专利名称：视场拼接三维显示图像校正系统及校正方法
技术领域：
本发明涉及一种图像校正系统和校正方法，特别是一种视场拼接的三维校正系统和校正方法。
背景技术：
图像校正技术一直是计算机视觉和图像处理领域的研究热点，而随着三维全景显示技术的高速发展，通过点对点映射、摄像头获取方式对三维显示系统进行图像校正是目前采用的主要手段。现有的体视三维显示装置大都依据在横向或者纵向通过视场拼接的方式提供足够多的观察视角，让观察者两只眼睛横跨不同的视角以获得细腻的三维感知。据此原理，二维显示系统上再现的图像信息与具体的三维显示装置视角设计参数有关，往往需要经过与所需呈现的视角信息相对应的图像处理过程。对投影式三维显示装置而言，研究者通常会对成像光学系统进行校正，而忽略了系统整体像差以及图像生成算法的误差， 图像经过三维显示系统投影显示出来的效果并非尽如人意。通常情况下，成功的三维显示装置需要综合考虑图像分辨率、三维显示效果、计算成本等诸多方面，目前已经开发出的体视三维显示装置受限于系统结构等因素往往导致理论情况生成的图像并不能完美显示，探求一种综合考虑了系统成像像差和装置精度等问题的图像校正系统及方法更具实际应用价值。
发明内容
本发明的主要目的在于构建一种具备普遍适应性的、可用于多种体视三维显示图像校正系统及方法，为实现上述目的，本发明提供了一种视场拼接三维显示图像校正系统；视场拼接三维显示图像校正系统，包括依次设置且与水平面垂直的二维显示单元阵列、透镜阵列、孔阑阵列、弧形纵向散射屏，其中二维显示单元阵列显示的图像经透镜阵列、孔阑阵列后投影到弧形纵向散射屏上并在另一侧成像，还包括平面分束镜、圆柱形漫射体、图像采集部件和图像处理部件；其中，圆柱形漫射体与水平面垂直，所述的圆柱体漫射体的中轴线位于所述弧形纵向散射屏水平截面所得弧的圆心处，弧形纵向散射屏和圆柱形漫射体之间设置有平面分束镜，在平面分束镜反射光束出射方向上设置有探测该反射光束的图像采集部件，图像采集部件和二维显示单元阵列之间连接有图像处理部件。所述的二维显示阵列、透镜阵列、孔阑阵列分别呈弧形分布，并且与弧形纵向散射屏为同一圆心，采用上述结构后，使得视场拼接的三维图像显示和成像更具立体感。所述的平面分束镜在接收二维显示阵列出射光束的表面上设置有第一偏振片，所述的图像采集部件的光束接收面前方设置有第二偏振片，且第一偏振片和第二偏振片的偏振方向相互垂直，在光束传播方向上设置偏振方向相互正交的两个偏振片，其作用在于可以消除圆柱形漫射体所散射的成像光束之外的其他杂散光。
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所述的平面分束镜与水平面的夹角为45°。所述的二维显示单元阵列是单个二维显示器或多个二维显示器组成的阵列，其中，二维显示器是LCD、LCOS、PDP、LED、CRT、OLED或投影机。所述的图像采集部件是CXD或CMOS拍摄器件。本发明依托上述视场拼接三维显示图像校正系统，还提供了一种视场拼接三维显示图像校正方法，其具体步骤如下步骤I :二维显示单元阵列中的显示单元显示一个亮点，坐标为(Xc^Yci)；步骤2 :该坐标点(Xtl, Y0)发出的光束经过透镜阵列、孔阑阵列投影到定向散射屏圆心处成像，经过平面分束镜后在圆柱形漫射体表面照亮一个点，该点发出的漫射光线经过平面分束镜的反射被图像采集部件捕获；步骤3 :图像处理部件分别记录下二维显示阵列中的坐标点(Xc^Yci)和图像采集部件捕获的坐标点信息(X1, Y1),并对两个坐标点生成相应的映射关系；图像处理部件控制循环扫描记录坐标点映射信息直至二维显示单元阵列中的显示单元所有显示点扫描结束；步骤4:计算机获取所要呈现三维物体相应视角的原始图像，根据映射关系进行从坐标点(XnY1)到(Xd)的转化，对三维显示所需图像进行校正。上述三维图像校正方法通过建立图像所有原始坐标点和图像所有实际成像坐标点之间的映射关系，在视场拼接的三维图像显示成像时，通过映射关系对图像进行校正。本发明的视场拼接三维显示图像校正系统和校正方法综合考虑了系统成像像差和装置精度的问题下从图像点实际投影显示的角度出发获得真实条件下显示所需的图像映射关系，通过所得到的映射关系对三维图像进行校正后，提高了成像质量，所得到的三维视觉图像更接近真实图像，并可广泛用于基于多投影显示或分时显示拼接原理的体视三维显示装置。
图I是视场拼接三维显示图像校正系统结构示意图；图2是视场拼接三维显示图像校正系统结构剖视图；图3是视场拼接三维显示系统显示单元结构示意图；图4是视场拼接三维显示图像校正方法循环扫描示意图；图5是视场拼接三维显示图像校正系统成像位置示意图；图6是视场拼接三维显示图像校正方法流程图。
具体实施例方式以下结合
本发明的一种实施方式。图I是本发明系统结构示意图，图2为本发明的系统结构剖视图，如图所示，本发明的视场拼接三维显示图像校正系统包括依次设置的二维显示单元阵列I、透镜阵列2、孔阑阵列3、弧形纵向散射屏4、平面分束镜5，弧形纵向散射屏4在纵向散射光线，横向不散射光线，弧形纵向散射屏4所在弧的圆心处设有圆柱形漫射体6，并且，在同一水平高度下，圆柱体漫射体6的水平截面所得圆的圆心与弧形纵向散射屏4水平截面所得弧的圆心重合， 弧形纵向散射屏4和圆柱形漫射体6之间设置有平面分束镜5，平面分束镜5与水平面的夹角为45°，且平面分束镜5在接收二维显示阵列I出射光束的表面上设置有第一偏振片8， 在平面分束镜5反射光束出射方向上设置有图像采集部件7，并在图像采集部件7的光束接收面之前设置有偏振方向与第一偏振片8垂直的第二偏振片9，如此设置可以过滤除圆柱形漫射体6表面发出的光线之外的其他杂散光，以保证图像采集部件7能准确捕获投影空间位置关系；其中二维显示单元阵列I显示的图像经透镜阵列2、孔阑阵列3后投影到弧形纵向散射屏4上的同一位置并在另一侧成像，成像光束经圆柱形漫射体6散射至平面分束镜5，成像光束再经平面分束镜5反射后被图像采集部件7探测到，图像采集部件7和二维显示单元阵列I之间连接有图像处理部件10，图像采集部件7将探测到成像光束信息传递给图像处理部件10，由图像处理部件10作数据处理。图3所示为由二维显示单元阵列I、透镜阵列2和孔阑阵列3的一部分组成的15 个投影机，15个投影机横向拼接、纵向交错排列，孔阑紧贴在透镜前方；15个投影机在水平方向上对准垂直于水平面且通过弧形纵向散射屏4圆心的轴线，所有透镜和孔阑依次在纵向上错位排列，且相邻两个二维显示单元的横向间距为孔阑的宽度，并且所有孔阑在横向上拼接排列。视场拼接三维显示图像校正方法流程如图6所示，首先在二维图像显示单元阵列 I上显示一个白色亮点11,如图4所示,坐标为(Xci, Yci),该亮点11出射的光束依次通过透镜阵列2、孔阑阵列3后投影到弧形纵向散射屏4，并在其另一侧成像，成像光束经置于弧形纵向散射屏所在弧圆心处的圆柱形漫射体6散射至平面分束镜5，成像光束再经平面分束镜5反射后被图像采集部件7探测到并记录下漫射发光点(X1, Y1),如图5所示，并由图像采集部件7将采集到的图像传给图像处理部件10，图像处理部件10建立两个坐标(XcpYq)、 (XijY1)之间的映射关系；让二维图像显示单元阵列I上的像素点逐个显示白色亮点11，图像采集部件7则逐个记录采集到的漫射发光点12的坐标值，图像处理部件10建立所有点的映射关系。这样当二维图像显示单元阵列I上所有的像素点都被扫描过后，图像采集部件7捕获的区域内的所有出现过的漫射发光点12的坐标(X1J1)都映射到二维图像显示单元阵列I上相应的(XyYtl),也就是对三维显示系统的图像投影关系进行了点对点测试与映射。点对点测试与映射完成之后，在系统参数不改变的情况下即可根据已经获得的映射关系生成图像，将最终要显示的三维模型或场景按照映射关系进行适当预校正。
权利要求
1.视场拼接三维显示图像校正系统，包括依次设置且与水平面垂直的二维显示单元阵列(I)、透镜阵列(2)、孔阑阵列(3)、弧形纵向散射屏(4)，其中二维显示单元阵列⑴显示的图像经透镜阵列(2)、孔阑阵列(3)后投影到弧形纵向散射屏(4)上并在另一侧成像，其特征在于，还包括平面分束镜(5)、圆柱形漫射体￠)、图像采集部件(7)和图像处理部件 (10)；其中，圆柱形漫射体(6)与水平面垂直，所述的圆柱体漫射体(6)的中轴线位于所述弧形纵向散射屏(4)水平截面所得弧的圆心处，弧形纵向散射屏(4)和圆柱形漫射体(6)之间设置有平面分束镜(5)，在平面分束镜(5)反射光束出射方向上设置有探测该反射光束的图像采集部件(7)，图像采集部件(7)和二维显示单元阵列(I)之间连接有图像处理部件 (10)。
2.根据权利要求I所述的视场拼接三维显示图像校正系统，其特征在于，所述的二维显示阵列(I)、透镜阵列(2)、孔阑阵列(3)分别呈弧形分布，并且与弧形纵向散射屏(4)为同一圆心。
3.根据权利要求I所述的视场拼接三维显示图像校正系统，其特征在于，所述的平面分束镜(5)在接收二维显示阵列(I)出射光束的表面上设置有第一偏振片(8)，所述的图像采集部件(7)的光束接收面前方设置有第二偏振片(9)，且第一偏振片(8)和第二偏振片(9)的偏振方向相互垂直。
4.根据权利要求I所述的视场拼接三维显示图像校正系统，其特征在于，所述的平面分束镜(5)与水平面的夹角为45°。
5.根据权利要求I所述的视场拼接三维显示图像校正系统，其特征在于，所述的二维显示单元阵列(I)是单个二维显示器或多个二维显示器组成的阵列，其中，二维显示器是 LCD、LCOS、PDP、LED、CRT、OLED 或投影机。
6.根据权利要求I所述的视场拼接三维显示图像校正系统，其特征在于，所述的图像采集部件(7)是CCD或CMOS拍摄器件。
7.一种根据权利要求I所述校正系统的视场拼接三维显示图像校正方法，其特征在于，包含以下步骤步骤I :二维显示单元阵列(I)中的显示单元显示一个亮点，坐标为(XtI，Y。)；步骤2 :该坐标点(Xtl, Y0)发出的光线经过透镜阵列(2)、孔阑阵列(3)投影到定向散射屏(4)圆心处成像，经过平面分束镜(5)后在圆柱形漫射体(6)表面照亮一个点，该点发出的漫射光线经过平面分束镜(5)的反射被图像采集部件(7)捕获；步骤3 :图像处理部件(10)分别记录下二维显示阵列(I)中的坐标点(Xtl, Y0)和图像采集部件(7)捕获的坐标点信息(X1, Y1),并对两个坐标点生成相应的映射关系；图像处理部件(10)控制循环扫描记录坐标点映射信息直至二维显示单元阵列(I)中的显示单元所有显示点扫描结束；步骤4:计算机(10)获取所要呈现三维物体相应视角的原始图像，根据映射关系进行从坐标点(XpY1)到(XQ，YQ)的转化，对三维显示所需图像进行校正。
全文摘要
本发明公开了一种视场拼接三维显示图像校正系统和校正方法，包括依次设置的二维显示单元阵列、透镜阵列、孔阑阵列、弧形纵向散射屏、平面分束镜、圆柱形漫射体、图像采集部件和图像处理部件；其中二维显示单元阵列显示的图像经透镜阵列、孔阑阵列后投影到弧形纵向散射屏上的同一位置并在另一侧成像，圆柱形漫射体设置在弧形纵向散射屏的圆心处，成像光束经圆柱形漫射体散射至平面分束镜，再由平面分束镜反射至图像采集部件，图像采集部件和二维显示单元阵列之间连接有图像处理部件，图像处理部件对图像采集部件采集的图像作最终处理；本发明还包括一种视场拼接三维显示图像校正方法。
文档编号H04N13/04GK102595178SQ20121004538
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月27日 优先权日2012年2月27日
发明者刘旭, 彭祎帆, 李海峰, 钟擎 申请人:浙江大学