CN108803006A - 光纤扫描成像系统、设备及其畸变检测与矫正系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤扫描成像系统，包括光源、扫描光纤、控制器和光学放大组件，所述控制器内存储有每一个有效扫描像素对应的扫描时长,每个有效扫描像素对应的扫描时长非均匀分布；所述控制器与所述光源和所述扫描光纤的扫描驱动器相连，用于根据所述控制器内存储的每一个有效扫描像素对应的扫描时长，控制所述光源出射光线以及控制所述扫描光纤进行扫描；所述光学放大组件设置在扫描光纤的出射端。相应的，本发明还公开了对于的光纤扫描成像设备，及光纤扫描成像设备畸变检测与校正系统。通过调制算法对图像源进行预矫正，补偿光学镜头的畸变，相比于传统光学方式解决光学放大系统畸变，可有效减轻光学系统的负担。

Description

光纤扫描成像系统、设备及其畸变检测与矫正系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种光纤扫描成像系统、光纤扫描成像设备，及光纤扫描成像设备畸变检测与校正系统。

背景技术

激光扫描成像系统如光纤扫描投影显示等，为了增大投影尺寸，往往会引入光学放大系统，而光学系统的引入必不可少的会产生畸变，因此需要相应的矫正措施。在现有技术中，对光学系统产生的畸变，一般会通过光学系统进行矫正，而光学系统校正畸变则会增加系统尺寸或设计难度，加之光纤扫描显示的图像源是弧面的，对畸变校正光学系统的设计则要求更高，设计和加工难度均非常大，良品率无法保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种光纤扫描成像系统、光纤扫描成像设备，及光纤扫描成像设备畸变检测与校正系统，通过非光学校正的方式解决激光扫描成像系统引入光学放大系统后产生的光学畸变问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种光纤扫描成像系统，包括光源、扫描光纤、控制器和光学放大组件，所述控制器内存储有每一个有效扫描像素对应的扫描时长,每个有效扫描像素对应的扫描时长非均匀分布；所述控制器与所述光源和所述扫描光纤的扫描驱动器相连，用于根据所述控制器内存储的每一个有效扫描像素对应的扫描时长，控制所述光源出射光线以及控制所述扫描光纤进行扫描；所述光学放大组件设置在扫描光纤的出射端。

优选的，所述扫描光纤根据控制器内存储的每一个有效扫描像素对应的扫描时长所扫描出的图像畸变与所述光学放大组件的光学畸变互为相反方向的变形。

优选的，所述扫描光纤根据控制器内存储的每一个有效扫描像素对应的扫描时长所扫描出的图像畸变与所述光学放大组件的光学畸变相互抵消。

优选的，所述控制器内存储的每一个有效扫描像素与扫描时长的对应关系是通过标定方式取得，预先存储于控制器内。

相应的，本发明还提供一种光纤扫描成像设备，包括：

图像输入接口，用于接收图像数据；

前述光纤扫描成像系统，与所述图像输入接口相连，用于通过光纤扫描的方式输出所述图像数据对应图像。

相应的，本发明还提供一种光纤扫描成像设备畸变检测与校正系统，包括测试图像输出器、图像采集器和处理器：

所述测试图像输出器，用于向光纤扫描成像设备输出预定测试图像；

所述图像采集器，用于采集光纤扫描成像设备输出的投影图像；

所述处理器，用于将采集到的投影图像与测试图像的标准图像进行对比，得到投影图像畸变数据；并根据投影图像畸变数据，计算反向畸变数据；以及根据所述反向畸变数据计算光纤扫描成像系统每一个有效扫描像素对应的扫描时长。

优选的，所述测试图像输出器按照由小到大或由大到小的方式输出若干张测试图像。

优选的，所述系统还包括光纤扫描成像设备分辨率录入/选择模块，用于录入/选择待校正光纤扫描成像设备的分辨率。

优选的，所述系统还包括光纤扫描成像设备分辨率检测模块，用于检测待校正光纤扫描成像设备的分辨率。

优选的，所述系统还包括校正参数输出器，用于输出校正参数表，所述校正参数表中包含有每一个有效扫描像素对应的扫描时长。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果，本发明通过调制算法对图像源进行预矫正，补偿光学镜头的畸变，相比于传统光学方式解决光学放大系统畸变，可有效减轻光学系统的负担。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明实施例中光纤扫描成像系统正常调整扫描的像素网格示意图；

图2为图1中像素网格的局部放大示意图；

图3为本发明畸变及校正调制效果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，为本发明实施例中光纤扫描成像系统正常调整扫描的像素网格示意图。光纤扫描成像系统中，由于对不连续轨迹的控制，会导致不连续点处的轨迹跟踪误差较大，因此实际用以显示成像的区域如图1中实线1框中的部分所示，同时人为的预留一部分可以进行调制的区域用来进行畸变矫正(即原则上可以用来显示的图像区域为虚线2框选区域)。图1中像素密度较大，图2为像素网格的局部放大示意图。

本发明针对的是引入光学放大系统的光纤扫描成像系统，由于光学系统的引入必不可少的会产生畸变，因此需要相应的矫正措施。而传统校正思路均是通过光学镜头进行校正，这样的光学校正方案不仅会增加光学设计难度，同时会增大光学系统的尺寸，不利于光纤扫描成像系统小型化发展。本发明配合调制算法，通过校正系统重新计算光纤扫描成像系统的查询表参数，将图像源预先调制成与光学放大系统反向的畸变，从而抵消光学放大组件镜头的畸变。

实施例1：光纤扫描成像系统

本发明实施例光纤扫描成像系统，包括光源、扫描光纤、控制器和光学放大组件，所述光源出射的光线耦合到所述扫描光纤中，所述控制器内存储有查询表，查询表中包含每一个有效扫描像素对应的扫描时长，每个有效扫描像素对应的扫描时长非均匀分布；有效扫描像素指实际用以显示成像的像素，扫描时长也可以理解为每个像素激光调制时长。

所述控制器与所述光源和所述扫描光纤的扫描驱动器相连，用于根据所述控制器内存储的每一个有效扫描像素对应的扫描时长，控制所述光源出射光线以及控制所述扫描光纤进行扫描，由于每个有效扫描像素对应的扫描时长非均匀分布，扫描光纤扫描出的图像，在未经过光学放大组件之前为带有畸变的图像，该图像畸变与所述光学放大组件的光学畸变互为相反方向的变形。所述光学放大组件设置在扫描光纤的出射端，所述扫描光纤扫描出的带畸变的图像经所述光学放大组件后被光学放大组件自带的光学畸变部分抵消或全部抵消。

在本发明实施例中，所述控制器内存储的每一个有效扫描像素与扫描时长的对应关系可以是通过标定方式取得，预先存储于控制器内。

实施例2：光纤扫描成像设备

本发明实施例光纤扫描成像设备在实施例1的基础上，还包括：图像输入接口，用于接收图像数据；所述图像输入接口与实施例1中的光纤扫描成像系统相连，用于通过光纤扫描的方式输出所述图像数据对应图像。

实施例3：光纤扫描成像设备畸变检测与校正系统

本发明实施例光纤扫描成像设备畸变检测与校正系统包括测试图像输出器、图像采集器和处理器：

所述测试图像输出器，用于向光纤扫描成像设备输出预定测试图像，如矩形图像；所述测试图像输出器可以按照由小到大或由大到小的方式输出若干张测试图像，多张图像方式可以更好的对比出各像素区域畸变。

所述图像采集器，用于采集光纤扫描成像设备输出的投影图像，图像采集器可以为摄像头。

所述处理器，用于将采集到的投影图像与测试图像的标准图像进行对比，得到投影图像畸变数据；并根据投影图像畸变数据，计算反向畸变数据；以及根据所述反向畸变数据计算校正参数，校正参数指光纤扫描成像系统每一个有效扫描像素对应的扫描时长。采集到的投影图像与测试图像的标准图像进行对比，再通过一系列计算得到每一个有效扫描像素与扫描时长的对应关系，这一过程可以称为标定过程。

下面举例说明校正参数计算过程：

如图3，当实际显示时若图像存在枕型畸变(图中虚线4区域)，则在进行图像调制显示时，使图像发生相反方向的变形，即将矩形的图像区域调制成桶型畸变的图像(图中虚线3区域)，则可以抵消掉镜头本身的畸变，实现矩形显示(图中实线1区域)。

由于激光扫描成像的特点，图像的像素网格不受实体物理像素尺寸的限制，而是由激光驱动信号和激光调制信号共同决定的，因此可以方便通过限定每个像素扫描时长来控制每个像素的尺寸，每个有效扫描像素对应的扫描时长非均匀分布，则可以使整个画面的像素尺寸呈现非均匀分布。依据光学畸变的实际情况，如针对中心区域畸变小，边缘区域畸变明显的枕性光学畸变，则可以相应的从中心像素向边缘像素方向，每个像素驱动时长逐步变化大，使扫描画面呈现为桶形畸变即可。

光学桶型畸变亦是如此，假设虚线3区域是不经过畸变矫正而的含光学畸变的画面，则可将图像预先调制成虚线4所围成的形式，从而抵消掉镜头的畸变。

为了可以通用校正不同分辨率的光纤扫描成像设备，所述光纤扫描成像设备畸变检测与校正系统还可以设置一个光纤扫描成像设备分辨率录入模块，用于录入待校正光纤扫描成像设备的分辨率。

另一种实施方式中，分辨率录入模块可以替换为分辨率选择模块，即在光纤扫描成像设备畸变检测与校正系统中存入多种分辨率供选择，用户通过分辨率选择模块选定即将校正的光纤扫描成像设备的分辨率。

另一种实施方式中，分辨率录入模块可以替换为分辨率检测模块，用于检测待校正光纤扫描成像设备的分辨率，检测方式可以为直接从待校正光纤扫描成像设备中读取。

为了方便直接将校正参数输出甚至直接存储到待校正光纤扫描成像设备中，所述光纤扫描成像设备畸变检测与校正系统还可以设置一个参数输出器，用于输出校正参数表，所述校正参数表中包含有每一个有效扫描像素对应的扫描时长。

本发明实施例提出的光纤扫描成像设备畸变检测与校正系统，通过算法调制，在每台光纤扫描成像设备出厂前，非常方便快捷的为其计算出调整光学畸变的校正参数表，只需要在出厂前将该校正参数表存储于光纤扫描成像设备的控制器中作为查询表参数，供控制器控制光源调制以及控制扫描光纤进行扫描时查询调用即可。

本发明通过调制算法对图像源进行预矫正，补偿光学镜头的畸变，相比于传统光学方式解决光学放大系统畸变，可有效减轻光学系统的负担。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种光纤扫描成像系统，包括光源、扫描光纤、控制器和光学放大组件，其特征在于，所述控制器内存储有每一个有效扫描像素对应的扫描时长,每个有效扫描像素对应的扫描时长非均匀分布；

所述控制器与所述光源和所述扫描光纤的扫描驱动器相连，用于根据所述控制器内存储的每一个有效扫描像素对应的扫描时长，控制所述光源出射光线以及控制所述扫描光纤进行扫描；

所述光学放大组件设置在扫描光纤的出射端。

2.如权利要求1所述的光纤扫描成像系统，其特征在于，所述扫描光纤根据控制器内存储的每一个有效扫描像素对应的扫描时长所扫描出的图像畸变与所述光学放大组件的光学畸变互为相反方向的变形。

3.如权利要求2所述的光纤扫描成像系统，其特征在于，所述扫描光纤根据控制器内存储的每一个有效扫描像素对应的扫描时长所扫描出的图像畸变与所述光学放大组件的光学畸变相互抵消。

4.如权利要求1至3任一项所述的光纤扫描成像系统，其特征在于，所述控制器内存储的每一个有效扫描像素与扫描时长的对应关系是通过标定方式取得，预先存储于控制器内。

5.一种光纤扫描成像设备，其特征在于，包括：

图像输入接口，用于接收图像数据；

如权利要求1至4中任一项所述的光纤扫描成像系统，与所述图像输入接口相连，用于通过光纤扫描的方式输出所述图像数据对应图像。

6.一种光纤扫描成像设备畸变检测与校正系统，其特征在于，包括测试图像输出器、图像采集器和处理器：

所述测试图像输出器，用于向光纤扫描成像设备输出预定测试图像；

所述图像采集器，用于采集光纤扫描成像设备输出的投影图像；

所述处理器，用于将采集到的投影图像与测试图像的标准图像进行对比，得到投影图像畸变数据；并根据投影图像畸变数据，计算反向畸变数据；以及根据所述反向畸变数据计算光纤扫描成像系统每一个有效扫描像素对应的扫描时长。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述测试图像输出器按照由小到大或由大到小的方式输出若干张测试图像。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括光纤扫描成像设备分辨率录入/选择模块，用于录入/选择待校正光纤扫描成像设备的分辨率。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括光纤扫描成像设备分辨率检测模块，用于检测待校正光纤扫描成像设备的分辨率。

10.如权利要求6至9任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括校正参数输出器，用于输出校正参数表，所述校正参数表中包含有每一个有效扫描像素对应的扫描时长。