CN109246340A - 一种光场影像处理显示系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及显示技术领域，尤其是一种光场影像处理显示系统及方法。所述光场影像处理显示系统包括光场影像获取模块、光场影像处理模块和光场影像显示模块；所述光场影像处理模块接收所述光场影像获取模块上传的关于不同场景的光场影像；所述光场影像处理模块将所述光场影像进行视场增大处理获得大视场光场影像，并将所述大视场光场影像输出给所述光场影像显示模块进行显示；所述光场影像处理模块接收所述光场影像显示模块的反馈信号，并根据所述反馈信号对所述光场影像的视场进行修正。本发明能够有效获取光场影像，并对所述光场影像进行及时处理扩大视场，以及完成对光场影像的显示，并通过光场影像显示模块反馈信息调整视场大小。

Description

一种光场影像处理显示系统及方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其是一种光场影像处理显示系统及方法。
背景技术
相比传统成像方式在拍摄高速运动或者多主体较大间距物体时，容易出现失焦、跑焦等现象，光场成像技术通过记录光辐射在传播过程中的四维位置和方向的信息，能够获取更加丰富的图像信息，还能通过数字重聚焦技术解决特殊场合图像的失焦、背景目标过多等问题，因此光场成像技术正在得到越来越广泛的应用和发展。目前采用光场成像技术对光场图像的处理方式主要为：先选择重聚焦模式，并在该重聚焦模式下，从某个深度聚焦的图像中选取一部分需要重聚焦的区域，比如用户感兴趣的区域，进行重聚焦处理。但是，在一般的光场影像显示系统中，如基于点扫描的光学成像系统中，由于激光雷达本身尺寸的原因，若用于同轴接收光信息，则相比机械旋转扫描或大面积振镜扫描，接收能量非常低，通常采用非共轴接收光信息。而单点光场影像处理模块的光接收面积小，接收信号强度低。激光雷达提高接收信号强度第一种方法是增大激光雷达的镜面面积，这样会使成本大大提高，同时大镜面的平面度降低，扫描频率下降。另外一种方法是采用聚焦透镜将接收光聚焦至探测器孔或光纤端，但无法接收离轴反射光信号，这会限制雷达系统的接收角度。提升接收角的方法是采用阵列探测器，成本高并增加了电路复杂度；或者使用大感光面积探测器，但是会增大等效噪声功率同时面积增大器件电容增加，响应时间变长，无法满足快速测量及高精度测量。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种光场影像处理显示系统及方法，旨在克服现有技术的不足。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供的一种光场影像处理显示系统，所述光场影像处理显示系统包括光场影像获取模块、光场影像处理模块和光场影像显示模块；所述光场影像获取模块、光场影像处理模块和光场影像显示模块沿接收光的行进方向依次排布；
所述光场影像处理模块接收所述光场影像获取模块上传的关于不同场景的光场影像；
所述光场影像处理模块将所述光场影像进行视场增大处理获得大视场光场影像，并将所述大视场光场影像输出给所述光场影像显示模块进行显示；
所述光场影像处理模块接收所述光场影像显示模块的反馈信号，并根据所述反馈信号对所述光场影像的视场进行修正。
作为本申请一种优选的实施方式，所述光场影像处理模块包括成像透镜组、光阑和光导元件；所述成像透镜组、光阑和光导元件沿接收光的行进方向依次排布。
作为本申请一种优选的实施方式，所述成像透镜组包括第一平凸镜、凹透镜、滤光片、第二平凸镜和第三平凸镜；所述第一平凸镜、凹透镜、第一滤光片、第二平凸镜和第三平凸镜沿接收光的行进方向依次排布。
作为本申请一种优选的实施方式，所述光阑的通光口的形状和尺寸与成像透镜组的视场大小相同。
作为本申请一种优选的实施方式，根据所述反馈信号对所述光场影像的视场进行修正具体包括：
所述光场影像处理模块根据所述反馈信号获取所述光场影像显示模块的扫描频率；
所述光场影像处理模块根据所述扫描频率验证所述扫描频率的数值是否大于预设值；
若所述扫描频率的数值大于预设值，则所述光场影像处理模块调整所述成像透镜组对所述光场影像的视场进一步增大；
若所述扫描频率的数值小于预设值，则所述光场影像处理模块调整所述成像透镜组对所述光场影像的视场进行缩小。
第二方面，一种光场影像处理及显示方法，所述光场影像处理及显示方法适用于本发明的第一方面中所述的光场影像处理显示系统，所述光场影像处理显示系统包括光场影像获取模块、光场影像处理模块和光场影像显示模块；所述光场影像获取模块、光场影像处理模块和光场影像显示模块沿接收光的行进方向依次排布；所述光场影像处理及显示方法包括如下步骤：
所述光场影像处理模块接收所述光场影像获取模块上传的关于不同场景的光场影像；
所述光场影像处理模块将所述光场影像进行视场增大处理获得大视场光场影像，并将所述大视场光场影像输出给所述光场影像显示模块进行显示；
所述光场影像处理模块接收所述光场影像显示模块的反馈信号，并根据所述反馈信号对所述光场影像的视场进行修正。
作为本申请一种优选的实施方式，所述光场影像处理模块包括成像透镜组、光阑和光导元件；所述成像透镜组、光阑和光导元件沿接收光的行进方向依次排布。
作为本申请一种优选的实施方式，所述成像透镜组包括第一平凸镜、凹透镜、滤光片、第二平凸镜和第三平凸镜；所述第一平凸镜、凹透镜、第一滤光片、第二平凸镜和第三平凸镜沿接收光的行进方向依次排布。
作为本申请一种优选的实施方式，所述光阑的通光口的形状和尺寸与成像透镜组的视场大小相同。
作为本申请一种优选的实施方式，根据所述反馈信号对所述光场影像的视场进行修正具体包括：
所述光场影像处理模块根据所述反馈信号获取所述光场影像显示模块的扫描频率；
所述光场影像处理模块根据所述扫描频率验证所述扫描频率的数值是否大于预设值；
若所述扫描频率的数值大于预设值，则所述光场影像处理模块调整所述成像透镜组对所述光场影像的视场进一步增大；
若所述扫描频率的数值小于预设值，则所述光场影像处理模块调整所述成像透镜组对所述光场影像的视场进行缩小。
本发明的有益效果是：本发明所提供的光场影像处理显示系统及方法，能够有效获取光场影像，并对所述光场影像进行及时处理扩大视场，以及完成对光场影像的显示，并通过光场影像显示模块反馈信息调整视场大小，光场影像处理模块结构简单通过采用成像透镜组、光阑和光导元件相结合增加了接收视场，同时利用滤光片和光阑抑制了非目标物体反射杂光的干扰。
附图说明
图1为本发明的光场影像处理显示系统实施例的框图；
图2为本发明的透镜组实施例的示意图一；
图3为本发明的透镜组实施例的示意图二；
图4为本发明的光导元件实施例的示意图一；
图5为本发明的光导元件实施例的示意图二；
图6为本发明的光导元件实施例的示意图三；
图7为本发明的光场影像处理及显示方法实施例的流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。
如图1所示，本发明的第一实施例中所示出的光场影像处理显示系统，所述光场影像处理显示系统包括光场影像获取模块、光场影像处理模块和光场影像显示模块；所述光场影像获取模块、光场影像处理模块和光场影像显示模块沿接收光的行进方向依次排布；所述光场影像处理模块接收所述光场影像获取模块上传的关于不同场景的光场影像；所述光场影像处理模块将所述光场影像进行视场增大处理获得大视场光场影像，并将所述大视场光场影像输出给所述光场影像显示模块进行显示；所述光场影像处理模块接收所述光场影像显示模块的反馈信号，并根据所述反馈信号对所述光场影像的视场进行修正。
其中，所述光场影像获取模块可以包括但不限于光场相机，所述光场相机包括镜头和微透镜阵列，其中微透镜阵列是多个微透镜单元所组成的二维阵列。镜头的光瞳面和光场影像处理模块的光敏面关于微透镜阵列成共轭关系，进一步地，镜头经过每个微透镜单元都会投影到光所述场影像处理模块上形成一个小的微透镜子图像。每个微透镜子图像包含了若干个像素，此时各像素所记录的光线强度就来自于一个微透镜和镜头的一个子孔径区域之间所限制的细光束。
具体的，所述光场影像处理模块包括成像透镜组、光阑和光导元件；所述成像透镜组、光阑和光导元件沿接收光的行进方向依次排布，所述光阑设置于成像透镜组的像面上，所述光导元件的入光口设置于光阑远离透镜组的一侧，所述光场影像处理模块的感光面到光导元件的出光口的距离为0到2毫米。进一步地，通过采用成像透镜组、光阑相结合增加了系统的接收视场，所述透镜组包括滤光片，所述滤光片的位置应处于透镜中光线与光轴夹角最小的位置，利用滤光片和光阑抑制了非目标物体反射杂光的干扰。此外，通过上述方式让系统组成更加精简，减少了不必要的结构，降低了生产经营成本，提价了系统的实用性。
进一步地，所述成像透镜组可以包括但不限于下列两种结构设计：
如图2所示，所述成像透镜组包括第一平凸镜201、凹透镜202、滤光片203、第二平凸镜204和第三平凸镜205；所述第一平凸镜201、凹透镜202、第一滤光片203、第二平凸镜204和第三平凸镜205沿接收光的行进方向依次排布。
如图3所示，所述成像透镜组包括凸透镜211、平凹透镜212、第二滤光片213、第四平凸镜214和第五平凸镜215；所述凸透镜211、平凹透镜212、第二滤光片213、第四平凸镜214和第五平凸镜215沿接收光的行进方向依次排布。
进一步地，所述光导元件可以包括但不限于下列两种结构设计：
如图4所示，所述光导元件为复合抛物面聚光器421；所述复合抛物面聚光器421的入光口的直径为光阑321通光口最大尺寸的100％-110％，所述复合抛物面聚光器421的出光口直径为光场影像处理模块521的感光面最大尺寸的80％-500％。所述复合抛物面聚光器421能够将通过透镜组和光阑321后的成像光束进行混合，使成像光束的中心光线和非中心光线由复合抛物面聚光器421的出光口全部射向所述光场影像处理模块的感光面521。
如图5所示，所述光导元件为锥形光纤束431；所述锥形光纤束431的入光口的直径为光阑通331光口最大尺寸的100％-110％，所述锥形光纤束431的出光口直径为光场影像处理模块531感光面积的80％-500％。所述锥形光纤束431是多根光线束构成的，并且每一根光纤束都是锥形的，通过所述锥形光纤束431能够将通过透镜组和光阑331后大的成像光束转换为小的光斑，进而射入所述光场影像处理模块的感光面531的不同位置，实现了大视场扫描的效果。
如图6所示，所述光导元件为一分多光纤束441，所述一分多光纤束441的入光口的直径为光阑341通光口最大尺寸的100％-110％，所述一分多光纤束441的出光口到光场影像处理模块的感光面541的距离为0到2毫米。所述一分多光纤束441是指在靠近光阑341一侧为1束粗的光纤束，粗的光线束还和多条细的光纤束相连，利用所述一分多光纤束441能够将通过透镜组和光阑341后成像光束分为不同角度的细的光束，从而射入光场影像处理模块的感光面541的不同位置，实现了大视场扫描的效果。
本实施例中，所述光阑300的通光口的形状和尺寸与成像透镜组200的视场大小相同。具体的，通过采用与成像透镜组200的视场相匹配的光阑300能够有效保证通过所述光阑300的光束仅为成像光束，避免了非目标物体反射杂光也通过光阑300，进一步起到抑制干扰的目的。
所述光场影像显示模块包括激光雷达和显示屏，所述激光雷达感光面靠近所述光场影像处理模块的出光口，所述激光雷达采用预设频率对所述光场影像处理模块进行扫面，进而完成对光线的实施探测，并探测信号上传给所述显示屏进行显示，该图形显示部分为现有技术，为不引起混淆在此不再赘述。
其中，所述光场影像处理模块根据所述反馈信号获取所述光场影像显示模块的扫描频率；进一步地，所述光场影像处理模块根据所述扫描频率验证所述扫描频率的数值是否大于预设值；若所述扫描频率的数值大于预设值，则所述光场影像处理模块调整所述成像透镜组对所述光场影像的视场进一步增大；若所述扫描频率的数值小于预设值，则所述光场影像处理模块调整所述成像透镜组对所述光场影像的视场进行缩小。所述场影像处理模块调整所述成像透镜组可以包括调整所述各个透镜之间的距离以及所述光阑的尺寸进而实现对视场的大小进行调整。
如图7所示，本发明的第二实施例所示出的光场影像处理及显示方法，所述光场影像处理及显示方法适用于本发明的第一实施例中所述的光场影像处理显示系统，所述光场影像处理显示系统包括光场影像获取模块、光场影像处理模块和光场影像显示模块；所述光场影像获取模块、光场影像处理模块和光场影像显示模块沿接收光的行进方向依次排布；所述光场影像处理及显示方法包括如下步骤：
S1，所述光场影像处理模块接收所述光场影像获取模块上传的关于不同场景的光场影像；
其中，所述光场影像获取模块可以包括但不限于光场相机，所述光场相机包括镜头和微透镜阵列，其中微透镜阵列是多个微透镜单元所组成的二维阵列。镜头的光瞳面和光场影像处理模块的光敏面关于微透镜阵列成共轭关系，进一步地，镜头经过每个微透镜单元都会投影到光所述场影像处理模块上形成一个小的微透镜子图像。每个微透镜子图像包含了若干个像素，此时各像素所记录的光线强度就来自于一个微透镜和镜头的一个子孔径区域之间所限制的细光束。
S2，所述光场影像处理模块将所述光场影像进行视场增大处理获得大视场光场影像，并将所述大视场光场影像输出给所述光场影像显示模块进行显示；
具体的，所述光场影像处理模块包括成像透镜组、光阑和光导元件；所述成像透镜组、光阑和光导元件沿接收光的行进方向依次排布，所述光阑设置于成像透镜组的像面上，所述光导元件的入光口设置于光阑远离透镜组的一侧，所述光场影像处理模块的感光面到光导元件的出光口的距离为0到2毫米。进一步地，通过采用成像透镜组、光阑相结合增加了系统的接收视场，所述透镜组包括滤光片，所述滤光片的位置应处于透镜中光线与光轴夹角最小的位置，利用滤光片和光阑抑制了非目标物体反射杂光的干扰。此外，通过上述方式让系统组成更加精简，减少了不必要的结构，降低了生产经营成本，提价了系统的实用性。
进一步地，所述成像透镜组可以包括但不限于下列两种结构设计：
本实施例中，所述成像透镜组包括第一平凸镜201、凹透镜202、滤光片203、第二平凸镜204和第三平凸镜205；所述第一平凸镜201、凹透镜202、第一滤光片203、第二平凸镜204和第三平凸镜205沿接收光的行进方向依次排布。
本实施例中，所述成像透镜组包括凸透镜211、平凹透镜212、第二滤光片213、第四平凸镜214和第五平凸镜215；所述凸透镜211、平凹透镜212、第二滤光片213、第四平凸镜214和第五平凸镜215沿接收光的行进方向依次排布。
进一步地，所述光导元件可以包括但不限于下列两种结构设计：
本实施例中，所述光导元件为复合抛物面聚光器421；所述复合抛物面聚光器421的入光口的直径为光阑321通光口最大尺寸的100％-110％，所述复合抛物面聚光器421的出光口直径为光场影像处理模块521的感光面最大尺寸的80％-500％。所述复合抛物面聚光器421能够将通过透镜组和光阑321后的成像光束进行混合，使成像光束的中心光线和非中心光线由复合抛物面聚光器421的出光口全部射向所述光场影像处理模块的感光面521。
本实施例中，所述光导元件为锥形光纤束431；所述锥形光纤束431的入光口的直径为光阑通331光口最大尺寸的100％-110％，所述锥形光纤束431的出光口直径为光场影像处理模块531感光面积的80％-500％。所述锥形光纤束431是多根光线束构成的，并且每一根光纤束都是锥形的，通过所述锥形光纤束431能够将通过透镜组和光阑331后大的成像光束转换为小的光斑，进而射入所述光场影像处理模块的感光面531的不同位置，实现了大视场扫描的效果。
本实施例中，所述光导元件为一分多光纤束441，所述一分多光纤束441的入光口的直径为光阑341通光口最大尺寸的100％-110％，所述一分多光纤束441的出光口到光场影像处理模块的感光面541的距离为0到2毫米。所述一分多光纤束441是指在靠近光阑341一侧为1束粗的光纤束，粗的光线束还和多条细的光纤束相连，利用所述一分多光纤束441能够将通过透镜组和光阑341后成像光束分为不同角度的细的光束，从而射入光场影像处理模块的感光面541的不同位置，实现了大视场扫描的效果。
本实施例中，所述光阑300的通光口的形状和尺寸与成像透镜组200的视场大小相同。具体的，通过采用与成像透镜组200的视场相匹配的光阑300能够有效保证通过所述光阑300的光束仅为成像光束，避免了非目标物体反射杂光也通过光阑300，进一步起到抑制干扰的目的。
所述光场影像显示模块包括激光雷达和显示屏，所述激光雷达感光面靠近所述光场影像处理模块的出光口，所述激光雷达采用预设频率对所述光场影像处理模块进行扫面，进而完成对光线的实施探测，并探测信号上传给所述显示屏进行显示，该图形显示部分为现有技术，为不引起混淆在此不再赘述。
S3，所述光场影像处理模块接收所述光场影像显示模块的反馈信号，并根据所述反馈信号对所述光场影像的视场进行修正。
其中，所述光场影像处理模块根据所述反馈信号获取所述光场影像显示模块的扫描频率；进一步地，所述光场影像处理模块根据所述扫描频率验证所述扫描频率的数值是否大于预设值；若所述扫描频率的数值大于预设值，则所述光场影像处理模块调整所述成像透镜组对所述光场影像的视场进一步增大；若所述扫描频率的数值小于预设值，则所述光场影像处理模块调整所述成像透镜组对所述光场影像的视场进行缩小。所述场影像处理模块调整所述成像透镜组可以包括调整所述各个透镜之间的距离以及所述光阑的尺寸进而实现对视场的大小进行调整。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种光场影像处理显示系统，其特征在于：所述光场影像处理显示系统包括光场影像获取模块、光场影像处理模块和光场影像显示模块；所述光场影像获取模块、光场影像处理模块和光场影像显示模块沿接收光的行进方向依次排布；
所述光场影像处理模块接收所述光场影像获取模块上传的关于不同场景的光场影像；
所述光场影像处理模块将所述光场影像进行视场增大处理获得大视场光场影像，并将所述大视场光场影像输出给所述光场影像显示模块进行显示；
所述光场影像处理模块接收所述光场影像显示模块的反馈信号，并根据所述反馈信号对所述光场影像的视场进行修正。
2.根据权利要求1所述的光场影像处理显示系统，其特征在于：所述光场影像处理模块包括成像透镜组、光阑和光导元件；所述成像透镜组、光阑和光导元件沿接收光的行进方向依次排布。
3.根据权利要求2所述的光场影像处理显示系统，其特征在于：所述成像透镜组包括第一平凸镜、凹透镜、滤光片、第二平凸镜和第三平凸镜；所述第一平凸镜、凹透镜、第一滤光片、第二平凸镜和第三平凸镜沿接收光的行进方向依次排布。
4.根据权利要求2所述的光场影像处理显示系统，其特征在于：所述光阑的通光口的形状和尺寸与成像透镜组的视场大小相同。
5.根据权利要求2所述的光场影像处理显示系统，其特征在于，根据所述反馈信号对所述光场影像的视场进行修正具体包括：
所述光场影像处理模块根据所述反馈信号获取所述光场影像显示模块的扫描频率；
所述光场影像处理模块根据所述扫描频率验证所述扫描频率的数值是否大于预设值；
若所述扫描频率的数值大于预设值，则所述光场影像处理模块调整所述成像透镜组对所述光场影像的视场进一步增大；
若所述扫描频率的数值小于预设值，则所述光场影像处理模块调整所述成像透镜组对所述光场影像的视场进行缩小。
6.一种光场影像处理及显示方法，其特征在于：所述光场影像处理及显示方法适用于权利要求1-5中任意一项所述的光场影像处理显示系统，所述光场影像处理显示系统包括光场影像获取模块、光场影像处理模块和光场影像显示模块；所述光场影像获取模块、光场影像处理模块和光场影像显示模块沿接收光的行进方向依次排布；所述光场影像处理及显示方法包括如下步骤：
所述光场影像处理模块接收所述光场影像获取模块上传的关于不同场景的光场影像；
所述光场影像处理模块将所述光场影像进行视场增大处理获得大视场光场影像，并将所述大视场光场影像输出给所述光场影像显示模块进行显示；
所述光场影像处理模块接收所述光场影像显示模块的反馈信号，并根据所述反馈信号对所述光场影像的视场进行修正。
7.根据权利要求6所述的光场影像处理显示系统，其特征在于：所述光场影像处理模块包括成像透镜组、光阑和光导元件；所述成像透镜组、光阑和光导元件沿接收光的行进方向依次排布。
8.根据权利要求7所述的光场影像处理显示系统，其特征在于：所述成像透镜组包括第一平凸镜、凹透镜、滤光片、第二平凸镜和第三平凸镜；所述第一平凸镜、凹透镜、第一滤光片、第二平凸镜和第三平凸镜沿接收光的行进方向依次排布。
9.根据权利要求7所述的光场影像处理显示系统，其特征在于：所述光阑的通光口的形状和尺寸与成像透镜组的视场大小相同。
10.根据权利要求7所述的光场影像处理显示系统，其特征在于，根据所述反馈信号对所述光场影像的视场进行修正具体包括：
所述光场影像处理模块根据所述反馈信号获取所述光场影像显示模块的扫描频率；
所述光场影像处理模块根据所述扫描频率验证所述扫描频率的数值是否大于预设值；
若所述扫描频率的数值大于预设值，则所述光场影像处理模块调整所述成像透镜组对所述光场影像的视场进一步增大；
若所述扫描频率的数值小于预设值，则所述光场影像处理模块调整所述成像透镜组对所述光场影像的视场进行缩小。
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