CN111638042A - 一种dlp光学特性测试分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DLP光学特性测试分析方法，包括以下步骤：S201、标定彩色相机采集的亮度值和暗室真实亮度值，包括如下：S2011、将DLP光机按照0‑255的灰度等级投射全幅面光至暗室内的白板上，灰度等级步长Δg为5、10或20数值，得到总的投射图案数量N：N＝255/Δg+1张图像。通过搭建暗室环境基于漫反射白板和彩色相机，实现DLP光学特性测试分析，不仅提高了DPL光机的检测效率，而且降低了检测成本，另外极大提高当前测试手段的测试效率和测量准确度，显著提升DLP光机生产调试的合格率和效率，应用范围广。

Description

一种DLP光学特性测试分析方法

技术领域

本发明涉及DLP光学特性测试技术领域，具体来说，涉及一种DLP光学特性测试分析方法。

背景技术

DLP(Digital Light Procession)光机具有高速、高精确度和灵活等特性，使其超越了传统的液晶投影显示技术，成为当下最流行的光学投影技术。DLP不仅可以用于3D投影、互动投影等方面，也可被开发应用于3D印刷、工业检测、3D扫描、光谱学、生物识别、VR/AR等各个前沿科技领域。可靠、准确以及高效的DLP光机光学特性测试是保证其使用质量的重要前提。

然而，目前还没有一种可靠的全自动化测试技术和仪器，可以对DLP的各项光学特性(如亮度、亮度均匀性、对比度、色度、杂光、投射清晰度、投射比、TV畸变、暗角暗边、暗点/亮点等指标)进行测试和量化分析。

现有的系统或只能测试单一的指标，极大地限制了DLP光机生产调试的效率，提高了测试成本。另外现有的光机各项特性的检测大多还是通过测试人员用眼睛观看，经验判断是否合格，一个缺点是耗时久效率低，另一个不可忽视的缺点是没有定量的判断标准。另外，很容易因为测试员的个人状态和经验差异影响测试的准确性。虽然有些文献提出了基于CCD相机的光机自动化测试方法，但可测试的对象比较单一，导致不同测试指标的测量必须分多个流程、使用不同方法进行，检测成本较高，同时也极大地影响了DLP光机生产调试的合格率和效率。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种DLP光学特性测试分析方法，通过搭建暗室环境基于漫反射白板和彩色相机，实现DLP光学特性测试分析，不仅提高了DPL光机的检测效率，而且降低了检测成本，另外极大提高当前测试手段的测试效率和测量准确度，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种DLP光学特性测试分析方法，包括以下步骤：

S201、标定彩色相机采集的亮度值和暗室真实亮度值，包括如下：

S2011、将DLP光机按照0-255的灰度等级投射全幅面光至暗室内的白板上，灰度等级步长Δg为5、10或20数值，得到总的投射图案数量N：N＝255/Δg+1张图像；

S2012、对于每一张投射图案k∈[1,N]，将照度计测量白板上的照度值，其中，

将白板区域分为大小均等的M块，每一个小块p内的照度采用小块内多点测量取平均值法确定为：

S2013、对于每一张投射图案k∈[1,N]，使用相机采集白板区域的成像，记为图像Ik，其中，

将成像图像分为大小均等的M块，每一个小块p内的成像亮度采用小块内多点测量取平均值法确定为：

S2014、对于每一个小块p，获得对应的真实照度值

和相机成像亮度值I_k(p)，k∈[1,N]，每小块p内相机采集的亮度值和暗室真实亮度之间的关系可表示两组向量：

A(p)＝{I₁(p),I₂(p),.....,I_N(p)}和

S2015、其B(p)＝β·A(p)+η(p)，β为非0的常数系数，η(p)为长度与A(p)保持一致的向量，根据A(p)和B(p)的值，确定β和η(p)，获取彩色相机采集的亮度值和暗室真实亮度。

进一步的，还包括以下步骤：

步骤S1，预先搭建暗室环境，其中包括待测DLP光机、漫反射白板和彩色相机；

步骤S2，待测DLP光机投影漫反射白板，彩色相机采集投影数据；

步骤S3，将获取的投影数据进行处理测试分析并获取结果。

进一步的，步骤S2进一步还包括：

S202、标定彩色相机相对于漫反射白板位置的成像放大率。

进一步的，还包括：

S301，亮度分析，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，测试投射区域内全部点的亮度并取均值，作为待测DLP光机的亮度测量值；

S302，亮度均匀性分析，指定边缘区域的全部像素点亮度均值衡量亮度均匀程度；

S303，对比度分析，控制待测DLP光机投射黑白相间的条状图至漫反射白板，计算黑条状图中心点亮度与白条状图中心点亮度的比值，获取对比度数据；

S304，杂光分析，控制待测DLP光机投射全黑图像至漫反射白板，其漫反射白板与投射区域之间区域为杂光测试区域，取该区域内的杂光亮度值与投射区域中心点的亮度值进行比较，获取杂光值；

S305，调焦清晰度分析，控制待测DLP光机投影至漫反射白板，彩色相机采集成像，成像后图像作为调焦清晰度对比图像，并获取调焦清晰度值。

S306，投射比γ，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，彩色相机采集成像，其待测DLP光机投射的图像在漫反射白板上成像幅面长度为p，待测DLP光机与漫反射白板之间的距离为Z，投射比γ为：

γ＝Z/(p·β)；

S307，TV畸变，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，确定畸变物理量Δh，其Δh正值为桶形畸变，Δh负值为枕形畸变，h为边缘至图像中心的高度值，计算公式为：

S309，暗点/亮点分析，检测暗点时，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，彩色相机采集成像，标识图像亮度低于阈值的像素点，若标识区域面积不为零，则存在暗点；检测亮点时，控制待测DLP光机投射灰色图像至漫反射白板，彩色相机采集成像，标识图像亮度高于阈值的像素点，若标识区域面积不为零，则存在亮点。

进一步的，S301，亮度分析，其计算方式为：

L＝(∑_i,，jL_i,j/width/geight)×Φ(i＝1,2,...height；j＝1,2,...width)，其中，width和height分别表示投射光区域的宽和高。

进一步的，S302，亮度均匀性分析，其计算方式为：

其中，L_mid为光区域中心位置的点亮度，Area_edge表示为边缘区域的所有像素点数量。

进一步的，还包括：

S308，暗角/暗边分析，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，彩色相机采集成像，在图像中检测边角区域的亮度信息，并与中心点的亮度信息进行对比，标识低于阈值的像素区域，若标识区域面积不为零，则为暗边/暗角存在。

本发明的有益效果：

本发明通过搭建暗室环境基于漫反射白板和彩色相机，实现DLP光学特性测试分析，不仅提高了DPL光机的检测效率，而且降低了检测成本，另外极大提高当前测试手段的测试效率和测量准确度，显著提升DLP光机生产调试的合格率和效率，应用范围广。

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他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种DLP光学特性测试分析方法的流程示意图；

图2是根据本发明实施例的一种DLP光学特性测试分析方法的场景应用示意图；

图3是根据本发明实施例的一种DLP光学特性测试分析方法的灰度值与场景真实亮度标定流程示意图；

图4是根据本发明实施例的一种DLP光学特性测试分析方法的相机成像放大倍率的标定示意图；

图5是根据本发明实施例的一种DLP光学特性测试分析方法的对比度检测示意图；

图6是根据本发明实施例的一种DLP光学特性测试分析方法的杂光分析示意图；

图7是根据本发明实施例的一种DLP光学特性测试分析方法的调焦范围测试示意图；

图8是根据本发明实施例的一种DLP光学特性测试分析方法的投射比示意图；

图9是根据本发明实施例的一种DLP光学特性测试分析方法的TV畸变测量示意图；

图10是根据本发明实施例的一种DLP光学特性测试分析方法的暗角/暗边检测示意图；

图11是根据本发明实施例的一种DLP光学特性测试分析方法的暗室白板接收的按一定灰度步长投射的光学图案关系示意图；

图12是根据本发明实施例的一种DLP光学特性测试分析方法的照度计分块测量暗室白板照度的方案示意图。

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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种DLP光学特性测试分析方法。

如图1-12所示，根据本发明实施例的DLP光学特性测试分析方法，包括以下步骤：

S201、标定彩色相机采集的亮度值和暗室真实亮度值，包括如下：

S2011、将DLP光机按照0-255的灰度等级投射全幅面光至暗室内的白板上，灰度等级步长Δg为5、10或20数值，得到总的投射图案数量N：N＝255/Δg+1张图像；

S2012、对于每一张投射图案k∈[1,N]，将照度计测量白板上的照度值，其中，

将白板区域分为大小均等的M块，每一个小块p内的照度采用小块内多点测量取平均值法确定为：

S2013、对于每一张投射图案k∈[1,N]，使用相机采集白板区域的成像，记为图像Ik，其中，

将成像图像分为大小均等的M块，每一个小块p内的成像亮度采用小块内多点测量取平均值法确定为：

S2014、对于每一个小块p，获得对应的真实照度值

和相机成像亮度值I_k(p)，k∈[1,N]，每小块p内相机采集的亮度值和暗室真实亮度之间的关系可表示两组向量：

A(p)＝{I₁(p),I₂(p),.....,I_N(p)}和

S2015、其B(p)＝β·A(p)+η(p)，β为非0的常数系数，η(p)为长度与A(p)保持一致的向量，根据A(p)和B(p)的值，确定β和η(p)，获取彩色相机采集的亮度值和暗室真实亮度。

其中，还包括以下步骤：

步骤S1，预先搭建暗室环境，其中包括待测DLP光机、漫反射白板和彩色相机；

步骤S2，待测DLP光机投影漫反射白板，彩色相机采集投影数据；

步骤S3，将获取的投影数据进行处理测试分析并获取结果。

其中，步骤S2进一步还包括：

S202、标定彩色相机相对于漫反射白板位置的成像放大率。

其中，还包括：

S301，亮度分析，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，测试投射区域内全部点的亮度并取均值，作为待测DLP光机的亮度测量值；

S302，亮度均匀性分析，指定边缘区域的全部像素点亮度均值衡量亮度均匀程度；

S303，对比度分析，控制待测DLP光机投射黑白相间的条状图至漫反射白板，计算黑条状图中心点亮度与白条状图中心点亮度的比值，获取对比度数据；

S304，杂光分析，控制待测DLP光机投射全黑图像至漫反射白板，其漫反射白板与投射区域之间区域为杂光测试区域，取该区域内的杂光亮度值与投射区域中心点的亮度值进行比较，获取杂光值；

S305，调焦清晰度分析，控制待测DLP光机投影至漫反射白板，彩色相机采集成像，成像后图像作为调焦清晰度对比图像，并获取调焦清晰度值。

S306，投射比γ，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，彩色相机采集成像，其待测DLP光机投射的图像在漫反射白板上成像幅面长度为p，待测DLP光机与漫反射白板之间的距离为Z，投射比γ为：

γ＝Z/(p·β)；

S307，TV畸变，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，确定畸变物理量Δh，其Δh正值为桶形畸变，Δh负值为枕形畸变，h为边缘至图像中心的高度值，计算公式为：

S309，暗点/亮点分析，检测暗点时，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，彩色相机采集成像，标识图像亮度低于阈值的像素点，若标识区域面积不为零，则存在暗点；检测亮点时，控制待测DLP光机投射灰色图像至漫反射白板，彩色相机采集成像，标识图像亮度高于阈值的像素点，若标识区域面积不为零，则存在亮点。

其中，S301，亮度分析，其计算方式为：

L＝(∑_i,jL_i,j/width/height)×Φ(i＝1,2,...height；j＝1,2,...width)，其中，width和height分别表示投射光区域的宽和高。

其中，S302，亮度均匀性分析，其计算方式为：

其中，L_mid为光区域中心位置的点亮度，Area_edge表示为边缘区域的所有像素点数量。

其中，还包括：

S308，暗角/暗边分析，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，彩色相机采集成像，在图像中检测边角区域的亮度信息，并与中心点的亮度信息进行对比，标识低于阈值的像素区域，若标识区域面积不为零，则为暗边/暗角存在。

借助于上述技术方案，如图2所示，通过搭建暗室环境基于漫反射白板和彩色相机，实现DLP光学特性测试分析，不仅提高了DPL光机的检测效率，而且降低了检测成本，另外极大提高当前测试手段的测试效率和测量准确度，显著提升DLP光机生产调试的合格率和效率，应用范围广。

另外，具体的，如图3所示，对于标定彩色相机采集的灰度值与场景真实亮度比来说；

彩色相机采集的亮度值受光圈大小、曝光时间和ISO(感光度)影响而不同。在仪器搭建之后，彩色相机光圈和ISO固定，主要通过调节曝光时间改变对场景光的感应。曝光时间是看需要而定的，对于弱光DLP，一般采用较长的曝光时间；对于强光DLP，则可采用较短的曝光时间。曝光时间的设置以彩色相机采集的DLP投射光亮度最高值不超过255为原则，以避免过曝光问题。不同曝光时间下，相机亮度值和真实标定流程如图3所示，通过获取不同曝光值下，彩色相机采集的灰度值与场景真实亮度之间的关系模型之后，在测量中可根据实际使用的曝光值，通过彩色相机采集的灰度值计算/检索对应的亮度值，从而使用彩色相机取代照度计。

具体的，如图4来说，标定彩色相机相对于漫反射白板位置的成像放大率来说，在漫反射白板平面内不同位置取若干条直线段，长度可精确测量；彩色相机采集图像，采用Harris等亚像素提取算法精确定位每个线段的2个端点，利用“线段长度/成像像素长度”得到彩色相机与漫反射白板之间的β。通过取多条线段的平均值提升β的计算准确度。完成标定(即得到β)之后，线段可擦除或去除。

另外，如图5所示，对比度分析中计算机控制DLP光机投射黑白相间的条状图，条状图数量可任意选择，不做限制。只需保证黑场和白场条状图数量相同，面积相等即可。计算黑场中心点亮度与白场中心点亮度的比值，从而得到对比度数据。

另外，如图6所示，杂光分析，控制待测DLP光机投射全黑图像至漫反射白板，其漫反射白板与投射区域之间区域为杂光测试区域，取该区域内的杂光亮度值与投射区域中心点的亮度值进行比较，获取杂光值。

另外，如图7所示，焦清晰度分析，控制待测DLP光机投影至漫反射白板，彩色相机采集成像，成像后图像作为调焦清晰度对比图像，并获取调焦清晰度值。清晰度采用Laplace、能量梯度或Brenner梯度法进行量化测试。

另外，如图8所示，彩色相机和漫反射白板的相对距离固定之后，相机图像平面每个像素点尺寸对应着白板上固定的尺寸,两者的对应关系(即相机的成像放大倍率β)可提前标定。实际中若彩色相机成像的全白图像成像区域并非标准的矩阵，则首先通过梯形校正将之校正回矩形后再进行计算。

如图9所示，TV畸变，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，确定畸变物理量Δh，其Δh正值为桶形畸变，Δh负值为枕形畸变，h为边缘至图像中心的高度值，计算公式为：

S309，暗点/亮点分析，检测暗点时，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，彩色相机采集成像，标识图像亮度低于阈值的像素点，若标识区域面积不为零，则存在暗点；检测亮点时，控制待测DLP光机投射灰色图像至漫反射白板，彩色相机采集成像，标识图像亮度高于阈值的像素点，若标识区域面积不为零，则存在亮点。

另外，如图10所示，暗角/暗边分析，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，彩色相机采集成像，在图像中检测边角区域的亮度信息，并与中心点的亮度信息进行对比，标识低于阈值的像素区域，若标识区域面积不为零，则为暗边/暗角存在。其比值可根据要求设置，如50％等。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，搭建了光学自动化测试系统，包括DLP光机、漫反射白板和彩色相机，提出了新的有效的测试系统标定方法，实现了相机采集的灰度值与场景真实亮度之间关系模型的标定、以及相机与投影白板平面之间成像放大率的准确标定，另外将待测试光机安装在暗室内，基于标定参数实现了DLP光机各项光学特性的全自动化测量，本发明通过搭建暗室环境基于漫反射白板和彩色相机，实现DLP光学特性测试分析，不仅提高了DPL光机的检测效率，而且降低了检测成本，另外极大提高当前测试手段的测试效率和测量准确度，显著提升DLP光机生产调试的合格率和效率，应用范围广。

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 (7)

1.一种DLP光学特性测试分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S201、标定彩色相机采集的亮度值和暗室真实亮度值，包括如下：

S2011、将DLP光机按照0-255的灰度等级投射全幅面光至暗室内的白板上，灰度等级步长Δg为5、10或20数值，得到总的投射图案数量N：N＝255/Δg+1张图像；

S2012、对于每一张投射图案k∈[1,N]，将照度计测量白板上的照度值，其中，

将白板区域分为大小均等的M块，每一个小块p内的照度采用小块内多点测量取平均值法确定为：

S2013、对于每一张投射图案k∈[1,N]，使用相机采集白板区域的成像，记为图像Ik，其中，

将成像图像分为大小均等的M块，每一个小块p内的成像亮度采用小块内多点测量取平均值法确定为：

S2014、对于每一个小块p，获得对应的真实照度值

和相机成像亮度值I_k(p)，k∈[1,N]，每小块p内相机采集的亮度值和暗室真实亮度之间的关系可表示两组向量：

A(p)＝{I₁(p),I₂(p),.....,I_N(p)}和

S2015、其B(p)＝β·A(p)+η(p)，β为非0的常数系数，η(p)为长度与A(p)保持一致的向量，根据A(p)和B(p)的值，确定β和η(p)，获取彩色相机采集的亮度值和暗室真实亮度。

2.根据权利要求1所述的DLP光学特性测试分析方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤S1，预先搭建暗室环境，其中包括待测DLP光机、漫反射白板和彩色相机；

步骤S2，待测DLP光机投影漫反射白板，彩色相机采集投影数据；

步骤S3，将获取的投影数据进行处理测试分析并获取结果。

3.根据权利要求2所述的DLP光学特性测试分析方法，其特征在于，步骤S2进一步还包括：

S202、标定彩色相机相对于漫反射白板位置的成像放大率。

4.根据权利要求2所述的DLP光学特性测试分析方法，其特征在于，进一步还包括：

S301，亮度分析，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，测试投射区域内全部点的亮度并取均值，作为待测DLP光机的亮度测量值；

S302，亮度均匀性分析，指定边缘区域的全部像素点亮度均值衡量亮度均匀程度；

S303，对比度分析，控制待测DLP光机投射黑白相间的条状图至漫反射白板，计算黑条状图中心点亮度与白条状图中心点亮度的比值，获取对比度数据；

S304，杂光分析，控制待测DLP光机投射全黑图像至漫反射白板，其漫反射白板与投射区域之间区域为杂光测试区域，取该区域内的杂光亮度值与投射区域中心点的亮度值进行比较，获取杂光值；

S305，调焦清晰度分析，控制待测DLP光机投影至漫反射白板，彩色相机采集成像，成像后图像作为调焦清晰度对比图像，并获取调焦清晰度值。

S306，投射比γ，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，彩色相机采集成像，其待测DLP光机投射的图像在漫反射白板上成像幅面长度为p，待测DLP光机与漫反射白板之间的距离为Z，投射比γ为：

γ＝Z/(p·β)；

S307，TV畸变，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，确定畸变物理量Δh，其Δh正值为桶形畸变，Δh负值为枕形畸变，h为边缘至图像中心的高度值，计算公式为：

S309，暗点/亮点分析，检测暗点时，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，彩色相机采集成像，标识图像亮度低于阈值的像素点，若标识区域面积不为零，则存在暗点；检测亮点时，控制待测DLP光机投射灰色图像至漫反射白板，彩色相机采集成像，标识图像亮度高于阈值的像素点，若标识区域面积不为零，则存在亮点。

5.根据权利要求4所述的DLP光学特性测试分析方法，其特征在于，S301，亮度分析，其计算方式为：

L＝(∑_i,jL_i,j/width/height)×Φ(i＝1,2,...height；j＝1,2,...width)，其中，width和height分别表示投射光区域的宽和高。

6.根据权利要求4所述的DLP光学特性测试分析方法，其特征在于，S302，亮度均匀性分析，其计算方式为：

其中，L_mid为光区域中心位置的点亮度，Area_edge表示为边缘区域的所有像素点数量。

7.根据权利要求1所述的DLP光学特性测试分析方法，其特征在于，进一步还包括：

S308，暗角/暗边分析，控制待测DLP光机投射全白图像至漫反射白板，彩色相机采集成像，在图像中检测边角区域的亮度信息，并与中心点的亮度信息进行对比，标识低于阈值的像素区域，若标识区域面积不为零，则为暗边/暗角存在。

Images