CN105025284B - 标定集成成像显示设备的显示误差的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种标定集成成像显示设备的显示误差的方法和设备。所述方法包括：获取集成成像显示设备所显示的结构光图像的照片；基于所述照片确定拍摄所述照片的拍摄设备相对于二维显示屏的运动参数；根据所述运动参数以及所述照片检测微透镜阵列的误差。根据本发明，可以准确地标定集成成像显示设备的误差。

Description

标定集成成像显示设备的显示误差的方法和设备
技术领域
本发明涉及三维显示领域。更具体地讲，涉及一种标定集成成像显示设备的显示误差的方法和设备。
背景技术
随着科技的进步，显示技术也由黑白发展到彩色，由二维平面显示发展到三维（3D）立体显示，为用户提供越来越趋于真实化的体验。三维立体显示技术可分为基于视差的三维显示、体显示和全息显示等。基于视差的三维显示可分为视差屏障式和集成成像式。在这些三维显示方式中，集成成像显示（Integral Imaging Display，IID）被认为是最有潜力的一种三维显示方式，因为这种方式的亮度高，可以让用户裸眼观看到三维影像，并且这种三维影像具有在水平和垂直方向上的连续视差变化，为用户提供了一种真正的不变形的三维效果体验。
集成成像显示设备一般包括二维显示屏（例如，液晶显示（LCD）面板）和微透镜阵列（MLA）。集成成像显示设备通过在微透镜阵列之后的二维显示屏上显示作为二维图像的单元图像阵列（Elemental image array:EIA）图像而进行工作，从而用户可以观看到三维效果。通过微透镜阵列的折射，EIA图像中的不同部分被折射到三维空间中的不同方向从而形成三维图像。
在制造过程中由于加工精度的限制，或者是在使用构成中环境温度、自重等原因带来的外界作用，微透镜阵列的形状或位置有可能偏离设计参数，为了实际保障三维图像的观看质量，需要标定微透镜阵列的误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种标定集成成像显示设备的显示误差的方法和设备。
本发明的一方面提供一种标定集成成像显示设备的显示误差的方法，所述集成成像显示设备包括二维显示屏和具有预定数量的微透镜的微透镜阵列，包括：获取集成成像显示设备所显示的结构光图像的照片；基于所述照片确定拍摄所述照片的拍摄设备相对于二维显示屏的运动参数；根据所述运动参数以及所述照片检测微透镜阵列的误差。
可选地，根据所述运动参数以及所述照片预测微透镜阵列的误差的步骤包括：根据初始的误差参数计算微透镜的位置；根据所述运动参数以及计算的位置确定微透镜在所述照片中的对应位置；通过结构光图像的解码确定所述对应位置在二维显示屏上的第一映射位置；根据所述运动参数以及计算的位置确定所述对应位置在二维显示屏上的第二映射位置；通过第一映射位置和第二映射位置对初始的误差参数进行优化；基于优化后的误差参数计算微透镜阵列的误差值。
可选地，根据所述运动参数以及计算的位置确定所述映射位置在二维显示屏上的第二映射位置的步骤包括：根据所述运动参数确定所述拍摄设备的光心位置，计算所述对应位置在所述拍摄设备的成像平面上的成像位置，计算光心位置和成像位置的连线与二维显示屏的交点作为第二映射位置。
可选地，通过第一映射位置和第二映射位置对初始的误差参数进行优化的步骤包括：通过最小化第一映射位置和第二映射位置之间的位置差异来对初始的误差参数进行优化。
可选地，通过最小化第一映射位置和第二映射位置之间的位置差异来对初始的误差参数进行优化的步骤包括：针对微透镜阵列中的预定数量的微透镜中的每个微透镜，计算第一映射位置与第二映射位置之间的距离，从而得到预定数量的距离，其中，所述预定数量小于或等于微透镜阵列所具有的微透镜的数量；通过使得所述预定数量的距离之和最小化来确定优化后的误差参数。
可选地，微透镜的位置为微透镜的光心的位置。
可选地，所述方法还包括：根据检测的微透镜阵列的误差渲染单元图像阵列（EIA）。
可选地，误差参数是用于表示微透镜的实际位置相对于设计位置的误差的模型的参数。
可选地，误差参数是微透镜的实际位置相对于设计位置的误差。
可选地，根据检测的微透镜阵列的误差渲染单元图像阵列（EIA）的步骤包括：根据微透镜阵列的误差计算每个微透镜的位置；根据计算的每个微透镜的位置建立用于渲染单元图像阵列的光线模型；基于建立的光线模型来渲染单元图像阵列。
可选地，根据计算的每个微透镜的位置建立用于渲染单元图像阵列的光线模型的步骤包括：初始化二维显示屏的像素所映射到的微透镜；基于每个微透镜更新二维显示屏的像素所映射到的微透镜，其中，基于任意一微透镜更新二维显示屏的像素所映射到的微透镜的步骤包括：将预定观察点通过所述一微透镜的光心投影到二维显示屏以得到第一投影点，在二维显示屏上确定以第一投影点为中心的局部搜索窗口，更新局部搜索窗口中的每个像素所映射到的微透镜；利用两个平行的平面上的点表示每个像素与映射到的微透镜所限定的方向。
可选地，更新局部搜索窗口中的每个像素所映射到的微透镜的步骤包括：确认像素映射到的微透镜是否为初始值；当像素映射到的微透镜为初始值时，将像素映射到所述一微透镜；当像素映射到的微透镜不为初始值时，将像素通过所述映射到的微透镜投影到观察点所在的观察面以得到第二投影点，并将像素通过所述一微透镜投影到观察面以得到第三投影点；当第二投影点与观察点之间的距离大于或等于第三投影点与观察点之间的距离时，像素映射到的微透镜改变为所述一微透镜，当第二投影点与观察点之间的小于第三投影点与观察点之间的距离时，不改变像素映射到的微透镜。
本发明的另一方面提供一种标定集成成像显示设备的显示误差的设备，所述集成成像显示设备包括二维显示屏和具有预定数量的微透镜的微透镜阵列，包括：照片获取单元，获取集成成像显示设备所显示的结构光图像的照片；运动参数确定单元，基于所述照片确定拍摄所述照片的拍摄设备相对于二维显示屏的运动参数；误差估计单元，根据所述运动参数以及所述照片检测微透镜阵列的误差。
可选地，误差估计单元包括：微透镜位置确定单元，根据初始的误差参数计算微透镜的位置；对应位置确定单元，根据所述运动参数以及计算的位置确定微透镜在所述照片中的对应位置；第一映射位置确定单元，通过结构光图像的解码确定所述对应位置在二维显示屏上的第一映射位置；第二映射位置确定单元，根据所述运动参数以及计算的位置确定所述对应位置在二维显示屏上的第二映射位置；参数优化单元，通过第一映射位置和第二映射位置对初始的误差参数进行优化；误差计算单元，基于优化后的误差参数计算微透镜阵列的误差值。
可选地，第二映射位置确定单元根据所述运动参数确定所述拍摄设备的光心位置，计算所述对应位置在所述拍摄设备的成像平面上的成像位置，计算光心位置和成像位置的连线与二维显示屏的交点作为第二映射位置。
可选地，参数优化单元通过最小化第一映射位置和第二映射位置之间的位置差异来对初始的误差参数进行优化。
可选地，参数优化单元包括：距离获取单元，针对微透镜阵列中的预定数量的微透镜中的每个微透镜，计算第一映射位置与第二映射位置之间的距离，从而得到预定数量的距离，其中，所述预定数量小于或等于微透镜阵列所具有的微透镜的数量；最小化单元，通过使得所述预定数量的距离之和最小化来确定优化后的误差参数。
可选地，微透镜的位置为微透镜的光心的位置。
可选地，所述设备还包括：渲染单元，根据检测的微透镜阵列的误差渲染单元图像阵列（EIA）。
可选地，误差参数是用于表示微透镜的实际位置相对于设计位置的误差的模型的参数。
可选地，误差参数是微透镜的实际位置相对于设计位置的误差。
可选地，渲染单元包括：位置确定单元，根据微透镜阵列的误差计算每个微透镜的位置；光线模型创建单元，根据计算的每个微透镜的位置建立用于渲染单元图像阵列的光线模型；单元图像阵列渲染单元，基于建立的光线模型来渲染单元图像阵列。
可选地，光线模型创建单元包括：初始化单元，初始化二维显示屏的像素所映射到的微透镜；更新单元，基于每个微透镜更新二维显示屏的像素所映射到的微透镜，其中，更新单元包括投影单元、窗口创建单元和局部更新单元，在基于任意一微透镜更新二维显示屏的像素所映射到的微透镜的过程中，投影单元将预定观察点通过所述一微透镜的光心投影到二维显示屏以得到第一投影点，窗口创建单元在二维显示屏上确定以第一投影点为中心的局部搜索窗口，局部更新单元更新局部搜索窗口中的每个像素所映射到的微透镜；方向描述单元，利用两个平行的平面上的点表示每个像素与映射到的微透镜所限定的方向。
可选地，局部更新单元包括：初始确认单元，确认像素映射到的微透镜是否为初始值；映射单元，当像素映射到的微透镜为初始值时，将像素映射到所述一微透镜；像素投影单元，当像素映射到的微透镜不为初始值时，将像素通过所述映射到的微透镜投影到观察点所在的观察面以得到第二投影点，并将像素通过所述一微透镜投影到观察面以得到第三投影点；映射更新单元，当第二投影点与观察点之间的距离大于或等于第三投影点与观察点之间的距离时，像素映射到的微透镜改变为所述一微透镜，当第二投影点与观察点之间的小于第三投影点与观察点之间的距离时，不改变像素映射到的微透镜。
根据本发明的标定集成成像显示设备的显示误差的方法和设备可以准确的标定出微透镜阵列中的微透镜的误差。此外，根据本发明的标定集成成像显示设备的显示误差的方法和设备还可以基于标定出的微透镜的误差来修正用于渲染单元图像阵列（EIA）的光线模型，从而即使无法从物理上消除微透镜的误差，也可以正确地进行三维显示。此外，根据本发明，可以在集成成像显示设备出厂后的使用过程中出现误差的时候，方便地对这些误差进行修正，从而保证其正确的三维显示效果。
将在接下来的描述中部分阐述本发明另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明的实施而得知。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本发明的实施例的标定集成成像显示设备的显示误差的方法的流程图；
图2示出根据本发明的实施例的根据拍摄设备相对于二维显示屏的运动参数以及集成成像显示设备显示的结构光图像的照片检测微透镜阵列的误差的方法的流程图；
图3示出根据本发明的实施例的计算透镜的位置的示意图；
图4示出根据本发明的实施例的建立光线模型的方法的流程图；
图5示出根据本发明的实施例的建立光线模型的示意图；
图6示出更新局部搜索窗口中的一个像素所映射到的微透镜方法的流程图；
图7示出根据本发明的实施例的标定集成成像显示设备的显示误差的设备的框图；
图8示出根据本发明的实施例的误差估计单元的框图；
图9示出根据本发明的实施例的渲染单元的框图；
图10示出根据本发明的实施例的光线模型创建单元的框图；
图11示出根据本发明的实施例的局部更新单元的框图。
具体实施方式
现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，其中，一些示例性实施例在附图中示出。
图1示出根据本发明的实施例的标定集成成像显示设备的显示误差的方法的流程图。
在步骤101，获取集成成像显示设备所显示的结构光图像的照片。结构光图像可对集成成像显示设备的二维显示屏上的每个像素的位置进行编码表示。通过结构光解码，可以获得所述结构光图像的照片上的像素点与二维显示屏上的像素的对应关系。例如，结构光图像可以采用二维格雷码（Gray Code）的黑白图像或者一组包含相位偏移变化的正弦条纹。
在步骤102，基于所述照片确定拍摄所述照片的拍摄设备相对于二维显示屏的运动参数。
在获得所述照片上的像素点与二维显示屏上的像素的对应关系的情况下，可以获得二维显示屏上的像素与拍摄所述照片的拍摄设备的成像面（例如，成像传感器上的成像面）上的点的对应关系。换言之，通过对所述照片进行结构光解码，可以获得二维显示屏上的像素在拍摄设备的成像面上的成像点的位置。这样，根据二维显示屏上的像素与拍摄所述照片的拍摄设备的成像面上的点的对应关系，在已知拍摄设备的内参数的情况下，可以获得拍摄设备相对于二维显示屏的运动参数，例如，旋转参数和平移参数。由于上述获得运动参数的技术是现有的，不再赘述。
在步骤103，根据所述运动参数以及所述照片检测微透镜阵列的误差。
下面，将结合图2和图3描述根据所述运动参数以及所述照片检测微透镜阵列的误差的方法。
图2示出根据本发明的实施例的根据拍摄设备相对于二维显示屏的运动参数以及显示的结构光图像的照片检测微透镜阵列的误差的方法的流程图。图3示出根据本发明的实施例的计算透镜的位置的示意图。
在步骤201，根据初始的误差参数计算微透镜的位置（如图3中的Lc所示）。这里，误差参数是用于表示微透镜的实际位置相对于设计位置的误差的模型的参数。该模型是描述微透镜的实际位置和设计位置之间误差的参数化表示的函数。
上述模型可被表示为下面的等式（1）。
微透镜的实际位置可被表示如下：
其中，[xij,yij,zij]T表示微透镜的实际位置的三维坐标，[x’ij,y’ij,z’ij]T表示微透镜的设计位置的三维坐标，[e(x) ij,e(y) ij,e(z) ij]T表示微透镜的实际位置的三维坐标与设计位置的三维坐标之间的误差。
为了降低计算量，针对不同类型的误差，可使用不同的误差模型来表示。
例如，微透镜阵列相对于二维显示屏的的整体安装误差可以用一个二维平面内的旋转角度θ和平移向量[tx,ty]表示，在这种情况下，透镜阵列光心的误差可以表示为下面的等式（2）：
e(x) ij=x’ij(cos(θ)–1）–sin(θ)y’ij–tx
e(y) ij=x’ij sin(θ)+(cos(θ)-1)y’ij–ty
（2）
此时，误差参数包括旋转角度θ和平移向量[tx,ty]。
再例如，假设透镜阵列存在翘曲现象，即透镜阵列的透镜光心不位于一个平面上。在这种情况下，可以用如下的一个椭圆径向畸变模型来表达z方向上的误差变化：
e(z) ij=(a(x’ij–x0)2+b(y’ij–y0)2)c+d （3）
其中，[x0,y0]表示径向畸变中心在水平面上的位置，[a,b,c,d]是表示透镜阵列畸变形状的参数。
此时，误差参数为[x0,y0,a,b,c,d]。
应该理解，也可以使用其他误差模型来表现误差，本发明不限于上述示例。
在一个示例中，微透镜的位置可由微透镜的光心的位置表示。
在步骤202，根据所述运动参数以及计算的位置Lc确定微透镜在所述照片中的对应位置（如图3中的Ic所示）。
在已知拍摄设备相对于二维显示屏的运动参数以及拍摄设备自身的参数的情况下，可以确定拍摄设备（如图3中的Ca所示）的光心的位置（如图3中的Oc所示），通过将位置Lc向拍摄设备的成像平面进行投影，可以得到微透镜在照片中的对应位置Ic（也即，成像平面上的位置）。换言之，位置Lc与Oc的连线与成像平面的交点为Ic。
在步骤203，通过结构光图像的解码确定所述对应位置Ic在二维显示屏上的第一映射位置（如图3中的所示）。通过对拍摄的照片中的结构光图像进行解码，可以确定照片中的位置Ic所对应的二维显示屏上的位置换言之，对于结构光图像的照片上的某个点，可以确定出二维显示屏上显示该点的位置。
在步骤204，根据所述运动参数以及计算的位置Lc确定所述对应位置Ic在二维显示屏上的第二映射位置（如图3中的所示）。
具体地说，根据所述运动参数确定所述拍摄设备的光心位置Oc，计算所述对应位置Ic在所述拍摄设备的成像平面上的成像位置Ic，计算光心位置Oc和成像位置Ic的连线与二维显示屏的交点作为第二映射位置。
在步骤205，通过第一映射位置和第二映射位置对初始的误差参数进行优化。可通过最小化第一映射位置和第二映射位置之间的位置差异（例如，距离）来对初始的误差参数进行优化。
具体地说，针对微透镜阵列中的预定数量的微透镜（微透镜阵列中的所有或部分微透镜）中的每个微透镜，计算第一映射位置与第二映射位置之间的距离，从而得到预定数量的距离，通过使得所述预定数量的距离之和最小化来确定优化后的误差参数。
所述预定数量的距离之和可表示为下面的等式：
其中，CC是透镜阵列的所有透镜光心或者是所有透镜光心的一个下采样子集的集合，是通过使用误差参数获得的Lc以及微透镜光心c得到的第二映射位置，是通过使用误差参数获得的Lc以及微透镜光心c得到的第一映射位置，表示 之间的距离。
可通过最小化来确定例如，可利用遗传算法等启发式非线性优化算法获取的全局最优解。
在步骤206，基于优化后的误差参数计算微透镜阵列的误差值。
可通过优化后的误差值代入微透镜的实际位置相对于设计位置的误差的模型（例如，等式（1）、（2）、或（3））来计算微透镜的实际位置。
在根据本发明的另一实施例中，根据本发明的标定集成成像显示设备的显示误差的方法还包括：根据检测的微透镜阵列的误差来渲染单元图像阵列（EIA）。
为此，首先根据微透镜阵列的误差计算每个微透镜的实际位置。例如，可根据上面的等式（1）来计算。随后，根据计算的每个微透镜的位置建立用于渲染单元图像阵列的光线模型，然后基于建立的光线模型来渲染单元图像阵列。
在集成成像显示设备中，为了得到三维图像，需要使用一个光线模型来渲染EIA。这个光线模型将二维显示屏上的每个像素映射为三维空间中的一条光线。当微透镜存在误差时，集成成像显示设备中默认的光线模型是不准确的，因此需要重新来获得光线模型。
下面参照图4和图5来描述获得光线模型的过程。图4示出根据本发明的实施例的建立光线模型的方法的流程图。图5示出根据本发明的实施例的建立光线模型的示意图。
参照图4，在步骤401，初始化二维显示屏的像素所映射到的微透镜。例如，在初始化时，可将二维显示屏的各个像素映射到预定微透镜（例如，不存在的微透镜），可通过初始标识符表示该预定微透镜，该初始标识符可以是与各个微透镜的标识符不同的标识符。
在一个示例中，可通过下面的方式来表示二维显示屏的像素与微透镜的映射关系。
假设二维显示屏的一个像素的坐标为(m,n)，则该像素映射到的微透镜可通过下面的标识符表示：(S(m,n),T(m,n),G(m,n))。这里，S(m,n),T(m,n),G(m,n)分别为该像素映射到的微透镜的光心在x、y、z轴的坐标。假设(S(m,n)=0,T(m,n)=0,G(m,n)=0)的微透镜不存在，则可将(0,0,0)作为初始标识符。此时，通过初始化，各个像素映射到光心的坐标为(0,0,0)的微透镜。
应该理解，也可以通过编号等其他方式作为标识符来表示上述映射关系。
在步骤402，基于每个微透镜更新二维显示屏的像素所映射到的微透镜。
下面，针对其中的任意一个微透镜（如图5所示的H(j)）来描述基于微透镜H(j)更新二维显示屏的像素所映射的微透镜的过程：首先，将预定观察点（如图5所示的Vc）通过微透镜H(j)的光心投影到二维显示屏以得到第一投影点（如图5所示的T1），在二维显示屏上确定以第一投影点为中心的局部搜索窗口（如图5所示的W，该局部搜索窗口可具有各种形状，例如，圆形、矩形等），更新局部搜索窗口中的每个像素所映射到的微透镜。
可顺序基于每个微透镜执行上述更新的过程。
在一个优选实施例中，采用一个方形的局部搜索窗口，则该局部搜索窗口的边长为1.2p(D+g)/(D·s)，其中，p是微透镜的尺寸（例如，微透镜的直径），D是预定观察点到二维显示屏的距离，s二维显示屏的像素的物理尺寸（例如，方形像素的边长），g是微透镜阵列与二维显示屏之间的设计距离值。
图6示出更新局部搜索窗口中的一个像素所映射到的微透镜方法的流程图。
在步骤601，确认像素映射到的微透镜是否为初始值。换言之，确认像素映射到的微透镜是否为通过初始标识符表示的微透镜。
当像素映射到的微透镜为初始值时，在步骤602，将像素映射到微透镜H(j)。
当像素映射到的微透镜不为初始值时，在步骤603，将像素通过所述映射到的微透镜（例如，图5所示的H(i)）投影到观察点所在的观察面以得到第二投影点（如图5所示的P1），并将像素通过微透镜H(j)投影到观察面以得到第三投影点（如图5所示的P2）。
在步骤604，确定第二投影点P1与观察点Vc之间的距离（第一距离）是否小于第三投影点P2与观察点Vc之间的距离（第二距离）。
当第二投影点P1与观察点Vc之间的距离大于或等于第三投影点P2与观察点Vc之间的距离时，在步骤605，将像素映射到的微透镜改变为微透镜H(j)。
当第二投影点P1与观察点Vc之间的小于第三投影点P2与观察点Vc之间的距离时，结束处理，不改变像素像素映射到的微透镜H(i)。
在步骤403，利用两个平行的平面上的点表示每个像素与映射到的微透镜所限定的方向。任意方向可通过两个平行平面上的点来表示，像素与其映射到透镜之间的连线限定了一个光线方向，该光线方向可通过两个平行平面上的点来表示。这样，用于渲染EIA的光线模型可通过二个平行平面上的点来表示。优选地，上述两个平行平面之一为二维显示屏所在的平面。
图7示出根据本发明的实施例的标定集成成像显示设备的显示误差的设备的框图。
如图7所示，根据本发明的实施例的标定集成成像显示设备的显示误差的设备700包括：照片获取单元710、运动参数确定单元720、误差估计单元730。
照片获取单元710获取集成成像显示设备所显示的结构光图像的照片。结构光图像可对集成成像显示设备的二维显示屏上的每个像素的位置进行编码表示。通过结构光解码，可以获得所述结构光图像的照片上的像素点与二维显示屏上的像素的对应关系。例如，结构光图像可以采用二维格雷码（Gray Code）的黑白图像或者一组包含相位偏移变化的正弦条纹。
运动参数确定单元720基于所述照片确定拍摄所述照片的拍摄设备相对于二维显示屏的运动参数。
在获得所述照片上的像素点与二维显示屏上的像素的对应关系的情况下，可以获得二维显示屏上的像素与拍摄所述照片的拍摄设备的成像面（例如，成像传感器上的成像面）上的点的对应关系。换言之，通过对所述照片进行结构光解码，可以获得二维显示屏上的像素在拍摄设备的成像面上的成像点的位置。这样，根据二维显示屏上的像素与拍摄所述照片的拍摄设备的成像面上的点的对应关系，在已知拍摄设备的内参数的情况下，可以获得拍摄设备相对于二维显示屏的运动参数，例如，旋转参数和平移参数。由于上述获得运动参数的技术是现有的，不再赘述。
误差估计单元730根据所述运动参数以及所述照片检测微透镜阵列的误差。
下面结合图8和图3描述误差估计单元730。图8示出根据本发明的实施例的标定集成成像显示设备的误差估计单元的框图。
误差估计单元730包括：微透镜位置确定单元731、对应位置确定单元732、第一映射位置确定单元733、第二映射位置确定单元734、参数优化单元735、误差计算单元736。
微透镜位置确定单元731根据初始的误差参数计算微透镜的位置。可利用各种误差模型（例如，等式（1）-（3））来计算微透镜的位置（如图3中的Lc所示）。
对应位置确定单元732根据所述运动参数以及计算的位置Lc确定微透镜在所述照片中的对应位置（如图3中的Ic所示）。
在已知拍摄设备相对于二维显示屏的运动参数以及拍摄设备自身的参数的情况下，可以确定拍摄设备（如图3中的Ca所示）的光心的位置（如图3中的Oc所示），通过将位置Lc向拍摄设备的成像平面进行投影，可以得到微透镜在照片中的对应位置Ic（也即，成像平面上的位置）。换言之，位置Lc与Oc的连线与成像平面的交点为Ic。
第一映射位置确定单元733通过结构光图像的解码确定所述对应位置Ic在二维显示屏上的第一映射位置（如图3中的所示）。通过对拍摄的照片中的结构光图像进行解码，可以确定照片中的位置Ic所对应的二维显示屏上的位置换言之，对于结构光图像的照片上的某个点，可以确定出二维显示屏上显示该点的位置。
第二映射位置确定单元734根据所述运动参数以及计算的位置Lc确定所述对应位置Ic在二维显示屏上的第二映射位置（如图3中的所示）。
具体地说，第二映射位置确定单元734根据所述运动参数确定所述拍摄设备的光心位置Oc，计算所述对应位置Ic在所述拍摄设备的成像平面上的成像位置Ic，计算光心位置Oc和成像位置Ic的连线与二维显示屏的交点作为第二映射位置。
参数优化单元735通过第一映射位置和第二映射位置对初始的误差参数进行优化。可通过最小化第一映射位置和第二映射位置之间的位置差异（例如，距离）来对初始的误差参数进行优化。
参数优化单元735可包括距离获取单元和最小化单元。
具体地说，针对微透镜阵列中的预定数量的微透镜（微透镜阵列中的所有或部分微透镜）中的每个微透镜，距离获取单元计算第一映射位置与第二映射位置之间的距离，从而得到预定数量的距离，最小化单元通过使得所述预定数量的距离之和最小化来确定优化后的误差参数。
例如，可通过上面的等式（4）来表示所述预定数量的距离之和。可通过最小化来确定例如，可利用遗传算法等启发式非线性优化算法获取的全局最优解。
误差计算单元736基于优化后的误差参数计算微透镜阵列的误差值。可通过优化后的误差值代入微透镜的实际位置相对于设计位置的误差的模型（例如，等式（1）、（2）、或（3））来计算微透镜的实际位置。
在另一实施例中，根据本发明的实施例的标定集成成像显示设备的显示误差的设备700还可包括渲染单元。渲染单元根据检测的微透镜阵列的误差渲染单元图像阵列（EIA）。
图9示出根据本发明的实施例的渲染单元的框图。
渲染单元900包括：位置确定单元910、光线模型创建单元920、单元图像阵列渲染单元930。
位置确定单元910根据微透镜阵列的误差计算每个微透镜的位置。例如，可根据上面的等式（1）来计算。
光线模型创建单元920根据计算的每个微透镜的位置建立用于渲染单元图像阵列的光线模型。单元图像阵列渲染单元930基于建立的光线模型来渲染单元图像阵列。
下面参照图5和图10来描述获得光线模型的过程。
图10示出根据本发明的实施例的光线模型创建单元的框图。
光线模型创建单元920包括：初始化单元921、更新单元922、方向描述单元923。
初始化单元921初始化二维显示屏的像素所映射到的微透镜。例如，在初始化时，可将二维显示屏的各个像素映射到预定微透镜（例如，不存在的微透镜），可通过初始标识符表示该预定微透镜，该初始标识符可以是与各个微透镜的标识符不同的标识符。
更新单元922基于每个微透镜更新二维显示屏的像素所映射到的微透镜。
更新单元922包括投影单元922-1、窗口创建单元922-2和局部更新单元922-3。
在基于任意一微透镜（如图5所示的H(j)）更新二维显示屏的像素所映射到的微透镜的过程中，投影单元922-1将预定观察点（如图5所示的Vc）通过微透镜H(j)的光心投影到二维显示屏以得到第一投影点（如图5所示的T1），窗口创建单元922-2在二维显示屏上确定以第一投影点为中心的局部搜索窗口（如图5所示的W，该局部搜索窗口可具有各种形状，例如，圆形、矩形等），局部更新单元922-3更新局部搜索窗口中的每个像素所映射到的微透镜。
更新单元922可顺序基于每个微透镜执行上述更新的过程。
方向描述单元923利用两个平行的平面上的点表示每个像素与映射到的微透镜所限定的方向。任意方向可通过两个平行平面上的点来表示，像素与其映射到透镜之间的连线限定了一个光线方向，该光线方向可通过两个平行平面上的点来表示。这样，用于渲染EIA的光线模型可通过二个平行平面上的点来表示。优选地，上述两个平行平面之一为二维显示屏所在的平面。
图11示出根据本发明的实施例的局部更新单元的框图。
局部更新单元922-3包括：初始确认单元1110、映射单元1120、像素投影单元1130、映射更新单元1140。
初始确认单元1110确认像素映射到的微透镜是否为初始值。换言之，确认像素映射到的微透镜是否为通过初始标识符表示的微透镜。
映射单元1120在像素映射到的微透镜为初始值时，将像素映射到微透镜H(j)。
像素投影单元1130在像素映射到的微透镜不为初始值时，将像素通过所述映射到的微透镜（例如，图5所示的H(i)）投影到观察点所在的观察面以得到第二投影点（如图5所示的P1），并将像素通过微透镜H(j)投影到观察面以得到第三投影点（如图5所示的P2）。
映射更新单元1140在第二投影点P1与观察点Vc之间的距离大于或等于第三投影点P2与观察点Vc之间的距离时，将像素映射到的微透镜改变为微透镜H(j)。映射更新单元1140在第二投影点P1与观察点Vc之间的小于第三投影点P2与观察点Vc之间的距离时，不改变像素像素映射到的微透镜H(i)。
根据本发明的标定集成成像显示设备的显示误差的方法和设备可以准确的标定出微透镜阵列中的微透镜的误差。此外，根据本发明的标定集成成像显示设备的显示误差的方法和设备还可以基于标定出的微透镜的误差来修正用于渲染单元图像阵列（EIA）的光线模型，从而即使无法从物理上消除微透镜的误差，也可以正确地进行三维显示。此外，根据本发明，可以在集成成像显示设备出厂后的使用过程中出现误差的时候，方便地对这些误差进行修正，从而保证其正确的三维显示效果。
此外，应该理解，根据本发明的实施例的标定集成成像显示设备的显示误差的设备中的各个单元可被实现硬件组件。本领域技术人员根据限定的各个单元所执行的处理，可以例如使用现场可编程门阵列（FPGA）或专用集成电路（ASIC）来实现各个单元。
此外，根据本发明的实施例的标定集成成像显示设备的显示误差的方法可以被实现为计算机可读记录介质中的计算机代码。本领域技术人员可以根据对上述方法的描述来实现所述计算机代码。当所述计算机代码在计算机中被执行时实现本发明的上述方法。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (24)

1.一种标定集成成像显示设备的显示误差的方法，所述集成成像显示设备包括二维显示屏和具有预定数量的微透镜的微透镜阵列，包括：
获取集成成像显示设备所显示的结构光图像的照片；
基于所述照片确定拍摄所述照片的拍摄设备相对于二维显示屏的运动参数；
根据所述运动参数以及所述照片检测微透镜阵列的误差，
其中，根据所述运动参数以及所述照片检测微透镜阵列的误差的步骤包括：
基于所述运动参数和所述照片上的点被映射到二维显示屏上的映射位置对初始的误差参数进行优化，基于优化后的误差参数计算微透镜阵列的误差。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述运动参数以及所述照片预测微透镜阵列的误差的步骤包括：
根据初始的误差参数计算微透镜的位置；
根据所述运动参数以及计算的位置确定微透镜在所述照片中的对应位置；
通过结构光图像的解码确定所述对应位置在二维显示屏上的第一映射位置；
根据所述运动参数以及计算的位置确定所述对应位置在二维显示屏上的第二映射位置；
通过第一映射位置和第二映射位置对初始的误差参数进行优化；
基于优化后的误差参数计算微透镜阵列的误差值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据所述运动参数以及计算的位置确定所述对应位置在二维显示屏上的第二映射位置的步骤包括：根据所述运动参数确定所述拍摄设备的光心位置，计算所述对应位置在所述拍摄设备的成像平面上的成像位置，计算光心位置和成像位置的连线与二维显示屏的交点作为第二映射位置。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，通过第一映射位置和第二映射位置对初始的误差参数进行优化的步骤包括：通过最小化第一映射位置和第二映射位置之间的位置差异来对初始的误差参数进行优化。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过最小化第一映射位置和第二映射位置之间的位置差异来对初始的误差参数进行优化的步骤包括：
针对微透镜阵列中的预定数量的微透镜中的每个微透镜，计算第一映射位置与第二映射位置之间的距离，从而得到预定数量的距离，其中，所述预定数量小于或等于微透镜阵列所具有的微透镜的数量；
通过使得所述预定数量的距离之和最小化来确定优化后的误差参数。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，微透镜的位置为微透镜的光心的位置。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据检测的微透镜阵列的误差渲染单元图像阵列(EIA)。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，误差参数是用于表示微透镜的实际位置相对于设计位置的误差的模型的参数。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，误差参数是微透镜的实际位置相对于设计位置的误差。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，根据检测的微透镜阵列的误差渲染单元图像阵列(EIA)的步骤包括：
根据微透镜阵列的误差计算每个微透镜的位置；
根据计算的每个微透镜的位置建立用于渲染单元图像阵列的光线模型；
基于建立的光线模型来渲染单元图像阵列。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，根据计算的每个微透镜的位置建立用于渲染单元图像阵列的光线模型的步骤包括：
初始化二维显示屏的像素所映射到的微透镜；
基于每个微透镜更新二维显示屏的像素所映射到的微透镜，其中，基于任意一微透镜更新二维显示屏的像素所映射到的微透镜的步骤包括：将预定观察点通过所述一微透镜的光心投影到二维显示屏以得到第一投影点，在二维显示屏上确定以第一投影点为中心的局部搜索窗口，更新局部搜索窗口中的每个像素所映射到的微透镜；
利用两个平行的平面上的点表示每个像素与映射到的微透镜所限定的方向。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，更新局部搜索窗口中的每个像素所映射到的微透镜的步骤包括：
确认像素映射到的微透镜是否为初始值；
当像素映射到的微透镜为初始值时，将像素映射到所述一微透镜；
当像素映射到的微透镜不为初始值时，将像素通过所述映射到的微透镜投影到观察点所在的观察面以得到第二投影点，并将像素通过所述一微透镜投影到观察面以得到第三投影点；
当第二投影点与观察点之间的距离大于或等于第三投影点与观察点之间的距离时，像素映射到的微透镜改变为所述一微透镜，当第二投影点与观察点之间的小于第三投影点与观察点之间的距离时，不改变像素映射到的微透镜。
13.一种标定集成成像显示设备的显示误差的设备，所述集成成像显示设备包括二维显示屏和具有预定数量的微透镜的微透镜阵列，包括：
照片获取单元，获取集成成像显示设备所显示的结构光图像的照片；
运动参数确定单元，基于所述照片确定拍摄所述照片的拍摄设备相对于二维显示屏的运动参数；
误差估计单元，根据所述运动参数以及所述照片检测微透镜阵列的误差，
其中，误差估计单元用于基于所述运动参数和所述照片上的点被映射到二维显示屏上的映射位置对初始的误差参数进行优化，基于优化后的误差参数计算微透镜阵列的误差。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，误差估计单元包括：
微透镜位置确定单元，根据初始的误差参数计算微透镜的位置；
对应位置确定单元，根据所述运动参数以及计算的位置确定微透镜在所述照片中的对应位置；
第一映射位置确定单元，通过结构光图像的解码确定所述对应位置在二维显示屏上的第一映射位置；
第二映射位置确定单元，根据所述运动参数以及计算的位置确定所述对应位置在二维显示屏上的第二映射位置；
参数优化单元，通过第一映射位置和第二映射位置对初始的误差参数进行优化；
误差计算单元，基于优化后的误差参数计算微透镜阵列的误差值。
15.根据权利要求13所述的设备，其中，第二映射位置确定单元根据所述运动参数确定所述拍摄设备的光心位置，计算所述对应位置在所述拍摄设备的成像平面上的成像位置，计算光心位置和成像位置的连线与二维显示屏的交点作为第二映射位置。
16.根据权利要求13所述的设备，其中，参数优化单元通过最小化第一映射位置和第二映射位置之间的位置差异来对初始的误差参数进行优化。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，参数优化单元包括：
距离获取单元，针对微透镜阵列中的预定数量的微透镜中的每个微透镜，计算第一映射位置与第二映射位置之间的距离，从而得到预定数量的距离，其中，所述预定数量小于或等于微透镜阵列所具有的微透镜的数量；
最小化单元，通过使得所述预定数量的距离之和最小化来确定优化后的误差参数。
18.根据权利要求14所述的设备，其中，微透镜的位置为微透镜的光心的位置。
19.根据权利要求13所述的设备，还包括：渲染单元，根据检测的微透镜阵列的误差渲染单元图像阵列(EIA)。
20.根据权利要求14所述的设备，其中，误差参数是用于表示微透镜的实际位置相对于设计位置的误差的模型的参数。
21.根据权利要求14所述的设备，其中，误差参数是微透镜的实际位置相对于设计位置的误差。
22.根据权利要求19所述的设备，其中，渲染单元包括：
位置确定单元，根据微透镜阵列的误差计算每个微透镜的位置；
光线模型创建单元，根据计算的每个微透镜的位置建立用于渲染单元图像阵列的光线模型；
单元图像阵列渲染单元，基于建立的光线模型来渲染单元图像阵列。
23.根据权利要求22所述的设备，其中，光线模型创建单元包括：
初始化单元，初始化二维显示屏的像素所映射到的微透镜；
更新单元，基于每个微透镜更新二维显示屏的像素所映射到的微透镜，其中，更新单元包括投影单元、窗口创建单元和局部更新单元，在基于任意一微透镜更新二维显示屏的像素所映射到的微透镜的过程中，投影单元将预定观察点通过所述一微透镜的光心投影到二维显示屏以得到第一投影点，窗口创建单元在二维显示屏上确定以第一投影点为中心的局部搜索窗口，局部更新单元更新局部搜索窗口中的每个像素所映射到的微透镜；
方向描述单元，利用两个平行的平面上的点表示每个像素与映射到的微透镜所限定的方向。
24.根据权利要求23所述的设备，其中，局部更新单元包括：
初始确认单元，确认像素映射到的微透镜是否为初始值；
映射单元，当像素映射到的微透镜为初始值时，将像素映射到所述一微透镜；
像素投影单元，当像素映射到的微透镜不为初始值时，将像素通过所述映射到的微透镜投影到观察点所在的观察面以得到第二投影点，并将像素通过所述一微透镜投影到观察面以得到第三投影点；
映射更新单元，当第二投影点与观察点之间的距离大于或等于第三投影点与观察点之间的距离时，像素映射到的微透镜改变为所述一微透镜，当第二投影点与观察点之间的小于第三投影点与观察点之间的距离时，不改变像素映射到的微透镜。
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