CN111381416B - 一种显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种显示系统，该显示系统包括：激光光源，用于发出激光；扫描器，位于激光光源的出射光路上，用于将激光在预定位置扫描产生图像；处理与控制系统，根据输入的图像信号，输出光源时序调制信号至光源调制系统；光源调制系统，用于根据光源时序调制信号，调节激光光源，使得对于至少部分图像，激光光源在一帧图像的部分时段以超出额定功率的状态出射激光。通过上述方式，解决了在已确定激光光源前提下，显示峰值亮度无法提高的问题，同时实现了更高动态范围的图像显示；另外，通过这种方式，节省了为达到欲显示图像的最大亮度而更换高功率激光光源或增加激光光源数量而产生的器件成本。

Description

一种显示系统
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种显示系统。
背景技术
激光光源由于单色性能好、方向性强等特点在显示领域得到广泛应用。但激光光源长时间高功率工作会使得腔面温升过大，引发“热失控”而产生腔面融化，这种因腔面附近光功率密度过大导致激光光源产生不可逆破坏的现象称为COD(Catastrophic opticaldamage，灾变性光学损伤)。
因此，为避免激光光源因长时间高功率工作而产生COD，通常做法是将激光光源控制在不大于额定输出功率的状态下工作。这意味着在确定激光光源的条件下，图像显示最大亮度为激光光源额定工作的输出亮度，即图像峰值亮度无法提高，而通过更换高功率激光光源或增加激光光源数量的方式又会导致器件成本增加。
发明内容
本发明提供一种显示系统，能够解决现有光束扫描形式的投影系统，在确定激光光源前提下，显示峰值亮度无法提高的问题。
本发明采用的一个技术方案是：提供一种显示系统，包括：激光光源，用于发出激光；扫描器，位于所述激光光源的出射光路上，用于将所述激光在预定位置扫描产生图像；处理与控制系统，根据输入的图像信号，输出光源时序调制信号in(t)至光源调制系统；所述光源调制系统，用于根据所述光源时序调制信号in(t)，调节所述激光光源，使得对于至少部分图像，所述激光光源在一帧图像的部分时段以超出额定功率的状态出射激光。
在一种实施方式中，所述处理与控制系统获取光源时序调制信号in(t)的步骤如下：
步骤1：判断所述激光光源是否需要过载输出，若所述激光光源不需要过载输出，则根据一颜色子帧图像的亮度幅值信号Lin(t)，结合已知的激光光源亮度与激光光源电流之间的关系i＝f(L)，得到光源时序调制信号in(t)，反之，则进入步骤2；
步骤2：判断所述激光光源是否可以通过安全过载恢复图像亮度，若所述激光光源可通过安全过载恢复图像亮度，则根据一颜色子帧图像的亮度幅值信号Lin(t)，结合已知的激光光源亮度与激光光源电流之间的关系i＝f(L)，得到光源时序调制信号in(t)；否则，根据一颜色子帧图像的调整亮度幅值信号Lun(t)，结合已知的激光光源亮度与激光光源电流之间的关系i＝f(L)，得到光源时序调制信号in(t)。
在一种实施方式中，所述判断所述激光光源是否可以通过安全过载恢复图像亮度的步骤，包括：
a.计算一颜色子帧图像时间T的像素占比R：
Figure BDA0001932194510000021
b.计算过载因子f(R,P,Tk)，当R小于等于1时，过载因子f(R,P,Tk)由像素占比R、激光光源COD损伤阈值P、激光光源寿命Tk共同确定，当R大于1时，过载因子f(R,P,Tk)等于1；
c.计算过载亮度Lon，过载亮度Lon为过载因子f(R,P,Tk)与激光光源的额定输出亮度Lcn的乘积；
d.若Lon大于等于Lnmax，则所述激光光源可通过安全过载恢复图像亮度，否则所述激光光源无法通过安全过载恢复图像亮度；其中，Lnmax为一颜色子帧内图像亮度极值，即亮度幅值信号Lin(t)在一颜色子帧图像内的最大值。
在一种实施方式中，所述判断是否需要所述激光光源过载输出的步骤，还包括：若所述亮度幅值信号Lin(t)在一颜色子帧图像内，存在大于Lcn的值，则激光光源需要过载工作，反之，激光光源无需过载工作；其中，Lcn为激光光源的额定输出亮度。
在一种实施方式中，所述一颜色子帧图像的亮度幅值信号Lin(t)的获取步骤还包括：根据输入的所述图像信号，获取一颜色图像信号，其中该颜色图像信号包括若干颜色子帧图像，将该颜色子帧图像沿光斑扫描方向分割成多个子图像区域，根据每一个子图像区域的最大像素灰度，得到沿扫描方向各所述子图像区域的灰度幅值信号Gin(t)，根据灰度与亮度关系曲线γ0，得到该颜色子帧图像的亮度幅值信号Lin(t)。
在一种实施方式中，所述灰度与亮度关系曲线γ0满足以下关系：灰度与亮度呈单调递增的关系，即灰度越大，亮度越大。
在一种实施方式中，所述调整亮度幅值信号Lun(t)由灰度幅值信号Gin(t)结合重定义的灰度与亮度关系曲线γn(n＝1,2,3)得到。
在一种实施方式中，所述重定义的灰度与亮度关系曲线γ1满足以下关系：当灰度小于等于Gcn，灰度与亮度的关系仍然满足曲线γ0；当灰度大于Gcn，同时灰度小于等于Gmaxn时，亮度等于Lcn；其中，Gcn为所述激光光源输出的额定图像灰度，Gmaxn为所述激光光源输出的最大图像灰度。
在一种实施方式中，所述重定义的灰度与亮度关系曲线γ2满足以下关系：当灰度小于等于Gsn，灰度与亮度的关系仍然满足曲线γ0；当灰度大于等于Gsn且灰度小于等于Gmaxn时，灰度与亮度呈线性递增关系，直至灰度与Gmaxn相等时，亮度与Lcn相等；其中，Gsn为预设灰度值，Gsn大于零且Gsn小于等于Gcn；Gcn为所述激光光源输出的额定图像灰度，Gmaxn为所述激光光源输出的最大图像灰度。
在一种实施方式中，所述重定义的灰度与亮度关系曲线γ3满足以下关系：当灰度小于等于Gsn，灰度与亮度的关系仍然满足曲线γ0；当灰度大于等于Gsn且灰度小于等于Gmaxn时，灰度与亮度呈递增关系，增长速度先快后慢，即灰度与亮度关系曲线斜率越来越小，直至灰度与Gmaxn相等时，亮度与Lcn相等；其中，Gsn为预设灰度值，Gsn大于零且Gsn小于等于Gcn；Gcn为所述激光光源输出的额定图像灰度，Gmaxn为所述激光光源输出的最大图像灰度。
在一种实施方式中，还包括：空间光调制器，位于所述扫描器的出射光路上，用于根据所述处理与控制系统的图像调制信号，对所述扫描器投射至其上的光斑进行调制，输出图像光。
在一种实施方式中，所述处理与控制系统，根据输入的图像信号，预测所述扫描器在所述空间光调制器表面扫描产生的图像，并输出所述图像调制信号至所述空间光调制器。
在一种实施方式中，所述空间光调制器为透射式液晶光阀或反射式液晶光阀。
在一种实施方式中，还包括：平场聚焦透镜，位于所述扫描器的出射光路上，用于将所述扫描器输出的偏转光束线性扫描至预定位置。
在一种实施方式中，还包括：光学整形器件，位于所述光源系统与所述扫描器之间的光路上，用于将所述光源系统发出的光束引导至所述扫描器。
本发明的有益效果是，区别于现有技术的情况，本发明提供一种显示系统，包括激光光源、扫描器、处理与控制系统、光源调制系统。本发明在激光光源的额定输出亮度不满足欲显示图像的最大亮度的情况下，通过结合像素占比R、激光器COD损伤阈值、激光光源寿命，保证在不发生COD且激光光源寿命不受影响的条件下，使激光光源在短时间内于高于额定功率运行，以恢复图像原有亮度，解决了在已确定激光光源前提下，显示峰值亮度无法提高的问题，同时实现了更高动态范围的图像显示；另外，通过这种方式，节省了为达到欲显示图像的最大亮度而更换高功率激光光源或增加激光光源数量而产生的器件成本。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种显示系统的结构示意图。
图2是本发明实施例1中灰度与亮度关系曲线γ0的示例。
图3是本发明实施例1中重定义的灰度与亮度关系曲线γ1的示例。
图4是本发明实施例1的一变形实施例中的重定义的灰度与亮度关系曲线γ2的示例。
图5是本发明实施例1的另一变形实施例中的重定义的灰度与亮度关系曲线γ3的示例。
图6是本发明实施例2提供的一种显示系统的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，图1是本发明实施例1提供的一种显示系统的结构示意图。如图1所示，本发明显示系统10包括激光光源11、扫描器12、处理与控制系统13、光源调制系统14。激光光源11发出激光，扫描器12利用激光光源11发出的激光在预定位置扫描产生图像(图中未示出)。处理与控制系统13根据输入的图像信号，输出光源时序调制信号in(t)至光源调制系统14。光源调制系统14，根据光源时序调制信号in(t)调节所述激光光源11，使得在激光光源11的额定输出亮度无法满足欲显示图像的部分像素亮度的情况下，对于至少部分图像，激光光源11在一帧图像的部分时段以超出额定功率的状态出射激光，并且确保当激光光源11超出额定功率工作时，不会发生COD现象。
具体地，激光光源11发出激光，扫描器12利用激光光源11发出的激光在预定位置扫描产生图像。在本实施例中，预定位置为显示屏幕所在位置。优选地，扫描器12在显示屏幕表面扫描的激光光斑形状及尺寸与图像的一个像素的形状及尺寸相同或相近。
扫描器12可以是一个二维扫描镜、两个一维扫描镜级联的二维扫描镜、旋转多面镜、旋转扫描镜、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)振镜、电光晶体、声光晶体、光相控阵、液晶光偏转器件、利用共振的光纤扫描器件等。
处理与控制系统13根据输入的图像信号，将图像拆分为若干颜色的图像信号，获取一颜色图像信号，其中该颜色图像信号包括若干颜色子帧图像，将该颜色子帧图像沿光斑扫描方向分割成多个子图像区域，根据每一个子图像区域的最大像素灰度，得到沿扫描方向各所述子图像区域的灰度幅值信号Gin(t)，再根据灰度与亮度关系曲线γ0，得到该颜色子帧图像的亮度幅值信号Lin(t)。灰度与亮度关系曲线γ0示例见图2。灰度与亮度关系曲线γ0满足以下关系：灰度与亮度呈单调递增的关系，即灰度越大，亮度越大。优选地，亮度为灰度的γ0次幂，其中，γ0＝2.2。
举例而言，处理与控制系统13根据输入的图像信号，将图像拆分为红、绿、蓝三色图像信号。以下以红色图像信号为例进行说明描述，绿色、蓝色图像信号可以参照红色图像信号的处理过程。
以红色图像信号为例，红色图像信号包括若干红色子帧图像信号，其中，每一红色子帧图像对应每一帧图像中的红色图像部分。将红色子帧图像沿光斑扫描方向分割成多个子图像区域，优选地，本实施例中，子图像区域的形状及尺寸与图像的一个像素相同。根据红色子帧图像中每一个子图像区域的最大像素灰度，得到沿扫描方向各所述子图像区域的灰度幅值信号Gir(t)，红色子帧图像的灰度幅值信号Gir(t)同时也可描述为扫描器12所处扫描时刻与该时刻扫描器12所指显示屏幕处应恢复的红色子帧图像灰度之间的关系。具体地，假设在0.001ms时，红色子帧的图像灰度幅值信号Gir(t)对应的图像灰度为56，意味着扫描器12在0.001ms时刻，在显示屏幕处应恢复的红色图像灰度为56。获得红色子帧的图像灰度幅值信号Gir(t)后，根据灰度与亮度关系曲线γ0，得到红色子帧图像亮度幅值信号Lir(t)。灰度与亮度关系曲线γ0也可称为人眼亮度响应曲线，即人眼感受到的灰度与实际亮度之间的关系。灰度与亮度关系曲线γ0满足以下关系：灰度与亮度呈单调递增的关系，即灰度越大，亮度越大。一般公认的，亮度为灰度的γ0次幂，其中，γ0＝2.2。这意味着人眼对亮度的响应是非线性的，在较暗环境下，人眼对亮度的改变更为敏感；而在较亮的环境下，人眼对亮度的改变相对迟钝。
处理与控制系统13得到一颜色子帧图像的亮度幅值信号Lin(t)后，获取光源时序调制信号in(t)的步骤如下：
步骤1：判断激光光源11是否需要过载输出，若所述亮度幅值信号Lin(t)在一颜色子帧图像内，存在大于Lcn的值，则激光光源11需要过载工作，反之，激光光11源无需过载工作；其中，Lcn为激光光源11的额定输出亮度。
若激光光源11不需要过载输出，则根据一颜色子帧图像亮度幅值信号Lin(t)，结合已知的激光光源亮度与所述激光光源电流之间的关系i＝f(L)，得到光源时序调制信号in(t)，反之，则进入步骤2；
举例而言，得到红色子帧图像亮度幅值信号Lir(t)后，判断在一红色子帧图像内，亮度幅值信号Lir(t)是否存在大于红色激光光源的额定输出亮度Lcr的值，如果不存在，表明图像亮度幅值信号Lir(t)在红色子帧内始终不大于红色激光光源的额定输出亮度Lcr，此时激光光源11无需过载输出，因此根据红色子帧图像亮度幅值信号Lir(t)，结合已知的激光光源亮度与所述激光光源电流之间的关系i＝f(L)，得到红色激光的光源时序调制信号ir(t)。对于确定的激光光源11，激光光源亮度与激光光源电流之间的关系i＝f(L)也是确定的，优选地，通过查询产品说明书等方式获得。在无法通过查询获得的情况下，亦可选择通过测量的方式拟合激光光源亮度与所述激光光源电流之间的关系曲线i＝f(L)。该关系曲线可存储于显示系统的存储器中，待需要时调用查询。上述获取激光光源亮度与所述激光光源电流之间的关系i＝f(L)的方式可应用于本发明中所有实施例中。
若在一红色子帧图像内亮度幅值信号Lir(t)存在大于红色激光光源的额定输出亮度Lcr的值，则进入步骤2；
步骤2：判断激光光源11是否可以通过安全过载恢复图像亮度，子步骤如下：
a.计算一颜色子帧图像时间T的像素占比R：
Figure BDA0001932194510000081
b.计算过载因子f(R,P,Tk)，当R小于等于1时，过载因子f(R,P,Tk)由像素占比R、激光光源COD损伤阈值P、激光光源寿命Tk共同确定，当R大于1时，过载因子f(R,P,Tk)等于1；
c.计算过载亮度Lon，过载亮度Lon为过载因子f(R,P,Tk)与激光光源的额定输出亮度Lcn的乘积；
d.若Lon大于等于Lnmax，则所述激光光源可通过安全过载恢复图像亮度，否则所述激光光源无法通过安全过载恢复图像亮度；其中，Lnmax为一颜色子帧内图像亮度极值，即亮度幅值信号Lin(t)在一颜色子帧图像内的最大值。
若所述激光光源可通过安全过载恢复图像亮度，则根据一颜色子帧图像的亮度幅值信号Lin(t)，结合已知的激光光源亮度与激光光源电流之间的关系i＝f(L)，得到光源时序调制信号in(t)；否则，根据一颜色子帧图像的调整亮度幅值信号Lun(t)，结合已知的激光光源亮度与激光光源电流之间的关系i＝f(L)，得到光源时序调制信号in(t)。
调整亮度幅值信号Lun(t)由图像灰度幅值信号Gin(t)结合重定义的灰度与亮度关系曲线γ1得到。重定义的灰度与亮度关系曲线γ1示例见图3。重定义的灰度与亮度关系曲线γ1满足以下关系：当灰度小于等于Gcn，灰度与亮度的关系仍然满足曲线γ0；当灰度大于Gcn，同时灰度小于等于Gmaxn时，亮度等于Lcn；其中，Gcn为所述激光光源输出的额定图像灰度，可由红色激光光源额定输出亮度Lcn根据灰度与亮度关系曲线γ0映射得到；Gmaxn为所述激光光源输出的最大图像灰度，可由红色激光光源最大输出亮度Lmaxn根据灰度与亮度关系曲线γ0映射得到。
举例而言，在确定激光光源在11非过载工作情况下无法恢复图像亮度后，需通过进一步计算和判断来决定激光光源11是否可通过安全过载工作恢复图像亮度。
同样以红色激光光源为例，首先计算红色子帧图像时间T的像素占比R：
Figure BDA0001932194510000101
当R大于1，意味着红色激光光源无法在不影响激光光源寿命和不发生COD的情况下安全过载，这时过载因子f(R,P,Tk)取值1。
当R小于等于1时，意味着红色激光光源可能可以通过安全过载的方式恢复图像亮度，这时过载因子由像素占比R、激光光源COD损伤阈值P、激光光源寿命Tk共同确定，此时过载因子f(R,P,Tk)表示：在不影响激光光源寿命和不发生COD的情况下红色激光光源可以过载的程度。
获得过载因子f(R,P,Tk)后，计算过载因子f(R,P,Tk)与红色激光光源的额定输出亮度Lcr的乘积，可得到红色激光光源安全过载时的过载亮度Lor。
若Lor大于等于Lrmax，意味着红色激光光源的可安全过载的输出亮度Lor不小于红色子帧内图像亮度极大值Lrmax，即激光光源11可以通过安全过载恢复图像亮度，这时只需根据红色子帧图像亮度幅值信号Lir(t)，结合已知的激光光源亮度与激光光源电流之间的关系i＝f(L)，得到红色激光的光源时序调制信号ir(t)。
若Lor小于Lrmax，意味着红色激光光源可安全过载的输出亮度Lor小于红色子帧内图像亮度极大值Lrmax，即激光光源11若采用安全过载的方式工作，其输出亮度仍然无法使得图像中所有像素恢复原有的亮度，这时需要红色子帧图像的灰度幅值信号Gir(t)结合重定义的灰度与亮度关系曲线γ1得到红色子帧图像的调整亮度幅值信号Lur(t)。接着根据调整亮度幅值信号Lur(t)，结合已知的激光光源亮度与所述激光光源电流之间的关系i＝f(L)，得到红色激光的光源时序调制信号ir(t)。
通过这种方法得到的调整亮度幅值信号Lun(t)无法完全恢复原有图像亮度。为使激光光源寿命不受影响或不发生COD，使得对于超出红色激光光源额定输出亮度的部分，红色激光光源均以激光光源11额额定亮度Lcn输出。根据调整亮度幅值信号Lun(t)，结合已知的激光光源亮度与所述激光光源电流之间的关系i＝f(L)，得到光源时序调制信号in(t)。其它颜色子帧的光源时序调制信号in(t)的获取方式类似，此处不再赘述。举例中，将图像拆分为红、绿、蓝三色图像信号仅为说明方便，本发明不限定图像信号的拆分方式。
获取光源时序调制信号in(t)后，处理与控制系统13输出光源时序调制信号in(t)至光源调制系统14；光源调制系统14根据光源时序调制信号in(t)，调节所述激光光源11。
在本实施例中，还可包括光学整形器件15和平场聚焦透镜16。光学整形器件15，设置于激光光源11与扫描器12之间的光路上，用于对激光光源11发出的光束进行整形，得到均匀且发散角较小的光束，并将光束引导至扫描器12。光学整形器件15可以为方棒或复眼透镜等光学器件。平场聚焦透镜16，设置于扫描器12与显示屏幕(图中未示出)之间的光路上，用于将扫描器12输出的偏转光束线性扫描至显示屏幕。通过这种方式，实现了扫描器12可在显示屏幕表面进行匀速的线性扫描。光学整形器件15和平场聚焦透镜16并非必要器件，亦可省略。
实施例1中在激光光源不可通过安全过载工作恢复图像亮度的情况下，超出激光光源额定输出亮度的部分，激光光源均以额定亮度输出，即对于图像像素亮度高于激光光源额定输出亮度的部分，调整过后没有区分度，均以统一亮度输出，对于须表现亮度渐变过程的图像来说，该部分渐变过程无法体现。本发明的实施例1的第一变形实施例中，调整亮度幅值信号Lun(t)由图像灰度幅值信号Gin(t)结合重定义的灰度与亮度关系曲线γ2得到。重定义的灰度与亮度关系曲线γ2示例见图4。重定义的灰度与亮度关系曲线γ2满足以下关系：当灰度小于等于Gsn，灰度与亮度的关系仍然满足曲线γ0；当灰度大于等于Gsn且灰度小于等于Gmaxn时，灰度与亮度呈线性递增关系，直至灰度与Gmaxn相等时，亮度与Lcn相等；其中，Gsn为预设灰度值，Gsn大于零且Gsn小于等于Gcn；Gcn为所述激光光源输出的额定图像灰度，可由红色激光光源额定输出亮度Lcn根据灰度与亮度关系曲线γ0映射得到；Gmaxn为所述激光光源输出的最大图像灰度，可由红色激光光源最大输出亮度Lmaxn根据灰度与亮度关系曲线γ0映射得到。
通过这种方法得到的调整亮度幅值信号Lun(t)仍无法完全恢复原有图像亮度，为使激光光源寿命不受影响或不发生COD，令处于Gsn和Gmaxn之间的灰度值呈线性递增的关系，直至灰度与Gmaxn相等时，亮度与Lcn相等；通过这种方式，在灰度大于等于Gsn且灰度小于等于Gmaxn的区间，图像亮度值均失真输出，失真区域与实施例1中的调整方式相比有所增加，但是可使得图像在该区域内，对于不同灰度可输出不同的亮度值，使得不同灰度的像素间亮度具有区分度。
本发明的另一变形实施例中，调整亮度幅值信号Lun(t)由图像灰度幅值信号Gin(t)结合重定义的灰度与亮度关系曲线γ3得到。重定义的灰度与亮度关系曲线γ3示例见图5。重定义的灰度与亮度关系曲线γ3满足以下关系：当灰度小于等于Gsn，灰度与亮度的关系仍然满足曲线γ0；当灰度大于等于Gsn且灰度小于等于Gmaxn时，灰度与亮度呈递增关系，增长速度先快后慢，即灰度与亮度关系曲线斜率越来越小，直至灰度与Gmaxn相等时，亮度与Lcn相等；其中，Gsn为预设灰度值，Gsn大于零且Gsn小于等于Gcn；Gcn为所述激光光源输出的额定图像灰度，可由红色激光光源额定输出亮度Lcn根据灰度与亮度关系曲线γ0映射得到；Gmaxn为所述激光光源输出的最大图像灰度，可由红色激光光源最大输出亮度Lmaxn根据灰度与亮度关系曲线γ0映射得到。
通过这种方式，在Gin(t)大于等于Gsn且Gin(t)小于等于Gmaxn的区间，图像亮度值均失真输出，失真区域与实施例1中的调整方式相比有所增加，但在失真区域内，失真程度相对于实施例1的第一变形实施例减小，且同样可以实现对于同一亮度值，有且只有唯一的灰度值与之相对应，使得不同灰度的像素间亮度具有区分度。
实施例1中，扫描器12直接在显示屏幕表面扫描形成图像，若要实现精确扫描，要求扫描的激光光斑形状及尺寸与图像的一个像素的形状及尺寸相同或相近，即对光斑的尺寸及形状要求较为严苛。本发明实施例2在实施例1的基础上，增加空间光调制器27，空间光调制器27位于所述扫描器12的出射光路上，用于对所述扫描器投射至其上的光斑进行调制，输出图像光。增加空间光调制器27，可以降低对光斑尺寸的要求，并可实现图像精确显示。
请参阅图6，图6是本发明实施例2提供的一种显示系统的结构示意图。如图6所示，本发明显示系统20包括：激光光源21、扫描器22、空间光调制器27、处理与控制系统23、光源调制系统24。激光光源21发出激光，激光被扫描器22通过光斑的形式在空间光调制器27的表面扫描，而后，经空间光调制器27调制而产生的图像光经投射出去形成显示图像(图中未示出)。处理与控制系统23，根据输入的图像信号，输出光源时序调制信号in(t)至光源调制系统24，并输出图像调制信号至空间光调制器27。空间光调制器27根据图像调制信号对扫描至其表面上的光斑进行调制，光源调制系统24根据光源时序调制信号in(t)，调节光源系统21的输出亮度。
具体地，激光光源21发出激光光束，激光光束被扫描器22通过光斑的形式在空间光调制器27的表面扫描，而后，经空间光调制器27调制而产生的图像光经投射出去形成显示图像。其中，光斑对应所述空间光调制器27的多个像素。
优选地，可通过时序的方式调节激光光源21。举例而言，激光光源21为时序调节的红、绿、蓝三色激光光源。具体地，当红色激光光源开启时，绿色激光光源和蓝色激光光源关闭；绿色激光光源开启时，红色激光光源和蓝色激光光源关闭；蓝色激光光源开启时，红色激光光源和绿色激光光源关闭。
优选地，空间光调制器27为透射式液晶光阀或反射式液晶光阀。该类空间光调制器为“模拟型器件”，通过改变液晶取向并结合检偏器，实现对光束透过率的调节，一旦液晶取向调节完成，能够稳定的控制光透过率。
处理与控制系统23，根据输入的图像信号，输出光源时序调制信号in(t)至光源调制系统24，光源调制系统24根据光源时序调制信号in(t)，调节光源系统21的输出亮度。获取光源时序调制信号in(t)的方式可参照实施例1，此处不再赘述。
处理与控制系统23，根据输入的图像信号，预测所述扫描器22在所述空间光调制器27表面扫描产生的图像，并与输入的图像信号对比，输出图像调制信号至所述空间光调制器27。图像调制信号中包含空间光调制器动作信息，即如何改变液晶取向以将表面光斑进一步调制得到精确图像的信息。空间光调制器27根据处理与控制系统23输出的图像调制信号改变液晶取向，实现对光斑的进一步调制。
在本实施例中，还可包括光学整形器件25和平场聚焦透镜26，光学整形器件组25和平场聚焦透镜组26可参照实施例1进行，与实施例1相同，光学整形器件25、平场聚焦透镜26并非必要器件。
实施例2中，激光光源21通过时序的方式控制每种颜色激光光源的开启与关闭，每种颜色激光光源的开启时间对应一颜色子帧的时间，各颜色子帧时间之和为一帧图像时间。因此，相应地，扫描器22需要在一颜色子帧时间内遍历空间光调制器27且光源调制系统24需要在一颜色子帧的时间内完成电流调制以使激光光源21输出所需亮度。这对于扫描器22的扫描速度和光源调制系统24的电流调制速度都是很大的考验。实施例2的一个变形实施例中，采用双激光光源、双扫描器及双空间光调制器。具体地，双激光光源其中一个激光光源采取时序控制方式，另一激光光源在一帧时间内几乎处于常开启状态。举例而言，将一帧图像时间分为前半帧图像时间和后半帧图像时间。在前半帧图像时间内，红色激光光源开启，绿色激光光源开启，蓝色激光光源关闭；在后半帧图像时间内，红色激光光源关闭，绿色激光光源开启，蓝色激光光源开启。不管在前半帧图像时间还是后半帧图像时间，都有两种颜色激光光源同时开启，开启的两种颜色激光光源发出激光光束，激光光束分别被两个扫描器通过光斑的形式在对应的空间光调制器的表面扫描，而后，对两个空间光调制器调制而产生的图像光进行合光，最终投射出去形成显示图像。
本实施例中其他各器件工作方式及调制方法可参照上述各实施例，此处不再赘述。
与实施例2相比，本实施例采用双激光光源、双扫描器及双空间光调制器的方式，其中一个扫描器只需在半帧图像时间内遍历其对应的空间光调制器，另外一个扫描器只需在一帧图像时间内遍历其对应的空间光调制器，同时对光源调制系统的电流调制速度的要求也大大降低。
实施例2的另一实施例中，三种颜色激光光源同时开启，并配合采用三个扫描器及三个空间光调制器。在一帧图像时间内，三种颜色激光光源同时发出激光光束，三种颜色激光光束分别被三个扫描器通过光斑的形式在对应的空间光调制器的表面扫描，而后，对三个空间光调制器调制而产生的图像光进行合光，最终投射出去形成显示图像。通过这种方式，可进一步降低对扫描器的扫描速度和光源调制系统的电流调制速度的要求。本实施例中其他各器件工作方式及调制方法可参照上述各实施例，此处不再赘述。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种显示系统，其特征在于，包括：
激光光源，用于发出激光；
扫描器，位于所述激光光源的出射光路上，用于将所述激光在预定位置扫描产生图像；
处理与控制系统，根据输入的图像信号，输出光源时序调制信号in(t)至光源调制系统；
所述光源调制系统，用于根据所述光源时序调制信号in(t)，调节所述激光光源，使得对于至少部分图像，所述激光光源在一帧图像的部分时段以超出额定功率的状态出射激光；
所述处理与控制系统获取所述光源时序调制信号in(t)的步骤如下：
步骤1：判断所述激光光源是否需要过载输出，若所述激光光源不需要过载输出，则根据一颜色子帧图像的亮度幅值信号Lin(t)，结合已知的激光光源亮度与激光光源电流之间的关系i＝f(L)，得到光源时序调制信号in(t)，反之，则进入步骤2；
步骤2：判断所述激光光源是否可以通过安全过载恢复图像亮度，若所述激光光源可通过安全过载恢复图像亮度，则根据一颜色子帧图像的亮度幅值信号Lin(t)，结合已知的激光光源亮度与激光光源电流之间的关系i＝f(L)，得到光源时序调制信号in(t)；否则，根据一颜色子帧图像的调整亮度幅值信号Lun(t)，结合已知的激光光源亮度与激光光源电流之间的关系i＝f(L)，得到光源时序调制信号in(t)。
2.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述判断所述激光光源是否可以通过安全过载恢复图像亮度的步骤，包括：
a.计算一颜色子帧图像时间T的像素占比R：
Figure FDA0003167284290000021
b.计算过载因子f(R,P,Tk)，当R小于等于1时，过载因子f(R,P,Tk)由像素占比R、激光光源COD损伤阈值P、激光光源寿命Tk共同确定，当R大于1时，过载因子f(R,P,Tk)等于1；
c.计算过载亮度Lon，过载亮度Lon为过载因子f(R,P,Tk)与激光光源的额定输出亮度Lcn的乘积；
d.若Lon大于等于Lnmax，则所述激光光源可通过安全过载恢复图像亮度，否则所述激光光源无法通过安全过载恢复图像亮度；其中，Lnmax为一颜色子帧内图像亮度极值，即亮度幅值信号Lin(t)在一颜色子帧图像内的最大值。
3.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述判断是否需要所述激光光源过载输出的步骤，还包括：
若所述亮度幅值信号Lin(t)在一颜色子帧图像内，存在大于Lcn的值，则激光光源需要过载工作，反之，激光光源无需过载工作；其中，Lcn为激光光源的额定输出亮度。
4.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述一颜色子帧图像的亮度幅值信号Lin(t)的获取步骤还包括：
根据输入的所述图像信号，获取一颜色图像信号，其中该颜色图像信号包括若干颜色子帧图像，将该颜色子帧图像沿光斑扫描方向分割成多个子图像区域，根据每一个子图像区域的最大像素灰度，得到沿扫描方向各所述子图像区域的灰度幅值信号Gin(t)，根据灰度与亮度关系曲线γ0，得到该颜色子帧图像的亮度幅值信号Lin(t)。
5.根据权利要求4所述的显示系统，其特征在于，所述灰度与亮度关系曲线γ0满足以下关系：灰度与亮度呈单调递增的关系，即灰度越大，亮度越大。
6.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述调整亮度幅值信号Lun(t)由灰度幅值信号Gin(t)结合重定义的灰度与亮度关系曲线γn(n＝1,2,3)得到。
7.根据权利要求6所述的显示系统，其特征在于，所述重定义的灰度与亮度关系曲线γ1满足以下关系：当灰度小于等于Gcn，灰度与亮度的关系仍然满足曲线γ0；当灰度大于Gcn，同时灰度小于等于Gmaxn时，亮度等于Lcn；其中，Gcn为所述激光光源输出的额定图像灰度，Gmaxn为所述激光光源输出的最大图像灰度。
8.根据权利要求6所述的显示系统，其特征在于，所述重定义的灰度与亮度关系曲线γ2满足以下关系：当灰度小于等于Gsn，灰度与亮度的关系仍然满足曲线γ0；当灰度大于等于Gsn且灰度小于等于Gmaxn时，灰度与亮度呈线性递增关系，直至灰度与Gmaxn相等时，亮度与Lcn相等；其中，Gsn为预设灰度值，Gsn大于零且Gsn小于等于Gcn；Gcn为所述激光光源输出的额定图像灰度，Gmaxn为所述激光光源输出的最大图像灰度。
9.根据权利要求6所述的显示系统，其特征在于，所述重定义的灰度与亮度关系曲线γ3满足以下关系：当灰度小于等于Gsn，灰度与亮度的关系仍然满足曲线γ0；当灰度大于等于Gsn且灰度小于等于Gmaxn时，灰度与亮度呈递增关系，增长速度先快后慢，即灰度与亮度关系曲线斜率越来越小，直至灰度与Gmaxn相等时，亮度与Lcn相等；其中，Gsn为预设灰度值，Gsn大于零且Gsn小于等于Gcn；Gcn为所述激光光源输出的额定图像灰度，Gmaxn为所述激光光源输出的最大图像灰度。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的显示系统，其特征在于，还包括：
空间光调制器，位于所述扫描器的出射光路上，用于根据所述处理与控制系统的图像调制信号，对所述扫描器投射至其上的光斑进行调制，输出图像光。
11.根据权利要求10所述的显示系统，其特征在于，所述处理与控制系统，根据输入的图像信号，预测所述扫描器在所述空间光调制器表面扫描产生的图像，并输出所述图像调制信号至所述空间光调制器。
12.根据权利要求10所述的显示系统，其特征在于，所述空间光调制器为透射式液晶光阀或反射式液晶光阀。
13.根据权利要求1～9中任一项所述的显示系统，其特征在于，还包括：
平场聚焦透镜，位于所述扫描器的出射光路上，用于将所述扫描器输出的偏转光束线性扫描至预定位置。
14.根据权利要求1～9中任一项所述的显示系统，其特征在于，还包括：
光学整形器件，位于所述激光光源与所述扫描器之间的光路上，用于将所述激光光源发出的光束引导至所述扫描器。
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