CN112346258B - 基于方波拟合的光栅可视区定标方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种基于方波拟合的光栅可视区定标方法及系统，所述系统包括初始值设置模块、光栅可视区抓取模块、最优值获取模块、方波函数拟合模块、位置参数规范化模块及可视区位置获取模块。本发明提出的基于方波拟合的光栅可视区定标方法及系统，可准确计算摄像头获取的世界坐标系位置与光栅参数映射关系。本发明可以保证光栅可视区位置定标的准确性，满足裸眼3D显示器的要求。

Description

基于方波拟合的光栅可视区定标方法及系统

技术领域

本发明属于裸眼3D显示技术领域，涉及一种光栅可视区定标方法，尤其涉及一种基于方波拟合的光栅可视区定标方法及系统。

背景技术

随着裸眼3D与深度学习技术的发展与进步，将基于深度学习的人眼检测与裸眼3D显示技术结合的显示器成为裸眼3D产品应用的主流方向，并日趋成熟。人眼检测的裸眼3D显示器可以实现更高分辨率的观看体验，同时可以根据人眼位置改变光栅的观看参数，使观看者在任何位置都可以观看到最佳的效果。

根据检测的人眼位置计算光栅参数需要将摄像头获取的世界坐标系位置与光栅参数对应的定标数据，所以如何准确的实现人眼位置与光栅参数映射关系的方法成为裸眼3D技术研究方向之一。

有鉴于此，设计一种基于方波拟合的光栅可视区定标方法，满足准确计算摄像头获取的世界坐标系位置与光栅参数映射关系的要求。

发明内容

本发明提供一种基于方波拟合的光栅可视区定标方法及系统，可准确计算摄像头获取的世界坐标系位置与光栅参数映射关系。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：

一种基于方波拟合的光栅可视区定标方法，所述定标方法包括：

步骤S1.固定贴有光栅的机器与白板，并使其保持平行；

步骤S2.根据深度设置光栅参数k的初始值，通过机器上装的摄像装置抓取白板上形成的不同颜色交汇的光栅可视区；其中，k值表示光栅柱镜单元对应的子像素个数；

步骤S3.对初始k值上下设定范围内进行遍历，对抓取的设定颜色的图像作对应颜色通道的直方图统计，根据颜色直方图的特征分布，以及先验k值与深度关系找出当前深度下的最优k值；

步骤S4.在最优k值的对应颜色图像中，通过所选行的对应颜色数据对方波函数做拟合，确定方波函数中对应颜色波峰的宽度，以及方波上升位置；

步骤S5.将定位的光栅可视区位置参数规范化到基准点为中心，使定标的可视区位置间的插值计算更准确；

步骤S6.根据拟合出的对应颜色波峰宽度，计算基准点两边的可视区位置，并输出当前深度的可视区位置。

作为本发明的一种实施方式，所述基准点表示摄像头光轴与白板交点在可视区平面的投影位置。

作为本发明的一种实施方式，所述定标方法进一步包括：

步骤S7.判断是否存在下一个深度需要定标，如果存在，移动白板到对应深度，重复步骤S2，否则结束定标。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤S2中，选择红绿颜色作为定标的颜色；

步骤S3中，对初始k值上下设定范围内进行遍历，对抓取的红绿图像做R与G颜色通道的直方图统计，根据颜色直方图的特征分布，以及先验k值与深度关系找出当前深度下的最优k值；

步骤S4中，在最优k值的红绿图像中，通过所选行的红绿数据对方波函数做拟合，确定方波函数中红绿波峰的宽度，以及方波上升位置；

步骤S6中，根据拟合出的红绿波峰宽度，计算基准点两边的可视区位置，并输出当前深度的可视区位置。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤S3中，根据k值与深度值之间的关系，对当前深度实际最优k值的统计函数做惩罚；其中k值与深度d值满足反比例关系，公式如下：

式中a，b为常量系数，d为白板到光栅的深度；做惩罚项前，需要先找出不做惩罚下多个深度的最优k值，然后拟合a，b值；

所述步骤S3中，通过对多行数据做R与G通道的颜色直方图统计，找出红绿图符合阶梯分布，并且对R与G通道波峰像素个数做惩罚，找出最多像素个数的k值作为最优k值；其中，最优k值判断公式如下：

式中，R_num和G_num分别表示R通道与G通道的满足阈值的统计值；k_i表示在当前深度下遍历的第i个k值。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤S4中，所选行红绿图数据做方波函数拟合，使用最小均方误差找出方波最优的红绿波峰宽度与起始位置；其中，方波函数的公式如下：

计算像素一阶微分，当像素值的一阶微分满足阈值时，设置当前像素的前后一定范围作为方波起始的候选位置，通过L2范式求解最小误差值时的起始位置，RG的宽度；公式如下：

其中，P_i表示方波函数真值，P_i'表示当前图像获取的实际值。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤S5中，基准点选取摄像头零点；

考虑将定标的可视区组成可插值的整体，将每个深度的可视区位置统一到以相机零点为中心；

通过相机的内参矩阵中的参数获取图像实际的零点位置，遍历当前确定的可视区位置，找出与零点最近的可视区位置；求出当前可视区位置与零点x方向的像素偏移值，根据像素偏移与光栅水平偏移值的线性关系，转换到对应的光栅偏移参数pos0；其中，pos0表示光栅可视区子像素偏移值对应的视点个数。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤S6中，根据计算偏移之后的可视区中心位置与红绿图宽度，向两边推算可视区，作当前深度下的可视区位置参数；之后将检测出的人眼在扇形可视区中的位置通过双线性插值的方法求出对应的k值与pos0值。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤S7中，对机器的定标范围做判断，如果需要定标下一个深度数据，则将改变d值，重新定标该深度的可视区位置。

根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：一种基于方波拟合的光栅可视区定标系统，所述系统包括：

初始值设置模块，用以根据深度设置光栅参数k的初始值，其中，k值表示光栅柱镜单元对应的子像素个数；

光栅可视区抓取模块，用以抓取白板上形成的不同颜色交汇的光栅可视区；

最优值获取模块，用以对初始k值上下设定范围内进行遍历，对抓取的设定颜色的图像做对应颜色通道的直方图统计，根据颜色直方图的特征分布，以及先验k值与深度关系找出当前深度下的最优k值；

方波函数拟合模块，用以在最优k值的对应颜色图像中，通过所选行的对应颜色数据对方波函数做拟合，确定方波函数中对应颜色波峰的宽度，以及方波上升位置；

位置参数规范化模块，用以将定位的光栅可视区位置参数规范化到基准点为中心，使定标的可视区位置间的插值计算更准确；

可视区位置获取模块，用以根据拟合出的对应颜色波峰宽度，计算基准点两边的可视区位置，并输出当前深度的可视区位置。

本发明的有益效果在于：本发明提出的基于方波拟合的光栅可视区定标方法及系统，可准确计算摄像头获取的世界坐标系位置与光栅参数映射关系。本发明可以保证光栅可视区位置定标的准确性，满足裸眼3D显示器的要求。

附图说明

图1为本发明一实施例中光栅可视区定标方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。

说明书中各个实施例中的步骤的表述只是为了方便说明，本申请的实现方式不受步骤实现的顺序限制。说明书中的“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。

本发明揭示了一种基于方波拟合的光栅可视区定标方法，图1为本发明一实施例中光栅可视区定标方法的流程图；请参阅图1，所述定标方法包括：

【步骤S1】固定贴有光栅的机器与白板，并使其保持平行；

【步骤S2】根据深度设置光栅参数k的初始值，通过机器上装的摄像装置抓取白板上形成的不同颜色交汇的光栅可视区；其中，k值表示光栅柱镜单元对应的子像素个数；

在本发明的一实施例中，所述步骤S2中，选择红绿颜色作为定标的颜色；

【步骤S3】对初始k值上下设定范围内进行遍历，对抓取的设定颜色的图像作对应颜色通道的直方图统计，根据颜色直方图的特征分布，以及先验k值与深度关系找出当前深度下的最优k值。在一实施例中，对抓取的红绿图像做R与G颜色通道的直方图统计，根据颜色直方图的特征分布，以及先验k值与深度关系找出当前深度下的最优k值。

在本发明的一实施例中，所述步骤S3中，根据k值与深度值之间的关系，对当前深度实际最优k值的统计函数做惩罚；其中k值与深度d值满足反比例关系，公式如下：

式中a，b为常量系数，d为白板到光栅的深度；做惩罚项前，需要先找出不做惩罚下多个深度的最优k值，然后拟合a，b值。

所述步骤S3中，通过对多行数据做R与G通道的颜色直方图统计，找出红绿图符合阶梯分布，并且对R与G通道波峰像素个数做惩罚，找出最多像素个数的k值作为最优k值；其中，最优k值判断公式如下：

式中，R_num和G_num分别表示R通道与G通道的满足阈值的统计值；k_i表示在当前深度下遍历的第i个k值。

【步骤S4】在最优k值的对应颜色图像中，通过所选行的对应颜色数据(如红绿数据)对方波函数做拟合，确定方波函数中对应颜色波峰(如红绿波峰)的宽度，以及方波上升位置；

在本发明的一实施例中，所述步骤S4中，所选行红绿图数据做方波函数拟合，使用最小均方误差找出方波最优的红绿波峰宽度与起始位置；其中，方波函数的公式如下：

计算像素一阶微分，当像素值的一阶微分满足阈值时，设置当前像素的前后一定范围作为方波起始的候选位置，通过L2范式求解最小误差值时的起始位置，RG的宽度；公式如下：

其中，P_i表示方波函数真值，P_i'表示当前图像获取的实际值。

【步骤S5】将定位的光栅可视区位置参数规范化到基准点为中心，使定标的可视区位置间的插值计算更准确。在一实施例中，所述基准点表示摄像头光轴与白板交点在可视区平面的投影位置。

在本发明的一实施例中，所述步骤S5中，基准点选取摄像头零点；

考虑将定标的可视区组成可插值的整体，将每个深度的可视区位置统一到以相机零点为中心；

通过相机的内参矩阵中的参数获取图像实际的零点位置，遍历当前确定的可视区位置，找出与零点最近的可视区位置；求出当前可视区位置与零点x方向的像素偏移值，根据像素偏移与光栅水平偏移值的线性关系，转换到对应的光栅偏移参数pos0；其中，pos0表示光栅可视区子像素偏移值对应的视点个数。

【步骤S6】根据拟合出的对应颜色波峰宽度(如红绿波峰宽度)，计算基准点两边的可视区位置，并输出当前深度的可视区位置。

在本发明的一实施例中，所述步骤S6中，根据计算偏移之后的可视区中心位置与红绿图宽度，向两边推算可视区，作当前深度下的可视区位置参数；之后将检测出的人眼在扇形可视区中的位置通过双线性插值的方法求出对应的k值与pos0值。

在本发明的一实施例中，所述定标方法进一步包括：

【步骤S7】判断是否存在下一个深度需要定标，如果存在，移动白板到对应深度，重复步骤S2，否则结束定标。

在本发明的一实施例中，所述步骤S7中，对机器的定标范围做判断，如果需要定标下一个深度数据，则将改变d值，重新定标该深度的可视区位置。

本发明还揭示一种基于方波拟合的光栅可视区定标系统，所述系统包括：初始值设置模块、光栅可视区抓取模块、最优值获取模块、方波函数拟合模块、位置参数规范化模块及可视区位置获取模块。

初始值设置模块用以根据深度设置光栅参数k的初始值，其中，k值表示光栅柱镜单元对应的子像素个数；

光栅可视区抓取模块用以抓取白板上形成的不同颜色交汇的光栅可视区；

最优值获取模块用以对初始k值上下设定范围内进行遍历，对抓取的设定颜色的图像做对应颜色通道的直方图统计，根据颜色直方图的特征分布，以及先验k值与深度关系找出当前深度下的最优k值；

方波函数拟合模块用以在最优k值的对应颜色图像中，通过所选行的对应颜色数据对方波函数做拟合，确定方波函数中对应颜色波峰的宽度，以及方波上升位置；

位置参数规范化模块用以将定位的光栅可视区位置参数规范化到基准点为中心，使定标的可视区位置间的插值计算更准确；

可视区位置获取模块用以根据拟合出的对应颜色波峰宽度，计算基准点两边的可视区位置，并输出当前深度的可视区位置。

综上所述，本发明提出的基于方波拟合的光栅可视区定标方法及系统，可准确计算摄像头获取的世界坐标系位置与光栅参数映射关系。本发明可以保证光栅可视区位置定标的准确性，满足裸眼3D显示器的要求。

需要注意的是，本申请可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施；例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一些实施例中，本申请的软件程序可以通过处理器执行以实现上文步骤或功能。同样地，本申请的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中；例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本申请的一些步骤或功能可采用硬件来实现；例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (6)

1.一种基于方波拟合的光栅可视区定标方法，其特征在于，所述定标方法包括：

步骤S1.固定贴有光栅的机器与白板，并使其保持平行；

步骤S2.根据深度设置光栅参数k的初始值，通过机器上装的摄像装置抓取白板上形成的不同颜色交汇的光栅可视区；其中，k值表示光栅柱镜单元对应的子像素个数；选择红绿颜色作为定标的颜色；

步骤S3.对初始k值上下设定范围内进行遍历，对抓取的红绿图像做R与G颜色通道的直方图统计，根据颜色直方图的特征分布，以及先验k值与深度关系找出当前深度下的最优k值；

根据k值与深度值之间的关系，对当前深度实际最优k值的统计函数做惩罚；其中k值与深度d值满足反比例关系，公式如下：

式中，a，b为常量系数，d为白板到光栅的深度；做惩罚项前，需要先找出不做惩罚下多个深度的最优k值，然后拟合a，b值；

通过对多行数据做R与G通道的颜色直方图统计，找出红绿图符合阶梯分布，并且对R与G通道波峰像素个数做惩罚，找出最多像素个数的k值作为最优k值；其中，最优k值判断公式如下：

式中，R_num和G_num分别表示R通道与G通道的满足阈值的统计值；k_i表示在当前深度下遍历的第i个k值；

步骤S4.在最优k值的红绿图像中，通过所选行的红绿数据对方波函数做拟合，确定方波函数中红绿波峰的宽度，以及方波上升位置；

所选行红绿图数据做方波函数拟合，使用最小均方误差找出方波最优的红绿波峰宽度与起始位置；其中，方波函数的公式如下：

计算像素一阶微分，当像素值的一阶微分满足阈值时，设置当前像素的前后一定范围作为方波起始的候选位置，通过L2范式求解最小误差值时的起始位置，RG的宽度；公式如下：

其中，P_i表示方波函数真值，P_i'表示当前图像获取的实际值；

步骤S5.将定位的光栅可视区位置参数规范化到基准点为中心，使定标的可视区位置间的插值计算更准确；

步骤S6.根据拟合出的红绿波峰宽度，计算基准点两边的可视区位置，并输出当前深度的可视区位置；

根据计算偏移之后的可视区中心位置与红绿图宽度，向两边推算可视区，作当前深度下的可视区位置参数；之后将检测出的人眼在扇形可视区中的位置通过双线性插值的方法求出对应的k值与pos0值。

2.根据权利要求1所述的基于方波拟合的光栅可视区定标方法，其特征在于：

所述基准点表示摄像头光轴与白板交点在可视区平面的投影位置。

3.根据权利要求1所述的基于方波拟合的光栅可视区定标方法，其特征在于：

所述定标方法进一步包括：

步骤S7.判断是否存在下一个深度需要定标，如果存在，移动白板到对应深度，重复步骤S2，否则结束定标。

4.根据权利要求1所述的基于方波拟合的光栅可视区定标方法，其特征在于：

所述步骤S5中，基准点选取摄像头零点；

考虑将定标的可视区组成可插值的整体，将每个深度的可视区位置统一到以相机零点为中心；

通过相机的内参矩阵中的参数获取图像实际的零点位置，遍历当前确定的可视区位置，找出与零点最近的可视区位置；求出当前可视区位置与零点x方向的像素偏移值，根据像素偏移与光栅水平偏移值的线性关系，转换到对应的光栅偏移参数pos0；其中，pos0表示光栅可视区子像素偏移值对应的视点个数。

5.根据权利要求3所述的基于方波拟合的光栅可视区定标方法，其特征在于：

所述步骤S7中，对机器的定标范围做判断，如果需要定标下一个深度数据，则将改变d值，重新定标该深度的可视区位置。

6.一种基于方波拟合的光栅可视区定标系统，其特征在于，所述系统包括：

初始值设置模块，用以根据深度设置光栅参数k的初始值，其中，k值表示光栅柱镜单元对应的子像素个数；

光栅可视区抓取模块，用以抓取白板上形成的不同颜色交汇的光栅可视区；

最优值获取模块，用以对初始k值上下设定范围内进行遍历，对抓取的设定颜色的图像做对应颜色通道的直方图统计，根据颜色直方图的特征分布，以及先验k值与深度关系找出当前深度下的最优k值；

方波函数拟合模块，用以在最优k值的对应颜色图像中，通过所选行的对应颜色数据对方波函数做拟合，确定方波函数中对应颜色波峰的宽度，以及方波上升位置；

位置参数规范化模块，用以将定位的光栅可视区位置参数规范化到基准点为中心，使定标的可视区位置间的插值计算更准确；

可视区位置获取模块，用以根据拟合出的对应颜色波峰宽度，计算基准点两边的可视区位置，并输出当前深度的可视区位置；

所述最优值获取模块用以根据k值与深度值之间的关系，对当前深度实际最优k值的统计函数做惩罚；其中k值与深度d值满足反比例关系，公式如下：

式中，a，b为常量系数，d为白板到光栅的深度；做惩罚项前，需要先找出不做惩罚下多个深度的最优k值，然后拟合a，b值；

通过对多行数据做R与G通道的颜色直方图统计，找出红绿图符合阶梯分布，并且对R与G通道波峰像素个数做惩罚，找出最多像素个数的k值作为最优k值；其中，最优k值判断公式如下：

式中，R_num和G_num分别表示R通道与G通道的满足阈值的统计值；k_i表示在当前深度下遍历的第i个k值；

所述方波函数拟合模块用以将所选行红绿图数据做方波函数拟合，使用最小均方误差找出方波最优的红绿波峰宽度与起始位置；其中，方波函数的公式如下：

计算像素一阶微分，当像素值的一阶微分满足阈值时，设置当前像素的前后一定范围作为方波起始的候选位置，通过L2范式求解最小误差值时的起始位置，RG的宽度；公式如下：

其中，P_i表示方波函数真值，P_i'表示当前图像获取的实际值；

所述可视区位置获取模块用以根据计算偏移之后的可视区中心位置与红绿图宽度，向两边推算可视区，作当前深度下的可视区位置参数；之后将检测出的人眼在扇形可视区中的位置通过双线性插值的方法求出对应的k值与pos0值。

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