本發(fā)明屬于基于集成成像的光場顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及光場顯示系統(tǒng)中透鏡陣列的校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

集成成像包括三維場景的記錄與再現(xiàn)兩個過程。記錄過程中，透鏡陣列和記錄介質(zhì)(如電荷耦合器件(ccd)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)或膠片)對三維場景發(fā)出光線的方向信息和亮度信息進(jìn)行采樣，得到二維單元圖像陣列，單元圖像陣列中的每個單元圖像都是其對應(yīng)的透鏡對三維場景成的像，包含著三維場景的不同視差信息。顯示過程中，記錄的二維單元圖像陣列顯示在二維顯示面板上，如液晶顯示面板(lcd)，單元圖像發(fā)出的光線通過透鏡陣列或針孔陣列后重構(gòu)形成三維圖像。集成成像的記錄與再現(xiàn)過程不需要相干光照明，可實現(xiàn)裸眼連續(xù)視差、真彩色的三維顯示，在一定視角范圍內(nèi)，可供多人在不同方向同時觀看。傳統(tǒng)集成成像的可視分辨率受透鏡間隔的限制，為增大可視分辨率，構(gòu)建基于集成成像的光場顯示系統(tǒng)：在重構(gòu)三維物體的某一深度平面放置定向散射屏，從而在散射屏的前后一段深度范圍內(nèi)人眼都能獲得較高的可視分辨率。

理想情況下，集成成像光場顯示系統(tǒng)中所有透鏡的中心位置和對應(yīng)顯示單元中心位置的連線應(yīng)該是平行的，更確切的說，它們應(yīng)該均垂直于顯示面板。然而實際情況中，透鏡陣列的裝配過程會存在誤差，在橫向和縱向會產(chǎn)生偏移，造成三維重構(gòu)精度的下降，成像質(zhì)量的惡化，因此需要對各個透鏡的位置進(jìn)行校準(zhǔn)。本發(fā)明是關(guān)于透鏡位置的橫向偏移的校準(zhǔn)方法。

在先技術(shù)“一種針對透鏡陣列的陣列圖像配準(zhǔn)模板”(中國專利，申請?zhí)枺篶n103824288a)，針對透鏡陣列加工過程中存在誤差的問題，公開了一種陣列圖像配準(zhǔn)模板，但該模板較為復(fù)雜。

本發(fā)明提出集成成像光場顯示系統(tǒng)透鏡陣列的校準(zhǔn)方法，具體包括一種降低中心位置橫向偏差的方法和一種消除中心位置橫向偏差的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出集成成像光場顯示系統(tǒng)透鏡陣列的校準(zhǔn)方法，確保各透鏡的光心位置和對應(yīng)顯示單元的中心位置橫向重合，以提高三維重構(gòu)的精度，提升成像顯示質(zhì)量。

本發(fā)明的特征在于，集成成像光場顯示系統(tǒng)包括顯示面板、透鏡陣列和定向散射屏，顯示面板上加載對應(yīng)的單元圖像陣列，理想情況下，單元圖像的中心與相應(yīng)透鏡光心的連線應(yīng)該是平行的(即橫向重合)，并垂直于顯示面板；而實際情況下，由于透鏡陣列的裝配存在誤差，會產(chǎn)生橫向的偏移，各顯示單元的中心與相應(yīng)透鏡光心的連線不再平行。如果仍然按照理想透鏡的位置加載相應(yīng)的單元圖像，將會造成三維重構(gòu)精度的下降，成像質(zhì)量的惡化。針對以上情形，本發(fā)明提出一種降低透鏡陣列中心位置偏差和一種消除透鏡陣列中心位置偏差的方法。

采用本發(fā)明降低中心位置偏差的方法為：各理想透鏡光心與對應(yīng)顯示單元中心的連線在定向散射屏上會有交點，在定向散射屏標(biāo)記這些交點并將其作為參考點，，在理想透鏡對應(yīng)單元圖像的中心點處加載校驗圖像，如“十”字形圖像，該圖像經(jīng)實際透鏡作用，將會成像至定向散射屏，所成像的中心與之前標(biāo)記點之間會存在偏差。此時通過程序精確控制“十”字形圖像的加載位置，使其逐漸偏離理想透鏡對應(yīng)單元圖像的中心點，而該圖像經(jīng)實際透鏡后所成像逐漸逼近定向散射屏上的參考點，當(dāng)兩者重合時，程序停止，將此時“十”字形圖像的加載位置作為實際透鏡光心的橫向位置。對所有的透鏡都做上述操作后，透鏡陣列中心的橫向位置的校準(zhǔn)完成，透鏡的中心位置為顯示面板加載的對應(yīng)單元圖像的中心位置。通過數(shù)學(xué)分析可知，采用以上方法時，透鏡光心位置的橫向偏差將會減小，減小程度與透鏡成像系統(tǒng)的放大倍率有關(guān)。

采用本發(fā)明消除中心位置偏差的方法為：將校驗圖像，如“十”字形圖像，加載至理想透鏡對應(yīng)單元圖像的中心位置處，該圖像經(jīng)實際透鏡作用，將會成像至定向散射屏，各理想透鏡光心與對應(yīng)單元圖像中心的連線在定向散射屏上會有交點，可以精確測量實際成像位置與理想交點之間的位置偏差，進(jìn)而計算得到實際透鏡對應(yīng)單元圖像中心位置的校正量，完成透鏡陣列的校準(zhǔn)。

附圖說明

實施例圖：

本發(fā)明提供的集成成像光場顯示系統(tǒng)透鏡陣列的校準(zhǔn)方法的附圖有5個

圖1理想情況下顯示面板、透鏡陣列和定向散射屏的位置關(guān)系示意圖。

圖2實際情況下顯示面板、透鏡陣列和定向散射屏的位置關(guān)系示意圖。

圖3集成成像光場顯示系統(tǒng)透鏡陣列的校準(zhǔn)方法的原理圖。

圖4“十”字形校驗圖像相對透鏡的偏移和透鏡陣列校準(zhǔn)后的正視圖。

圖5采用降低中心位置偏差校準(zhǔn)方法后實現(xiàn)成像質(zhì)量提升的效果圖。

圖1～圖3中，(1)-顯示面板，(2)-透鏡陣列，(3)-定向散射屏。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明“集成成像光場顯示系統(tǒng)透鏡陣列的校準(zhǔn)方法”實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

圖1為理想情況下顯示面板、透鏡陣列和定向散射屏的位置關(guān)系示意圖。顯示面板(1)上加載單元圖像陣列，各單元圖像的中心表示為c1，c2，c3……每個顯示單元正前方放置一個透鏡，組成透鏡陣列(2)，各透鏡的光心表示為o1，o2，o3……各顯示單元中心與相應(yīng)透鏡光心的連線與定向散射屏(1)的交點為r1，r2，r3……理想情況下，各單元圖像中心與透鏡光心的連線應(yīng)該是平行的，更確切地說，它們應(yīng)該均垂直于顯示面板(1)。

圖2為實際情況下顯示面板、透鏡陣列和定向散射屏的位置關(guān)系示意圖。由于透鏡陣列(2)的裝配過程中存在誤差，會產(chǎn)生橫向偏移。在透鏡陣列(2)位置處，實線表示理想透鏡的位置，虛線表示實際透鏡的位置，各理想透鏡的光心表示為o1，o2，o3……各實際透鏡的光心表示為o′1，o′2，o′3……此時，各顯示單元中心與實際透鏡光心的連線不再平行，如果仍按照理想透鏡位置生成并加載單元圖像陣列，將會造成三維重構(gòu)精度的下降，成像質(zhì)量的惡化。

圖3為集成成像光場顯示系統(tǒng)透鏡陣列的校準(zhǔn)方法的原理圖。假設(shè)透鏡陣列(2)的z軸坐標(biāo)為0，定向散射屏(3)的z軸坐標(biāo)為l，顯示面板(2)的z軸坐標(biāo)為-g，以單透鏡成像為例進(jìn)行說明，實線框表示理想透鏡的位置，它的光心記為o點，cerr點表示理想透鏡對應(yīng)單元圖像的理想中心位置，cerr點與o點的連線與定向散射屏的交點記為r點。由于透鏡裝配時存在誤差，實際透鏡位置會偏離理想透鏡的位置，虛線框表示實際透鏡的位置，它的光心記為o′點，copt點表示實際透鏡對應(yīng)單元圖像的實際中心位置，copt點與o′點的連線與定向散射屏的交點記為ropt點。如果此時仍將cerr點作為實際透鏡對應(yīng)單元圖像的中心位置，cerr點與o′點的連線與定向散射屏的交點記為rerr點，該點將遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離正確的像點位置ropt點。

采用方法一降低中心位置偏差。根據(jù)理想透鏡的光心o點和相應(yīng)單元圖像中心cerr點的位置關(guān)系，在定向散射屏上對r點進(jìn)行標(biāo)記，它代表了透鏡光心的理想位置，此后在顯示單元的理想中心位置cerr處加載校驗圖像，如“十”字形圖像，經(jīng)實際透鏡后，“十”字形圖像的中心會成像至rerr處，編寫程序調(diào)整控制“十”字形圖像的加載位置，當(dāng)“十”字形圖像的中心經(jīng)實際透鏡成像后與定向散射屏上的r點重合，停止移動，此時“十”字形圖像的加載位置為ccal點，我們將ccal點當(dāng)作單元圖像的實際加載位置。

未校準(zhǔn)前，單元圖像加載在cerr處，經(jīng)實際透鏡后的像點位于rerr處，這兩點的連線與水平方向的夾角為校準(zhǔn)后，單元圖像加載在ccal處，經(jīng)實際透鏡后的像點在r處，這兩點的連線與水平方向的夾角為m為透鏡成像系統(tǒng)的放大倍數(shù)。由于m＞1，則β＜α，可見該方法可有效降低中心位置的偏差。

采用方法二消除中心位置偏差。加載校驗圖像，如“十”字形圖像，使其中心位于cerr處，經(jīng)實際透鏡后的像點位于rerr處，精確測量值，計算校正量根據(jù)cerr的位置和校正量找到相應(yīng)點copt，該點即為準(zhǔn)確的透鏡中心的橫向位置。

圖4為“十”字形校驗圖像相對透鏡的偏移和透鏡陣列校準(zhǔn)后的正視圖。圖4(a)為透鏡陣列校準(zhǔn)前各“十”字形校驗圖像相對透鏡偏移的正視圖，“十”字形圖像沒有整齊排列，偏差較大，圖4(b)為校準(zhǔn)后的正視圖，各“十”字形校驗圖像整齊排列。

圖5為采用降低中心位置偏差校準(zhǔn)方法后實現(xiàn)成像質(zhì)量提升的效果圖。圖5(a)為校準(zhǔn)前的集成成像光場顯示效果，圖5(b)為校準(zhǔn)后的集成成像光場顯示效果，圖5(b)的成像質(zhì)量更佳，圖像更清晰，

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。