CN109541808B - 基于裸眼3d头盔显示器投影图像梯形校准方法及3d头盔 - Google Patents

基于裸眼3d头盔显示器投影图像梯形校准方法及3d头盔 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于裸眼3D头盔显示器投影图像梯形校准方法，包括如下步骤：提供投影仪和光学媒介，所述投影仪向所述光学媒介投影单色原图像；提供摄像头，所述摄像头对投影在所述光学媒介上的图形进行拍照生成采样图像；提供处理器，所述处理器采用图像处理技术计算出所述采样图像的垂直梯形的底角参数θ；提供坐标变换器，所述坐标变换器采样所述原图像各个像素点的坐标，并将所述坐标及所述底角参数θ带入预设公式，通过更改所述坐标生成抗畸变图像。与相关技术相比，本发明提供的投影图像梯形校准方法能有效解决裸眼3D头盔显示器投影图像的梯形失真。同时本发明还提供一种基于裸眼3D头盔显示器投影图像梯形校准方法的3D头盔。

Description

基于裸眼3D头盔显示器投影图像梯形校准方法及3D头盔
【技术领域】
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种基于裸眼3D头盔显示器投影图像梯形校准方法。
【背景技术】
随着科技的发展，投影设备的应用范围不断扩大，从商业办公领域已经逐步扩展到教育学习和家庭生活领域。3D头盔作为近年出现的新兴产品，因其在电影、游戏等多方面具备超强的沉浸感，得到广大用户的喜爱，并逐步走进人们的日常生活中。
然而，不可避免的是，3D头盔在成像时或多或少会存在投影图像的梯形失真，从而严重影响到了用户的观影及游戏体验。经科学研究发现，造成图像梯形失真的主要问题是由于投影设备与投影背景不垂直，导致成像与目标图像存在较大的差异。
为了解决图像失真的问题，目前市场上主流的3D头盔绝大部分是双目头盔，即头盔具有两个显示器，左眼看到的图像是左显示器给出的图像，右眼看到的图像是右显示器给出的图像，例如VR头盔等。相关技术的裸眼3D头盔往往需要借助复杂的仪器设备来进行校准，如此一来，一方面在空间狭小的头盔中无法设计太过复杂的仪器设备，另一方面也会增加校准成本，且校准过程较为复杂。若通过用户的主观来判断校准是否为目标图像，由于每个人的观察能力，评估判断力不同，也将导致校准出的结果存在巨大的差异性。
因此，有必要提供一种新的裸眼3D头盔显示器投影图像梯形校准方法来解决上述问题。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种基于裸眼3D头盔显示器投影图像梯形校准方法，包括如下步骤：
提供投影仪和光学媒介，所述投影仪向所述光学媒介投影单色原图像；
提供摄像头，所述摄像头对投影在所述光学媒介上的图形进行拍照生成采样图像；
提供处理器，所述处理器采用图像处理技术计算出所述采样图像的垂直梯形的底角参数θ；
提供坐标变换器，所述坐标变换器采样所述原图像各个像素点的坐标，并将所述坐标及所述底角参数θ带入预设公式，通过更改所述坐标生成抗畸变图像。
优选的，所述摄像头向所述光学媒介的正投影落在所述光学媒介的几何中心。
优选的，所述坐标变换器采用双线性内插法采样所述坐标并将所述坐标及所述底角参数θ带入预设公式生成所述抗畸变图像。
优选的，所述预设公式为：
Y＝y；
X＝(x-w/2)*w*h/[(w-2*h*tanθ)*h+2*h*tanθ*y]+w/2；
其中，X及Y分别为所述抗畸变图像中单个像素点的横纵坐标值，x及y分别为所述原图像中单个像素点的横纵坐标值，h为所述抗畸变图像的高度，w为所述抗畸变图像底行的像素点个数，且所述抗畸变图像底行的像素点个数与所述原图像底行的像素点个数相同。
优选的，所述光学媒介为半反光镜。
优选的，提供图片比对器，所述抗畸变图像生成后，所述投影仪向所述光学媒介投影所述抗畸变图像，所述摄像头拍照后与所述原图像进行比对。
一种3D头盔，包括光学媒介、投影仪、摄像头、处理器及坐标变换器，所述投影仪及所述摄像头均与所述光学媒介相对设置，所述处理器分别与所述投影仪及所述摄像头连接，所述坐标变换器分别与所述投影仪及所述处理器连接。
优选的，还包括图片比对器，所述图片比对器分别与所述投影仪及所述摄像头连接。
与相关技术相比，本发明的基于裸眼3D头盔显示器投影图像梯形校准方法，通过计算采样图像的底角参数θ并将所述底角参数θ及原图像各个像素点的坐标带入预设公式，最后通过更改所述坐标生成所述抗畸变图像，有效的解决了裸眼3D头盔显示器投影图像的梯形失真问题，提高了用户的体验感。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明中采样图像的示意图；
图2为本发明中抗畸变图像的示意图；
图3为本发明提供的基于裸眼3D头盔显示器投影图像梯形校准方法的算法流程图。
【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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请结合参阅图1至图3，本发明提供了一种基于裸眼3D头盔显示器投影图像梯形校准方法，包括投影仪、光学媒介、摄像头、处理器、坐标变换器及图片比对器。其校准步骤如下：
所述投影仪向所述光学媒介投影单色原图像；在本实施方法中，所述原图像为纯绿色矩形图像，由于所述光学媒介的加工工艺及参数的不同，经过所述投影仪投影后的所述原图像在所述光学媒介会上发生垂直梯形畸变。
所述光学媒介为透明或半透明的显示媒体。优选的，在本实施方式中，所述光学媒介为半反光镜。
所述摄像头对投影在所述光学媒介上的图形进行拍照生成采样图像；优选的，所述摄像头向所述光学媒介的正投影落在所述光学媒介的几何中心。也就是说，在校准过程中，将所述摄像头放置于靠近人眼的位置，如此拍摄出使用者在使用过程中实际看到的图像。
所述处理器采用图像处理技术计算出所述采样图像的垂直梯形的底角参数θ；
相应的，所述坐标变换器采样所述原图像各个像素点的坐标，并将所述坐标及所述底角参数θ带入预设公式，通过更改所述坐标生成抗畸变图像。
具体的，所述坐标变换器采用双线性内插法采样所述坐标并将所述坐标及所述底角参数θ带入预设公式生成所述抗畸变图像。
更为具体的，所述预设公式为：
令所述抗畸变图像底行的像素点个数等于所述原图像底行的像素点个数，且均为w，所述抗畸变图像的高度为h，所述抗畸变图像中单个像素点的横纵坐标值分别为X和Y，所述原图像中单个像素点的横纵坐标值分别为x和y，即有，
Y＝y；(0<＝y<＝h)
X＝(x-w/2)*w*h/[(w-2*h*tanθ)*h+2*h*tanθ*y]+w/2 (0<＝x<＝w)
通过计算采样图像的底角参数θ并将所述底角参数θ及原图像各个像素点的坐标带入预设公式，最后通过更改所述坐标生成所述抗畸变图像，有效的解决了裸眼3D头盔显示器投影图像的梯形失真问题，提高了用户的体验感。
在所述抗畸变图像生成后，所述投影仪向所述光学媒介投影所述抗畸变图像，所述摄像头拍照生成校准图像，所述图片比对器将所述校准图像与所述原图像进行比对。
通过设置所述图片比对器，若经所述图片比对器比对后，所述校准图像与所述原图像仍然具有明显差异，则判定校准失败，重新开始比对；若所述校准图像与所述原图像无明显差异，则判定校准成功，校准完成。
所述图片比对器为德州仪器公司的型号为TMSC2000的DSP芯片。
实施例二
本实施例提供了一种采用实施例一的投影梯形校准方法进行梯形校准的3D头盔。所述3D头盔包括光学媒介、投影仪、摄像头、处理器、坐标变换器及图片比对器。其中，所述投影仪及所述摄像头均与所述光学媒介相对设置，所述处理器分别与所述投影仪及所述摄像头连接，所述坐标变换器分别与所述投影仪及所述处理器连接。
需要说明的是，上述连接方式可以是电连接或通信连接。
与相关技术相比，本发明的基于裸眼3D头盔显示器投影图像梯形校准方法，通过计算采样图像的底角参数θ并将所述底角参数θ及原图像各个像素点的坐标带入预设公式，最后通过更改所述坐标生成所述抗畸变图像，有效的解决了裸眼3D头盔显示器投影图像的梯形失真问题，提高了用户的体验感。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于裸眼3D头盔显示器投影图像梯形校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供投影仪和光学媒介，所述投影仪向所述光学媒介投影单色原图像；
提供摄像头，所述摄像头对投影在所述光学媒介上的图形进行拍照生成采样图像；
提供处理器，所述处理器采用图像处理技术计算出所述采样图像的垂直梯形的底角参数θ；
提供坐标变换器，所述坐标变换器采样所述原图像各个像素点的坐标，并将所述坐标及所述底角参数θ带入预设公式，通过更改所述坐标生成抗畸变图像；
所述预设公式为：
Y＝y；
X＝(x-w/2)*w*h/[(w-2*h*tanθ)*h+2*h*tanθ*y]+w/2；
其中，X及Y分别为所述抗畸变图像中单个像素点的横纵坐标值，x及y分别为所述原图像中单个像素点的横纵坐标值，h为所述抗畸变图像的高度，w为所述抗畸变图像底行的像素点个数，且所述抗畸变图像底行的像素点个数与所述原图像底行的像素点个数相同。
2.根据权利要求1所述的投影图像梯形校准方法，其特征在于，所述摄像头向所述光学媒介的正投影落在所述光学媒介的几何中心。
3.根据权利要求1所述的投影图像梯形校准方法，其特征在于，所述坐标变换器采用双线性内插法采样所述坐标并将所述坐标及所述底角参数θ带入所述预设公式生成所述抗畸变图像。
4.根据权利要求1所述的投影图形梯形校准方法，其特征在于，所述光学媒介为半反光镜。
5.根据权利要求1所述的投影图形梯形校准方法，其特征在于，提供图片比对器，所述抗畸变图像生成后，所述投影仪向所述光学媒介投影所述抗畸变图像，所述摄像头拍照生成校准图像，所述图片比对器将所述校准图像与所述原图像进行比对。
6.一种3D头盔，包括光学媒介、投影仪、摄像头、处理器及坐标变换器，其特征在于，所述投影仪及所述摄像头均与所述光学媒介相对设置，所述处理器分别与所述投影仪及所述摄像头连接，所述坐标变换器分别与所述投影仪及所述处理器连接。
7.根据权利要求6所述的3D头盔，其特征在于，还包括图片比对器，所述图片比对器分别与所述投影仪及所述摄像头连接。
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