CN113747129A - 一种延时矫正方法及扫描显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种延时矫正方法及扫描显示装置，用于解决现有技术中扫描投影存在投影延时的技术问题，实现扫描投影过程中的实时反馈矫正。该方法包括：在扫描投影过程中，检测扫描出射的所述测试图像的光所对应的投影图像中第一特定矫正图案的像素位置；所述第一特定矫正图案为所述测试图像中具有特定形状及位置的图案；根据所述像素位置，确定所述扫描器的像素扫描轨迹与所述光源的像素点亮时刻之间的偏移像素量；按照所述偏移像素量对应的像素点亮时钟数和调整所述光源的像素点亮时刻，以使所述扫描器的扫描轨迹与所述光源的像素点亮时刻同步。

Description

一种延时矫正方法及扫描显示装置

技术领域

本发明涉及扫描显示技术领域，特别涉及一种延时矫正方法及扫描显示装置。

背景技术

目前，激光扫描式投影技术通常是使用振镜扫描器、光纤扫描器或声光偏转器实现激光扫描，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。

在实际扫描投影过程中，由于受调制波形或外界干扰的影响，会导致扫描器的扫描轨迹与光源的点亮的起始点不同步，从而产生延时，使得投影画面出现错误。因此，现有技术中扫描器在投影显示过程中存在投影延时的情况，导致投影效果较差。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种延时矫正方法及扫描显示装置，用于解决现有技术中扫描投影存在投影延时的技术问题，实现扫描投影过程中的实时反馈矫正，提高投影质量。

第一方面，本发明提供一种延时矫正方法，应用于扫描显示装置，所述扫描显示装置包括光源和扫描器，所述光源用于输出测试图像以及待显示图像的光，所述测试图像中包含至少一个特定矫正图案；所述扫描器用于将所述光源出射的光进行扫描出射，包括：

在运行过程中，检测扫描出射的所述测试图像的光所对应的投影图像中第一特定矫正图案的像素位置；所述第一特定矫正图案为所述测试图像中具有特定形状及位置的图案；

根据所述像素位置，确定所述扫描器的像素扫描轨迹与所述光源的像素点亮时刻之间的偏移像素量；

按照所述偏移像素量对应的像素点亮时钟数和调整所述光源的像素点亮时刻，以使所述扫描器的扫描轨迹与所述光源的像素点亮时刻同步。

可选的，所述第一特定矫正图案为所述测试图像中的至少一个矫正块队列，每个矫正块队列包括依次设置于相邻像素行上的N组矫正块，每组矫正块包括两个矫正块位于不同像素行；在一个矫正块队列中，所述N组矫正块中第i组矫正块所包括的两个矫正块在像素行方向上错位2*(i-1)个像素，N为大于等于2的整数，i为小于等于N的正整数；所述检测扫描出射的所述测试图像的光所对应的投影图像中第一特定矫正图案的像素位置，包括：

检测所述N组矫正块中每组矫正块包括的两个矫正块在所述投影图像中的横向像素位置；

所述根据所述像素位置，确定所述扫描器的像素扫描轨迹与光源的像素点亮时刻之间的偏移像素量，包括：

根据所述横向像素位置，确定每组矫正块中两个矫正块在相应像素行上的像素横向间隔；

检测所述N组矫正块中像素横向间隔为零的第j组矫正块，并确定所述扫描器的像素扫描轨迹与所述光源的像素点亮时刻之间存在j-1个横向偏移像素量，2≤j≤N，且j为整数。

可选的，所述按照所述偏移像素量对应的点亮时钟数和调整所述光源的像素点亮时刻，包括：

计算所述j-1个横向偏移像素量的点亮时钟数和；

按照确定的点亮时钟数和延迟所述光源的像素点亮时刻来进行横向上的延时矫正。

可选的，若检测确定所述N组矫正块中第1组矫正块的两个矫正块的像素横向间隔为零，所述方法还包括：

控制所述扫描显示装置扫描出射旋转90°的所述测试图像，并检测旋转后的测试图像所对应的投影图像中各组矫正块的两个矫正块的纵向像素位置；

根据所述纵向像素位置，确定每组矫正块中两个矫正块之间的像素纵向间隔；

检测所述N组矫正块中像素纵向间隔为零的第m组矫正块，并确定所述扫描器的扫描轨迹与所述光源的像素点亮时刻之间存在m-1个纵向偏移像素量，2≤m≤N，且m为整数；

将所述光源的像素点亮时刻延后m-1个周期延时量来进行纵向上的延时矫正；其中，一个周期延时量为所述投影图像中两个像素行的像素的点亮时钟数和。

可选的，所述方法还包括：

在根据所述测试图像对投影延时进行横向上的延时矫正之前，控制所述扫描器采用奇帧逐行或偶帧逐行的扫描方式扫描投射所述测试图像；以及

在根据所述测试图像对投影延时进行纵向上的延时矫正之前，控制所述扫描器采用逐帧奇行或逐帧偶行的扫描方式扫描投射所述测试图像。

可选的，在检测扫描出射的所述测试图像的光所对应的投影图像中第一特定矫正图案的像素位置之前，所述方法还包括：

检测所述测试图像对应的投影图像中第二特定矫正图案是否处于图像中心区域；其中，所述第二特定矫正图案的图案尺寸大于所述第一特定矫正图案的图案尺寸；

若确定所述第二特定矫正图案未处于所述投影图像的横向中心区域，控制所述光源的像素点亮时刻延迟半个周期延时量；以及，若确定所述第二特定矫正图案未处于所述投影图像的纵向中心区域，控制所述光源的像素点亮时长延迟所述投影图像中0.5倍像素行的周期延时量。

可选的，检测所述测试图像对应的投影图像中第二特定矫正图案是否处于图像中心区域，包括：

对所述投影图像进行二值化处理，分别计算所述投影图像的横向中心区域及纵向中心区域的像素值和；

分别判断确定的像素值和是否高于相应的设定阈值；其中，若确定所述像素值和高于相应的设定阈值，确定所述第二特定矫正图案处于所述投影图像中相应方向上的中心区域，否则，确实能够所述第二特定矫正图案未处于该相应方向上的中心区域。

可选的，若所述第二特定矫正图像在所述投影图像的中心区域，所述方法还包括：

检测所述第二特定矫正图案在所述投影图像中是否处于纵向翻转状态或横向翻转状态；

若确定处于所述纵向翻转状态，控制所述光源的像素点亮时刻延迟扫描行数倍的周期延时量来矫正纵向翻转；以及，若确定所述第二特定矫正图案处于所述横向翻转状态，控制所述光源的像素点亮时刻延迟一个周期延时量。

可选的，所述第二特定矫正图案包括第一子矫正图案和第二子矫正图案，所述第一子矫正图案和所述第二子矫正图案具有不同初始位置区域及斜边方向，且两个子矫正图案的中心位置对齐；所述检测所述第二特定矫正图案在所述投影图像中是否处于纵向翻转状态或横向翻转状态，包括：

提取所述投影图像中二值化图像不为零的像素区域进行分区，分别确定所述第一子矫正图案和所述第二子矫正图案的位置区域及斜边方向；

若所述位置区域中横向坐标位置与初始位置区域中的横向坐标位置不一致，或所述斜边方向与初始的斜边方向不一致，确定所述第二特定矫正图案处于纵向翻转状态；或者，若所述位置区域中纵向坐标位置与初始位置区域中的纵向坐标位置不一致，或所述斜边方向与初始的斜边方向不一致，确定所述第二特定矫正图案处于横向翻转状态。

可选的，若所述第二特定矫正图案未处于翻转状态，所述方法还包括：

分别检测所述投影图像中所述第一子矫正图案和第二子矫正图案的中心位置；

确定所述第一子矫正图案和第二子矫正图案之间的中心位置偏移量；

根据所述中心位置偏移量，确定所述扫描器对应的投影延时量；

按照确定的投影延时量调整所述光源的像素点亮时刻延后。

第二方面，本发明实施例提供一种扫描显示装置，包括：

光源，用于输出测试图像和待显示图像的光；

扫描器，与所述光源连接，用于将所述光源出射的光进行扫描投影；

图像采集装置，用于采集所述扫描器投射的所述测试图像对应的投影图像；

处理器，根据所述投影图像确定所述扫描器的像素扫描轨迹与所述光源的像素点亮时刻之间的偏移像素量，并按照所述偏移像素量对应的点亮时钟数和调整所述光源的像素点亮时刻，以使所述扫描器的扫描轨迹与所述光源的像素点亮时刻同步。

本发明实施例中提供的具体技术方案如下：

本发明实施例中，通过光纤扫描器扫描投射待显示图像和包含特定矫正图案的测试图像，进而检测测试图像对应的投影图像中该特定矫正图案的像素位置，根据该像素位置即可确定出扫描器的像素扫描轨迹与光源的像素点亮时刻之间的偏移像素量，然后按照该偏移像素量对应的像素点亮时钟数和来调整光源的像素点亮时刻，使得扫描器的扫描轨迹与光源的像素点亮时刻同步，从而避免扫描投影过程中因投影延迟导致投影效果较差的情况，提高扫描显示装置的投影质量。

附图说明

图1A-图1B为现有的光纤扫描投影系统的结构示意图；

图2A-图2B为现有的光纤扫描投影系统的投影延时示意图；

图3为本发明实施例中延时检测及矫正方法的流程示意图；

图4A-图4B为本发明实施例中测试图像的示意图；

图4C为本发明实施例中测试图像的不同显示模式下显示内容的示意图；

图5A-图5C为本发明实施例中初始化阶段中心矫正的示意图；

图6A-图6B为本发明实施例中初始化阶段横向翻转矫正的示意图；

图7为本发明实施例中扫描显示装置运行过程中对投影延时的实时反馈及矫正的流程示意图。

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，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

首先，介绍本发明实施例中扫描投影所采用的扫描显示装置，以便于本领域技术人员理解。

本发明实施例中的扫描显示装置包括光源、扫描器、图像采集装置和处理器；其中，光源可包括用于输出待显示图像的光的子光源，如激光器、发光二极管(lightemitting diode，LED)等，以及用于输出测试图像的光的子光源，如红外光源或其激光器等；扫描器与光源连接，用于将光源出射的光进行扫描投影，该扫描器可以是MEMS扫描器、光纤扫描器或其它激光扫描器；图像采集装置用于在扫描器运动过程中实时采集扫描器投射的测试图像对应的投影图像，其可设置在扫描器的同侧，以便采集扫描器对应的投影图像；处理器，用于根据投影图像确定扫描器的像素扫描轨迹与光源的像素点亮时刻之间的偏移像素量，并按照偏移像素量对应的点亮时钟数和调整光源的像素点亮时刻，以使扫描器的扫描轨迹与光源的像素点亮时刻同步。本文后续主要以扫描器为光纤扫描器为例进行说明。

图1A和图1B为现有的光纤扫描投影系统的示意图，其中图1B为图1A的侧视图。该光纤扫描投影系统包括：处理器100、激光单元110、光纤扫描器120、光纤130、光源调制模块140、扫描驱动模块150及光源合束模块160。其中，光纤扫描器120包括致动器121、底座125和壳体124，光纤130固定于致动器120上，且超出致动器121的部分形成光纤悬臂122。工作时，处理器100通过向扫描驱动模块150发送电控制信号来控制光纤扫描器120振动扫描，致动器121包括沿其延伸方向依次连接的第一致动部和第二致动部，在电控制信号的作用下，第一致动部带动第二致动部按照第一方向上运动，第二致动部按照第二方向运动，最终致动器121带动光纤130的光纤悬臂122在第一方向和第二方向的合成方向上以预定的二维扫描轨迹进行扫描运动，例如李萨如扫描方式、栅格式扫描方式、螺旋式扫描方式等。优选的，第一方向为Y轴方向，第二方向为X轴方向。其中，致动器121中第一致动部的驱动频率小于等于第二致动部的驱动频率。

同时，处理器100通过向光源调制模块140发送电控制信号来控制合束模块160的出光功率。光源调制模块140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160中的一个或多个颜色的激光单元110，图中示出其包括红(R)、绿(G)、蓝(B)三色激光器；光源合束模块160中每种颜色的激光单元110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150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120中的光纤130进行扫描运动，以将传输光纤130中传输的光束扫描输出。

目前，在采用光纤扫描器对图像进行投影显示过程中，由于光纤扫描投影受调制波形的影响，其启动点可为任意位置。如图2A所示，黑色圆点表示光纤的启动点位置，黑色棱形为激光源点亮的起始点，可以看出两者的起始点位置不一致，这就会导致投影延时，造成奇偶行和奇偶帧显示错位。在运行过程中同样会因为外界干扰也会导致其出现投影延时，使得投影画面出现错误。例如，若原图像源为图2B中标号为00的图像，当光纤在01、02、03三个不同起始点开始扫描时，对应的投影图像表现如图2B中01’、02’、03’所示。

因此，可认为本发明实施例中的扫描显示装置是在现有的光纤扫描投影系统的结构基础上增加了图像采集装置(图1中未示出)。图像采集装置可以是摄像头或其它具有图像采集功能的装置，其可设置在扫描器同侧，以便拍摄扫描器投射的图像。优选的，扫描显示装置采用红外光投射测试图像。相应的图像采集装置即为红外光采集装置，如红外摄像头，从而在扫描投影过程通过红外采集，即可获得测试图像对应的投影图像。进而，扫描显示装置根据投影图分析出投影延时信息来对扫描投影过程中的投影延时进行实时反馈及矫正。

接下来，介绍本发明实施中为了解决扫描显示装置的投影延时所采用的延时矫正方法的技术方案。

图3为本发明实施例中延时矫正方法的流程示意图，该方法可应用于上述扫描显示装置在运行过程中投影延时的实时反馈及矫正，使光源的像素点亮时刻和扫描器的扫描轨迹同步，避免投影延迟影响投影效果。该方法的过程可描述如下：

S11：在投影显示过程中，检测扫描出射的测试图像的光所对应的投影图像中第一特定矫正图案的像素位置，第一特定矫正图案为测试图像中具有特定形状及位置的图案。

S12：根据像素位置，确定扫描器的像素扫描轨迹与光源的像素点亮时刻之间的偏移像素量。

S13：按照偏移像素量对应的像素点亮时钟数和调整光源的像素点亮时刻，以使扫描器的扫描轨迹与光源的像素点亮时刻同步。

本发明实施例中，通过扫描器扫描投射包含特定图像的测试图像，进而检测投影图像中的投影延时信息，并基于检测的特定图案的像素位置确定扫描器的扫描轨迹与光源的像素点亮时刻之间的偏移像素量，并基于偏移像素量将相应的像素点亮时钟数施加到光源的时钟延时信号中，从而将光纤扫描器的扫描轨迹与光源点亮时刻调整到同步，提高投影质量。

在投影过程中，为保证采集的测试图像对应的投影图像可以分析出相关的投影延时信息，采用包含特定图案的图像或特定图案本身作为图像源投射(即测试图像)。特定图案具有较强的特征，例如特定图案可以是测试图像中具有特定形状和位置的图案。

本发明实施例中，测试图像可以是预设的包含一个或多个特定矫正图案的图像。其中，第一特定矫正图案具体可以是至少一个矫正块队列，每个矫正块队列包括依次设置于两个相邻像素行上的N组矫正块，各组矫正块中的两个矫正块位于不同像素行，优选的各矫正块大小相同；在一个矫正块队列中，N组矫正块中第i组矫正块所包括的两个矫正块在像素行方向上间隔2*(i-1)个像素，N为大于等于2的整数，i为小于等于N的正整数。第二特定矫正图案在测试图像中占用图案区域大于第一特定矫正图案占用的图案区域，第二特定矫正图案具有特定的形状和位置，其形状上具有很强方向性(如斜边方向、斜边斜率等)。因此，可认为第一特定矫正图案适用于投影延时的精准矫正，第二特定矫正图案适于投影延时的粗矫正。

图4A为本发明实施例中测试图像的一种示意图。该测试图像中，以第一特定矫正图案包括A和B两个矫正块队列，每个矫正块队列包括设置于两个相邻像素行上的N组矫正块，N取6为例。各矫正块的大小可一致，N组矫正块之间的间隔位置可以相同或不同，每组矫正块包括的两个矫正块之间的像素间隔(即像素错位量)不同。

在投影过程中，当投影存在一个像素的延时时，投影奇偶行分别会向左右移动一个像素，即总像素间隔实际为两个像素。图4A中的数字表示各组矫正块的两个矫正块在各自的像素行上的移动像素，像素量的“+”或“-”表示像素左右移动方向。例如，A队列包括第I、II、III、IV、V、VI共六组矫正块，在像素行方向上，第I组矫正块中两个矫正块在相邻的奇偶像素行上完全对齐，间隔0个像素；第II组矫正块的两个矫正块在相邻的奇偶像素行上错位2个像素；第III组的两个矫正块在相邻的奇偶像素行上错位4个像素；第IV组的两个矫正块之间错位6个像素；第V组的两个矫正块之间错位8个像素；第VI组的两个矫正块之间错位10个像素。同理，B队列的六组矫正块也按相同方式设置，每组矫正块中两个矫正块之间错位方向与A队列相反。在投影过程中，不同组的矫正块对齐时，代表着不同的像素延时量，仅当初始对齐的组(如图4A中第I组矫正块)对齐时表明不存在像素偏移。

同时，在图4A中，第二特定矫正图案为两个具有很强方向性的图案的直角梯形，两个直角梯形的斜边分别朝向像素行的左右两侧。图4B为将图4A中测试图像旋转90°后，并调整对应的显示位置(包括奇偶行和奇偶帧排列等)扫描出射所对应的投射图像。

在实际应用中，针对扫描器的不同扫描方式可采用包含不同特定图案的测试图像。当光纤摆动快慢轴驱动为周期正弦波或三角波等1：1往复波形时，可定义从上到下显示为奇帧，奇帧显示时从左至右显示为奇行，从右至左显示为偶行；以及，从下到上为偶帧，偶帧显示时从右至左显示为奇行，从左至右显示为偶行，则投影图像可以理解为四张单帧图像共同组成，即：奇行奇帧、奇行偶帧、偶行奇帧和偶行偶帧。例如，在投影时，对图4A及图4B中的特定图案的位置以及投影显示内容进行选择调整，该调整包括奇偶行显示内容以及整体显示模式调整，图4C为奇偶行显示内容的排布方式。

扫描器在横向方向上扫描运动一个周期的时钟数为一个周期延时量，每个像素的点亮时间都可以用时钟数进行表示，因此可认为，扫描器的一个周期延时量等价于光源点亮两行像素的时钟数。

本文中，以光纤扫描器采用栅格扫描方式(即由左到右，由上到下扫描)为例。在该扫描方式下，当横向出现像素偏移时，其延时量调节为偏移像素量的点亮时钟数和，进行横向矫正对应的调节范围通常在一个周期延时量以内，即可抵消像素偏移；当纵向出现像素偏移时，进行纵向矫正对应的延时量调节为偏移像素数倍周期延时量，在整数倍(通常为像素总行数的2倍)周期延时量以内调节即可抵消纵向像素偏移。

本发明实施例中，在根据测试图像对投影延时进行横向矫正过程中，扫描器采用奇帧逐行或偶帧逐行的扫描方式扫描投射测试图像；同理，在根据测试图像对投影延时进行纵向矫正的过程中，扫描器采用逐帧奇行或逐帧偶行的扫描方式扫描投射测试图像；然后，根据采集的测试图像对应的投影图像中的投影延时信息，即可对投影延时进行横向/纵向矫正。

在S11中，扫描显示装置中的光源扫描出射测试图像和待显示图像的光进行投影显示，此时可通过图像采集装置采集测试图像对应的投影图像。例如，扫描显示装置采用红外光投射特定图案，则通过红外采集，即可获得特定图案对应的红外投影图像。

在实际应用中，若扫描显示装置在投影过程中发生了投影延时，则投影图像中特定矫正图案的位置会存在偏移。因此，在扫描显示装置运行过程中，通过检测投影图像中第一特定矫正图案对应的像素位置，在S12中根据该像素位置即可确定扫描器的像素扫描轨迹与光源的像素点亮时间之间的偏移像素量，以便后续基于偏移像素量来对投影延时进行像素级的横向矫正及纵向矫正。

为了简化矫正步骤，优先检测矫正运行过程中的横向投影延时。

具体的，扫描显示装置采集测试图像对应的投影图像，并确定N组矫正块中每个矫正块在投影图像中的横向像素位置，以及每组中两各矫正块之间的像素横向间隔。假设测试图像如图4A所示，N组矫正块在测试图像中的位置即为其初始的像素位置，若确定采集的投影图像中，N组矫正块中第j组矫正块包括的两个矫正块对齐(即两矫正块之间的像素横向间隔为零)，j为整数且2≤j≤N，则表明投影过程中发生投影延时，N组矫正块中各矫正块之间的像素位置相对于初始像素位置(即测试图像中的像素位置)发生偏移，导致各组包括的两个矫正块的像素横向间隔发生改变，故原本对齐的第I组矫正块变更为第j组矫正块对齐，即投影存在j-1个横向像素偏移量。

在S13中，扫描显示装置的处理器根据确定的横向像素偏移量可计算延光源的像素点亮时钟数延迟量，即j-1个像素的像素点亮时钟数和，并按照该像素点亮时钟数和调整光源的像素点亮时刻，可抵消横向上的像素延迟量，使得调整后所采集的投影图像中N组矫正块的像素位置与初始像素坐标基本一致，即第I组矫正块处于对齐状态，从而促使扫描器的像素扫描轨迹与光源的点亮像素时刻同步。

进一步，在进行横向像素偏移量矫正或确定投影图像中N组矫正块处于初始像素位置后，进行纵向投影延时的矫正。该过程中，更换图4B作为图像源，即将原图4A所示的测试图像旋转90°，并对其位置以及投影信息进行选择调整，该调整包括奇偶行显示内容以及整体显示模式调整，然后由光源调制输出光并经扫描器扫描出射，则旋转后的测试图像中N组矫正块在像素列上依序排列，且每组的两个矫正块在具有相应纵向像素间隔；然后，扫描显示装置采集旋转后的测试图像所对应的投影图像，并检测投影图像中各矫正块的纵向像素位置，即可确定各组矫正块包括的两个矫正块之间的像素纵向间隔。如果检测确定对齐的矫正块为非第I组矫正块之外的第m-1组矫正块，m为整数且2≤m≤N，则表明投影在纵向上发生了偏移，相应的投影延迟量即为m-1个纵向偏移像素量；进而，将光源的像素点亮时刻延后m-1个周期延时量即可矫正纵向上的像素延迟量。

因此，在扫描显示装置运动过程中，通过实时检测投影图像中第一特定矫正图案的像素位置，可确定扫描器的扫描轨迹与光源的像素点亮时刻之间的像素偏移量，该像素偏移量对投影延时起到精准调节的作用，实现对运行过程中投影延时的实时反馈及矫正，保证奇偶行图像的对准。

在一种优选的实施例中，在S11之前，可通过检测测试图像对应的投影图像中第二特定矫正图案的投影延时信息，并根据检测到的投影延时信息来对扫描显示装置的扫描投影进行初始化，以减轻扫描显示装置扫描投影过程中的投影延时。初始化阶段依次包括中心判断、翻转判断及延时粗调整三个过程，在此期间，扫描器对测试图像的扫描方式与运行阶段中像素级的横/纵向矫正所采用的扫描方式可以一致。

在初始化阶段，扫描显示装置的投影延时具有较强的不确定性，可能导致图像投影到边缘区域，出现重叠无法检测，因此，先对采集的测试图像对应的投影图像进行中心判断。中心判断即判断采集的投影图像的中心区域是否存在图像，此处所检测的中心图像主要是指尺寸较大的第二特定矫正图案。为防止纵向投影延时造成的错位干扰，中心判断优选采用单帧逐行的扫描方式，请参考图4C。当然，在实际中，测试图像中第一特定矫正图案和第二特定矫正图案均位于中心区域，且两者的中心位于测试图像的中线上，第一特定矫正图案为像素级图案，第二特定矫正图像的尺寸远大于第一特定矫正图案的尺寸，如图4A中的斜三角形态。其中，本文所说的中心区域时指横向中心区域和纵向中心区域的重叠区域，该横向中心区域即指扫描过程中横向上运动时的中心部分，如图5A中所示中心区域即为扫描过程中的横向中心区域，横向中心区域的宽度可与特定图案的宽度相当；同理，纵向区域即为扫描过程中在纵向上运动时的中心部分，如图5B所示。

具体的，在检测投影图像中心区域是否存在图像时，可对采集的投影图像进行二值化处理，分别求取横向中心区域和纵向中心区域的像素值和，并设定阈值，当检测的中心区域的像素值和大于等于相应的像素值阈值时，表明该方向上的中心区域存在图像；否则，表明该方向上的中心区域不存在图像。如果确定第二特定矫正图案未处于投影图像的横向中心区域，控制光源的像素点亮时刻延迟半个周期延时量，采集得到的投影图像；以及，若确定该第二特定矫正图案未处于投影图像的纵向中心区域，控制光源的像素点亮时长延迟该投影图像中0.5倍像素行的周期延时量即可。

例如，在采用红外光投射图4A中所示的特定图案时，若检测到的特定图案对应的红外投影图像如图5A所示，横向中心区域不存在图案，则可在调制信号中加入半个周期延时量来调节激光起始点亮时刻；然后再采集得到图5B所示的投影图像，该投影图像处于横向中心区域但未处于纵向中心区域；进一步，对其作纵向上的矫正，即加入该投影图像中一半像素行数倍的周期延时量，以将特定矫正图案调整到纵向中心区域，得到如图5C所示的投影图像，图5C中特定图案位于横向中心区域与纵向中心区域重叠的中心区域。

进一步，初始化阶段进行方向判断。

在实际投影中，当投射图像处于中心时，并不能保证是否出现图像(主要指第二特定矫正图像)翻转的现象，故可通过判断投射图像中三角形斜边方向以及大小三角形所处位置来确定是否出现横向或纵向翻转。(图中箭头方向)其中，在确定是否处于翻转时，可分别确定第二特定矫正图像对应的第一子矫正图案和第二子矫正图案的位置区域和斜边方向；进而，判断检测得到的个子矫正图案的位置区域是否与其在测试图像中的初始位置区域一致，以及检测到的斜边方向是否与斜边初始方向一致；若均满足，则确定处于该方向上的中心区域，否则，确定未在该方向上的中心区域。

在进行纵向翻转判断时，对采集的投影图形进行二值化处理，提取二值化图像不为零的区域进行分区，可确定出第一子矫正图案(如图4A中上方的小三角形)和第二子矫正图案(图4A中下方的大三角形)所在区域，然后判断三角形的大小以及斜边方向，三角形的大小可通过判断两个区域不为零点横向像素坐标差值确定，斜边方向可以通过计算斜边斜率；若与目标图大小三角形上下位置不一致，或斜边位置以及方向与目标图不一致，则出现纵向翻转，在光源的像素点亮时刻中加入投影图像对应的扫描行数倍的周期延时量，即可矫正图案的纵向翻转。

在纵向翻转矫正或检测未出现纵向翻转后，再进行横向翻转判断。同理，该过程中先采集投影图像并对其进行二值化处理，提取二值化图像中不为零的区域进行分区，如图6A所示；然后，分别确定两个三角形所在位置区域，并对上下部三角形的斜边方向(图中箭头所示)进行判断，例如可通过该区域左右部分不为零点的纵坐标位置，来确定三角形的斜边方向；若检测结果与目标图像中三角形的位置或斜边方向不一致，则表明其横向翻转状态，即投影图像出现了横向翻转现象，此时，可加入一个周期延时量来矫正横向翻转，矫正后得到如图6B所示的投影图像。

在投影图像中子矫正图案的位置区域及斜边方向正确以后，再进行初始化过程中的延时粗调整。粗调整过程包括横向延时的调整和纵向延时的调整，为了简化步骤，优先调节横向延时。具体的，可对采集的投影图像进行二值化处理，确定两个三角形所在区域非零点的中心坐标，进而根据中心坐标所表征的两个三角形的中心位置差计算相应的延时量差异，给定延时量使其中心位置对准，各扫描器延时量可由计算得到。

例如，若采用图4A作为测试图像的图像源，检测投影图像中第一个三角形的中心坐标为(x1，y1)，第二个三角形的中心坐标为(x2，y2)，中心位置差为(x1-x2，y1-y2)，则计算的横向延时量为横向的中心位置差|x1-x2|/2所对应的像素点亮时钟数，纵向延时量为纵向的中心位置差|y1-y2|/2所对应的像素点亮时钟数；进而，按照确定的像素点亮时钟数延迟光源的点亮时刻以使两个三角形的中心位置在纵向上对准。

图7为本发明实施例中扫描显示装置扫描投影过程中进行实时投影反馈矫正的流程示意图。需要说明的是，在实际投影时，初始化阶段的延时矫正过程中，可仅投射测试图像(即特定图案)即可，以对装置进行粗矫正；初始化后，在运行过程中作像素级矫正时，同步投射带显示图像和测试图像(如红外光投射)，即可通过实时检测及反馈测试图像的投射图像实现对投影延时进行精准的实时矫正，进一步提高投影稳定性。

本发明实施例中，通过上述对光纤扫描器投影的初始化过程，使得扫描显示装置中光纤扫描轨迹与光源的激光器点亮时间同步，增强了扫描显示装置的稳定性，有效减少或避免出现投影延时情况，提高投影质量。

在一种可能的实施例中，本发明实施例中的扫描显示装置可应用于空间成像，即在空间中投射虚拟场景的光场。在投射过程中，可采用前述的延时反馈矫正方法对阵列中各扫描显示装置的投影延时进行实时检测反馈及矫正，从而提高空间成像的准确性及稳定性，提升视觉效果。

在实现空间成像时，可采用扫描显示装置阵列或扫描显示装置中采用扫描器阵列。扫描显示装置可以是任何能够控制光线投射光场的装置，如光纤扫描装置、微镜扫描装置、电光扫描装置或声光扫描装置等。每个扫描器可投射一束细光束，扫描显示装置的每个扫描器投射部分待显示的虚拟场景或全部待显示虚拟场景中每一个虚拟物点发射的单元细光束，所有扫描器分别对虚拟场景中每一个虚拟物点贡献一束单元细光束，所有单元细光束形成了该虚拟物点的发射光束，因此虚拟场景中每一个虚拟物点都具有真实光线的发散特性，犹如真实世界中的物点。

其中，虚拟场景可以为2D图像或3D图像等，虚拟物点并不是空间中真实存在的能够向外发光的物点，而是指通过扫描装置以不同角度向空间中的同一位置A处投射多束细光束形成的虚拟的物点，当用户在特定的观测区观看时，看起来这些光束都是由虚拟物点A向外发出的光。如果向空间中的不同虚拟物点高速扫描光束，由于人眼的视觉暂留现象，人眼会将高速扫描的光束识别为连续光束，且，多个虚拟物点是与待显示的虚拟场景对应的虚拟物点，从而在投影装置向空间中的多个虚拟物点高速扫描光束时，看起来像将虚拟场景显示在真实空间中。

扫描显示装置阵列中，各扫描器的扫描方式和投射的光能量均是可调控的，各扫描器与虚拟物点的空间位置信息和扫描信息存在映射关系，各光源发出的光线经相应的扫描器投射，从而实现扫描阵列向空间中的多个虚拟物点投射细光束。其中，空间位置信息可以包括虚拟物点相对于扫描阵列的方位信息和深度信息，扫描信息至少包括扫描阵列中与每个虚拟物点对应的多个扫描器的扫描时刻、扫描角和输出能量。同时，在投影延时矫正过程中，通过检测特定图案在投影图像中的投影延时信息，即可将光源的像素点亮时刻调整到与扫描器的扫描轨迹同步，能减轻甚至避免投影延时对画面质量的影响。

因此，在将扫描显示模组应用于空间成像时，通过对各扫描显示装置的投影延时进行实时检测反馈及矫正，从而可保证扫描阵列中每个扫描装置的投影稳定性，提高空间成像的成像质量。

本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

本发明实施例中，通过光纤扫描器扫描投射待显示图像和包含特定矫正图案的测试图像，进而检测测试图像对应的投影图像中该特定矫正图案的像素位置，根据该像素位置即可确定出扫描器的像素扫描轨迹与光源的像素点亮时刻之间的偏移像素量，然后按照该偏移像素量对应的像素点亮时钟数和来调整光源的像素点亮时刻，使得扫描器的扫描轨迹与光源的像素点亮时刻同步，从而避免扫描投影过程中因投影延迟导致投影效果较差的情况，提高扫描显示装置的投影质量。

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 (11)

1.一种延时矫正方法，应用于扫描显示装置，所述扫描显示装置包括光源和扫描器，所述光源用于输出测试图像以及待显示图像的光，所述测试图像中包含至少一个特定矫正图案；所述扫描器用于将所述光源出射的光进行扫描出射，其特征在于，包括：

在运行过程中，检测扫描出射的所述测试图像的光所对应的投影图像中第一特定矫正图案的像素位置；所述第一特定矫正图案为所述测试图像中具有特定形状及位置的图案；

根据所述像素位置，确定所述扫描器的像素扫描轨迹与所述光源的像素点亮时刻之间的偏移像素量；

按照所述偏移像素量对应的像素点亮时钟数和调整所述光源的像素点亮时刻，以使所述扫描器的扫描轨迹与所述光源的像素点亮时刻同步。

2.如权利要求1所述的延时矫正方法，其特征在于，所述第一特定矫正图案为所述测试图像中的至少一个矫正块队列，每个矫正块队列包括依次设置于相邻像素行上的N组矫正块，每组矫正块包括两个矫正块位于不同像素行；在一个矫正块队列中，所述N组矫正块中第i组矫正块所包括的两个矫正块在像素行方向上错位2*(i-1)个像素，N为大于等于2的整数，i为小于等于N的正整数；所述检测扫描出射的所述测试图像的光所对应的投影图像中第一特定矫正图案的像素位置，包括：

检测所述N组矫正块中每组矫正块包括的两个矫正块在所述投影图像中的横向像素位置；

所述根据所述像素位置，确定所述扫描器的像素扫描轨迹与光源的像素点亮时刻之间的偏移像素量，包括：

根据所述横向像素位置，确定每组矫正块中两个矫正块在相应像素行上的像素横向间隔；

检测所述N组矫正块中像素横向间隔为零的第j组矫正块，并确定所述扫描器的像素扫描轨迹与所述光源的像素点亮时刻之间存在j-1个横向偏移像素量，2≤j≤N，且j为整数。

3.如权利要求2所述的延时矫正方法，其特征在于，所述按照所述偏移像素量对应的点亮时钟数和调整所述光源的像素点亮时刻，包括：

计算所述j-1个横向偏移像素量的点亮时钟数和；

按照确定的点亮时钟数和延迟所述光源的像素点亮时刻来进行横向上的延时矫正。

4.如权利要求2或3所述的延时矫正方法，其特征在于，若检测确定所述N组矫正块中第1组矫正块的两个矫正块的像素横向间隔为零，所述方法还包括：

控制所述扫描显示装置扫描出射旋转90°的所述测试图像，并检测旋转后的测试图像所对应的投影图像中各组矫正块的两个矫正块的纵向像素位置；

根据所述纵向像素位置，确定每组矫正块中两个矫正块之间的像素纵向间隔；

检测所述N组矫正块中像素纵向间隔为零的第m组矫正块，并确定所述扫描器的扫描轨迹与所述光源的像素点亮时刻之间存在m-1个纵向偏移像素量，2≤m≤N，且m为整数；

将所述光源的像素点亮时刻延后m-1个周期延时量来进行纵向上的延时矫正；其中，一个周期延时量为所述投影图像中两个像素行的像素的点亮时钟数和。

5.如权利要求4所述的延时矫正方法，其特征在于，所述方法还包括：

在根据所述测试图像对投影延时进行横向上的延时矫正之前，控制所述扫描器采用奇帧逐行或偶帧逐行的扫描方式扫描投射所述测试图像；以及

在根据所述测试图像对投影延时进行纵向上的延时矫正之前，控制所述扫描器采用逐帧奇行或逐帧偶行的扫描方式扫描投射所述测试图像。

6.如权利要求5所述的延时矫正方法，其特征在于，在检测扫描出射的所述测试图像的光所对应的投影图像中第一特定矫正图案的像素位置之前，所述方法还包括：

检测所述测试图像对应的投影图像中第二特定矫正图案是否处于图像中心区域；其中，所述第二特定矫正图案的图案尺寸大于所述第一特定矫正图案的图案尺寸；

若确定所述第二特定矫正图案未处于所述投影图像的横向中心区域，控制所述光源的像素点亮时刻延迟半个周期延时量；以及，若确定所述第二特定矫正图案未处于所述投影图像的纵向中心区域，控制所述光源的像素点亮时长延迟所述投影图像中0.5倍像素行的周期延时量。

7.如权利要求6所述的延时矫正方法，其特征在于，检测所述测试图像对应的投影图像中第二特定矫正图案是否处于图像中心区域，包括：

对所述投影图像进行二值化处理，分别计算所述投影图像的横向中心区域及纵向中心区域的像素值和；

分别判断确定的像素值和是否高于相应的设定阈值；其中，若确定所述像素值和高于相应的设定阈值，确定所述第二特定矫正图案处于所述投影图像中相应方向上的中心区域，否则，确实能够所述第二特定矫正图案未处于该相应方向上的中心区域。

8.如权利要求7所述的延时矫正方法，其特征在于，若所述第二特定矫正图像在所述投影图像的中心区域，所述方法还包括：

检测所述第二特定矫正图案在所述投影图像中是否处于纵向翻转状态或横向翻转状态；

若确定处于所述纵向翻转状态，控制所述光源的像素点亮时刻延迟扫描行数倍的周期延时量来矫正纵向翻转；以及，若确定所述第二特定矫正图案处于所述横向翻转状态，控制所述光源的像素点亮时刻延迟一个周期延时量。

9.如权利要求8所述的延时矫正方法，其特征在于，所述第二特定矫正图案包括第一子矫正图案和第二子矫正图案，所述第一子矫正图案和所述第二子矫正图案具有不同初始位置区域及斜边方向，且两个子矫正图案的中心位置对齐；所述检测所述第二特定矫正图案在所述投影图像中是否处于纵向翻转状态或横向翻转状态，包括：

提取所述投影图像中二值化图像不为零的像素区域进行分区，分别确定所述第一子矫正图案和所述第二子矫正图案的位置区域及斜边方向；

若所述位置区域中横向坐标位置与初始位置区域中的横向坐标位置不一致，或所述斜边方向与初始的斜边方向不一致，确定所述第二特定矫正图案处于纵向翻转状态；或者，若所述位置区域中纵向坐标位置与初始位置区域中的纵向坐标位置不一致，或所述斜边方向与初始的斜边方向不一致，确定所述第二特定矫正图案处于横向翻转状态。

10.如权利要求9所述的延时矫正方法，其特征在于，若所述第二特定矫正图案未处于翻转状态，所述方法还包括：

分别检测所述投影图像中所述第一子矫正图案和第二子矫正图案的中心位置；

确定所述第一子矫正图案和第二子矫正图案之间的中心位置偏移量；

根据所述中心位置偏移量，确定所述扫描器对应的投影延时量；

按照确定的投影延时量调整所述光源的像素点亮时刻延后。

11.一种扫描显示装置，其特征在于，包括：

光源，用于输出测试图像和待显示图像的光；

扫描器，与所述光源连接，用于将所述光源出射的光进行扫描投影；

图像采集装置，用于采集所述扫描器投射的所述测试图像对应的投影图像；

处理器，根据所述投影图像确定所述扫描器的像素扫描轨迹与所述光源的像素点亮时刻之间的偏移像素量，并按照所述偏移像素量对应的点亮时钟数和调整所述光源的像素点亮时刻，以使所述扫描器的扫描轨迹与所述光源的像素点亮时刻同步。

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