CN116941238A - 具有动态目标几何形状的投影系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种投影系统和方法包括：光源，所述光源被配置为响应于图像数据而发射光；相位光调制器，所述相位光调制器被配置为从所述光源接收所述光并对所述光施加空间变化相位调制，从而使所述光转向并且生成投影光；以及控制器，所述控制器被配置为：基于用户输入或传感器信号中的至少一个动态确定所述投影光被投影到的投影表面的目标几何形状；基于所述目标几何形状确定所述图像数据的帧的相位配置；以及向所述相位光调制器提供相位控制信号，所述相位控制信号被配置为使所述相位光调制器根据所述帧的相位配置生成所述投影光。

Description

具有动态目标几何形状的投影系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求均于2021年2月1日提交的美国临时申请No.63/144,027和欧洲专利申请No.21154553.8的优先权，这两个申请中的每一个都通过引用以其全文并入本文。

背景

1.技术领域

本申请总体上涉及投影系统和驱动投影系统的方法。

2.相关技术的描述

数字投影系统通常利用光源和光学系统将图像投影到表面或屏幕上。光学系统包括如反射镜、透镜、波导、光纤、分束器、漫射器、空间光调制器(SLM)等部件。一些投影系统基于实施空间幅度调制的SLM。在这样的系统中，光源提供体现可以在图像上再现的最亮级别的光场，并且光被衰减(例如，丢弃)以便创建期望的场景级别。在这样的配置中，未被投影以形成图像的任何部分的光被衰减或丢弃。被投影的光穿过投影系统一侧上的透镜，通过调节投影系统的元素(例如，系统本身的位置、各种透镜光学器件的配置等)，该透镜与预定屏幕区域校准，以确保屏幕垂直于投影仪的光轴并且确保投影图像聚焦。

因此，比较性数字投影系统需要静态的屏幕几何形状。在屏幕几何形状改变的情况下(例如，在投影系统的位置或取向有意或无意地改变的情况下)，该图像可能改变。

发明内容

本公开的各个方面涉及用于使用相位光调制进行投影显示以在具有动态几何形状的一个或多个表面上提供图像投影的电路、系统和方法。

在本公开的一个示例性方面，提供了一种投影系统，该投影系统包括：光源，该光源被配置为响应于图像数据而发射光；相位光调制器，该相位光调制器被配置为从该光源接收该光并对该光施加空间变化相位调制，从而使该光转向并且生成投影光；以及控制器，该控制器被配置为：基于用户输入或传感器信号中的至少一个动态确定该投影光被投影到的投影表面的目标几何形状；基于该目标几何形状确定该图像数据的帧的相位配置；以及向该相位光调制器提供相位控制信号，该相位控制信号被配置为使该相位光调制器根据该帧的相位配置生成该投影光。

在本公开的另一示例性方面，提供了一种投影方法，该投影方法包括：由光源响应于图像数据而发射光；由相位光调制器接收光；由相位光调制器对光施加空间变化相位调制，从而使光转向并生成投影光；基于用户输入或传感器信号中的至少一个动态确定投影光被投影到的投影表面的目标几何形状；基于目标几何形状确定图像数据的帧的相位配置；以及向相位光调制器提供相位控制信号，该相位控制信号被配置为使相位光调制器根据帧的相位配置生成投影光。

附图说明

参考附图，在以下描述中更全面地公开了各种实施例的这些和其他更详细和具体的特征，在附图中：

图1图示了根据本公开的各个方面的示例性投影系统的框图；

图2图示了根据本公开的各个方面的示例性相位调制器；

图3图示了根据本公开的各个方面的另一示例性相位调制器；

图4图示了根据本公开的各个方面的投影系统的示例性设置；

图5图示了根据本公开的各个方面的投影系统的另一示例性设置；

图6图示了根据本公开的各个方面的示例性过程流程；以及

图7图示了根据本公开的各个方面的另一示例性过程流程。

具体实施方式

本公开和其各方面可以以各种形式来体现，包括由以下各项控制的硬件或电路：计算机实施的方法、计算机程序产品、计算机系统和网络、用户接口和应用程序编程接口；以及硬件实施的方法、信号处理电路、存储器阵列、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。前述发明内容仅旨在给出本公开的各个方面的一般想法，并且不以任何方式限制本公开的范围。

在以下描述中，阐述了如电路配置、定时、操作等许多细节，以提供对本公开的一个或多个方面的理解。对本领域技术人员而言显而易见的是，这些具体细节仅是示例性的，并且不旨在限制本申请的范围。

此外，虽然本公开主要集中于将各种电路用在数字投影系统中的示例，但是应当理解，这仅仅是实施方式的一个示例。进一步应当理解，所公开的系统和方法可以用在需要对光进行投影的任何设备中；例如，影院投影系统、消费级投影系统和其他商业投影系统、平视显示器、虚拟现实显示器等。

投影仪系统

在基于SLM的投影系统中，该设备必须与预定屏幕区域精确校准。必须特别调节设备位置和透镜光学器件以确保图像在屏幕上正确校准(例如，屏幕必须垂直于设备的光轴)并聚焦。如果投影仪有意或无意地移动，则可能会导致偏离校准。在如家庭或办公室等使用环境中，这种情况可能会频繁发生。此外，这种投影系统通常需要屏幕是平坦的，并且屏幕平坦度的任何变化或偏差也可能导致投影图像失真。即使在设备较大且通常位于专用房间内的影院环境中，技术人员也需要花费大量时间将设备与屏幕校准和/或确保屏幕的平坦度。在单个屏幕上使用多个投影设备的环境(例如，3D影院投影)中，这种时间也会相应增加。

使用相位光调制器(PLM)可以缓解这些问题。例如，比较性投影系统通过在每个像素处阻挡公共光源来操作，而基于PLM的投影系统通过将光从期望较暗的区转向至意指较亮的区来操作。此外，基于PLM本身的架构，与比较性投影系统相比，这种投影系统可以具有明显更快的响应时间(即，改变投影图像所需的时间)。

图1图示了根据本公开的各个方面的示例性投影系统100的框图。具体地，图1图示了投影系统100，该投影系统包括：光源101，该光源被配置为发射第一光102；照明光学器件103，该照明光学器件被配置为接收第一光102并且重定向或以其他方式修改第一光，从而生成第二光104；PLM 105，该PLM被配置为对第二光104施加空间变化相位调制，从而使第二光104转向并且生成第三光106；第一投影光学器件107，该第一投影光学器件被配置为接收第三光106并且重定向或以其他方式修改第三光，从而生成第四光108；滤光片109，该滤光片被配置为过滤第四光108，从而生成第五光110；以及第二投影光学器件111，该第二投影光学器件被配置为接收第五光110，并且将第五光作为第六光112投影到屏幕113上。

投影系统100进一步包括控制器114，该控制器被配置为控制投影系统100的各种部件，如光源101和/或PLM 105。在一些实施方式中，控制器114可以附加地或替代性地控制投影系统100的其他部件，包括但不限于照明光学器件103、第一投影光学器件107、和/或第二投影光学器件111。控制器114可以是投影系统100的一个或多个处理器，如中央处理单元(CPU)。照明光学器件103、第一投影光学器件107、以及第二投影光学器件111分别可以包括如反射镜、透镜、波导、光纤、分束器、漫射器等一个或多个光学部件。此外，虽然图1图示了单个调制器，但是投影系统100可以包括除了PLM 105之外的其他调制器。例如，第一投影光学器件107可以包括可以由控制器114控制的基于幅度的SLM。除了屏幕113之外，图1所图示的部件可以集成到壳体中以提供投影设备。这种投影设备可以包括如存储器、输入/输出端口、通信电路系统、电源等附加部件。

光源101可以是例如激光光源等。一般地，光源101是发射相干光的任何光发射器。在本公开的一些方面，光源101可以包括多个单独的光发射器，每个光发射器对应于不同的波长或波长带。光源101响应于控制器114提供的图像信号而发射光。图像信号包括与要连续显示的多个帧相对应的图像数据。图像信号可以以流式传输或基于云的方式来源于外部源，可以来源于投影系统100的如硬盘等内部存储器，可以来源于能够操作地连接到投影系统100的可移动介质，或者来源于以上各项的组合。

可以提供滤光片109来减轻由投影系统100的内部部件造成的影响。在一些系统中，PLM 105(将在下文更详细地描述)可以包括盖板玻璃并引起反射，设备切换可能会暂时造成不需要的转向角，并且各种部件可能会引起散射。为了抵消这一点并降低投影系统100的最低水平，滤光片109可以是傅立叶(“DC”)滤光片部件，该滤光片部件被配置为阻挡第四光108的一部分。因此，滤光片109可以通过从接近零角度的光降低最低水平来增加对比度，该零角度将与如盖板玻璃反射、行程(stroke)转换状态等元素相对应。算法可能会主动使用该DC块区域来防止某些光到达屏幕。在本公开的一些方面，响应于来自控制器114的控制，滤光片109通过将所述光转向至位于活动图像区域之外的光收集器来防止不期望的光到达屏幕。

第二投影光学器件111可以包括被配置为扩大投影设备101的视场(FOV)的光学部件。这种光学部件可以包括但不限于鱼眼透镜或其他广角光学部件。

相位光调制器

如图1所图示的，控制器114还控制PLM 105，该PLM从光源101接收光。PLM 105赋予光空间变化相位调制，并且将经调制的光朝向第二投影光学器件111重定向。PLM 105可以是反射型的，其中，PLM 105反射具有空间变化相位的入射光；替代性地，PLM 105可以是透射型的，其中，当光穿过PLM 105时，PLM 105赋予光空间变化相位。在本公开的一些方面，PLM 105具有硅基液晶(LCOS)架构或者可以是如数字微镜器件(digital micromirrordevice,DMD)等微机电系统(MEMS)。

图2图示了PLM 105的一个示例，该PLM被实施为反射式LCOS PLM 200并且以局部截面图示出。如图2所图示的，PLM 200包括硅背板210、第一电极层220、第二电极层230、液晶层240、盖板玻璃250和间隔件260。硅背板210包括与PLM 200相关联的电子电路系统，如互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管等。第一电极层220包括设置在透明矩阵222中的反射元件221的阵列。反射元件221可以由如铝或银等任何高光学反射材料形成。透明矩阵222可以由如透明氧化物等任何高光学透射材料形成。第二电极层230可以由如氧化铟锡(ITO)薄膜等任何光学透明导电材料形成。第二电极层230可以被提供为与第一电极层220的多个反射元件221相对应的公共电极。在这样的配置中，多个反射元件221中的每一个将经由相应的电场耦接到第二电极层230，从而将PLM 200分成调制元件的阵列(例如，像素)。因此，多个反射元件221中的各个反射元件(或子集)可以经由设置在硅背板210中的电子电路系统来寻址，从而修改对应反射元件221的状态。

液晶层240设置于第一电极层220与第二电极层230之间，并且包括多个液晶241。液晶241是以介于固态与液态之间的相存在的粒子；换句话说，液晶241表现出一定程度的方向有序，而非位置有序。液晶241倾向于指向的方向被称为“指向矢”。液晶层240基于液晶241的双折射率Δn来修改从盖板玻璃250进入的入射光，该双折射率可以表示为平行于指向矢的方向上的折射率与垂直于指向矢的方向上的折射率之差。由此，最大光程差可以表示为双折射率乘以液晶层240的厚度。该厚度通过间隔件260来设定，该间隔件密封PLM 200并确保盖板玻璃250与硅背板210之间相隔设定距离。液晶241通常沿第一电极层220与第二电极层230之间的电场线定向自身。如图2所图示的，靠近PLM 200中心的液晶241以这种方式定向，而靠近PLM 200外围的液晶241由于没有电场线通过而基本上未定向。通过经由相位驱动信号寻址多个反射元件221中的各个反射元件，可以逐像素地确定液晶241的取向。

图3图示了PLM 105的另一示例，该PLM被实施为DMD PLM 300并且以局部截面图示出。如图3所图示的，PLM 300包括背板310和作为调制元件的多个可控反射元件，该多个可控反射元件中的每一个包括轭321、反射镜板322和电极对330。虽然在图3的截面图中仅可见两个电极330，但是每个反射元件实际上可以包括附加电极。尽管未在图3中特别图示，PLM 300可以进一步包括间隔层、支撑层、用于控制反射镜板322的高度或取向的铰链部件等。背板310包括与PLM 300相关联的电子电路系统，如CMOS晶体管、存储器阵列等。

轭321可以由导电材料形成或者包括导电材料，以便允许偏置电压被施加到反射镜板322。反射镜板322可以由如铝或银等任何高反射材料形成。电极330被配置为分别接收第一电压和第二电压，并且可以是单独可寻址的。根据电极330上的电压和反射镜板322上的电压(例如，偏置电压)的值，在反射镜板322与电极330之间存在电势差，这产生了作用在反射镜板322上的静电力。轭321被配置为允许反射镜板322响应于静电力而竖直移动。在静电力和轭322的类似弹簧的力相等时出现的反射镜板322的平衡位置确定了从反射镜板322的上表面反射的光的光程长度。因此，控制多个可控反射元件中的各个可控反射元件以提供多个(如所图示的，三个)离散高度并且因此提供多个离散相位配置或相位状态。如所图示的，每个相位状态都具有平坦曲线。在本公开的一些方面中，电极330可以设置有彼此不同的电压，以便赋予反射镜板322倾斜。这种倾斜可以与上文所述类型的光收集器一起使用。

例如，PLM 300可以能够具有高切换速度，使得PLM 300从一个相位状态切换到几十μs的数量级。为了提供完整的相位控制周期，反射镜板322处于其最高点的状态与反射镜板322处于其最低点的状态之间的总光程差应该大约等于入射光的波长λ。因此，最高点与最低点之间的高度范围应该大约等于λ/2。

不管针对PLM 105使用哪种特定架构，该PLM都由控制器114控制以在逐个像素的基础上采取特定相位配置。因此，PLM 105利用相应调制元件的阵列，如960×540阵列。阵列中调制元件的数量可以与PLM 105的分辨率相对应。由于可以实施的转向的性质，光可以被转向至重建图像平面上的任何位置并且不与PLM 105绑定到相同的像素网格。由于PLM 105能够具有快速响应时间，因此可以在重建图像平面上生成高分辨率移动图像。PLM 105的操作可能受到投影系统100的数据带宽、PLM 105的行程量化和/或PLM 105的响应时间的影响。最大分辨率可以由光源101的点扩散函数(PSF)和投影系统100中的各种光学部件的参数来确定。

动态屏幕几何形状

PLM 105可以是图2的PLM 200或图3的PLM 300，能够在距离投影系统100的任意距离处创建投影图像。此外，PLM 105可以形成任意形状的投影图像，使得所选投影表面(例如，屏幕114、包含投影系统100的房间的墙壁等)不需要垂直于光轴。在投影表面是平坦表面的实施方式中，投影图像可以是2D图像。然而，在一些实施方式中，投影表面可能不是平坦表面。在这种实施方式中，投影图像实际上是3D图像，其可以对应于映射到非平坦表面的2D图像。此外，由于PLM 105是数字控制设备，因此有效的屏幕几何形状可以随时改变。在一些实施方式中，可以响应于实时用户输入而执行对屏幕几何形状的改变。

图4图示了可以在其中实施投影系统的设置的一个示例。特别地，图4图示了投影设备401，该投影设备可以是图1所图示的投影系统100，不包括屏幕113。投影设备401位于房间中，其中，示出了第一墙壁411和第二墙壁412。为了便于解释，不直接参与投影的图4的各种元件(例如，家具)在此不单独描述。在保持静止的同时，投影设备401可以动态地将图像投影到多个不同位置中的一个或多个位置，其中，图示了第一墙壁411上的第一投影表面421和第二投影表面422、以及第二墙壁412上的第三投影表面423。第一投影表面421、第二投影表面422和第三投影表面423可以是屏幕，也可以仅分别是第一墙壁411和第二墙壁412的一部分。虽然图4中仅示出了三个投影表面，但实际上目标投影表面可以是投影仪设备401的FOV内的任何表面。由于投影设备401具有快速响应时间(例如，由于PLM 105)，因此投影表面可以彼此不毗连并且可以位于不同的墙壁上。

如图5所图示，图像位置、大小和/或其他参数可以经由接口进行调节。图5中，图示了用户控制的输入设备501，该用户控制的输入设备将校准码511投影到用户选择的屏幕位置上。输入设备501可以是与投影设备401相关联的遥控器、智能电话等。在一些实施方式中，输入设备501被配置为发射红外(IR)光谱，并且因此校准码511对人眼不可见。为了检测校准码511，投影设备401可以设置有相机，如IR传感器。投影设备401可以实时定位和监测校准码511。在其他实施方式中，输入设备501可以不发射校准码511，而是可以通过使用安装在输入设备501上的app来控制投影设备401。例如，用户可以预先指定多个候选屏幕位置(例如，与第一投影表面421、第二投影表面422和第三投影表面423相对应)，并且随后从这些候选屏幕位置中进行选择。在仍其他实施方式中，投影设备401可以设置有检测投影表面的表面特征的距离或深度传感器，如飞行时间(TOF)传感器。表面特征可以包括平坦表面特征(例如，位置和几何形状)和/或非平坦表面特征(例如，几何形状和浮雕(relief))。

投影设备401可以包括相机和距离传感器二者，并且可以使用一个或两个传感器来执行如颜色校正(例如，适应油漆颜色)等附加操作。附加地或替代性地，输入设备501可以包括相机和/或距离传感器并且可以与投影设备401通信(例如，传输表示房间或房间的各部分的地图的数据)。

图6图示了根据本公开的各个方面的具有动态屏幕几何形状的投影方法的示例性过程流程。该过程流程可以在投影系统的控制器中或由投影系统的控制器执行，如在图1所示的投影系统100(与投影设备401相对应)的控制器114中执行。为执行该过程流程，投影系统100可以设置有存储在非暂态计算机可读介质(例如，硬盘、可移动存储介质、随机存取存储器(RAM)等)上的指令，当这些指令由控制器114执行时，使得投影系统100执行图6的操作。

在操作601处，控制器114确定屏幕或投影表面的位置几何形状和/或浮雕(一般称为“目标几何形状”或“目标配置”)。该确定可以将从用户输入、相机输入、TOF传感器输入或类似数据中选择的一个或多个作为输入。操作601的确定可以分多个阶段发生。例如，控制器114可以首先确定屏幕的粗略位置和/或几何形状，并且然后可以细化该位置、几何形状和/或浮雕。虽然图6图示了发生在过程流程开始时的操作601，但在一些实施方式中，操作601可以在整个图像投影过程中不断重复。因此，投影表面的目标几何形状和/或浮雕是动态确定的，至少是因为该目标几何形状和/或浮雕是在图像投影的实际时间或接近图像投影的实际时间确定的。

在操作602处，控制器114为图像数据的帧确定适当的相位配置。帧可以采用从外部、内部或可移动源提供的图像信号的形式。图像信号包括速率取决于特定应用的帧速率的一系列帧。每一帧包括用于在屏幕上以特定分辨率产生图像的图像数据。本公开在可以实施的帧速率和/或分辨率方面没有特别限制。例如，影院应用的帧速率可以是24Hz或48Hz；家庭应用的帧速率可以是30Hz、60Hz或120Hz等。此外，分辨率可以是2K(2048×1080)、4K(4096×2160)、1080p(1920×1080)、消费级4K(3840×2160)等。操作602中的确定可以将从操作601的输出、图像数据的帧中包括的像素数据或类似数据中选择的一个或多个作为输入。除了相位配置外，操作602还可以包括确定光源101的适当光亮度水平。

操作602中的确定可以包括为PLM 105的配置计算光束转向驱动解决方案，该光束转向驱动解决方案在重建时近似于目标光场。在一些示例中，计算可以在调制平面处的相量场M(x，y，0)＝A_M(x，y，0)∠φ_M(x，y，0)(称为“调制场”)与重建平面处的相量场R(x′，y′，z′)＝A_R(x′，y′，z′)∠φ_R(x′，y′，z′)(称为“重建场”)之间建立映射(例如，双向映射)。该映射可以表示为任何数值波传播，包括但不限于菲涅耳(Fresnel)理论或瑞利-索末菲(Rayleigh-Sommerfeld)理论。

在操作603处，控制器114控制投影系统100的部件以根据在操作603中确定的相位配置投影光。操作603可以包括根据相位配置控制光源101发射光和/或控制PLM 105调制光。该控制可以通过使用提供给光源101的发射控制信号和/或提供给PLM 105的相位控制信号来实现。作为操作603的结果，将图像数据的帧投影到具有适当位置和几何形状的投影表面上。在操作601在整个图像显示过程中持续发生的实施方式中，操作603还可以包括发射与可见光复用的IR照明，使得IR照明可以由投影系统100检测到并且用于细化对屏幕几何形状的确定。光源可以被配置为发射与可见光复用的红外光。

在操作604处，控制器114确定是否改变屏幕几何形状。如果不发生改变，则过程流程返回到操作602，以为图像数据中的下一帧确定适当的相位配置。如果发生改变，则过程流程返回到操作601，以在处理和显示下一帧之前确定适当的屏幕几何形状。控制器114可以响应于用户输入、来自相机的信号和/或与投影系统100相关联的TOF传感器等确定发生改变。在一些实施方式中，操作604可以每帧发生一次，在这种情况下，为每帧重复执行操作602至604。在其他实施方式中，操作604可以每几帧只发生一次(例如，每秒一次)，使得为每帧重复执行操作602和603，并且以适当的间隔发生操作604。

投影系统100可以被配置为在多个投影表面上显示多个图像，从而可以同时显示给观看者。图7图示了这种操作的示例性过程流程，该示例性过程流程可以补充或替换图6所示的操作601、602和/或603。为执行该过程流程，投影系统100可以设置有存储在非暂态计算机可读介质(例如，硬盘、可移动存储介质、RAM等)上的指令，当这些指令由控制器114执行时，使得投影系统100执行图7的操作。

在操作701处，控制器114确定不同屏幕(或其他投影表面或投影表面的目标区域)的数量，用正整数N>1表示。操作701还可以包括确定每个屏幕的适当几何形状。在操作702处，从1运行到N的索引变量n被初始化或重新初始化为1。

在操作703处，控制器接收图像数据的帧，并且在操作704处，控制器114为与第n个投影表面相对应的图像数据的帧确定适当的相位配置。如上文所述，帧可以采用从外部、内部或可移动源提供的图像信号的形式。图像信号包括速率取决于特定应用的帧速率的一系列帧。每一帧包括用于在屏幕上以特定分辨率产生图像的图像数据。本公开在可以实施的帧速率和/或分辨率方面没有特别限制。帧速率可以是基本帧速率除以N。例如，影院应用的基本帧速率可以是24Hz或48Hz；家庭应用的基本帧速率可以是30Hz、60Hz或120Hz等。此外，基本分辨率可以是2K(2048×1080)、4K(4096×2160)、1080p(1920×1080)、消费级4K(3840×2160)等。因此，每个帧周期(即，帧速率的倒数，与帧的持续时间相对应)被划分成N个子周期。操作704中的确定可以将从操作701的输出、图像数据的帧中包括的像素数据或类似数据中选择的一个或多个作为输入。除了相位配置外，操作704还可以包括确定光源101的适当光亮度水平。

在操作705处，控制器114控制投影系统100的部件以根据在操作704中确定的相位配置投影光。操作705可以包括根据相位配置控制光源101发射光和/或控制PLM 105调制光。该控制可以通过使用提供给光源101的发射控制信号和/或提供给PLM 105的相位控制信号来实现。作为操作705的结果，将图像数据的帧投影到具有适当位置和几何形状的第n个投影表面上。操作703还可以包括发射与可见光复用的IR照明，使得IR照明可以由投影系统100检测到并且用于细化对屏幕几何形状的确定。

在操作706处，控制器114通过比较索引n与投影表面的数量N来确定是否已经对所有N个投影表面完成操作703至704。如果n小于N，则在操作707处n递增，并且过程流程返回到操作703。否则，过程流程返回到操作702，其中，对于图像数据中的下一帧，n被重新初始化为1。

图7图示了用于多个显示器的时分投影方法，其中，每一帧以全光亮度或分辨率连续显示，但帧速率是基本帧速率的一小部分。在一些实施方式中，投影系统100可以以空间复用的方式显示帧。在这种实施方式中，对于所有N个投影表面，每一帧可以以全帧速率同时显示，但光亮度或分辨率是基本光亮度或帧速率的一小部分。

效果

由于本文所描述的投影系统和方法的光束转向性质和快速响应时间，可以实现能够动态移动和/或整形图像和/或屏幕几何形状的投影系统。与其他投影系统相比，本文所描述的系统适用于广泛环境中的广泛投影应用。例如，根据本公开的投影系统和方法可以适用于家庭环境、办公室环境、现场场所、汽车环境、工业环境、商业和/或零售环境、或群体(例如“众包”)环境。

此外，虽然上文描述主要描述了动态移动和/或整形图像以适应屏幕几何形状，但本公开并不限于此。在一些实施方式中，出于激光安全的原因，上文所描述的投影系统和方法可以动态地移动和/或整形图像。例如，投影系统可以确定人是否移动到光束的路径上并将光束从该人(例如，从人的眼睛)上移开。

此外，上文的系统、方法和效果可以通过使用一起工作的多个投影设备来实现，其中，多个投影设备各自根据本公开的上述方面进行配置。在这样的示例中，多个投影设备可以操作为覆盖比仅用单个投影设备可实现的更大部分的空间(例如，通过在大投影表面上重叠或不重叠地平铺相应投影图像)，从而增加投影图像的明亮度(例如，通过使多个投影设备中的两个或更多个投影设备将同一图像投影到投影表面的同一部分上)，和/或实现立体投影(例如，通过使多个投影仪中的两个投影仪将同一图像的不同视角投影到投影表面的同一部分上)。在一个特定示例中，各个投影设备可以被实施为汽车大灯、与汽车大灯一起实施或使用汽车大灯实施，使得一个或多个汽车(例如，在汽车影院中)可以一起工作以从不同位置将图像投影到大屏幕上。

根据本公开的系统、方法和设备可以采用以下配置中的任何一种或多种。

(1)一种投影系统，包括：光源，所述光源被配置为响应于图像数据而发射光；相位光调制器，所述相位光调制器被配置为从所述光源接收所述光并对所述光施加空间变化相位调制，从而使所述光转向并且生成投影光；以及控制器，所述控制器被配置为：基于用户输入或传感器信号中的至少一个动态确定所述投影光被投影到的投影表面的目标几何形状；基于所述目标几何形状确定所述图像数据的帧的相位配置；以及向所述相位光调制器提供相位控制信号，所述相位控制信号被配置为使所述相位光调制器根据所述帧的相位配置生成所述投影光。

(2)根据(1)所述的投影系统，其中，所述相位光调制器包括以阵列布置的多个调制元件，以及被配置为响应于所述相位控制信号而修改所述多个调制元件的相应状态的电路系统。

(3)根据(1)或(2)所述的投影系统，其中，所述相位光调制器是数字微镜器件。

(4)根据(1)或(2)所述的投影系统，其中，所述相位光调制器是半导体基液晶器件(liquid-crystal-on-semiconductor device)。

(5)根据(1)至(4)中任一项所述的投影系统，进一步包括红外传感器，所述红外传感器被配置为检测投影到所述投影表面上的校准码以及基于所述校准码生成所述传感器信号。

(6)根据(1)至(5)中任一项所述的投影系统，进一步包括深度传感器，所述深度传感器被配置为检测所述投影表面的表面特征以及基于所述表面特征生成所述传感器信号。

(7)根据(1)至(6)中任一项所述的投影系统，其中，所述控制器被配置为：确定所述投影表面的一数目个目标区域；将所述图像数据的帧周期划分成一数目个子周期，所述一数目个子周期与所述一数目个目标区域相对应；以及以时分方式执行以下操作：动态确定所述目标几何形状，确定所述相位配置，以及为每个子周期提供所述相位控制信号。

(8)根据(7)所述的投影系统，其中，所述目标区域彼此不毗连。

(9)根据(1)至(8)中任一项所述的投影系统，进一步包括滤光片，所述滤光片被配置为阻挡所述投影光的一部分。

(10)根据(1)至(9)中任一项所述的投影系统，其中，所述光源是相干光源。

(11)一种投影方法，包括：由光源响应于图像数据而发射光；由相位光调制器接收所述光；由所述相位光调制器对所述光施加空间变化相位调制，从而使所述光转向并生成投影光；基于用户输入或传感器信号中的至少一个动态确定所述投影光被投影到的投影表面的目标几何形状；基于所述目标几何形状确定所述图像数据的帧的相位配置；以及向所述相位光调制器提供相位控制信号，所述相位控制信号被配置为使所述相位光调制器根据所述帧的相位配置生成所述投影光。

(12)根据(11)所述的方法，其中，所述相位光调制器包括以阵列布置的多个调制元件，所述方法包括：响应于所述相位控制信号而修改所述多个调制元件的相应状态。

(13)根据(11)或(12)所述的方法，其中，所述相位光调制器是数字微镜器件。

(14)根据(11)或(12)所述的方法，其中，所述相位光调制器是半导体基液晶器件。

(15)根据(11)至(14)中任一项所述的方法，进一步包括：由红外传感器检测投影到所述投影表面上的校准码；以及基于所述校准码生成所述传感器信号。

(16)根据(11)至(15)中任一项所述的方法，进一步包括：由深度传感器检测所述投影表面的表面特征；以及基于所述表面特征生成所述传感器信号。

(17)根据(11)至(16)中任一项所述的方法，进一步包括：确定所述投影表面的一数目个目标区域；将所述图像数据的帧周期划分成一数目个子周期，所述一数目个子周期与所述一数目个目标区域相对应；以及以时分方式执行以下操作：动态确定所述目标几何形状，确定所述相位配置，以及为每个子周期提供所述相位控制信号。

(18)根据(17)所述的方法，其中，所述目标区域彼此不毗连。

(19)根据(11)至(18)中任一项所述的方法，进一步包括由滤光片阻挡所述投影光的一部分。

(20)一种存储指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由投影设备的处理器执行时使所述投影设备执行包括根据(11)至(19)中任一项所述的方法的操作。

关于本文所描述的过程、系统、方法、启发法等，应当理解，虽然这些过程等的步骤已经被描述为按照特定有序的顺序进行，但是这些过程可以利用以与本文描述的顺序不同的顺序执行的所描述步骤来实践。进一步应当理解，某些步骤可以同时执行，可以添加其他步骤，或者可以省略本文描述的某些步骤。换句话说，本文的过程描述是出于说明某些实施例的目的而提供的，并且决不应当被解释为为了限制权利要求。

因此，应当理解，以上描述旨在是说明性的而非限制性的。通过阅读以上描述，除了所提供的示例之外的许多实施例和应用程序将是显而易见的。范围不应当参考以上描述来确定，而是应当参考所附权利要求以及这些权利要求有资格考虑的等效物的全部范围来确定。预期并希望的是，本文讨论的技术将在未来有所发展，所公开的系统和方法将结合进这种未来实施例中。总之，应当理解，本申请是可以进行修改和改变的。

权利要求中所使用的所有术语都旨在被赋予其如了解本文描述的技术的人所理解的最广泛的合理解释及普通含义，除非本文中出现相反的明确指示。特别地，如“一(a)”、“该(the)”、“所述(said)”等单数冠词的使用应当被理解为叙述一个或多个所指示的要素，除非权利要求叙述了相反的明确限制。

提供本公开的摘要以允许读者快速确定技术公开的性质。基于其将不被用于解释或者限制权利要求的范围或者含义的理解提交本摘要。另外，在前述的具体实施方式中，可以看到，出于将本公开连成一个整体的目的而将各种特征一起组合到各种实施例中。本公开的方法不应当被解释为反映所要求保护的实施例并入了比每项权利要求中所明确叙述的特征多的特征的意图。相反，如权利要求所反映的，创造性主题在于少于单个公开的实施例的全部特征。因此，所附权利要求由此被结合到具体实施方式中，每项权利要求独自作为单独要求保护的主题。

可以从以下枚举的示例实施例(EEE)中理解本发明的各个方面：

EEE1.一种投影系统，包括：

光源，所述光源被配置为响应于图像数据而发射光；

相位光调制器，所述相位光调制器被配置为从所述光源接收所述光并对所述光施加空间变化相位调制，从而使所述光转向并且生成投影光；以及

控制器，所述控制器被配置为：

基于用户输入或传感器信号中的至少一个动态确定所述投影光被投影到的投影表面的目标几何形状，

基于所述目标几何形状确定所述图像数据的帧相位配置，以及

向所述相位光调制器提供相位控制信号，所述相位控制信号被配置为使所述相位光调制器根据所述帧的相位配置生成所述投影光。

EEE2.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述相位光调制器包括以阵列布置的多个调制元件，以及被配置为响应于所述相位控制信号而修改所述多个元件的相应状态的电路系统。

EEE3.根据权利要求2所述的投影系统，其中，所述相位光调制器是数字微镜器件。

EEE4.根据权利要求2所述的投影系统，其中，所述相位光调制器是半导体基液晶器件。

EEE5.根据权利要求1至4中任一项所述的投影系统，进一步包括红外传感器，所述红外传感器被配置为检测投影到所述投影表面上的校准码以及基于所述校准码生成所述传感器信号。

EEE6.根据权利要求1至5中任一项所述的投影系统，进一步包括深度传感器，所述深度传感器被配置为检测所述投影表面的表面特征以及基于所述表面特征生成所述传感器信号。

EEE7.根据权利要求1至6中任一项所述的投影系统，其中，所述控制器被配置为：

确定所述投影表面的一数目个目标区域；

将所述图像数据的帧周期划分成一数目个子周期，所述一数目个子周期与所述一数目个目标区域相对应；以及

以时分方式执行以下操作：动态确定所述目标几何形状，确定所述相位配置，以及为每个子周期提供所述相位控制信号。

EEE8.根据权利要求7所述的投影系统，其中，所述目标区域彼此不毗连。

EEE9.根据权利要求1至8中任一项所述的投影系统，进一步包括滤光片，所述滤光片被配置为阻挡所述投影光的一部分。

EEE10.根据权利要求1至9中任一项所述的投影系统，其中，所述光源是相干光源。

EEE11.一种驱动投影系统的方法，所述方法包括：

由光源响应于图像数据而发射光；

由相位光调制器接收所述光；

由所述相位光调制器对所述光施加空间变化相位调制，从而使所述光转向并生成投影光；

基于用户输入或传感器信号中的至少一个动态确定所述投影光被投影到的投影表面的目标几何形状；

基于所述目标几何形状确定所述图像数据的帧的相位配置；以及

向所述相位光调制器提供相位控制信号，所述相位控制信号被配置为使所述相位光调制器根据所述帧的相位配置生成所述投影光。

EEE12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述相位光调制器包括以阵列布置的多个调制元件，所述方法包括：

响应于所述相位控制信号而修改所述多个调制元件的相应状态。

EEE13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述相位光调制器是数字微镜器件。

EEE14根据权利要求12所述的方法，其中，所述相位光调制器是半导体基液晶器件。

EEE15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，进一步包括

由红外传感器检测投影到所述投影表面上的校准码；以及

基于所述校准码生成所述传感器信号。

EEE16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，进一步包括：

由深度传感器检测所述投影表面的表面特征；以及

基于所述表面特征生成所述传感器信号。

EEE7.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，进一步包括：

确定所述投影表面的一数目个目标区域；

将所述图像数据的帧周期划分成一数目个子周期，所述一数目个子周期与所述一数目个目标区域相对应；以及

以时分方式执行以下操作：动态确定所述目标几何形状，确定所述相位配置，以及为每个子周期提供所述相位控制信号。

EEE18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述目标区域彼此不毗连。

EEE19.根据权利要求11至18中任一项所述的方法，进一步包括由滤光片阻挡所述投影光的一部分。

EEE 20.一种存储指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由投影设备的处理器执行时使所述投影设备执行包括根据权利要求11至19中任一项所述的方法的操作。

Claims (26)

1.一种投影系统，包括：

光源，所述光源被配置为响应于图像数据而发射光；

相位光调制器，所述相位光调制器被配置为从所述光源接收所述光并对所述光施加空间变化相位调制，从而使所述光转向并且生成投影光；以及

控制器，所述控制器被配置为：

基于用户输入或传感器信号中的至少一个动态确定所述投影光被投影到的投影表面的目标几何形状和浮雕，

基于所述目标几何形状和所述浮雕确定所述图像数据的帧的相位配置，以及

向所述相位光调制器提供相位控制信号，所述相位控制信号被配置为使所述相位光调制器根据所述帧的所述相位配置生成所述投影光。

2.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述相位光调制器包括以阵列布置的多个调制元件，以及被配置为响应于所述相位控制信号而修改所述多个元件的相应状态的电路系统。

3.根据权利要求2所述的投影系统，其中，所述相位光调制器是数字微镜器件或半导体基液晶器件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的投影系统，进一步包括红外传感器，所述红外传感器被配置为检测投影到所述投影表面上的校准码以及基于所述校准码生成所述传感器信号。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的投影系统，进一步包括用户控制的输入设备，所述用户控制的输入设备被配置为将校准码投影到用户选择的投影表面上。

6.根据权利要求5所述的投影系统，其中，所述用户控制的输入设备被配置为发射红外光谱中的光。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的投影系统，其中，所述光源被配置为发射与可见光复用的红外光。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的投影系统，进一步包括深度传感器，所述深度传感器被配置为检测所述投影表面的表面特征以及基于所述表面特征生成所述传感器信号。

9.根据权利要求8所述的投影系统，其中，所述表面特征包括非平坦表面特征。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的投影系统，其中，所述控制器被配置为：

确定所述投影表面的一数目个目标区域；

将所述图像数据的帧周期划分成一数目个子周期，所述一数目个子周期与所述一数目个目标区域相对应；以及

以时分方式执行以下操作：动态确定所述目标几何形状和所述浮雕，确定所述相位配置，以及为每个子周期提供所述相位控制信号。

11.根据权利要求10所述的投影系统，其中，所述目标区域彼此不毗连。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的投影系统，进一步包括滤光片，所述滤光片被配置为阻挡所述投影光的一部分。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的投影系统，其中，所述光源是相干光源。

14.一种驱动投影系统的方法，包括：

由光源响应于图像数据而发射光；

由相位光调制器接收所述光；

由所述相位光调制器对所述光施加空间变化相位调制，从而使所述光转向并生成投影光；

基于用户输入或传感器信号中的至少一个动态确定所述投影光被投影到的投影表面的目标几何形状和浮雕；

基于所述目标几何形状和所述浮雕确定所述图像数据的帧的相位配置；以及

向所述相位光调制器提供相位控制信号，所述相位控制信号被配置为使所述相位光调制器根据所述帧的所述相位配置生成所述投影光。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述相位光调制器包括以阵列布置的多个调制元件，所述方法包括：

响应于所述相位控制信号而修改所述多个调制元件的相应状态。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述相位光调制器是数字微镜器件或半导体基液晶器件。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，进一步包括：

由红外传感器检测投影到所述投影表面上的校准码；以及

基于所述校准码生成所述传感器信号。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，进一步包括由用户控制的输入设备将校准码投影到用户选择的投影表面上。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括由所述用户控制的输入设备发射红外光谱中的光。

20.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，进一步包括由所述光源发射红外光和可见光，以及将所述红外光与可见光复用。

21.根据权利要求14至20中任一项所述的方法，进一步包括：

由深度传感器检测所述投影表面的表面特征；以及

基于所述表面特征生成所述传感器信号。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述表面特征包括非平坦表面特征。

23.根据权利要求14至22中任一项所述的方法，进一步包括：

确定所述投影表面的一数目个目标区域；

将所述图像数据的帧周期划分成一数目个子周期，所述一数目个子周期与所述一数目个目标区域相对应；以及

以时分方式执行以下操作：动态确定所述目标几何形状和所述浮雕，确定所述相位配置，以及为每个子周期提供所述相位控制信号。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述目标区域彼此不毗连。

25.根据权利要求14至24中任一项所述的方法，进一步包括由滤光片阻挡所述投影光的一部分。

26.一种存储指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由投影设备的处理器执行时使所述投影设备执行包括根据权利要求14至25中任一项所述的方法的操作。