CN1902508A - 使用彩色激光投影显示器获取图像的方法和设备 - Google Patents

Abstract

通过使用光二极管(LPD)，提供一种用来获取的图像的方法和设备。在全彩色LPD照相机中，三个激光器(红色、蓝色和绿色)被布置来扫描图像和接收从它反射的激光。反射的激光可被分析和被组装成图像。LPD也可被使用来显示图像、用作为取景器工作、打印图像、用作为测距器工作等等。

Description

使用彩色激光投影显示器 获取图像的方法和设备

技术领域

本发明总的涉及电子显示器，更具体地，涉及激光投影显示器及其作为图像获取装置的使用。

背景技术

电子照相机在历史上曾经有许多缺点，包括高成本、缺少持续性、大小、重量、有限的灵活性等等。而且，传统的照相机典型地依靠闪光灯单元提供适当的照明。这些闪光灯单元一般非常消耗电池功率，这往往缩短照相机的电池寿命，并使得它不太有用的。而且，摄影者在拍摄每张照片之前常常必须等待电池给闪光灯单元充电。再者，闪光灯单元的使用产生许多不想要的副效应，包括使照相失真和破坏的反射。

另外，电子照相机典型地采用一个或多个显示屏幕，用于观看图像或作为取景器。这些屏幕增加照相机的总的成本，在直接日光下常常是很难观看的，以及容易损坏和发生故障。

本发明的目的是克服或至少减小上述的一个或多个问题的影响。

发明内容

在本发明的一方面，提供用于获取图像的方法。该方法包括用激光在物体上扫描；周期地接收从物体反射的激光；以及把反射的激光排列成图像。

附图说明

通过参考结合附图描述的以下的说明可以了解本发明，图上相同的标号表示相同的单元，以及其中：

图1是本发明的一个实施例的顶视图的一种形式的框图；

图2是图1所示的观看面的一种形式的图；

图3A和3B显示在扫描装置工作期间在各种时间扫描装置的顶视图；以及

图C-1到C-17显示采用LPD的图像获取装置的各种方面。

虽然本发明易于进行各种修改和替换的形式，本发明的具体的实施例作为例子在附图上显示以及在这里详细地描述。然而，应当指出，这里的具体的实施例的说明不打算限制公开的具体的形式，而相反，本发明包括属于由所附权利要求规定的本发明的精神和范围的所有的修改、等价物和替换例。

具体实施方式

下面描述本发明的说明性实施例。为了清晰起见，在本技术说明书中不描述实际的实施方案的所有的特性。当然，应该意识到，在任何这样的实际的实施例的开发中，必须作出许多实施方案特定的决定，达到开发者的特定的目标，诸如遵从系统有关的和商业有关的约束条件，这些条件是随不同的实施方案而不同的。而且，应该意识到，这样的开发努力可能是复杂的和费时的，但无论如何，它是从本公开内容获益的本领域技术人员担负的例行程序。

以下的共同待决的申请整体地在此引用以供参考：Mik Stern等，“Method and Apparatus for Aligning a Plurality of Lasers in anElectronic Display Device”；Mik Stern等，“Method and Apparatus forControllably Reducing Power Laser Projection Display”；NarayanNambudiri等，“Method and Apparatus for Displaying Information inAutomotive Applications Using a Laser Projection Display”；NarayanNambudiri等，“Method and Apparatus for Providing an InterfaceBetween a Liquid Crystal Display Controller and a Laser ProjectionDisplay”；Paul Dvorkis等，“A Color Laser Projection Display”；FredWood等，“Method and Apparatus for Conserving Power in a LaserProjection Display”；Ron Goldman等，“A Laser Projection Display”；Carl Wittenberg等，“Method and Apparatus for ControllablyCompensating for Distortions in a Laser Projection Display”；和Dmitriy Yavid等，“Method and Apparatus for ControllablyModulating a Laser Projection Display”。

现在转到附图，具体参照图1，图上显示按照本发明的一个实施例的激光投影显示器(LPD)100的一种形式的框图。在说明性实施例中，LPD 100包括三个激光器102，104，106，每个能够发射光束108，110，112，包含独特的颜色，诸如红色、绿色或蓝色。本领域技术人员应该意识到，激光器和从它反射的光的颜色的数目可以变化，而不背离本发明的精神和范围。

激光器102，104，106被安排在公共面114上，光束108，110，112在角度上互相相对地被引导以投射在诸如第一扫描反射镜118的第一扫描装置的基本上共同的位置116，这些光束从该位置反射成为光束120，122，124。在说明性实施例中，第一扫描反射镜118以相对较高的速率(例如，约10-30kHz)在轴120上振荡。第一扫描反射镜118的旋转或振荡使得光束108，110，112移动。也就是，当第一扫描反射镜118的角度位置改变时，来自第一扫描反射镜118的光束120，122，124的反射的角度也改变。因此，随着反射镜振荡，反射的光束120，122，124被扫描，造成光束120，122，124沿二维显示器的一个分量的运动。

二维显示器的第二分量通过诸如反射镜126的第二扫描装置产生。在说明性实施例中，第二反射镜126在枢轴点130处被耦合到马达128，以便产生围绕基本上垂直于第一反射镜118的旋转轴的轴的旋转或振荡运动。光束120，122，124从第二反射镜126被反射出成为光束132，134，136，以及引导到观看面138。观看面138可以取各种各样形式的任何形式，而不背离本发明的精神和范围。例如，观看面138可以是固定的屏幕，它可以由激光器102，104，106照射的正面光或背光，以及可被包含在对于LPD 100共同的外壳中(未示出)，或者替换地，观看面138可以取任何方便的、通常的平表面的形式，诸如与LPD100间隔开的壁或屏幕。

第二反射镜126，与第一反射镜118的速率相比较，以相对较慢的速率(例如约60Hz)振荡或旋转。因此，应该意识到，如图2所示，光束132，134，136通常遵循在显示器表面138上的路径140。本领域技术人员应该意识到，路径140在形状和概念上类似于在阴极射线管电视机和计算机监视器中通常采用的光栅扫描。

虽然本发明在这里是在采用分开的第一和第二扫描反射镜118，126的实施例方面描述的，但本领域技术人员应该意识到，类似的路径140可以通过使用单个反射镜被产生。单个反射镜能够围绕两个旋转轴移动，提供沿两个正交轴的快的和慢的振荡运动。

类似地，控制器和两个扫描反射镜118与126的机械装置可被设计成产生从路径140旋转90度的光栅图案，即取代从观看屏幕132的顶部到底部的水平光栅线，图案将包含从观看屏幕的左面到右面的垂直光栅线。

正如从图1看到的，由于激光器102，104，106的角度位置，即使在激光器102，104，106被机械地和光学地安排成在同一个平面内以及在反射镜118上的同一点(在旋转轴120上)传递光束108，110，112，每个光束具有不同的反射角，这使得光束120，122，124发散。控制器142被提供来可控制地给激光器102，104，106供应能量，有效地使得光束120，122，124共线，这样，它们可被第二反射镜126反射出，并且被传送到观看面138的同一点，与观看面138离第二反射镜126的距离相对独立。

现在转到图3A和3B，讨论使得光束120，122，124共线的控制器142的操作。为了简化讨论，图3上只显示两个激光器102，104，但本领域技术人员应该意识到，这里讨论的概念可被扩展到三个或多个激光器，而不背离本发明的精神和范围。如图3A所示，如果激光器102，104被同时供应能量，则反射的光束120，122发散。然而，如图3B所示，如果激光器102，104以稍微不同的时间被供应能量，则反射的光束120，122可被做成遵循单个共同的路径(即，光束120，122共线)。例如，如果激光器102在第一时间t1被供应能量，则反射镜118将处在第一位置，如实线表示的，以及光束108将被反射镜118反射出成为光束120。随后，如果激光器104在第二时间t2被供应能量，则反射镜118将处在第二位置，如虚线表示的，以及光束110将被反射镜118反射出成为光束122。通过精确地控制时间t2，反射镜118将处在一个位置，以便精确地沿着与光束120基本上相同的路径反射光束122。

因此，通过控制器142的操作，光束120，122基本上是共线的，但时间上稍微偏移。也就是，光束120，122现在被投影到显示面138上基本上同一个点，但在稍微不同的时间。然而，由于人的眼睛的视觉暂留，时间上的变化是检测不到的。也就是，在图1所示的三激光器系统的情形下，每个激光器102，104，106将把独特的颜色和强度的激光在相对较短的时间窗口内可控制地传递到观看面132上基本上同一点。人的眼睛将检测不到三种分开的颜色，而是将觉察三个光束的混合，这样，协调的和想要的色调出现在观看面上的该点。本领域技术人员将会意识到，这个处理过程可以沿路径140重复多次，重新创建在观看面132上的图像。应当意识到，LPD 100可以在显示器模式或照相机模式下被使用。下面更详细地讨论这些模式。

转到图1，光检测器144被安排来接收从观看面138反射的激光。光检测器144可以取各种各样形式的任意形式，包括单个光敏单元或被排列成网格的多个光敏单元。在某些实施例中，包括机械/光学系统146来把反射的激光聚焦到光检测器144，可能是有用的。

光检测器144经由线148被耦合到控制器142。表示由光检测器144检测到的反射的激光的幅度的信号可以在线148上被传送到控制器142。在某些情形下，诸如当光检测器144由光传感器或光敏单元的网格或阵列组成时，也输送有关反射的激光的位置的信息可能是有用的。如下面更详细地讨论的，控制器142可以使用有关反射的激光的幅度的信息，一般地确定激光器的传输路径内的条件，诸如被人或物体阻断。控制器142可以使用有关这样的事件的信息来构建图像，或确定观看面是否被触摸。也就是，可使观看面为“触摸敏感的”，因此可以提供来自操作员的一种反馈。该信息也可以被控制器使用来校准和细调节两个扫描反射镜的任何频率漂移，这样，图像将保持会聚的。

控制器142可以在观看面上显示按钮或其它可访问的图标，以及如果控制器142检测到显示按钮的那个部分的观看面被接触，则控制器142可以采取响应行动。例如，控制器142可以显示图标，以及如果控制器142检测到用户接触该图标，则控制器142可以执行与该图标有关的功能。同样地，通过把适当地配置的或加标签的图标显示在观看面上，可以实施许多其它功能。

图C-1显示根据激光投影显示器的激光照相机的工作原理，诸如上述的实施例，或在被配置成激光在物体上扫描的其它LPD中。激光被光学装置聚焦成在离聚焦的激光器模块C-107某个距离上具有最小的光点(光腰)。从聚焦的激光器模块C-107发射的激光束C-100被扫描器C-101和C-102在两个正交方向上扫描，创建在物体C-103上的光栅图案。有两种基本工作模式：1)显示模式；和2)照相机模式。当装置处在显示模式时，激光被调制，而同时被扫描，投影显示图像。在照相机模式下，激光束在物体上扫描。被物体拦截的激光束将被散射，而没有被物体拦截的扫描的激光束将继续传播。透镜C-104收集被物体C-103散射的光，并把收集的光传递到光敏感的光二极管C-105。由光二极管C-105生成的电信号然后由信号调节与处理电子装置C-106放大、采样和处理。所以，不是如在传统的照相机中在一个单个时间以并行模式获取物体，激光照相机以串行模式一次一个像素地获取物体。另一个重要的区别是，在传统的照相机中图像由照相机透镜“观看”。在激光照相机中，图像通过扫描激光图案被“观看”。以上的部件都被包装在一个平台上成为可被嵌入到大的系统中的激光照相机模块。应当指出，取代分别在一个方向上扫描的两个扫描器，可以使用扫描两个方向的双轴扫描器，正如上面讨论的。取代信号收集透镜C-104，可以使用信号收集反射镜。

聚焦和分辨率

激光束被聚焦，以使得光束发散角线性地正比于距离。由于扫描光栅的尺寸对于给定的扫描角也线性地正比于距离，有可能适配于在任何距离的扫描线上保证数目的激光的点C-115。这是在任何线上照相机的光分辨率。见图C-2。具体地，光分辨率是：

公式1

其中N是光分辨率，z是离激光照相机的距离，□是扫描角，w₀是激光束光腰直径，λ是激光波长，以及量4λ/πw₀是激光束发散度。通常，扫描反射镜面积近似等于或大于w₀，这样，光束不被截断，增加光束衍射角(减小分辨率)和减小激光功率。从以上的表达式，可以看到，扫描角越大或扫描面的尺寸越大，则波长越短，可达到越高的光分辨率。

在以上方面，激光照相机可以具有无穷大焦距，只要由信号收集系统收集到足够的能量。这个焦距因此可以比起常规的胶卷或CCD/CMOS照相机的焦深长得多。通过在装置中加上焦距调节机构，激光束可被重新聚焦或自动聚焦，或者进一步扩展聚焦范围或者达到在离激光照相机任何距离处不同的分辨率。

在优选实施例中，一个扫描器以高速度振荡，另一个扫描器以较低的速度振荡。低速度扫描器的振荡频率应当是至少50Hz(20ms或更短的持续时间)，以减小或避免显示图像的闪烁。当装置仅仅被用作为照相机而不作为显示器时，它可以以较低的速度振荡。照相机的线数(线分辨率)由两个正交扫描器的振荡频率的比值确定。例如，如果一个扫描器以20kHz振荡以及另一个扫描器以50Hz振荡，则有可能在光栅中生成800条来回扫描线。由于激光二极管具有快速响应，有可能以几百兆赫速率给激光二极管加脉冲，生成具有VGA(640×480)或更高的分辨率的图像或获取。

通常，高速扫描器是谐振扫描器并且它的振荡频率是固定的。低速扫描器通常是非谐振的，或是被驱动到偏离谐振的，因此它的振荡频率在工作时是可改变的，达到不同的线分辨率。例如，如果一个扫描器以20kHz振荡以及另一个扫描器的振荡频率被改变为20Hz而不是50Hz，则可以生成2000线。应当指出，取决于打算的应用，有可能改变一个或多个扫描器的频率，以便改变照相机分辨率或格式。相反，当物体在运动时，如果需要的话，低速度扫描器可被加速，以使得获取时间被缩短。例如，假设使用20kHz高速反射镜的话，如果低速度反射镜以100Hz振荡，激光照相机可以以10ms获取一帧，以及线分辨率成为400。

光分辨率、激光器的调制速度、两个扫描器的振荡频率、以及光二极管采样得有多快，决定了激光照相机的总的分辨率。

信号强度

由光二极管获取的信号的强度取决于从物体散射回多少光。物体越是反射的，接收的信号强度越高。另外，物体离激光照相机越近，信号强度越高，因为收集的光与距离的平方成反比。即，

公式2

$P\_\mathrm{received}=\frac{R\_\mathrm{object}*P\_\mathrm{transmitted}*A\_\mathrm{received}}{\mathrm{\π}*z^2}$

其中P_received是接收的功率，R_object是物体的反射率，P_transmitted是从激光照相机发射的激光功率，A_received是光收集面积的大小，以及z是物体离激光照相机的距离。

应当指出，光二极管可以不带透镜地被使用，它仍旧能够收集从物体散射的光。大于光二极管的透镜可以收集更多的光，因此它提供更多的信号。而且，透镜限制光二极管的视场(FOV)，所以，它减小由于环境光造成的光二极管散弹噪声。有可能以高的频率给激光器加脉冲，这样，可以减小环境光。通常，光二极管被放置在扫描的激光束的直接反射路径以外，以避免饱和。

变焦/剪切

除了提供更多的信号以外，靠近激光照相机的物体占用光栅图案的较大的部分，并且所生成的图像的空间频率变得较低。见图C-5。当物体C-110远离激光照相机模块C-108时，扫过物体的单个激光线生成在图C-5的上部的持续时间b-c的窄脉冲。当物体C-110较靠近激光器模块时，同一个激光线扫过物体花费较长的时间，生成较长的持续时间的脉冲(较慢的频率)。通过分析图像，有可能推论物体是靠近还是远离激光照相机。这个信息然后可被使用来控制激光照相机设置值，这样，它具有双或多测距能力。例如，可以提高电子装置的增益，以放大来自离得远的物体的接收信号，这样，总是能保证所需要的最小信号噪声比。替换地，可以减小增益，以使得光二极管不会由于从表面散射回的强信号而饱和。

来自获取的图像的信息，诸如信号幅度和空间频率，以及由图像占用的扫描线的总量，可被使用来在激光照相机中提供变焦或广角功能。例如，如果物体是远离的，则控制机制可以自动减小扫描角，以使得物体现在占用扫描图案的更大的部分。这是常规照相机的变焦等价物。相反，如果物体是靠近的，则可以把扫描角增加到广角模式。值得从公式1所示的分辨率表达式指出的是，光分辨率仅仅依赖于扫描角、反射镜尺寸，以及反比地依赖于激光器波长。通过减小扫描角，以及甚至重新调节聚焦的激光点，光分辨率将减小。除了改变扫描角和/或激光器光点尺寸以外，扫描器的振荡频率，优选地慢扫描器的振荡频率也必须改变。

代替减小扫描角和重新聚焦，有可能在光路径上放置包含具有适当的光功率比的透镜对的光束减小器，以便在改变激光器光点尺寸的同时减小投射角，而不减小光分辨率，如图C-8所示。也可以使用f-θ透镜，如图C-8a所示。而且，透镜对可被叠并成具有适当的光的功率和表面形状的一个透镜，或一个反射镜，以及被放置在相对于扫描反射镜的特定的位置，以便同时改变投射角和激光光点尺寸，而同时保持光分辨率。见图C-8b。

在某些情形下，希望从物体的背景中剪切或加亮物体。这可以通过使用激光照相机容易地达到，因为背景信号具有与图C-6所示的不同的幅度，其中树是远离物体和与树相关联的接收信号具有较低的幅度。因此，树可被识别、剪切或加亮。

颜色

如上所述，激光照相机的操作是通过在物体上扫描激光束，以及透镜/光二极管收集从物体散射的激光进行的。由物体的暗区域拦截的激光大多数被吸收，而亮的区域散射激光。取决于物体上的颜色，或多或少的激光被散射。值得指出的是，从白色区域和从具有与激光束相同颜色的区域散射回的激光的量可以是非常相似的。如果有的图像区域邻近白色区域并具有与激光束相同的颜色，则两个区域可能成为不可区分的。这可被利用来获取和显示彩色图像。通过使用不同颜色的多个激光器，比如说红色、绿色和蓝色，以及顺序接通激光器，有可能从三个获取的图像推论和重新构建彩色图像。具体地，当使用红色激光照射时，来自红色和白色区域的获取的图像具有高的信号幅度；当使用绿色激光照射同一个物体时，绿色和白色区域具有高的信号幅度；以及对于蓝色激光等等。如图C-7所示，当包含不同颜色的区域的物体被红色激光获取时物体的红色圆圈和白色三角形散射大量红色光，重新构建的中间的图像显示红色圆圈和红色三角形。接着，物体被绿色激光器扫描。这时，中间的重新构建的图像具有绿色方形和三角形。当蓝色激光器扫描物体时，具有蓝色矩形和蓝色三角形的中间的图像被重新构建。图C-7上的三个上部的图像是分别由红色、绿色和蓝色激光器获取的中间的图像。分析这三个中间图像允许重新构建原先的彩色物体，如图C-7的下部图像所示。

多颜色激光照相机的另一个使用是工业条形码读出应用，诸如在仓库中包装的检选和分类，其中条形码读出速度是关键的以及环境是多噪声的。传统的条形码读出器以30线扫描/秒工作。能发声的峰鸣器和/或LED提供反馈：读出是成功的。然而，峰鸣器在多噪声的仓库环境中通常是听不到的。提供可看见的反馈的LED物理地在条形码读出器上，这意味着，操作员必须把目光从处在远距离的条形码目标移到观看在近处的LED。普通人把目光从条形码重新聚焦到LED，然后再回到条形码要花费几秒时间，这减小包装检选操作的吞吐量。相反，使用30kHz扫描器的激光照相机可以以40,000线扫描/秒工作。使用红色激光器扫描条形码和把绿色激光投射到条形码目标表示成功的扫描，条形码读出操作可以大大地加速。在另一个使用模式，绿色激光器可以把识别标记投射到包装上，用于分类用途。

自照明和不用取景器

激光照相机的一个特性是生成的激光束提供自照明，它可以在低的环境照明条件下或甚至在夜里进行拍照。由于激光照相机模块C-108可以投影图像，所以它也可以投影瞄准图案。见图C-3。激光照相机在给物体拍照之前把瞄准图案C-109投影在物体C-110上，消除分开的取景器。而且，在获取图像时，设备还可以把它获取的内容投射到作为激光照相机外壳C-112的一部分的屏幕C-111上。这可以通过插入一对反射镜C-113，或棱镜而完成，其折叠激光束并把屏幕C-111上的图像投射到交替的帧上。代替插入反射镜和交替用于获取的帧和用于显示的帧，可以在扫描的激光路径上插入光束分割器，以使得同时发生获取的和投影的帧。当然，有可能把光栅图案的一部分投影到物体上，以及把光栅的另一部分投影到屏幕上，以投影获取的图像。显示的图像可以在拉出的屏幕C-114的两个面上观看，这样，被拍照的个人也可以观看图像(自己的照片)。自己的照片图像可以电子地或光机械地翻转(例如，藉助于反射镜)，这样，被拍照的个人和正在拍照的个人具有相同的视图和取向。见图C-4。在图C-4上，显示折叠的反射镜用来以非常尖的角度投影到拉出的屏幕C-114上。几何关系规定在不垂直于投影方向的屏幕上投影的图像将呈现几何失真，在投影显示工业中通常称为“梯形畸变”。例如，矩形变为梯形。由于到屏幕的投影角是已知的，有可能通过预失真在照相机的像素图像存储器中的投影的图像，或通过剪切额外的显示的像素/线，而校准“梯形畸变”。

代替发射可见的光束的激光器，可以使用红外激光器或紫外线激光器来拍照，以使得拍照成为更不连续的。当然，有可能用红外激光器获取图像和用发射可见的波长的激光器投影图像。因为激光照相机的自照明和长范围，有可能在照相机/投影仪中使用红外激光器作为对于戴夜视镜的人类可见的光源。

运动与去扭曲

如前所述，激光投影仪/照相机的每个帧可以是16ms(60Hz帧速率)或更短。这意味着，像素速率对于VGA分辨率照相机/显示器是约为30纳秒，以及线速率是约为30微秒。每个像素以串联方式一次接通一个。这不是电影或基于CCD的照相机的那种情形，其中所有的像素在同一个曝光时间期间同时被曝光。当物体在运动时，由传统的照相机获取的物体的图像是模糊的，除非曝光时间非常短，需要物体上高的亮度。相反，激光照相机的每个像素以30纳秒的曝光时间一次曝光一个，这样，图像没有模糊。而是运动的物体的图像被失真，因为每个扫描线从原先的线被延时，而周围的静止物体没有。例如，如果物体沿高速度扫描方向以1m/s运动，物体的获取的图像的每条线将从相邻的线延时，最终得到的图像被扭曲。在每条相邻的线之间的偏差是

公式3

$\mathrm{\π}=\frac{v}{2*\mathrm{fx}}=\frac{1}{2*20000}=0.025\mathrm{mm}$

其中v是物体的运动速度，以及fx是高速度扫描频率。

另一方面，如果物体沿低速度扫描方向运动，则获取的图像将被压缩或伸长每线相同的量。当物体沿激光照相机的视线趋向它或远离它运动时，获取的图像将具有投影角，即趋向于激光照相机的运动的方形物体将呈现为等边梯形。见图C-12。对于一般物体识别，失真量应当是可接受的。在其中条形码具有诸如方形或牛眼(bull’s eye)的固有的可识别的特性的条形码应用中，有可能仅仅从几何关系把失真的获取的图像恢复到它的原先的形式。这可以通过在存储器缓存器中重新安排(比特填充或去除)图像数据而实现。

而且，如果已知物体的速度，有可能恢复任何运动物体的图像。物体的运动速度可以通过分析获取的图像的多个帧而得到。考虑以下的说明：物体以10m/s运动(大约是参加100米跑竞赛的运动员的速度)，以及激光照相机被确定具有1米视场(300扫描角和离物体2米)。物体花费100ms跨过激光照相机视场。在这个时间间隔期间，具有60Hz帧速率的激光照相机能够获取物体的6个帧，每个帧显示物体在它的视场内不同的位置，以及由于物体朝向/远离照相机运动造成的任何投影失真。分析在帧之间的差值和知道帧的获取时间，呈现运动速度和方向。图C-13可被用作为说明，物体正在跨过照相机的视场运动，由于在获取的图像中物体的位置(在存储器映射中x，y像素数目)以及图像被获取的时间是已知的，可以得出x-y运动速度和方向。

公式4

$v_x=\frac{x_{i\_t+1}-x_{i\_t}}{\mathrm{\Δt}}=(x_{i\_t+1}-x_{i\_t})*f_y$

$v_y=\frac{y_{i\_t+1}-y_{i\_t}}{\mathrm{\Δt}}=(y_{i\_t+1}-y_{i\_t})*f_y$

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{v_y}{v_x}\right)={\tan }^{-1}\left(\frac{y_{i\_t+1}-y_{i\_t}}{x_{i\_t+1}-x_{i\_t}}\right)$

其中(x_i-t，y_i-t)和(x_i-t+l，y_i-t+l)是与物体上点I有关的、在时间t和时间t+l获取的图像的存储器图中像素的坐标，Δt是在以后获取的帧之间的时间间隔，fy是低速度反射镜的扫描频率，以及θ说明运动的速度的方向。

同样地，沿照相机的视线运动的物体的速度可以通过查看跨两个帧的物体上两个点I和J而被计算。见图C-13。

公式5

$v_z=\frac{L_{t+1}-L_t}{\mathrm{\Δt}}(L_{t+1}-L_t)*f_y$

其中L_t+1和L_t分别是在时间t+1和时间t从点I到J的长度。

应当指出，使用一个或两个物体点估计获取的图像的以上的例子仅仅用作为示例性例子。通常，应当执行涉及到估计获取的图像的点/特性的整体的全局估计。

打印机

具有相同的扫描仪的相同的红外激光器，或替换地，不同组的激光器/扫描仪可被使用来把图像打印在纸上。

图C-9给出激光投影仪/照相机的例子，其具有被聚焦到约40微米的光点(600dpi分辨率)的分离的激光器和跨打印机的慢旋转光导鼓创建扫描线的一维高速振荡反射镜。激光充电色粉以及鼓把色粉传送到纸上。例如，以600dpi生成每分钟60页的打印机需要6.7kHz扫描反射镜，以及激光器必须以32MHz(8”×11”页)被调制。代替使用分离的激光器/扫描仪，可以使用偏转反射镜，把激光束重新引导到光导鼓，如图C-10所示。激光器将被重新聚焦，在色粉上生成40微米光点，以及在96MHz被调制。通过重新使用同一个20kHz高速度反射镜，有可能打印每分钟180字母尺寸页。实际上，激光器必须更加快速地被调制，约快3到4倍，使得正弦高速谐振反射镜的非均匀的速度线性化。像素线性化可以通过使用点集束技术(下面更详细地描述)来完成。在许多情形下，不必要打印全字母尺寸页。例如，VGA分辨率激光投影仪可以打印100dpi 6”×4”图像，以及对于投影/照相机使用的相同的激光器和扫描仪可被再使用于打印。在这种情形下，激光投影仪仅仅被重新引导通过色粉在纸面上扫描。见图C-11。

测距

当在设备中有至少两个激光器时，激光器不需要完美地对准以方便制造的对准要求。误对准可以在电子装置中被校正(正如以上更全面地讨论的)。不完美地对准两个激光器的另一个好处是增加总的激光器输出功率的潜力而同时保持所需要的监管激光器的规程。再一个好处是利用激光器的角误对准通过使用由具有视差的两个激光器获取的图像的三角学和图像分析来提供测距信息。

有几种方式完成测距。通过加上光二极管阵列或被放置在透镜的聚焦面上的信息CCD，而同时在扫描之前给激光束供应能量，离目标的距离可以根据图C-14上的装置进行计算。这是类似于传统的照相机的测距安排。自动测距也可以利用扫描激光光栅通过查看光二极管阵列的扫描图案的边缘而完成，见图C-15。当光栅跨过某些像素边界时，距离被切换。应当指出，阵列中光二极管的数目可以是小到等于2，具有两个距离。

替换地，当在激光照相机中有至少两个激光器时，不需要附加的测距光学元件/光二极管。距离可以通过分析相对位置和在两个图像上获取的物体的立体图被确定，每个图像由两个激光器之一给出，如图C-16所示。当物体处在近距离时，由激光器2获取的它的图像偏离由激光器1获取的图像。当物体处在远距离时，图像再次偏离，但这时在相反的方向。由两个激光器的获取的图像的几何失真/立体图也可被利用来确定距离。

应当指出，由于激光照相机的焦距深度是相当长的，通常电子增益影响距离。由于激光照相机的帧的时间可以是非常快的，有可能通过照相机的每次触发自动获取两个帧，和对于每个帧使用不同的电子增益。在这种强力模式下，不需要光学测距。

斑纹-自动聚焦，运动检测，CDRH

激光器的一个特性在于，它是空间相干的。空间相干的特性在于，当激光从任何面被散射时，在光检测器平面上(人的眼睛或光二极管)出现干涉图案。这个干涉图案通常称为斑纹图案。当物体离激光器更远时，平均斑纹尺寸(暗的和亮的光点的尺寸)变为更大的。从平均斑纹尺寸可以推断目标离激光器的近似距离。另外，如果使用多个激光器，通过照射到目标的同一个位置的多个激光的几何平均，斑纹的幅度变得较小。通过故意误对准激光照相机中三个激光器。有可能通过分析斑纹幅度达到自动聚焦。当三个激光器达到聚焦面上同一个位置时，该位置正是激光斑纹幅度在该距离时是最低的位置。

由于斑纹图案取决于物体而改变，激光照相机可被使用来检测运动。例如，在条形码扫描应用中，有可能有通常在屏幕上显示图像的激光投影显示器。当条形码阻断扫描激光束，造成斑纹图案改变时，显示器被自动切换到照相机模式，获取条形码。在另一个例子中，在后投影模式下，激光器显示被投影到屏幕，当屏幕破裂时，斑纹图案改变以及激光器被关断。所以，激光束不会意外地闪烁人的眼睛。如果在自由投影模式下激光器把图像投影到屏幕，这同样是适用的，当物体阻断激光束时，斑纹图案改变和激光器被关断。

3D

由于斑纹图案是从物体散射的激光的干涉的结果，有可能存储和重建物体的3D图像，类似于全息照相。见图C-17。

使用三个激光器，每个激光器以不同的角度入射到物体，以及单个或多个光二极管，每个激光器将以不同的角度/透视获取物体。然后，有可能重建物体的3D图像。

CCD/激光照相机

3D功能也可以通过使用激光照相机连同与激光器不共面的基于CCD或CMOS的照相机一起被完成。

由于激光照相机在昏暗的环境下最好地起作用以及CCD照相机在高的周围光的环境下最好地起作用，包含激光照相机和CCD照相机的组合的照相机显示出每个照相机的最好的性能。也可以混合两个照相机的分辨率。例如，这样的混合模式照相机的一个实施例可以使用具有大的分辨率的激光照相机和具有低的分辨率的小格式CCD。

其它

显示器是按要求供电的。它仅仅在开关被按压时才是工作的，在开关被释放时是禁用的，因此，在手持式终端中节省电池寿命。光二极管被包括在掩蔽显示的顶部线和底部线的产品的部分中。这个光二极管在帧期间接收激光。接收的信号可被使用来同步像素时钟和扫描仪的相位。

话音可被用作为设备的输入机构。跟踪球或小按钮可被用作为输入机构。

可以实现“触摸屏”输入。激光投影显示器把“图标”投影在屏幕上。产品具有光二极管，它在帧期间获取散射的激光，并且处理器记住图标在帧中的什么地方。用户可用他/她的手指触摸屏幕上的特定的图标。在终端的光二极管和电子装置感知在该区域中反射光的改变以及知道该特定的图标被选择。因此，激光显示器是固有的“触摸屏”。

加速度计可被集成在笔终端。当用户写字时加速度计感知笔的运动。加速度计也感知手抖动并纠正手抖动。通过感知手的运动，来自加速度计的信号可被使用来动态地改变显示的尺寸，或变焦推进到显示的特定的区域。例如，笔终端移动到更接近投影屏幕，将使能变焦推进显示。

加速度计也可以感知手的运动以及扫视显示器，因此它可被用作为滚动条。例如，笔终端向旁边移动，将左右地放大显示以及笔终端上下移动，将使得显示上下滚动。当然，可以通过话音、跟踪球或“触摸屏”输入，使得显示滚动或放大。

在水平扫描期间的激光可被加脉冲，用来采样要被获取的图像(以便减小噪声，防止大的直流信号)。

激光投影显示器可被使用于耐磨的设备。激光扫描仪可被安装在用户的头部一侧，以及把图像投影在安装在用户的眼睛附近的屏幕上。

除非专门指出，或正如从讨论中看到的，诸如“处理”，或“计算”，或“确定”，或“显示”等的术语，涉及到计算机系统或类似的电子计算设备的动作和处理，它们操纵和把代表在计算机系统的寄存器和存储器内的物理的电子的量的数据变换到类似地代表在计算机系统的存储器或寄存器，或其它这样的信息贮存装置、传输或显示装置内的物理量的其它数据。

本领域技术人员应该意识到，在这里的各种实施例中显示的各种不同的系统层、子程序、模块可以是可执行的控制单元。控制单元可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、处理器卡(包括一个或多个处理器或控制器)、或其它控制或计算设备。在本讨论中涉及到的贮存装置可包括一个或多个机器可读的贮存媒体，用于存储数据和指令。贮存媒体可以包括不同的形式的存储器，包括半导体存储器装置，诸如动态或静态随机存取存储器(DRAM或SRAM)、可擦除和可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除和可编程只读存储器(EEPROM)、和快闪存储器；磁盘，诸如固定盘、软盘、可拆卸盘；其它磁媒体，包括磁带；以及光媒体，诸如紧凑盘(CD)或数字视盘(DVD)。组成在各种系统中各种不同的软件层、子程序、模块的指令可以被存储在各种贮存装置。指令在被控制单元执行时使得相应的系统执行编程的动作。

以上公开的具体的实施例仅仅是说明性的，因为本发明可以以从这里的教导获益的、本领域技术人员看到的不同的但等价的形式被修改和实践。而且，不打算对这里显示的结构或设计的细节施加限制，除非下面的权利要求中描述的。因此，对于实施和使用所描述的系统所需要的处理电路可以以专用集成电路、软件驱动的处理电路。固件、可编程逻辑器件、硬件、分立元件、或以上部件的装置被实施，正如从本公开内容获益的、本领域技术人员看到的。所以，可以看到，以上公开的具体的实施例可以被改变或被修改，以及所有这样的变动被认为属于本发明的范围和精神内。因此，这里寻求的保护是如在下面的权利要求中阐述的。

Claims (17)

1.一种用于获取图像的方法，包括

用激光在物体上扫描；

周期地接收从物体反射的激光；以及

存储反射的激光的外貌。

2.如在权利要求1中所述的方法，还包括用激光在显示区域上扫描，以便重现图像。

3.如在权利要求2中所述的方法，其中在物体上扫描的激光和在显示区域上扫描的激光起源于相同的源。

4.如在权利要求1中所述的方法，其中用激光在物体上扫描的步骤还包括用多个颜色的激光在物体上扫描。

5.如在权利要求4中所述的方法，其中存储反射的激光的外貌的步骤还包括存储对于每种颜色的激光的与反射的激光相关联的强度。

6.如在权利要求1中所述的方法，其中存储反射的激光的外貌的步骤还包括存储与反射的激光相关联的强度。

7.如在权利要求1中所述的方法，其中用激光在物体上扫描的步骤还包括用激光以光栅图案在物体上扫描。

8.如在权利要求4中所述的方法，其中存储反射的激光的外貌的步骤还包括把来自每个彩色激光器的反射的激光与物体上的共同的位置相关联。

9.一种用于获取图像的设备，包括

用于用激光在物体上扫描的装置；

用于周期地接收从物体反射的激光的装置；以及

用于存储反射的激光的外貌的装置。

10.一种用于获取和显示图像的方法，包括

用激光在物体上扫描；

周期地接收从物体反射的激光；

存储反射的激光的外貌；以及

用激光在显示区域上扫描，以便重现图像。

11.如在权利要求10中所述的方法，其中在物体上扫描的激光和在显示区域上扫描的激光起源于相同的源。

12.如在权利要求10中所述的方法，其中用激光在物体上扫描的步骤还包括用多个颜色的激光在物体上扫描。

13.如在权利要求12中所述的方法，其中存储反射的激光的外貌的步骤还包括存储对于每种颜色的激光的与反射的激光相关联的强度。

14.如在权利要求10中所述的方法，其中存储反射的激光的外貌的步骤还包括存储与反射的激光相关联的强度。

15.如在权利要求10中所述的方法，其中用激光在物体上扫描的步骤还包括用激光以光栅图案在物体上扫描。

16.如在权利要求12中所述的方法，其中存储反射的激光的外貌的步骤还包括把从每个彩色激光器反射的激光与物体上的共同的位置相关联。

17.一种用于获取和显示图像的设备，包括

适配于传递激光的至少一个激光器；

适配于用激光在物体上扫描的装置；

用于周期地接收从物体反射的激光的装置；以及

存储反射的激光的外貌的装置；以及

适配于接收扫描的激光以便重现图像的显示器。

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