CN114441141B - 一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法及装置 - Google Patents

一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法及装置，其中装置包括激光投影仪、屏幕、光阑、光学镜头、光电传感器、基体、移动台；激光投影仪用于将激光投射于屏幕上；屏幕用于改变激光的光路；光阑用于调节光线的大小；光学镜头用于将光线聚焦在光电传感器上，使光线在光电传感器表面形成有散斑的图像；光电传感器用于接收光线，将形成的散斑图像转换为带有相应图像数据的电信号，计算散斑图像的对比度RS；移动台用于带动光电传感器沿光轴方向移动，进而调节光电传感器与光学镜头之间的距离，使屏幕前后一定距离S的平面上的虚拟图像光线通过光学镜头聚焦在光电传感器的光探测面上，使光电传感器与虚拟图像之间构成物像共轭关系。

Description

一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法及装置
技术领域
本发明涉及散斑测量技术领域，尤其涉及一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法及装置。
背景技术
随着显示技术的发展，激光显示凭借色域覆盖率高、高亮度、高对比度等诸多优势成为了最具前景的新一代显示技术，其主要优势主要来源于激光光源的采用。激光光源具有良好的相干性、单色性、色纯度高，但也存在着由于投影光学器件的表面与激光波长相配合往往显得粗糙，而激光经粗糙表面会产生干涉，进而在投影画面中出现“散斑”现象，散斑的存在不仅会严重影响照明光斑的均匀性和图像质量，而且还会引起视觉疲劳，因此为更好的消除散斑的所带来的不良影响，对于激光散斑的准确测量就显得尤为重要，而其中通过采集散斑对比度数据来对激光散斑程度进行评价，是验证散斑技术效果的重要环节。
但如今常用散斑对比度检测方式都是基于理想情况下，光线正好完全聚焦于屏幕或距离屏幕的一个点等情况下进行的，但实际生活中人眼在观看屏幕时往往为保证观看画面的完整性等原因，习惯性的拉远视野或拉近视野是常有的事，而这也就使得人眼聚焦的点往往不会正好的聚焦在屏幕上，而是聚焦于屏幕前后方一点，同时这种观看方式，就会造成人眼视网膜所接收的干扰散斑与理想状态下有所不同，使得干扰散斑相较于理想状态下有着一定程度的增强或减弱。由此也就使得所经检测后所生产出的产品，无法达到预期的效果。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法及装置。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种激光投影仪空间散斑对比度测量装置，包括激光投影仪1、屏幕2、光阑3、光学镜头4、光电传感器5、基体6、移动台7；所述光阑3、光学镜头4、光电传感器5沿光学镜头4的光轴依次设置；所述移动台7设置于光电传感器5下方；所述光阑3、光学镜头4、光电传感器5、移动台7均设置于基体6上；所述激光投影仪1，用于将激光投射于屏幕2上；所述屏幕2，用于改变激光的光路；所述光阑3孔径的直径范围为2mm～8mm，用于调节激光相对应的光线的大小；所述光学镜头4，用于将通过光阑3的光线聚焦在光电传感器5上，并使光线在光电传感器5表面形成有散斑的图像；所述光电传感器5，用于接收光线，将形成的散斑图像转换为带有相应图像数据的电信号，并计算散斑图像的对比度RS；所述移动台7，用于带动光电传感器5沿光轴方向移动，进而调节光电传感器5与光学镜头4之间的距离，使屏幕2前后一定距离S的平面上的虚拟图像光线通过光学镜头4聚焦在光电传感器5的光探测面上，以使光电传感器5与虚拟图像之间构成物像共轭关系，实现对空间散斑对比度的测量。
进一步的，所述基体6底部设有旋转台9，所述旋转台9的转轴与光阑3中心重叠，以使旋转台9带动基体6转动。本发明通过对旋转台9进行水平、垂直的旋转，调整光电传感器5的接收方向，并使得其所接收到散斑的所在平面与屏幕2形成一个夹角，从而使检测结果更加贴合人眼感知，并可模拟在观察同一图像时，人眼从不同方向所观察到的散斑对比度的差异，从而使检测数据更加贴合人眼在各种情况下的实际感知；
同时，旋转台9便于带动光电传感器5对屏幕2所在空间进行视场扫描，事先确认检测环境，方便提前校准，以保证检测精度。
本发明还通过移动台调节光电传感器的位置，进而改变S所代表的数值，使距离屏幕不同距离S的平面上的光线通过光学镜头聚焦在光电探测器的光电探测面上，从而实现对屏幕前后不同位置图像的进行采集测量。
进一步的，所述光电传感器5为二维图像探测器，二维图像探测器的像素间距与光学镜头4的焦距之比小于1/3438。本发明通过限制二维图像探测器的像素间距与光学镜头的焦距之比，从而保证二维图像探测器可模拟人眼对散斑图像的实际感知。
相应的，还提供一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法，包括：
S1.获取光电传感器在预设位置时光电传感器表面形成的散斑图像，得到屏幕前后一定距离S1的平面以及当前平面与光阑之间的距离D1；
S2.通过旋转台和/或移动台对光电传感器的方向、位置进行移动，获取光电传感器在移动后的位置时光电传感器表面形成的散斑图像，得到屏幕前后一定距离SN的平面以及当前平面与光阑之间的距离DN，N＝1,2,3,…,N；
S3.根据得到的SN、DN，光电传感器采集到多组散斑图像数据，并在多组图像数据中筛选出其中的最高像素亮度；
S4.以平面角为1/3438的锥形立体角进行数据平均滤波，并根据最高像素亮度计算散斑对比度RS，得到多个散斑对比度RS的数值；
S5.在得到的多个散斑对比度RS的数值中筛选出最大值的散斑对比度RS，则为最终的散斑对比度RS。
进一步的，所述步骤S4中计算散斑对比度RS，表示为：
RS＝Lmax/LAV
其中，Lmax表示最高像素亮度；LAV表示各个像素亮度的平均值。
进一步的，所述平面角1/3438的计算方式为：
1/3438＝1/60*π/180
其中，1/60表示人眼所分辨的最小的散斑点。
进一步的，所述步骤S2中SN的取值范围为-0.1DN～+0.1DN。
在传统的散斑对比度测量中往往都是构建散斑图像聚焦于屏幕表面上的理想情况后，再由光电传感器对其进行测量确定散斑对比度；但在实际情况是，只有当人眼视线垂直于屏幕上时，所观察到的图像才会聚焦于屏幕表面，图像所在的平面与屏幕平行，而在观察其他方向的图像时，所观察到的图像所在的平面与屏幕之间其实是存在着一定夹角的，此时的散斑图像实际上位于屏幕前后一定距离。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明相较于传统的散斑测量技术，增添了对空间散斑的测量方法，从而在保证原有功能的前提下，光电传感器所采集到的数据可以更加贴合人眼的视觉感知，从而保证检测结果的准确性；
2、本发明所采用的方法为多次采集屏幕前后不同距离的图像数据(包含距离为0，即散斑图像正好位于屏幕上的情况)，再从中取出最大值，从而确定亮度值，通过扩大采样量从而避免检测结果的偶然性，以保证检测效果的精确度；
3、本发明为了配合镜头需要人眼所分辨的最小的散斑点换算为弧度，通过限制二维图像探测器的像素间距与光学镜头的焦距之比，从而保证二维图像探测器可模拟人眼对散斑图像的实际感知。
附图说明
图1是实施例一提供的一种激光投影仪空间散斑对比度测量装置结构图；
图2是实施例二提供的一种激光投影仪空间散斑对比度测量装置结构图；
图3是实施例二提供的基体设置于旋转台上的示意图；
图4是实施例三提供的一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法流程图。
其中，1.激光投影仪；2.屏幕；3.光阑；4.光学镜头；5.光电传感器；6.基体；7.移动台；8.补偿器；9.旋转台；10.平面。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法及装置。
实施例一
本实施例提供一种激光投影仪空间散斑对比度测量装置，如图1所示，包括激光投影仪1、屏幕2、光阑3、光学镜头4、光电传感器5、基体6、移动台7、补偿器8。
光阑3、补偿器8、光学镜头4、光电传感器5沿着光学镜头4的光轴依次设置；屏幕2设置于光阑3的前方；移动台7设置于光电传感器5的下方，且与光电传感器5底部连接；光阑3、补偿器8、光学镜头4均固定设置于基体6上，移动台7与基体6滑动连接，以使移动台7在基体6上滑动，进而带动光电传感器5在光轴方向移动。
光阑3孔径的直径范围为2mm～8mm；补偿器8为一种光学滤光片，补偿器8由四个滤光片组成的，四个滤光片分别于人眼的三刺激值函数相匹配。
激光投影仪1，用于将激光投射于屏幕2上；
屏幕2，用于改变激光的光路；
光阑3，用于调节激光相对应的光线的大小；
光学镜头4，用于将通过光阑3的光线聚焦在光电传感器5上，并使带有部分相干性的光线在光电传感器5表面形成有散斑的图像；
光电传感器5，用于接收相干性的光线，将形成的散斑图像转换为带有相应图像数据的电信号，并计算散斑图像的对比度RS；
移动台7，用于带动光电传感器5沿光轴方向移动，进而调节光电传感器5与光学镜头4之间的距离，使屏幕2前后一定距离S的平面上的虚拟图像光线通过光学镜头4聚焦在光电传感器5的光探测面上，以使光电传感器5与虚拟图像之间构成物像共轭关系，实现对空间散斑对比度的测量。
本实施例通过基体6将光阑3、补偿器8、光学镜头4、移动台7、光电传感器5一体化，从而以便于更好的进行操作。
本实施例的补偿器8光谱透射比与光电传感器5、光学镜头4组合后，组合所得光谱投射比与眼的光谱光视效率函数一致。
实施例二
本实施例提供的一种激光投影仪空间散斑对比度测量装置与实施例一的不同之处在于：
如图2-3所示，本实施例的基体6为一个中空箱体，光阑3、补偿器8、光学镜头4固定设置于基体6的内部；移动台7滑动设置于基体6内部。
基体6与光学镜头4的光轴方向设置有通光口，基体6底部还设有旋转台9，旋转台9的转动中心与光阑3中心相重叠，以使旋转台9带动基体6进行转动，进而使光电传感器5接收的散斑图像所在平面10与屏幕2形成一个夹角，从而实现对屏幕2前后不同方位的光场进行扫描；同时移动台7可从外部进行操作调节光电传感器5与光学镜头4之间的距离，从而实现对屏幕2前后的聚焦及测量，从而进一步提高设备的可调整性，以便于适用于各类环境。
本实施例的旋转台9为V—H旋转台，其旋转中心与光阑3光轴中心重叠，适于带动基体6模拟人眼瞳孔的运动方式，使其更为贴近人眼的运动规律从而实现对所检测的数据与人眼实际感知情况相同。
实施例三
本实施例提供一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法，测量方法基于实施例一、二的一种激光投影仪空间散斑对比度测量装置。
如图4所示，测量方法包括：
S1.获取光电传感器在预设位置时光电传感器表面形成的散斑图像，得到屏幕前后一定距离S1的平面以及当前平面与光阑之间的距离D1；
S2.通过旋转台和/或移动台对光电传感器的方向、位置进行移动，获取光电传感器在移动后的位置时光电传感器表面形成的散斑图像，得到屏幕前后一定距离SN的平面以及当前平面与光阑之间的距离DN，N＝1,2,3,…,N；
S3.根据得到的SN、DN，光电传感器采集到多组散斑图像数据，并在多组图像数据中筛选出其中的最高像素亮度；
S4.以平面角为1/3438的锥形立体角进行数据平均滤波，并根据最高像素亮度计算散斑对比度RS，得到多个散斑对比度RS的数值；
S5.在得到的多个散斑对比度RS的数值中筛选出最大值的散斑对比度RS，则为最终的散斑对比度RS。
光电传感器5为二维图像探测器(如CCD相机光电探测器)，二维图像探测器的像素间距与光学镜头4的焦距之比小于1/3438。其中1/3438的数值的计算方式为：
1/3438＝1/60*π/180
其中，1/60表示人眼所分辨的最小的散斑点。
本实施例为了配合光学镜头4，需要将1/60换算为弧度，即通过公式乘以π/180，进而得出1/3438这一数值；以1/3438这一数值为界限，通过限制二维图像探测器的像素间距与光学镜头4的焦距之比，从而保证二维图像探测器可模拟人眼对散斑图像的实际感知。
为保证测量的精确性，本实施例还可将二维图像探测器的像素间距与光学镜头4的焦距之比应小于1/6878。
在步骤S1中，获取光电传感器5在预设位置时光电传感器5表面形成的散斑图像，得到屏幕前后一定距离S1的平面10以及当前平面10与光阑3之间的距离D1。
首先将光电传感器5置于初始位置，激光投影仪1将激光投射于屏幕2上，屏幕2改变激光的光路，并通过光阑3、补偿器8、光学镜头4后在光电传感器5表面形成有散斑的图像。
在屏幕2表面前后一定空间上形成虚拟像面的散斑，二维图像探测器接收到的散斑点光线可能来自于屏幕2上同一点(聚焦于屏幕2表面上)或者相邻不同点(聚焦于屏幕2表面前后虚拟面上)的光线；此时会存在如图1或图2中屏幕2近光电传感器5方向的距离为S的平面10，平面10与光阑3之间的距离为D。
在本实施例中，S取值范围为-0.1D至+0.1D，以近光阑3方向的距离为正。
在步骤S2中，通过旋转台9和/或移动台7对光电传感器5的方向、位置进行移动，获取光电传感器5在移动后的位置时光电传感器5表面形成的散斑图像，得到屏幕2前后一定距离SN的平面10以及当前平面10与光阑3之间的距离DN，N＝1,2,3,…,N。
用户对旋转台9进行旋转操作，以模拟人眼瞳孔的运动方式；用户也可以操作移动台7进而调节光电传感器5与光学镜头4之间的距离，以模拟人眼的视野拉远或拉近，从而实现对屏幕2前后的聚焦。
通过移动移动台7，改变S所代表的数值，使距离屏幕2不同距离S的平面10上的图像通过光学镜头4聚焦在光电传感器5的光电探测面上。
通过水平、垂直调节旋转台9，光电传感器5表面形成散斑图像，可对屏幕2上不同区域的空间散斑进行测量。
在移动台7带动光电传感器5移动到某一位置时，在当前位置旋转旋转台9，进而模拟人眼不同方向的转动，以使光电传感器5接收到多个不同方向的散斑图像，则可以得到不同方向所观察到的散斑对比度的差异，从而使检测数据更加贴合人眼在各种情况下的实际感知。
在步骤S3中，根据得到的SN、DN，光电传感器5采集到多组散斑图像数据，并在多组图像数据中筛选出其中的最高像素亮度。
根据得到的多个S和D的值，即可得知光电传感器5获得多个散斑图像相对应的像素亮度，然后从得到的多个像素亮度中筛选出像素亮度最高的像素亮度。
在步骤S4中，以平面角为1/3438的锥形立体角进行数据平均滤波，并根据最高像素亮度计算散斑对比度RS，得到多个散斑对比度RS的数值。
计算散斑对比度RS，表示为：
RS＝Lmax/LAV
其中，Lmax表示最高像素亮度；LAV表示各个像素亮度的平均值。
在步骤S5中，在得到的多个散斑对比度RS的数值中筛选出最大值的散斑对比度RS，则为最终的散斑对比度RS。
光电传感器5可以测得多组散斑对比度RS，其中每组散斑对比度RS所代表的数值S互不相同；在光电传感器5所测得多组散斑对比度RS，取其中RS最大值为最终的散斑对比度。
本实施例的光电传感器5对应于前方虚拟像面的区域为2度视场角，测量该2度视场角上的空间散斑亮度。屏幕2上不同区域的前后空间的散斑，通过旋转台9转动来实现，因此，除屏幕2上测量光轴的垂足区域外，其它角度方向的测量虚拟像面与显示屏幕成一个夹角。
与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：
1、相较于传统的散斑测量技术，增添了对空间散斑的测量方法，从而在保证原有功能的前提下，光电传感器所采集到的数据可以更加贴合人眼的视觉感知，从而保证检测结果的准确性；
2、所采用的方法为多次采集屏幕前后不同距离的图像数据(包含距离为0，即散斑图像正好位于屏幕上的情况)，再从中取出最大值，从而确定亮度值，通过扩大采样量从而避免检测结果的偶然性，以保证检测效果的精确度；
3、为了配合镜头需要人眼所分辨的最小的散斑点换算为弧度，通过限制二维图像探测器的像素间距与光学镜头的焦距之比，从而保证二维图像探测器可模拟人眼对散斑图像的实际感知。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法，其特征在于，采用 激光投影仪空间散斑对比度测量装置，测量装置包括激光投影仪（1）、屏幕（2）、光阑（3）、光学镜头（4）、光电传感器（5）、基体（6）、移动台（7）；所述光阑（3）、光学镜头（4）、光电传感器（5）沿光学镜头（4）的光轴依次设置；所述移动台（7）设置于光电传感器（5）下方；所述光阑（3）、光学镜头（4）、光电传感器（5）、移动台（7）均设置于基体（6）上；
所述激光投影仪（1），用于将激光投射于屏幕（2）上；
所述屏幕（2），用于改变激光的光路；
所述光阑（3），用于调节激光相对应的光线的大小；
所述光学镜头（4），用于将通过光阑（3）的光线聚焦在光电传感器（5）上，并使光线在光电传感器（5）表面形成有散斑的图像；
所述光电传感器（5），用于接收光线，将形成的散斑图像转换为带有相应图像数据的电信号，并计算散斑图像的对比度RS；
所述移动台（7），用于带动光电传感器（5）沿光轴方向移动，进而调节光电传感器（5）与光学镜头（4）之间的距离，使屏幕（2）前后一定距离S的平面（10）上的虚拟图像光线通过光学镜头（4）聚焦在光电传感器（5）的光探测面上，以使光电传感器（5）与虚拟图像之间构成物像共轭关系，实现对空间散斑对比度的测量；
测量方法包括：
S1.获取光电传感器在预设位置时光电传感器表面形成的散斑图像，得到屏幕前后一定距离S1的平面以及当前平面与光阑之间的距离D1；
S2.通过旋转台和/或移动台对光电传感器的方向、位置进行移动，获取光电传感器在移动后的位置时光电传感器表面形成的散斑图像，得到屏幕前后一定距离SN的平面以及当前平面与光阑之间的距离DN，N=1,2,3,…,N；
S3.根据得到的SN、DN，光电传感器采集到多组散斑图像数据，并在多组图像数据中筛选出其中的最高像素亮度；
S4.以平面角为1/3438的锥形立体角进行数据平均滤波，并根据最高像素亮度计算散斑对比度RS，得到多个散斑对比度RS的数值；
S5.在得到的多个散斑对比度RS的数值中筛选出最大值的散斑对比度RS，则为最终的散斑对比度RS。
2.根据权利要求1所述的一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法，其特征在于，所述基体（6）底部设有旋转台（9），所述旋转台（9）的转轴与光阑（3）中心重叠，以使旋转台（9）带动基体（6）转动，进而使光电传感器（5）接收的散斑图像所在平面（10）与屏幕（2）形成一个夹角，贴合人眼的视觉感知。
3.根据权利要求1所述的一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法，其特征在于，所述光电传感器（5）为二维图像探测器，二维图像探测器的像素间距与光学镜头（4）的焦距之比小于1/3438。
4.根据权利要求1所述的一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法，其特征在于，所述光阑（3）孔径的直径范围为2mm~8mm。
5.根据权利要求4所述的一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法，其特征在于，所述步骤S4中计算散斑对比度RS，表示为：
RS=Lmax/LAV
其中，Lmax表示最高像素亮度；LAV表示各个像素亮度的平均值。
6.根据权利要求5所述的一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法，其特征在于，所述平面角1/3438的计算方式为：
1/3438=1/60*π/180
其中，1/60表示人眼所分辨的最小的散斑点。
7.根据权利要求5所述的一种激光投影仪空间散斑对比度测量方法，其特征在于，所述步骤S2中SN的取值范围为-0.1DN~+0.1DN。
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