CN100573306C - 图像处理系统和方法、图像拾取设备和方法以及图像显示设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够如实地拾取对象颜色并且进行显示的图像处理系统和方法、图像拾取设备和方法、图像显示设备和方法。已通过狭缝(42)的对象的光学图像的狭缝光被光谱单元(43)转换成光谱。光传感器(44)根据对象的光学图像的狭缝光光谱输出图像数据。微镜阵列(74)根据图像数据使从来自光谱单元(73)的白光光谱中提取光谱形成的反射光被射出。从微镜阵列(74)射出的反射光的光谱由光谱合成器77合成，并且被投影到屏面111上。本发明运用于图像处理系统。

Description

图像处理系统和方法、图像拾取设备和方法以及图像显示设备和方法

技术领域

本发明涉及图像处理系统和图像处理方法，图像拾取设备和图像拾取方法，以及图像显示设备和图像显示方法。更具体的说，本发明涉及能够如实地拾取和显示对象颜色的图像处理系统和图像处理方法，图像拾取设备和图像拾取方法，以及图像显示设备和图像显示方法。

背景技术

近年来，以电视接收机和摄像机为典型代表的处理各种彩色图像的图像设备在全世界被广泛应用。大多数这些图像设备根据三基色(比如，红、绿和蓝)来拾取对象和显示所拾取对象的图像。

提出了这样一种系统，它通过将光学图像的光谱分割成四个或更多波长带并且记录光学图像来显示对象的光学图像，从而能够通过使用根据三基色处理图像的设备来如实重现对象的颜色(比如，日本待审查专利申请公开号2003-134351(专利文件1))。

发明内容

然而，根据三基色处理图像的相关图像设备不能展现人类可见光范围内的所有颜色。换句话说，如在XYZ彩色坐标系中示出色度的图1所示，所有可以被人类看到的颜色都包含在基本上为马蹄形的区域1中。在这些颜色中，通过合成三种颜色，红、绿和蓝而生成的颜色的位置局限在由顶点R、G和B定义的三角形区域2内。顶点R代表在XYZ彩色坐标系中示出色度的图中的红色坐标，顶点G代表在XYZ彩色坐标系中示出色度的图中的绿色坐标，顶点B代表在XYZ彩色坐标系中示出色度的图中的蓝色坐标。因此，由于根据三基色处理图像的图像设备无法展现位于区域1之内而在区域2之外的那部分中所包含的颜色，所以该图像设备不能如实拾取并显示对象的颜色。

在专利文件1所描述的发明中，必须在拍摄(shooting)时提供多个滤光器，来执行从一个滤光器到另一个滤光器的转换，从而分离和提取对象的光学图像中的波长分量，并且从提取的波长分量中，根据各种数据、算法和函数来估计对象的光学图像的光谱。此外，由于根据各种数据、算法和函数来将对象的光学图像的估计光谱转换为显示数据，所以不仅处理变得复杂了，而且可显示的颜色也被算法和函数限制了，从而导致很难满意地如实重现颜色。

本发明是鉴于这种情况而提出的，并且能够如实拾取并显示对象的颜色。

根据本发明的图像处理系统包括第一分割装置，用于将对象的光学图像分割成光谱；检测装置，用于检测由第一分割装置所获得的光谱，并且根据所检测的光谱输出图像数据；第二分割装置，用于将白光分割成光谱；提取装置，用于根据由检测装置所检测的图像数据，从被第二分割装置分割成光谱的白光光谱中提取光谱部分；合成装置，用于合成由提取装置所提取的光谱部分；以及投影装置，用于投影由合成装置合成光谱部分所形成的光。

根据本发明的图像处理方法包括步骤：执行第一分割操作，用于将对象的光学图像分割成光谱；检测由所述第一分割操作所获得的光谱，并且根据所检测的光谱输出图像数据；执行第二分割操作，用于将白光分割成光谱；根据由所述检测操作输出的图像数据，从被所述第二分割操作分割成光谱的白光光谱中提取光谱部分；合成由所述提取操作所提取的光谱部分；以及投影由所述合成操作合成光谱部分所形成的光。

根据本发明的图像拾取设备包括分割装置，用于将对象的光学图像分割成光谱；以及检测装置，用于检测由分割装置所获得的光谱，并且根据所检测的光谱输出图像数据的像素。

图像拾取设备还可以包括分离装置，用于分离构成对象的光学图像的一条光线，并且将所分离的所述一条光线提供给分割装置；以及聚焦装置，用于将对象的光学图像聚焦到检测装置上，其中所述检测装置包括设置在平面上的用于检测光强度的多个光电传感器，每一个光电传感器检测所述一条光线中的每个像素的光谱分量。

每一个光电传感器可以包括电子碰撞CCD。

分离装置可以包括狭缝和调节装置，所述狭缝用于分离对象的光学图像的一条线，所述调节装置用于调节对象的光学图像入射到狭缝中的位置。

图像拾取设备可以进一步包括在狭缝后面紧挨狭缝设置的调焦装置，用于在其上聚焦对象的光学图像，其中所述聚焦装置暂时在调焦装置上聚焦对象的光学图像。

分割装置可以包括棱镜，图像拾取设备可以进一步包括使得从狭缝射出的光线作为平行光入射到棱镜上、并且使得从棱镜射出的光谱作为会聚光射出到检测装置的光学部件。

调节装置可以包括光束扫描镜或者多角镜。

调节装置可以调节入射位置，使得对象的整个光学图像在每个第一周期入射到狭缝中，并且检测装置在每个第二周期输出图像数据。

第一周期可以是垂直扫描周期，第二周期可以是水平扫描周期。

图像拾取设备可以进一步包括累积装置，用于存储由检测装置输出的图像数据。

根据本发明的图像拾取方法包括步骤：将对象的光学图像分割成光谱；以及检测由所述分割操作所获得的光谱，并根据所检测的光谱输出图像数据的像素。

根据本发明的图像显示设备包括分割装置，用于将白光分割成光谱；获取装置，用于根据对象的光学图像的光谱获取图像数据；提取装置，用于根据图像数据，从被分割装置分割成光谱的白光光谱中按像素提取光谱部分；合成装置，用于合成由提取装置提取的光谱部分；投影装置，用于投影由合成装置合成光谱部分所形成的光；以及调节装置，用于调节投影装置的投影位置。

调节装置可以包括光束扫描镜或者多角镜。

提取装置可以包括至少一个反射器或者透射单元，所述至少一个反射器或透射单元的数量在与对象的光学图像的一条线平行的方向上，与形成一条线的像素数量有关，并且在与所述一条线垂直的方向上，与对于一个像素的对象的光学图像的光谱部分的数量有关，至少一个反射器或透射单元根据由获取装置所获取的图像数据控制白光光谱的反射或透射。

提取装置的至少一个反射器可以包括微镜或者反射型液晶。

提取装置的至少一个透射单元可以包括透射型液晶。

获取装置可以在每个第一周期获取图像数据，并且调节装置可以调节通过合成光谱部分而形成的光线的投影位置，使得在每个第一周期一条线离开另一条线连续地移动，并且在每个第二周期投影基于图像数据的图像的一帧。

第一周期可以是水平扫描周期，第二周期可以是垂直扫描周期。

分割装置可以包括用于发射白光的灯，用于将从该灯发出的白光会聚成线状的会聚光学系统，以及用于将白光分割成光谱的光谱棱镜，并且合成装置可以包括用于合成由提取装置所提取的光谱部分的合成棱镜。

会聚光学系统可以包括圆柱型透镜或者抛物线型曲面镜。

图像显示设备可以进一步包括第一光学部件和第二光学部件，所述第一光学部件使得入射到光谱棱镜或者合成棱镜上的光成为平行光，所述第二光学部件使得从光谱棱镜或者合成棱镜射出的光成为会聚光。

提取装置可以是反射器，光谱棱镜和合成棱镜可以组合成一个棱镜，图像显示设备可以进一步包括分离装置，用于将传播到反射器的光从由反射器传播出的光中分离出来。

会聚光学系统和投影装置中的至少一个可以是反射镜。

会聚光学系统可以是抛物线型曲面镜，投影装置可以是椭圆型曲面镜。

可以放置椭圆型曲面镜的焦点，以使其与抛物线型曲面镜的焦点相对应。

由合成光谱部分所形成的光可以投影到椭圆型曲面镜的另一个焦点。

会聚光学系统可以是抛物线型曲面镜，投影装置可以是椭圆型曲面半镜。

分割装置可以包括用于发射白光的灯，用于以一条线的形式分离出从所述灯发出的白光的一部分的狭缝，以及用于将白光的一部分分割成光谱的光谱棱镜，并且合成装置可以包括用于合成由提取装置所提取的光谱部分的合成棱镜。

图像显示设备可以进一步包括用于在其上投影由合成光谱部分所形成的光的圆柱型屏面。

根据本发明的图像显示方法包括步骤：将白光分割成光谱；根据对象的光学图像的光谱获取图像数据；根据图像数据，从被所述分割操作分割成光谱的白光光谱中按像素提取光谱部分；合成由所述提取操作所提取的光谱部分；以及调节由所述合成操作合成光谱部分所形成的光线的位置。

在根据本发明的图像处理系统和图像处理方法中，将对象的光学图像分割成光谱，检测光谱，输出基于所检测的光谱的图像数据，将白光分割成光谱，根据输出数据从被分割成光谱的白光光谱中提取光谱部分，合成所提取的光谱部分，投影通过合成光谱部分所形成的光。

在根据本发明的图像拾取设备和图像拾取方法中，将对象的光学图像分割成光谱，检测光谱，输出基于所检测的光谱的图像数据的像素。

在根据本发明的图像显示设备和图像显示方法中，将白光分割成光谱，根据对象的光学图像的光谱获取图像数据，根据图像数据，从分割成光谱的白光光谱中按像素提取光谱部分，合成所提取的光谱部分，调节通过合成光谱部分所形成的光线位置。

根据本发明，可以拾取对象并且显示所拾取的图像。更具体的，根据本发明，可以如实地拾取对象的颜色，并且如实地显示所拾取的图像的颜色。

附图说明

图1示出了XYZ彩色坐标系中的色度。

图2示出了图像处理系统的原理。

图3是图像处理系统的功能结构的方框图。

图4示出了在图像处理系统的传感装置中光线通过的路径。

图5是透镜系统的详细结构的横截面视图。

图6示出了在图像处理系统的显示装置中光线通过的路径。

图7是电子碰撞CCD的结构的横截面视图。

图8是光传感器的电子碰撞CCD排布和微镜阵列的微镜排布的平面视图。

图9示出了微镜阵列的微镜的角度。

图10示出了微镜阵列的微镜的角度。

图11是示出在传感装置上的图像拍摄过程的流程图。

图12是详细示出在图11所示的步骤S3中的图像数据获取操作的流程图。

图13示出了对象图像的实例。

图14示出了通过狭缝光的图像实例。

图15示出了通过狭缝光的图像的另一个实例。

图16示出了通过狭缝光的图像的又一个实例。

图17仍然示出了通过狭缝光的图像的另一个实例。

图18是示出显示装置上的图像显示过程的流程图。

图19是详细示出在图18所示的步骤S53中的扫描线显示操作的流程图。

图20示出了一种形式的光束扫描镜(galvano-mirror)的实例。

图21示出了另一种结构的传感装置。

图22示出了另一种结构的显示装置。

图23仍然示出了另一种结构的显示装置。

图24仍然示出了另一种结构的显示装置。

图25仍然示出了另一种结构的显示装置。

图26仍然示出了另一种结构的显示装置。

附图中：

21图像处理系统，31传感装置，32发送器，33累积器，34显示装置，41光束扫描镜，42狭缝，43光分割器，44光传感器，45A/D转换器，46输出部分，47振荡器，61透镜系统，62棱镜，71光源，72狭缝，73光分割器，74微镜阵列，75输入部分，76驱动器，77光谱合成器，78光束扫描镜，79光射出部分，80振荡器，91透镜系统，92棱镜，101棱镜，102透镜系统，111屏面，121电子碰撞CCD，151微镜。

具体实施方式

下面将参考附图阐述本发明的实施例。

图2示出了本发明的原理。当太阳光11通过狭缝12时，具有足够窄的宽度的细长线状光束在一个方向上被分离出来。太阳光11包括各种波长，根据各自的波长具有不同的光折射率。因此，当被狭缝12分离的太阳光11通过棱镜13的上表面时，由于波长不同，光线以不同的角度被折射，结果具有不同波长的光线的路径被分散了。此外，当太阳光11通过棱镜13的下表面时，由于波长不同，光线以不同的角度被折射，从而增加了具有不同波长的光线的路径之间的差别。因此，包含在太阳光11中的、具有不同波长的光线(光谱14)从棱镜13的下表面射出。换句话说，太阳光11的光谱14根据波长被棱镜13分散(分割)了。这里，光谱14展示在示出的S方向上(狭缝12的宽度方向)，像素分量在光谱14上的位置展示在与S方向垂直的X方向上(狭缝12的长度方向)。

除了太阳光(自然光)之外被人眼看到的光线(颜色)具有各种波长，但是这样的光线基本上是太阳光(自然光)的反射成分。因此，如果可以将来自对象的这样的光线分割成光谱，精确地检测光谱，并且根据所检测的数据调节显示图像的光谱并显示光谱，那么就可以获得与基于，如三基色，红、绿和蓝来处理图像的有关图像设备相比，能够更加如实地拾取并显示对象颜色的图像设备。

因此，在本发明中，将对象的光学图像分割成光谱，根据光谱拾取对象，并显示所拾取的图像。换句话说，检测对象的光学图像的光谱，根据所检测的光谱生成图像数据，并且显示通过合成根据图像数据所提取的光谱部分而获得的图像。

图3是应用本发明的图像处理系统21的功能结构的方框图。图4是在图像处理系统21的传感装置31中光线(对象的光学图像)通过的路径的示意图。图5示出了图4所示的透镜系统61的具体结构的实例。图6是在图像处理系统21的显示装置34中光线(白光和显示图像)通过的路径的示意图。

图像处理系统21包括传感装置31、发送器32、累积器33以及显示装置34。

传感装置31拾取对象的光学图像。更具体的说，传感装置31检测对象的光学图像的光谱，并且根据所检测的光谱产生图像数据。传感装置31将生成的图像数据输出到发送器32或者累积器33。显示装置34通过从发送器32获得图像数据或者通过获取存储在累积器33中的图像数据，根据该图像数据显示图像。

传感装置31、发送器32、累积器33以及显示装置34可以设置在同一个外壳中，也可以分别设置在不同的外壳中。传感装置31和累积器33可以设置在同一个外壳中。

对于发送器32的图像数据传输来说，可以使用，如，基于低压差分信号传输(LVDS)的、具有低噪声和低功耗并且能够在高速传输中使用的传输格式。

发送器32的图像数据传输可以是有线或者无线传输。

在累积器33中使用的存储介质可以是，如，硬盘或者诸如半导体存储器、光盘或者磁盘的可移动介质。

传感装置31包括光束扫描镜41、狭缝42、光分割器43、光传感器44、A/D转换器45、输出部分46以及振荡器47。

光束扫描镜41(参考图4)是用于调节(偏转)入射到平面镜上的光(对象的光学图像)的反射方向的偏转器，它被放置在旋转轴上(未示出)，并且通过振荡器47的控制操作围绕旋转轴旋转。由传感装置31拾取的对象的光学图像首先照射到光束扫描镜41上，并且被反射到狭缝42。

由光束扫描镜41反射的对象的光学图像通过狭缝42，由此分离出对象的一条水平的细长线状光束(下面称为“对象的狭缝光”)。将被狭缝42分离的对象的狭缝光定义为一个单元(一条线)，传感装置31将对象的光学图像在垂直方向上分割成多条水平直线，并且拾取光学图像。显示装置34(以后阐述)将所拾取的对象的狭缝光的一个单元显示为一条水平扫描线，并且在垂直方向上分割的数量是垂直方向上的扫描线数量。

设置光束扫描镜41，以使之对于要拾取的对象可垂直旋转。振荡器47以固定的速度旋转光束扫描镜41，以使要拾取的对象的整个光学图像以固定周期(下面称为垂直扫描周期T)向下通过狭缝42。换句话说，通过使用光束扫描镜41，在每一个垂直扫描周期T垂直扫描对象的光学图像的一帧。

被狭缝42分离的对象的狭缝光照射到光分割器43上。光分割器43包括透镜系统61和棱镜62。如图4所示，已经通过透镜系统61的对象的狭缝光通过棱镜62，使得根据对象的狭缝光的波长分量分离出光谱(下面称为“对象光谱”)，并且聚焦到光传感器44的表面上。

透镜系统61，类似相机透镜，是多个透镜的组合，并且作为一个整体，起到了凸透镜的作用，用来聚焦通过透镜系统61的对象的狭缝图像。原则上，可以为透镜系统61使用针孔透镜，但是，实际上来说，希望透镜系统61不具有色差，以便减少入射到图像拾取元件44的上表面上的光线位置的移位，该移位是在不放置棱镜时由波长的差异引起的。此外，为了将图像强聚焦(sharply focus)到图像拾取元件44上，希望在透镜系统61中使用具有小直径的透镜，或者使用停止档(stop)，使得透镜系统被充分的停止下来。

图5示出了透镜系统61的详细结构的实例。在该结构中，透镜系统61通过组合多个透镜61-1到61-5来形成，用以校正偏差。此外，在透镜61-3和透镜61-4之间放置停止档61-6。如上面所提到的，停止档61-6被用于使透镜系统停止到最大可能程度。

期望棱镜62由具有大折射率的玻璃或者其它这样的材料形成，以便缩短棱镜62和光传感器44之间的距离(以便在短距离上将光分割成具有大宽度的光谱)。

由光传感器44将聚焦到光传感器44的表面上的对象光谱从光信号转换成电信号。

光传感器44可以是，比如，使用电子碰撞电荷耦合器件(CCD)的相机。图7是电子碰撞CCD 121的结构的横截面视图。当光子141撞击到电子碰撞CCD 121的光电阴极131上时，通过光电转换，电子142-1被发射。在这个时候，在光电阴极131和背薄板CCD部分132之间施加了很高的电压，使得电子142-1被所施加的电压加速，并被推入背薄板CCD部分132。因此，即使对于很弱的输入光，电子碰撞CCD 121也能够以高S/N比增强电信号。结果，与普通CCD相比，电子碰撞CCD 121具有高灵敏度，并且可以精确的检测照射到光传感器44上的对象光谱的强度(亮度)。累积在背薄板CCD部分132中的电子142-i(i＝1，2，...，n)在每个固定周期作为电信号被输出。

如图8所示，在光传感器44中，M个电子碰撞CCD 121和N个电子碰撞CCD 121在平面上以点阵的形式被分别设置在矩形区域中的x方向和S方向上。在对象光谱改变(颜色改变)的方向上的分量在S方向上照射到光传感器44上，像素分量(狭缝42的长度方向上的分量)在x方向上照射到光传感器44上。在这个时候，具有可见光范围(波长从380nm到780nm)内的波长的对象光谱的光谱部分在S方向上入射到光传感器44的范围中。

光传感器44在每个固定周期(下面称为水平扫描周期H)将作为对象光谱照射到光传感器44上的结果而累积起来的电子(电荷)作为电信号输出。在这个时候，所输出的电信号是要拾取的图像的一条水平扫描线的图像数据。举例来说，当M个电子碰撞CCD 121和N个电子碰撞CCD 121被分别设置在光传感器44的点阵的x方向和S方向上时，一条水平扫描线的图像数据被分成M个像素，并且检测所述像素为具有可见光范围(波长范围在380nm到780nm)内的波长的N个光谱分量，以便按像素输出所述图像数据。

光传感器44在垂直扫描周期T中输出f次图像数据(图像数据的f条线，一帧的f条线)。f次是垂直方向上图像数据扫描线的数量。换句话说，垂直扫描周期T、水平扫描周期H和垂直扫描线数量f之间的关系如公式(1)所示。

垂直扫描周期T＝水平扫描周期H×垂直扫描线数量f+返回时间α

                                               ...(1)

返回时间α代表光束扫描镜41在扫描了整个(一帧)要拾取的对象的光学图像之后(即，拾取完对象的光学图像的最低线之后)返回到它的初始位置(将被拾取的对象的光学图像的最高线被拾取的地方)所需的时间。

由光传感器44输出的图像数据输入到A/D转换器45，并且从模拟数据转换成数字数据。此时，根据图像数据的大小将模拟数据转换成n位数字数据。即，图像数据被分割成每个像素N个光谱分量，分割后的光谱分量根据强度表示为n位数字数据，使得一个像素表示N×n位数据。

当由A/D转换器45转换成数字数据的图像数据被用于实时显示图像时，它通过输出部分46被输出到发送器32，并且通过发送器32提供给显示装置34。当要记录图像数据时，图像数据通过输出部分46输出到累积器33，并且被存储。

显示装置34包括光源71、狭缝72、光分割器73、微镜阵列74、输入部分75、驱动器76、光谱合成器77、光束扫描镜78、光射出部分79以及振荡器80。

对于光源71，可使用太阳光或者能够发出具有对应于太阳光光谱的光谱的光线(白光)的灯，比如氙气灯。

如图6所示，如传感装置31中那样，由光源71产成的白光是这样一种光，它使在横截面上具有细长的直线形状的一道光束由狭缝72从白光中分离出来。光束通过光分割器73的棱镜92被分割成光谱。当狭缝72由双狭缝组成，或者狭缝72和透镜系统91同时使用时，可以以更接近线段的形式聚焦光束。分割后的白光光谱暂时聚焦到微镜阵列74的表面上。当狭缝72和透镜系统91同时使用时，设置狭缝72和透镜系统91，以使狭缝72的图像聚焦到图像拾取元件74上。由于在其间设置了棱镜，这里的“聚焦”意味着“根据波长聚焦”。当只使用透镜系统91时，放置透镜系统91以使当使用太阳光时太阳的平行光束，或者当，如使用氙气灯时，从光源71发出的光束，聚焦到图像拾取元件74上。当只使用狭缝72时，狭缝72的位置并不是严格限制的。当使用透镜系统91时，为透镜系统91使用能够将光线会聚成直线形状的光线会聚光学系统，比如，圆柱型透镜、抛物线型曲面镜(一种看起来像平面的镜面，其横截面被弯曲成抛物线形)或者椭圆型曲面镜(一种看上去类似于平面的镜面，其横截面被弯曲成椭圆形)。当使用透镜系统91时，可以比使用狭缝72时使用更大的光能量。

在微镜阵列(Digital Micromirror Device(商标))74中，由精细处理硅组成的微镜(micromirror(商标))作为反射器以点阵形式设置在平面上，并且将入射白光的光谱的预定光谱部分反射到光谱合成器77。每个微镜被这样设置，其相对于来自棱镜92的入射白光的光谱的角度由驱动器76分别控制。反射光的输出通过这个角度被切换成开启设置或者关闭设置。这里，术语“开启”是指将光谱部分反射到光谱合成器77(设置成合成状态)，而术语“关闭”是指将光谱部分反射到不同于射向光谱合成器77的方向上(设置成不合成状态)。通过在反射光的输出上执行开启/关闭控制，能够控制包含在反射光中的光谱部分。通过控制反射光输出的开启/关闭持续时间，能够根据包含在反射光中的光谱部分控制反射光的亮度。

基本上，微镜阵列74的微镜数量和排布与图8所示的光传感器44的电子碰撞CCD 121的数量和排布相同。放置微镜阵列74，以使入射到微镜的白光光谱与入射到在光传感器44的点阵中的对应位置上设置的电子碰撞CCD 121的对象光谱相同。显然，当微镜的数量大于或等于N×M个微镜时，可以使用它们中的一些。如果只使用N×M个数据中的一些，那么可以使用它们中的更小数量的微镜。

驱动器76通过输入部分75从发送器32或者累积器33获取图像数据，并且在微镜的反射光的输出上执行开启/关闭设置(包括开启/关闭时间)控制。这里，在图8所示的点阵中的相应位置上放置的电子碰撞CCD 121和微镜是一一对应的。根据从各自的电子碰撞CCD121输出的图像数据控制微镜。换句话说，通过根据从各自的电子碰撞CCD 121输出的图像数据控制各自的微镜的白光光谱反射的开启/关闭设置，使得微镜阵列74根据图像数据从来自棱镜92的入射白光光谱中提取光谱部分，并且使得具有与在检测图像数据时照射到光传感器44上的对象的光学图像的光谱相同亮度的光谱部分被射出(反射)。

光谱合成器77包括棱镜101和透镜系统102。通过使从微镜阵列74射出的反射光的光谱部分通过光谱合成器77的棱镜101来对其进行合成，使得在棱镜101的上表面(光射出表面)形成了一条细长的线状光束。线状光束成为与当要显示的图像数据(当线状光束所基于的反射光的光谱部分从微镜阵列74输出时用于控制操作的图像数据)被传感装置31检测时照射到传感装置31的棱镜62的上表面(入射表面)的对象的狭缝光具有相同分量(包括亮度)的光线。因此，它成为要在屏面111上显示的图像的一条水平扫描线。下面，其光谱部分已经由棱镜101合成的线状光束将被称为“显示图像扫描线”。屏面111，除了平面屏幕，可以是类似如图22所示的屏面111S的圆柱型屏面(以后阐述)。

当将微镜阵列74的每一个微镜都控制成开启设置时，分别调节每个微镜相对于白光的光谱的角度，使得光谱从棱镜92入射到每一个微镜，并且由每一个微镜反射的光谱部分在棱镜101的光射出表面被合成。

这里，将参考图9和10描述微镜的角度。

图9是从设置在微镜阵列74中的微镜151-i(i＝1，2，...，N)的S方向上的表面看去的水平视图(下面，当单个微镜151-i(i＝1，2，...，N)不需要被区分时，它们将被简称为微镜151)。图中的实线指由被控制为开启设置的微镜151反射的光谱部分的方向，虚线指由被控制为关闭设置的微镜151反射的光谱部分的方向。如图9所示，微镜151以相同的间隔设置。如将在下面参考图10提及的，事先调节单个微镜151的角度，以便相对于基准将微镜彼此细微地区分开来，以便以预定的角度反射处于开启设置的入射光谱。

图10示意性的示出了在入射光谱和被图9中所示的微镜151-1、151-6以及151-N反射的光谱部分之间的关系。与图9相似的，图10是从微镜阵列74的S方向上的表面上看去的水平视图。

当白光入射到棱镜92上时，白光被棱镜92分割成光谱，并且根据光谱的波长照射到不同的微镜151上。此时，入射到棱镜92的入射表面的白光位置和棱镜92对于每个波长的光线的折射率是固定的。因此，具有该波长的光线照射到微镜151所通过的路径是固定的，这样就可以方便的计算光路。此外，棱镜101对于具有该波长的光线的折射率也是固定的。因此可以计算具有波长的光线会在何处以及以什么角度照射到棱镜101的入射表面上，以便通过在棱镜101的光射出表面的预定位置合成反射光的光谱部分，来形成一条直线光束。

因此，可以确定每个光谱波长在何处并以什么角度射出棱镜92的光射出表面，以及每个具有相关联的波长的光谱部分在何处并以什么角度入射到棱镜101的入射表面上。因此，继而也确定了微镜151的角度。举例来说，当调节要入射到图10所示的微镜151-1上的光谱，以使其从棱镜92的光射出表面的A1点射出、在微镜151-1的表面的P1点被反射并且入射到棱镜101的入射表面的B1点时，确定角度以使微镜151-1的表面与角度A1P1B1的平分线垂直。

类似的，当调节要入射到图10所示的微镜151-6上的光谱，以使其从棱镜92的光射出表面的A6点射出、在微镜151-6的表面的P6点被反射，并且入射到棱镜101的入射表面的B6点时，确定角度以使微镜151-6的表面与角度A6P6B6的平分线垂直。当调节要入射到图10所示的微镜151-N上的光谱，以使其从棱镜92的光射出表面的AN点射出、在微镜151-N的表面的PN点被反射并且入射到棱镜101的入射表面的BN点时，确定角度以使微镜151-N的表面与角度ANPNBN的平分线垂直。

已经由棱镜101合成光谱部分的反射光(显示图像扫描线)由类似图像传感设备装置31的透镜系统61的多个透镜组合而成的透镜系统102(包含圆柱型透镜、抛物线型镜面等的光会聚系统)会聚，并且照射到光束扫描镜78上并被其反射。

这里，由于传感装置31的透镜系统61和显示装置34的透镜系统102具有相同的结构，因此可以减少透镜系统的色差影响。

与传感装置31的光束扫描镜41类似，光束扫描镜78是用来调节(偏转)入射到平面镜上的光(显示图像扫描线)的反射方向的偏转器，它被放置在旋转轴上(未示出)，并且通过振荡器80的控制操作围绕旋转轴旋转。光束扫描镜78被这样放置，以使其相对于光射出部分78的屏面111垂直旋转。

光射出部分79由包围屏面111的黑箱(未示出)和光束扫描镜78组成。已经由透镜系统102会聚并且被光束扫描镜78反射的显示图像扫描线被聚焦并且投影到光射出部分79的屏面111上。这使得一条细长的扫描线被显示在屏面111的水平方向上。黑箱(未示出)在提高图像在屏面111上的对比度中起作用。当能够获得足够的对比度时，黑箱可以省略。

图像在随后的时间被显示在屏面111上。换句话说，驱动器76在每个水平扫描周期H获取图像数据的一条扫描线，并且根据所获取的图像数据在微镜阵列74的微镜151的反射光输出上执行开启/关闭设置(包括开启/关闭时间)控制。振荡器80响应于在微镜阵列74上对反射光射出的控制而移动，调节光束扫描镜78的角度，并且投影显示图像扫描线，以使其一条条向下连续地显示在屏面111上。将组成一帧的f条显示图像扫描线在垂直扫描周期T中投影到屏面111上，从而在屏面111上显示图像的一帧。

接下来，将参考图11和12的流程图阐述传感装置31上的图像投影过程。过程在用户命令开始拍摄操作时启动，并且在用户命令结束拍摄操作时结束。

在步骤S1中，振荡器47将光束扫描镜41设置在初始位置。换句话说，光束扫描镜41被设置在基准位置上，所述基准位置是在被光束扫描镜41反射的对象的光学图像被拾取的范围(帧)内水平方向上的最高线被狭缝42分离的位置。

在步骤S2中，振荡器47开始旋转光束扫描镜41。以固定的速度旋转该光束扫描镜41，以使在每一个垂直扫描周期T，被拾取的对象的整个光学图像向下通过狭缝42。

在步骤S3中，执行在以后参考图12进行阐述的图像数据获取操作。通过这个操作，如参考图3和8在上面所描述的，由被狭缝42分离的对象的狭缝光组成的图像的一条扫描线被分成M个像素，并且像素作为具有可见光范围(波长范围从380nm到780nm)的波长的N个光谱分量被检测，以便按像素输出所述图像。在这种情况下，输出要拾取的对象的光学图像的一帧的水平方向上的最高线的图像数据，也即最高扫描线的图像数据。

在步骤S4中，A/D转换器45将在步骤S3的操作中由光传感器44输出的图像数据从模拟数据转换成数字数据。换句话说，根据由步骤S3的操作输出的图像数据的每个像素的大小(级别)将图像数据转换成n位数字数据。即，图像数据被分割成每个像素N个光谱分量，并且被分割的光谱分量根据它们的强度表示为n位数字数据，使得一个像素表示N×n位数据。

在步骤S5中，A/D转换器45将数字图像数据提供给输出部分46。当根据用户指令输出部分46要在显示装置34上实时显示已经拾取的图像数据时，图像数据被输出到发送器32。当要记录图像数据时，将图像数据输出并存储到累积器33中。

在步骤S6中，振荡器47确定光束扫描镜41是否已经旋转到最低基准位置。换句话说，它确定光束扫描镜41是否已经旋转到被拾取的对象的光学图像的一帧的水平方向上的最低线被狭缝42分离的位置。在这种情况下，光束扫描镜41被设置到所拾取的对象的光学图像的一帧的水平方向上的最高线被狭缝42分离的位置。由此，它确定光束扫描镜41还没有旋转到最低基准位置，这样过程返回到步骤S3。

随后，将步骤S3到S6的操作重复总共f次(对应于垂直扫描线的数量)，直到在步骤S6中振荡器47确定光束扫描镜已经旋转到最低基准位置，这样对象的光学图像的一帧被分成f条水平线(扫描线)并被拾取。步骤S3到S6的操作以对应于水平扫描周期H的时间间隔重复进行。

当振荡器47在步骤S6中确定光束扫描镜41已经旋转到最低位置时，过程返回到步骤S1，以使光束扫描镜41设置在初始位置并且重复这个设置操作之后的后续操作。换句话说，将拾取对象的光学图像的第二帧和后续帧。当第二次以及后续次执行步骤S1中的操作时，将光束扫描镜41设置在初始位置所需的时间与前面提到的返回时间α相等，从步骤S1到S6的操作以对应于包含返回时间α的垂直扫描周期T的时间间隔重复进行，并且重复进行图像的每一帧的拾取，以便获得图像的多个帧。

这样，将对象的光学图像分成f条水平扫描线，并且图像数据的一条扫描线被分成M个像素。将像素作为具有在可见光范围(波长范围从380nm到780nm)内的波长的N个光谱分量被检测，以便按像素输出所述光学图像(所拾取的对象的光学图像)。

下面，将参考图12更详细的描述在图11中示出的步骤S3中的图像数据获取操作。该操作在每个水平扫描周期H被执行。

在步骤S21中，被拾取的对象的光学图像入射到传感装置31的光束扫描镜41上，并且被反射到狭缝42。

在步骤S22中，通过步骤S21中的操作而被光束扫描镜41反射的对象的光学图像通过狭缝42，从而分离出对象的一条水平的细长线状光束(对象的狭缝光)。

在步骤S23中，由光分割器43将在步骤S22中分离的对象的狭缝光分割成光谱。已经通过光分割器43的透镜系统61的对象的狭缝光通过棱镜62，以使狭缝光被分割成光谱，并且该光谱被聚焦在光传感器44的表面上。

在步骤S24中，光传感器44将已经照射到光传感器44上的对象光谱的光信号转换成电信号。如上面参考图8所描述的，在光传感器44中，M个电子碰撞CCD 121和N个电子碰撞CCD 121在平面上以点阵形式被分别设置在矩形区域中的x方向和S方向上。这样，将对象光谱在x方向上分成M个像素，并且每个像素被分成具有可见光范围(波长范围从380nm到780nm)内的波长的N个光谱分量。电子碰撞CCD 121根据入射光谱强度(亮度)通过光电效应将光转换成电子(电荷)。

在步骤S25中，光传感器44将由累积在电子碰撞CCD 121中的电荷产生的电信号作为图像数据输出给A/D转换器45。

图13到17示出了对象的狭缝光。图13示出了对象的整个图像。如图14所示，当光束扫描镜41以相对向上的第一角度定向时，光束扫描镜41接收由光束扫描镜41的大小所定义的图像框331-1的图像。光传感器44通过狭缝42接收图像的狭缝图像部分332-1。

当光束扫描镜41以比图14所示的情况低的角度定位时，光束扫描镜41接收如图15所示的图像框331-2的图像。光传感器44通过狭缝42接收图像的狭缝图像部分332-2。因此，如图16所示，当光束扫描镜41以更低的角度定向，并且图像框331-3的图像被检测时，光传感器44接收图像的狭缝图像部分332-3。如图17所示，当光束扫描镜41以更低的角度定向时，光传感器44检测图像框331-4的图像的狭缝图像部分332-4。

这样，对象的狭缝光的光谱被分成M个像素，并且每个像素被分割成具有可见光范围(波长范围从380nm到780nm)内的波长的N个光谱分量，以便基于每个被分割的光谱分量的亮度输出电信号。换句话说，如实地检测对象的光学图像的光谱分布和强度，以便输出转换成电信号的图像数据。

下面，将参考图18和19阐述显示装置34上的图像显示。该过程在用户命令开始图像显示时被启动，并且在用户命令结束图像显示时结束。

在步骤S51中，振荡器80将光束扫描镜78设置到初始位置。换句话说，光束扫描镜78被设置在被光束扫描镜78反射的显示图像的扫描线作为最高扫描线投影在屏面111上的位置。

在步骤S52中，驱动器76通过输入部分75从发送器32或者累积器33中获取要显示的图像的图像数据的一条扫描线。换句话说，在这种情况下，它获取了第一帧的最高扫描线的图像数据。

在步骤S53中，执行将在下面参考图19阐述的扫描线显示操作。通过这个操作，基于在步骤S52中获取的图像数据的一条扫描线的图像(扫描线)被显示在屏面111上。换句话说，在这种情况下，第一帧的图像的最高扫描线显示在屏面111上。

在步骤S54中，振荡器80确定是否已经显示了一帧的最后(最低)的一条扫描线。换句话说，它确定光束扫描镜78是否已经设置在最低扫描线被显示在屏面111上的位置。在这种情况下，由于光束扫描镜78设置在最高扫描线被显示在屏面111上的位置上，振荡器80确定还未显示一帧的最后一条扫描线，因此过程前进到步骤S55。

在步骤S55中，振荡器80旋转(调节)光束扫描镜78，使得它被定位在下一条扫描线，在这种情况下，即第二条扫描线被显示在屏面111上的位置，并且过程返回到步骤S52。

随后，在步骤S54中，将步骤S52到S55的操作重复总共f次(对应于垂直扫描线的数量)，直到振荡器80确定已经显示了一帧的最后一条扫描线，这样包含在图像的一帧中的f条扫描线都被显示了。以对应于水平扫描周期H的时间间隔重复步骤S52到S55的操作。

当在步骤S54中，振荡器80确定已经显示了一帧的最后一条扫描线时，过程返回到步骤S51，以将光束扫描镜78设置在初始位置，并且重复在该设置操作之后的后续操作。换句话说，显示第二帧以及后续帧的图像。当第二次以及后续次执行步骤S51中的操作时，将光束扫描镜78设置在初始位置所需的时间与前面提到的返回时间α相等，从步骤S51到S56的操作以对应于包含返回时间α的垂直扫描周期T的时间间隔重复进行，并且重复进行图像的每一帧的显示。

这样，已经由传感装置31拾取的图像数据的图像被显示在屏面111上。

下面将参考图19更详细的描述在图18中所示的步骤S53的扫描线显示操作。

在步骤S71中，由光源71发射的白光通过狭缝72，以便从白光中分离出细长的线状光束(白光的狭缝光)。

在步骤S72中，光分割器73的棱镜92将在步骤S71中从白光中分离的狭缝光分割成光谱，使得被分割的白光的光谱被暂时聚焦在微镜阵列74的表面上。

在步骤S73中，驱动器76根据由步骤S52的操作所获得的图像数据，控制微镜阵列的微镜151的反射光输出的开启/关闭设置(包括开启/关闭时间)，根据图像数据从步骤S72中所获得的入射白光的光谱中提取光谱部分，并且使得与将要显示的图像的光谱相同的光谱部分被射出(反射)。

如上所述，基本上，微镜阵列74的微镜151的数量和排布与图8所示的光传感器44的电子碰撞CCD 121的数量和排布相同。设置微镜阵列74，以使入射到微镜151上的白光光谱与入射到设置在光传感器44的点阵中的相应位置上的电子碰撞CCD 121上的对象光谱相同。设置在点阵中相应位置上的电子碰撞CCD 121和微镜151是一一对应的。根据各自的电子碰撞CCD 121输出的图像数据，控制微镜151上的反射光输出的开启/关闭设置(包括开启/关闭时间)。

通过子字段(subfield)方法来控制微镜151上的反射光输出的开启/关闭设置(开启/关闭时间)。举例来说，如果图像数据的一个单元表示为4位图像数据(即，当每一个光谱值表示为4位时(当n＝4时))，将水平扫描周期H等分成16(2的4次方)等份所产生的时间被定义为一个单位时间(下面称为“单位时间”)。对图像数据的每一个位值，由单位时间×每一位所表示的十进制周期中，驱动器76开启或者关闭微镜151上的反射光的输出设置。例如，如果图像数据(一个光谱值)的数值是以二进制表示的1010，在水平扫描周期H中，与该光谱值对应的微镜151首先被设置成开启8个单位时间(＝2的三次方，或者二进制数值1000的十进制值)，然后被设置成关闭4个单位时间(＝2的二次方，或者二进制数值100的十进制值)，然后被设置成开启2个单位时间(＝2的一次方，或者二进制数值10的十进制值)，最后被设置成关闭1个单位时间(＝2的零次方，或者二进制数值1的十进制值)。

这样，通过根据图像数据值(入射到电子碰撞CCD 121上的光的亮度)，在每一个水平扫描周期H控制在每一个微镜151上的反射光输出的开启/关闭时间，控制了射出微镜阵列74的反射光的光谱亮度。由于对于每一个微镜151，与入射到相应的电子碰撞CCD 121上的光谱相同的光谱部分的反射光的开启/关闭设置被控制，因此，从白光光谱中提取了与当获取图像数据时入射到光传感器44上的光学图像的光谱相同的光谱部分，并且该光谱部分射出微镜阵列74。

在步骤S74中，作为光谱部分通过棱镜101的结果，合成在步骤S73中从微镜阵列74射出的反射光的光谱部分，使得在棱镜101的上表面(光射出表面)形成了一条细长的线状光束(显示图像扫描线)。显示图像扫描线成为与当要显示的图像的图像数据(当线状光束所基于的反射光的光谱部分从微镜阵列74输出时用于控制操作的图像数据)被传感设备31检测时，照射到传感设备31的棱镜62的上表面(入射表面)的对象的狭缝光具有相同分量(包括亮度)的光线。

在步骤S75中，在步骤S74中通过合成光谱部分所形成的显示图像扫描线由透镜系统102会聚，照射到光束扫描镜78上，并且被反射到屏面111。

在步骤S76中，已经在步骤S75中被反射的显示图像扫描线被聚焦，并且投影在屏面111上，使得一条水平扫描线被显示在屏面111上。

通过图18和19的上述操作，根据已经拾取的对象的图像数据，将已经由传感装置31拾取的对象的图像显示在设备显示装置34的屏面111上。

由此，图像处理系统21能够如实地拾取对象的颜色，并且能够根据所拾取的图像数据，显示通过如实地重现对象的光学图像的颜色而形成的图像。

虽然，在上面的描述中，在显示装置34中使用了微镜阵列74，然而也可以使用类似微镜阵列74的、使用外部光(自然光)为光源并且将外部光反射投影到，例如屏面上的反射型液晶显示器(LCD)。即使在这种情况下，也能根据图像数据控制液晶反射率或者反射时间。

对于传感装置31的光束扫描镜41和显示装置34的光束扫描镜78来说，可以使用具有如图20所示的形式的光束扫描镜201，来代替围绕旋转轴中心旋转的平面镜。光束扫描镜201以固定的速度、固定的方向绕中心轴202的中心旋转。例如，当入射光照射到光束扫描镜201的表面203-1上时，光束扫描镜201的旋转使得表面203-1相对于入射光的角度发生改变，这样反射光的角度也连续地改变。当光束扫描镜201已经旋转到某一角度时，照射到表面203-1上的入射光开始照射到表面203-2上，并且反射光的角度变为与入射光照射到表面203-1上时的初始角度相同。此后，光束扫描镜201以固定的速度进一步旋转，使得反射光的角度连续改变，就像在入射光照射到表面203-1上的情况一样。通过这样，可以在固定周期调节反射光的角度，以便提供与当平面光束扫描镜以固定的速度旋转，并在平面光束扫描镜旋转到预定角度时返回到它的初始位置相同的效果。

代替光束扫描镜，可以使用在例如，激光打印机中使用的多角镜。

通过检测并显示在人类的可见光范围(波长范围从380nm到780nm)之外的波长的光谱，可以为人类之外的生物提供更近似于现实世界的对象的图像。

图21示出了另一种形式的传感装置31。在这种形式中，在透镜系统61的光路中向下设置的狭缝42与图平面垂直。透镜系统61包括透镜61-1到61-5，并且狭缝42设置在透镜系统61的焦点上。在狭缝42的后面设置漫射体301。这样，对象的图像被聚焦在漫射体301上。虽然，在图21中，只示出通过狭缝42的光线，然而光线也在狭缝42所在的地方之外的漫射体301的部分上聚焦。然而，这样的光线是被屏蔽的，以便只提取与狭缝42相关的被聚焦的光线。虽然不必需使用漫射体301，但是将漫射体301设置在狭缝42的后面可以限制由狭缝42造成的衍射。

在漫射体301和光传感器44之间设置包含透镜61-6-1到61-6-3的等光程透镜系统61-6。在透镜61-6-1和透镜61-6-2之间设置棱镜62。透镜61-6-1将来自漫射体301的入射光转换成平行光，并且使得平行光由此射出。在平行光路上设置棱镜62以减少色差，并且方便了包括棱镜62的光学系统的设计。因此，平行光入射到棱镜62上。透镜61-6-2将平行光转换回会聚光。所述会聚光通过透镜61-6-3聚焦在光传感器44上。换句话说，设置透镜系统61，使得狭缝42的图像聚焦在光传感器44上。

即使在这样的排布中，如图14到17所示的任何狭缝图像部分332-1到332-4被聚焦在漫射体301上，并且由此，聚焦在光传感器44上。

图22示出了另一种形式的显示装置34。在显示装置34中，使用作为透镜系统91的圆柱型透镜91S来代替狭缝72。如图6中所示的情况，可以同时使用狭缝72和透镜系统71。因此从光源71发射的白光被圆柱型透镜91S会聚，使得由棱镜92分割的光线的光谱作为薄且直的光束(发射光)聚焦到微镜阵列74上(对应于其纵向方向、与图平面垂直的方向)。圆柱型透镜91S的焦距与圆柱型透镜91S和棱镜92之间的距离d、棱镜92的光路长度(厚度)e以及棱镜92和微镜阵列74之间的距离f的总和相等(即，d+e+f)。

根据图像数据，由微镜阵列74反射的光谱部分被棱镜101合成，并且通过光束扫描镜78照射到圆柱型屏面111S上。

凸透镜102-1的焦距与凸透镜102-1和棱镜101之间的距离i、棱镜101的光路长度(厚度)h以及棱镜101和微镜阵列74之间的距离g的总和相等(即，i+h+g)。微镜阵列74被设置在凸透镜102-1的焦距上。由此，从微镜阵列74射出的光线由凸透镜102-1转换成平行光。凸透镜102-2的焦距与凸透镜102-2和光束扫描镜78之间的距离j以及光束扫描镜78和圆柱型屏面111S之间的距离k的总和相等(即，j+k)。由此，从凸透镜102-2射出的光线被光束扫描镜78反射，并且被聚焦到圆柱型屏面111S上。

如图22所示，与图屏面平行的圆柱型屏面111S的横截面以曲率半径k弯曲(即，设置光束扫描镜78，使得它的旋转轴78A设置在圆柱型屏面111S的曲率半径k的中心上)，而圆柱型屏面111S在与图平面垂直的方向不弯曲。光束扫描镜78绕旋转轴78A的中心的旋转，使得线状扫描线投影到圆柱型屏面111S上的位置连续改变。通过这样，图像不变形地被显示在圆柱型屏面111S上。

这样，当使用透镜系统91代替狭缝72时，与使用狭缝72的情况相比，可以更有效的会聚光线，并且显示更亮的图像。如果同时使用狭缝72和透镜系统91，可以产生更细的线状光束。

图23示出了另一种形式的显示装置34。在这种形式中，除了圆柱型透镜91S之外，透镜系统91是还包括透镜91-1到91-3的等光程透镜系统。棱镜92设置在透镜91-1和91-2之间的平行光路上。此外，在这种形式中，使用透射型LCD 401代替微镜阵列74。从光源71发射的白光由圆柱型透镜91S暂时作为发射线351聚焦。来自发射线351的光线被透镜91-1再一次发散，并且转换成平行光。然后，光线照射到棱镜92上，并且在那里被分割成光谱。透镜91-2再一次将光谱形成会聚光，并且通过透镜91-3聚焦在LCD 401上。由此，发射线351的图像形成在LCD 401上。

包括透镜102-1、102-2和102-3的等光程透镜系统将已经通过LCD 401的光线形成为发射线352，所述LCD 401的透射设置(透射率或时间)根据图像数据进行控制。透镜102-1到102-3也组成等光程透镜系统，并且在透镜102-2和102-3之间的平行光路上设置棱镜101。由此，从LCD 401发射的光谱部分通过透镜102-1和102-2照射到棱镜101上，并且在棱镜101上被合成，并由透镜102-3聚焦，以便将发射线351的图像形成为发射线352。

从发射线352发射的光线由包含透镜102-4-1到102-4-5的焦阑(telecentric)透镜单元102-4转换成平行光，然后照射到薄凸透镜102-5。将薄凸透镜102-5和光束扫描镜78之间的距离b，以及光束扫描镜78和圆柱型屏面111S之间的距离a的总和(即，b+a)作为薄凸透镜102-5的焦距。换句话说，圆柱型屏面111S被设置在薄凸透镜102-5的焦距(b+a)上。a同时也是圆柱型屏面111S的曲率半径。由此，图像被不变形地显示在圆柱型屏面111S上。

焦阑透镜单元102-4和薄凸透镜102-5可以由变焦透镜组成。

图24示出了另一种形式的显示装置34。在图23所示的形式中，由于从圆柱型透镜91S到光束扫描镜78的光路由直线构成，因此整个长度较长。因此，在图24所示的形式中，如此设计显示装置34，使得通过减少显示装置34的整体长度，可以减少显示装置的尺寸。更具体的说，在这种形式中，在圆柱型透镜91S和发射线351之间设置半镜371。从发射线351S发出的光线通过透镜91-1到91-3入射到代替图23所示的LCD 401使用的微镜阵列74上。在透镜91-1和91-2之间的平行光路上设置棱镜92。

从根据图像数据进行控制的微镜阵列74射出的光谱部分，通过透镜91-3和91-2照射到棱镜92上，并且被合成，以便通过透镜91-1形成发射线351。从发射线351发出的光线照射到半镜371，并被其反射，并且从来自圆柱型透镜91S的入射光中分离出来。被半镜371反射的光线通过焦阑透镜单元102-4和薄凸透镜102-5照射到光束扫描镜78上。被光束扫描镜78反射的光线照射到圆柱型屏面111S上，由此显示图像。

因此，在这种形式中，用于将光线分割成光谱的棱镜92也被用作合成棱镜101。此外透镜91-1到91-3同样被用作透镜101和透镜102-1到102-3。其它的结构特征都与图23相同。结果，使用了更少的部件，从而能够减少尺寸和成本。

图25仍然示出了另一种形式的显示装置34。如果在透镜系统91和102中使用透镜，会产生色差。因此，在这种形式中，使用反射镜代替透镜。更具体的说，在这种形式中，使用抛物线形曲面镜91M代替透镜系统91，使用椭圆型曲面镜102M代替透镜系统102。抛物线型曲面镜91M由在图平面上绘出的垂直于图平面延伸的抛物线来形成。类似的，椭圆型曲面镜具有由在图平面上绘出的垂直于图平面延伸的椭圆的一部分的线形成的表面。

从光源71发射的白光由抛物线型曲面镜91M反射。如果不存在棱镜92，将在抛物线的焦点421处作为发射线(定义焦点)聚焦光线。然而，实际上在抛物线曲面镜91M和抛物线的焦点421之间插入了棱镜92。这样，那里的光路被弯曲了，使得实际上光线被聚焦于在不同于焦点421的位置上设置的透射型LCD 401上。

如果不存在棱镜101，LCD 401被设置在椭圆型曲面镜102M的焦点431上。然而，实际上棱镜101被设置在椭圆型曲面镜102M和焦点431之间，使得光路被弯曲了。因此，LCD 401被设置在微小区别于焦点431的位置上。换句话说，当不存在棱镜92和101时，设置抛物线型曲面镜91M和椭圆型曲面镜102M，使得抛物线的焦点421和椭圆的焦点431被设置在彼此相关的位置上(即，两个焦点被设置在光学上相应的位置上)。

从透射型LCD 401射出的光谱部分被棱镜101合成，并且被椭圆型曲面镜102M反射到另一个焦点432。由于沿着光路存在圆柱型光束扫描镜78S，光谱部分被光束扫描镜78S反射，并且聚焦在圆柱型屏面111S上。圆柱型屏面111S被光学地设置在椭圆型曲面镜102M的椭圆的焦点432上。换句话说，当圆柱型光束扫描镜78S和圆柱型屏面111S之间的距离为c时，圆柱型光束扫描镜78S和焦点432之间的距离也为c。c同时也是圆柱型屏面111S的曲率半径。圆柱型光束扫描镜78S的光入射表面是如在图中示出的阴影横截面形状的凸表面。结果，拉长了在圆柱型屏面111S上垂直于图平面形成的发射线的长度。

图26示出了另一种形式的显示装置34。在这种形式中，将棱镜92用作图25所示的棱镜92和棱镜101，椭圆型曲面镜102M形成为半镜。更具体的说，当从光源71发射的光线被抛物线型曲面镜91M反射时，实际上，光线被聚焦在其抛物线的焦点451上(它是抛物线的焦点，同时也是抛物线型曲面镜91M的抛物线的焦点)。然而，实际上，由于棱镜92被设置在光路上，光线被分割成光谱，并且在棱镜92上折射，并被聚焦到微镜阵列74上。在抛物线型曲面镜91M和棱镜92之间设置椭圆型曲面半镜102HM。光通过椭圆型曲面半镜102HM并且照射到棱镜92上。

由根据图像数据进行控制的微镜阵列74反射的光谱部分照射到棱镜92上，并被其合成。通过棱镜92的光线照射到椭圆型曲面半镜102HM，并被其反射。反射后，光线照射到圆柱型光束扫描镜78S，并被其反射，由此将光线聚焦在圆柱型屏面111S上。在这种形式中，抛物线型曲面镜91M的焦点451同时也是椭圆型曲面半镜102HM的焦点之一。因此，虽然被椭圆型曲面半镜102HM反射的光线应该实际上照射到椭圆的另一个焦点452上，但由于在光路上存在光束扫描镜78S，光线被光束扫描镜78S反射，并且聚焦到圆柱型屏面111S上。结果，圆柱型光束扫描镜78S和圆柱型屏面111S之间的距离c，与圆柱型光束扫描镜78S和椭圆的另一个焦点452之间的距离c相等。c同时也是圆柱型屏面111S的曲率半径。

在这种形式中，由于使用反射镜代替透镜，不仅限制了色差，同时由于棱镜92同样也用作图25所示的棱镜101，因此部件更少了，从而减少了尺寸和成本。

在图22到26所示的形式中，如果fθ透镜被设置在通过合成光谱部分而形成的、射向屏面的光线经过的光路上(例如，在光束扫描镜和屏面之间)，则可以使用平面屏幕。

在图25所示的形式中，抛物线型曲面镜91M和椭圆型曲面镜102M中的一个可以是反射镜，抛物线型曲面镜91M和椭圆型曲面镜102M中的另一个可以是透镜系统。即使在图26所示的形式中，抛物线型曲面镜91M也可以是透镜系统。

进一步的，在本说明书中，术语“系统”指的是包含多个装置的整个设备。

Claims (22)

1、一种用于拾取和显示图像的图像处理系统，该图像处理系统包括：

第一分割装置，用于将对象的光学图像分割成光谱；

检测装置，用于检测由第一分割装置所获得的光谱，并且根据所检测的光谱输出图像数据；

第二分割装置，用于将白光分割成光谱；

提取装置，用于根据由检测装置所输出的图像数据，从被第二分割装置分割成光谱的白光光谱中提取光谱部分；

合成装置，用于合成由提取装置所提取的光谱部分；以及

投影装置，用于投影由合成装置合成光谱部分所形成的光。

2、一种用于拍摄和显示图像的图像处理系统的图像处理方法，该方法包括步骤：

执行第一分割操作，用于将对象的光学图像分割成光谱；

检测由所述第一分割操作所获得的光谱，并且根据所检测的光谱输出图像数据；

执行第二分割操作，用于将白光分割成光谱；

根据由所述检测操作输出的图像数据，从被所述第二分割操作分割成光谱的白光光谱中提取光谱部分；

合成由所述提取操作所提取的光谱部分；以及

投影由所述合成操作合成光谱部分所形成的光。

3、一种用于显示图像的图像显示设备，该图像显示设备包括：

分割装置，用于将白光分割成光谱；

获取装置，用于根据对象的光学图像的光谱获取图像数据；

提取装置，用于根据图像数据，从被分割装置分割成光谱的白光光谱中按像素提取光谱部分；

合成装置，用于合成由提取装置提取的光谱部分；

投影装置，用于投影由合成装置合成光谱部分所形成的光；以及

调节装置，用于调节投影装置的投影位置。

4、如权利要求3所述的图像显示设备，其中调节装置包括光束扫描镜。

5、如权利要求3所述的图像显示设备，其中调节装置包括多角镜。

6、如权利要求3所述的图像显示设备，其中所述提取装置包括至少一个反射器或者透射单元，所述至少一个反射器或透射单元的数量在与对象的光学图像的一条线平行的方向上，与形成一条线的像素数量有关，并且在与所述一条线垂直的方向上，与对于一个像素的对象的光学图像的光谱部分的数量有关，所述至少一个反射器或透射单元根据由获取装置所获取的图像数据控制白光光谱的反射或透射。

7、如权利要求6所述的图像显示设备，其中提取装置的至少一个反射器包括微镜或者反射型液晶。

8、如权利要求6所述的图像显示设备，其中提取装置的至少一个透射单元包括透射型液晶。

9、如权利要求6所述的图像显示设备，其中获取装置在每个第一周期获取图像数据，并且调节装置调节通过合成光谱部分而形成的光线的投影位置，使得在每个第一周期一条线离开另一条线连续地移动，并且在每个第二周期投影基于图像数据的图像的一帧。

10、如权利要求9所述的图像显示设备，其中所述第一周期是水平扫描周期，并且所述第二周期是垂直扫描周期。

11、如权利要求6所述的图像显示设备，其中分割装置包括用于发射白光的灯，用于将从该灯发出的白光会聚成线状的会聚光学系统，以及用于将白光分割成光谱的光谱棱镜，并且其中合成装置包括用于合成由提取装置所提取的光谱部分的合成棱镜。

12、如权利要求11所述的图像显示设备，其中会聚光学系统包括圆柱型透镜或者抛物线型曲面镜。

13、如权利要求11所述的图像显示设备，还包括第一光学部件和第二光学部件，所述第一光学部件使得入射到光谱棱镜或者合成棱镜上的光成为平行光，所述第二光学部件使得从光谱棱镜或者合成棱镜射出的光成为会聚光。

14、如权利要求11所述的图像显示设备，其中提取装置是反射器，光谱棱镜和合成棱镜组合成一个棱镜，并且所述图像显示设备还包括分离装置，用于将传播到反射器的光从由反射器传播出的光中分离出来。

15、如权利要求11所述的图像显示设备，其中会聚光学系统和投影装置中的至少一个是反射镜。

16、如权利要求15所述的图像显示设备，其中会聚光学系统是抛物线型曲面镜，并且投影装置是椭圆型曲面镜。

17、如权利要求16所述的图像显示设备，其中放置椭圆型曲面镜的焦点，以使其与抛物线型曲面镜的焦点相对应。

18、如权利要求16所述的图像显示设备，其中由合成光谱部分所形成的光投影到椭圆型曲面镜的另一个焦点。

19、如权利要求15所述的图像显示设备，其中会聚光学系统是抛物线型曲面镜，并且投影装置是椭圆型曲面半镜。

20、如权利要求6所述的图像显示设备，其中分割装置包括用于发射白光的灯，用于以一条线的形式分离出从所述灯发出的白光的一部分的狭缝，以及用于将白光的一部分分割成光谱的光谱棱镜，并且其中合成装置包括用于合成由提取装置所提取的光谱部分的合成棱镜。

21、如权利要求3所述的图像显示设备，还包括用于在其上投影由合成光谱部分所形成的光的圆柱型屏面。

22、一种用于显示图像的图像显示设备的图像显示方法，该方法包括步骤：

将白光分割成光谱；

根据对象的光学图像的光谱获取图像数据；

根据图像数据，从被所述分割操作分割成光谱的白光光谱中按像素提取光谱部分；

合成由所述提取操作所提取的光谱部分；以及

调节由所述合成操作合成光谱部分所形成的光线的位置。

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