激光投影显示系统及其优化方法

本发明属于激光投影，具体地说，是涉及一种用于激光投影显示系统的动态范围优化方法及激光投影显示系统。

背景技术：

1、在激光显示领域，hdr(高动态范围)可以将每个暗部的细节变丰富，暗的地方更暗，同时亮的地方更亮，丰富更多细节色彩，还原了自然细节的画面。

2、dlp(数字光处理)投影系统的核心部件是数字微镜器件(dmd)，plm(相位空间光调制器)器件可以高效地对dmd的照明光场的分布进行调制，使得照明至dmd的光场近似为要显示的图像分布，再经dmd对输入图像调制后，即可实现hdr图像显示。

3、plm在dmd处成像是衍射成像，在扩大动态范围的同时，在dmd照明的局部区域突破了激光光源功率带来的亮度限制，可提升至dmd均匀照明时亮度的数倍，且通过光场重新分布可实现更低亮度图像显示。但是，首先，虽然plm与dmd器件的整体有效区域长宽比相同，但由于衍射原理，plm器件的微镜结构为正方形，其衍射复现像长宽比为1:1，且采用不同波长的光源照明时，在dmd处形成的照明光场大小也不一致，因此，其衍射复现像的长宽比例与dmd器件的长宽比例不一致，无法满足dmd的照明需求；第二方面的，零级干涉光斑的存在大大影响着成像质量；第三方面的，目前已有的计算plm信号的相位恢复算法时间过久，在时序上无法与dmd对齐，无法对照明光场进行实时调制。

技术实现思路

1、本发明提出一种激光投影显示系统及其优化方法，通过光路和算法的优化消除了零级干涉光斑，提高了成像质量且光路更加简单；通过对目标图像实施降采样及重汇聚对相位恢复算法实施加速，时序上近乎和dmd芯片对齐，实现对照明光场的实时调制；通过对目标图像进行预处理解决衍射复现像的长宽比失真问题。

2、本发明采用以下技术方案予以实现：

3、提出一种激光投影显示系统优化方法，应用于激光投影显示系统中，所述激光投影显示系统包括：

4、光源，用于提供光束；

5、相位光调制器，用于对所述光源提供的光束中光线的相位进行调节；

6、dmd芯片，用于对经过所述相位空间光调制器调光后的光束进行调制；

7、投影镜头，用于将所述dmd芯片调制后的光束投射成像；

8、所述激光投影显示系统中，所述相位光调制器与dmd芯片之间不设置凸透镜，所述方法包括：

9、计算附加相位；所述附加相位为假设所述相位光调制器后端设置有凸透镜时作用于光场的；

10、求解目标图像在所述相位光调制器处的相位全息图；

11、将附加相位叠加在求解的相位全息图上加载在所述相位光调制器上，以使得光束实施相位调制后在所述dmd芯片形成衍射复现像；

12、所述dmd芯片对所述衍射复现像进行调制后经所述投影镜头投射成所述目标图像。

13、在本发明一些实施例中，求解目标图像在所述相位光调制器处的相位全息图，具体包括：

14、将所述目标图像降采样为原分辨率的1/n；

15、计算降采样图像的相位全息图；

16、将降采样图像的相位全息图在所述相位光调制器上分n个区域复制n次；

17、通过叠加闪耀光栅相位因子将n个像汇聚为一个像。

18、在本发明一些实施例中，叠加闪耀光栅相位因子时，包括：

19、在横向与纵向均叠加2a周期的闪耀光栅；其中，a为所述相位光调制器的微镜的尺寸；

20、在不同区域的相位全息图上分别叠加na和-na的闪耀光栅相位因子。

21、在本发明一些实施例中，在求解目标图像在所述相位光调制器处的相位全息图之前，所述方法还包括：

22、将所述目标图像的宽度压缩为m/n，空余像素灰度值使用0补齐；其中，m和n为所述目标图像的长宽比；或，

23、设定使用所述相位光调制器的n*n个微镜，将m:n的目标图像放置于n*n的黑底图像中。

24、在本发明一些实施例中，在求解目标图像在所述相位光调制器处的相位全息图之前，所述方法还包括：

25、对所述目标图像进行缩放，其中，r通道子图按照a1比例缩放，g通道子图按照a2比例缩放；a1＝λb/λr，a2＝λb/λg，λb、λr和λg分别为蓝色激光波长、红色激光波长和绿色激光波长。

26、提出一种激光投影显示系统，包括：

27、光源，用于提供光束；

28、相位光调制器，用于对所述光源提供的光束中光线的相位进行调节；

29、dmd芯片，用于对经过所述相位空间光调制器调光后的光束进行调制；

30、投影镜头，用于将所述dmd芯片调制后的光束投射成像；

31、所述相位光调制器与dmd芯片之间不设置凸透镜，所述系统还包括：

32、光路调整单元，用于计算附加相位；所述附加相位为假设所述相位光调制器后端设置有凸透镜时作用于光场的；

33、相位计算单元，用于求解目标图像在所述相位光调制器处的相位全息图；

34、衍射控制单元，用于将附加相位叠加在求解的相位全息图上加载在所述相位光调制器上，以使得光束实施相位调制后在所述dmd芯片形成衍射复现像；

35、所述dmd芯片对所述衍射复现像进行调制后经所述投影镜头投射成所述目标图像。

36、在本发明一些实施例中，所述相位计算单元求解目标图像在所述相位光调制器处的相位全息图，具体包括：

37、将所述目标图像降采样为原分辨率的1/n；

38、计算降采样图像的相位全息图；

39、将降采样图像的相位全息图在所述相位光调制器上分n个区域复制n次；

40、通过叠加闪耀光栅相位因子将n个像汇聚为一个像。

41、在本发明一些实施例中，所述相位计算单元在叠加闪耀光栅相位因子时，包括：

42、在横向与纵向均叠加2a周期的闪耀光栅；其中，a为所述相位光调制器的微镜的尺寸；

43、在不同区域的相位全息图上分别叠加na和-na的闪耀光栅相位因子。

44、在本发明一些实施例中，所述系统还包括第一图像预处理单元，用于在求解目标图像在所述相位光调制器处的相位全息图之前，将所述目标图像的宽度压缩为m/n，空余像素灰度值使用0补齐；其中，m和n为所述目标图像的长宽比；或，设定使用所述相位光调制器的n*n个微镜，将m:n的目标图像放置于n*n的黑底图像中。

45、在本发明一些实施例中，所述系统还包括第二图像预处理单元，用于在求解目标图像在所述相位光调制器处的相位全息图之前，对所述目标图像进行缩放，其中，r通道子图按照a1比例缩放，g通道子图按照a2比例缩放；a1＝λb/λr，a2＝λb/λg，λb、λr和λg分被为蓝色激光波长、红色激光波长和绿色激光波长。

46、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提出的激光投影显示系统及其优化方法中，在相位光调制器后端不设置凸透镜，将原有凸透镜作用于光场的相位作为附加相位叠加在相位光调制器上，将dmd芯片放置于原有的凸透镜的焦平面位置上，附加相位与目标图像的相位全息图叠加加载在相位光调制器上，使得光束经相位光调制器调制后在dmd芯片上形成衍射复现像，dmd芯片对该衍射复现像进行调制后经投影镜头形成了目标图像，在避免了零级干涉光斑对成像质量的影响的同时，还简化了系统的光路设计。

47、进一步的，本发明采用对目标图像降采样后计算相位全息图的方式来缩短相位恢复算法的执行时间，然后在相位调制器件上，通过分区复制相位全息图以及叠加闪耀光栅相位因子的方式对降采样后得到的相位全息图进行重新汇聚得到降采样前的目标图像，使得相位光调制器调节的信号在时序上近乎和dmd芯片对齐，实现对照明光场的实时调制。

48、进一步的，本发明通过对目标图像的预处理使衍射复现像长宽比与目标图像一致，使得相位光调制器能够满足dmd芯片的照明需求。

49、结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。