光单元202，具体地，第一调光单元202为反射镜。在该第一调光装置200中，每个位置调节组件201，以及与该位置调节组件201对应连接的反射镜202能够组成第一调光结构200a。如此，该第一调光装置200可以包括：多个第一调光结构200a。在本申请实施例中，该第一调光装置200中的多个第一调光结构200a可以阵列排布为多行和多列。例如，该多个第一调光结构200a可以阵列排布为n行和n列，在这种情况下，该第一调光装置200包括n²个第一调光结构200a。

在本申请实施例中，第一调光装置200中的每个位置调节组件201用于带动对应的第一调光单元202在垂直于该第一调光单元202的反射面的方向上移动。当不同的第一调光单元202在与其相对应的位置调节组件201的作用下，在垂直于该第一调光单元202的反射面的方向上移动至不同的位置时，若照明光束射向在垂直于该反射面的方向上处于不同位置的第一调光单元202，则被该处于不同位置的第一调光单元202反射后的光线的相位不同。

在这种情况下，第一调光装置200可以基于待投射图像的图像信息，通过多个位置调节组件201，调整各个第一调光单元202在垂直于该第一调光单元202的反射面上的位置，以使经过该空间调节装置200中的各个第一调光单元反射202后的照明光束中的至少部分光线的相位不同。如此，被各个第一调光单元反射202后的照明光束之间可能会发生相干干涉，也可能会发生相消干涉，这样便能够使得经过第一调光装置200调光后的照明光束中的至少两束光束分区内的光强不同。

具体地，在第一调光装置200的工作过程中，对于整个部件而言，其表面的光反射面为非平面，非平面的光反射面至少部分表面为凹面，以形成凹面反射镜，这样可以使得光束呈现一定的会聚状态，不同的光束之间发生相干干涉，可以提高对应光束分区的光亮度，即光强。或者，非平面的光反射面至少部分表面为凸面，以形成凸面反射镜，可以使得光束呈现一定的发散状态，不同的光束之间发生相消干涉或者光束射向其他分区区域，这样，可以降低本光束分区的亮度，提高临近光束分区的亮度。

示例的，根据亮度分布，待投射图像划分为多个图像分区，该多个图像分区同样与第一调光装置200的分区具有映射关系。

第一调光装置200多个调光分区，该多个调光分区与多个光束一一对应，且也与多个图像分区一一对应。其中，每个调光分区包括至少一个第一调光单元。其中，至少一组相邻的两个调光分区的光反射面的面型不同，从而利于实现相邻分区对光束不同的光程改变，进而实现相位调制，最终改变至少一组相邻的两个调光分区的光强分布。

该待投射图像的图像亮度分布信息可以包括：该待投射图像中各个图像分区的亮度分布信息。第一调光装置200可以具有与至少两束光束分区一一对应的至少两个调光分区，每个调光分区内均具有多个第一调光结构200a，也即是，可以将空间调节装置200中的多个第一调光结构200a所在区域划分为该至少两个调光分区。在本申请中，照明光束中的每个光束分区可以被第一调光装置200中与其相对应的调光分区内的各个第一调光单元202反射，再经过第二调光装置300和镜头400后，即可实现与投影显示图像的分区对应。

该第一调光装置200，用于：基于待投射图像中各个图像分区的亮度分布信息，通过第一调光分区内的各个位置调节组件201，调整该第一调光分区内的各个第一调光单元202的位置，以使经过该第一调光分区内的第一调光单元202反射后的第一光束分区内的至少部分光线发生相干干涉；并通过第二调光分区内的各个位置调节组件201，调整该第二调光分区内的各个第一调光单元202的位置，以使经过该第二调光分区内的第一调光单元202反射后的第二光束分区内的至少部分光线发生相消干涉。

其中，在待投射的图像中，与第一光束分区对应的第一图像分区的亮度，大于与第二光束分区对应的图像分区的亮度。

在本申请中，由于待投射的图像中第一图像分区的亮度大于第二图像分区的亮度，因此，该第一调光装置200可以通过调控第一调光分区内的各个第一调光单元202的位置，使得被该第一调光分区内的各个第一调光单元202反射后的第一光束分区内的部分光线可以发生相干干涉，从而可以提高该第一光束分区的光强。并且该第一调光装置200还可以通过调控第二调光分区内的各个第一调光单元202的位置，使得被该第二调光分区内的各个第一调光单元202反射后的第二光束分区内的部分光线可以发生相消干涉，从而可以降低该第二光束分区的光强。如此，在第一光束分区内的光线经过第二调光装置300和镜头400后，转换得到的第一图像分区的亮度更亮，在第二光束分区内的光线经过第二调光装置300和镜头400后，转换得到的第二图像分区的亮度更暗，从而有效的提高了该待投射图像的动态对比度。

在本申请实施例中，该第一调光装置200实质上属于相位调制器。通过第一调光装置200对经过调光装置200各个第一调光单元202反射后的光线的相位进行调节，使得经过第一调光装置200调光后的照明光束内的光线可能会出现相干干涉，也可能会出现相消干涉，进而使得该照明光束中存在两束光束分区的光强不同。

结合上述实施例可知，第一调光装置200在对光源100提供的照明光束进行调光之前，需要获取待投射图像中各个图像分区的亮度分布信息。为了能够让第一调光装置200快速的获取到各个图像分区的亮度分布信息，本申请实施例可以采用以下的方式确定各个图像分区的亮度分布信息。

请参考图3，图3是本申请实施例通过的一种待投射图像的示意图。为是理性简便说明，该待投射图像划分为四个图像分区，分别为图像分区L1、图像分区L2、图像分区L3和图像分区L4。再假设该激光投影设备能够透射的图像的分辨率为1920×1080。则，该图像分区L1内各个像素点的位置可以表示为：（0，0）-（959，539）；该图像分区L2内各个像素点的位置可以表示为：（959，0）-（1919，539）；该图像分区L3内各个像素点的位置可以表示为：（0，1079）-（959，1079）；该图像分区L4内各个像素点的位置可以表示为：（960，540）-（1919，1079）。

对于每个图像分区，首先，可以基于该图像分区内的各个像素点的灰度值，统计出位于各个灰度区间内的像素点的个数。之后，可以根据各个灰度区间，以及位于各个灰度区间内像素点的个数，确定该图像分区的亮度分布信息。

示例的，请参考图4，图4是本申请实施例提供的一种灰度直方图。其中，横坐标代表各个灰度区间，纵坐标代表位于灰度值各个灰度区间内像素点的个数。在确定图像分区的亮度分布信息时，可以将每个灰度区间的中位值，与灰度值位于该灰度区间内的像素点的个数相乘后，再将得到的各个数值相加得到的数值后，该相加得到的数据即可用于表征该图像分区的亮度分布信息。

需要说明的是，由于每个像素点包括：红色子像素点、绿色子像素和蓝色子像素，因此，为了便于确定每个像素点的灰度值，可以将每个像素点中的红色子像素点的灰度值、绿色子像素的灰度值和蓝色子像素的灰度值中数值最大的灰度值，确定为该像素点的灰度值。

在第一调光装置200通过上述实现方式获取到待投射的图像中各个图像分区的亮度分布信息后，该第一调光装置200即可通过位置调节组件201控制各个第一调光单元202的位置，使得经过该第一调光装置200调光后的照明光束中至少两束光束分区内的光强不同，从而可以扩大与该至少两束光束分区对应的至少两个图像分区的图像分区的亮度之间的差异。

在本申请实施例中，对于图3示出的待投射图像各个图像分区，存在10种需要调光的情况。请参考图5，图5是图3示出的待投射图像中存在的10种调光情况的示意图。图5（1）至图5（10）分别代表待投射图像中需要调亮和需要暗的图像分区的位置分布示意图。在图5中，待投射图像中白色的分区代表亮度较高的图像分区，黑色的分区代表亮度较低的图像分区。在本申请中，通过第一调光装置，可以提高与亮度较高的图像分区对应的光束分区的光强，使得该亮度较高的图像分区更亮，且可以降低与亮度较低的图像分区对应的光束分区的光强，使得该亮度较低的图像分区更暗。

由于第一调光装置200可以通过调节各个第一调光单元202在垂于该第一调光单元202的反射面上的位置，以实现对照明光束中的光线的相位进行调节的，且第一调光装置200仅会对照明光束中的各个光束分区内的光强进行调整。因此，对于图5示出的待投射图像存在的10种调光情况，在激光投影设备出厂前可以分别确定出每种调光情况下，第一调光装置200中各个第一调光单元201的位置。如此，在激光投影设备出厂后，当该激光投影设备需要显示待投射图像时，可以直接基于该待投射图像中各个图像分区的亮度分布信息，确定该待投射图像属于哪种调光情况，并控制第一调光装置200中的各个第一调光单元201移动到相应的位置后，即可提高该待投射图像的对比度。

以下实施例以图5（1）示出待投射图像中需要调亮和需要暗的图像分区的位置分布为例，对确定第一调光装置200中的各个第一调光单元201的位置为例进行示意性的说明：

在图5（1）中，若未使用第一调光装置200，则在进入第二调光装置300之前，这四个图像分区对应的四个光束分区的光强均是相同的，该四个光束分区的光能量的分布也是相同的。例如，假设第二调光装置100提供的照明光束的总的光能量为A，则这四个光束分区中的每个光束分区的光能量均为A/4。

在图5（1）中，若需要使用第一调光装置200，则在进入第二调光装置300之前，这四个图像分区对应的四个光束分区中至少两束光束分区的光强不同，该至少两束光束分区的光能量的分布也是不同的。

对于图5（1）示出的这种调光情况，可以人为规定各个图像分区内的光能量的大小。例如，假设第二调光装置100提供的照明光束的总的光能量为A，可以人为规定出图5（1）中的三个亮度较高的图像分区中的每个图像分区的光能量均大于A/4，并规定出于5（1）中的一个亮度较低的图像分区的光能量小于A/4。仅需要保证图5（1）中的四个光束分区的光能量总和为A即可。

如此，经过第一调光装置200调光后的照明光束中各个位置处的光线的振幅和相位即可通过光学模拟得到。在这种情况下，经过第一调光装置200调光后的照明光束的光波函数g= B（x，y）exp[iφ₁（x，y）]。

其中，B（x，y）表示经过第一调光装置200调光后的照明光束的振幅分布；φ₁（x，y）表示经过第一调光装置200调光后的照明光束的相位分布；（x，y）表示第一调光装置200中各个第一调光结构200a的位置。由于B（x，y）与φ₁（x，y）均为已知量，因此，光波函数g也为已知量。

而在光源100的结构确定后，即可确定出该光源100提供的照明光束中各个位置处的光线的振幅和相位。在这种情况下，该光源100提供的照明光束的光波函数f= A（x，y）exp[iφ₂（x，y）]。

其中，A（x，y）表示光源100提供的照明光束的振幅分布；φ₂（x，y）表示经过第一调光装置200调光后的照明光束的相位分布。由于A（x，y）与φ₂（x，y）均为已知量，因此，光波函数f也为已知量。

由于第一调光装置200属于相位调制器，该第一调光装置200能够对光源提供的照明光束的相位进行调节，因此，通过光波函数g与光波函数f即可推导出该第一调光装置200所需要调节的相位分布。如此，该根据第一调光装置200所需要调节的相位分布，即可确定出第一调光装置200中各个第一调光单元202在垂直于该第一调光单元202的反射面上的位置。

示例的，基于光波函数g与光波函数f，可以通过Gerchberg-Saxton（简称：GS）相位恢复算法确定第一调光装置200所需要调节的相位分布。

对于光波函数g与光波函数f满足以下条件：

f=F（g），g= F^-1（f）；

其中，F表示傅里叶变换，也即是，对光波函数f进行傅里叶变换后，可以得到光波函数g；F^-1标示傅里叶逆变换，也即是，对光波函数g进行傅里叶逆变换后，可以得到光波函数f。

如此，该GS相位恢复算法的流程如下：对光波函数f执行多个相位迭代过程，直至满足迭代条件后，将最后一次输出的相位分布确定为第一调光装置200所需要调节的相位分布。每次迭代过程可以包括：

步骤S1、对光波函数f= Aexp（iφ）进行傅里叶变换可以得到光波函数g’=B’ exp（iφ）。

步骤S2、将光波函数g’=B’ exp（iφ’）中的振幅B’替换为振幅B后，对其进行傅里叶逆变换得到光波函数f’= A’exp（iφ’）。

步骤S3、将光波函数f’= A’exp（iφ’）中的振幅A’替换为A后，对其执行步骤S1中傅里叶变换的过程，并输出相应的相位分布。

在本申请实施例中，在重复执行多次上述步骤S1至步骤S3的相位迭代过程后，若满足迭代条件，则可以将最后一次输出的相位分布确定为第一调光装置200所需要调节的相位分布。

其中，该迭代条件可以为：光波函数g’中的相位φ’与光波函数g中的相位φ之间的差值小于预设阈值，且光波函数f’中的相位φ’与光波函数f中的相位φ之间的差值小于预设阈值。

需要说明的是，上述实施例对第一调光装置200的调光原理进行了示例性的说明。

图11示出了第一调光装置的不同分区对该分区对应光束的相位改变效果示意图。如图11左图所示，为其中一个调光分区A的侧面剖面示意图。在该分区中，通过控制多个第一调光单元的移动位置，多个第一调光单元形成了不同的高度，进而形成了一个非平面的反射面，在本示例中，第一调光分区A的光反射面为一个凹面，从而可以使得不同的光束呈现会聚，可以在较短的光程内发生干涉，起到提高该分区内亮度的效果。

而如图11中间图所示，为其中一个调光分区B的侧面剖面示意图。在该分区中，多个第一调光单元的移动位置相同，也就是不对该分区的亮度分布进行改变，而是形成镜面或平面反射。

如图11右图所示，为一组相邻分区C的侧面剖面示意图。在该组相邻分区中，这两个分区内的多个第一调光单元构成了不同面型的反射面，因而经过该不同分区的反射面反射的光束的光程改变不同，进而相位改变也不同，会在空间中不同的位置发生相干或相消干涉，光束的幅度和强度发生了变化，最终使得相邻分区内的照明光束的光强发生了改变，实现了根据一幅图像中图像显示内容的不同，提升该不同区域的对比度。

以下实施例将对第一调光装置200中的调节组件201调节第一调光单元201在垂直于其反射面方向上位置的原理进行说明：

如图6所示，图6是本申请实施例提供的一种第一调光结构的示意图。该第一调光结构200a中的位置调节组件201可以包括：相对设置的第一基板2011和第二基板2012，以及位于该第一基板2011和第二基板2012之间的驱动结构2013。第一调光单元202可以位于第二基板2012远离第一基板2011的一侧上，该第一调光单元202可以层叠的设置在第二基板2012上，且该第一调光单元202的反射面位于远离第二基板2012的一侧。其中，该驱动结构2013用于驱动第二基板2012在垂直于该第二基板2012的方向上移动，以带动第一调光单元202沿垂直于该第一调光单元202的方向移动。

在本申请实施例中，如图7所示，图7是图6示出的位置调节组件的侧视图。该驱动结构2013可以包括：位于第一基板2011靠近第二基板2012一侧上的至少一个驱动电极2013a，位于第二基板2012靠近第一基板2011一侧上的公共电极2013b，以及位于第一基板2011与第二基板2012之间的多个弹性支撑件2013c。

需要说明的是，第一调光装置200中的多个第一调光结构200a中的第一基板2011是复用的，也即是，多个调光第一调光结构200a中的多个第一基板2011是一整块的基板。

每个弹性支撑件2013c的一端可以与驱动电极2013a固定连接，另一端可以与公共电极2013b固定连接。

需要说明的是，当第一基板2011靠近第二基板2012上的至少一个驱动电极2013a包括多个驱动电极2013a时，该多个驱动电极2013a中的任意两个驱动电极2013a之间存在间隙。

在本申请中，第二基板2012靠近第一基板2011一侧上设置的公共电极2013b可以为板状电极，且该公共电极2013b可以始终加载0伏的电压，也即是，该公共电极2013b接地。

第一基板2011靠近第二基板2012一侧上设置的至少一个驱动电极2013a用于：通过对每个驱动电极2013a加载与公共电极2013b相同的电压，或者与公共电极2013b不同的电压，以调整第一基板2011与第二基板2012之间的距离，从而可以实现对第二基板2012远离第一基板2011的一侧上的第一调光单元202的位置的调整。

示例的，本申请实施例中的驱动结构2013还可包括：与每个驱动电极2013a连接驱动电路（图6和图7中未示出）。该驱动电路用于向驱动电极2013a施加与公共电极2013b相同的电压，或者与公共电极2013b不同的电压。例如，该驱动电路包括电源端，以及位于该电源端和驱动电极2013a之间的驱动晶体管。当该驱动晶体管导通时，电源端可以将电压施加到驱动电极2013a上，此时，驱动电极2013a上加载了与公共电极2013b不同的电压；当该驱动晶体管关断时，电源端无法将电压施加到驱动电极2013a上，此时，驱动电极2013a上加载了与公共电极2013b相同的电压，即0伏电压。

在本申请实施例中，当驱动电极2013a上加载与公共电极2013b不同的电压时，该驱动电极2013a与公共电极2013b之间会形成电压差，使得第一基板2011与第二基板2012之间会产生电吸附力，在该电吸附力的作用下可以带动第二基板2012沿垂直于该第二基板2012的方向移动，以调整第一基板2011与第二基板2012之间的距离。

需要说明的是，在第二基板2012沿垂于该第二基板2012的方向移动的过程中，位于第一基板2011与第二基板2012之间的多个弹性支撑件2013c需要进行拉伸或者收缩。

还需要说明的是，第一基板2011与第二基板2012之间产生的电吸附力大小，与驱动电极2013a（该驱动电极2013a需要加载与公共电极2013b不同的电压）的面积相关。因此，通过在第一基板2011靠近第二基板2012的一侧上设置多个驱动电极2013a，可以控制第一基板2011与第二基板2012之间产生多种位置关系，使得第二基板2012远离第一基板2011的一侧上的第一调光单元202可以位于多种不同的位置处，进而可以有效的提高第一调光装置200对照明光束进行调光的精度。

示例的，如图8所示，图8是本申请实施例提供的一种第一基板的俯视图。第一基板2011靠近第二基板2012的一侧上的至少一个驱动电极2013a可以包括：多个嵌套分布的环状的驱动电极，以及位于多个环状的驱动电极的中央区域内的一个板状的驱动电极。如此，第一基板2011靠近第二基板2012的一侧上的各个驱动电极的面积均是不同的，在对第一基板2011靠近第二基板2012的一侧上不同的驱动电极2013a施加电压（也即与公共电极2013b不同的电压）后，第一基板2011与第二基板2012之间可以产生多种大小不同的电吸附力，从而可以使得第一基板2011与第二基板2012之间的距离不同，也即是，可以控制第一基板2011与第二基板2012之间产生多种位置关系。

例如，第一基板2011靠近第二基板2012的一侧上的至少一个驱动电极2013a可以包括：驱动电极A、驱动电极B和驱动电极C。其中，该驱动电极A和驱动电极B可以为环状的驱动电极，该驱动电极C可以为位于环状的驱动电极的中央区域内的板状的驱动电极。对该驱动电极A、驱动电极B和驱动电极C中的各个的驱动电极加载电压（加载与公共电极2013b相同的电压或者与公共电极2013b不同的电压）后，可以使得第一基板2011与第二基板2012之间的距离不同。例如，请参考表1，表1是对驱动电极A、驱动电极B和驱动电极C中的各个驱动电极加载电压后，第一基板2011与第二基板2012之间的距离的对应关系表。

表1

驱动电极A	驱动电极B	驱动电极C	第一基板与第二基板之间的距离
				0	0	0	L1
V	0	0	L2
				0	V	0	L3
0	0	V	L4
				V	V	0	L5
V	0	V	L6
				0	V	V	L7
V	V	V	L8

如表1所示，当驱动电极加载0伏电压时，驱动电极即加载了与公共电极2013b相同的电压；当驱动电极加载V伏电压时，驱动电极即加载了与公共电极2013b不同的电压。示例的，当驱动电极A、驱动电极B和驱动电极C均加载0伏电压时，第一基板2011与第二基板2012之间的距离为L1；当驱动电极A加载V伏电压，驱动电极B和驱动电极C均加载0伏电压时，第一基板2011与第二基板2012之间的距离为L2。

根据表1可知，当第一基板2011靠近第二基板2012的一侧上设置三个驱动电极时，第一基板2011与第二基板2012之间可以产生8种位置关系，如此，可以使第二基板2012远离第一基板2011的一侧上的第一调光单元202位于8种不同的位置处。

在本申请实施例中，如图3和图4所示，第一基板2011靠近第二基板2012的一侧上设置的至少一个驱动电极2013a中的环状的驱动电极，可以为矩形环状的驱动电极；该至少一个驱动电极2013a中的板状的驱动电极，可以为矩形板状的驱动电极。对于矩形环状的驱动电极，需要有四个弹性支撑件2013与该矩形环状的驱动电极连接，该四个弹性支撑件2013分别位于矩形环状的驱动电极的四个顶角所在位置处；对于矩形板状的驱动电极，需要有一个弹性支撑件2013与该矩形板状的驱动电极连接，该弹性支撑件2013可以位于矩形板状的驱动电极的中央区域内。

需要说明的是，上述实施例是以第一调光装置200中的位置调节组件201控制第一调光单元202在垂直于该第一调光单元202的反射面的方向上移动，以实现对照明光束中的光线的相位进行调节。

经过第一调光装置200调光的照明光束入射第二调光装置300，在一具体实施中，第二调光装置300设置有多个第二调光单元，该多个第二调光单元可反射光以形成平面的光反射面，每个第二调光单元能够相对于该光反射面进行翻转。

在一具体实施中，第二调光装置300可以为DMD数字微镜阵列，第二调光单元可以为一个小反射镜。

在一具体实施中，第一调光装置200的光反射面的尺寸大于等于所述第二调光装置的光处理面即光反射面的尺寸。

在一具体实施中，第一调光装置200的分辨率可以小于等于第二调光装置300的分辨率。

以及，在其他的可选的实现方式中，第一调光装置200中的位置调节组件201还可以控制第一调光单元202沿其对角线所在方向进行转动，以实现对照明光束中的光线的相位进行调节。在这种情况下，该第一调光装置200可以为数字微镜装置（英文：DigitalMicdromirror Device；简称：DMD）。

以及，在本申请的多个实施例中，光源100可以包括：激光器、荧光轮、滤色轮和反射组件等。该激光器可以为蓝色激光器。该蓝色激光器发射蓝光后，通过荧光轮产生红光和绿光，之后，该蓝光、红光以及绿光可以通过滤色轮之后，经过反射组件反射至第一调光装置200。

第二调光装置300位于光机部中，光机部还可以包括：光调整组件、棱镜组件等。该光调节组件可以接收经过第一调光装置200调光后的照明光束，并将该照明光束入射至棱镜组件；该棱镜组件可以接收从光调整组件射出的照明光束，并将该光调整组件射出的照明光束经过两次反射后入射至DMD第二调光装置的受光面。该DMD第二调光装置可以基于图像信号对从棱镜组件射出的照明光束进行调制，并将调制后的照明光束反射至镜头。可选的，第一调光装置200中的第一调光单元的分辨率小于或等于该第二调光装置300中的DMD第二调光装置中的第一调光单元的分辨率。也即是，第一调光装置200中的第一调光单元个数少于或等于该第二调光装置300中的DMD第二调光装置中的第一调光单元的个数。

镜头400可以包括：多个镜片组，每个镜片组均可以是由凸透镜和凹透镜等镜片构成的。通过该多个镜片组可以将经过第二调光装置300中的DMD第二调光装置反射的照明光束投射成像。

综上所述，本申请实施例提供的激光投影设备，包括：光源、第一调光装置、第二调光装置和镜头。该第一调光装置可以基于待投射图像的图像亮度分布和信息对光源提供的照明光束进行调光，以使经过该第一调光装置调光后的照明光束中的至少两束光束分区内的光强不同，经过调光后的照明光束再入射第二调光装置，即常规的光阀调制部件，形成影像光束以投射入投影镜头并呈现于投影平面上。如此投影出来的投影画面，可以扩大待投射图像中与该至少两束光束分区所对应的至少两个图像分区的亮度之间的差异，从而可以在不改变光源的发光亮度以及不对待投射图像进行处理的前提下，提高该待投射图像的动态对比度。一种实施方式中，可以实时的对待投射图像先进行图像亮度分布信息的获取，并将图像分区和亮度调整信息输出至第一调光装置，以及将待投射图像的图像分量信息，即RGB三基色分量图像信号转换成第二调光装置的驱动信号，以驱动第二调光装置对调光后的照明光束进行调制，生成影像光束，最终投射成投影画面，这样，能够实现实时的投影图像对比度的调整。在另一实施方式中，也可以同时获取一帧或几帧待投射图像的亮度分布信息，并以此进行分区，对应地，第一调光装置也以此进行分区，实现不同分区光束亮度的改变，这样将在进行当前投射图像后，由于连续几帧的画面变化较小，也可以继续使用上一帧或几帧的图像分区和亮度改变信息，从而上述投影图像对比度的改变是应用于后续的待投射图像的，也可以提高后续通过镜头投射出的待投射图像的显示效果。

本申请实施例还提供了一种激光投影设备的投影显示方法，如图9所示，图9是本申请实施例提供的一种激光投影设备的投影显示方法的流程图。该投影显示方法应用于图1示出的激光投影设备00。该投影显示方法可以包括：

步骤901、获取待投射图像的图像亮度分布信息。

步骤902、基于待投射图像的图像亮度分布信息，通过第一调光装置对光源提供的照明光束进行调光，以使经过第一调光装置调光后的照明光束中的至少两束光束的光强不同。

步骤903、基于待投射图像的图像分量信息，通过第二调光装置对经过第一调光装置调光后的照明光束进行调制。

步骤904、通过镜头将经过第二调光装置调制后的照明光束投射成像。

综上所述，本申请实施例提供的激光投影设备的投影显示方法，通过第一调光装置对光源提供的照明光束进行调光，以使经过该第一调光装置调光后的照明光束中的至少两束光束分区内的光强不同。如此，可以扩大待投射图像中与该至少两束光束分区所对应的至少两个图像分区的亮度之间的差异，从而可以在不改变光源的发光亮度以及不对待投射图像进行处理的前提下，提高该待投射图像的动态对比度，进而可以提高后续通过镜头投射出的待投射图像的显示效果。

请参考图10，图10是本申请实施例提供的另一种激光投影设备的投影显示方法的流程图。该投影显示方法应用于图1示出的激光投影设备00。该投影显示方法可以包括：

步骤1001、获取待投射图像的图像亮度分布信息。

在本申请实施例中，该激光投影设备中的FPGA或者控制处理模块可以获取待投射图像的图像亮度分布信息。

步骤1002、基于待投射图像的图像亮度分布信息，确定该待投射图像中各个图像分区的亮度分布信息。

在本申请实施例中，该激光投影设备中的FPGA或控制处理模块可以基于待投射的图像亮度分布信息，确定该待投射图像中各个图像分区的亮度分布信息，该各个分区的亮度分布信息可以包括为了实现对比度提高，不同分区之间的亮度补偿或减小的信息。。

在本申请中，待投射图像具有至少两个图像分区，且该至少两个图像分区可以与光源提供的照明光束中的至少两束光束分区一一对应。

需要说明的是，确定该待投射图像中各个图像分区的亮度分布信息的方式可以参考上述实施例中的对应内容，本申请实施例在此不再赘述。

步骤1003、基于该待投射图像中各个图像分区的亮度分布信息，通过调整第一调光装置中各个第一调光单元在垂直于该第一调光单元的反射面的方向上的位置，以使经过该第一调光装置中各个第一调光单元反射后的照明光束中至少部分光线的相位不同。

在本申请实施例中，该激光投影设备中的控制器可以基于该待投射图像中各个图像分区的亮度分布信息，通过调整第一调光装置中各个第一调光单元在垂直于该第一调光单元的反射面的方向上的位置，以使经过该第一调光装置中各个第一调光单元反射后的照明光线中至少部分光线的相位不同。如此，经过该第一调光装置中各个第一调光单元反射后的照明光束中可以存在一个光束分区内的光线发生相干干涉，另一个光束分区内的光线发生相消干涉，使得这两束光束分区的光强不同。

示例的，第一调光装置具有与照明光束中的至少两束光束分区一一对应的至少两个调光分区。

假设，在待投射图像中，与第一光束分区对应的第一图像分区的亮度，大于与第二光束分区对应的第二图像分区的亮度。则，通过该第一调光装置中的第一调光分区内的各个位置调节组件，可以调整第一调光分区内的各个第一调光单元的位置，以使经过该第一调光分区内的第一调光单元反射后的第一光束分区内的至少部分光线发生相干干涉；并通过该第一调光装置中的第二调光分区内的各个位置调节组件，调整该第二调光分区内的各个第一调光单元的位置，以使经过第二调光分区内的第一调光单元反射后的第二光束分区内的至少部分光线发生相消干涉。如此，该第一光束分区的光强大于第二光束分区的光强，在第一光束分区内的光线后续经过第二调光装置和镜头后，转换得到的第一图像分区的亮度更亮，在第二光束分区内的光线后续经过第二调光装置和镜头后，转换得到的第二图像分区的亮度更暗，从而有效的提高了该待投射图像的动态对比度。

示例性地，可参见图11示出的第一调光装置的不同分区对该分区对应光束的相位改变示意图。具体介绍可参见前述实施例，不再赘述。

步骤1004、基于待投射图像的图像分量信息，通过第二调光装置对经过第一调光装置调光后的照明光束进行调制。

在本申请实施例中，该激光投影设备中的控制器可以基于待投射图像的图像信息，通过第二调光装置对经过第一调光装置调光后的照明光束进行调制。

步骤1005、通过镜头将经过第二调光装置调制后的照明光束投射成像。

在本申请实施例中，该激光投影设备中的控制器可以通过镜头将经过第二调光装置调制后的照明光束投射成像。

需要说明的是，上述描述的激光投影设备中各个组件的工作原理以及结构可以参考前述对激光投影设备的结构描述的实施例，本申请实施例在此不再赘述。

综上所述，本申请实施例提供的激光投影设备的投影显示方法，通过第一调光装置对光源提供的照明光束进行调光，以使经过该第一调光装置调光后的照明光束中的至少两束光束分区内的光强不同。如此，可以扩大待投射图像中与该至少两束光束分区所对应的至少两个图像分区的亮度之间的差异，从而可以在不改变光源的发光亮度以及不对待投射图像进行处理的前提下，提高该待投射图像的动态对比度，进而可以提高后续通过镜头投射出的待投射图像的显示效果。

本申请实施例还提供了一种激光投影设备，如图12所示，图12是本申请实施例提供的一种激光投影设备的结构示意图。该激光投影设备可以包括：激光投影设备-00和投影屏幕01。该激光投射设备00可以为图1示出的激光投射设备。该激光投影设备00中的镜头400所投射出的图像可以位于该投影屏幕01内。

在本申请中，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述仅为本申请的可选的实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种激光投影设备，其特征在于，包括：

光源，用于提供照明光束；

第一调光装置，用于基于待投射图像的图像亮度分布信息对所述光源提供的照明光束进行调光，以使经过所述第一调光装置调光后的照明光束中的至少两束光束的光强不同；

第二调光装置，用于基于所述待投射图像的图像分量信息对经过所述第一调光装置调光后的照明光束进行调制；

镜头，用于将经过所述第二调光装置调制后的照明光束投射成像。

2.根据权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，

所述待投射图像的亮度分布信息包括：将所述待投射图像的亮度分布进行统计后并根据灰阶值进行的图像分区；

其中，每个分区对应一束照明光束。

3.根据权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，所述待投射图像的图像分量信息包括：将所述待投射图像按照R、G、B三基色划分为R、G、B分量子图像。

4.根据权利要求2或3所述的激光投影设备，其特征在于，所述第一调光装置具有光反射面，所述光反射面由多个第一调光单元组成，每个第一调光单元可反射光，以及，对应多个第一调光单元设置的多个位置调节组件，每个所述位置调节组件用于改变所述每个第一调光单元之间的相对高度位置，以形成非平面的光反射面。

5.根据权利要求4所述的激光投影设备，其特征在于，每个所述位置调节组件可带动对应的第一调光单元在垂直于所述第一调光单元的反射面的方向上移动。

6.根据权利要求4所述的激光投影设备，其特征在于，所述非平面的光反射面至少部分表面为凹面，以形成凹面反射镜；或者，所述非平面的光反射面至少部分表面为凸面，以形成凸面反射镜。

7.根据权利要求4所述的激光投影设备，其特征在于，

入射所述第一调光装置的多个光束分别对应所述待投射图像的多个图像分区；

所述第一调光装置具有与所述多个光束一一对应的多个调光分区，每个调光分区包括至少一个第一调光单元；

其中，至少一组相邻的两个调光分区的光反射面的面型不同。

8.根据权利要求7所述的激光投影设备，其特征在于，所述第一调光装置还用于通过第一调光分区内的各个位置调节组件，调整所述对应所述第一调光分区内的各个第一调光单元的位置，以使经过所述第一调光分区内的第一调光单元反射后的光束的至少部分光线发生干涉；

所述第一调光装置还用于通过第二调光分区内的各个位置调节组件，调整所述对应所述第二调光分区内的各个第一调光单元的位置，以使经过所述第二调光分区内的第一调光单元反射后的光束的至少部分光线发生干涉，

经所述第一调光分区反射后光束的光强与所述第二调光分区反射后的光束的光强不同。

9.根据权利要求4所述的激光投影设备，其特征在于，

所述第一调光装置中的多个第一调光单元阵列排布为多行和多列；

以及，所述第二调光装置设置有多个第二调光单元，所述多个第二调光单元可反射光以形成平面的光反射面，每个第二调光单元能够相对于所述光反射面进行翻转。

10.根据权利要求9所述的激光投影设备，其特征在于，所述第一调光装置的光反射面的尺寸大于等于所述第二调光装置的光反射面的尺寸。

11.一种激光投影显示方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1至10任一所述的激光投影设备，所述方法包括：

获取待投射图像的图像亮度分布信息；

基于所述待投射图像的图像亮度分布信息，通过第一调光装置对光源提供的照明光束进行调光，以使经过所述第一调光装置调光后的照明光束中的至少两束光束的光强不同；

基于所述待投射图像的图像分量信息，通过第二调光装置对经过所述第一调光装置调光后的照明光束进行调制；

通过镜头将经过所述第二调光装置调制后的照明光束投射成像。

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