CN108769639A - 基于投影显示的振镜自动同步系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及投影显示技术，解决了现有技术中对振镜与图像帧序列同步的调整不精确的技术问题。技术方案概括为：图像处理模块输出测试图片得到投影画面，图像采集模块连续采集投影画面得到至少一个采集图像，图像分析模块将所有采集图像进行叠加得到待分析图像，然后将待分析图像与测试图片进行对比计算出两者间的偏差值，并根据偏差值的大小判断振镜与帧序列是否同步，图像处理模块根据判断结果调整振镜工作相位。有益效果是：本发明避免了现有技术中依赖人眼观察投影画面的清晰度，使得对振镜与图像帧序列同步的调整更精确。特别适用于通过增加振镜来扩展显示分辨率的投影设备。
Description
技术领域
本发明涉及投影显示技术，特别涉及通过增加振镜来扩展显示分辨率的投影显示技术。
背景技术
在一般情况下，投影显示的最高分辨率由光阀的物理分辨率决定，现有技术中在投影光路中增加振镜，可以实现显示分辨率在一个方向或两个方向上的倍增。振镜工作时在某些位置来回进行微小振动，实现光线的来回偏移，图像处理器会将图像数据分成帧序列，某时刻下，当振镜位置与图像帧序列对应，即振镜工作的相位与图像帧序列同步，才能看到清晰的投影画面，实现显示分辨率的扩展，反之，投影画面显示不清晰或显示错误。
目前调整振镜与图像帧序列同步时，以人眼观察投影画面为依据，而通过人眼观察的主观性较强，很难做到精确调整，使振镜与图像帧序列同步。
发明内容
本发明为解决现有技术中对振镜与图像帧序列同步的调整不精确的技术问题，提出一种基于投影显示的振镜自动同步系统及其自动同步方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
基于投影显示的振镜自动同步系统，包括图像处理模块、数字光控模块、光阀、振镜控制模块、振镜、成像镜头、图像采集模块和图像分析模块，所述数字光控模块分别与图像处理模块和光阀连接，振镜控制模块分别与图像处理模块和振镜连接，图像分析模块分别与图像采集模块和图像处理模块连接；
所述图像处理模块用于将图像数据分割成帧序列发送给数字光控单元，以及根据振镜同步分析模块发送来的信息向振镜控制模块发送相应控制指令；
所述数字光控模块用于根据图像帧序列控制光阀显示微图像；
所述振镜控制模块用于根据控制指令控制振镜工作；
所述振镜用于偏折从光阀出射的光线；
所述成像镜头用于将经过振镜偏折处理的微图像放大成像，得到投影画面；
所述图像采集模块用于连续采集投影画面得到n个采集图像，并将采集到的n个采集图像发送到图像分析模块；
所述图像分析模块用于将n个采集图像进行叠加得到待分析图像，并将待分析图像与预置的标准图像进行对比，得到待分析图像与标准图像间的偏差值，并根据偏差值和预设的偏差阈值判断振镜工作相位与图像帧序列是否同步，然后将判断结果发送到图像处理模块；
启动自动同步程序后，图像处理模块输出预置的测试图片，以得到测试图片的投影画面，图像采集模块连续采集测试图片的投影画面得到n个采集图像，图像分析模块将n个采集图像进行叠加得到待分析图像，并计算出待分析图像与标准图像间的偏差值，根据偏差值和偏差阈值判断出振镜工作相位与图像帧序列是否同步，并将判断结果发送到图像处理模块，图像处理模块根据判断结果向振镜控制模块发送相应控制指令来控制振镜工作；其中，所述标准图像为测试图片，n为大于或等于1的整数。
作为进一步优化，所述图像分析模块包括图像灰度处理模块、图像归一化模块和图像对比模块，所述图像灰度处理模块用于将n个采集图像都转化为灰度图，图像归一化模块用于将n个采集图像的灰度图进行叠加，并对叠加后的灰度图进行归一化处理得到待分析图像，图像对比模块用于对比待分析图像与标准图像间的偏差，并根据偏差值和预设的偏差阈值判断振镜工作相位与图像帧序列是否同步，然后将判断结果发送到图像处理模块，其中，标准图像是经过灰度处理和归一化处理的图像，灰度处理参数和归一化处理参数与采集图像的灰度处理参数和归一化处理参数相同。在图像对比过程中，将标准图像与显示出的图像都转换成灰度图，并在归一化处理后进行对比，如果振镜与帧序列不同步，显示出的图像就不清楚，显示的图像像素灰度值就与对应的标准图像像素灰度值不同，统计所有像素的灰度值后就能得出两者的偏差。
作为进一步优化，所述图像对比模块用于对比待分析图像的灰度直方图与标准图像的灰度直方图之间的偏差。通过统计图像的灰度直方图，反映出所有像素中各个灰度值出现的频率，再将两者的灰度直方图进行对比，能够得出较准确的偏差值。
作为进一步优化，所述测试图片中包括多个所处区域相互独立的测试图像，图像采集模块用于对投影画面中能采集到的最清晰的测试图像的投影画面进行采集，则所述标准图像为最清晰的测试图像的投影画面对应的测试图像。图像采集模块采集投影画面时，由于受到相机焦距等因素的影响，拍摄到的整个投影画面可能只有一部分是清晰的，如果对整个画面进行分析，会造成分析结果不准确，因此在测试图片中设置多个测试图像，图像采集模块只采集整个画面中最清晰的一部分，然后再与对应的标准图像进行对比，能得出较准确的结果。
作为进一步优化，所述振镜控制模块包括相位延时模块，所述相位延时模块用于调整振镜工作相位与图像帧序列间的相对延时。系统工作过程中，保持图像帧序列时间不变，通过对振镜的工作进行延时来达到调整振镜相位与图像帧序列相对延时的目的，使得两者趋于同步工作，该调整方式容易实现，调整效果较好。
基于投影显示的振镜自动同步方法，应用于上述基于投影显示的振镜自动同步系统，包括以下步骤：
步骤一、启动自动同步程序后，图像处理模块输出预置在系统内的测试图片，得到测试图片的投影画面；
步骤二、图像采集模块连续采集测试图片的投影画面得到n个采集图像，并将n个采集图像发送到图像分析模块；
步骤三、图像分析模块将接收到的n个采集图像进行叠加，得到待分析图像，然后将待分析图像与标准图像进行对比，计算出待分析图像与标准图像间的偏差值，若偏差值小于预设的偏差阈值，则向图像处理模块发送振镜同步消息，否则向图像处理模块发送振镜不同步消息；
步骤四、图像处理模块若接收到振镜同步消息，则结束自动同步程序，若接收到振镜不同步消息，则通过振镜控制模块调整振镜工作相位，然后跳转到步骤二；
其中，所述标准图像为测试图片，n为大于或等于1的整数。
作为进一步优化，所述步骤三包括以下步骤：
步骤A、图像灰度处理模块将n个采集图像都转化为灰度图；
步骤B、图像归一化模块将n个采集图像的灰度图叠加成一幅灰度图像，再对叠加后的灰度图像进行归一化处理，得到待分析图像；
步骤C、图像对比模块将待分析图像与标准图像进行对比，计算出待分析图像与标准图像间的偏差值，若偏差值小于预设的偏差阈值，则向图像处理模块发送振镜同步消息，否则向图像处理模块发送振镜不同步消息；
其中，标准图像是经过灰度处理和归一化处理的图像，灰度处理参数和归一化处理参数与采集图像的灰度处理参数和归一化处理参数相同。在图像对比过程中，将标准图像与显示出的图像都转换成灰度图，并在归一化处理后进行对比，如果振镜与帧序列不同步，显示出的图像就不清楚，显示的图像像素灰度值就与对应的标准图像像素灰度值不同，统计所有像素的灰度值后就能得出两者的偏差。
作为进一步优化，所述步骤C中，图像对比模块对比待分析图像的灰度直方图与标准图像的灰度直方图之间的偏差。通过统计图像的灰度直方图，反映出所有像素中各个灰度值出现的频率，再将两者的灰度直方图进行对比，能够得出较准确的偏差值。
作为进一步优化，在预置的测试图片中设置多个所处区域相互独立的测试图像，图像采集模块工作时，对投影画面中能采集到的最清晰的测试图像的投影画面进行采集，则所述标准图像为最清晰的测试图像的投影画面对应的测试图像。图像采集模块采集投影画面时，由于受到相机焦距等因素的影响，拍摄到的整个投影画面可能只有一部分是清晰的，如果对整个画面进行分析，会造成分析结果不准确，因此在测试图片中设置多个测试图像，图像采集模块只采集整个画面中最清晰的一部分，然后再与对应的标准图像进行对比，能得出较准确的结果。
作为进一步优化，相位延时模块根据图像处理模块的控制指令，调整振镜工作相位与图像帧序列间的相对延时。系统工作过程中，保持图像帧序列时间不变，通过对振镜的工作进行延时来达到调整振镜相位与图像帧序列相对延时的目的，使得两者趋于同步工作，该调整方式容易实现，调整效果较好。
有益效果是：本发明将源图片与显示出的图像进行对比分析，根据两者间偏差值的大小判断振镜工作相位与图像帧序列是否同步，若不同步则自动控制振镜进行调节，直到偏差值满足要求，避免了现有技术中依赖人眼观察投影画面的清晰度，使得对振镜与图像帧序列同步的调整更精确。本发明特别适用于通过增加振镜来扩展显示分辨率的投影设备。
附图说明
图1是本发明实施例的系统结构图。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明的技术方案。
基于投影显示的振镜自动同步系统，包括图像处理模块、数字光控模块、光阀、振镜控制模块、振镜、成像镜头、图像采集模块和图像分析模块，所述数字光控模块分别与图像处理模块和光阀连接，振镜控制模块分别与图像处理模块和振镜连接，图像分析模块分别与图像采集模块和图像处理模块连接；
所述图像处理模块用于将图像数据分割成帧序列发送给数字光控单元，以及根据振镜同步分析模块发送来的信息向振镜控制模块发送相应控制指令；
所述数字光控模块用于根据图像帧序列控制光阀显示微图像；
所述振镜控制模块用于根据控制指令控制振镜工作；
所述振镜用于偏折从光阀出射的光线；
所述成像镜头用于将经过振镜偏折处理的微图像放大成像，得到投影画面；
所述图像采集模块用于连续采集投影画面得到n个采集图像，并将采集到的n个采集图像发送到图像分析模块；
所述图像分析模块用于将n个采集图像进行叠加得到待分析图像，并将待分析图像与预置的标准图像进行对比，得到待分析图像与标准图像间的偏差值，并根据偏差值和预设的偏差阈值判断振镜工作相位与图像帧序列是否同步，然后将判断结果发送到图像处理模块；
启动自动同步程序后，图像处理模块输出预置的测试图片，以得到测试图片的投影画面，图像采集模块连续采集测试图片的投影画面得到n个采集图像，图像分析模块将n个采集图像进行叠加得到待分析图像，并计算出待分析图像与标准图像间的偏差值，根据偏差值和偏差阈值判断出振镜工作相位与图像帧序列是否同步，并将判断结果发送到图像处理模块，图像处理模块根据判断结果向振镜控制模块发送相应控制指令来控制振镜工作；其中，所述标准图像为测试图片，n为大于或等于1的整数。
对上述系统中的各个模块进行优化，具体可以是：
图像分析模块可以包括图像灰度处理模块、图像归一化模块和图像对比模块，所述图像灰度处理模块用于将n个采集图像都转化为灰度图，图像归一化模块用于将n个采集图像的灰度图进行叠加，并对叠加后的灰度图进行归一化处理得到待分析图像，图像对比模块用于对比待分析图像与标准图像间的偏差，并根据偏差值和预设的偏差阈值判断振镜工作相位与图像帧序列是否同步，然后将判断结果发送到图像处理模块，其中，标准图像是经过灰度处理和归一化处理的图像，灰度处理参数和归一化处理参数与采集图像的灰度处理参数和归一化处理参数相同。在图像对比过程中，将标准图像与显示出的图像都转换成灰度图，并在归一化处理后进行对比，如果振镜与帧序列不同步，显示出的图像就不清楚，显示的图像像素灰度值就与对应的标准图像像素灰度值不同，统计所有像素的灰度值后就能得出两者的偏差。
图像对比模块可以用于对比待分析图像的灰度直方图与标准图像的灰度直方图之间的偏差。通过统计图像的灰度直方图，反映出所有像素中各个灰度值出现的频率，再将两者的灰度直方图进行对比，能够得出较准确的偏差值。
测试图片中可以包括多个所处区域相互独立的测试图像，图像采集模块用于对投影画面中能采集到的最清晰的测试图像的投影画面进行采集，则所述标准图像为最清晰的测试图像的投影画面对应的测试图像。图像采集模块采集投影画面时，由于受到相机焦距等因素的影响，拍摄到的整个投影画面可能只有一部分是清晰的，如果对整个画面进行分析，会造成分析结果不准确，因此在测试图片中设置多个测试图像，图像采集模块只采集整个画面中最清晰的一部分，然后再与对应的标准图像进行对比，能得出较准确的结果。
振镜控制模块可以包括相位延时模块，所述相位延时模块用于调整振镜工作相位与图像帧序列间的相对延时。系统工作过程中，保持图像帧序列时间不变，通过对振镜的工作进行延时来达到调整振镜相位与图像帧序列相对延时的目的，使得两者趋于同步工作，该调整方式容易实现，调整效果较好。
基于投影显示的振镜自动同步方法，应用于上述基于投影显示的振镜自动同步系统，包括以下步骤：
步骤一、启动自动同步程序后，图像处理模块输出预置在系统内的测试图片，得到测试图片的投影画面；
步骤二、图像采集模块连续采集测试图片的投影画面得到n个采集图像，并将n个采集图像发送到图像分析模块；
步骤三、图像分析模块将接收到的n个采集图像进行叠加，得到待分析图像，然后将待分析图像与标准图像进行对比，计算出待分析图像与标准图像间的偏差值，若偏差值小于预设的偏差阈值，则向图像处理模块发送振镜同步消息，否则向图像处理模块发送振镜不同步消息；
步骤四、图像处理模块若接收到振镜同步消息，则结束自动同步程序，若接收到振镜不同步消息，则通过振镜控制模块调整振镜工作相位，然后跳转到步骤二；
其中，所述标准图像为测试图片，n为大于或等于1的整数。
对上述方法中的各个步骤进行优化，具体可以是：
步骤三可以包括以下步骤：
步骤A、图像灰度处理模块将n个采集图像都转化为灰度图；
步骤B、图像归一化模块将n个采集图像的灰度图叠加成一幅灰度图像，再对叠加后的灰度图像进行归一化处理，得到待分析图像；
步骤C、图像对比模块将待分析图像与标准图像进行对比，计算出待分析图像与标准图像间的偏差值，若偏差值小于预设的偏差阈值，则向图像处理模块发送振镜同步消息，否则向图像处理模块发送振镜不同步消息；
其中，标准图像是经过灰度处理和归一化处理的图像，灰度处理参数和归一化处理参数与采集图像的灰度处理参数和归一化处理参数相同。在图像对比过程中，将标准图像与显示出的图像都转换成灰度图，并在归一化处理后进行对比，如果振镜与帧序列不同步，显示出的图像就不清楚，显示的图像像素灰度值就与对应的标准图像像素灰度值不同，统计所有像素的灰度值后就能得出两者的偏差。
步骤C中，图像对比模块可以对比待分析图像的灰度直方图与标准图像的灰度直方图之间的偏差。通过统计图像的灰度直方图，反映出所有像素中各个灰度值出现的频率，再将两者的灰度直方图进行对比，能够得出较准确的偏差值。
可以在预置的测试图片中设置多个所处区域相互独立的测试图像，图像采集模块工作时，对投影画面中能采集到的最清晰的测试图像的投影画面进行采集，则所述标准图像为最清晰的测试图像的投影画面对应的测试图像。图像采集模块采集投影画面时，由于受到相机焦距等因素的影响，拍摄到的整个投影画面可能只有一部分是清晰的，如果对整个画面进行分析，会造成分析结果不准确，因此在测试图片中设置多个测试图像，图像采集模块只采集整个画面中最清晰的一部分，然后再与对应的标准图像进行对比，能得出较准确的结果。
相位延时模块可以根据图像处理模块的控制指令，调整振镜工作相位与图像帧序列间的相对延时。系统工作过程中，保持图像帧序列时间不变，通过对振镜的工作进行延时来达到调整振镜相位与图像帧序列相对延时的目的，使得两者趋于同步工作，该调整方式容易实现，调整效果较好。
实施例
下面举例对本发明的技术方案详细说明。
如图1所示，本例的硬件系统包括图像处理模块、数字光控模块、光阀、振镜控制模块、振镜、成像镜头、图像采集模块和图像分析模块，所述数字光控模块分别与图像处理模块和光阀连接，振镜控制模块分别与图像处理模块和振镜连接，图像分析模块分别与图像采集模块和图像处理模块连接。
使用时，需要先在系统内预置测试图片，本例的测试图片中包含了多个所处区域相互独立的测试图像，并且将每个测试图像分别进行灰度和归一化处理并保存，得到的是每个测试图像对应的标准图像。
启动自动同步功能后，图像处理模块将测试图片分割成帧序列，数字光控模块根据图像帧序列控制光阀显示测试图片的微图像，微图像的光线经过振镜偏折，成像镜头放大成像后投影到屏幕上，得到测试图片的投影画面。
由于受相机等采集设备的焦距影响，整个测试图片投影画面中可能只能拍摄清楚一部分画面，因此本例中图像采集模块只对投影画面中能采集到的最清晰的测试图像的投影画面进行采集，并且连续采集n次得到n个采集图像，n至少是1，n的取值与图像采集模块的曝光时间和振镜工作周期有关，以采集到完整的测试图像投影画面为准，如果图像采集模块的曝光时间大于振镜的工作周期，则图像采集模块采集的是一段时间累积的图像，可以只采集一次，如果图像采集模块的曝光时间小于振镜的工作周期，则图像采集模块采集的就是振镜某个工作位置下的图像，需要采集多次，并对采集到的图像叠加后得到完整的测试图像投影画面。
采集完成后，图像分析模块对每个采集图像进行灰度处理，然后进行叠加，叠加后进行归一化处理得到待分析图像，其灰度处理参数和归一化处理参数与相应标准图像的处理参数相同，这样就能将两者进行对比分析。将待分析图像的灰度直方图与该待分析图像对应的标准图像的灰度直方图进行对比分析，得出两者的偏差值，若偏差值小于预设的偏差阈值，则向图像处理模块发送振镜同步消息，否则向图像处理模块发送振镜不同步消息。
图像处理模块若接收到振镜同步消息，则结束自动同步程序，若接收到振镜不同步消息，则向振镜控制模块发送相应控制指令，振镜控制模块通过调节其延时模块来调整振镜的工作情况，进而达到调整振镜工作相位与图像帧序列间的相对延时，使振镜工作相位与图像帧序列趋于同步。按照上述方式不断进行反馈调节，直到振镜与帧序列同步后结束自动同步程序。
Claims (10)
1.基于投影显示的振镜自动同步系统，包括图像处理模块、数字光控模块、光阀、振镜控制模块、振镜和成像镜头，所述数字光控模块分别与图像处理模块和光阀连接，振镜控制模块分别与图像处理模块和振镜连接，其特征在于：还包括图像采集模块和图像分析模块，所述图像分析模块分别与图像采集模块和图像处理模块连接；
所述图像处理模块用于将图像数据分割成帧序列发送给数字光控单元，以及根据振镜同步分析模块发送来的信息向振镜控制模块发送相应控制指令；
所述数字光控模块用于根据图像帧序列控制光阀显示微图像；
所述振镜控制模块用于根据控制指令控制振镜工作；
所述振镜用于偏折从光阀出射的光线；
所述成像镜头用于将经过振镜偏折处理的微图像放大成像，得到投影画面；
所述图像采集模块用于连续采集投影画面得到n个采集图像，并将采集到的n个采集图像发送到图像分析模块；
所述图像分析模块用于将n个采集图像进行叠加得到待分析图像，并将待分析图像与预置的标准图像进行对比，得到待分析图像与标准图像间的偏差值，并根据偏差值和预设的偏差阈值判断振镜工作相位与图像帧序列是否同步，然后将判断结果发送到图像处理模块；
启动自动同步程序后，图像处理模块输出预置的测试图片，以得到测试图片的投影画面，图像采集模块连续采集测试图片的投影画面得到n个采集图像，图像分析模块将n个采集图像进行叠加得到待分析图像，并计算出待分析图像与标准图像间的偏差值，根据偏差值和偏差阈值判断出振镜工作相位与图像帧序列是否同步，并将判断结果发送到图像处理模块，图像处理模块根据判断结果向振镜控制模块发送相应控制指令来控制振镜工作；其中，所述标准图像为测试图片，n为大于或等于1的整数。
2.如权利要求1所述的基于投影显示的振镜自动同步系统，其特征在于：所述图像分析模块包括图像灰度处理模块、图像归一化模块和图像对比模块，所述图像灰度处理模块用于将n个采集图像都转化为灰度图，图像归一化模块用于将n个采集图像的灰度图进行叠加，并对叠加后的灰度图进行归一化处理得到待分析图像，图像对比模块用于对比待分析图像与标准图像间的偏差，并根据偏差值和预设的偏差阈值判断振镜工作相位与图像帧序列是否同步，然后将判断结果发送到图像处理模块，其中，标准图像是经过灰度处理和归一化处理的图像，灰度处理参数和归一化处理参数与采集图像的灰度处理参数和归一化处理参数相同。
3.如权利要求2所述的基于投影显示的振镜自动同步系统，其特征在于：所述图像对比模块用于对比待分析图像的灰度直方图与标准图像的灰度直方图之间的偏差。
4.如权利要求1所述的基于投影显示的振镜自动同步系统，其特征在于：所述测试图片中包括多个所处区域相互独立的测试图像，图像采集模块用于对投影画面中能采集到的最清晰的测试图像的投影画面进行采集，则所述标准图像为最清晰的测试图像的投影画面对应的测试图像。
5.如权利要求1所述的基于投影显示的振镜自动同步系统，其特征在于：所述振镜控制模块包括相位延时模块，所述相位延时模块用于调整振镜工作相位与图像帧序列间的相对延时。
6.基于投影显示的振镜自动同步方法，应用于权利要求1-5任一项所述的基于投影显示的振镜自动同步系统，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、启动自动同步程序后，图像处理模块输出预置在系统内的测试图片，得到测试图片的投影画面；
步骤二、图像采集模块连续采集测试图片的投影画面得到n个采集图像，并将n个采集图像发送到图像分析模块；
步骤三、图像分析模块将接收到的n个采集图像进行叠加，得到待分析图像，然后将待分析图像与标准图像进行对比，计算出待分析图像与标准图像间的偏差值，若偏差值小于预设的偏差阈值，则向图像处理模块发送振镜同步消息，否则向图像处理模块发送振镜不同步消息；
步骤四、图像处理模块若接收到振镜同步消息，则结束自动同步程序，若接收到振镜不同步消息，则通过振镜控制模块调整振镜工作相位，然后跳转到步骤二；
其中，所述标准图像为测试图片，n为大于或等于1的整数。
7.如权利要求6所述的基于投影显示的振镜自动同步方法，其特征在于：所述步骤三包括以下步骤：
步骤A、图像灰度处理模块将n个采集图像都转化为灰度图；
步骤B、图像归一化模块将n个采集图像的灰度图叠加成一幅灰度图像，再对叠加后的灰度图像进行归一化处理，得到待分析图像；
步骤C、图像对比模块将待分析图像与标准图像进行对比，计算出待分析图像与标准图像间的偏差值，若偏差值小于预设的偏差阈值，则向图像处理模块发送振镜同步消息，否则向图像处理模块发送振镜不同步消息；
其中，标准图像是经过灰度处理和归一化处理的图像，灰度处理参数和归一化处理参数与采集图像的灰度处理参数和归一化处理参数相同。
8.如权利要求7所述的基于投影显示的振镜自动同步方法，其特征在于：所述步骤C中，图像对比模块对比待分析图像的灰度直方图与标准图像的灰度直方图之间的偏差。
9.如权利要求6所述的基于投影显示的振镜自动同步方法，其特征在于：在预置的测试图片中设置多个所处区域相互独立的测试图像，图像采集模块工作时，对投影画面中能采集到的最清晰的测试图像的投影画面进行采集，则所述标准图像为最清晰的测试图像的投影画面对应的测试图像。
10.如权利要求6所述的基于投影显示的振镜自动同步方法，其特征在于：相位延时模块根据图像处理模块的控制指令，调整振镜工作相位与图像帧序列间的相对延时。
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