CN103702109B - 一种三维图像灰度查找表测量装置及其方法 - Google Patents
一种三维图像灰度查找表测量装置及其方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种三维图像灰度查找表测量装置及其方法。装置由控制系统、测试图像信号发生器、光电转换模块、数据采集模块组成，该三维图像灰度查找表测量装置实现了三维显示亮度矩阵的自动测量，再根据基于图像处理串扰消除方法的基本原理对测量数据进行遍历搜索，同时考虑左右视图的相互作用，计算得出串扰消除效果最佳的三维图像灰度查找表，从而大大提高了眼镜式立体显示的图像质量和观看舒适度。
Description
技术领域：
本发明涉及一种三维图像灰度查找表测量装置及其方法。
背景技术：
近年来，立体显示(3D)技术发展迅速，市场占有率频刷新高，由于技术成熟、价格便宜，眼镜式立体显示技术是目前立体显示的主流产品，其中主要包括快门式和偏光式两种眼镜式立体显示技术。由于立体显示技术是通过给观看者的左右眼分别提供具有视差的左右视图，从而模拟真实世界的感知，达到让观看者感受到立体景深，身临其境的效果，然而，由于技术上存在的种种问题，分别给左右眼提供的左右视图并不能完全分离，左右眼可以分别看到另一视图的漏光，这种漏光会形成虚影，俗称“鬼影(Ghosting)”，而形成鬼影的客观漏光又称为“串扰(Crosstalk)”。研究表明，串扰是目前影响立体显示图像质量以及观看舒适度的最主要原因之一。
为了提高立体显示图像质量以及立体显示的观看舒适度，对于串扰的消除一直是科研人员研究的重点。目前，提出的一种基于图像处理的串扰消除方法由于串扰消除效果好以及成本低等原因 被广泛应用。这种基于图像处理的串扰消除方法通过时序控制器(Time Controller，T-CON)来完成，3D图像灰度查找表存储在时序控制器中，在显示3D图像时，通过查找表修正图像灰阶，从而达到串扰消除的目的。其中的3D图像灰度查找表是该方法的核心，目前各大厂家采用人工测量调试的方法得出3D图像灰度查找表，这种方法不仅费时费力，效率极其低下，而且由于人工调试忽略了3D图像左右视图的相互作用，往往效果不佳。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三维图像灰度查找表测量装置及其方法。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：
一种三维图像灰度查找表测量装置，其特征在于，该测量装置包括控制系统(1)、测试图像信号发生器(2)、光电转换模块(3)、数据采集模块(4)；
所述控制系统(1)中有基于LabVIEW的虚拟仪器，用于控制测量流程和查找表的计算；
所述测试图像信号发生器(2)基于FPGA，通过DVI和USB与控制系统(1)连接，同时通过DVI或者LVDS接口与待测眼镜式立体显示器(5)连接；
所述光电转换模块(3)由光电二极管(31)和信号放大器(32)组成，并通过数据信号线与数据采集模块(4)连接；
所述数据采集模块(4)通过USB与控制系统(1)连接，同时通过信号线与测试图像发生器(2)连接，用于将模拟信号转换为数字信号并传输给控制系统(1)进行存储。
运用上述装置的一种三维图像灰度查找表测量方法，包括步骤：
步骤一：亮度矩阵的测量；
步骤二：灰度查找表的计算。
进一步的，所述的步骤一包括下列步骤：
(1)上位机测量设置：设定测量亮度矩阵的大小，矩阵大小越大测量的数据量越大，用以计算的数据越精确，对于8bits的显示，矩阵大小最大为256×256；设定测量模式为RGB模式或者W模式，RGB模式中R、G、B三色单独测量设定的亮度矩阵，用于计算出R、G、B三色独立的灰度查找表，W模式近似认为R、G、B三色一致，测量时R、G、B三色的灰度相同，得出一个灰度查找表适用于R、G、B三色；
(2)根据测量设置的具体参数和信息计算生成相应的控制信号控制下位机测试图像信号发生器；
(3)测试图像信号发生器生成信号：测试图像信号，用于待测显示器显示测试内容；测量触发信号，用于触发数据采集模块同步采集电压信号；
(4)待测显示器接收测试图像信号并显示相应测试图像；
(5)光电转换模块将显示器显示的亮度信号转换为电压信号；
(6)数据采集模块接收到触发信号后开始同步采集来自光电转 换模块的电压信号；
(7)亮度测量数据(电压值)由数据采集模块传输给上位机(控制系统)，并以矩阵的形式存储。
进一步的，所述的步骤二包括下列步骤：
(1)灰度查找表计算设置：设定查找表矩阵大小，矩阵越大，计算量越大，对于8bits的显示，矩阵大小最大为256×256；设定查找表模式，RGB模式或者W模式，应与测量模式对应；
(2)亮度矩阵读取：根据查找表模式的选择，读取相应的亮度矩阵；
(3)判断亮度矩阵的大小是否为256×256，如果是则直接进入步骤5)，否则进入步骤4)；
(4)将亮度矩阵插值为256×256矩阵；
(5)利用遍历法在每一个输入灰阶组合下搜索最佳的输出灰阶组合，以达到最佳的整体串扰消除效果；
(6)得出对应矩阵大小和模式的灰度查找表矩阵并存储。
进一步的，所述的遍历法包括下列步骤：
(1)输入灰阶组合i和j；
(2)根据输入灰阶组合在256×256的亮度查找表中查找对应的理想输出亮度为L(i ， i)和L(j ， j)；
(3)判断i是否大于等于j，如果是则进入步骤(4)，否则返回步骤(1)重新输入一组灰阶组合；
(4)判断i是否大于j，如果是则进入步骤(5)，否则进入步骤(6)；
(5)将i赋值给k，进入步骤(7)；
(6)将i赋值给i_d，j赋值给j_d，再进入步骤(17)；
(7)判断k是否小于等于255，如果是则进入步骤(8)，否则进入步骤(17)；
(8)将j赋值给l，进入步骤(9)；
(9)判断l是否大于等于0，如果是则进入步骤(10)，否则进入步骤(11)；
(10)定义参量Ddif，Ddif=|L(k ， l)-L(j ， j)|+|L(l ， k)-L(i ， i)|，再进入步骤(12)；
(11)将k值加1，再返回步骤(7)；
(12)判断是否同时满足k=i和l=j,如果是则进入步骤(13)，否则进入步骤(14)；
(13)将Ddif赋值给Dmin，再进入步骤(14)；
(14)判断Ddif是否小于Dmin，如果是则进入步骤(15)，否则直接进入步骤(16)；
(15)将Ddif赋值给Dmin，k赋值给i_d,l赋值给j_d，进入步骤(16)；
(16)将l值减1，再返回步骤(9)；
(17)灰度查找表赋值，将j_d赋值给T(i ， j)，i_d赋值给T(j ， i)，结束本次查找进入下一输入灰阶组合对应的最佳输出灰阶组合的查找。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明通过电脑中的虚拟仪器控制眼镜式立体显示的亮度矩阵测量，利用快速响应的光电转换方式代替传统的亮度计，可以实现亮度数据的快速自动测量，再根据基于图像处理串扰消除方法的基本原理对测量的亮度数据进行遍历搜索，同时考虑左右视图的相互作用，计算得出串扰消除效果最佳的三维图像灰度查找表。本发明构思缜密，设计精巧，实现自动测量代替人工操作，提高效率的同时考虑了更全面的因素，所得的查找表能达到更好的串扰消除效果，大大提高了眼镜式立体显示的图像质量和观看舒适度。
附图说明：
图1为本发明测量装置的信号连接图；
图2为本发明的亮度矩阵测量流程图；
图3为本发明的灰度查找表计算流程图；
图4为本发明的遍历计算流程图；
图中有：控制系统(电脑)1，测试图像信号发生器2，光电转换模块3，数据采集模块4，待测眼镜式立体显示器5，显示系统配套立体眼镜6。
具体实施方式：
本发明的三维图像灰度查找表测量装置，包括控制系统(电 脑)1、测试图像信号发生器2、光电转换模块3、数据采集模块4；所述控制系统1中有基于LabVIEW的虚拟仪器，用于控制测量流程和查找表的计算；所述测试图像信号发生器2基于FPGA，通过DVI和USB与控制系统连接，同时通过DVI或者LVDS接口与待测眼镜式立体显示器5连接；所述光电转换模块3由光电二极管31和信号放大器32组成，并通过数据信号线与数据采集模块4连接；所述数据采集模块4通过USB与控制系统1连接，同时通过信号线与测试图像发生器2连接。
下面结合附图，对本发明做进一步说明：
本发明装置由基于电脑的控制系统1、基于FPGA的测试图像信号发生器2、光电转换模块3、数据采集模块4组成。所述控制系统1中基于LabVIEW开发了一套虚拟仪器，用于控制整个测量和计算过程。所述光电转换模块3由符合人眼视见函数的光电二极管31以及低噪声信号放大器32组成。数据采集模块4用于将模拟信号转换为数字信号并传输给控制系统1进行存储。图1为本发明测量装置的信号连接图，控制系统1通过DVI数据线和USB控制线与测试图像信号发生器2连接，测试图像信号发生器2通过DVI或者LVDS数据线与待测眼镜式立体显示器5连接，同时测试图像信号发生器2通过控制线与数据采集模块连接。光电转换模块3的光电二极管31在测量时透过立体眼镜6的单眼镜片测量立体显示器5发出的光，测量时光电二极管31、立体眼镜6的单眼镜片和立体显示器5紧贴在一起，测量环境为暗室(环境光照 度小于0.5lux)。光电转换模块3与数据采集模块4通过信号线连接，数据采集模块4通过数据线与控制系统1连接。
本发明通过控制系统1的人机界面输入测量和计算的基本设置，控制整个三维图像亮度矩阵的测量和灰度查找表的计算流程。
亮度矩阵测量流程包括上位机测量参数设置、生成控制信号传输给下位机(测试图像信号发生器)、下位机生成测试图像信号和测量触发信号、测试图像信号传输给待测眼镜式立体显示器显示、触发信号触发数据采集模块采集来自光电转换模块的电压信号(采集到的电压信号即为亮度测量数据)、亮度测量数据传输给上位机并以矩阵形式存储。如图2所示，所述测量流程具体包括以下步骤：
1)上位机测量设置：设定测量亮度矩阵的大小，矩阵大小越大测量的数据量越大，用以计算的数据越精确，对于8bits的显示，矩阵大小最大为256×256；设定测量模式为RGB模式或者W模式，RGB模式中R、G、B三色单独测量设定的亮度矩阵，用于计算出R、G、B三色独立的灰度查找表，W模式近似认为R、G、B三色一致，测量时R、G、B三色的灰度相同，得出一个灰度查找表适用于R、G、B三色；
2)根据测量设置的具体参数和信息计算生成相应的控制信号控制下位机测试图像信号发生器；
3)测试图像信号发生器生成信号：测试图像信号，用于待测显示器显示测试内容；测量触发信号，用于触发数据采集 模块同步采集电压信号；
4)待测显示器接收测试图像信号并显示相应测试图像；
5)光电转换模块将显示器显示的亮度信号转换为电压信号；
6)数据采集模块接收到触发信号后开始同步采集来自光电转换模块的电压信号；
7)亮度测量数据(电压值)由数据采集模块传输给上位机(控制系统)，并以矩阵的形式存储。
灰度查找表计算流程包括上位机计算参数设置、亮度矩阵的读取、亮度矩阵的插值、遍历法搜索最佳灰阶组合、查找表生成和存储。如图3所示，所述计算流程具体包括以下步骤：
1)灰度查找表计算设置：设定查找表矩阵大小，矩阵越大，计算量越大，对于8bits的显示，矩阵大小最大为256×256；设定查找表模式，RGB模式或者W模式，应与测量模式对应；
2)亮度矩阵读取：根据查找表模式的选择，读取相应的亮度矩阵；
3)判断亮度矩阵的大小是否为256×256，如果是则直接进入步骤5)，否则进入步骤4)；
4)将亮度矩阵插值为256×256矩阵；
5)利用遍历法在每一个输入灰阶组合下搜索最佳的输出灰阶组合，以达到最佳的整体串扰消除效果；
6)得出对应矩阵大小和模式的灰度查找表矩阵并存储。
遍历法搜索最佳值是灰阶查找表计算方法的核心，如图4所示，所述计算流程具体包括以下步骤：
1)输入灰阶组合i和j；
2)根据输入灰阶组合在256×256的亮度查找表中查找对应的理想输出亮度为L(i ， i)和L(j ， j)；
3)判断i是否大于等于j，如果是则进入步骤4)，否则返回步骤1)重新输入一组灰阶组合；
4)判断i是否大于j，如果是则进入步骤5)，否则进入步骤6)；
5)将i赋值给k，进入步骤(7)；
6)将i赋值给i_d，j赋值给j_d，再进入步骤(17)；
7)判断k是否小于等于255，如果是则进入步骤(8)，否则进入步骤(17)；
8)将j赋值给l，进入步骤(9)；
9)判断l是否大于等于0，如果是则进入步骤(10)，否则进入步骤(11)；
10)定义参量Ddif，Ddif=|L(k ， l)-L(j ， j)|+|L(l ， k)-L(i ， i)|，再进入步骤
(12)；
11)将k值加1，再返回步骤(7)；
12)判断是否同时满足k=i和l=j,如果是则进入步骤(13)，否则进入步骤(14)；
13)将Ddif赋值给Dmin，再进入步骤(14)；
14)判断Ddif是否小于Dmin，如果是则进入步骤(15)，否则 直接进入步骤(16)；
15)将Ddif赋值给Dmin，k赋值给i_d，l赋值给j_d，进入步骤(16)；
16)将l值减1，再返回步骤(9)；
17)灰度查找表赋值，将j_d赋值给T(i ， j)，i_d赋值给T(j ， i)，结束本次查找进入下一输入灰阶组合对应的最佳输出灰阶组合的查找。
Claims (2)
1.一种三维图像灰度查找表测量装置，其特征在于，该测量装置包括控制系统(1)、测试图像信号发生器(2)、光电转换模块(3)、数据采集模块(4)；
所述控制系统(1)中有基于LabVIEW的虚拟仪器，用于控制测量流程和查找表的计算；
所述测试图像信号发生器(2)基于FPGA，通过DVI和USB与控制系统(1)连接，同时通过DVI或者LVDS接口与待测眼镜式立体显示器(5)连接；
所述光电转换模块(3)由光电二极管(31)和信号放大器(32)组成，并通过数据信号线与数据采集模块(4)连接；
所述数据采集模块(4)通过USB与控制系统(1)连接，同时通过信号线与测试图像发生器(2)连接，用于将模拟信号转换为数字信号并传输给控制系统(1)进行存储；
其中，所述控制系统(1)用于控制三维图像亮度矩阵测量和3D图像灰度查找表的计算，包括步骤：
步骤一：三维图像亮度矩阵的测量；
步骤二：3D图像灰度查找表的计算；
其中，所述的步骤一包括下列步骤：
(1)上位机测量设置：设定测量亮度矩阵的大小，矩阵大小越大测量的数据量越大，用以计算的数据越精确，对于8bits的显示，矩阵大小最大为256×256；设定测量模式为RGB模式或者W模式，RGB模式中R、G、B三色单独测量设定的亮度矩阵，用于计算出R、G、B三色独立的3D图像灰度查找表，W模式近似认为R、G、B三色一致，测量时R、G、B三色的灰度相同，得出一个3D图像灰度查找表适用于R、G、B三色；
(2)根据测量设置的具体参数和信息计算生成相应的控制信号控制下位机测试图像信号发生器；
(3)测试图像信号发生器生成信号：测试图像信号，用于待测显示器显示测试内容；测量触发信号，用于触发数据采集模块同步采集电压信号；
(4)待测显示器接收测试图像信号并显示相应测试图像；
(5)光电转换模块将显示器显示的亮度信号转换为电压信号；
(6)数据采集模块接收到触发信号后开始同步采集来自光电转换模块的电压信号；
(7)电压值由数据采集模块传输给控制系统，并以矩阵的形式存储；
所述的步骤二包括下列步骤：
(1)3D图像灰度查找表计算设置：设定查找表矩阵大小，矩阵越大，计算量越大，对于8bits的显示，矩阵大小最大为256×256；设定查找表模式，RGB模式或者W模式，应与测量模式对应；
(2)亮度矩阵读取：根据查找表模式的选择，读取相应的亮度矩阵；
(3)判断亮度矩阵的大小是否为256×256，如果是则直接进入步骤5)，否则进入步骤4)；
(4)将亮度矩阵插值为256×256矩阵；
(5)利用遍历法在每一个输入灰阶组合下搜索最佳的输出灰阶组合，以达到最佳的整体串扰消除效果；
(6)得出对应矩阵大小和模式的3D图像灰度查找表矩阵并存储。
2.应用权利要求1所述的装置的一种三维图像灰度查找表测量方法，其特征在于，所述的遍历法包括下列步骤：
(1)输入灰阶组合i和j；
(2)根据输入灰阶组合在256×256的亮度查找表中查找对应的理想输出亮度为L(i，i)和L(j，j)；
(3)判断i是否大于等于j，如果是则进入步骤(4)，否则返回步骤(1)重新输入一组灰阶组合；
(4)判断i是否大于j，如果是则进入步骤(5)，否则进入步骤(6)；
(5)将i赋值给k，进入步骤(7)；
(6)将i赋值给i_d，j赋值给j_d，再进入步骤(17)；
(7)判断k是否小于等于255，如果是则进入步骤(8)，否则进入步骤(17)；
(8)将j赋值给l，进入步骤(9)；
(9)判断l是否大于等于0，如果是则进入步骤(10)，否则进入步骤(11)；
(10)定义参量Ddif，Ddif＝|L(k，l)-L(j，j)|+|L(l，k)-L(i，i)|，再进入步骤(12)；
(11)将k值加1，再返回步骤(7)；
(12)判断是否同时满足k＝i和l＝j，如果是则进入步骤(13)，否则进入步骤(14)；
(13)将Ddif赋值给Dmin，再进入步骤(14)；
(14)判断Ddif是否小于Dmin，如果是则进入步骤(15)，否则直接进入步骤(16)；
(15)将Ddif赋值给Dmin，k赋值给i_d，l赋值给j_d，进入步骤(16)；
(16)将l值减1，再返回步骤(9)；
(17)3D图像灰度查找表赋值，将j_d赋值给T(i，j)，i_d赋值给T(j，i)，结束本次查找进入下一输入灰阶组合对应的最佳输出灰阶组合的查找。
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