一种通用的图像投射设备成像清晰度检测方法与流程

本发明主要涉及图像投射设备的技术领域，具体为一种通用的图 像投射设备成像清晰度检测方法。

背景技术

投影仪是日常生活和办公中经常使用的一种光学设备，它可以将 图像通过光学器件投射到幕布上，人眼观察幕布即可观看到放大的投 射图像。AR眼镜也是一种类似投影仪的设备，可以理解为一种缩小 版的头戴式投影仪，通过光学器件将像源图案传递放大，直接成像在 人眼的入瞳位置。头盔显示器是一种类似AR眼镜的光学设备，通过 将光学器件和头盔的盔体结构有机结合起来，把二维像源图案经过光 学器件传递放大，成像在人眼的入瞳位置。夜视镜，是一种基于夜视 技术和光电成像技术的辅助观察设备，通过光学器件将微弱的暗光目 标或者红外目标成像在人眼入瞳位置，辅助观察微弱目标或者肉眼不 可见的红外目标。这几种光学设备，不考虑具体成像方式，具有一个 共同点，其最终目标都是将其他目标图像经过光学器件或其他器件的 投射，直接或者间接地成像，最终供人眼进行观察。在本发明中，将 这些光学设备统一称为图像投射设备；

因为要供人眼观察，图像投射设备最终成像的清晰度是设备成像 性能指标中一个重要的指标，表征图像投射设备将目标图像成像后是 否清晰以及清晰的程度。由于制造装配误差造成的光学系统畸变以及 使用损耗，图像投射设备投射出的图像质量可能会较差，出现诸如图 像异常放大或缩小、旋转或拖影等不利影响，成像清晰度可能会低于 设计效果，甚至完全模糊，丧失使用功能。因此，对图像投射设备的 成像清晰度进行检测是非常必要的；

发明人认为，目前，测试图像投射设备成像清晰度时，大多通过 测试人员直接观察所投射的图像是否清晰，给出判定结果。由于每个 测试人员的视力不同，会影响测试结果，因此人工测试只能给出定性 的测试结果，且测试结果随测试人员的个体性差异而变化，准确性不 足，测试效率低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种通用的图像投射设备成像清晰度检 测方法和相应的测试源图案形式，以解决上述背景技术中提到的问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种通用的图像投射设备成像清晰度检测方法，该清晰度检测方 法的步骤为：

步骤1：控制图像投射设备投射清晰度测试源图案；

步骤2：用经过标定的相机采集AR眼镜投射的清晰度测试源图 案得到实测图像；

步骤3：对采集的实测图像，采用图像处理中的模板匹配方法， 以模板图案1为模板进行模板匹配，得到模板图案1在整幅实测图像 中的位置；

步骤4：在实测图像中选取模板图案11和模板图案12的感兴趣 区域，对两个模板图案十字中心精确定位，中心坐标分别为Cor11(u11，v11)和Cor12(u12,v12)；

步骤5：计算实测图像中模板图案1的两个十字之间的距离为L1， 清晰度测试源图案设计时，已确定模板图案1两个十字之间的距离平 均值为L0，计算从源图案到测试图像的整体缩放比例K1,K1＝L1/L0；

根据实测图像中两个十字精确位置，计算图像的滚转角度A1；

A1＝atan2(|v11-v12),|u11-u12|)；

步骤6：以滚转角度A1为旋转角度，以实测图像中心为旋转中 心对图像进行旋转，得到旋转后实测图像；

步骤7：根据步骤S4的精确定位结果和源图案的几何信息，再 加上整体缩放比例K1的修正，在旋转后实测图像中选取第一等级分 划图案区域最靠近模板图案1的模板图案22的感兴趣区域，对模板 图案22中心精确定位，得到模板图案22中心在旋转后实测图像中的 位置；

步骤8：根据模板图案22中心位置和源图案的几何信息，再加 上整体放大率K1的修正，在旋转后实测图像选取模板图案21、模板 图案23和模板图案24的感兴趣区域，对三个模板图案中心精确定位， 得到三个模板图案中心在整幅旋转后实测图像中的位置，记模板图案 2中四个模板图案中心位置为Cor21(u21,v21)、Cor22(u22,v22)、 Cor23(u23、v23)和Cor24(u24,v24)；

步骤9：根据模板图案2中四个模板图案中心的精确位置，计算 实测图像中模板图案21和模板图案22中心距离为L2、模板图案23 和模板图案24距离为L3，根据源图案设计已确定的模板图案23和 模板图案24中心距离L20、模板图案21和模板图案22中心距离L30， 计算第一等级分划区域竖直放大系数K2和水平放大系数K3，计算公 式：K2＝L2/L20，K3＝L3/L30；

计算第一等级分划区域滚转角度A2：

A2＝(atan2(|u22-u21),|v22-v21|)+atan2(|v24-v23),|u24-u23 |))/2，A2的正负根据具体情况进行判定；

步骤10：根据源图案几何信息，加上模板图案2中四个模板图 案中心位置、竖直放大系数K2和水平放大系数K3，在旋转后实测图 像中选取第一等级分划图案感兴趣区域，以A2为旋转角度，以感兴 趣区域中心为旋转中心对第一等级分划图案区域进行旋转，得到旋转 后第一等级分划图案；在旋转后第一等级分划图案中依次取条纹1和 2、2和3、3和4、4和5组成4个明暗区域，再依次取条纹6和7、 7和8、8和9、9和10组成4个明暗区域，分别计算对比度；取8 个对比度值的平均值作为清晰度判定条件；

步骤11：当步骤S10所计算的对比度值大于阈值时，则被测设 备成像清晰度满足该等级清晰度要求，换算得到清晰度值，完成清晰 度检测；若对比度值小于阈值，则被测设备成像清晰度不满足该清晰 度要求，继续选取下一等级分划图案，参照步骤S7至步骤S10计算 对比度值，直至计算到满足要求的等级，取该等级对应的清晰度值作 为测试结果，若所有等级均不满足要求，则说明图像投射设备成像清 晰度不满足最低要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明，解决了图像投射设备的自动测试需求，采用机器视 觉技术进行检测，避免了目前人工测试结果不准确的问题，测试结果 客观可靠，能够定量的反映图像投射设备成像清晰度指标，提高了测 试效率；

2、本发明，通过初步定位和精确定位的结合，有效解决了实测 图像出现的不利因素的影响，提高了目标区域的定位精度。首先通过 初步定位确定模板区域的大概位置，并计算出缩放比例和旋转角度， 对实测图像进行初步修正；再将初步定位结果传递至目标区域附近， 通过对加强定位模板图案精确定位，确定目标区域缩放比例和旋转角 度，再次对图像进行修正，确定最终目标区域的精确位置；

3、本发明，具有通用性，可应用于投影仪、AR眼镜、头盔显示 器和夜视镜等直接或间接成像供人眼观察的光学设备的成像清晰度 测试。

以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。

附图说明

图1为本发明的测试方法执行的流程图；

图2为本发明的清晰度测试源图案示意图；

图3为本发明的清晰度测试源图案的具体介绍图；

图4为本发明的清晰度测试源图案中用于初步定位的模板图案1 的介绍图；

图5为本发明的清晰度测试源图案中第一等级分划图案的介绍 图；

图6为本发明的分划图案中明条纹和暗条纹的划分以及计算对 比度时提取的各明暗条纹的划分图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全 面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过 不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这 些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。

实施例1：

一种通用的图像投射设备成像清晰度检测方法的检测方法：

步骤1：按照清晰度测试源图案形式生成标准格式的电子图像文 件，将其导入AR眼镜显示驱动设备中，控制AR眼镜显示清晰度测试 源图案；

步骤2：用经过标定的相机采集AR眼镜投射的清晰度测试源图 案得到实测图像；

步骤3：对采集的实测图像，以模板图案1为模板进行模板匹配， 得到模板图案1在整幅实测图像中的位置；

步骤4：在实测图像中选取模板图案11和模板图案12的感兴趣 区域，对两个模板图案十字中心精确定位，中心坐标分别为Cor11(u11， v11)和Cor12(u12,v12)；

步骤5：计算实测图像中模板图案1的两个十字之间的距离为L1， 清晰度测试源图案设计时，已确定模板图案1中两个十字之间的距离 平均值为L0，计算从源图案到测试图像的整体缩放比例K1,K1＝L1/L0；

根据实测图像中两个十字精确位置，计算图像的滚转角度A1：

A1＝atan2(|v11-v12),|u11-u12|)，A1的正负根据具体情况进 行判定；

步骤6：以滚转角度A1为旋转角度，以实测图像中心为旋转中 心对图像进行旋转，得到旋转后实测图像；

步骤7：根据步骤S4的精确定位结果和源图案的几何信息，再 加上整体缩放比例K1的修正，在旋转后实测图像中选取第一等级分 划图案区域最靠近模板图案1的模板图案22的感兴趣区域，对模板 图案22中心精确定位，得到模板图案22中心在旋转后实测图像中的 位置,记为Cor22(u22,v22)；

为了说明本发明所述的对图像根据缩放比例进行修正，以模板图 案22感兴趣区域的选取为例进行解释：经过步骤S6已知，模板图案 12在旋转后实测图像的坐标为Cor12(u12,v12)，源图案设计时已确 定在源图案中模板图案22和模板图案12坐标相差 detaCor(detau,detav)，考虑缩放比例，则旋转后实测图像中，以模 板图案12为参考计算模板图案22时，采用以下公式计算模板图案 22在旋转后实测图像中坐标：

u22＝u12+K1*detau,v22＝v12+K1*detav；

后续所述根据图像对缩放比例进行修正，可以参考理解执行；

步骤8：根据步骤S7中模板图案22中心位置和源图案的几何信 息，再加上整体放大率K1的修正，在旋转后实测图像选取板图案21、 模板图案23和模板图案24的感兴趣区域，对三个模板图案中心精确 定位，得到三个模板图案中心在整幅旋转后实测图像中的位置，记模 板图案2中四个模板图案中心位置为Cor21(u21,v21)、 Cor22(u22,v22)、Cor23(u23、v23)和Cor24(u24,v24)；

步骤9：根据模板图案2中四个模板图案中心的精确位置，计算 实测图像中模板图案21和模板图案22中心距离为L2、模板图案23 和模板图案24距离为L3，根据源图案设计已确定的模板图案23和 模板图案24中心距离L20、模板图案21和模板图案22中心距离L30， 计算第一等级分划区域竖直放大系数K2和水平放大系数K3，计算公 式：K2＝L2/L20，K3＝L3/L30；

计算第一等级分划区域滚转角度A2：

A2＝(atan2(|u22-u21),|v2-v21|)+atan2(|v24-v23),|u24-u23|) )/2，A2的正负根据具体情况进行判定；

步骤10：根据源图案几何信息，加上模板图案2中四个模板图 案中心位置、水平放大系数K2和竖直放大系数K3，在旋转后实测图 像中选取第一等级分划图案感兴趣区域，如图5所示，以A2为旋转 角度，以感兴趣区域中心为旋转中心对第一等级分划图案区域进行旋 转，得到旋转后第一等级分划图案；

在旋转后第一等级分划图案中依次取条纹1和2、2和3、3和4、 4和5组成4个明暗区域，再依次取条纹6和7、7和8、8和9、9 和10组成4个明暗区域，分别计算对比度；取8个对比度值的平均 值作为清晰度判定条件，当对比度值大于阈值时，则认为被测设备成 像清晰度满足该组等级清晰度要求，换算得到清晰度值；本实施例经 过专业人员多次测定，选取对比度为0.20作为是否清晰的判定阈值；

步骤11：当步骤S10所计算的对比度值大于阈值时，则被测设 备成像清晰度满足该等级清晰度要求，换算得到清晰度值，完成清晰 度检测；本实施例经过专业人员多次测定，选取对比度为0.20作为 是否清晰的判定阈值；若对比度值小于阈值，则被测设备成像清晰度 不满足该清晰度要求，继续选取下一等级分划图案，参照步骤S7至 步骤S10计算对比度值，直至计算到满足要求的等级，取该等级对应 的清晰度值作为测试结果，若所有等级均不满足要求，则说明图像投 射设备成像清晰度不满足最低要求。

实施例2：

现在以夜视镜为被测对象阐述本发明第二种具体实施方式：首先 制作满足前述清晰度测试源图案形式要求的靶板，根据夜视镜的具体 分类，靶板制作有所不同；

若是微光夜视镜，则在不透光材料底板中刻划源图案形式的图案， 将对应的亮条纹区域打穿，在靶板后方设置满足微光要求的光源并点 亮，使得光线可通过靶板中图案条纹区域并经夜视镜成像后，再经过 相机拍摄后得到实测图像；

若是红外夜视镜，则在防红外材料底板中刻划源图案形式的图案， 将对应的亮条纹区域打穿，在靶板后方设置满足要求的红外黑体，使 得黑体发出红外光线可通过靶板中图案条纹区域并经夜视镜成像后， 再经过相机拍摄后得到实测图像；

得到实测图像后，即可参照本发明所述图像处理办法对实测图像 进行处理，得到夜视镜清晰度测试结果。

上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现 并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进 行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应 用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。