CN111638039A - 一种基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统 - Google Patents

一种基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统 Download PDF

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姚昞晖
王贯
杨雨桦
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Abstract

本发明公开了一种基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，激光投影机，用于向投影屏幕上投影；用于模拟人眼的光学镜头，用于获取投影屏幕上成像的图像；数据处理器，与用于模拟人眼的光学镜头连接，数据处理器用于根据用于模拟人眼的光学镜头获取的图像得出散斑对比度。通过上述优化设计的基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，利用用于模拟人眼的光学镜头来模拟人眼，得到屏幕上的图像的散斑对比度，从而得到的测量结果符合人眼观察的结论，设备结构简单，实用性强，市场前景广阔。

Description

一种基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统
技术领域
本发明涉及激光散斑测量的技术领域，尤其涉及一种基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统。
背景技术
激光显示具有色域大、亮度高、能耗低、寿命长等优点。
然而，当激光到达粗糙的屏幕表面时，会出现对图像产生强烈影响的颗粒状图案，我们称之为散斑。这些散斑颗粒是激光的高相干性导致的，极大地降低了图像的对比度和分辨率。因此需要对激光显示设备的激光散斑特征如散斑对比度、散斑颗粒尺寸、散斑排布方式进行准确的测量，从而对激光显示设备的性能指标进行客观评价。
现有的激光散斑测量方法主要是使用相机拍摄屏幕上的显示图像，然后将其输入计算机进行运算，以获得散斑对比度、散斑颗粒尺寸和散斑排布方式等信息。但由于人眼在观察激光显示图像时看到的散斑是二次散斑，其会受到激光显示系统和人眼光学系统的共同影响，直接使用相机代替人眼以获取散斑图像的方式并不能准确表征人眼所看到的散斑的特性。
因此，需要提供一种基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统。
本发明提出的一种基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，包括：用于模拟人眼的光学镜头、投影屏幕、激光投影机、数据处理器；
激光投影机，用于向投影屏幕上投影；
用于模拟人眼的光学镜头，用于获取投影屏幕上投影图像；
数据处理器，与用于模拟人眼的光学镜头连接，数据处理器用于根据用于模拟人眼的光学镜头获取的图像得出散斑对比度。
优选地，所述用于模拟人眼的光学镜头包括在靠近投影屏幕方向依次设置的感光元件、电控液体透镜、孔径光阑、凸透镜。
优选地，所述用于模拟人眼的光学镜头还包括中性衰减片，中性衰减片位于凸透镜远离孔径光阑一侧。
优选地，感光元件采用CCD工业相机，其芯片像素大小与人眼视网膜细胞的平均大小相同，约5.24μm2。
优选地，孔径光阑直径为2至5mm。
优选地，凸透镜焦距为5至15cm。
优选地，数据处理器将用于模拟人眼的光学镜头获取的图像进行傅里叶变换，再进行逆傅里叶变换，然后根据处理后的图像计算出散斑对比度。
优选地，在进行逆傅里叶变换之前去除图像噪声。
优选地，所述去除图像噪声具体为：利用网格的空间滤波去除因DMD像素间隙引起的黑色网格。
优选地，所述根据处理后的图像计算出散斑对比度具体为，先将处理后的图像的RGB彩色信息转化为灰度值，然后将所述灰度值进行光强运算，使用所述处理后的图像的所有像素点光强度的标准差除以所有像素点的光强平均值，计算出散斑对比度；
优选地，所述根据处理后的图像计算出散斑对比度具体为根据下列公式计算：
Figure BDA0002457099850000031
其中，C为散斑对比度，I为每个像素点的光强值，<I>为每个像素点的光强平均值，<I2>为每个像素点的光强平方的平均值，σI表示光强标准差。
本发明中，所提出的基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，激光投影机，用于向投影屏幕上投影；用于模拟人眼的光学镜头，用于获取投影屏幕上成像的图像；数据处理器，与用于模拟人眼的光学镜头连接，数据处理器用于根据用于模拟人眼的光学镜头获取的图像得出散斑对比度。通过上述优化设计的基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，利用用于模拟人眼的光学镜头模拟人眼，得到屏幕上的图像的散斑对比度，从而得到的测量结果符合人眼观察的结论，设备结构简单，实用性强，市场前景广阔。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统的结构示意图。
图2为本发明提出的一种基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统的用于模拟人眼的光学镜头的结构示意图。
图3为本发明提出的一种基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统的测量流程示意图。
具体实施方式
如图1至3所示，图1为本发明提出的一种基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统的结构示意图，图2为本发明提出的一种基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统的用于模拟人眼的光学镜头的结构示意图，图3为本发明提出的一种基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统的测量流程示意图。。
参照图1，本发明提出的一种基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，包括：用于模拟人眼的光学镜头2、投影屏幕3、激光投影机4、数据处理器1；
激光投影机4，用于向投影屏幕3上投影；
用于模拟人眼的光学镜头2，用于获取投影屏幕3上投影图像；
数据处理器1，与用于模拟人眼的光学镜头2连接，数据处理器1用于根据用于模拟人眼的光学镜头2获取的人眼模拟图像得出散斑对比度。
参照图3，在本实施例的基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统的具体检测过程中，激光投影机将激光图像投射在投影屏幕上，将用于模拟人眼的光学镜头对准投影屏幕3上的待测散斑图样，进行图像拍摄，数据处理器1将用于模拟人眼的光学镜头2获取的人眼图像进行傅里叶变换，再进行逆傅里叶变换，然后根据处理后的图像计算出散斑对比度，从而测量出用于模拟人眼的光学镜头得到的图像的散斑对比度，实现符合人眼特性的散斑测量。
由于激光投影机的DMD微镜阵列间隙引起投影图像强度出现极小值，视觉上表现为黑色周期性网格，因此在具体图像处理过程中，在进行逆傅里叶变换之前去除图像噪声；具体地，所述去除图像噪声具体为：利用网格的空间滤波去除因DMD像素间隙引起的黑色网格，得到的散斑对比度更准确。
在具体地计算过程中，所述根据处理后的图像计算出散斑对比度具体为，先将处理后的图像的RGB彩色信息转化为灰度值，然后将所述灰度值进行光强运算，使用所述处理后的图像的所有像素点光强度的标准差除以所有像素点的光强平均值，计算出散斑对比度。
所述根据处理后的图像计算出散斑对比度具体为根据下列公式计算：
Figure BDA0002457099850000051
其中，C为散斑对比度，I为每个像素点的光强值，<I>为每个像素点的光强平均值，<I2>为每个像素点的光强平方的平均值，σI表示光强标准差。
在本实施例中，所提出的基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，激光投影机，用于向投影屏幕上投影；用于模拟人眼的光学镜头，用于获取投影屏幕上成像的图像；数据处理器，与用于模拟人眼的光学镜头连接，数据处理器用于根据用于模拟人眼的光学镜头获取的图像得出散斑对比度。通过上述优化设计的基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，利用用于模拟人眼的光学镜头模拟人眼，得到屏幕上的图像的散斑对比度，从而得到的测量结果符合人眼观察的结论，设备结构简单，实用性强，市场前景广阔。
参照图2，在用于模拟人眼的光学镜头的具体实施方式中，所述用于模拟人眼的光学镜头2包括在靠近投影屏幕3方向依次设置的感光元件5、电控液体透镜6、孔径光阑7、凸透镜8，符合亥姆霍兹人眼模型，利用电控液体透镜，实现模拟人眼焦距调节功能，在不同的距离观察屏幕都可以得到清晰的图像，实用性强。
在进一步具体设计方式中，所述用于模拟人眼的光学镜头2还包括中性衰减片9，中性衰减片9位于凸透镜8远离孔径光阑7一侧，通过设置中性衰减片，调整进入感光元件5的光强度，使得感光元件5得到线性响应，从而提高人眼模拟图像的可靠性。
为了更加真实地模拟人眼，在感光元件的具体选择方式中，感光元件5采用CCD工业相机，其光强响应曲线符合人眼视细胞对光强的敏感程度曲线。其芯片像素大小与人眼视网膜细胞的平均大小相同，约5.24μm2。
在孔径光阑的具体选择方式中，孔径光阑7直径为2至5mm，可根据环境亮度具体选择直径；例如，当亮度为40cd/m2时,其直径为3.2mm。
在凸透镜的具体选择方式中，凸透镜8焦距为5至15cm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，其特征在于，包括：用于模拟人眼的光学镜头(2)、投影屏幕(3)、激光投影机(4)、数据处理器(1)；
激光投影机(4)，用于向投影屏幕(3)上投影；
用于模拟人眼的光学镜头(2)，用于获取投影屏幕(3)上的投影图像；
数据处理器(1)，与用于模拟人眼的光学镜头(2)连接，数据处理器(1)用于根据用于模拟人眼的光学镜头(2)获取的投影图像得出散斑对比度。
2.根据权利要求1所述的基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，其特征在于，所述用于模拟人眼的光学镜头(2)包括在靠近投影屏幕(3)方向依次设置的感光元件(5)、电控液体透镜(6)、孔径光阑(7)、凸透镜(8)。
3.根据权利要求2所述的基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，其特征在于，所述用于模拟人眼的光学镜头(2)还包括中性衰减片(9)，中性衰减片(9)位于凸透镜(8)远离孔径光阑(7)一侧。
4.根据权利要求2所述的基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，其特征在于，感光元件(5)采用CCD工业相机。
5.根据权利要求2所述的基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，其特征在于，孔径光阑(7)直径为2至5mm。
6.根据权利要求2所述的基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，其特征在于，凸透镜(8)焦距为5至15cm。
7.根据权利要求1所述的基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，其特征在于，数据处理器(1)将用于模拟人眼的光学镜头(2)获取的图像进行傅里叶变换，再进行逆傅里叶变换，然后根据处理后的图像计算出散斑对比度。
8.根据权利要求7所述的基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，其特征在于，在进行逆傅里叶变换之前去除图像噪声。
9.根据权利要求8所述的基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，其特征在于，所述去除图像噪声具体为：利用网格的空间滤波去除因DMD像素间隙引起的黑色网格。
10.根据权利要求7所述的基于人眼视觉特性的激光散斑测量系统，其特征在于，所述根据处理后的图像计算出散斑对比度具体为，先将处理后的图像的RGB彩色信息转化为灰度值，然后将所述灰度值进行光强运算，使用所述处理后的图像的所有像素点光强度的标准差除以所有像素点的光强平均值，计算出散斑对比度；
优选地，所述根据处理后的图像计算出散斑对比度具体为根据下列公式计算：
Figure FDA0002457099840000021
其中，C为散斑对比度，I为每个像素点的光强值，<I>为每个像素点的光强平均值，<I2>为每个像素点的光强平方的平均值，σI表示光强标准差。
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