一种集成成像三维显示系统单元透镜位置测量方法及系统与流程

本发明涉及集成成像技术领域，特别是涉及一种集成成像三维显示系统单元透镜位置测量方法及系统。

背景技术：

在集成成像三维显示系统中，lcd显示屏上的像素与透镜阵列中单元透镜的位置关系决定了重构光线的方向信息。由于安装误差和系统形变的原因，透镜阵列中单元透镜难以处于预设的位置，当单元透镜的实际位置与预设的位置不同时，系统原有重构光线的空间方向被改变，致使不同重构光线的汇聚点发生偏差，从而导致系统出现成像模糊和成像偏移的问题，严重影响了系统的成像效果。由于使用系统时系统已经封装完毕，本领域技术人员不能通过移动单元透镜的方法来提高成像效果，因此，如何确定单元透镜的实际位置，进而提高成像效果是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种集成成像三维显示系统单元透镜位置测量方法及系统，具有能够提高成像效果的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种集成成像三维显示系统单元透镜位置测量方法，包括：

将位于预设透镜位置上的透镜单元的光心对应在lcd屏上的像素确定为发光像素；

获取第一成像点和第二成像点；所述第一成像点为全息功能屏在第一放置位置时，所述发光像素发出的光线穿过位于实际透镜位置上的透镜单元的光心后在所述全息功能屏上的成像点；所述第二成像点为所述全息功能屏在第二放置位置时，所述发光像素发出的光线穿过位于实际透镜位置上的透镜单元的光心后在所述全息功能屏上的成像点；所述全息功能屏与所述lcd屏平行；

分别计算所述第二成像点与所述第一成像点的垂直距离和水平距离；

判断所述第二成像点与所述第一成像点的垂直距离和水平距离是否均为零，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果为是，则将所述发光像素的位置确定为位于实际透镜位置上的透镜单元光心的横向位置；

若所述第一判断结果为否，则更新发光像素并返回步骤“获取第一成像点和第二成像点”。

可选的，所述若所述第一判断结果为是，则将所述发光像素的位置确定为位于实际透镜位置上的透镜单元光心的横向位置，之后还包括：

获取发光像素组，所述发光像素组包括多个相邻像素；所述多个所述相邻像素呈直线型排列；

获取第一成像长度和第二成像长度；所述第一成像长度为所述全息功能屏在所述第一放置位置时，所述发光像素组发出的光线穿过位于实际透镜位置上的透镜单元的光心后在所述全息功能屏上的成像长度；所述第二成像长度为所述全息功能屏在所述第二放置位置时，所述发光像素组发出的光线穿过位于实际透镜位置上的透镜单元的光心后在所述全息功能屏上的成像长度；

获取所述第二放置位置与所述第一放置位置之间的距离和所述发光像素组的像素参数；

根据所述第一成像长度、所述第二成像长度、所述第二放置位置与所述第一放置位置之间的距离和所述发光像素组的像素参数，采用相似三角形方法计算实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离；所述位于实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离为位于实际透镜位置上的透镜单元光心到所述lcd屏的距离。

可选的，所述根据所述第一成像长度、所述第二成像长度、所述第二放置位置与所述第一放置位置之间的距离和所述发光像素组的像素参数，采用相似三角形方法计算实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离，具体包括：

根据如下公式计算实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离：

式中，gr为实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离，μ为发光像素组中相邻两个像素的中心点的距离，n为发光像素组的像素个数，δl为第二放置位置与第一放置位置之间的距离，δd1为第一成像长度，δd2为第二成像长度。

可选的，所述更新发光像素，具体包括：

判断所述第二成像点与所述第一成像点的垂直距离是否为零，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果为否，则在所述lcd屏的纵向方向上选取一个像素作为更新后的发光像素；

若所述第二判断结果为是，则判断所述第二成像点与所述第一成像点的水平距离是否为零，得到第三判断结果；

若所述第三判断结果为否，则在所述lcd屏的横向方向上选取一个像素作为更新后的发光像素。

一种集成成像三维显示系统单元透镜位置测量系统，所述系统，包括：

发光像素确定模块，用于将位于预设透镜位置上的透镜单元的光心对应在lcd屏上的像素确定为发光像素；

成像点获取模块，用于获取第一成像点和第二成像点；所述第一成像点为所述全息功能屏在第一放置位置时，所述发光像素发出的光线穿过位于实际透镜位置上的透镜单元的光心后在所述全息功能屏上的成像点；所述第二成像点为所述全息功能屏在第二放置位置时，所述发光像素发出的光线穿过位于实际透镜位置上的透镜单元的光心后在所述全息功能屏上的成像点；所述全息功能屏与所述lcd屏平行；

距离计算模块，用于分别计算所述第二成像点与所述第一成像点的垂直距离和水平距离；

第一判断模块，用于判断所述第二成像点与所述第一成像点的垂直距离和水平距离是否均为零，得到第一判断结果；当所述第一判断结果为是时，执行横向位置确定模块；当所述第一判断结果为否时，执行发光像素更新模块；

横向位置确定模块，用于将所述发光像素的位置确定为位于实际透镜位置上的透镜单元光心的横向位置；

发光像素更新模块，用于更新发光像素，并执行所述成像点获取模块。

可选的，所述系统，还包括：

发光像素组获取模块，用于获取发光像素组，所述发光像素组包括多个相邻像素；多个所述相邻像素呈直线型排列；

成像长度获取模块，用于获取第一成像长度和第二成像长度；所述第一成像长度为所述全息功能屏在所述第一放置位置时，所述发光像素组发出的光线穿过位于实际透镜位置上的透镜单元的光心后在所述全息功能屏上的成像长度；所述第二成像长度为所述全息功能屏在所述第二放置位置时，所述发光像素组发出的光线穿过位于实际透镜位置上的透镜单元的光心后在所述全息功能屏上的成像长度；

数据获取模块，用于获取所述第二放置位置与所述第一放置位置之间的距离和所述发光像素组的像素参数；

轴向距离确定模块，用于根据所述第一成像长度、所述第二成像长度、所述第二放置位置与所述第一放置位置之间的距离和所述发光像素组的像素参数，采用相似三角形方法计算实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离；所述位于实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离为位于实际透镜位置上的透镜单元光心到所述lcd屏的距离。

可选的，所述轴向距离确定模块，具体包括：

轴向距离计算子模块，用于根据如下公式计算实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离：

式中，gr为实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离，μ为发光像素组中相邻两个像素的中心点的距离，n为发光像素组的像素个数，δl为第二放置位置与第一放置位置之间的距离，δd1为第一成像长度，δd2为第二成像长度。

可选的，所述发光像素更新模块，具体包括：

第二判断子模块，用于判断所述第二成像点与所述第一成像点的垂直距离是否为零，得到第二判断结果；当所述第二判断结果为否时，执行发光像素第一更新子模块；当所述第二判断结果为是时，执行第三判断子模块，得到第三判断结果；

发光像素第一更新子模块，用于在所述lcd屏的纵向方向上选取一个像素作为更新后的发光像素；

所述第三判断子模块，用于判断所述第二成像点与所述第一成像点的水平距离是否为零，得到所述第三判断结果；当所述第三判断结果为否时，执行发光像素第二更新子模块；

发光像素第二更新子模块，用于在所述lcd屏的横向方向上选取一个像素作为更新后的发光像素。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种集成成像三维显示系统单元透镜位置测量方法及系统，该方法通过计算并判断第二成像点与第一成像点的垂直距离和水平距离是否均为零，确定透镜单元的光心在lcd屏上对应的像素，对应像素的横向位置即为位于实际透镜位置上的透镜单元光心的横向位置。本发明能够准确地确定透镜单元的横向位置，进而提高了三维显示系统的成像效果。

此外，本发明提出的方法还通过获取发光像素组在lcd屏放置于不同位置的时对应的成像长度和发光像素组的像素参数，采用相似三角形方法计算实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离。本发明在确定透镜单元的横向位置以提高成像效果的基础上，还能够准确地确定出透镜单元的轴向距离，进一步提高了三维显示系统的成像效果。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的集成成像三维显示系统单元透镜位置测量方法流程图；

图2为本发明实施例所提供的集成成像三维显示系统单元透镜位置测量系统结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的集成成像三维显示系统单元透镜横向位置测量原理图；

图4为本发明实施例所提供的集成成像三维显示系统单元透镜轴向距离测量原理图。

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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种集成成像三维显示系统单元透镜位置测量方法及系统，具有能够提高成像效果的优点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

图1为本发明实施例所提供的集成成像三维显示系统单元透镜位置测量方法流程图，如图1所示，本发明提供的集成成像三维显示系统单元透镜位置测量方法，包括：

步骤101：将位于预设透镜位置上的透镜单元的光心对应在lcd屏上的像素确定为发光像素。

步骤102：获取第一成像点和第二成像点。第一成像点为全息功能屏在第一放置位置时，发光像素发出的光线穿过位于实际透镜位置上的透镜单元的光心后在全息功能屏上的成像点；第二成像点为全息功能屏在第二放置位置时，发光像素发出的光线穿过位于实际透镜位置上的透镜单元的光心后在全息功能屏上的成像点；全息功能屏与lcd屏平行。

步骤103：分别计算第二成像点与第一成像点的垂直距离和水平距离。

步骤104：判断第二成像点与第一成像点的垂直距离和水平距离是否均为零，得到第一判断结果；若第一判断结果为是，则执行步骤105；若第一判断结果为否，则执行步骤106。

步骤104具体包括：判断第二成像点与第一成像点的垂直距离是否为零，得到第二判断结果；若第二判断结果为否，则在lcd屏的纵向方向上选取一个像素作为更新后的发光像素并返回步骤102；若第二判断结果为是，则判断第二成像点与第一成像点的水平距离是否为零，得到第三判断结果；若第三判断结果为否，则在lcd屏的横向方向上选取一个像素作为更新后的发光像素并返回步骤102。

在lcd屏的纵向方向上选取一个像素作为更新后的发光像素，具体包括：从垂直方向判断第二成像点在第一成像点的下方还是上方；若在下方，则将发光像素下方的纵向相邻像素作为发光像素；若在上方，则将发光像素上方的纵向相邻像素作为发光像素。

在lcd屏的横向方向上选取一个像素作为更新后的发光像素，具体包括：判断第二成像点在第一成像点的左边还是右边，若在左边，则将发光像素左边的横向相邻像素作为发光像素；若在右边，则将发光像素右边的横向相邻像素作为发光像素。

步骤105：将发光像素的位置确定为位于实际透镜位置上的透镜单元光心的横向位置，并执行步骤107。

步骤106：更新发光像素并返回步骤102。

步骤107：获取发光像素组。

发光像素组包括多个相邻像素；多个相邻像素呈直线型排列。

优选地，发光像素组中心的横向位置与位于实际透镜位置上的透镜单元光心的横向位置相同。

步骤108：获取第一成像长度和第二成像长度；第一成像长度为全息功能屏在第一放置位置时，发光像素组发出的光线穿过位于实际透镜位置上的透镜单元的光心后在全息功能屏上的成像长度；第二成像长度为全息功能屏在第二放置位置时，发光像素组发出的光线穿过位于实际透镜位置上的透镜单元的光心后在全息功能屏上的成像长度。

步骤109：获取第二放置位置与第一放置位置之间的距离和发光像素组的像素参数。

步骤110：根据第一成像长度、第二成像长度、第二放置位置与第一放置位置之间的距离和发光像素组的像素参数，采用相似三角形方法计算实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离；位于实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离为位于实际透镜位置上的透镜单元光心到lcd屏的距离。

步骤110具体包括根据如下公式计算实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离：

式中，gr为实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离，μ为发光像素组中相邻两个像素的中心点的距离，n为发光像素组的像素个数，δl为第二放置位置与第一放置位置之间的距离，δd1为第一成像长度，δd2为第二成像长度。其中，发光像素组两端的像素发出的光线和位于实际透镜位置的透镜单元光心，分别与第一成像长度δd1、第二成像长度δd2和发光像素的长度组成的三角形相似。

图2为本发明实施例所提供的集成成像三维显示系统单元透镜位置测量系统结构示意图；如图2所示，本发明提供的集成成像三维显示系统单元透镜位置测量系统，包括：

发光像素确定模块201，用于将位于预设透镜位置上的透镜单元的光心对应在lcd屏上的像素确定为发光像素。

成像点获取模块202，用于获取第一成像点和第二成像点。第一成像点为全息功能屏在第一放置位置时，发光像素发出的光线穿过位于实际透镜位置上的透镜单元的光心后在全息功能屏上的成像点；第二成像点为全息功能屏在第二放置位置时，发光像素发出的光线穿过位于实际透镜位置上的透镜单元的光心后在全息功能屏上的成像点；全息功能屏与lcd屏平行。

距离计算模块203，用于分别计算第二成像点与第一成像点的垂直距离和水平距离。

第一判断模块204，用于判断第二成像点与第一成像点的垂直距离和水平距离是否均为零，得到第一判断结果；当第一判断结果为是时，执行横向位置确定模块205；当第一判断结果为否时，执行发光像素更新模块206。

横向位置确定模块205，用于将发光像素的位置确定为位于实际透镜位置上的透镜单元光心的横向位置。

发光像素更新模块206，用于更新发光像素，并执行成像点获取模块202。

发光像素更新模块206，具体包括：

第二判断子模块，用于判断第二成像点与第一成像点的垂直距离是否为零，得到第二判断结果；当第二判断结果为否时，执行发光像素第一更新子模块；当第二判断结果为是时，执行第三判断子模块。

发光像素第一更新子模块，用于在lcd屏的纵向方向上选取一个像素作为更新后的发光像素，并执行成像点获取模块202。

发光像素第一更新子模块，具体包括：第四判断单元，用于从垂直方向判断第二成像点在第一成像点的下方还是上方，若在下方，则执行发光像素第一更新单元；若在上方，则执行发光像素第二更新单元。发光像素第一更新单元，用于将发光像素下方的纵向相邻像素作为发光像素；发光像素第二更新单元，用于将发光像素上方的纵向相邻像素作为发光像素。

第三判断子模块，用于判断第二成像点与第一成像点的水平距离是否为零，得到第三判断结果；当第三判断结果为否时，执行发光像素第二更新子模块。

发光像素第二更新子模块，用于在lcd屏的横向方向上选取一个像素作为更新后的发光像素，并执行成像点获取模块202。

在lcd屏的横向方向上选取一个像素作为更新后的发光像素，具体包括：判断第二成像点在第一成像点的左边还是右边；若在左边，则执行发光像素第三更新单元；若在右边，则执行发光像素第四更新单元。发光像素第三更新单元，用于将发光像素左边的横向相邻像素作为发光像素；发光像素第四更新单元，用于将发光像素右边的横向相邻像素作为发光像素。

发光像素组获取模块207，用于获取发光像素组。发光像素组包括多个相邻像素；多个相邻像素呈直线型排列。

优选地，发光像素组中心的横向位置与位于实际透镜位置上的透镜单元光心的横向位置相同。

成像长度获取模块208，用于获取第一成像长度和第二成像长度。第一成像长度为全息功能屏在第一放置位置时，发光像素组发出的光线穿过位于实际透镜位置上的透镜单元的光心后在全息功能屏上的成像长度；第二成像长度为全息功能屏在第二放置位置时，发光像素组发出的光线穿过位于实际透镜位置上的透镜单元的光心后在全息功能屏上的成像长度。

数据获取模块209，用于获取第二放置位置与第一放置位置之间的距离和发光像素组的像素参数。

轴向距离确定模块210，用于根据第一成像长度、第二成像长度、第二放置位置与第一放置位置之间的距离和发光像素组的像素参数，采用相似三角形方法计算实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离；位于实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离为位于实际透镜位置上的透镜单元光心到lcd屏的距离。

轴向距离确定模块210包括轴向距离计算子模块，轴向距离计算子模块用于根据如下公式计算实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离：

式中，gr为实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离，μ为发光像素组中相邻两个像素的中心点的距离，n为发光像素组的像素个数，δl为第二放置位置与第一放置位置之间的距离，δd1为第一成像长度，δd2为第二成像长度。其中，发光像素组两端的像素发出的光线和位于实际透镜位置的透镜单元光心，分别与第一成像长度δd1、第二成像长度δd2和发光像素的长度组成的三角形相似。

具体的，如图3-4所示，对于任意一个透镜单元，以透镜单元的光心位置代表该透镜单元的实际位置。lcd屏上的任一个像素发出的光线经过该透镜单元后均会在空间中成像，全息功能屏不但可以接收到空间内像素所成的像，而且可以在另一侧进行观察，因此，利用全息功能屏可以使得对集成成像三维显示系统中透镜单元的位置测量更方便。

对横向位置的测量：图3为本发明实施例所提供的集成成像三维显示系统单元透镜横向位置测量原理图，如图3所示，cerr为理想透镜位置时透镜单元的光心在lcd屏上对应的像素；copt为实际透镜位置时透镜单元的光心在lcd屏上对应的像素；δl为全息功能屏在位置1和位置2之间的距离；δ为第二成像点与第一成像点的距离。

步骤1：保证全息功能屏与透镜阵列的水平高度一致，如图1理想透镜位置时透镜单元的光心在lcd屏上对应的像素为cerr，令像素cerr发光，lcd屏上的其余像素均不发光。

步骤2：将全息功能屏在景深范围的空间内移动，全息功能屏在位置1和位置2之间的距离为δl。

步骤3：根据光的直线传播特性，由于透镜在横向位置上发生变化，当全息功能屏放置在位置1时，在全息功能屏上的位置1处获得发光像素的第一成像点，记录第一成像点的位置，在全息功能屏上的位置2处获得放光像素的第二成像点，记录第二成像点的位置，计算第二成像点与第一成像点之间的距离δ，第二成像点与第一成像点之间的距离δ包括垂直距离和水平距离。

步骤4：更新发光像素，按照由第一成像点到第二成像点的方向调整发光像素并返回步骤3，直至第二成像点与第一成像点的距离δ＝0时结束，记录此时发光像素copt的位置。像素copt的横向位置即为该透镜单元光心的横向位置。

对于任意一个透镜单元，虽然像素组发出的光线穿过透镜单元仅在成像面有最清晰的像，但是实际条件下，在成像面附近的一定深度范围内，因为像素在被放大的同时，像素间的间隙也会被放大，所以观测者依然能够区分清楚不同的像素，在此深度范围内，像素发出的光线穿过透镜单元所成的像依然具有可观的清晰度。当全息功能屏放置在不同的深度位置时，lcd屏上像素发出的光线经过该透镜单元后会在空间中成像，由于透镜的放大作用，像的大小会发生变化，因此，可以利用这一特性对实际的轴向距离进行测量。

图4为本发明实施例所提供的集成成像三维显示系统单元透镜轴向距离测量原理图，如图4所示：当全息功能屏放置在位置1时，发光像素组包括n个相邻像素，在全息功能屏放置在位置1时，发光像素组在全息功能屏上的成像长度为δd1,当全息功能屏放置在位置2时，发光像素组在全息功能屏上的成像长度为δd2，位置1与位置2的轴向距离为δl。

则轴向位置确定的过程可以表述为：

步骤5采用十字线“+”作为校准图像，确保发光像素组中心位于实际透镜位置上的透镜单元光心所对应的像素copt处。

步骤6：将全息功能屏在一定深度范围的空间内移动，分别记录发光像素组在全息功能屏放置在位置1和位置2时的成像长度为δd1,和δd2。

步骤7：记录全息功能屏位置1与全息功能屏位置2的轴向距离δl。

步骤8：采用如下公式计算实际透镜位置时透镜单元的光心：

式中，gr为实际透镜位置上的透镜单元光心的轴向距离，μ为发光像素组中相邻两个像素的中心点的距离。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。