基于像素离散映射集合的几何畸变校正装置的制作方法

本实用新型涉及图像领域，尤其是涉及一种离轴虚像显示系统基于像素离散映射集合的几何畸变校正装置。

背景技术：

离轴虚像显示系统，又称WIDE(Wide-Angle Infinity Display Equipment，广角无限显示设备)系统，由投影器投射到虚像显示系统的后投射屏上，后投射屏为背投型漫投射屏幕，使投影光线由指向性光线变为漫反射光线，原理结构如图1。人眼处于眼点处，通过准直镜看到由后投射屏漫反射出的图像在准直镜后方成的虚像面。在上述投影光路中会产生各种光学畸变，包括有薄膜准直镜产生的光学畸变、投影器在曲面后投屏上的畸变以及飞行员的眼点变化的影响等。

为校正投影过程中出现的各种光学畸变，可以通过融合畸变校正计算机控制下的视景图像像素填充预畸变校正法实现，原理如图2，目前主要有两种技术类型：1、手动调节型。手动调节型是在挪威3d-perception公司研发的Compact Control and Compact Designer Version软件支持下进行的畸变调整，此软件是用于投影器图像畸变校正的专用软件。它采用有限像素点的手动调节或数字计算，拉伸图像像素。其他像素用一阶和二阶函数进行插值处理，能够实现图像的畸变预校正和边缘融合功能。一般情况选5×5个点。通过调整这些点，调整到需要的结果；2、基于屏幕形状和观察点位置畸变量计算的自动调整。对于一个已知或可预知的光学投影系统，在屏幕形状、投影器相对位置以及观察者位置明确的情况下，通过数学推导各像素畸变相关参量的方法，给予融合畸变校正计算机各个像素畸变量并进行自动调整，进而实现视景系统畸变校正。

上述两种离轴虚像视景显示系统预畸变调整技术存在一定的局限：

手动调节型。手工目测校正虽然可以不考虑屏幕的形状，直接肉眼观察畸变大小，并进行校正，但像素的量很大(1024×768,1400×1050,1600×1200,1920×1080)，人工无法进行逐像素的精确校正，会带来图像的局部畸变等，飞行中出现地面发生扭曲等现象，影响图像效果。

基于屏幕形状和观察点位置畸变量计算的自动调整。该畸变校正的三个必要条件：⑴可用数学描绘的屏幕曲面形状；⑵投影器相对屏幕曲面形状位置；⑶观察者位置。这三个参量集合必须具备而且特别准确，但是在实际使用特别是设置模拟器时，屏幕特殊性及投影幕的真实形状的结构误差和投影器安装位置的误差都会使融合校正不准确，三个集合不能准确实施。

本技术方案是基于目前现有的畸变校正计算机调试功能下的二次开发，提出了一种不以屏幕形状为依据的基于像素离散映射集合畸变校正方法，通过建立一套自动测量和校正各图像像素畸变量的系统，解决了手动调整和基于屏幕形状及观察点位置畸变量计算的自动调整中存在的不准确校正等问题，最终达到畸变量的精准校正。

技术实现要素：

为解决现有技术中的不足，本实用新型的目的是提供一种基于像素离散映射集合的几何畸变校正装置，旨在解决手动调整和基于屏幕形状及观察点位置畸变量计算的自动调整中存在的不准确校正等问题，最终达到畸变量的精准校正。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：基于像素离散映射集合的几何畸变校正装置，包括主控计算机，与主控计算机连接的畸变量检测系统，与主控计算机连接的图像生成系统，与主控计算机连接的融合校正系统，所述的畸变量检测系统包括摄像检测装置，驱动摄像检测装置的水平角度驱动装置与垂直角度驱动装置，以及水平角度检测装置和垂直角度检测装置；所述的主控计算机安装有畸变校正支持软件与图像畸变修正软件，通过运行畸变校正支持软件对图像生成系统相应要修正的坐标像素点标定为亮点，通过运行图像畸变修正软件采样计算出标定亮点在摄像机的空间角度和与该像素要求在的空间角度差。

进一步的，通过运行图像畸变修正软件从而得到图像生成系统生成的像素点与该像素点要求在的空间角度之差与像素只差，并将所有像素的畸变偏移量形成矩阵，并传送到融合校正系统。

作为优选，所述的矩阵公式：式中：X_ij，Y_ij为每个被检测像素在水平和垂直方向的畸变偏移量，

为了更为直观地反映图像畸变情况，所述的畸变量检测系统放置在飞行员观察眼位上。

作为优选，所述的水平角度驱动装置与垂直角度驱动装置精度为30弧分，水平角度检测装置和垂直角度检测装置精度为2弧分，摄像检测装置精度为2像素/弧分。

本实用新型的有益效果：

1、该装置整合了自动测量和图像像素畸变量校正等系统，充分运用了光学显示、飞行仿真和图像识别等技术，从而实现了从畸变量的读取到校正全过程均由计算机控制，减少了误差，同时也简化了操作，节省了大量的人力；

2、受外界环境影响小，对于虚像投影技术中的投影器、投射屏以及眼点等的依赖性较小；

3、装置中的畸变量检测系统放置在设定的飞行员观察眼位上，对于图像畸变情况反映更为直观；

4、系统通过自动控制、测量和数据传送及调整，能够实现实时校正，可设置跟随飞行员的操作，在场景转换等方面具有优势；

5、系统模块化，可以根据模拟器环境以及虚像显示系统的后期发展进行相应调整，功能扩展性强。

附图说明

图1为离轴虚像显示系统的原理结构图。

图2为视景图像像素填充预畸变校正法的原理图。

图3为本实用新型的畸变量检测系统的结构原理图。

图4为本实用新型的结构原理图。

具体实施方式

如图3、4所示，基于像素离散映射集合的几何畸变校正装置，包括主控计算机，与主控计算机连接的畸变量检测系统，与主控计算机连接的图像生成系统，与主控计算机连接的融合校正系统，所述的畸变量检测系统放置在飞行员观察眼位上，所述的畸变量检测系统包括摄像检测装置，驱动摄像检测装置的水平角度驱动装置与垂直角度驱动装置，以及水平角度检测装置和垂直角度检测装置，所述的水平角度驱动装置与垂直角度驱动装置精度为30弧分，水平角度检测装置和垂直角度检测装置精度为2弧分，摄像检测装置精度为2像素/弧分；所述的主控计算机安装有畸变校正支持软件与图像畸变修正软件，通过运行畸变校正支持软件对图像生成系统相应要修正的坐标像素点标定为亮点，通过运行图像畸变修正软件采样计算出标定亮点在摄像机的空间角度和与该像素要求在的空间角度差。

本实用新型的主控计算机通过运行畸变校正支持软件，对图像生成系统相应要修正的坐标像素点标定为亮点，并通过水平角度驱动装置与垂直角度驱动装置驱动摄像检测装置转动角度并用摄像机读取图像，通过运行图像畸变修正软件采样计算出标定亮点在摄像机的空间角度和与该像素要求在的空间角度差，从而得到图像生成系统生成的像素点与该像素点要求在的空间角度之差与像素只差，根据矩阵公式：式中：X_ij，Y_ij为每个被检测像素在水平和垂直方向的畸变偏移量，将所有像素的畸变偏移量形成矩阵，并传送到融合校正系统，实现实时图像的预畸变校正。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。