CN114967109B

CN114967109B - 图像矫正方法及光纤扫描成像系统

Info

Publication number: CN114967109B
Application number: CN202110213127.1A
Authority: CN
Inventors: 请求不公布姓名
Original assignee: Chengdu Idealsee Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Idealsee Technology Co Ltd
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2024-01-05
Anticipated expiration: 2041-02-25
Also published as: CN114967109A

Abstract

本发明公开了一种图像矫正方法及光纤扫描成像系统，所述方法包括：针对每个扫描显示单元，采集所述扫描显示单元输出的矫正显示信息，并判断所述矫正显示信息的倾斜角和旋向的状态；根据所述矫正显示信息的倾斜角和旋向的状态，确定所述扫描显示单元的调节规则，并根据所述调节规则，调节所述扫描显示单元的矫正信号；每调节一次矫正信号，判断所述矫正显示信息是否满足预设条件；若不满足，则根据所述调节规则，继续调节所述矫正信号；若满足，则停止调节所述矫正信号。上述方案用于解决现有技术中存在的光纤扫描成像系统在实际观看时，光纤在长时间扫描过程中，受驱动性能、电压波动等影响造成光纤运动轨迹偏离的问题。

Description

图像矫正方法及光纤扫描成像系统

技术领域

本发明涉及投影显示领域，尤其涉及一种图像矫正方法及光纤扫描成像系统。

背景技术

光纤扫描成像系统一般包括光纤扫描器和光源，光源产生图像上每个像素点的光，然后，将每个像素点的光耦入光纤中，再由光纤扫描器带动光纤进行扫描振动，从而将图像上的每个像素点的光逐一投射到投影屏幕上，形成投影画面。

光纤扫描器利用致动器带动光纤高速振动，配合光源的激光调制算法，实现图像信息的显示。对于栅格式扫描，当光纤在共振区内振动幅度较大时，光纤扫描器的快轴的运动轨迹不再是理想的水平直线，慢轴的运动轨迹也不再是竖直的直线，而是倾斜的直线，并且，受驱动性能、电压波动等影响，快轴的运动轨迹会变成椭圆。

本方案的目的就是解决光纤扫描成像系统在实际观看时，光纤在长时间扫描过程中，受驱动性能、电压波动等影响造成光纤运动轨迹偏离的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种图像矫正方法及光纤扫描成像系统，用于解决现有技术中存在的光纤扫描成像系统在实际观看时，光纤在长时间扫描过程中，受驱动性能、电压波动等影响造成光纤运动轨迹偏离的问题。

为了实现上述发明目的，本发明实施例第一方面提供一种图像矫正方法，应用于光纤扫描成像系统中，所述光纤扫描成像系统包括多个扫描显示单元，多个所述扫描显示单元输出的显示信息拼接形成投影画面，所述光纤扫描成像系统中存储有所述扫描显示单元的矫正规则，所述矫正规则包括所述扫描显示单元输出的矫正显示信息的倾斜角和旋向的状态，以及不同状态对应的矫正信号的调节规则；所述方法包括：

针对每个所述扫描显示单元，采集所述扫描显示单元输出的矫正显示信息，并判断所述矫正显示信息的倾斜角和旋向的状态；

根据所述矫正显示信息的倾斜角和旋向的状态，确定所述扫描显示单元的调节规则，并根据所述调节规则，调节所述扫描显示单元的矫正信号；

每调节一次矫正信号，采集所述扫描显示单元输出的矫正显示信息，并判断所述矫正显示信息是否满足预设条件；

若所述矫正显示信息不满足所述预设条件，则根据所述调节规则，继续调节所述矫正信号；若所述矫正显示信息满足所述预设条件，则停止调节所述矫正信号。

可选的，所述倾斜角的状态包括正、负和0，所述旋向的状态包括左旋、右旋和无旋向；所述矫正信号的调节规则包括增大所述矫正信号的矫正驱动、减小所述矫正驱动、增大所述矫正信号的矫正相位和减小所述矫正相位。

可选的，所述矫正显示信息包括相邻的两行信息，所述两行信息中所有像素的像素值相同，判断所述矫正显示信息的倾斜角的状态，包括：

通过曲线拟合、分区比较和特征提取中的一种或多种方式判断所述倾斜角状态。

可选的，所述矫正显示信息包括相邻的奇行和偶行，所述奇行和所述偶行的显示信息不一致，所述奇行是指所述扫描显示单元从左至右扫描，所述偶行是指所述扫描显示单元从右向左扫描；

判断所述矫正显示信息的旋向，包括：判断所述奇行和所述偶行的相对位置，若所述奇行与所述偶行不相邻，且所述奇行位于所述偶行的下端，则确定所述矫正显示信息左旋；若所述奇行和所述偶行紧邻，则确定所述矫正显示信息无旋向；若所述偶行与所述奇行不相邻，且所述偶行位于所述奇行的下端，则确定所述矫正显示信息右旋。

可选的，所述奇行和所述偶行的显示信息不一致为以下任一种情况或多种情况组合：

所述奇行与所述偶行的灰阶信息不同；或

所述奇行与所述偶行的显示长度不同；或

所述奇行与所述偶行在快轴方向上的显示区域不同。

可选的，所述扫描显示单元包括8种类别；所述矫正规则如表1所示，其中，ψ为倾斜角；

表1

可选的，所述预设条件为以下两种情况中的一种或多种组合：

所述预设条件是指所述矫正显示信息的倾斜角为0，且所述矫正显示信息无旋向；或

所述预设条件是指所述矫正显示信息的倾斜角为0，且所述矫正显示信息的开口度为0。

可选的，所述方法包括：

针对每个所述扫描显示单元，控制扫描显示单元同时输出图像显示信息和矫正显示信息；所述矫正显示信息为不可见光信息。

可选的，所述矫正显示信息为红外波段信息；所述光纤扫描成像系统包括红外采集装置，在采集所述扫描显示单元输出的矫正显示信息时，通过所述红外采集装置采集所述矫正显示信息。

本发明实施例第二方面提供一种光纤扫描成像系统，包括多个扫描显示单元、处理器和计算机可读存储介质，多个所述扫描显示单元输出的显示信息拼接形成投影画面，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序和所述扫描显示单元的矫正规则，所述矫正规则包括所述扫描显示单元输出的矫正显示信息的倾斜角和旋向的状态，以及不同状态对应的矫正信号的调节规则；当所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如第一方面所述的方法。

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：

本发明实施例的方案中，在实际观看时，通过矫正显示信息的倾斜角和旋向，以及预先标定好的矫正信号的调节规则，直接调节扫描显示单元的矫正信号，该矫正方法不存在试错步骤，可以使偏离后的轨迹直接向理想运动轨迹收敛，从而解决现有技术中存在的光纤扫描成像系统在实际观看时，光纤在长时间扫描过程中，受驱动性能、电压波动等影响造成光纤运动轨迹偏离的问题，实现快速准确的使偏离后的轨迹直接向理想运动轨迹收敛的技术效果。

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1A-图1B为本发明实施例中的光纤扫描成像系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的运动轨迹的示意图；

图3为本发明实施例提供的扫描显示单元类别标定方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的不同相位差δ₁区间对应的运动轨迹的示意图；

图5为本发明实施例提供的运动轨迹偏离前后的示意图；

图6为本发明实施例提供的奇行和偶行显示信息的示意图；

图7为本发明实施例提供的奇行和偶行偏离前后的示意图；

图8为本发明实施例提供的图像矫正方法的流程示意图；

图9为本发明实施例提供的运动轨迹的最小面积外包围矩形对的示意图；

图10为本发明实施例提供的光纤扫描成像系统的示意图。

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。

本说明书中，首先对光纤扫描成像系统进行说明。光纤扫描成像系统利用光纤扫描器中的致动器带动光纤高速振动，并配合激光调制算法，实现图像信息的显示。如图1A所示，为现有的一种光纤扫描成像系统，其主要包括：处理器100、激光器组110、光纤扫描器120、传输光纤130、光源调制电路140、扫描驱动电路150及合束单元160。

其中，处理器100可以为图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)或者其它具有控制功能、图像处理功能的芯片或电路，这里并不进行具体限定。

系统工作时，处理器100可根据待显示的图像数据控制光源调制电路140对激光器组110进行调制。激光器组110中包含多个单色激光器，分别发出不同颜色的光束。从图1A中可见，激光器组中具体可采用红(Red，R)、绿(Green，G)、蓝(Blue，B)三色激光器。激光器组110中各激光器发出的光束经由合束单元160合束为一束激光并耦入至传输光纤130中。

处理器100还可控制扫描驱动电路150驱动光纤扫描器120进行扫动，从而将传输光纤130中传输的光束扫描输出。

由光纤扫描器120扫描输出的光束作用于介质表面上某一像素点位置，并在该像素点位置上形成光斑，便实现了对该像素点位置的扫描。在光纤扫描器120带动下，传输光纤130输出端按照一定扫描轨迹扫动，从而使得光束移动至对应的像素点位置进行扫描。实际扫描过程中，传输光纤130输出的光束将在每个像素点位置形成具有相应图像信息(如：颜色、灰度或亮度)的光斑。在一帧的时间里，光束以足够高的速度遍历每一像素点位置，以完成一帧图像的扫描，由于人眼观察事物存在“视觉残留”的特点，故人眼便无法察觉光束在每一像素点位置上的移动，而是看见一帧完整的图像。

继续参考图1B，为现有的光纤扫描器120的结构，其主要包括：压电致动器121、光纤悬臂122、透镜123、扫描器封装壳124以及固定件125。压电致动器121通过固定件125固定于扫描器封装壳124中，传输光纤130在致动器121的自由端延伸形成光纤悬臂122(也可称为扫描光纤)，工作时，压电致动器121在扫描驱动信号的驱动下沿Y轴(慢轴)方向及X轴(快轴)方向振动，受压电致动器121带动，光纤悬臂122的自由端按预设轨迹扫动并出射光束，出射的光束便可透过透镜123在介质表面上扫描。其中，Y轴方向与X轴方向相交，显然，Y轴方向和X轴方向可以垂直。

本发明实施例中的光纤扫描成像系统包括多个扫描显示单元，一个扫描显示单元通常包括如图1B所述的光纤扫描器，以及与该光纤扫描器连接的激光器组、合束器等。多个扫描显示单元输出的显示信息拼接在一起形成投影画面。

光纤扫描显示为通过控制光纤运动轨迹来实现显示的方法，光纤运动轨迹可以分解为两个垂直方向运动的合成，两个垂直方向的运动可以看成两个谐振动的合成。

本发明实施例中，图像矫正的变量可以包含两组变量，分别为横向相关变量与纵向相关变量，其中横向相关变量包含横向矫正驱动与横向矫正相位，控制X轴方向扫描轨迹的长度和横向摆动位姿。纵向相关变量包含纵向矫正驱动和纵向矫正相位，用于控制Y轴方向扫描轨迹的长度和纵向摆动位姿。本发明实施例中，以对快轴进行矫正(即，矫正变量为横向相关变量)为例进行说明，在具体实施过程中，可以对快轴和慢轴均进行矫正，或者单独对快轴和慢轴进行矫正，本发明对此不做限制。

快轴加入电压驱动后的运动轨迹可以表示为：

其中，A₁表示振幅，为初始横向摆动相位，ω表示横向摆动的角频率，θ₁为运动轨迹外接正矩形(如图2中的矩形)对角线与X轴的夹角，t为时间，δ₁为只加入快轴驱动时，光纤摆动轨迹横向分量与纵向分量的相位差。本说明书中，横向是指X轴方向，纵向是指Y轴方向。

快轴矫正加入电压驱动后的运动轨迹可以表示为：

其中，A₂表示振幅，为初始横向摆动相位，ω表示横向摆动的角频率，θ₂为运动轨迹外接正矩形对角线与X轴的夹角，t为时间，δ₂为只加入快轴矫正驱动时，光纤摆动轨迹横向分量与纵向分量的相位差。快轴矫正为向垂直于快轴方向施加的电压驱动信号。

则最终合成的轨迹在X方向上的运动可以表示为：

式中：

Y方向上的运动同样的可以表示为：

式中：

假设则

因此，对于调节好的运动轨迹(A_y＝0)需满足下述几个条件：

A₁Sinθ₁＝＝A₂sinθ₂

当光纤摆动满足上述条件时，设定快轴驱动相位为0，由于/> 可以将/>简化为下式：

由上式可知，在此时刻下无法被计算，但可以利用上式对小信号变化进行相应的分析。又因为在实际使用情况下，A₁cosθ₁＞＞A₂cosθ₂，因此，/>可以简化为：

则最终X方向和Y方向运动的相位差

光纤在长时间扫描过程中，受驱动性能、电压波动等影响，会打破上述需满足的条件。为使得光纤运动轨迹能回到调节好的状态，即理想运动轨迹，需重新调节对应的矫正电压ΔA₂以及矫正相位Δα₂。tanδ可以表示为：

扫描显示单元的实时矫正需满足快速且不被人察觉的要求，在调节过程中不存在试错的机会，因此，在矫正前，需要对目前的运动轨迹的状态进行准确的判断。本发明实施例中，引入两个判别条件倾斜角以及旋向。如图2所示，为本发明实施例提供的运动轨迹的示意图，其中，X轴即快轴扫描方向，Y轴为慢轴扫描方向，本发明实施例中，偏离后的轨迹为椭圆，倾斜角是指椭圆长轴与X轴之间的夹角；旋向用于表征相邻两行信息(奇行和偶行)之间的位置关系。倾斜角的状态可以为正、为负或为0，旋向的状态可以为左旋、右旋或无旋向。理想运动轨迹是指所述显示信息的倾斜角为0，无旋向时的运动轨迹，此时的快轴运动轨迹为一条水平的直线，而偏离后的两行轨迹为椭圆，因此，本发明实施例中的图像矫正又称之为椭圆矫正。

在光纤扫描成像系统中，倾斜角ψ和旋向与X方向和Y方向运动的相位差δ有着密切的关系，可以表示为：

当0≤δ<π时，运动旋向为左旋，当π≤δ<2π时，运动旋向为右旋。利用上式，可以分别分析矫正驱动(驱动响应)变化和矫正相位变化对扫描显示单元的整体运动轨迹的影响。

矫正驱动(驱动响应)变化

在对矫正驱动的变化对运动轨迹的影响进行分析时，默认扫描显示单元的矫正相位未发生变化，Δα₂＝0，由于A₁sinθ₁＝A₂sinθ₂，则tanδ可以表示为：

由上式可知，当δ₁位于1，3象限时，tanδ>0；当δ₁位于2，4象限时，tanδ<0。因此，为了进一步判断δ所在象限，需要通过分子-ΔA₂sinθ₂sin(δ₁)进行更为准确的判断，式中sinθ₂一般为正值，通过判读可以得到如下表格。

表2

表2中，ΔA₂<0表示减小矫正驱动，ΔA₂>0表示增大矫正驱动，δ₁为快轴加入电压驱动后，快轴运动轨迹的横向分量与纵向分量的相位差。

矫正相位发生变化

在矫正相位变化对运动轨迹的影响进行分析时，默认扫描显示单元的矫正驱动及驱动响应未发生变化，则tanδ可以表示为：

由上式可知，当δ₁位于1，3象限时，tanδ<0；当δ₁位于2，4象限时，tanδ>0。因此，为了进一步判断δ所在象限，需要通过分子cos(δ₁)Δα₂进行更为准确的判断，通过判读可以得到如下表格，表3中，Δα₂<0表示减小矫正相位，Δα₂>0表示增大矫正相位。

表3

从表2和表3可以看出，扫描显示单元一般包括8种类别，类别号可以表示为1-8，对于不同类别的扫描显示单元，矫正驱动(驱动响应)变化和矫正相位变化对整体运动轨迹的影响具有不同的现象。举例来讲，对于类别号为8的扫描显示单元而言，在显示信息为理想运动轨迹时，显示信息的倾斜角为0，且无旋向；此时，若减小矫正驱动，则显示信息的倾斜角为正，旋向为右旋；若增大矫正驱动，则显示信息的倾斜角为负，旋向为左旋；若增大矫正相位，则显示信息的倾斜角为负，旋向为右旋；若减小矫正相位，则显示信息的倾斜角为正，旋向为左旋。

因此，可根据矫正驱动变化和矫正相位变化对整体运动轨迹的影响具有不同现象，预先设定扫描显示单元的矫正规则，如表1所示，然后，在扫描显示单元工作过程中，实时采集目前运动轨迹的状态，如果目前的运动轨迹发生了偏离，则根据预先设定的矫正规则，对其进行相应的调整矫正，使得运动轨迹往理想运动轨迹收敛。

表1

从表1可以看出，对于每一种类别的扫描显示单元，根据扫描显示单元的运动轨迹的状态，可以唯一确定出其对应的矫正规则。仍然以类别号为8的扫描显示单元进行举例说明，在采集到扫描显示单元的运动轨迹的状态时，如果显示信息的倾斜角为正，旋向为右旋时，则增大矫正驱动，由前述改变矫正驱动对整体运动轨迹的影响，增大矫正驱动，可以使显示信息的倾斜角变为负，旋向为左旋，因此，通过增大矫正驱动，可以使显示信息的倾斜角逐渐变为0，旋向逐渐变为无旋向；同理，如果显示信息的倾斜角为负，旋向为左旋，则减小矫正驱动；如果显示信息的倾斜角为负，旋向为右旋，则减小矫正相位；如果显示信息的倾斜角为正，旋向为左旋，则增大矫正相位。

本发明实施例中，在调节矫正驱动或者矫正相位时，可以对矫正驱动或矫正相位进行微调，使得偏离后的轨迹可以向理想运动轨迹收敛。

扫描显示单元类别标定

前述实施例中分析了不同类别的扫描显示单元对应的矫正规则，接下来，对如何标定扫描显示单元的类别进行说明。如图3所示，标定扫描显示单元的类别包括以下步骤。

步骤301，向所述扫描显示单元施加用于类别标定的信号。

其中，用于类别标定的信号可以为快轴驱动信号，也可以为快轴驱动信号和快轴矫正信号的叠加信号。

步骤302，采集所述扫描显示单元输出的显示信息，并判断所述显示信息的倾斜角和旋向的状态。

在步骤302中，可以通过对显示信息进行图像识别，以判断显示信息的倾斜角和旋向的状态。

步骤303，根据所述显示信息的倾斜角和旋向的状态，以及所述扫描显示单元的类别规律，标定所述扫描显示单元的类别。

本发明实施例中，扫描显示单元的类别规律包括不同状态的倾斜角和旋向与类别的对应关系，因此，可以直接根据扫描显示单元的倾斜角和旋向的状态，以及所述对应关系，确定扫描显示单元的类别。

本发明实施例中，通过预先对光纤扫描成像系统中的扫描显示单元的类别进行标定，并记录该扫描单元的类别号，使得在系统的后续使用过程中，可以直接根据扫描显示单元的类别和对应的矫正规则实现实时矫正。

本发明实施例中，扫描显示单元的类别标定可以在系统启动的初始化过程中进行，在后续图像矫正过程中，可以直接使用初始化过程中标定好的类别。在另一种可能的实施方式中，也可以在光纤扫描成像系统出厂之前标定好，作为出厂设置保存在系统中，在用户使用过程中，可以定期进行类别重新标定和更新，也可以根据用户指令进行重新标定和更新，本发明对此不做限制。

本发明实施例中，可通过如下两种方法对扫描显示单元的类别进行标定，在具体实施过程中，不限于以下两种方法。

在一种可能的实施方式中，由前述实施例中的分析可知，快轴加入电压驱动信号后，运动轨迹包括横向分量和纵向分量，因此，需要加入矫正信号对其轨迹进行矫正，并通过调节矫正信号，使扫描显示单元的最终的运动轨迹为理想运动轨迹，从而为后续标定过程做好准备。本发明实施例中，理想运动轨迹是指所述显示信息的倾斜角为0，无旋向时的运动轨迹，此时的快轴运动轨迹为一条水平的直线。然后，继续调节快轴矫正信号，调节方式可以为调节矫正驱动或调节矫正相位，其中，调节矫正驱动可以为增大矫正驱动或减小矫正驱动，调节矫正相位可以为减小矫正相位和增大矫正相位。

由前述实施例中对表2和表3的分析可知，扫描显示单元一般包括8种类别，类别号可以表示为1-8，对于不同类别的扫描显示单元，矫正驱动变化和矫正相位变化对整体运动轨迹的影响具有不同的现象。因此，根据步骤301和步骤302中，矫正驱动变化和矫正相位变化引起的倾斜角和旋向的变化，就可以确定扫描显示单元的类别，并记录每个扫描显示单元的类别号。举例来讲，在显示信息为理想运动轨迹时，显示信息的倾斜角为0，且无旋向；此时，若减小矫正驱动，显示信息的倾斜角变为正，旋向变为左旋，则判断出该扫描显示单元的类别为第2类；若减小矫正驱动，显示信息的倾斜角变为负，旋向变为右旋，则判断出该扫描显示单元的类别为第6类；若减小矫正驱动，显示信息的倾斜角仍然为0，旋向变为右旋，则判断出该扫描显示单元的类别为第7类。

本发明实施例中，通过任一种调节方式都可以唯一确定出扫描显示单元的类别，因此，除了减小矫正驱动外，也可以通过增大矫正驱动、减小矫正相位或者增大矫正相位来判断扫描显示单元的类别。在其他实施例中，为了增加类别判断的准确性，也可以组合减小矫正驱动、增大矫正驱动、减小矫正相位或者增大矫正相位其中的多种调节方式得出判断结果，或者通过多次减小矫正驱动或多个增大矫正驱动来得出判断结果，本发明实施例对此不做限制。

在另一种可能的实施方式中，由于快轴加入电压驱动信号后，运动轨迹并非理想运动轨迹，因此，可以直接通过加入电压驱动信号的后的显示信息的状态来进行标定。

前述实施例中对表2和表3的分析可知，扫描显示单元一般包括8种类别，类别号可以表示为1-8，如图4所示，图4为本发明实施例提供的不同相位差δ₁区间对应的运动轨迹的示意图，图4中，箭头表示光纤的扫描方向为从左向右扫描，还是从右向左扫描。对于不同类别的扫描显示单元，处于快轴驱动下时，通过显示信息的倾斜角和旋向可以判断参数δ₁属于哪个区间，然后根据δ₁的区间来确定扫描显示单元的类别。

本发明实施例中，显示信息的倾斜角和旋向，与相位差δ₁之间的对应关系如表4所示。

表4

举例来讲，假设扫描显示信息输出的显示信息的倾斜角为负，旋向为左旋，则根据表2中的对应关系，可以确定该扫描显示单元的类别为第4类；又例如，假设扫描显示单元输出的显示信息的倾斜角为正，旋向为右旋，则根据表2中的对应关系，可以确定该扫描显示单元的类别为第8类。

前述两种实施例中，由于引入了两个判别条件倾斜角以及旋向，因此，对倾斜角和旋向的判断也是实现本发明实施例方案，对扫描显示单元进行标定的关键部分。

对倾斜角的判断

对倾斜角的判定方式有多种，可以通过曲线拟合、分区比较和特征提取中的一种方式进行判断，也可以采用多种方式组合进行判断，本发明实施例中对分区比较这种判断方式进行说明，其余用于椭圆轨迹矫正的图像识别方式均属于本方案保护对象。

设定扫描显示单元显示相邻两行的信息一致(一般来说其均为白色信息即可)，本发明实施例中，在对扫描显示单元进行标定时，可以采用可见光进行标定，也可以采用不可见光(如红外光)进行标定。理想状态下，可得到如图5中的(a)所示的图样，当其运动轨迹发生变化时，得到例如如图5中的(b)所示的显示图样，利用相机对显示信息进行对应的采集，判断采集图像不为零的边缘坐标点(x_min,y_min)和(x_max,y_max)(坐标系已通过计算转换到实际使用的世界坐标系下)，通过坐标点将图像区域均分为4个部分，本发明实施例中，可以将图像区域划分为呈田字形分布的4个部分。本发明实施例中，由于每个像素点的值都一样，所以区域内像素值的多少可以反映区域内像素点的数量。以2、4部分为例进行说明，首先，分别计算2、4部分所含像素值总和，若第2部分所含像素值总和高于第4部分，则倾斜角为正，若第2部分所含像素值总和等于第4部分所含像素值总和，则倾斜角为0，若第2部分所含像素值总和低于第4部分所含像素值总和，则倾斜角为负。同理，也可通过计算1、3部分所含像素值总和进行判断。

对旋向的判断

对旋向的判定方式有多种，本发明实施例中对其中一种判断方式进行说明，其余用于椭圆轨迹矫正的图像识别方式均属于本方案保护对象。

设定扫描子单元显示相邻两行的信息不一致，相邻的两行信息分别为奇行和偶行，扫描显示单元从左至右扫描输出的行为奇行，扫描显示单元从右至左输出的行为偶行。在对扫描显示单元进行标定时，可以采用可见光进行标定，也可以采用不可见光(如红外光)进行标定，并且，需要采用具有区分性的两行显示信息来实现标定。对于可见光，可以设定两行显示信息的颜色信息不一致，长度不一致或显示区域不一致；对于不可见光，可以设定两行显示信息的灰阶信息不一致、长度不一致或显示区域不一致，如图6所示。其中，显示区域不一致是指奇行和偶行在快轴方向上的显示区域不同，如图6所示，奇行位于右侧，偶行位于左侧。

本发明实施例中，以颜色信息不一致的情况对该方法进行说明，假设颜色深的奇行为红色，颜色浅的偶行为绿色，当运动轨迹发生变化，不同颜色的运动轨迹会发生如图7所示的变化。通过相机拍摄变化后的轨迹，并对变化后的轨迹进行判断，判断奇行和偶行的位置即可。若奇行与偶行不相邻，且奇行位于偶行下端，则判断出显示信息的旋向属于左旋，若奇行与偶行位置无变化，仍然紧邻，则属于无法判断旋向，即显示信息无旋向，若偶行与奇行不相邻，且偶行位于奇行下端，则判断出显示信息的旋向属于右旋。

椭圆实时矫正

本发明实施例中，预先标定好每个扫描显示单元的类别后，在进行椭圆实时矫正时，可以根据预先每个扫描显示单元的类别及其对应的矫正规则，对扫描显示单元的运动轨迹进行矫正。

请参考图8，图8为本发明实施例提供的图像矫正方法的流程示意图，该方法应用于光纤扫描成像系统中，光纤扫描成像系统包括多个扫描显示单元，多个扫描显示单元输出的显示信息通过拼接形成完整的投影画面。所述光扫描成像系统中存储有扫描显示单元的矫正规则，所述矫正规则包括所述扫描显示单元输出的显示信息的倾斜角和旋向的状态，以及不同倾斜角和旋向状态对应的矫正信号的调节规则；所述方法包括以下步骤。

步骤801，针对每个所述扫描显示单元，采集所述扫描显示单元输出的矫正显示信息，并对所述矫正显示信息进行图像识别，判断所述矫正显示信息的倾斜角和旋向。

理想运动轨迹是指所述显示信息的倾斜角为0，无旋向时的运动轨迹，此时的快轴运动轨迹为一条水平的直线，而偏离后的两行轨迹为椭圆，如图2所示，为显示信息的运动轨迹的示意图，图2中，倾斜角为正、旋向为右旋。

步骤802，根据所述矫正显示信息的倾斜角和旋向，确定所述扫描显示单元的调节规则。

由于预先设定了扫描显示单元的矫正规则，所述矫正规则包括所述扫描显示单元输出的显示信息的倾斜角和旋向状态，以及不同倾斜角和旋向的状态对应的矫正信号的调节规则。因此，在通过步骤801判断出显示信息的倾斜角和旋向后，可以根据预先设定好的矫正规则直接进行矫正。

步骤803，根据所述调节规则，调节所述扫描显示单元的矫正信号。

步骤804，每调节一次矫正信号，采集所述扫描显示单元输出的矫正显示信息，并判断所述矫正显示信息是否满足预设条件。如果不满足，则继续执行步骤803；如果满足，则执行步骤805，结束当前图像矫正。本发明实施例中，每调节一次矫正信号，就重新采集扫描显示单元输出的矫正显示信息进行判断，直到矫正显示信息满足预设条件。

步骤805，停止调节所述矫正信号，记录调节后的矫正信号，根据调节后的矫正信号进行图像矫正。

本发明实施例中，在对矫正显示信息的状态进行判断时，预设条件可以设置为以下两种情况中的一种或多种组合。

第一种情况，所述预设条件是指所述矫正显示信息的倾斜角为0，且所述矫正显示信息无旋向。

本发明实施例中，预设条件可以为矫正显示信息的倾斜角为0，且无旋向，此时的快轴运动轨迹为一条水平的直线。在其他实施例中，也可以设定预设条件为矫正显示信息的倾斜角小于一个角度阈值，该角度阈值可以根据经验值进行设置，使得运动轨迹的偏离程度很小，人眼无法察觉，不影响观看体验。

第二种情况，所述预设条件是指所述矫正显示信息的倾斜角为0，且所述矫正显示信息的开口度为0。

其中，所述矫正显示信息的开口度是指所述矫正显示信息的最小面积外包围矩形的宽d，如图9所示，图9中的矩形为矫正显示信息的细小面积外包围矩形。当倾斜角为0，且开口度也为0时，快轴运动轨迹为一条水平的直线。同样的，在其他实施例中，也可以设定预设条件为矫正显示信息的倾斜角小于一个角度阈值，开口度小于一个开口度阈值，该角度阈值和开口度阈值可以根据经验值进行设置，使得运动轨迹的偏离程度很小，人眼无法察觉，不影响观看体验。

在其他实施例中，在对矫正显示信息的状态进行判断时，还可以对矫正显示信息的其它状态参数进行判断，本发明对此不做限制。

本发明实施例中，在实际观看时，通过矫正显示信息的倾斜角和旋向，以及预先标定好扫描显示单元和类别和不同类别对应的矫正信号的调节规则，直接调节扫描显示单元的矫正信号，该矫正方法不存在试错步骤，根据矫正规则，可以使偏离后的轨迹直接向理想运动轨迹收敛，特别适合用户观看过程中的实时调节。

本发明实施例中，矫正规则如前述实施例中的表1所示，本说明书在此不再赘述。

在一种可能的实施方式中，矫正显示信息为红外波段信息；所述光纤扫描成像系统包括红外采集装置，在采集所述扫描显示单元输出的矫正显示信息时，通过所述红外采集装置采集所述矫正显示信息。由于红外波段信息不在人眼观察波段范围内，因此，采用红外波段信息不会对图像光信息造成干扰，使得本方案适合用户观看过程中的实时调节。

本发明实施例中，在采用红外波段信息进行实时矫正时，激光器组除了R、G、B三色激光器外，还包括红外I激光器，R、G、B、I激光器发出的光束经由合束单元合束为一束激光耦入至传输光纤中，由于矫正显示信息和图像显示信息由同一根光纤扫描输出，因此，通过对矫正显示信息进行采集和矫正，就可以实现图像显示信息的矫正。

本发明实施例中，椭圆实时矫正和扫描显示单元类别标定的过程中，判断倾斜角和旋向的原理大致相同，本说明书在此不再赘述。需要说明的是，由于椭圆实时矫正中采用红外波段信息，因此，在判断倾斜角时，矫正显示信息可以采用单色信息；在判断旋向时，矫正显示信息可以是两行灰阶不同的信息替换两行颜色不同的信息，当然，两行信息也可以为长度不一致或显示区域不一致。

接下来，以矫正显示信息为红外波段信息为例对椭圆实时矫正方法进行说明。

在光纤扫描成像系统中，对于每一个扫描显示单元，其光源包括R、G、B、I光源，R、G、B光源输出图像显示信息，I光源输出矫正显示信息，R、G、B、I光源输出的光合束为一束激光耦入至传输光纤中，再由致动器带动光纤扫描输出。如前述实施例中所述，在判断倾斜角时，矫正显示信息可以为两行相邻的单色信息，而在判断旋向时，矫正显示信息为相邻的两行不一致的信息，因此，可以设定I光源输出四行信息，分别用于判断倾斜角和旋向。

在一种可能的实施方式中，为了避免前两行信息和后两行信息偏离之后相互干扰，前两行显示信息和后两行显示信息之间可以间隔一定距离。

在R、G、B、I光源输出图像显示信息和矫正显示信息后，通过光纤扫描成像系统中的一个红外采集装置采集所有扫描显示单元的矫正显示信息，对矫正显示信息进行图像识别，判断矫正显示信息的倾斜角和旋向的状态，然后，结合前述实施例中表1中不同类别的扫描显示单元的调节规则，调节矫正信号。

举例来讲，假设扫描显示单元的类别为第2类，采集到该扫描显示单元输出的矫正显示信息的倾斜角状态为正，旋向状态为左旋，则确定调节规则为增大矫正驱动；又例如，假设扫描显示单元的类别为第7类，采集到该扫描显示单元输出的矫正显示信息的倾斜角状态为正，旋向状态为无旋向，则确定调节规则为增大矫正相位。

每调节一次矫正信号，重新采集该扫描显示单元输出的矫正显示信息，并对矫正显示信息的倾斜角和旋向的状态进行判断，直倾斜角和旋向满足预设条件。本发明实施例中，以预设条件为倾斜角为0，旋向为无旋向为例进行说明，则在倾斜角为0，旋向为无旋向时，停止调节，而倾斜角和旋向中的任一个不满足预设条件时，都需要继续进行调节。

本发明实施例中的方案，由于采用不可见光作为矫正显示信息，且在矫正过程中，不存在试错步骤，特别适合在用户观看过程中进行实时矫正。在其他实施例中，也可以在系统初始化过程中进行矫正，或者在用户观看过程中进行周期性矫正(即每间隔一段时间进行一次矫正)，又或者根据用户输出指令进行矫正，本发明对此不做限制。本发明实施例中，以实时矫正为例进行说明。

本发明实施例中，每个扫描显示单元的初始化过程中的投影矫正是相互独立的，且互不干扰。

对于光纤扫描成像系统而言，一般包括多个扫描显示单元，通过多个扫描显示单元各自输出的子图像拼接在一起形成一幅完整的图像。各个扫描显示单元中的光纤扫描器可以呈阵列式分布，在进行投影矫正时，光纤扫描器阵列需要按照隔行隔列的方式进行矫正，从而避免相邻光纤扫描器输出的图像之间的干扰，保证矫正的准确性。举例来讲，假设光纤扫描器阵列为4*4阵列，则在第一次矫正时，可以对第一行和第三行中，位于第一列和第三列的光纤扫描器进行矫正，第二次矫正时，可以对第一行和第三行中，位于第二列和第四列的光纤扫描器进行矫正，第三次矫正时，可以对第二行和第四行中，位于第一列和第三列的光纤扫描器进行矫正，第四次矫正时，可以对第二行和第四行中，位于第二列和第四列的光纤扫描器进行矫正，从而隔行隔列完成投影矫正。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种光纤扫描成像系统，如图10所示，图10为本发明实施例提供的光纤扫描成像系统的示意图；该光纤扫描成像系统1000包括多个扫描显示单元1001、处理器1002和计算机可读存储介质1003，所述计算机可读存储介质1003上存储有计算机程序和所述扫描显示单元的矫正规则，所述矫正规则包括所述扫描显示单元输出的矫正显示信息的倾斜角和旋向的状态，以及不同状态对应的矫正信号的调节规则；当所述计算机程序被所述处理器1002执行时，使得所述处理器1002执行上述任一实施例中的方法。

本发明实施例中的光纤扫描成像系统可以应用至各种投影显示设备中，如：AR(英文全称：Augmented Reality；中文名称：增强现实)设备、激光电视、激光投影仪等等，其应用十分广泛。

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

1.一种图像矫正方法，应用于光纤扫描成像系统中，所述光纤扫描成像系统包括多个扫描显示单元，多个所述扫描显示单元输出的显示信息拼接形成投影画面，其特征在于，所述光纤扫描成像系统中存储有所述扫描显示单元的矫正规则，所述矫正规则包括所述扫描显示单元输出的矫正显示信息的倾斜角和旋向的状态，以及不同状态对应的矫正信号的调节规则；所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述倾斜角的状态包括正、负和0，所述旋向的状态包括左旋、右旋和无旋向；所述矫正信号的调节规则包括增大所述矫正信号的矫正驱动、减小所述矫正驱动、增大所述矫正信号的矫正相位和减小所述矫正相位。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述矫正显示信息包括相邻的两行信息，所述两行信息中所有像素的像素值相同，判断所述矫正显示信息的倾斜角的状态，包括：

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述矫正显示信息包括相邻的奇行和偶行，所述奇行和所述偶行的显示信息不一致，所述奇行是指所述扫描显示单元从左至右扫描，所述偶行是指所述扫描显示单元从右向左扫描；

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述奇行和所述偶行的显示信息不一致为以下任一种情况或多种情况组合：

所述奇行与所述偶行的灰阶信息不同；或

所述奇行与所述偶行的显示长度不同；或

所述奇行与所述偶行在快轴方向上的显示区域不同。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述扫描显示单元包括8种类别；所述矫正规则如表1所示，其中，ψ为倾斜角；

表1

。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设条件为以下两种情况中的一种或多种组合：

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述矫正显示信息为红外波段信息；所述光纤扫描成像系统包括红外采集装置，在采集所述扫描显示单元输出的矫正显示信息时，通过所述红外采集装置采集所述矫正显示信息。

10.一种光纤扫描成像系统，包括多个扫描显示单元、处理器和计算机可读存储介质，多个所述扫描显示单元输出的显示信息拼接形成投影画面，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序和所述扫描显示单元的矫正规则，所述矫正规则包括所述扫描显示单元输出的矫正显示信息的倾斜角和旋向的状态，以及不同状态对应的矫正信号的调节规则；当所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-9中任一项所述的方法。