CN108761777B - 一种确定光学装置畸变量、畸变校正的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种确定光学装置畸变量的方法，包括：基于一张定标图像生成多张具有不同校正量的预畸变图像；将每张所述预畸变图像分别输入所述光学装置中进行显示，得到与多张预畸变图像一一对应的多张显示图像；将每张所述显示图像与所述定标图像分别比较，得到与所述定标图像一致的显示图像，并将该显示图像对应的所述预畸变图像的校正量数值确定为所述显示装置的畸变量数值，本发明还公开了一种校正光学装置畸变的方法以及一种显示设备，本发明通过生成多张具有不同校正量的预畸变图像确定光学装置的畸变量，对于对输入图像畸变影响较小的光学装置，省略畸变校正环节，从而提高显示效率，减少资源浪费，降低成本。

Description

一种确定光学装置畸变量、畸变校正的方法及设备
技术领域
本发明涉及显示技术领域。更具体地，涉及一种确定光学装置畸变量、畸变校正的方法及设备。
背景技术
显示设备中的图像经过光学装置显示给用户，图像经过光学装置后会产生畸变，畸变通常包括桶形畸变和梯形畸变等，目前的解决方法通常为对图像进行预畸变再输入光学装置或者对光学装置输出的图像进行畸变校正后再呈现给用户。而当光学装置对图像的畸变影响较小时，畸变的图像对用户的视觉体验影响不大，而现有的对所有经过光学装置的图像进行畸变校正很可能会造成资源浪费。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种确定光学装置畸变量的方法，通过生成多张具有不同校正量的预畸变图像并输入光学装置，进而计算得到光学装置的畸变量。本发明的另一个目的在于提供一种光学装置畸变校正的方法，根据光学装置的畸变量，对于对输入图像的畸变影响较小的光学装置，可省略畸变校正环节，从而提高显示效率，减少资源浪费，本发明的还一个目的在于提供一种显示设备。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明一方面公开了一种确定光学装置畸变量的方法，包括：
基于一张定标图像生成多张具有不同校正量的预畸变图像；
将每张所述预畸变图像分别输入所述光学装置中进行显示，得到与多张预畸变图像一一对应的多张显示图像；
将每张所述显示图像与所述定标图像分别比较，得到与所述定标图像一致的显示图像，并将该显示图像对应的所述预畸变图像的校正量数值确定为所述显示装置的畸变量数值。
优选地，所述生成多张具有不同校正量的预畸变图像具体包括：
获取多个查找表，每个查找表中存储有预畸变图像中各像素点的坐标(x,y)以及与(x,y)对应的定标图像中的像素点的坐标(x0,y0)；
针对每个所述查找表，分别遍历预畸变图像中的每个像素点，将所述定标图像中(x0,y0)处的像素值作为预畸变图像(x,y)处的像素值，得到多张具有不同校正量的预畸变图像以及每个预畸变图像的校正量，
其中，每个查找表对应一个畸变校正参数k1，x为待生成的预畸变图像中各像素点的横坐标，y为待生成的预畸变图像中各像素点的纵坐标，x0为定标图像中各像素点的横坐标，y0为定标图像中各像素点的纵坐标。
优选地，
当所述光学装置使输入的图像产生桶形畸变时，待生成的预畸变图像中(x,y)与所述定标图像的(x0,y0)的对应关系为
Figure GDA0002674682040000021
r＝x2+y2
Figure GDA0002674682040000022
其中，x的取值范围为0～xmax，xmax为x的最大值，y的取值范围为0～ymax，ymax为y的最大值。
优选地，
当所述光学装置使输入的图像产生梯形畸变时，待生成的预畸变图像中(x,y)与所述定标图像的(x0,y0)的对应关系为
Figure GDA0002674682040000023
其中，y0max的取值范围为0～y0max，y0max为y0的最大值。
优选地，所述每个预畸变图像的校正量为预畸变图像中校正量最大的像素点的校正量。
优选地，
通过所述对应关系根据(x,y)计算得到对应的(x0,y0)；
所述方法进一步包括：
当(x0,y0)为浮点数时，对其进行双线性插值补偿。
优选地，包括：
当一张显示图像相对于定标图像的畸变量为所有显示图像相对于定标图像的畸变量中最小的，视为所述一张显示图像与所述定标图像一致。
本发明另一方面公开了一种光学装置畸变校正的方法，包括：
根据上述的方法确定所述光学装置的畸变量；
若所述光学装置的畸变量小于畸变预设阈值，则将待输入光学装置的图像直接输入光学装置；
若所述光学装置的畸变量大于等于所述畸变预设阈值，则对待输入光学装置的图像进行预畸变，生成一个预畸变图像后输入光学装置，其中所述预畸变图像的校正量与所述光学装置的畸变量的数值相等。
本发明还一方面公开了一种显示设备，包括
光学装置和处理器；
其中，
在确定所述光学装置的畸变量时，所述处理器被配置为基于一张定标图像生成多张具有不同校正量的预畸变图像；
所述光学装置被配置为将所述多张预畸变图像进行显示，比较由所述光学装置输出的多张显示图像与所述定标图像，若其中一个显示图像与所述定标图像相一致，则确定所述光学装置的畸变量与所述一个显示图像对应的预畸变图像的校正量的数值相同，和/或
其中，
在校正所述光学装置的畸变时，所述处理器被配置为确定所述光学装置的畸变量，
若所述光学装置的畸变量小于畸变预设阈值，则将待输入光学装置的图像直接输入光学装置；
若所述光学装置的畸变量大于等于所述畸变预设阈值，则对待输入光学装置的图像进行预畸变，生成一个预畸变图像后输入光学装置，其中所述预畸变图像的校正量与所述光学装置的畸变量的数值相等。
优选地，包括
存储器，存储有多张查找表，每个查找表中存储有对应的待生成的预畸变图像中各像素点的坐标以及与待生成的预畸变图像中各像素点的坐标对应的定标图像中的像素点的坐标，其中每个查找表对应一个畸变校正参数以及相应的预畸变图像的校正量。
优选地，所述显示设备为AR显示设备或HUD显示设备。
本发明的有益效果如下：
本发明通过一张定标图像生成多张具有不同校正量的预畸变图像并分别输入光学装置中，得到光学装置输出的多张对应的显示图像，得到与所述定标图像一致的显示图像，则确定光学装置的畸变量与该显示图像对应的预畸变图像的校正量数值相同，从而得到光学装置的畸变量。根据得到的光学装置的畸变量进一步确定是否需要对输入光学装置的图像进行预畸变校正，以当光学装置对输入图像的畸变影响较小时，可以省去校正环节，提高显示效率，节约资源并降低成本。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出现有技术中定标图像经过光学装置产生桶形畸变的示意图；
图2示出现有技术中定标图像经过光学装置产生梯形畸变的示意图；
图3示出本发明一种确定光学装置畸变量的方法一个具体实施例的流程图；
图4示出本发明桶形畸变时确定光学装置畸变量的原理图；
图5示出本发明梯形畸变时确定光学装置畸变量的原理图；
图6示出本发明一种光学装置畸变校正的方法一个具体实施例的流程图；
图7示出本发明一种显示设备一个具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示，现有技术中，显示设备，如AR(Augmented Reality，简称AR)和HUD(Head Up Display，简称HUD)等，会将图像通过光学装置显示给用户，图像经过光学装置后会产生桶形畸变(AR)和梯形畸变(HUD)等畸变，畸变的图像直接显示给用户，图像显示效果差，导致用户体验效果降低。现有技术中通常采用将图像预畸变校正后再输入光学装置或者将光学装置输出的畸变图像畸变校正后再向用户显示，即需要在系统中设置畸变校正模块。而当经过光学装置的图像的畸变量较小时，畸变的图像对用户的视觉体验影响不大，此时对所有经过光学装置的图像进行畸变校正很可能会造成资源浪费，成本高。
如图3所示，根据本发明的一个方面，公开了一种确定光学装置畸变量的方法10的一个具体实施例，本实施例中，方法10包括：
S100：基于一张定标图像生成多张具有不同校正量的预畸变图像。在实际应用中，为了便于观察，可采用如标准棋盘图等有规律、层次分明的图像作为定标图像，如图1和图2所示，当采用标准棋盘图作为定标图像时，标准棋盘图的畸变较明显，可通过人眼直接观察到。
具体的，S100进一步可包括：
S101：获取多个查找表，每个查找表中存储有预畸变图像中各像素点的坐标(x,y)以及与(x,y)对应的定标图像中的像素点的坐标(x0,y0)。
优选地，一个查找表可为一个二维矩阵，二维矩阵中的每个元素以及每个元素中存储的数值可分别对应待生成的预畸变图像中各像素点的坐标以及与预畸变图像中各像素点的坐标对应的定标图像中的像素点的坐标。
例如，当采用大小为1024*768大小的棋盘图作为定标图像时，该定标图像中有768行和1024列共1024*768个像素点，则查找表中二维矩阵的行和列的数量也分别定义为768和1024，查找表中共有1024*768个元素，每个元素在二维矩阵中的位置与待生成的预畸变图像的各个像素点的位置对应，每个元素中存储有与该元素代表的预畸变图像的像素点对应的定标图像的像素点位置坐标。例如，查找表中第384行，第10列(384，10)的元素与待生成的预畸变图像中第384行，第10列(384，10)的像素点对应，通过待生成的预畸变图像中像素点与定标图像中像素点的对应关系，可得到预畸变图像中与像素点(384，10)对应的定标图像的像素点坐标，例如通过计算得到为(384，5)，则查找表中元素(384，10)处存储的数据为(384，5)。
在可选实施例中，查找表中的多个元素在二维矩阵中的位置也可与定标图像中各像素点的位置一一对应，每个元素中存储有与该元素代表的定标图像的像素点对应的预畸变图像的像素点位置坐标。当然，对于不同类型的显示设备，可传输的图像大小不同，本实施例仅作示例性说明，并不限制本发明的保护范围。
在实际应用中，经由AR显示设备和HUD显示设备传输的图像分别产生不同形式的畸变，AR显示设备使图像发生桶形畸变，HUD显示设备使图像产生梯形畸变，在不同的畸变条件下，预畸变图像中各像素点的坐标与定标图像中像素点的坐标的对应关系不同。
具体的，当光学装置使输入的图像产生桶形畸变时，待生成的预畸变图像中(x,y)与定标图像的(x0,y0)的对应关系可为
Figure GDA0002674682040000061
r＝x2+y2
Figure GDA0002674682040000062
其中，每个查找表对应一个畸变校正参数k1，x为待生成的预畸变图像中像素点的横坐标，y为待生成的预畸变图像中像素点的纵坐标，x0为定标图像中像素点的横坐标，y0为定标图像中像素点的纵坐标，x的取值范围为0～xmax，xmax为x的最大值，y的取值范围为0～ymax，ymax为y的最大值。
当光学装置使输入的图像产生梯形畸变时，待生成的预畸变图像中(x,y)与定标图像的(x0,y0)的对应关系可为
Figure GDA0002674682040000063
其中，y0max的取值范围为0～y0max，y0max为y0的最大值。
在可选的一个实施方式中，可通过选取不同的畸变校正参数k1，生成具有不同校正量的多张查找表，每个查找表中包括与待生成的预畸变图像的各像素点坐标(x,y)一一对应的多个元素，每个元素中存储有该元素代表的(x,y)对应的(x0,y0)坐标。
进一步地，可通过所述对应关系，选定预畸变图像中的一个像素点，根据该像素点的坐标(x,y)计算得到对应的(x0,y0)，若(x0,y0)为浮点数，可对(x0,y0)向下取整后作为与(x,y)对应的像素点的坐标，也可通过取(x0,y0)周围地整数型的坐标作为与(x,y)对应的像素点的坐标，优选地，还可对其进行双线性插值补偿，以减轻生成的预畸变图像的锯齿现象，提升显示效果。
具体的，双线性插值补偿的步骤可包括：
S1011：对(x0,y0)向下取整得到(x1,y1)；
S1012：将(x0,y0)通过(x1,y1)以及四个权重值表示综合表示，四个权重值取决于与最接近(x0,y0)的四个整数型的坐标点，四个权重值分别为
Figure GDA0002674682040000071
其中，wlt为(x1,y1)相对于的(x0,y0)权重，wlb为(x1,y1)相对于的(x0+1,y0)权重，wrt为(x1,y1)相对于的(x0,y0+1)权重，wrb为(x1,y1)相对于的(x0+1,y0+1)权重。
在对浮点数的(x0,y0)进行双线性插值补偿后，查找表中与(x0,y0)对应的元素中通过存储(x1,y1)以及四个权重值(wlt、wlb、wrt、wrb)以唯一标定浮点型的(x0,y0)的位置。
S102：针对每个查找表，分别遍历预畸变图像中的每个像素点，将所述定标图像中(x0,y0)处的像素值确定为预畸变图像(x,y)处的像素值，根据多个查找表分别遍历预畸变图像中的每个像素点，得到多张具有不同校正量的预畸变图像以及每个预畸变图像的校正量。
当(x,y)为待生成的预畸变图像的边缘区域的点的坐标时，通过(x0,y0)与(x,y)的对应关系得到与(x,y)对应的(x0,y0)可能超出了定标图像的坐标范围，如图4所示，预畸变图像的边缘区域不再对应定标图像，可将超出了定标图像坐标范围的不合理的(x0,y0)点对应的预畸变图像(x,y)处填充为统一的颜色，如黑色，可与畸变的定标图像的边缘相区分即可。
在可选地实施方式中，预畸变图像的存储方式与定标图像的存储方式类似，例如定标图像的像素大小为1024*768时，可采用形成一个1024*768的二维矩阵来存储定标图像和待生成的预畸变图像的各个像素点的像素值，待生成的预畸变图像的某个像素点的像素值可通过查找表找到与该像素点对应的定标图像中的对应位置，并通过存储定标图像的二维矩阵获取该对应位置的像素值，将该像素值存储至预畸变图像的二维矩阵中相应的元素中，遍历预畸变图像中的每一个点，依次存储每一个点的像素值，从而可生成预畸变图像。当然，在其他实施方式中，定标图像和生成的预畸变图像也可采用矢量存储等多种存储方式，在各种存储方式中，均可通过形成查找表得到定标图像各位置坐标与待生成的预畸变图像各位置坐标的对应关系，并进一步基于定标图像和查找表生成具有不同校正量的多张预畸变图像。
其中，定标图像和预畸变图像可以为黑白图像也可以为彩色图像，当为黑白图像时，存储的像素值为灰度值，当为彩色图像时，存储的像素值为RGB值。
在可选实施例中，为了便于对预畸变图像的预畸变程度进行衡量，可定义每个预畸变图像的校正量为预畸变图像中校正量最大的像素点的校正量。
即校正量可通过以下公式得到：
p＝max{|x-x1|}
其中，x1通过对x0向下取整得到，x0为定标图像像素点坐标的横坐标，x为预畸变图像像素点坐标的横坐标。
S110：将每张所述预畸变图像分别输入所述光学装置中进行显示，得到与多张预畸变图像一一对应的多张显示图像。
如图4和图5所示，基于一张棋盘图生成具有不同的校正量的预畸变图像后，预畸变图像相对于定标图像的预畸变校正趋势与光学装置对输入图像造成的畸变的趋势相反，则将预畸变图像输入光学装置后，使预畸变图像产生的畸变与预畸变的趋势相反，当预畸变的校正量与光学装置的畸变量数值相同时，经过光学装置输出的显示图像的畸变消除。
S120：将每张所述显示图像与所述定标图像分别比较，得到与所述定标图像一致的显示图像，并将该显示图像对应的所述预畸变图像的校正量数值确定为所述显示装置的畸变量数值。
优选地，当一张显示图像相对于定标图像的畸变量为所有显示图像相对于定标图像的畸变量中最小的，视为该一张显示图像与定标图像一致。
在判断一个显示图像与定标图像是否相一致时，可以通过工作人员直观观察通过光学装置输出的显示图像，并与定标图像进行比对，工作人员可从多张显示图像中选出基本与原定标图像无差别的一个显示图像，认为该一个显示图像相对于定标图像的畸变量为所有显示图像相对于定标图像的畸变量中最小的，确定该一个显示图像对应的预畸变图像的校正量与光学装置的畸变量数值相同。
在另一种实施方式中，也可通过一个图像采集模块采集光学装置输出的与多张预畸变图像一一对应的多张显示图像，并将多张显示图像的第一个分别与原定标图像进行比对，当其中一个显示图像相比于定标图像的畸变量为多张显示图像中相对于定标图像的畸变量最小的，视为显示图像与定标图像相一致。
如图6所示，根据本发明的另一个方面，公开了一种光学装置畸变校正的方法20，方法20包括：
S200：采用如本实施例的确定光学装置畸变量的方法确定光学装置的畸变量。
S210：若光学装置的畸变量小于畸变预设阈值，则将待输入光学装置的图像直接输入光学装置；若光学装置的畸变量大于等于畸变预设阈值，则对待输入光学装置的图像进行预畸变，生成一个预畸变图像后输入光学装置，其中预畸变图像的校正量与光学装置的畸变量的数值相等。
在一个可选实施方式中，可根据图像的大小，设置当图像经过光学装置后的畸变量小于图像高度的3％时，认为光学装置对输入图像的畸变影响较小，即使图像经过光学装置产生畸变后仍不影响用户的视觉体验。例如，若输入图像的像素大小为1024*768时，可预设畸变预设阈值为768*3％＝23行像素，即当图像经过光学系统后的畸变量小于23行像素时，可不针对光学装置设置校正环节，将图像直接输入光学装置中，从而节省资源，降低成本。
如图7所示，根据本发明的还一个方面，公开了一种显示设备的一个具体实施例，本实施例中，显示设备包括处理器1、光学装置2和存储器3。该显示设备可用于确定光学装置2的畸变量和/或校正光学装置2的畸变。该显示设备可以是AR或HUD等类型的显示设备。
当显示设备用于确定光学装置2的畸变量时，处理器1被配置为基于一张定标图像生成多张具有不同校正量的预畸变图像。
光学装置2被配置为将多张预畸变图像进行显示，比较由光学装置输出的多张显示图像与定标图像，得到与所述定标图像一致的显示图像，并将该显示图像对应的所述预畸变图像的校正量数值确定为所述显示装置的畸变量数值。
当显示设备用于校正光学装置2的畸变时，处理器1被配置为确定光学装置2的畸变量，
若光学装置的畸变量小于畸变预设阈值，则将待输入光学装置的图像直接输入光学装置；若光学装置的畸变量大于等于畸变预设阈值，则对待输入光学装置的图像进行预畸变，生成一个预畸变图像后输入光学装置，其中预畸变图像的校正量与光学装置的畸变量的数值相等。
在另一个实施例中，显示设备可只包括处理器1和光学装置2，查找表可以通过云存储的方式存储在云端服务器，通过与云端服务器的通信以获取存储的多张查找表，采用云端存储查找表的方式也可以拓展可存储的查找表的数量，避免受到设备硬件条件的限制，提高得到的光学装置2畸变量的准确性。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种确定光学装置畸变量的方法，其特征在于，包括：
基于一张定标图像生成多张具有不同校正量的预畸变图像；
将每张所述预畸变图像分别输入所述光学装置中进行显示，得到与多张预畸变图像一一对应的多张显示图像；
将每张所述显示图像与所述定标图像分别比较，得到与所述定标图像一致的显示图像，并将该显示图像对应的所述预畸变图像的校正量数值确定为所述光学装置的畸变量数值；
所述生成多张具有不同校正量的预畸变图像包括：
获取多个查找表，每个查找表中存储有预畸变图像中各像素点的坐标(x,y)以及与(x,y)对应的定标图像中的像素点的坐标(x0,y0)；
针对每个所述查找表，分别遍历预畸变图像中的每个像素点，将所述定标图像中(x0,y0)处的像素值确定为预畸变图像(x,y)处的像素值，得到多张具有不同校正量的预畸变图像以及每个预畸变图像的校正量，
其中，每个查找表对应一个畸变校正参数k1，x为待生成的预畸变图像中各像素点的横坐标，y为待生成的预畸变图像中各像素点的纵坐标，x0为定标图像中各像素点的横坐标，y0为定标图像中各像素点的纵坐标。
2.根据权利要求1所述的确定光学装置畸变量的方法，其特征在于，
当所述光学装置使输入的图像产生桶形畸变时，待生成的预畸变图像中(x,y)与所述定标图像的(x0,y0)的对应关系为
Figure FDA0002946381890000011
r＝x2+y2
Figure FDA0002946381890000012
其中，x的取值范围为0～xmax，xmax为x的最大值，y的取值范围为0～ymax，ymax为y的最大值。
3.根据权利要求1所述的确定光学装置畸变量的方法，其特征在于，
当所述光学装置使输入的图像产生梯形畸变时，待生成的预畸变图像中(x,y)与所述定标图像的(x0,y0)的对应关系为
Figure FDA0002946381890000021
其中，y0max的取值范围为0～y0max，y0max为y0的最大值。
4.根据权利要求2或3所述的确定光学装置畸变量的方法，其特征在于，所述每个预畸变图像的校正量为预畸变图像中校正量最大的像素点的校正量。
5.根据权利要求2或3所述的确定光学装置畸变量的方法，其特征在于，
通过所述对应关系根据(x,y)计算得到对应的(x0,y0)；
所述方法进一步包括：
当(x0,y0)为浮点数时，对其进行双线性插值补偿。
6.根据权利要求1所述的确定光学装置畸变量的方法，其特征在于，包括：
当一张显示图像相对于定标图像的畸变量为所有显示图像相对于定标图像的畸变量中最小的，视为所述一张显示图像与所述定标图像一致。
7.一种光学装置畸变校正的方法，其特征在于，包括：
根据权利要求1-6中任一项所述的方法确定所述光学装置的畸变量；
若所述光学装置的畸变量小于畸变预设阈值，则将待输入光学装置的图像直接输入光学装置；
若所述光学装置的畸变量大于等于所述畸变预设阈值，则对待输入光学装置的图像进行预畸变，生成一个预畸变图像后输入光学装置，其中所述预畸变图像的校正量与所述光学装置的畸变量的数值相等。
8.一种显示设备，其特征在于，包括
光学装置、处理器和存储器；
其中，
所述存储器，存储有多张查找表，每个查找表中存储有对应的待生成的预畸变图像中各像素点的坐标以及与待生成的预畸变图像中各像素点的坐标对应的定标图像中的像素点的坐标，其中每个查找表对应一个畸变校正参数以及相应的预畸变图像的校正量；
所述处理器被配置为基于一张定标图像及所述查找表生成多张具有不同校正量的预畸变图像；
所述光学装置被配置为将所述多张预畸变图像分别进行显示，将每张显示的预畸变图像与所述定标图像分别比较，得到与所述定标图像一致的显示图像，并将该显示图像对应的所述预畸变图像的校正量数值确定为所述光学装置的畸变量数值。
9.根据权利要求8所述的显示设备，其特征在于，所述处理器还被配置为：
若所述光学装置的畸变量小于畸变预设阈值，则将待输入光学装置的图像直接输入光学装置；
若所述光学装置的畸变量大于等于所述畸变预设阈值，则对待输入光学装置的图像进行预畸变，生成一个预畸变图像后输入光学装置，其中所述预畸变图像的校正量与所述光学装置的畸变量的数值相等。
10.根据权利要求8所述的显示设备，其特征在于，所述显示设备为AR显示设备或HUD显示设备。
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