CN108572495A - 一种提高3d光场显示亮度均匀性的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高3D光场显示亮度均匀性的校正方法，涉及3D显示技术领域，包括以下步骤：1、要采集投影单色画面时散射屏上的图像得到每台投影机对应的图像区域；2、根据图像的亮度特性计算出校正矩阵；3、校正矩阵投影映射至投影机的图像空间；4、针对多个视场角重复上述过程并将所得的校正矩阵进行拟合并在投影映射之后即可得到最终的亮度均勾性校正矩阵；5、将各投影机的投影图像亮度矩阵与对应的校正矩阵进行数乘，就能够使散射屏上的三维场景亮度更加均匀。本发明使三维显示的亮度均匀性得到显著提高，能够有效的提升观察者的观看体验。该方法广泛适用于集成光场式三维显示，是一种提高三维显示效果的新方案。

Description

一种提高3D光场显示亮度均匀性的校正方法

技术领域

本发明涉及3D显示技术领域，尤其是一种提高3D光场显示亮度均匀性的校正方法。

背景技术

由于多投影系统的投影机多排错位排布的结构,因此各个投影机斜投影的角度并不一致,投射到光场调控屏幕上的画面亮度也不相同,其结果就是观察者观测到的画面各部分亮度不均勾。

发明内容

本发明提出的一种提高3D光场显示亮度均匀性的校正方法，三维显示的亮度均匀性得到显著提高，能够有效的提升观察者的观看体验。

本发明的技术方案是这样实现的：

利用多投影系统，投影机阵列将图像透射至散射屏，在散射屏的另一侧设置一台摄像机，采集投影到散射屏上的图像，校正方法包括以下步骤：

第一步，要采集投影单色画面时散射屏上的图像得到每台投影机对应的图像区域；

第二步，根据图像的亮度特性计算出校正矩阵；

第三步，校正矩阵投影映射至投影机的图像空间；

第四步，针对多个视场角重复上述过程并将所得的校正矩阵进行拟合并在投影映射之后即可得到最终的亮度均勾性校正矩阵；

第五步，将各投影机的投影图像亮度矩阵与对应的校正矩阵进行数乘，就能够使散射屏上的三维场景亮度更加均匀。

本发明提供的一种提高3D光场显示亮度均匀性的校正方法，其有益效果在于：利用多投影三维显示系统，根据投影图像的亮度矩阵计算出相应地亮度校正矩阵，将其适用于投影图像后，三维显示的亮度均匀性得到显著提高，能够有效的提升观察者的观看体验。该方法广泛适用于集成光场式三维显示，是一种提高三维显示效果的新方案。

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，下面将对实施例或现有技术描述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为多投影系统的示意图；

图2为亮度均匀性校正流程图；

图3为坐标系转换示意。

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。

三维显示图像亮度不均匀的主要是由系统的固有结构决定，因此有必要通过对投影图像进行图像处理来提高散射屏上整体画面的亮度均匀性。例如，本实施例选用的多投影系统，投影机阵列将图像透射至散射屏，在散射屏的另一侧设置一台摄像机，采集投影到散射屏上的图像，示意图如图1所示。如图2所示，要对多投影系统进行亮度校正，首先要采集投影单色画面时散射屏上的图像得到每台投影机对应的图像区域，然后根据图像的亮度特性计算出校正矩阵，再将校正矩阵投影映射至投影机的图像空间。针对多个视场角重复上述过程并将所得的校正矩阵进行拟合并在投影映射之后即可得到最终的亮度均勾性校正矩阵，将各投影机的投影图像亮度矩阵与对应的校正矩阵进行数乘，就能够使散射屏上的三维场景亮度更加均勾。

亮度均匀性校正的目的是将亮度曲线中的峰值调整到和谷值相当的水平上。首先，要找出光场调控屏幕上亮度较大的图像区域所对应的投影机和对应的投影画面上的区域。具体实施方法是分别使所有投影机均投射亮度值为255的红、绿、蓝单色画面，选择一个视点，分别只开启一台投影机，在视点处拍摄光场调控屏幕上的画面。设投影系统有n台投影机，则可以拍摄到相应的图像并得到其亮度矩阵P₁、P₂…P_n(P_m[I,j]＝p_i,j,m，摄像机拍摄图像的分辨率为l×r)。然后开启所有投影机并拍摄屏幕上的图像并得到其亮度矩阵P_sum(P_sum[i,j]＝P’_i,j,sum)。则任意一台投影机m对光场调控屏幕上的图像对应像素点的亮度的贡献值C_m(C_m[i,j]＝c_i,j,m)之间的关系为：

C_m＝P_m/P_sum

对照矩阵C1，C₂……C_n和P_sum，可以确定对光场调控屏幕上图像各部分亮度有所贡献的投影机和它们分别的贡献值。

其次，针对光场调控屏幕上图像亮度较大的区域，找出贡献值较大(例如C>30％)的投影机并且调低它们的图像矩阵所对应的部分的亮度以便使P_sum的各部分亮度值一致。为了实现这个目的，我们要针对每台投影机计算出相应的“校正”矩阵Q_m(Q_m[i,j]＝q_i,j,m，m＝1,2…n)，只要将此矩阵与投影画面亮度矩阵进行数乘就可以使散射屏上显示的画面亮度均勾。设目标亮度值为H_target(H_target[i,j]＝h_i,j,target)，则

由上式可知，当所有的投影机投影到散射屏上的单色图像都与校正矩阵数乘后，散射屏上的单色图像各区域将会呈现相同的亮度。

本实施例中计算的矩阵都是基于摄像机的图像坐标系的，要达到最终效果，必须把校正矩阵映射到投影机图像坐标系，这个问题涉及到自然坐标系与投影坐标系之间的转换。坐标变换原理如图3所示，XYZ为自然坐标系，定义为右手坐标系；X_cY_cZ_c则为摄像机图像坐标系，定义为左手坐标系，X_dO_dY_d为散射屏所在平面。根据中心透视投影原理，可以说明P(物点)、P'(物的像)和O_C在一条直线上。

透射投影坐标变换公式为：

[x_e y_e z_e 1]＝[x y z 1]T

同理，可以求出由自然坐标系与投影机图像坐标系X_CY_CZ_C之间的变换矩阵T’，则摄像机图像坐标系到投影机图像坐标系的变换公式为:

|x_c y_c z_c 1]＝[x_e y_e z_e 1]T^-1T′

利用多投影三维显示系统，根据投影图像的亮度矩阵计算出相应地亮度校正矩阵，将其适用于投影图像后，三维显示的亮度均匀性得到显著提高,能够有效的提升观察者的观看体验。该方法广泛适用于集成光场式三维显示，是一种提高三维显示效果的新方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种提高3D光场显示亮度均匀性的校正方法，利用多投影系统，投影机阵列将图像透射至散射屏，在散射屏的另一侧设置一台摄像机，采集投影到散射屏上的图像，其特征在于，校正方法包括以下步骤：

第一步，要采集投影单色画面时散射屏上的图像得到每台投影机对应的图像区域；

第二步，根据图像的亮度特性计算出校正矩阵；

第三步，校正矩阵投影映射至投影机的图像空间；

第四步，针对多个视场角重复上述过程并将所得的校正矩阵进行拟合并在投影映射之后即可得到最终的亮度均勾性校正矩阵；

第五步，将各投影机的投影图像亮度矩阵与对应的校正矩阵进行数乘，就能够使散射屏上的三维场景亮度更加均匀。