专利名称：测量液晶空间光调制器gamma曲线的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电测试技术领域，尤其涉及一种测量液晶空间光调制器gamma曲线的方法及系统。
背景技术：
Gamma值是一个校正参数，反映仪器的自身属性，对于液晶空间光调制器来说， 每个像素上的gamma值可能不相同而且相互之间没有规律，对应于输入值，其输出值只能以一种非线性的方式输出，对于单个的液晶空间光调制器来说，由于其工作原理相同，其 gamma曲线是固定的，对于不同的液晶空间光调制器，由于制作工艺的限制和材料的微小差别，各个液晶空间光调制器gamma曲线可能会不一样，所以需要对每个液晶空间光调制器进行gamma曲线测量。现有技术中测量液晶空间光调制器gamma曲线的方法是在液晶空间光调制器上写入不同灰度值的图片；用能量计测量在写入不同灰度值时的能量值；对能量值做归一化处理，即所有能量都除以能量最大的这个极值，绘制gamma曲线。利用这种测量方法，在测量时需要在液晶空间光调制器里多次写入不同灰度值的图片，例如，从黑阶到白阶，灰度值从0-255总共有256个，如果以5个灰度值为间隔，就需要在液晶空间光调制器上写入52个不同的灰度图像，在52个不同灰度值下需要测量52次能量值，这种方法工作量大，要制作多个灰度值的图像、多次测量能量值，而且对注入激光的稳定性要求极高，稍不稳定将带来极大的误差。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种能减少测量液晶空间光调制器gamma曲线的工作量，写入一次图像便能得到液晶空间光调制器的gamma曲线的方法及系统。为了达到上述目的，本发明提出一种测量液晶空间光调制器gamma曲线的方法， 该方法包括以下步骤在液晶空间光调制器里写入图像，图像包括主显示区和位于主显示区域两侧的两个辅助显示区，主显示区包含第一标准灰度信息，辅助显示区包含第二标准灰度信息；液晶空间光调制器过滤第二标准灰度信息并将第一标准灰度信息转换为测试灰度信息并输出到光电传感器；对光电传感器获取的测试灰度信息进行归一化处理，利用归一化结果绘制gamma 曲线优先的，所述第一标准灰度信息和所述第二标准灰度信息都包含多个标准灰度值，所述第一标准灰度信息所包含的标准灰度值的个数多于所述第二标准灰度值信息所包含的标准灰度值的个数。
优先的，所述图像的标准灰度值包含在一个256*n的二维矩阵中，每行灰度值以 0-255顺序连续递增，其中，η为自然数。优先的，所述对测试灰度信息进行归一化处理，利用归一化后的结果绘制gamma 曲线的步骤包括确定与所述测试灰度信息中的每个测试灰度值对应的标准灰度值；将测试灰度值除以对应的标准灰度值，将其结果作为纵坐标，将标准灰度值作为横坐标建立坐标系，绘制gamma曲线。优先的，所述确定与所述测试灰度值对应的标准灰度值的具体步骤为确定写入液晶空间光调制器的标准灰度值的最大值X ；确定光电传感器接收的测试灰度值的个数Y，所述测试灰度值的个数Y等于光电传感器接收的第一个非零的测试灰度值至最后一个非零的测试灰度值的个数加1 ；根据X和Y计算标准灰度值之间的间隔值Z，Z = X/(Y-I)；根据间隔值Z计算对应于测试灰度值的标准灰度值An，An = Z*m，m为大于等于0 且小于Y的整数。本发明还提供了一种测量液晶空间光调制器gamma曲线的系统，包括沿光路依序设置的光源、液晶空间光调制器和光电传感器，所述光源输出光束经过所述液晶空间光调制器进入所述光电传感器，所述光电传感器用于接收液晶空间光调制器输出的测试灰度信肩、ο优先的，所述系统的液晶空间光调制器与光源之间设有扩大光束直径的扩束镜， 所述光电传感器与液晶空间光调制器之间设有用于会聚光束的凸透镜。优先的，所述液晶空间光调制器与光源之间设置有前偏振片，所述系统的光电传感器与液晶空间光调制器之间设置有后偏振片。优先的，所述液晶空间光调制器与所述前偏振片之间设置有前半波片，所述液晶空间光调制器与所述后偏振片之间设置有后半波片，所述光源与所述前偏振片之间设置有衰减片和外半波片，外半波片位于衰减片与前偏振片之间。优先的，所述光电传感器为电荷耦合元件CCD。本发明提出的测量液晶空间光调制器gamma曲线的方法及系统，利用光电传感器接收图像的灰度值，通过数据归一化处理后，一次性生成gamma曲线，相对于能量计的接收输出信息的方式，省去了在液晶空间光调制器写入灰度图像的次数，减少了测量gamma曲线的工作量，另外，相对于用能量计测量的能量值，用光电传感器接收的数值化灰度值的数据稳定性也更高。此外，本发明对光电传感器所接收的图像增加了辅助显示区，消除了图像衍射对光电传感器数据读取的影响，进一步提高光电传感器数据读取的准确性。
图1是本发明测量液晶空间光调制器gamma曲线的方法一实施例的流程示意图。图2是本发明测量液晶空间光调制器gamma曲线的方法一实施例中写入的图像的成像示意图。图3是图2中所述图像包含渐变的第一标准灰度值和第二标准灰度值的示意图。图4是本发明测量液晶空间光调制器gamma曲线的方法一实施例中获取输出的测试灰度值的示意图。图5是本发明测量液晶空间光调制器gamma曲线的方法一实施例中利用归一化结果绘制gamma曲线流程示意图。图6是本发明测量液晶空间光调制器gamma曲线的方法一实施例中确定与测试灰度值对应的标准灰度值流程示意图。图7是本发明测量液晶空间光调制器gamma曲线的系统一实施例结构示意图。
具体实施例方式本发明测量液晶空间光调制器gamma曲线的原理是一方面，gamma曲线反映的是在不同灰度值下，输入光通过液晶空间光调制器后能量的变化；另一方面，光电传感器获取的图像，图像的不同灰度值反应的是能量的变化，能量越大灰度值也越大，二者成正比。如图1所示，本发明一实施例提出一种测量液晶空间光调制器gamma曲线的方法， 包括步骤Si，在液晶空间光调制器里写入图像，图像包括主显示区和位于主显示区域两侧的两个辅助显示区，主显示区包含第一标准灰度信息，辅助显示区包含第二标准灰度 fn息ο所述第一标准灰度信息和所述第二标准灰度信息都包含多个标准灰度值，所述第一标准灰度信息所包含的标准灰度值的个数多于所述第二标准灰度值信息所包含的标准灰度值的个数。所述图像的标准灰度值包含在一个256*n的二维矩阵中，每行灰度值以 0-255顺序连续递增，其中，η为自然数。在本实施例中，写入液晶空间光调制器里的图像如图2和图3所示，该图像的主显示区的第一标准灰度信息包含256拉56个灰度值，包含在一个256拉56的二维矩阵中，该二维灰度矩阵每行都是包含相同的从0至255的256个灰度值，任意一行的灰度值都是从左至右按照由灰度值为0(黑阶)至灰度值为255(白阶)的灰度值大小递增的顺序排布。该图像的两个辅助显示区的第二标准灰度信息都包含256*51个灰度值，包含在一个256*51 的二维矩阵中。所述位于主显示区左侧的辅助显示区的二维灰度矩阵每行都是包含从50 至0的51个灰度值，即任意一行的灰度值都是从左至右按照由灰度值为50 (灰阶)至灰度值为0(黑阶)的灰度值大小递减的顺序排布。所述位于主显示区右侧的辅助显示区的二维灰度矩阵每行都是包含从255至205的51个灰度值，即任意一行的灰度值都是从左至右按照由灰度值为255(白阶)至灰度值为205(灰阶)的灰度值大小递减的顺序排布。其中，根据实际操作的需要，所述图像的主显示区的二维灰度矩阵在任意一行的灰度值也可以都是从右至左按照灰度值大小递增的顺序排布，相应的，所述图像的辅助显示区的二维灰度矩阵在任意一行的灰度值都是从右至左按照灰度值大小递减的顺序排布。如图2所示，该图像含有测量液晶空间光调制器gamma曲线的标准灰度值，该标准灰度值就是按所述二维矩阵规则分布的灰度值，将所述含有第一标准灰度信息的图像主显示区均勻成像在液晶空间光调制器的像素平面上，输入光进入液晶空间光调制器照亮液晶空间光调制器的所有像素，液晶空间光调制器接收写入图像主显示区的第一标准灰度信息，含有写入图像主显示区第一标准灰度信息的输入光经过液晶空间光调制器的调制转换成输出光。
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步骤S2，液晶空间光调制器过滤第二标准灰度信息并将第一标准灰度信息转换为测试灰度信息并输出到光电传感器。所述测试灰度信息包含多个测试灰度值，每个测试灰度值都与第一标准灰度值一一对应。所述光电传感器为电荷耦合元件CCD。所述图像的第一标准灰度信息经过液晶空间光调制器的调制转换后成输出光含有测试灰度信息，本实施例获取的测试灰度信息含有绘制gamma曲线的所有数据。在本实施例中，电荷耦合元件CCD 获取所述图像的测试灰度信息时读取写入图像的其中任意一行，如图4所述，当读取到标准灰度值为0的灰度区域时，接收的测试灰度值也为0，全黑的背景经过去噪处理后灰度值为0，每个标准灰度值的灰度区域都对应一个接收到的测试灰度值，该测试灰度值与标准灰度值的差异反应了液晶空间光调制器自身的特性，收集这些数据即可绘制液晶空间光调制器的gamma曲线。步骤S3，对光电传感器获取的测试灰度信息进行归一化处理，利用归一化结果绘制gamma曲线。根据接收到的测试灰度信息和已知的标准灰度信息绘制gamma曲线时，首先对所述测试灰度信息中的每个测试灰度值进行归一化处理，归一化是一种简化计算的方式，在保证不影响数据本身含义的前提下，可以使计算变得简捷。如图5所示，利用归一化结果绘制gamma曲线的步骤S3包括步骤S31，确定与所述测试灰度信息中的每个测试灰度值对应的标准灰度值；步骤S32，将测试灰度值除以对应的标准灰度值，将其结果作为纵坐标，将标准灰度值作为横坐标建立坐标系，绘制gamma曲线。在本实施例中，将测试灰度值除以对应的标准灰度值，标准灰度值也就是CCD理论上可以接收到的灰度值，将测试灰度值除以对应的标准灰度值以后，会得到对应的归一化结果，这些结果分布在0-1之间。在实际中，并没有读取测试灰度值的所有的256个灰度值，也就是说，接收的测试灰度值与标准灰度值不是逐点对应的，因此，还需要确定对应接收到的测试灰度值的标准灰度值的位置。如图6所示，确定与测试灰度值对应的标准灰度值的步骤S31包括步骤S311，确定写入液晶空间光调制器的标准灰度值的最大值X ；步骤S312，确定光电传感器接收的测试灰度值的个数Y，测试灰度值的个数Y等于光电传感器接收的第一个非零的测试灰度值至最后一个非零的测试灰度值的个数加1 ；步骤S313，根据X和Y计算标准灰度值之间的间隔值Z，Z = X/(Y-I)；步骤S314，根据间隔值Z计算对应于测试灰度值的标准灰度值An，An = Z*m，m为大于等于0且小于Y的整数。本实施例中，用电荷耦合元件CCD获取对应接收到的实际灰度的标准灰度信息， 首先确定写入液晶空间光调制器的标准灰度信息中的最大灰度值X，本实施例中该最大值X就是写入图像的最大灰度值255，然后确定接收到的测试灰度值的个数，读取的位置如图4所示，测试灰度值的个数Y等于第一个非零的测试灰度值的前一个为零的灰度值至最后一个非零的测试灰度值的个数，即第一个非零的测试灰度值至最后一个非零的测试灰度值的个数加1，根据确定的测试灰度值数目Y可得对应测试灰度值的标准灰度值的间隔255/(Y-I)，则对应于测试灰度值的标准灰度值为数列0，255/(Y-I)，2*255/(Y-I)(Y-2) *255/ (Y-I)，255，例如，若读取的测试灰度值为 0、0、0、(0、2、40、80、120、230)、0、0、0、 0，则括号内为写入液晶空间光调制器的图像输出的测试灰度值的灰度信息，因此可得测试灰度值个数Y = 6，即对应的标准灰度值的个数也是6，由此可得对应测试灰度值的标准灰度值的间隔255/(6-1) = 51，则对应测试灰度值为0、2、40、80、120、230的标准灰度值为0、 51、102、153、204、255。特别声明的是，原理上可以用电荷耦合元件CCD获取全部的256个测试灰度值，采集的测试灰度值越多得到结果越精确，因此本实施例中测试灰度值个数举例为6仅为简明说明步骤S31，以便理解，在实际实施中，会根据不同的测试需求取例如16个，86个等更多的测试灰度值个数来确定对应的更为精确的标准灰度值。采集到这些数据后，通过将测试灰度值除以对应的标准灰度值得到对应的归一化结果，以这些归一化后的数据作为纵坐标，以标准灰度值的数据作为横坐标，建立坐标系便生成了本发明所需要的gamma曲线。如图7所示，本发明一实施例提出一种测量液晶空间光调制器gamma曲线的系统， 包括沿光路依序设置的光源、液晶空间光调制器和光电传感器，所述光源输出光束经过所述液晶空间光调制器进入所述光电传感器，所述光电传感器用于接收液晶空间光调制器输出的测试灰度信息。本实施例中，系统采用电荷耦合元件CCD 3接收所述液晶空间光调制器输出的测试灰度信息，系统的液晶空间光调制器2与光源1之间有扩大光束直径的扩束镜组4，电荷耦合元件CCD 3与液晶空间光调制器2之间设置有一个会聚光束的凸透镜5，系统的液晶空间光调制器2与光源1之间设置有前偏振片6，前偏振片6位于光源1与扩束镜组4之间， 系统的电荷耦合元件CCD 3与液晶空间光调制器2之间有后偏振片9，液晶空间光调制器2 与前偏振片6之间有前半波片7，前半波片7位于扩束镜组4与液晶空间光调制器2之间， 液晶空间光调制器2与后偏振片9之间有后半波片8，其中前偏振片6与后偏振片9成一角度放置，前偏振片6可以将光源1发出光过滤成线性偏振光，起到起偏作用，后偏振片9可以控制经调制线性偏振光的通过，起到检偏作用，光源1后有一个衰减片11，衰减片11后有一个外半波片10，外半波片10与衰减片11位于光源1之间，衰减片11用于将光源1发出的光衰减为合适的光强，前半波片7、后半波片8和外半波片10用于控制光线的偏振方向。本实施例的测量液晶空间光调制器gamma曲线的系统不限于上述光学控制组件， 还可以根据不同的光路设计和实际需要增减棱镜反射镜等常见的光学元件。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种测量液晶空间光调制器gamma曲线的方法，其特征在于，包括以下步骤在液晶空间光调制器里写入图像，图像包括主显示区和位于主显示区域两侧的两个辅助显示区，主显示区包含第一标准灰度信息，辅助显示区包含第二标准灰度信息；液晶空间光调制器过滤第二标准灰度信息并将第一标准灰度信息转换为测试灰度信息并输出到光电传感器；对光电传感器获取的测试灰度信息进行归一化处理，利用归一化结果绘制gamma曲线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一标准灰度信息和所述第二标准灰度信息都包含多个标准灰度值，所述第一标准灰度信息所包含的标准灰度值的个数多于所述第二标准灰度值信息所包含的标准灰度值的个数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述图像的标准灰度值包含在一个256*n 的二维矩阵中，每行灰度值以0-255顺序连续递增，其中，η为自然数。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述对测试灰度信息进行归一化处理，利用归一化后的结果绘制gamma曲线的步骤包括确定与所述测试灰度信息中的每个测试灰度值对应的标准灰度值；将测试灰度值除以对应的标准灰度值，将其结果作为纵坐标，将标准灰度值作为横坐标建立坐标系，绘制gamma曲线。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定与所述测试灰度值对应的标准灰度值的具体步骤为确定写入液晶空间光调制器的标准灰度值的最大值X ；确定光电传感器接收的测试灰度值的个数Y，所述测试灰度值的个数Y等于光电传感器接收的第一个非零的测试灰度值至最后一个非零的测试灰度值的个数加1 ；根据X和Y计算标准灰度值之间的间隔值z，Z = X/(Y-I)；根据间隔值Z计算对应于测试灰度值的标准灰度值An，An = Z*m，m为大于等于0且小于Y的整数。
6.一种测量液晶空间光调制器gamma曲线的系统，其特征在于，包括沿光路依序设置的光源、液晶空间光调制器和光电传感器，所述光源输出光束经过所述液晶空间光调制器进入所述光电传感器，所述光电传感器用于接收液晶空间光调制器输出的测试灰度信息。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统的液晶空间光调制器与光源之间设有扩大光束直径的扩束镜，所述光电传感器与液晶空间光调制器之间设有用于会聚光束的凸透镜。
8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述液晶空间光调制器与光源之间设置有前偏振片，所述系统的光电传感器与液晶空间光调制器之间设置有后偏振片。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述液晶空间光调制器与所述前偏振片之间设置有前半波片，所述液晶空间光调制器与所述后偏振片之间设置有后半波片，所述光源与所述前偏振片之间设置有衰减片和外半波片，外半波片位于衰减片与前偏振片之间。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述光电传感器为电荷耦合元件CCD。
全文摘要
本发明涉及一种测量液晶空间光调制器gamma曲线的方法及系统，其中方法包括在液晶空间光调制器里写入图像，图像包括主显示区和位于主显示区域两侧的两个辅助显示区，主显示区包含第一标准灰度信息，辅助显示区包含第二标准灰度信息；液晶空间光调制器过滤第二标准灰度信息并将第一标准灰度信息转换为测试灰度信息并输出到光电传感器；对光电传感器获取的测试灰度信息进行归一化处理，利用归一化结果绘制gamma曲线。本发明减少了测量gamma曲线的工作量，数据稳定性也更高。
文档编号G01M11/02GK102566095SQ201110273039
公开日2012年7月11日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者唐熊忻, 樊仲维, 邱基斯 申请人:北京国科世纪激光技术有限公司