CN108353159A - 测量柱状透镜片的旋转位置 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于测量柱状透镜片(020)的旋转位置的系统和方法，该系统包含：光源(120)，其发射光到该柱状透镜片的表面的至少部分上；摄像机(140)，其捕获由该表面反射(040)或透射(042)穿过该表面的光的图像，从而获得示出光图案(060)的图像；以及处理器(160)，其基于对该图像中的该光图案的分析来确定该柱状透镜片相对于与该图像相关联的坐标系的旋转位置。因此，可以由对从该光源发射的、由该柱状透镜片反射或透射的光的捕获图像的分析来确定柱状透镜片(020)的旋转位置。因此不需要特别制备的图像和标记。

Description

测量柱状透镜片的旋转位置

技术领域

本发明涉及用于测量柱状透镜片的旋转位置的系统和方法。这样的柱状透镜片本身是已知的且通常包括布置在一个片上或布置为一个片的多个柱状透镜。存在这样的柱状透镜片的多种用途。例如，在柱状印刷中，一个柱状图像可以由两个或更多个图像创建，且与一个柱状透镜片结合以创建多种动画帧或一个场景的不同视图。在消费电子领域中也越来越多地使用柱状透镜片。

背景技术

可能期望测量柱状透镜片的旋转位置，这是因为使用柱状透镜片可能需要柱状透镜片必须具有相对于另一实体(诸如印刷的柱状图像)的预定相对定向。

US2010265578描述了一种图像片的用途，该图像片被设置有一个合成图像，当该合成图像被结合到具有平行布置的多个圆柱形透镜的柱状片时，可以立体地或可变地查看该合成图像。该合成图像包括并排布置的多个图像单元，每个图像单元对应于圆柱形透镜中的每个且具有多个条状图像。该图像片包括一个将被设置有该合成图像的图像区域；以及一个将被设置有至少一个第一调整图案和至少一个第二调整图案的图案区域。据说这使得能够确定柱状片相对于该图像片的旋转方向和节距方向。应注意，也已知在显示器上电子地显示与US2010265578的图案类似的图案。

替代地，将标记贴附到柱状透镜片且通过在该柱状透镜片的摄像机图像中检测所述标记来测量该柱状透镜片的旋转位置是已知的。

不利地，使用专门制备的图像(无论是否被电子地显示)是麻烦的。还已经发现使用标记是麻烦的。

发明内容

本发明的目的是获得改进的用于测量柱状透镜片的旋转位置的系统和方法。

本发明的以下方面至少部分基于以下洞察：当用光源照明柱状透镜片时，出现光图案，其中该光图案具有指示柱状片的旋转位置的一个或多个属性。

本发明的第一方面提供了一种用于测量包括细长柱状透镜阵列的柱状透镜片的旋转位置的系统，该系统包括：

-光源，该光源被布置在该柱状透镜片的两侧中的第一侧，用于发射光到该柱状透镜片的表面的至少部分上；

-摄像机，该摄像机被布置在该柱状透镜片的两侧中的第二侧，以捕获由该表面反射或透射穿过该表面的光的图像，从而获得示出光图案的图像；以及

-处理器，其被配置为用于基于对该图像中的该光图案的分析来确定该柱状透镜片相对于与该图像相关联的坐标系的旋转位置。

本发明的另一方面提供了一种用于测量包括细长柱状透镜阵列的柱状透镜片的旋转位置的方法，该方法包括：

-发射光到该柱状透镜片的表面的至少部分上；

-捕获由该表面反射或透射穿过该表面的光的图像，从而获得示出光图案的图像；以及

-基于对该光图案的分析来确定该柱状透镜片相对于与该图像相关联的坐标系的旋转位置。

实施方案被限定在从属权利要求中。

以上措施涉及用光源有目的地照明柱状透镜片。由该柱状透镜片反射和/或透射的光然后由摄像机捕获，导致该图像示出光图案。然后通过处理器分析得到的图像以确定该柱状透镜片相对于与该图像相关联的坐标系的旋转位置。例如，该坐标系可以是该图像的坐标系(例如由行(y)和列(x)数字来表达)，或相对于在该图像中示出的对象而限定并因此与该图像相关联的坐标系。

发明人已经进一步认识到，该光图案可以通过由该光源发射的光的反射以及透射而产生。因此，该光源可以被布置在该柱状透镜片的两侧中的第一侧(例如前侧或后侧)，而该摄像机可以被布置在该柱状透镜片的两侧中的第二侧，其中该第一侧和该第二侧是相同的(意味着该光图案是由反射引起的)或是不同的(意味着该光图案是由透射引起的)。

因此不需要使用专门制备的图像(无论是否被电子地显示)，也不需要标记。而是，在来自光源的光的反射或透射之后捕获和分析出现在该柱状透镜片的图像中的光图案就足够了。

可选地，该处理器被配置为用于：

-分析该图像以识别该光图案中的线形结构；

-由该线形结构的一个或多个属性来确定该柱状透镜片的旋转位置。

发明人已经认识到，该光图案通常包括具有允许确定该柱状透镜片的旋转位置的一个或多个属性的线形结构。这样的属性的一个非限制性实施例是例如与该图像内的该线形结构的位置和/或定向有关的几何属性。在识别了该图像中的该线形结构之后，可以确定这样的属性。

可选地，该处理器被配置为：

-确定该图像中的该线形结构的定向；

-基于该线形结构的所述定向来确定该柱状透镜片的旋转位置。

已经发现该图像中的该线形结构的定向指示该柱状透镜片的旋转位置。例如，该线形结构可以表现为与该柱状透镜片的细长柱状透镜的纵向透镜方向垂直或与所述纵向透镜方向成另一个已知角度。所述角度可以从模拟或校准得知，且它取决于该透镜片、该光源和该摄像机的相对位置。

可选地，该光源和该摄像机沿着一个大体上垂直于该柱状透镜片的表面的轴线以一距离同轴地定位。该光源和该摄像机的这样的同轴地定位可以确保该线形结构(在下面也被简称为‘反射线’(即使在光透射的情况下))是直的而不是弯曲的，而与柱状透镜模块的旋转位置无关。应注意，术语‘大体上垂直’可以指垂直(即成90度)，或在垂直附近的范围(例如，+/-1度、+/-2度、+/-5度或+/-10度)，可选地，该摄像机被定向成使其光轴大体上垂直于该柱状透镜片。

可选地，该光源被定位在该摄像机前面，部分地但不完全地阻挡该摄像机的视野。这样的定位使得能够同轴地定位在该柱状透镜片的同一侧，或通常允许该摄像机和该光源紧邻地定位并因此限制反射线的弯曲。应注意，替代地，该光源可以被定位在该摄像机后面，因为该摄像机可以部分地但不是完全地阻挡从该光源发射到该柱状透镜片上的光。例如，该摄像机可以被同轴地定位在与该光源相距一距离处，在该距离处，该摄像机部分地阻挡由该光源发射的光使得避免或减少光的直接反射。在此，术语‘直接反射’指由该光源发射的光在位于该摄像机的视场中的任何平坦表面上的反射。

可选地，该光源和该摄像机被定位在大体上垂直于所述细长柱状透镜的纵向方向定向的虚拟平面中。应注意，存在垂直于所述细长柱状透镜的纵向方向定向的参考平面。该参考平面的定向可以被粗略地知道，例如，根据校准或先前测量。因此可以将该光源和该摄像机带到该参考平面中的它们被假定被定位在其中的位置，从而增加捕获图像中的反射线的直度。然而，实际上，该光源和该摄像机可以被定位在偏离该参考平面的虚拟平面中。其原因在于，该光源和该摄像机在该参考平面中的精确定位需要先前已经精确地知道该柱状透镜片的旋转位置。然而，该光源和该摄像机可以被定位成使得它们近似地在该参考平面中。换句话说，该光源和该摄像机可以被定位在被假定为垂直于所述细长柱状透镜的纵向方向的平面中，其中所述假定是基于粗略地知道该柱状透镜片的旋转位置，例如根据校准或测量。应注意，在两个光源的情况下，二者都可以被定位在虚拟平面中。

可选地，该光源是第一光源，且该线形结构是第一线形结构，该系统还包括：

-第二光源，用于发射光到该柱状透镜片的该表面的至少部分上；

且其中该处理器被配置为用于：

-分析该图像以识别该光图案中的第二线形结构；

-基于该第一线形结构和该第二线形结构的属性的比较来确定该柱状透镜片的旋转位置。

已经发现使用两个光源可以给出更精确的结果。例如，该第二光源可以被布置在该柱状透镜片的两侧中的第一侧(例如，与该第一光源相同的一侧)，或被布置在该柱状透镜片的相对侧。

可选地，该比较是关于该图像中的该第一线形结构和该第二线形结构的相应位置。两个线形结构之间的距离可以是用于该柱状透镜片的旋转位置的度量。

可选地，该第一光源和该第二光源发射具有在从该摄像机获得的图像数据中可区分的不同光学属性的光。这可以便于区分相应的光源在捕获图像中的反射线。

可选地，该第一光源和该第二光源发射具有不同颜色的光。例如，所述颜色可以被选择成使得它们能通过该摄像机的传感器的不同颜色滤波器或其他颜色分离装置最佳地分离。

可选地，该第一光源和该第二光源被定位在该摄像机的相对侧。

可选地，该摄像机包括一个由传感器元件行组成的传感器，且该摄像机被定向成使得所述传感器元件行大体上平行于该虚拟平面。已经发现，当反射线与所述传感器行大体上重合时便于确定捕获图像中的反射线的相对位置。

可选地，该光源是一个点源或近似是一个点源。使用点源或其近似物作为光源可以产生反射线的更尖锐边缘。

可选地，该处理器被配置成用于在分析该光图案之前将伪像减少滤波器应用于该图像。这样的伪像减少可以减少由照相机或图像传感器的光学器件引起的图像伪像。优选地，使用边缘保留噪声减少。伪像减少技术的一个实施例是噪声减少。然而，该处理器也可以应用任何其他已知的伪像减少技术或其组合。

可选地，该方法在制造包括该柱状透镜片的产品或设备中使用。

本领域技术人员将理解，本发明的上文提及的实施方案、实施方式和/或方面中的两个或更多个可以以认为有用的任何方式组合。

基于本描述，本领域技术人员可以实现该系统和/或该计算机程序产品的改型和变体，所述改型和变体对应于该方法的所描述的改型和变体。

附图说明

参考下文描述的实施方案可明了并且将阐明本发明的这些和其他方面。在附图中，

图1示出了用于测量柱状透镜片的旋转位置的系统；

图2示出了记录由柱状透镜片反射的光的摄像机；

图3示出了记录透射穿过柱状透镜片的光的摄像机；

图4示出了呈线形结构的形式的光图案；

图5示出了由摄像机捕获的光图案的照片；

图6示出了定位在摄像机前面，部分地但未完全地阻挡摄像机的视场的光源；

图7示出了定位在摄像机的相对侧处的两个光源；

图8示出了沿着虚拟平面定位在物理空间中的两个光源，且摄像机被定向成使得传感器元件行大体上平行于该虚拟平面；

图9例示了来自两个光源的光图案，其中光图案包括相互移位的两个线形结构；

图10示出了图9的剪裁视图，例示了距离度量；

图11示出了由摄像机捕获的光图案的特写照片；以及

图12示出了用于测量柱状透镜片的旋转位置的方法。

应注意，在不同的图中具有相同的附图标记的项具有相同的结构特征和相同的功能，或是相同的信号。在已经解释了这样的项的功能和/或结构的情况下，没有必要在具体实施方式中对其进行重复解释。

附图标记列表

以下附图标记列表被提供用于便于解释附图，且不应被解释为限制权利要求。

020 柱状透镜片

022 多个柱状透镜

040 由柱状透镜片反射的光

042 透射穿过柱状透镜片的光

060 由摄像机捕获的光图案

062 第一线形结构

064 第二线形结构

066 线形结构之间的距离

068 水平线形结构

069 闪光的直接反射

080 穿过摄像机和第一光源以及第二光源的虚拟平面

100 用于测量柱状透镜片的旋转位置的系统

120 第一光源

130 第二光源

140 摄像机

142 图像数据

144 摄像机的视场

146 传感器

148 传感器行

160 处理器

200 测量柱状透镜片的旋转位置的方法

210 发射光

220 捕获图像

230 分析图像

具体实施方式

图1示出了用于测量柱状透镜片的旋转位置的系统100。柱状透镜片020被示出为包括多个细长柱状透镜022的矩形片，在图1中通过斜线将柱状透镜022示出为斜的，其中所述线表示柱状透镜的纵向透镜方向。这样的和其他类型的柱状透镜片本身是已知的。系统100包括光源120、摄像机140和处理器160。光源120被示出为被定位成使得它发射光到柱状透镜片020的表面的至少部分上。此外，摄像机140被示出为被定位成使得它能够捕获由柱状透镜片020(的部分)反射的光的图像。

在系统100的操作期间，光源120可以发射光到柱状透镜片020的表面上。然后，摄像机140可以捕获示出由该表面反射的光的图像，从而获得示出光图案的图像。该图像可以以图像数据142的形式由摄像机140提供给处理器160。然后，处理器160可以基于对该图像中的光图案的分析来确定柱状透镜片020相对于与该图像相关联的坐标系的旋转位置。

应理解，与该图像相关联的坐标系可以与物理世界具有已知关系，这可取决于例如摄像机、光源和柱状透镜片的相对位置。此关系可能先前已经被确定，例如通过模拟或校准。通过确定该柱状透镜片在与该图像相关联的坐标系中的旋转位置以及其与物理世界的关系，可以确定该柱状透镜片在物理世界中的旋转位置。然而，应注意，不需要使所述旋转位置与物理世界中的旋转位置相关，例如当在如也在本说明书中描述的反馈系统或其他应用中使用时。

也在图2中通过柱状透镜片020的侧视图示出了以上原理。在此，示出光源120定位在摄像机140旁边，例如，在其上方、下方和/或侧向。还示出摄像机140捕获由柱状透镜片020反射的光，即通过虚线箭头040示意性地示出。在图1和图2的实施例中，通过来自至少柱状透镜片020(并且也可能来自该柱状透镜片的载体的表面)的反射来获得捕获的光，其中光源120和摄像机140都定位在该柱状透镜片的同一侧处。替代地，如也在图3中示出的，光源120和摄像机140可以定位在柱状透镜阵列020的相对侧处，且摄像机140可以捕获透射穿过柱状透镜片020的光，如通过虚线箭头042示意性地示出的。例如，光源120可以定位在柱状透镜片020的后侧处，摄像机140可以被定位在柱状透镜片020的前侧处。在这方面，应注意，图2和图3表示在垂直于细长柱状透镜的纵向方向的方向上的该柱状透镜片的横截面。相应的图中的虚线箭头指示发射到该柱状透镜片的不同部分上的光可以由该摄像机同时捕获。

图4例示了出现在柱状透镜片020的图像中的光图案。在此，该光图案被示出为具有线形结构062的形式，这意味着该光图案类似于线或近似为线。已经发现，这样的线形结构062在该光图案中是典型的。图5示出了包括柱状透镜片020的显示器的实际照片，其中该照片示出了光图案。在此实施例中，该显示器是自由立体显示器，且该光源是常规的、消费级数码摄像机的闪光灯。在该照片中，可以看到两个线形结构：水平线形结构068和斜线形结构062。已经发现，水平线形结构068与2D显示模块相关且可以被用来确定柱状透镜片020后面的显示部分(即，所谓的2D显示模块)的旋转位置，而斜线形结构062的方向与柱状透镜片020的柱状透镜的纵向透镜方向有关且从而指示柱状透镜片020的旋转位置，这是因为在所述角度与柱状透镜片020的旋转位置之间存在一个预定关系。该预定关系可以取决于柱状透镜片的类型以及光源、摄像机和柱状透镜片的相对位置和定向，且可以通过模拟或校准来预先确定。在后一种情况下，可以首先使用常规测量方法(例如涉及使用校准样本、具有一个图案或多个标记的图像片等)来确定一个柱状透镜片020的预定关系，在此之后可以采用如所描述的系统和方法来确定相同类型的其他柱状透镜片的旋转位置。

该图像中的线形结构062的角度可以按如下确定。在此以及在下面，该线形结构也被简称为‘反射线’。

1)获取其中出现反射线的区域的图像。

2)如果呈彩色，则将彩色图像转换成黑白图像。

3)限定在其中寻找反射线的感兴趣的区域。

4)使用滤波器预处理图像。

5)检测线相对于图像的像素行的角度。

在此，步骤1)可以通过摄像机来执行，而步骤2)至步骤5)可以通过处理器来执行。若干个步骤是可选地，包括图像的预处理。然而，这些可以减少由摄像机或图像传感器的光学器件引起的图像伪像。这样的预处理可以包括噪声减少、对比度增强、减少色差、补偿透镜像差等。由于目标是测量线形结构的角度，因此任何滤波优选地是边缘保留。一个特别有用的滤波器是双边滤波器，如在1998年的Computer Vision(关于IEEE的第六届国际会议，1998年第839至846页)中由Carlo Tomasi和Roberto Manduchi的“Bilateral filteringfor gray and color images”描述的，其具有边缘保留属性。

为了执行步骤5)，已经发现下面的边缘检测是有益的：

1)在第一步骤中，确定粗略线角度，例如使用已知技术。

2)此线角度被用来限定不可分离的2D自适应低通滤波器。滤波器系数由该粗略线角度确定，使得沿着线的方向，该滤波器表现为强低通滤波器，而在垂直方向上，该滤波器是弱的。

3)在该图像上应用此方向依赖的2D滤波器。

4)现在在经滤波的图像上再次确定线角度。

如本身从图像分析技术领域已知的，存在确定线形结构062的角度的以上方式的许多替代方案。例如，一个替代方案可以是在每个图像列上执行下面的步骤，以便确定反射线的上边缘和下边缘，因为已经发现这是可精确检测的。

1)确定整列上最小亮度值和最大亮度值之间的50％亮度点。

2)在图像的左手部分上：在列上从下到上遍历并找到黑白过渡。通过插值来确定黑白过渡中50％亮度点的位置以便获得子像素准确位置。

3)继续定位白黑过渡并且也以如根据2)的类似方式确定50％亮度点的位置。

4)在图像的右手部分上：从上到下遍历并且以如根据2)和3)的类似方式定位两个50％亮度点。

5)忽略图像的中间部分，因为此中间部分可能包括光源的直接反射。

应注意，扫描(例如，在图像的左手部分中从下到上，以及在右手部分中从上到下)可以被调整到细长柱状透镜的预期方向。例如，在反射线的负斜率的情况下，扫描可以是反向的。

这可以得到针对反射线的位置的大量测量值。通过简单的三角函数计算，这些位置可以被转换成角度测量值。可以丢弃角度测量值中的异常值，例如，使用已知的统计技术，诸如多数选择。角度测量值然后可以被平均。由于得到的角度是大量角度测量值的平均数，因此它通常是精确的。应理解，存在以上技术的多种替代方案，例如直线的最小二乘拟合。

进一步参考图4，注意到，可能发生光源(例如，摄像机的闪光灯)的直接反射069，可以通过将光源定位在摄像机后面来避免该直接反射069，或该直接反射069可以被检测到并且然后在图像的分析中被忽视等。

通常，当用单个光源照明柱状透镜片或其部分时，可能期望将摄像机引导至被照明部分的中间并且垂直于其表面。优选地，光源和摄像机的中心被定位成使得它们近似位于垂直于纵向透镜方向的平面中。在此情况下，拍摄的反射线可以是相对直的并且垂直于纵向透镜方向。当光源和摄像机被不同地定位时，可能发生(略微)弯曲的反射线和/或不(确切)垂直于纵向透镜方向的反射线。虽然这不产生根本问题，但是可以预期准确度和精确度降低。

图6示出了定位在摄像机140前面的光源120，从而部分地但不完全地阻挡摄像机的视场144。此外，光源和摄像机被定位在垂直于柱状透镜片的虚拟线上，且摄像机的光轴与此虚拟线重合。此图涉及以下内容：代替将光源120定位在它不阻挡到摄像机140内的光路径的位置处，足够小的光源可以被定位在摄像机的视场144内，使得它仅阻挡反射光的路径的一(小)部分。例如，可以使用小点源或其近似物。这可以确保反射线是直的而不是弯曲的，而与柱状透镜片的旋转位置无关。即，在此情况下，摄像机和光源位于垂直于透镜方向的虚拟平面中，而与柱状透镜片的旋转位置无关。相反，当观察到弯曲时，这可以指示例如缺乏柱状直度。

通常，注意到，当直线正通过图像的中心时，由透镜像差引起的弯曲可以被最小化。然而，这并不一定意味着光源必须被定位在摄像机的前面。鉴于上文，可以通过执行以下中的任一个或两者来增加图像中的线的直度：

1.将摄像机和光源放置在近似垂直于透镜方向的虚拟平面中。注意到，可以从例如校准、先前测量或模拟粗略地知道该平面的位置。

2.注意反射线通过图像的中心。出于该目的，图像中的反射线应与摄像机的光轴交叉。

图7-图10涉及以下内容：除了产生图像中的第一线形结构062的第一光源120之外，可以使用第二光源130，该第二光源130被布置在柱状透镜片020的两侧中的第一侧，用于发射光到该柱状透镜片的该表面的至少部分上。处理器可以被配置成用于分析图像以识别光图案中的第二线形结构064，且基于第一线形结构062和第二线形结构064的属性的比较来确定柱状透镜片的旋转位置。使用两个光源120、130可以提供更精确的结果。例如，当两个光源120、130和摄像机140都定位在相同的虚拟平面中时，当该平面垂直于纵向透镜方向时，两个反射线062、064可以彼此重叠。当反射线062、064不重叠时，如在图9中并且通过图10中示出的剪裁CV指示的，它们之间的距离066可以是柱状透镜片020的旋转位置的量度。该系统和方法可以被校准，使得测量的距离给出关于柱状透镜片020的旋转位置的直接信息。

距离066可以按如下来确定：

1)获取其中出现反射线的区域的图像。

2)限定在其中寻找反射线的感兴趣的区域。

3)使用滤波器预处理图像。

4)检测线之间的距离。

如在检测反射线相对于图像的像素行的角度的情况下，在此也存在检测反射线之间的距离的多种可能性。例如，可以通过在每个图像列上且对每个反射线执行下面的步骤来检测该距离，以便确定反射线的上边缘和下边缘。在此，如将进一步向前讨论的，假设对于每个反射线，通过使用通过传感器可分离的不同颜色的光源可获得单独的强度分量。例如，第一反射光可以通过红色分量来表示，第二反射线可以通过图像的绿色分量来表示。这样，对于每个反射线可以使用其相应的强度分量来执行以下。

1)确定整个列上的最小亮度值和最大亮度值之间的50％亮度点。

2)在图像的左手部分上：在列上从下到上遍历并且找到表示反射线的下边缘的上升斜率。通过插值确定斜率中50％亮度点的位置，以便获得子像素准确位置。

3)继续定位表示反射线的相对边缘的向下斜率并且也以如根据2)的类似方式确定50％亮度点的位置。

4)在图像的右手部分上：从上到下遍历并且以如根据2)和3)的类似方式定位两个50％亮度点。

5)计算所有过渡点的平均数，以获得表示反射线位置的一个值。

6)对两个反射线执行以上并且计算两个反射线的位置值之间的差异。

再次，扫描(例如，在图像的左手部分中从下到上，在右手部分中从上到下)可以被调整到细长柱状透镜的预期方向。例如，在反射线的负斜率的情况下，扫描可以是反向的。

已经发现，当摄像机被旋转使得摄像机的传感器的像素列平行于柱状透镜的纵向透镜方向时是有益的。即，在此情况下，且当假设反射线垂直于纵向透镜方向时，反射线可以与传感器行重合，这可以便于更精确地检测透镜片的旋转位置。出于该目的，也如图8中示出的，两个光源120、130和摄像机140可以被定位在虚拟平面080(其在图8中是横断的并且因此被示出为线)中的物理空间中，其中虚拟平面080被定向成近似垂直于细长柱状透镜的方向。此外，当使用两个或更多个光源时，已经发现将光源选择或配置成具有不同光学属性是有利的，所述不同光学属性在从摄像机获得的图像数据中是可区分的。例如，光源可以发射具有不同颜色的光。其他可区分的属性包括使用具有不同强度或不同尺寸的光源，使得反射线的宽度不同等。这可以便于识别和分析个体反射线。当使用不同的颜色时，颜色可以被选择成使得它们能通过摄像机的传感器的不同颜色滤波器或其他颜色分离装置来最佳地分离。例如，在红-绿-蓝(RGB)传感器的情况下，第一光源可以被选择或被配置为发射红光，而第二光源可以被选择或被配置为发射蓝光。使用不同颜色的优点在于，当两个反射线在图像内部分地或甚至完全地重叠时，图像内的反射线的位置仍然可以被准确地确定。

应注意，可以不需要识别哪个反射线属于哪个光源来确定柱状透镜片的旋转位置。例如，作为一个替代方案，可以使用反馈系统，其中柱状透镜片或摄像机和光源的组合被旋转，使得反射线之间的距离被最小化，即，变为零，从而使柱状透镜片处于已知的旋转位置。这样的旋转可以作为闭环反馈系统的部分发生。

应注意，通常，可以使用多个光源和摄像机。此外，代替在通过处理器的后续分析中使用完整的反射线，也可以使用反射线的一个或几个片段。此外，摄像机可以聚焦在光源的虚拟图像上。替代地，可以失焦地使用摄像机，以此方式将使缺陷平滑。这可以取代或补充图像的数字滤波。

光源和/或摄像机可以相对于柱状透镜片表面上的法线以不同的角度定位。虽然这会有反射线是弯曲的而不是直的的影响且可能出现不垂直于透镜方向，但是当例如从先前的模拟或校准已知此行为时，它可以由处理器补偿并且柱状透镜片的旋转位置仍然可以被精确地确定。通过使用点源或其近似物作为光源可以进一步改善该系统和方法的精确度，因为这样的光源可以产生反射线的更尖锐边缘。此外，当使用两个或更多个光源时，且当不能使得相应的反射线可以彼此分离而处理传感器数据时，对于柱状透镜片的任何可能的旋转位置，可以故意地将摄像机和光源定位在不垂直于纵向透镜方向的平面中。还应注意，反射线并非将在所有情况下都是无限长，例如，当透镜斜率没有增加到90°时。反射线的长度因此给出关于柱状透镜的最大斜率的信息。

此外，如果期望从柱状透镜片上的任何位置捕获反射线，但是摄像机不能够被放置在距柱状透镜片如此远的距离处以使得可以从柱状透镜片的一侧到另一侧看到反射线，则可以使用多个摄像机，所述多个摄像机可以相对于彼此对齐和校准。应注意，可以使用任何合适类型的摄像机(诸如数码摄像机)或通常可以提供由柱状透镜片的表面反射的光的图像的任何图像捕获系统。

摄像机透镜也可以由准直器取代。此外，可以使用针孔摄像机。还可以使用单个CCD传感器作为摄像机，或可能使用仅具有一个像素行的线CCD，或使用利用或不利用成像透镜、准直器的传感器阵列等，且将它/它们恰好放置在柱状透镜片前面。即，来自点源的光或平行光束将聚焦在柱状透镜片前面某处的聚焦平面中。当将传感器置于此聚焦平面中时，将记录聚焦光点形结构或线形结构，由此可以计算柱状透镜片的旋转位置以及柱状透镜的透镜节距。也可以使传感器朝向和远离柱状透镜片移动。这允许确定聚焦平面的位置，由此可以确定透镜半径。此外，可以使用线CCD或线性传感器区域作为摄像机，其被精确地旋转以从其记录获得柱状透镜片的旋转位置。

除了用于测量柱状透镜片的旋转位置之外或替代用于测量柱状透镜片的旋转位置，该系统和方法还可以用于其他类型的测量，例如，如用在柱状透镜片的质量控制中。例如，已经发现反射线实际上由一系列点形结构组成，使用点光源以及聚焦在点形结构上的摄像机或更确切地虚拟结构点源可以最佳地观察该系列点形结构。每个柱状形成一个这样的点形结构。然后可以从这些点形结构之间的距离测量柱状节距。此外，聚焦平面到柱状透镜的距离被认为与柱状透镜的半径有关。当使摄像机聚焦时，可以确定此焦距距离。到柱状透镜的距离可以通过使柱状透镜聚焦来确定，如果需要则用不同的照明。通过减去两个距离，当知道光源距离时，可以计算柱状透镜的半径。此外，当在摄像机的两侧上且与摄像机近似相等的距离处使用两个点光源时，相应的点形结构将显示相对于彼此的位移。假如感兴趣的区域位于穿过摄像机且在柱状透镜片上垂直的线与柱状透镜片交叉的区域中，当将这些位置平均时，可以获得相对精确的透镜节距值。还已经发现，通过使光源/摄像机在柱状透镜片之上移动或反之亦然，可以获得关于不均匀性的信息，诸如透镜节距变化，柱状旋转变化(例如，在柱状不是直的情况下)、柱状形状变化等。透镜节距变化表现为点形结构之间的距离的变化，而透镜旋转变化表现为反射线的角度的变化。在柱状透镜的方向上使用长且细的线形光源还将揭示关于柱状透镜在它们的长度方向上的不均匀性的信息，诸如透镜节距变化和透镜旋转变化。通过使这样的线形光源在垂直于柱状方向的方向上移动同时保持摄像机在固定位置处，可以执行缺陷分析。此外，与柱状方向成一角度(例如，45度)的线源将揭示关于柱状透镜的形状的信息。可以使用沿着一个直线定位的若干个点源，替代线形光源。应注意，当使用点源来获得关于透镜节距的信息时，可能必须针对每个透镜形状校准该方法，尤其是当应当在一次拍摄中收集关于许多柱状透镜的透镜节距的信息时。在此情况下，点形结构之间的间隔对于恒定的透镜节距可能不是恒定的。这可以通过使用照明整个感兴趣的区域并且垂直于柱状透镜片的平行光束来克服。当使摄像机聚焦在柱状的聚焦点形结构上时，点形结构之间的间隔可以是恒定的并且因此与柱状形状无关。在此情况下，点形结构将变成短线。可以将从激光、到具有透镜的点源、到方向性背光等不同的任何技术用作平行光束。代替一次照明整个感兴趣的区域的平行光束，也可以用激光束在感兴趣的区域上扫描。如果在暗室内完成，则摄像机的快门在扫描期间可以保持打开。此外，当使用具有非常小的节距的柱状透镜时，在来自用平行光束的照明的反射光中可以看到衍射图案。第一、第二等衍射级的角度与透镜节距直接相关，这可以以此方式来确定。

应注意，该系统和方法可以用在自由立体显示器领域中，其中使用柱状透镜片来使得显示器能够从显示器上的每个给定的点发射一个视角锥，该视角锥至少包括一个场景的左视图和右视图。这使得观看者在相应地定位在视角锥内时能够用每个眼睛看到不同的图像。某些自由立体显示器(有时称为自由多视点显示器)提供同一场景的多个视图，而不是仅左视图和右视图。这允许观看者采取视角锥中的多个位置，即，在显示器前面左右移动，同时仍然获得该场景的立体感知。在C.van Berkel等人在1996年的SPIE会议记录第2653卷、第32到39页和在GB-A-2196166中公布的标题为“Multiview 3D-LCD”的论文中描述了这样的自由立体显示器的实施例。

在这样的自由立体显示器中，可以使用透镜模块，该透镜模块尤其包括柱状透镜片，该柱状透镜片应被放置成与2D开放单元(open cell)(指具有驱动器IC和PCB的面板，而不是组装有背光以及电力部件的完整模块，该完整模块否则也被称为‘2D显示模块’)的像素列成一限定角度。原则上，该角度可以是任何角度，但应是限定角度。透镜模块可以通过透明胶附着到2D开放单元。在该胶固化之前，透镜模块应相对于2D开放单元以该限定角度对齐。所需的旋转对齐准确度(即，与预期的旋转位置的偏差)通常在0.02mrad至0.2mrad的量级上，但是也可以根据应用而更低或更高。

如至少发明人内部知道的用于将透镜模块结合到2D显示模块的程序可以是以下。1.将2D开放单元放置在结合单元上。2.形成连接使得能够在2D开放单元上显示图片。3.将胶分发在二维开孔上。4.将透镜模块放置在胶的顶上。5.在2D开放单元上显示对齐图片。6.使用观察到的图片(其由被透镜模块修改的对齐图片组成)的特定特征判断旋转对齐的质量。7.使透镜模块相对于2D开放单元旋转，直到观察到的图片的特征在指定的边界内。8.使胶固化，从而获得所谓的“3D开放单元”。9.移除到3D开放单元的连接。10.将3D开放单元从结合单元移除。

可以在US 8421934B2中找到步骤5至7的一个实施例。不利地，2D显示模块上的连接器是脆弱的且当它们损坏时，整个2D开放单元不能够被再使用。因此，产量损失的风险和后果很高。不利地，生产装备中的连接器可能被损坏，导致生产停止，或在引入缺陷之后导致所有显示器损坏。关于生产装备的风险/缺陷可能比产品的损坏更严重。该程序还涉及额外的处理步骤，这些处理步骤导致时间和错误风险增加，特别是相对于步骤2和5。对齐图片取决于2D光学单元和透镜模块设计。因此，对于2D开放单元和透镜模块的每一个组合，都应生成一个新的对齐图片，这是繁琐的。为了能够显示对齐图像，需要额外的硬件，诸如具有专用软件的PC、背光模块等的PC。

如本说明书中所描述的系统和方法提供“被动”替代方案，因为它不需要激活2D显示模块，同时仍能够实现期望的旋转对齐准确度。该系统和方法可以用在生产装备中或用于生产装备，用于(半)自动地制造利用柱状透镜(lenticular lenses or lenticular-like lenses)的自由立体显示器。该系统和方法也可以被应用于具有其中柱状透镜结构起作用的光学系统的其他类型的3D显示器。

根据如本说明书中所描述的系统和方法，用于将透镜模块结合到2D显示模块的一般程序现在可以是以下：1)将2D开放单元放置在结合单元上。2)将胶分发在2D开孔上。3)将透镜模块放置在胶的顶上。4)确定2D显示模块的旋转位置。5)确定透镜模块的旋转位置。6)计算2D显示模块和透镜模块之间的角度差异。7)使透镜模块相对于2D开放单元旋转，直到该角度差异在指定的边界内。8)使胶固化，从而获得3D开放单元。9)将3D开放单元从结合单元移除。该程序的其他变体同样是可想到的并且在自由立体显示器或显示器生产技术领域的技术人员的能力范围内。

应注意，当测量透镜模块相对于2D显示模块的旋转位置时，反射线的角度可以与参考相比较。选项包括但不限于：a)使用水平反射/透射线。b)使用存在于大多数2D显示模块的有效区域外部的对齐标记。c)使用来自2D显示模块的有效区域的侧部的反射光和/或透射光。d)使用2D显示模块的边缘或其他机械特征。也可以首先测量2D显示模块的旋转对齐，然后放置透镜模块，然后确定透镜模块的旋转对齐。此外，其他顺序也是可能的。还应注意，代替机械地调整透镜模块的旋转位置，也可以调整2D显示模块的旋转位置。

此外，通常，应注意，当柱状透镜相对于显示器不是斜的而是平行于像素列时，结合某些2D显示模块施加光源可以产生两个反射线，所述反射线二者都是水平的且因此相互重叠。由于来自透镜模块的反射线更细但也更强烈，因此可以使用适当的图像分析来检测它，如本身从图像分析领域已知的。替代地，可以改变摄像机和光源的位置和角度以分离两个反射线。

图11示出了由摄像机捕获的光图案的特写照片。可以看出，线形结构062实际上可以由个体点形结构组成，其中每个点形结构与来自一个特定柱状透镜的反射有关，且它们一起形成线形结构062。根据柱状透镜片的类型，线形结构062也可以具有不同的组成。

图12示出了用于测量柱状透镜片的旋转位置的方法200，该方法200可以但不一定对应于图1的系统100的操作。方法200在名称为“发射光”的操作中包括将光发射210到柱状透镜片的表面的至少部分上。方法200在名称为“捕获图像”的操作中还包括捕获220由该表面反射或透射穿过该表面的光的图像，从而获得示出光图案的图像。方法200在名称为“分析图像”的操作中还包括基于对光图案的分析来确定230柱状透镜片相对于与图像相关联的坐标系的旋转位置。应理解，该方法可以以计算机程序的形式来实施，该计算机程序包括用于导致处理器系统执行该方法的指令。执行该方法可以包括控制光源发射光、控制摄像机捕获图像等。该方法还可以以专用硬件来实施，或作为以上组合来实施。

计算机程序可以以非临时方式存储在计算机可读介质上。所述非暂时存储可以包括提供一系列机器可读物理标记和/或一系列具有不同电气(例如，磁学)或光学属性或值的元件。计算机程序产品的实施例包括存储器设备、光学存储设备、集成电路、服务器、在线软件等。

应注意，术语‘处理器’可以指单个微处理器，或指由一个或多个执行适当软件的微处理器组成的处理子系统。一个实施方案是工作站。软件可能已经被下载和/或被存储在对应的存储器中，例如，诸如RAM的易失性存储器或诸如闪存的非易失性存储器。替代地，实施方式可以呈可编程逻辑器件的形式，例如作为现场可编程门阵列(FPGA)。通常，实施方式可以呈电路的形式。

应注意，上文提及的实施方案例示而非限制本发明，且本领域技术人员将能够设计出许多替代实施方案。

在权利要求中，置于括号之间的任何附图标号不应被认为限制权利要求。使用动词“包括”以及其词形变化并不排除在权利要求中所陈述的元件或步骤以外存在其他元件或步骤。在元件之前的冠词“一”或“一个”并不排除多个这样的元件的存在。可以借助于包括若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实施本发明。在列举若干个装置的设备权利要求中，若干个这些装置可以由同一项硬件来体现。在相互不同的从属权利要求中记载的某些措施这一事实并不表明不能有利地使用这些技术措施的组合。

Claims (15)

1.一种用于测量包括细长柱状透镜阵列的柱状透镜片(020)的旋转位置的系统(100)，该系统包括：

-光源(120)，该光源被布置在该柱状透镜片的两侧中的第一侧，用于发射光到该柱状透镜片的表面的至少部分上；

-摄像机(140)，该摄像机被布置在该柱状透镜片的两侧中的第二侧，以捕获由该表面反射(040)或透射(042)穿过该表面的光的图像，从而获得示出光图案(060)的图像；以及

-处理器(160)，该处理器被配置为用于基于对该图像中的该光图案的分析来确定该柱状透镜片相对于与该图像相关联的坐标系的旋转位置。

2.根据权利要求1所述的系统(100)，其中该处理器(160)被配置为用于：

-分析该图像以识别该光图案(060)中的线形结构(062)；

-由该线形结构的一个或多个属性来确定该柱状透镜片(020)的旋转位置。

3.根据权利要求2所述的系统(100)，其中该处理器(160)被配置为用于：

-确定该图像(060)中的该线形结构(062)的定向；

-基于该线形结构的所述定向来确定该柱状透镜片(020)的旋转位置。

4.根据上述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中该摄像机(140)被定向成使其光轴大体上垂直于该柱状透镜片(020)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中该光源(120)和该摄像机(140)沿着一个大体上垂直于该柱状透镜片(020)的该表面的轴线以一距离同轴地定位。

6.根据上述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中该光源(120)和该摄像机(140)被定位在大体上垂直于所述细长柱状透镜的纵向方向的虚拟平面中。

7.根据权利要求6所述的系统(100)，其中该摄像机(140)包括一个由传感器元件行(148)组成的传感器(146)，且其中该摄像机被定向成使得所述传感器元件行大体上平行于该虚拟平面。

8.根据上述权利要求中从属于权利要求2的任一项所述的系统(100)，其中该光源是第一光源(120)且该线形结构是第一线形结构(062)，其中系统还包括：

-第二光源(130)，用于发射光到该柱状透镜片(020)的该表面的至少部分上；

且其中该处理器(160)被配置为用于：

-分析该图像以识别该光图案(060)中的第二线形结构(064)；

-基于该第一线形结构和该第二线形结构的属性的比较来确定该柱状透镜片的旋转位置。

9.根据权利要求8所述的系统(100)，其中该比较是关于该图像中的该第一线形结构和该第二线形结构的相应位置(066)。

10.根据权利要求8或9所述的系统(100)，其中该第一光源(120)和该第二光源(130)发射具有不同光学属性的光，所述不同光学属性在从该摄像机(140)获得的图像数据中是可区分的。

11.根据权利要求10所述的系统(100)，其中该第一光源(120)和该第二光源(130)发射具有不同颜色的光。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的系统(100)，其中该第一光源(120)和该第二光源(130)被定位在该摄像机的相对侧。

13.根据上述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中该处理器(160)被配置为用于在分析该光图案(060)之前将伪像减少滤波器应用于该图像。

14.一种用于测量包括细长柱状透镜阵列的柱状透镜片的旋转位置的方法(200)，该方法包括：

-发射(210)光到该柱状透镜片的表面的至少部分上；

-捕获(220)由该表面反射或透射穿过该表面的光的图像，从而获得示出光图案的图像；以及

-基于对该光图案的分析来确定(230)该柱状透镜片相对于与该图像相关联的坐标系的旋转位置。

15.根据权利要求14所述的方法(200)，其中在制造包括该柱状透镜片的产品或设备时使用该方法。