[发明专利]集成成像光场显示系统透镜阵列的校准方法

说明书

本发明属于基于集成成像的光场显示技术领域，具体涉及光场显示系统中透镜阵列的校准方法。集成成像光场显示系统包括显示面板、透镜阵列和定向散射屏，针对透镜阵列的装配过程中存在的误差问题，本发明提出一种降低透镜阵列中心位置偏差和一种消除透镜阵列中心位置偏差的方法，其基本思想为：理想透镜光心位置与相应显示单元中心位置的连线与定向散射屏会有交点，以此交点作为参考点；在理想透镜对应显示单元的中心点处加载校验图像，该图像经实际透镜后会在定向散射屏上成像；再根据实际成像位置与参考点的位置偏差进行相应的校准处理，以降低或消除透镜阵列中心位置偏差。

技术领域

本发明属于基于集成成像的光场显示技术领域，具体涉及光场显示系统中透镜阵列的校准方法。

背景技术

集成成像包括三维场景的记录与再现两个过程。记录过程中，透镜阵列和记录介质(如电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)或胶片)对三维场景发出光线的方向信息和亮度信息进行采样，得到二维单元图像阵列，单元图像阵列中的每个单元图像都是其对应的透镜对三维场景成的像，包含着三维场景的不同视差信息。显示过程中，记录的二维单元图像阵列显示在二维显示面板上，如液晶显示面板(LCD)，单元图像发出的光线通过透镜阵列或针孔阵列后重构形成三维图像。集成成像的记录与再现过程不需要相干光照明，可实现裸眼连续视差、真彩色的三维显示，在一定视角范围内，可供多人在不同方向同时观看。传统集成成像的可视分辨率受透镜间隔的限制，为增大可视分辨率，构建基于集成成像的光场显示系统：在重构三维物体的某一深度平面放置定向散射屏，从而在散射屏的前后一段深度范围内人眼都能获得较高的可视分辨率。

理想情况下，集成成像光场显示系统中所有透镜的中心位置和对应显示单元中心位置的连线应该是平行的，更确切的说，它们应该均垂直于显示面板。然而实际情况中，透镜阵列的装配过程会存在误差，在横向和纵向会产生偏移，造成三维重构精度的下降，成像质量的恶化，因此需要对各个透镜的位置进行校准。本发明是关于透镜位置的横向偏移的校准方法。

在先技术“一种针对透镜阵列的阵列图像配准模板”(中国专利，申请号：CN103824288A)，针对透镜阵列加工过程中存在误差的问题，公开了一种阵列图像配准模板，但该模板较为复杂。

本发明提出集成成像光场显示系统透镜阵列的校准方法，具体包括一种降低中心位置横向偏差的方法和一种消除中心位置横向偏差的方法。

发明内容

本发明的目的是提出集成成像光场显示系统透镜阵列的校准方法，确保各透镜的光心位置和对应显示单元的中心位置横向重合，以提高三维重构的精度，提升成像显示质量。

本发明的特征在于，集成成像光场显示系统包括显示面板、透镜阵列和定向散射屏，显示面板上加载对应的单元图像阵列，理想情况下，单元图像的中心与相应透镜光心的连线应该是平行的(即横向重合)，并垂直于显示面板；而实际情况下，由于透镜阵列的装配存在误差，会产生横向的偏移，各显示单元的中心与相应透镜光心的连线不再平行。如果仍然按照理想透镜的位置加载相应的单元图像，将会造成三维重构精度的下降，成像质量的恶化。针对以上情形，本发明提出一种降低透镜阵列中心位置偏差和一种消除透镜阵列中心位置偏差的方法。

采用本发明降低中心位置偏差的方法为：各理想透镜光心与对应显示单元中心的连线在定向散射屏上会有交点，在定向散射屏标记这些交点并将其作为参考点，，在理想透镜对应单元图像的中心点处加载校验图像，如“十”字形图像，该图像经实际透镜作用，将会成像至定向散射屏，所成像的中心与之前标记点之间会存在偏差。此时通过程序精确控制“十”字形图像的加载位置，使其逐渐偏离理想透镜对应单元图像的中心点，而该图像经实际透镜后所成像逐渐逼近定向散射屏上的参考点，当两者重合时，程序停止，将此时“十”字形图像的加载位置作为实际透镜光心的横向位置。对所有的透镜都做上述操作后，透镜阵列中心的横向位置的校准完成，透镜的中心位置为显示面板加载的对应单元图像的中心位置。通过数学分析可知，采用以上方法时，透镜光心位置的横向偏差将会减小，减小程度与透镜成像系统的放大倍率有关。