集成成像光场显示系统透镜阵列的校准方法与流程

本发明属于基于集成成像的光场显示技术领域，具体涉及光场显示系统中透镜阵列的校准方法。

背景技术：

集成成像包括三维场景的记录与再现两个过程。记录过程中，透镜阵列和记录介质(如电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)或胶片)对三维场景发出光线的方向信息和亮度信息进行采样，得到二维单元图像阵列，单元图像阵列中的每个单元图像都是其对应的透镜对三维场景成的像，包含着三维场景的不同视差信息。显示过程中，记录的二维单元图像阵列显示在二维显示面板上，如液晶显示面板(LCD)，单元图像发出的光线通过透镜阵列或针孔阵列后重构形成三维图像。集成成像的记录与再现过程不需要相干光照明，可实现裸眼连续视差、真彩色的三维显示，在一定视角范围内，可供多人在不同方向同时观看。传统集成成像的可视分辨率受透镜间隔的限制，为增大可视分辨率，构建基于集成成像的光场显示系统：在重构三维物体的某一深度平面放置定向散射屏，从而在散射屏的前后一段深度范围内人眼都能获得较高的可视分辨率。

理想情况下，集成成像光场显示系统中所有透镜的中心位置和对应显示单元中心位置的连线应该是平行的，更确切的说，它们应该均垂直于显示面板。然而实际情况中，透镜阵列的装配过程会存在误差，在横向和纵向会产生偏移，造成三维重构精度的下降，成像质量的恶化，因此需要对各个透镜的位置进行校准。本发明是关于透镜位置的横向偏移的校准方法。

在先技术“一种针对透镜阵列的阵列图像配准模板”(中国专利，申请号：CN103824288A)，针对透镜阵列加工过程中存在误差的问题，公开了一种阵列图像配准模板，但该模板较为复杂。

本发明提出集成成像光场显示系统透镜阵列的校准方法，具体包括一种消除中心位置横向偏差的方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提出集成成像光场显示系统透镜阵列的校准方法，确保各透镜的光心位置和对应显示单元的中心位置横向重合，以提高三维重构的精度，提升成像显示质量。

本发明的特征在于，集成成像光场显示系统包括显示面板、透镜阵列和定向散射屏，显示面板上加载对应的单元图像阵列，理想情况下，单元图像的中心与相应透镜光心的连线应该是平行的(即横向重合)，并垂直于显示面板；而实际情况下，由于透镜阵列的装配存在误差，会产生横向的偏移，各显示单元的中心与相应透镜光心的连线不再平行。如果仍然按照理想透镜的位置加载相应的单元图像，将会造成三维重构精度的下降，成像质量的恶化。针对以上情形，本发明提出一种消除透镜阵列中心位置偏差的方法。

采用本发明消除中心位置偏差的方法为：将校验图像，如“十”字形图像，加载至理想透镜对应单元图像的中心位置处，该校验图像经实际透镜作用，将会成像至定向散射屏，各理想透镜光心与对应单元图像中心的连线在定向散射屏上会有交点，可以精确测量实际成像位置与理想交点之间的位置偏差，进而计算得到实际透镜对应单元图像中心位置的校正量，完成透镜阵列的校准。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提出一种集成成像光场显示系统透镜阵列的校准方法，能够解决实际情况中透镜阵列在装配过程产生的横向偏移问题，通过计算实际透镜对应单元图像中心位置和理想透镜对应单元图像中心位置间的校正量，找到实际透镜对应单元图像中心位置，以确保各透镜的光心位置和对应显示单元的中心位置横向重合，以提高三维重构的精度，提升成像显示质量。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1理想情况下显示面板、透镜阵列和定向散射屏的位置关系示意图。

图2实际情况下显示面板、透镜阵列和定向散射屏的位置关系示意图。

图3集成成像光场显示系统透镜阵列的校准方法的原理图。

图4“十”字形校验图像相对透镜的偏移和透镜阵列校准后的正视图。

图1～图3中，(1)-显示面板，(2)-透镜阵列，(3)-定向散射屏。

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做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。

本发明的目的是提供集成成像光场显示系统透镜阵列的校准方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为理想情况下显示面板、透镜阵列和定向散射屏的位置关系示意图。显示面板(1)上加载单元图像阵列，各单元图像的中心表示为C1，C2，C3……每个显示单元正前方放置一个透镜，组成透镜阵列(2)，各透镜的光心表示为O1，O2，O3……各显示单元中心与相应透镜光心的连线与定向散射屏(1)的交点为R1，R2，R3……理想情况下，各单元图像中心与透镜光心的连线应该是平行的，更确切地说，它们应该均垂直于显示面板(1)。

图2为实际情况下显示面板、透镜阵列和定向散射屏的位置关系示意图。由于透镜阵列(2)的装配过程中存在误差，会产生横向偏移。在透镜阵列(2)位置处，实线表示理想透镜的位置，虚线表示实际透镜的位置，各理想透镜的光心表示为O1，O2，O3……各实际透镜的光心表示为O1′，O2′，O3′……此时，各显示单元中心与实际透镜光心的连线不再平行，如果仍按照理想透镜位置生成并加载单元图像阵列，将会造成三维重构精度的下降，成像质量的恶化。

图3为集成成像光场显示系统透镜阵列的校准方法的原理图。假设透镜阵列(2)的z轴坐标为0，定向散射屏(3)的z轴坐标为l，显示面板(2)的z轴坐标为-g，以单透镜成像为例进行说明，实线框表示理想透镜的位置，它的光心记为O点，Cerr点表示理想透镜对应单元图像的理想中心位置，Cerr点与O点的连线与定向散射屏的交点记为R点。由于透镜装配时存在误差，实际透镜位置会偏离理想透镜的位置，虚线框表示实际透镜的位置，它的光心记为O′点，Copt点表示实际透镜对应单元图像的实际中心位置，Copt点与O′点的连线与定向散射屏的交点记为Ropt点。如果此时仍将Cerr点作为实际透镜对应单元图像的中心位置，Cerr点与O′点的连线与定向散射屏的交点记为Rerr点，该点将远远偏离正确的像点位置Ropt点。

采用此方法消除中心位置偏差。加载校验图像，如“十”字形图像，使其中心位于Cerr处，经实际透镜后的像点位于Rerr处，精确测量值计算校正量根据Cerr的位置和校正量找到相应点Copt，该点即为准确的透镜中心的横向位置。

图4为“十”字形校验图像相对透镜的偏移和透镜阵列校准后的正视图。图4(a)为透镜阵列校准前各“十”字形校验图像相对透镜偏移的正视图，“十”字形图像没有整齐排列，偏差较大，图4(b)为校准后的正视图，各“十”字形校验图像整齐排列。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。