一種測量和校正虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器畸變的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測量和校正虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器畸變的方法，包括以下步驟：分劃板經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)對分劃板成像得到畸變網(wǎng)格像；根據(jù)網(wǎng)格頂點(diǎn)坐標(biāo)與畸變網(wǎng)格頂點(diǎn)坐標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系，計(jì)算得到每個網(wǎng)格的畸變系數(shù)；在畸變網(wǎng)格像上劃出無畸變的網(wǎng)格A，根據(jù)光路可逆原理，光學(xué)系統(tǒng)的物面上具有與網(wǎng)格A相對應(yīng)的畸變網(wǎng)格A′，然后利用畸變系數(shù)與網(wǎng)格A的頂點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算出畸變網(wǎng)格A′的頂點(diǎn)坐標(biāo)，并將畸變網(wǎng)格A′的頂點(diǎn)坐標(biāo)生成坐標(biāo)查找表；利用坐標(biāo)查找表將待投影圖像轉(zhuǎn)換為預(yù)畸變圖像，并輸入像源，并對像源所顯示的預(yù)畸變圖像成像，得到成像圖像，對比成像圖像與所述的預(yù)畸變圖像，調(diào)整像源，完成對像源的校正。本發(fā)明還公開了一種測量和校正虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器畸變的裝置。
【專利說明】一種測量和校正虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器畸變的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及投影光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種測量和校正虛擬顯示顯示器畸變的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器不同于一般的投影機(jī)，是一種可以將文字、圖像等信息由光學(xué)系統(tǒng)直接投影在人眼成像的設(shè)備，投射的文字和圖像調(diào)整在無窮遠(yuǎn)平面上，比如平視顯示器(HUD)和頭盔顯示器(HMD)，能夠?qū)⑼饨绲木跋笈c顯示器的資料融合在一起，使人們不需要低頭就能夠方便、舒適地看到他需要的重要資訊。
[0003]虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器最初應(yīng)用于軍用飛機(jī)，目前涉及的應(yīng)用范圍廣泛，具備智能操作系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器(HWD)開始商業(yè)化，比如谷歌眼鏡；許多民用航空飛機(jī)上已經(jīng)配備了平視顯示器(HUD)，同時，裝配在汽車、火車或者地鐵列車上可以更加方便地給駕駛員提供路況、導(dǎo)航等信息，避免注意力中斷以及喪失對狀態(tài)意識的掌握，提高駕駛的安全性。
[0004]但是，為了能使顯示的信息不丟失，同時還要使觀察者得到舒適的觀感，在設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器的光學(xué)系統(tǒng)時必須滿足高清晰度和大視場的要求，這會使得投影圖像發(fā)生畸變，清晰度越高，視場越大，圖像的畸變也越大，尤其是在邊緣視場。一般的光學(xué)系統(tǒng)往往采用同軸的設(shè)計(jì)，此時圖像的畸變是關(guān)于中心對稱的，但是在一些特殊的裝配環(huán)境下，虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器的光學(xué)系統(tǒng)必須采用離軸設(shè)計(jì)的形式，這會使得投影圖像發(fā)生非常大的畸變，且畸變是不對稱的。投影圖像的畸變不僅會影響觀察的舒適感，甚至?xí)斐捎^察者對重要信息的誤判，導(dǎo)致不必要的損失。因此，如何消除虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器投影圖像的畸變是亟待解決的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種測量和校正虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器畸變的方法和裝置，在虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器像源上對圖像做預(yù)先的畸變處理，來抵消光學(xué)系統(tǒng)所帶來的畸變，達(dá)到校正投影圖像畸變的目的。
[0006]一種測量和校正虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器畸變的方法，包括以下步驟:
[0007]I)設(shè)定帶有網(wǎng)格的分劃板，將該分劃板置于光學(xué)系統(tǒng)的物面，并經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)對分劃板成像得到畸變網(wǎng)格像，所述畸變網(wǎng)格像上具有畸變網(wǎng)格；
[0008]2)根據(jù)網(wǎng)格頂點(diǎn)坐標(biāo)與畸變網(wǎng)格頂點(diǎn)坐標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系，計(jì)算得到每個網(wǎng)格的畸變系數(shù)；
[0009]3)在所述畸變網(wǎng)格像上劃出無畸變的網(wǎng)格A，根據(jù)光路可逆原理，光學(xué)系統(tǒng)的物面上具有與網(wǎng)格A相對應(yīng)的畸變網(wǎng)格A'，然后利用畸變系數(shù)與網(wǎng)格A的頂點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算出畸變網(wǎng)格A'的頂點(diǎn)坐標(biāo)，并將畸變網(wǎng)格A'的頂點(diǎn)坐標(biāo)生成坐標(biāo)查找表；
[0010]4)利用坐標(biāo)查找表將待投影圖像轉(zhuǎn)換為預(yù)畸變圖像，并輸入像源，并對像源所顯示的預(yù)畸變圖像成像，得到成像圖像，對比成像圖像與所述的預(yù)畸變圖像，調(diào)整像源，完成對像源的校正；
[0011]5)將校正后的像源置于光學(xué)系統(tǒng)的物面，并向像源輸入預(yù)畸變圖像，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)出射為無畸變的圖像，完成對虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器的校正。
[0012]在步驟2)中，設(shè)網(wǎng)格的四個頂點(diǎn)坐標(biāo)為(X。，y0)，(X1, Y1)，(x2, y2)和(x3, y3)，畸變網(wǎng)格的四個頂點(diǎn)坐標(biāo)為(U。, v0), (U1, V1), (u2, v2)和(u3, V3),建立頂點(diǎn)坐標(biāo)(X，y)與(u, v)之間的對應(yīng)關(guān)系式:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種測量和校正虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器畸變的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)設(shè)定帶有網(wǎng)格的分劃板，將該分劃板置于光學(xué)系統(tǒng)的物面，并經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)對分劃板成像得到畸變網(wǎng)格像，所述畸變網(wǎng)格像上具有畸變網(wǎng)格； 2)根據(jù)網(wǎng)格頂點(diǎn)坐標(biāo)與畸變網(wǎng)格頂點(diǎn)坐標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系，計(jì)算得到每個網(wǎng)格的畸變系數(shù)； 3)在所述畸變網(wǎng)格像上劃出無畸變的網(wǎng)格A，根據(jù)光路可逆原理，光學(xué)系統(tǒng)的物面上具有與網(wǎng)格A相對應(yīng)的畸變網(wǎng)格Ai，然后利用畸變系數(shù)與網(wǎng)格A的頂點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算出畸變網(wǎng)格A'的頂點(diǎn)坐標(biāo)，并將畸變網(wǎng)格A'的頂點(diǎn)坐標(biāo)生成坐標(biāo)查找表； 4)利用坐標(biāo)查找表將待投影圖像轉(zhuǎn)換為預(yù)畸變圖像，并輸入像源，并對像源所顯示的預(yù)畸變圖像成像，得到成像圖像，對比成像圖像與所述的預(yù)畸變圖像，調(diào)整像源，完成對像源的校正； 5)將校正后的像源置于光學(xué)系統(tǒng)的物面，并向像源輸入預(yù)畸變圖像，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)出射為無畸變的圖像，完成對虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器的校正。
2.如權(quán)利要求1所述的測量和校正虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器畸變的方法，其特征在于，在步驟2)中，設(shè)網(wǎng)格的四個頂點(diǎn)坐標(biāo)為(Xt^yci),(x1； Y1), (x2,12)和(x3，y3)，畸變網(wǎng)格的四個頂點(diǎn)坐標(biāo)為(U。, v0), (U1, V1), (u2, v2)和(u3, V3),建立頂點(diǎn)坐標(biāo)(X，y)與(u, v)之間的對應(yīng)關(guān)系式:
3.如權(quán)利要求2所述的測量和校正虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器畸變的方法，其特征在于，在步驟3)中，設(shè)無畸變的網(wǎng)格A的頂點(diǎn)坐標(biāo)為(u’n，V’n)，根據(jù)光路的可逆性原理，得到:
4.一種測量和校正虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器畸變的裝置，所述的虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器包括光學(xué)系統(tǒng)和像源，其特征在于，所述的裝置包括光學(xué)系統(tǒng)畸變測量模塊和預(yù)畸變圖像生成模塊； 所述的系統(tǒng)畸變測量模塊用于測量光學(xué)系統(tǒng)的畸變系數(shù)； 所述的預(yù)畸變圖像生成模塊根據(jù)所述的畸變系數(shù)將待投影圖像轉(zhuǎn)換為預(yù)畸變圖像；所述的系統(tǒng)畸變測量模塊包括: 分劃板，位于光學(xué)系統(tǒng)的物面位置，且?guī)в袩o畸變網(wǎng)格； 成像裝置，用于采集無畸變網(wǎng)格經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)所成的像，得到畸變網(wǎng)格像； 圖像處理模塊，根據(jù)畸變網(wǎng)格像中的畸變網(wǎng)格頂點(diǎn)坐標(biāo)與無畸變網(wǎng)格頂點(diǎn)坐標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系,得到畸變系數(shù),并生成坐標(biāo)查找表； 預(yù)畸變圖像生成模塊包括: 控制系統(tǒng)，根據(jù)所述的坐標(biāo)查找表，將待投影圖像轉(zhuǎn)換為預(yù)畸變圖像， 視頻信號發(fā)生器，用于將所述的預(yù)畸變圖像送入像源顯示。
5.如權(quán)利要求4所述的測量和校正虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器畸變的裝置，其特征在于，成像裝置包括相機(jī)鏡頭和CXD傳感器。
6.如權(quán)利要求4所述的測量和校正虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器畸變的裝置，其特征在于，還包括位于所述光學(xué)系統(tǒng)物面位置，用于對所述分劃板均勻照明的背光源。
7.如權(quán)利要求6所述的測量和校正虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器畸變的裝置，其特征在于，所述的控 制系統(tǒng)分別與背光源、圖像處理模塊和視頻信號發(fā)生器連接，該控制系統(tǒng)還用于控制背光源。
【文檔編號】G02B27/64GK103792674SQ201410028245
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】鄭臻榮, 李安, 夏新星, 吳懿思, 陳馳, 申俊飛, 張雅琴, 劉旭, 李海峰 申請人:浙江大學(xué)