CN117629246A - 一种成像式视角测量仪的校准系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种成像式视角测量仪的校准系统及方法，属于光源照明领域及显示检测领域，系统包括均匀面光源、坷垃照明系统、光谱仪和成像式视角测量仪，均匀面光源经过坷垃照明系统获取第一区域，第一区域具有视场均匀的平行光；光谱仪在零度视场角下通过坷垃照明系统获取均匀面光源的第一三刺激值；成像式视角测量仪在第一区域内获取均匀面光源不同视场角下的第二三刺激值；利用第一三刺激值和第二三刺激值获得校正矩阵，利用校正矩阵对成像式视角测量仪的测量结果进行校正，得到校正之后的三刺激值，根据校正之后的三刺激值获得亮色度值。本发明可以提高成像式视角测量仪的校准精度。

Description

一种成像式视角测量仪的校准系统及方法

技术领域

本发明属于光源照明领域及显示检测领域，更具体地，涉及一种成像式视角测量仪的校准系统及方法。

背景技术

VAM测量(视角测量，View Angle Measurement)系统可以一次获取一个微小面源多个不同视角下的光学信息，例如不同视角下的亮色度值，因此被广泛应用于测量各类显示面板。

VAM测量系统包括机械式视角测量仪和成像式视角测量仪，机械式视角测量仪包括导轨式视角测量仪和半球型视角测量仪。成像式视角测量仪采用傅里叶成像系统原理，相比较于传统的机械式视角测量方法，从光学角度解决测试难点，能够快速测量屏幕视角特性分布。

随着显示屏幕的快速发展，对成像式视角测量仪的视场角和检测精度提出更高要求，要求仪器测量的视场角更大，以及亮色度测量精度更高。成像式视角测量仪检测精度一方面取决于成像光学系统的设计，另一方面取决于校准系统的精度。校准的精度影响着成像式视角测量仪的亮色度测量精度，因此提高校准系统的精度至关重要。

现有技术一般使用积分球和光谱仪对成像式视角测量仪进行亮色度校准，具体验证系统示意图如图1所示；积分球在出光口平面形成均匀的漫反射光，成像式视角测量仪入瞳位置放置于积分球出光口平面，不同视角下，进入到成像式视角测量仪中的光线为漫反射光。光谱仪围绕积分球出光口平面中心旋转，固定视角下，进入光谱仪的光线存在收集角θ，由于收集角度较小，且光谱仪与出光口平面存在一定距离，认为进入到光谱仪中的光线为平行光。从中可以看出，进入光谱仪中的光线为平行光；而成像式视角测量仪在不同视角下接收的是漫反射光，因此，采用光谱仪获取的三刺激值校准成像式视角测量仪在不同视角下的三刺激值，会导致对成像式视角测量仪的校正精度不够，进而成像式视角测量仪的亮色度精度不够。

此外，积分球制造和安装精度要求较高，体积较大，不利于灵活使用，积分球采用漫反射的原理，光线均匀度也不是100％，对于提供大视场角度均匀光线有一定局限性。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种成像式视角测量仪的校准装置及方法，旨在解决现有成像式视角测量仪的校准方法中，不同视角下进入成像式视角测量仪光线为漫反射光，而进入光谱仪光线近似平行光，采用光谱仪获取的三刺激值，校准成像式视角测量仪在不同视角下的三刺激值，导致对成像式视角测量仪的校正精度不够，进而成像式视角测量仪的亮色度精度不够的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种成像式视角测量仪的校准系统，包括：均匀面光源、坷垃照明系统、光谱仪和成像式视角测量仪；

均匀面光源经过坷垃照明系统后，获得第一区域；其中，第一区域具有视场均匀的平行光；

光谱仪在零度视场角下通过坷垃照明系统获取光源的第一三刺激值；

成像式视角测量仪在第一区域内获取光源不同视场角下的第二三刺激值；

利用第一三刺激值和第二三刺激值获得校正矩阵，利用校正矩阵对成像式视角测量仪的测量结果进行校正，获得校正之后的三刺激值，根据校正之后的三刺激值获得亮色度值。

进一步优选地，光谱仪在工作距离内围绕第一区域的中心旋转，获取不同视场角下均匀面光源的第三三刺激值，根据第三三刺激值获取不同视场角下的第三亮色度值；

根据第三亮色度值，对成像式视角测量仪在不同视场角下经过校正的亮色度值进行精度评估，获取成像式视角测量仪的测量精度。

进一步优选地，光源包括LED光源、积分球或亮度均匀的朗伯特光源。

进一步优选地，光学照明系统包括孔径光阑、视场光阑和目镜；

光源和视场光阑共轭；孔径光阑和目镜的出瞳位置共轭；视场光阑位于目镜的前焦点上；

孔径光阑用于限制进入目镜的面光源的视场角，从而控制第一区域的光能量；视场光阑用于控制第一区域的大小；目镜用于将视场光阑传输过来的光束以视场均匀的平行光出射，形成第一区域。

进一步优选地，在视场光阑朝向目镜的一侧设置场镜，用于缩小目镜的半径。

进一步优选地，成像式视角测量仪包括顺次排列的锥光镜头、彩色滤光片和面阵相机。

另一方面，本发明提供了一种成像式视角测量仪的校准方法，包括以下步骤：

将均匀面光源经过坷垃照明系统，获取第一区域；其中，所述第一区域具有视场均匀的平行光；

使用光谱仪在零度视场角下通过坷垃照明系统获取均匀面光源的第一三刺激值；

采用成像式视角测量仪在第一区域内获取均匀面光源不同视场角下的第二三刺激值；

利用第一三刺激值和第二三刺激值获取校正矩阵，利用所述校正矩阵对所述成像式视角测量仪的测量结果进行校正，获取校正之后的三刺激值，基于校正之后的三刺激值获取亮色度值。

进一步优选地，成像式视角测量仪的校准方法，还包括以下步骤：

采用光谱仪在工作距离内围绕第一区域的中心旋转，获取不同视场角下均匀面光源的第三三刺激值，根据第三三刺激值获得不同视场角下的第三亮色度值；

根据第三亮色度值，对成像式视角测量仪在不同视场角下经过校正的亮色度值进行精度评估，获取成像式视角测量仪的测量精度。

进一步优选地，均匀面光源包括LED光源、积分球或亮度均匀的朗伯特光源。

进一步优选地，成像式视角测量仪包括顺次排列的锥光镜头、彩色滤光片和面阵相机。

进一步优选地，所述坷垃照明系统包括孔径光阑、视场光阑和目镜；

面光源和所述视场光阑共轭；孔径光阑和目镜的出瞳位置共轭；视场光阑位于目镜的前焦点上；

孔径光阑用于限制进入目镜的均匀面光源的视场角，从而控制第一区域的光能量；视场光阑用于控制第一区域的大小；目镜用于将视场光阑传输过来的光束以视场均匀的平行光出射，形成第一区域。

进一步优选地，在所述视场光阑朝向目镜的一侧设置场镜，用于缩小目镜的半径。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明提供了一种成像式视角测量仪的校准系统及方法，其中，采用坷垃照明系统将均匀面光源转换为视场均匀的平行光，光谱仪在零度视场角下通过坷垃照明系统获取均匀面光源的第一三刺激值；成像式视角测量仪在第一区域内获取均匀面光源不同视场角下的第二三刺激值；利用第一三刺激值和第二三刺激值获取校正矩阵，利用校正矩阵对成像式视角测量仪的测量结果校正，根据校正之后的三刺激值获取亮色度值。相比于背景技术校准系统中的光谱仪在视场下接收平行光，成像式视角测量仪接收漫反射光，采用光谱仪获取的三刺激值，校准成像式视角测量仪在不同视角下的三刺激值，导致对成像式视角测量仪的校正精度不够；本发明光谱仪在零度视场角下通过所述坷垃照明系统获取均匀面光源的第一三刺激值，成像式视角测量仪在所述第一区域内获取所述光源不同视场角下的第二三刺激值，可以提高成像式视角测量仪的校准精度，更进一步地，采用光谱仪在工作距离内围绕第一区域的中心旋转，获取不同视场角下均匀面光源的第三三刺激值，根据第三三刺激值获得不同视场角下的第三亮色度值；根据第三亮色度值，对成像式视角测量仪在不同视场角下经过校正的亮色度值进行精度评估，可以获取成像式视角测量仪的测量精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的使用积分球光源与成像式视角测量仪进行校准示意图；

图2是本发明实施例提供的成像式视角测量仪的结构光路图；

图3是本发明实施例提供的成像式视角测量仪的校准系统示意图；

图4是本发明实施例提供的光学照明模块光路图。

具体实施方式

为方便理解，下面先对本发明实施例所涉及的英文简写和有关技术术语进行解释和描述。

下面介绍下本发明中涉及到的名词：

如图2所示，成像式视角测量仪包括顺次排列的conoscope lens(锥光镜头)、彩色滤光片和面阵相机；通常使用锥光镜头可以通过单次成像获得光源在0-360°、视场角0-75°或更大视角的亮度随视角的分布；常见的成像式视角测量仪有武汉精测电子集团的成像式视角测量系列；

光谱仪用于通过光电探测器(例如光电倍增管)测量光谱线的不同波长位置的强度的装置，是用于将成分复杂的光分解成光谱线的科学仪器；

在成像式视角测量仪进行校准与检测系统中，大视场均匀平行光源对于提高校准精度以及光学参数测量是否能够准确测量至关重要；特别是在VAM(视角测量)检测领域，大视场均匀的平行光源，可以明显提高校准的准确度和测量精度。现有的光源采用积分球光源，导致不同视角下，进入成像式视角测量仪的光线为漫反射光，进入光谱仪的光线为平行光，因此导致成像式视角测量仪的测量结果不准确。

在本发明中对光源进行改造，在光源后面添加坷垃照明系统，使得均匀的面光源经过坷垃照明系统后视场均匀，光谱仪在零度视场角下通过坷垃照明系统获取光源的第一三刺激值，成像式视角测量仪在第一区域内获取光源不同视场角下的第二刺激值，由于第一区域为视场均匀的平行光，因此，成像式视角测量仪和光谱仪接收的光束一致，因此可以提高校准的精度。

再者采用光谱仪在工作距离内围绕第一区域的中心旋转，获取不同视场角下均匀面光源的第三三刺激值，根据第三三刺激值获得不同视场角下的第三亮色度值；将第三亮色度值与成像式视角测量仪在对应不同视场角下的亮色度值进行对比，从而对成像式视角测量仪在不同视场角下经过校正的亮色度值进行精度评估，获取成像式视角测量仪的测量精度。

下面结合本发明实施例中的附图对本发明实施例进行描述。

如图3所示，本发明实施例提供了一种成像式视角测量仪的校准系统，包括均匀面光源、坷垃照明系统、光谱仪和成像式视角测量仪；

坷垃照明系统位于均匀面光源和成像式视角测量仪的中间；

均匀面光源经过坷垃照明系统，获取第一区域EGFH；其中，第一区域EGFH具有视场均匀的平行光；

光谱仪用于在工作距离范围内围绕第一区域EGFH中心旋转，采集不同视场角下的光谱曲线以及三刺激值，根据三刺激值获取不同视场角下的亮色度；

成像式视角测量仪用于在第一区域EGFH获取在不同视场角下的三刺激值，由于面阵相机前方设置有彩色滤光片，所以光电转换后输出对应不同滤镜下的图像灰度值；当采用光谱仪的亮色度标定灰度值后，成像式视角测量仪输出不同视场下的亮色度；

其中，本发明中的视场角为第一区域中心与光谱仪连线，与光源光轴之间的夹角。

更为详细地说明如下：

采用光谱仪在零度视场角下通过坷垃照明系统获取光源的第一三刺激值；采用成像式视角测量仪在第一区域EFGH内获取光源不同视场角下的第二三刺激值；利用第一三刺激值和第二三刺激值获得校正矩阵，利用校正矩阵对所述成像式视角测量仪的测量结果进行校正，获得校正之后的三刺激值，根据校正之后的三刺激值获得亮色度值。由于光谱仪是在零度视场角下通过坷垃照明系统获取的光源第一三刺激值，光源经坷垃照明系统后为视场角均匀的平行光，因此进入光谱仪的光束为同一视场角下的平行光；相比现有光谱仪通过接收非视场角下的平行光获取第一三刺激值，成像式视角测量仪校准的准确性得到了提高。

采用光谱仪在工作距离内围绕第一区域的中心旋转，获取不同视场角下均匀面光源的第三三刺激值，根据第三三刺激值获得不同视场角下的第三亮色度值；根据第三亮色度值，对成像式视角测量仪在不同视场角下经过校正的亮色度值进行精度评估，校准后的成像式视角测量仪的检测精度相应也会有所提升。

更进一步地，获取亮色度值的过程如下：

根据光谱仪和成像式视角测量仪测量光源中心，红绿蓝三种颜色0°视场下的XYZ值，求出校正矩阵T，再由T修正其它视场下XYZ值，进而计算出亮色度值。

其中，X_{R_0}、Y_{R_0}和Z_{R_0}分别为0°视角，红颜色下的三刺激值；X_{G_0}、Y_{G_0}和Z_{G_0}分别为0°视角，绿颜色下的三刺激值；X_{B_0}、Y_{B_0}和Z_{B_0}分别为0°视角，蓝颜色下的三刺激值；X_{R_angle}、Y_{R_angle}和Z_{R_angle}分别为其他视角，红颜色下的三刺激值；下角标spec、VAM和calibrated分别表示光谱仪、成像式视角测量仪和标定后的成像式视角测量仪；

进一步优选地，光源为均匀的面光源，包括LED光源、积分球光源或其他亮度均匀的朗伯特光源；

进一步优选地，坷垃照明系统如图4所示，坷垃照明系统包括孔径光阑D₀、视场光阑A’B’和目镜D₁；其中，AB表示均匀面光源，D₀’为出瞳位置，光源AB和视场光阑A’B’共轭，孔径光阑D₀和目镜D₁的出瞳位置D₀’共轭，视场光阑A’B’位于目镜D₁的前焦点上；

均匀面光源AB每一个点发射光线经过目镜D₁后以平行光出射，形成视场均匀光的第一区域EGFH，光源AB上不同位置经过目镜D₁后产生不同角度出射的平行光，光源AB上的点距离其中心越远，目镜D₁后出射平行光角度越大；

由于光源AB为均匀面光源，因此EFGH区域视场均匀；孔径光阑D₀用于限制进入目镜的面光源的视场角，从而控制第一区域EFGH的光能量；视场光阑A’B’用于控制第一区域EFGH的大小；目镜D₁用于将视场光阑传输过来的光束以平行光出射，形成视场均匀的第一区域EFGH。

需指出，还可以在视场光阑A’B’处放置一个场镜，场镜前焦点在孔径光阑D₀处，各个视场的主光线经过场镜后均为平行光，可以有助于缩小目镜D₁的半径。由于相机里的图像传感器尺寸相对较小，一般为32mm*24mm，缩小目镜半径能很好地适配相机里的图像传感器。

相应地，本发明实施例提供了一种成像式视角测量仪的校准方法，包括以下步骤：

将均匀面光源经过坷垃照明系统，获取第一区域；其中，所述第一区域具有视场均匀的平行光；

使用光谱仪在零度视场角下通过坷垃照明系统获取均匀面光源的第一三刺激值；

采用成像式视角测量仪在第一区域内获取均匀面光源不同视场角下的第二三刺激值；

利用第一三刺激值和第二三刺激值获取校正矩阵，利用所述校正矩阵对所述成像式视角测量仪的测量结果进行校正，获取校正之后的三刺激值，基于校正之后的三刺激值获取亮色度值。

应当理解的是，可以在本发明中使用的诸如“包括”以及“可以包括”之类的表述表示所公开的功能、操作或构成要素的存在性，并且并不限制一个或多个附加功能、操作和构成要素。在本发明中，诸如“包括”和/或“具有”之类的术语可解释为表示特定特性、数目、操作、构成要素、组件或它们的组合，但是不可解释为将一个或多个其它特性、数目、操作、构成要素、组件或它们的组合的存在性或添加可能性排除在外。

此外，在本发明中，表述“和/或”包括关联列出的词语中的任意和所有组合。例如，表述“A和/或B”可以包括A，可以包括B，或者可以包括A和B这二者。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是可拆卸地连接，也可以是不可拆卸地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。其中，“固定连接”是指彼此连接且连接后的相对位置关系不变。“转动连接”是指彼此连接且连接后能够相对转动。“滑动连接”是指彼此连接且连接后能够相对滑动。本发明实施例中所提到的方位用语，例如，“顶”、“底”、“内”、“外”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，因此，使用的方位用语是为了更好、更清楚地说明及理解本发明实施例，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。

另外，在本发明实施例中，提到的数学概念，对称、相等、平行、垂直等。这些限定，均是针对当前工艺水平而言的，而不是数学意义上绝对严格的定义，允许存在少量偏差，近似于对称、近似于相等、近似于平行、近似于垂直等均可以。例如，A与B平行，是指A与B之间平行或者近似于平行，A与B之间的夹角在0度至10度之间均可。A与B垂直，是指A与B之间垂直或者近似于垂直，A与B之间的夹角在80度至100度之间均可。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种成像式视角测量仪的校准系统，其特征在于，包括：均匀面光源、坷垃照明系统、光谱仪和成像式视角测量仪；

所述均匀面光源经过所述坷垃照明系统后，获得第一区域；其中，所述第一区域具有视场均匀的平行光；

所述光谱仪在零度视场角下通过所述坷垃照明系统获取所述均匀面光源的第一三刺激值；

所述成像式视角测量仪在所述第一区域内获取所述均匀面光源不同视场角下的第二三刺激值；

利用所述第一三刺激值和所述第二三刺激值获得校正矩阵，利用所述校正矩阵对所述成像式视角测量仪的测量结果进行校正，获得校正之后的三刺激值，根据所述校正之后的三刺激值获得亮色度值。

2.如权利要求1所述的校准系统，其特征在于，所述光谱仪在工作距离内围绕所述第一区域的中心旋转，获取不同视场角下均匀面光源的第三三刺激值，根据所述第三三刺激值获得不同视场角下的第三亮色度值；

根据所述第三亮色度值，对所述成像式视角测量仪在不同视场角下经过校正的亮色度值进行精度评估，获得所述成像式视角测量仪的测量精度。

3.如权利要求1所述的校准系统，其特征在于，所述均匀面光源包括LED光源、积分球或亮度均匀的朗伯特光源。

4.如权利要求1所述的校准系统，其特征在于，所述坷垃照明系统包括孔径光阑、视场光阑和目镜；

所述面光源和所述视场光阑共轭；所述孔径光阑和目镜的出瞳位置共轭；所述视场光阑位于所述目镜的前焦点上；

所述孔径光阑用于限制进入目镜的均匀面光源的视场角，从而控制第一区域的光能量；所述视场光阑用于控制第一区域的大小；所述目镜用于将视场光阑传输过来的光束以视场均匀的平行光出射形成第一区域。

5.如权利要求4所述的校准系统，其特征在于，在所述视场光阑朝向目镜的一侧设置场镜，用于缩小目镜的半径。

6.如权利要求1所述的校准系统，其特征在于，所述成像式视角测量仪包括顺次排列的锥光镜头、彩色滤光片和面阵相机。

7.一种成像式视角测量仪的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

将均匀面光源经过坷垃照明系统，获取第一区域；其中，所述第一区域具有视场均匀的平行光；

使用光谱仪在零度视场角下通过坷垃照明系统获取均匀面光源的第一三刺激值；

采用成像式视角测量仪在第一区域内获取均匀面光源不同视场角下的第二三刺激值；

利用第一三刺激值和所述第二三刺激值获取校正矩阵，利用所述校正矩阵对所述成像式视角测量仪的测量结果进行校正，获取校正之后的三刺激值，基于校正之后的三刺激值获取亮色度值。

8.如权利要求7所述的校准方法，其特征在于，还包括以下步骤：

采用所述光谱仪在工作距离内围绕所述第一区域的中心旋转，获取不同视场角下均匀面光源的第三三刺激值，根据所述第三三刺激值获得不同视场角下的第三亮色度值；

根据所述第三亮色度值，对所述成像式视角测量仪在不同视场角下经过校正的亮色度值进行精度评估，获取所述成像式视角测量仪的测量精度。

9.如权利要求8所述的校准方法，其特征在于，均匀面光源包括LED光源、积分球或亮度均匀的朗伯特光源。

10.如权利要求7至9任一所述的校准方法，其特征在于，所述成像式视角测量仪包括顺次排列的锥光镜头、彩色滤光片和面阵相机。