本发明涉及投影灯，更具体地，涉及一种大倾角投射的图案片设计方法及图案片、灯具与投影系统。
背景技术：
1、投影灯作为一种图案投影灯具，一般是用于将灯具内图案片上的图案投射在投影面上，一般来说会使光学系统的光轴与投影面相垂直。当投影灯近距离大仰角投射在投影面上时普遍存在投影图案变形失真的状况。
2、很多景观照明、户外建筑照明的场景，由于建筑空间的原因，无法提供足够的投射距离，以至投影图案各个方向光程不一致，图案片上的实际图案因为光程差的原因，会使投影图案同时向x、y方向拉伸，但在投影图案远离投影灯的方向，投影图案y方向的拉伸量会远超x方向的拉伸量，最终导致投影图案相对于实际图案严重的变形失真。
技术实现思路
1、本发明为克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种大倾角投射的图案片设计方法，使图案片上的实际图案，在特定的近投射距离和大倾斜角度的条件下，使最终的投影图案在变形后刚好与预想图案一致，看起来没有发生变形。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大倾角投射的图案片设计方法，包括以下步骤：
3、s1、确定投影灯的光学系统以及投影面，光学系统接收光源穿过图案片后的光，并将图案片上面的图案投射到投影面；
4、s2、根据光学系统的特性以及与投影面之间的位置角度关系，得出投影面上投影像素点坐标（x，y）与图案片上面的实际像素点坐标（x，y）之间的对应关系；
5、s3、根据需要在投影面上呈现的投影图案及位置，结合投影像素点坐标（x，y）与实际像素点坐标（x，y）的对应关系，求出图案片上面的实际图案及位置；
6、s4、根据图案片上面的实际图案及位置设计出图案片。
7、大倾角投射的图案片设计方法通过针对不同的使用场景，提前确定投影灯与投影面之间的位置角度关系，并结合投影灯内光学系统的特性，确定投影面上投影像素点坐标（x，y）与图案片上面的实际像素点坐标（x，y）之间的对应关系，从而对图案片上的实际图案进行预变形，从而使投射出的投影图案在变形后正好与预想图案一致，相对于预想图案没有发生变形，适用于无法提供足够的投射距离，仅能在近投射距离和大倾斜角度的使用条件下的投影灯。
8、进一步地，在s2步骤中，投影像素点坐标（x，y），以光学系统的主平面与其光轴的交点垂直于投影面在其上的投影为零点，以实际图案为圆形时，椭圆投影图案的短轴方向为x轴方向，长轴方向为y轴方向，图案片上面的实际像素点坐标（x，y），以主平面与光轴的交点垂直于图案片在其上的投影为零点，x轴方向与x轴方向平行，y轴方向与x轴方向垂直，则投影像素点坐标（x，y）与图案片上面的实际像素点坐标（x，y）的对应关系为：
9、 （1）
10、 （2）
11、 （3）；
12、其中，l为主平面与光轴的交点相距投影面的距离；l为主平面与光轴的交点相距图案片之间的距离；α为主平面与光轴的交点和投影像素点在其y上投影点的连线与光轴的夹角；β为主平面和光轴的交点在投影面的垂线与光轴的夹角，0°＜β＜90°，且α、x、y、x、y均存在正负。输入投影像素点坐标（x，y），就可以根据投影像素点坐标（x，y）与图案片上面的实际像素点坐标（x，y）的对应关系，求出实际像素点坐标（x，y），从而将投影面上的投影图案转换为图案片上的实际图案。
13、进一步地，在s3步骤中，将投影图案分割为多个投影碎片，根据投影像素点坐标（x，y）与实际像素点坐标（x，y）的对应关系，将每块投影碎片变形为图案片上面的实际碎片。以多个碎片的方式将投影图案与实际图案进行对应，只用使投影碎片与实际碎片的顶点或者边缘相对应，对投影碎片进行了拉伸或者压缩变形，减少了计算量，便于人工处理。
14、进一步地，取投影图案上的4个非共线投影像素点所限定的矩形区域作为投影碎片。矩形便于切割和拼接，也便于伸缩变形时的定位。
15、进一步地，在投影面设置投影图案前，先在投影面设置标准框并将标准框内部分割为多个标准片，求出标准框在图案片上对应的变形框以及每个标准片对应的变形片，再在标准框内设置投影图案，在将投影图案分割为多个投影碎片时直接以标准框内的标准片为准，并将投影面上标准框内的标准片变形为图案片上变形框内的变形片。由于标准片与变形片的对应关系是已知的，一次计算后可反复使用，因此将投影图案设置在标准框内，且在将投影图案分割为多个投影碎片时直接以标准框内的标准片为准，可以减少对每个投影图案的分割工作，也便于实际图案的拼接。
16、进一步地，投影像素点坐标（x，y）以实际图案为圆形时，椭圆投影图案的短轴方向为x轴方向，长轴方向为y轴方向；在x轴方向，以等距离方式对投影图案或者标准框进行划分，两条划分线在x轴方向距离相等；在y轴方向，以等角度方式对投影图案或者标准框进行划分，两条划分线和y轴交点与光学系统的主平面和光轴交点的连线，与光轴的夹角相等。按照x轴方向、y轴方向划分，便于根据坐标计算对应关系，并且投影图案或者标准框在x轴方向宽度拉伸较y轴方向小，因此在x轴方向，以等距离方式对投影图案或者标准框进行划分，在y轴方向，以等角度方式对投影图案或者标准框进行划分。
17、进一步地，根据投影像素点坐标（x，y）与实际像素点坐标（x，y）的对应关系，求出投影图案或者标准框的x轴方向划分线、y轴方向划分线，以及对应实际图案或者变形框上的x轴方向划分线、y轴方向划分线，将投影碎片或者标准片放入图案片上对应x轴、y轴所限定的区域内，并变形成为实际碎片或者变形片。直接利用公式转换，求出划分线的对应关系，并根据投影碎片或者标准片与实际碎片或者变形片的位置对应序号，直接挪动投影碎片或者标准片放入图案片上对应的实际碎片或者变形片区域，伸缩变形即可，相对于逐个计算投影碎片或者标准片与实际碎片或者变形片坐标对应关系，可以减小计算量。
18、进一步地，在s3步骤中，先根据光源光束在图案片上的投影范围得出实际像素点坐标（x，y）的最大范围，再根据投影像素点坐标（x，y）与实际像素点坐标（x，y）的对应关系，得出投影像素点坐标（x，y）的有效范围，从而在投影面的有效范围内设置投影图案或者标准框。避免投影图案或者标准框超出图案片的整体投影范围，保障其一定可以通过图案片上的实际图案或者变形框投影实现。
19、进一步地，在有效范围内设置投影图案或者标准框时，先确定投影图案或者标准框的大小，然后在有效范围内靠近投影灯的一端设置投影图案或者标准框，且使投影图案或者标准框边界贴近有效范围的边界。由于随着投影距离的增加，投影图案对应部分会越来越大，且亮度会逐渐降低，因此尽可能的使投影图案或者标准框靠近投影灯，可以保障投影图案的亮度较高，且亮度均匀。
20、本发明还提供一种图案片，采用前述任一种所述的设计方法进行设计。图案片上的实际图案，相较于预想图案有所变形，但最终的投影图案却相较于预想图案仅仅进行了放大，而没有变形。
21、进一步地，所述图案片上的实际图案区域设置有亮度衰减膜，且投影图案靠近投影灯的一端对应的实际图案区域的亮度衰减膜衰减系数，大于投影图案远离投影灯的一端对应的实际图案区域的亮度衰减膜衰减系数。降低投影图案靠近投影灯一端的亮度，使其与远离投影灯一端的亮度一致，避免出现亮度差。
22、本发明还提供一种灯具，包括灯头以及设置于灯头内的光源与光学系统，还包括前述任一种所述的图案片，光源发出的光依次经过图案片上的实际图案区域、光学系统后射出。由于光学系统及图案片固定，因此只需要将灯具安装在与投影平面合适距离与合适夹角，即可复现出理想的投影图案。
23、本发明还提供一种投影系统，包括前述中的灯具，还包括投影面，灯具的光源发出的光依次经过图案片上的实际图案区域、光学系统后，投射在投影面上形成投影图案。投影面可以为竖直面，灯具从上往下投射或者从下往上投射，投影面还可以为水平面，灯具以非竖直的角度投射，或者投影面为倾斜面，只要灯具与投影面的距离和夹角满足要求，即可实现投影图案相对于预想图案的无畸变等比例缩放。