CN114513654B - 基于宏透镜阵列的集成成像系统横向位置误差校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于宏透镜阵列的集成成像系统横向位置误差校正方法。还方法包括获取LCD平面上的点发出的光锥经过宏透镜阵列后在中心深度平面的汇聚点的位置以及标准汇聚点的位置；所述标准汇聚点为LCD平面上的点发出的光锥经过宏透镜阵列后在中心深度平面上均汇聚一点；根据每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值和对应的方差度量宏透镜阵列横向位置误差，确定度量结果；判断所述度量结果是否超过阈值；若超过阈值，则测量轴向位置误差和测量宏透镜阵列横向位置误差，进而根据轴向位置误差和宏透镜阵列横向位置误差进行校正；若未超过阈值，则进行集成成像。本发明能够降低工作量，并提高集成成像的显示效果。

Description

基于宏透镜阵列的集成成像系统横向位置误差校正方法

技术领域

本发明涉及集成成像领域，特别是涉及一种基于宏透镜阵列的集成成像系统横向位置误差校正方法。

背景技术

随着研究的不断发展，越来越多的研究人员开始在大幅面集成成像系统中使用宏透镜阵列。宏透镜阵列一般是通过机械方式，内嵌在硬质基板上，其优点是成本低、制作工艺成熟，可以实现大幅面、宽视场角的集成成像显示，不足是安装或使用造成的位置误差较大。因此，为获得更好的显示效果，需要对宏透镜阵列的位置误差进行度量与校正。

而现有技术中存在工作量大、精度不高的问题，因此为解决上述问题，提出一种对宏透镜阵列的位置误差进行校正的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于宏透镜阵列的集成成像系统横向位置误差校正方法，能够降低工作量，并提高集成成像的显示效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于宏透镜阵列的集成成像系统横向位置误差校正方法，包括：

获取LCD平面上的点发出的光锥经过宏透镜阵列后在中心深度平面的汇聚点的位置以及标准汇聚点的位置；所述标准汇聚点为LCD平面上的点发出的光锥经过宏透镜阵列后在中心深度平面上均汇聚一点；

根据每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值和对应的方差度量宏透镜阵列横向位置误差，确定度量结果；所述度量结果用于表征宏透镜阵列横向位置误差的大小；

判断所述度量结果是否超过阈值；

若超过阈值，则测量轴向位置误差和测量宏透镜阵列横向位置误差，进而根据轴向位置误差和宏透镜阵列横向位置误差进行校正；

若未超过阈值，则进行集成成像。

可选地，所述根据每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值和对应的方差度量宏透镜阵列横向位置误差，确定度量结果，具体包括：

利用公式确定每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值；

利用公式确定每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值对应的方差；

其中，d_avg为每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值，d_var为每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值对应的方差，n为汇聚点的个数，d_n为第n个汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离。

可选地，所述若超过阈值，则测量轴向位置误差和测量宏透镜阵列横向位置误差，进而根据轴向位置误差和宏透镜阵列横向位置误差进行校正，具体包括：

通过调整全息功能屏的位置来测量轴向位置误差；

通过像的位置变化测量宏透镜阵列横向位置误差。

可选地，所述若超过阈值，则测量轴向位置误差和测量宏透镜阵列横向位置误差，进而根据轴向位置误差和宏透镜阵列横向位置误差进行校正，具体还包括：

利用公式确定透镜横向位置；

其中，d为透镜横向位置，l₁和l₂为全息功能屏位置1和位置2的轴向距离，g为宏透镜阵列与LCD显示屏的轴向距离，Δs_bottom为底部像素的横向位置变化。

可选地，所述若超过阈值，则测量轴向位置误差和测量宏透镜阵列横向位置误差，进而根据轴向位置误差和宏透镜阵列横向位置误差进行校正，具体还包括：

通过重排对应的基元图像像素点位置的方式对宏透镜阵列横向位置误差进行校正。

可选地，所述通过重排对应的基元图像像素点位置的方式对宏透镜阵列横向位置误差进行校正，具体包括以下公式：

其中，x_correct为经过校正后的横向坐标，x_ideal为理想情况下对应的像素横向坐标，z_R为标准汇聚点的轴向距离。

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：

本发明所提供的一种基于宏透镜阵列的集成成像系统横向位置误差校正方法，在宏透镜阵列横向位置误差作用下，理想情况下汇聚于重构点的像素将不再汇聚于一点，这些像素将在同一深度平面的其他点处成像，本发明利用重构点(汇聚点)到这些点的距离的平均值和方差来度量宏透镜阵列横向位置误差的大小。当度量结果未超过阈值时，直接进行成像，当超过阈值时，进行误差的测量和校正，进而降低了工作量，进一步提高了集成成像的显示效果。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种基于宏透镜阵列的集成成像系统横向位置误差校正方法流程示意图；

图2为宏透镜阵列无位置误差表征示意图；

图3为宏透镜阵列横向位置误差表征示意图；

图4为宏透镜阵列中透镜横向位置测量示意图；

图5为横向位置误差校正原理示意图。

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一种基于宏透镜阵列的集成成像系统横向位置误差校正方法，能够降低工作量，并提高集成成像的显示效果

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为本发明所提供的一种基于宏透镜阵列的集成成像系统横向位置误差校正方法流程示意图，如图1所示，本发明所提供的一种基于宏透镜阵列的集成成像系统横向位置误差校正方法，包括：

S101，获取LCD平面上的点发出的光锥经过宏透镜阵列后在中心深度平面的汇聚点的位置以及标准汇聚点的位置；所述标准汇聚点为LCD平面上的点发出的光锥经过宏透镜阵列后在中心深度平面上均汇聚一点；

S102，根据每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值和对应的方差度量宏透镜阵列横向位置误差，确定度量结果；所述度量结果用于表征宏透镜阵列横向位置误差的大小；

S102具体包括：

理想情况下，宏透镜阵列无位置误差表征如图2所示，以透镜阵列局部为例，理想的显示端透镜中心位置分别a、b、c，以点b为原点O，分别以平行于透镜阵列行、列方向为X、Y轴，以垂直透镜阵列方向为Z轴，透镜阵列行、列间距为w、l，透镜阵列、LCD所在平面深度为0、z₁。LCD平面上D、E、F三点经过对应的透镜中心a、b、c，在中心深度平面上形成重构点(标准汇聚点)R。

假设原透镜阵列中心a、b、c坐标为(x_a,y_a,0)、(x_b,y_b,0)、(x_c,y_c,0),则存在以下关系：

x_a＝x_b＝0，x_c＝l (1)

y_a＝w，y_b＝y_c＝0 (2)

假设空间任一重构点R坐标为(x_R,y_R,z_R)，透镜阵列中单元透镜焦距为f，则可得，

直线aR的参数方程可以表示如下：

同理可得直线bR、cR的参数方程。记直线aR、bR、cR分别与LCD平面相交于点D(x_D,y_D,z₁)、E(x_E,y_E,z₁)、F(x_F,y_F,z₁)，其对应直线参数方程的参数分别为s₁、s₂、s₃，则存在以下关系：

z₁＝z_R+z_R×s₁＝z_R+z_R×s₂＝z_R+z_R×s₃ (5)

由公式可得，s₁＝s₂＝s₃。由此，可求出点D、E、F对应坐标。实际情况下，显示过程中宏透镜阵列横向位置误差表征如图3所示。只考虑横向位置误差，即透镜阵列中心只在平行于LCD平面的方向上存在位置误差时，点D、E、F发出的光锥仍在中心深度平面上汇聚，但不再汇聚于一点，即点D、E、F发出的光锥经过透镜阵列上有偏差的实际透镜A、B、C，分别在中心深度平面汇聚于点d、e、f，同样地，线段dR、eR、fR的平均值和方差越大，横向位置误差越大，因此可以用线段dR、eR、fR的平均值和方差来度量宏透镜阵列横向位置误差。

记透镜阵列中心实际点A、B、C坐标为(x_A,y_A,z_A)、(x_B,y_B,z_B)、(x_C,y_C,z_C)，则：

z_A＝z_B＝z_C＝0 (6)

直线AD的参数方程为：

同理可得直线BE、CF的参数方程。直线AD、BE、CF与点R所在深度平面相交于点d(x_d,y_d,z_d)、e(x_e,y_e,z_e)、f(x_f,y_f,z_f)，其对应直线参数方程的参数分别为t₁、t₂、t₃。因为点d、e、f在点R所在中心深度平面上，故有：

z_d＝z_e＝z_f＝z_R(8)

结合公式可以求得t₁，从而得到点d坐标。同样地，可以得到点e、f坐标，记线段dR、eR、fR的距离分别为d₁、d₂、d₃，则：

同理可得d₂、d₃。

计算线段dR、eR、fR的平均值和方差，从而度量宏透镜阵列横向位置误差：

记线段dR、eR、fR的平均值为d_avg，则：

对应的方差d_var为：

S103，判断所述度量结果是否超过阈值；

S104，若超过阈值，则测量轴向位置误差和测量宏透镜阵列横向位置误差，进而根据轴向位置误差和宏透镜阵列横向位置误差进行校正；

S104具体包括：

利用公式确定每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值；

利用公式确定每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值对应的方差；

其中，d_avg为每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值，d_var为每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值对应的方差，n为汇聚点的个数，d_n为第n个汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离。

S104具体包括：

集成成像显示时，全息功能屏可以用来接收所成的像，通过调整全息功能屏的位置来测量轴向位置误差；

当全息功能屏在不同深度位置移动时，像的位置将会发生变化。像素的间隙被放大，所以不同像素能够辨认，通过像的位置变化测量宏透镜阵列横向位置误差。

S104具体还包括：

如图4所示，透镜阵列与LCD显示屏的轴向距离为g，与全息功能屏位置1和位置2的轴向距离分别为l₁、l₂，选取合适数量像素，μ为像素间隔大小，n为像素的间隔数量，当全息功能屏放置在位置1时，一定数量像素在全息功能屏上成像，调整全息功能屏于位置2处，使得这些像素在全息功能屏上成像，且像的底部落在z轴上，底部像素的横向位置变化为Δs_bottom，透镜横向位置坐标为d，由此，透镜横向位置可表示为：

利用公式确定透镜横向位置；

其中，d为透镜横向位置，l₁和l₂为全息功能屏位置1和位置2的轴向距离，g为宏透镜阵列与LCD显示屏的轴向距离，Δs_bottom为底部像素的横向位置变化。

S104具体还包括：

在对横向位置误差测量的基础上，对其进行校正。当获得透镜的横向位置后，可以按照理想重构点位置和真实横向位置得到正确的像素位置；即通过重排对应的基元图像像素点位置的方式对宏透镜阵列横向位置误差进行校正。如图4所示，理想情况下对应的像素横向坐标为x_ideal，为确保像素仍能在点R成像，该像素经过校正后的横向坐标应为x_correct。

其中，x_correct为经过校正后的横向坐标，x_ideal为理想情况下对应的像素横向坐标，z_R为标准汇聚点的轴向距离。

当透镜中心理想位置所在平面与重构点的距离较大且远大于透镜阵列与LCD平面的距离，即z_R＞＞g时，则公式可以简化为：

x_correct＝d-d_ideal+x_ideal；

此时，横向位置误差的校正与重构点所在位置无关，仅与透镜的横向位置有关，这使得校正更加简单。记理想像素在该基元图像中序号为i，校正后像素在该基元图像中序号为j，像素大小为μ，根据公式，可得：

其中，表示向下取整。根据公式，可以发现，理想像素在该基元图像中序号i和校正后像素在该基元图像中序号j呈线性关系，也就是说，对于同一基元图像，只要将其像素移动相同的横向距离，就可以实现横向位置误差的校正。

S105，若未超过阈值，则进行集成成像。

本发明通过移动全息功能屏来变化像的位置和大小，并提出了宏透镜阵列横向位置的测量方法，将其与理想横向位置作差，从而实现了对宏透镜阵列横向位置误差的测量。此外，推导了宏透镜阵列横向位置误差下，理想像素序号与校正后的补偿像素序号之间的关系，本专利提出了宏透镜阵列横向位置误差的校正方法，从而缓解了宏透镜阵列横向位置误差对显示效果的影响。基于宏透镜阵列的集成成像系统横向位置误差度量与校正方法。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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。

Claims (2)

1.一种基于宏透镜阵列的集成成像系统横向位置误差校正方法，其特征在于，包括：

获取LCD平面上的点发出的光锥经过宏透镜阵列后在中心深度平面的汇聚点的位置以及标准汇聚点的位置；所述标准汇聚点为LCD平面上的点发出的光锥经过宏透镜阵列后在中心深度平面上均汇聚一点；

根据每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值和对应的方差度量宏透镜阵列横向位置误差，确定度量结果；所述度量结果用于表征宏透镜阵列横向位置误差的大小；

判断所述度量结果是否超过阈值；

若超过阈值，则测量轴向位置误差和测量宏透镜阵列横向位置误差，进而根据轴向位置误差和宏透镜阵列横向位置误差进行校正；

若未超过阈值，则进行集成成像；

所述若超过阈值，则测量轴向位置误差和测量宏透镜阵列横向位置误差，进而根据轴向位置误差和宏透镜阵列横向位置误差进行校正，具体包括：

通过调整全息功能屏的位置来测量轴向位置误差；

通过像的位置变化测量宏透镜阵列横向位置误差；

利用公式确定透镜横向位置；

其中，d为透镜横向位置，l₁和l₂为全息功能屏位置1和位置2的轴向距离，g为宏透镜阵列与LCD显示屏的轴向距离，Δs_bottom为底部像素的横向位置变化；

通过重排对应的基元图像像素点位置的方式对宏透镜阵列横向位置误差进行校正；

其中，x_correct为经过校正后的横向坐标，x_ideal为理想情况下对应的像素横向坐标，z_R为标准汇聚点的轴向距离。

2.根据权利要求1所述的一种基于宏透镜阵列的集成成像系统横向位置误差校正方法，其特征在于，所述根据每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值和对应的方差度量宏透镜阵列横向位置误差，确定度量结果，具体包括：

利用公式确定每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值；

利用公式确定每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值对应的方差；

其中，d_avg为每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值，d_var为每一汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离的平均值对应的方差，n为汇聚点的个数，d_n为第n个汇聚点的位置与标准汇聚点的位置的距离。