CN110446019A - 一种光纤扫描投影系统及其调制方法 - Google Patents

一种光纤扫描投影系统及其调制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤扫描投影系统及其调制方法，其调制方法包括：获取待投影图像中每一个像素点的不同色彩通道的灰度值；根据灰度值和预设的灰度值与点亮时长的对应关系，计算每个像素点对应的每个色彩通道的点亮时长，并将该数据更新到显示查找表LUT中；按照更新后的LUT调制待投影图像。通过对不同像素点的不同色差通道的灰度值，调制不同点亮时长，实现光斑均匀化，能有效提升画质。

Description

一种光纤扫描投影系统及其调制方法
技术领域
本发明涉及投影显示领域，尤其涉及一种光纤扫描投影系统及调制方法。
背景技术
光纤扫描投影技术的成像原理是，通过致动器带动扫描光纤进行预定二维扫描轨迹的运动，同时调制光源出光功率，将待显示图像的每个像素点信息逐一投射到成像区域上，从而形成投射画面。
由于扫描成像的特点，具有一定大小的光斑在空间运动，通过激光的点亮时长控制像素的尺寸。光束从光纤出射经过系统成像或准直，在投影幕上形成具有一定尺寸的光斑。而光斑没有明确的物理像素边界，光斑指测量面上具有光能量分布的整个区域，光学定义光斑的尺寸有多种方案，对于类高斯或高斯分布的圆形光斑，最常用的定义为能量为中心最大能量的1/e2的空间位置所构成区域的尺寸(一般为圆形，取半径为直径)。对于光纤扫描成像，以人眼感知为准，1/e2往往并不足够，因为当总能量较强时，1/e2之外的区域仍然能感觉到光强的存在，因此视觉上光斑更大。所以，在此系统中，光斑的大小直接受光能量的影响，对于同一套光源：光能量越大，则感知的光斑越大，像素尺寸也越大；光能量越小同一套光源，则感知的光斑越小，像素尺寸相应越小。现有的扫描成像技术中，每个像素按相同时长调制，造成光斑像素大小不一致，严重影响视觉效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种光纤扫描投影系统及调整方法，解决光斑像素大小不均匀的问题，可有效提升画质。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种光纤扫描投影系统的调制方法，包括：获取待投影图像中每一个像素点的不同色彩通道的灰度值；根据灰度值和预设的灰度值与点亮时长的对应关系，计算每个像素点对应的每个色彩通道的点亮时长，并将该数据更新到显示查找表LUT中；按照更新后的LUT调制待投影图像。
其中，所述灰度值与点亮时长的对应关系为：灰度值与点亮时长成反比关系。
其中，所述灰度值与点亮时长的对应关系中，不同色差通道的同一灰度对应不同点亮时长。
其中，所述灰度值与点亮时长的对应关系中，不同色差通道的同一灰度对应相同点亮时长。
相应的，本发明还提出一种光纤扫描投影系统，包括多色激光光源、光纤扫描器和集成电路，多色激光光源调制的激光经合束后，由光纤扫描器的扫描光纤输出，所述集成电路内存储的计算机程序被执行时实现以下步骤：
获取待投影图像中每一个像素点的不同色彩通道的灰度值；
根据灰度值和预设的灰度值与点亮时长的对应关系，计算每个像素点对应的每个色彩通道的点亮时长，并将该数据更新到显示查找表LUT中；
按照更新后的LUT控制激光光源调制待投影图像。
其中，所述灰度值与点亮时长的对应关系为：灰度值与点亮时长成反比关系。
其中，所述灰度值与点亮时长的对应关系中，不同色差通道的同一灰度对应不同点亮时长。
其中，所述灰度值与点亮时长的对应关系中，不同色差通道的同一灰度对应相同点亮时长。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明方案通过对不同像素点的不同色差通道的灰度值，调制不同点亮时长，实现光斑均匀化，能有效提升画质。
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是现有技术中光纤扫描投影系统的一种结构示意图；
图2为本发明施例光纤扫描投影系统的调制方法的流程示意图；
图3为扫描光纤作栅格式扫描时投射像面上光斑的运动轨迹图。
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为常见光纤扫描投影系统的一种结构示意图，该投影系统可用于各种应用，例如，手机、电脑、数码相机/摄像机、工程投影机、家用投影机、激光电视、支持GPS的设备和汽车等。图1光纤扫描投影系统包括：处理器、光源及其调制电路、合束模块、光纤扫描器、扫描驱动电路，标号1表示光纤扫描器，2为光纤，3是投影银幕。处理器通过向扫描驱动电路发送电控制信号来控制光纤扫描器振动扫描，同时，处理器通过向光源调制模块发送电控制信号来控制光源合束模块的出光功率。光源调制模块根据接收到的电控制信号输出光源调制信号，以调制光源合束模块中的一个或多个颜色的光源单元(可以是激光器/发光二极管等，图中所示为红绿蓝三色激光器)，光源合束模块中每种颜色的光源单元产生的光经合束后逐一产生每个像素点的色彩和灰度信息，光源合束模块出射的合束光束通过光纤导入光纤扫描器。同步地，扫描驱动电路根据接收到的电控制信号输出扫描驱动信号，以控制光纤扫描器中的扫描光纤以预定的二维扫描轨迹(螺旋扫描、栅格式扫描、李萨如扫描等)进行运动，图1以栅格式扫描为例，但本发明实施例的的投影系统不限于任何扫描形式。
本发明第一实施例提出了一种光纤扫描投影系统的调制方法，如图2所示，包括：
S101:获取待投影图像中每一个像素点的不同色彩通道的灰度值；以每个像素点由RGB三色组成为例，比如获取到的像素点X的三个通道的灰度值分别为：R100，G50，B20；像素点Y的三个通道的灰度值分别为：R10，G5，B2。
S102:根据灰度值和预设的灰度值与点亮时长的对应关系，计算每个像素点对应的每个色彩通道的点亮时长，并将该数据更新到显示查找表LUT中，显示查找表LUT中包含每个像素点对应的每个色彩通道的灰度值和点亮时长。
灰度值与点亮时长的对应关系可以是预先设置的表格或公式；灰度值与点亮时长大致成反比关系。所述灰度值与点亮时长的对应关系中，不同色差通道的同一灰度值可以设计为对应不同点亮时长，也可以设计为对应相同点亮时长。
S103:按照更新后的LUT控制激光光源调制待投影图像。下面以栅格式扫描为例进行说明。如图2所示为扫描光纤作栅格式扫描时投射像面上光斑的运动轨迹图，图中的加粗实线表示光斑运动轨迹，网格表示待投射图像的每个像素点。栅格扫描方式中，需要扫描光纤按照栅格式路径遍历每一个像素点，同时各个光源根据更新后的LUT调制出每个像素点的点亮时长。
本发明另一实施例提出一种光纤扫描投影系统，包括多色激光光源、光纤扫描器和集成电路，多色激光光源调制的激光经合束后，由光纤扫描器的扫描光纤输出，所述集成电路内预先存储有灰度值与点亮时长的对应关系(表或公式),所述集成电路内存储的计算机程序被执行时实现以下步骤：
S101:获取待投影图像中每一个像素点的不同色彩通道的灰度值；以每个像素点由RGB三色组成为例，比如获取到的像素点X的三个通道的灰度值分别为：R100，G50，B20；像素点Y的三个通道的灰度值分别为：R10，G5，B2。
S102:根据灰度值和预设的灰度值与点亮时长的对应关系，计算每个像素点对应的每个色彩通道的点亮时长，并将该数据更新到显示查找表LUT中；此关系可以是预先设置的表格或公式；灰度值与点亮时长大致成反比关系。所述灰度值与点亮时长的对应关系中，不同色差通道的同一灰度值可以设计为对应不同点亮时长，也可以设计为对应相同点亮时长。
S103:按照更新后的LUT控制激光光源调制待投影图像。
在上述实施例中，灰度值与点亮时长的对应关系是预先设定好后存储在集成电路的控制器或存储介质中，具体设定方案结合光斑尺寸、光纤扫描运动轨迹的数学模型考虑，具体为：根据光纤扫描运动轨迹的数学模型，可以计算出，在该时刻的亮度下、该光斑尺寸大小下，为使相邻像素重叠尽可能少以满足像质需求的激光调制方式，具体对应为像素的点亮和关闭时刻，二者共同决定了像素点亮的时长。
而光斑的确定，采用如下方式：
扫描显示每个像素的点亮时长极短，人眼感知的亮度与光线在人眼的积分时间相关，在光纤扫描投影系统中，同等光功率输出下，可近似为亮度与像素的点亮时长成正比。光斑尺寸的判据，通常以某个指标做界定，如整个接收面上光强分布的最大值的1/e2的位置所围成的区域，或是包含总光强固定百分比(如86％)的能量所围成的亮度对称的圆形区域(中心亮度最大)，或是根据人眼的视觉特性设定的某一固定的阈值亮度，大于该亮度的区域即为光斑区域。基于光束的出射特性，输出功率变化时，其光强分布特性不变(如高斯分布、贝塞尔分布等)，因此，随着亮度的变化，光斑尺寸变化。通过光强分布函数，计算某一亮度下，按照以上光斑尺寸判定的依据，可以确定光斑的具体尺寸。对于光斑的尺寸，在光学设计的时候会考虑色差，在投影面上三色的光斑尺寸相近或相等，而三色的光斑互不影响，人眼感知的尺寸为三色光斑中最大尺寸
上述实施例中，通过调整每个像素每个色彩通道的点亮时长，可确保像素尺寸的时间均匀性。同时，由于像素点亮时长的变化，将导致人眼感知的亮度变化(点亮时长增加，则感知亮度较高；点亮时长减小，则感知亮度降低)，为了补偿由于以上调制方式导致的亮度变化，则需要在输出信号时做补偿，最终达到平衡，使得既保证像素尺寸均匀，又能维持目标的显示亮度。
本发明方案通过对不同像素点的不同色差通道的灰度值，调制不同点亮时长，实现光斑均匀化，能有效提升画质。
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 (8)

1.一种光纤扫描投影系统的调制方法，其特征在于，包括：
获取待投影图像中每一个像素点的不同色彩通道的灰度值；
根据灰度值和预设的灰度值与点亮时长的对应关系，计算每个像素点对应的每个色彩通道的点亮时长，并将该数据更新到显示查找表LUT中；
按照更新后的LUT调制待投影图像。
2.如权利要求1所述的调制方法，其特征在于，所述灰度值与点亮时长的对应关系为：灰度值与点亮时长成反比关系。
3.如权利要求2所述的调制方法，其特征在于，所述灰度值与点亮时长的对应关系中，不同色差通道的同一灰度对应不同点亮时长。
4.如权利要求2所述的调制方法，其特征在于，所述灰度值与点亮时长的对应关系中，不同色差通道的同一灰度对应相同点亮时长。
5.一种光纤扫描投影系统，包括多色激光光源、光纤扫描器和集成电路，多色激光光源调制的激光经合束后，由光纤扫描器的扫描光纤输出，其特征在于，所述集成电路内存储的计算机程序被执行时实现以下步骤：
获取待投影图像中每一个像素点的不同色彩通道的灰度值；
根据灰度值和预设的灰度值与点亮时长的对应关系，计算每个像素点对应的每个色彩通道的点亮时长，并将该数据更新到显示查找表LUT中；
按照更新后的LUT控制激光光源调制待投影图像。
6.如权利要求5所述的投影系统，其特征在于，所述灰度值与点亮时长的对应关系为：灰度值与点亮时长成反比关系。
7.如权利要求5所述的调制方法，其特征在于，所述灰度值与点亮时长的对应关系中，不同色差通道的同一灰度对应不同点亮时长。
8.如权利要求5所述的调制方法，其特征在于，所述灰度值与点亮时长的对应关系中，不同色差通道的同一灰度对应相同点亮时长。
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