CN104111165A - 一种近眼显示光学镜头像质的评价装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近眼显示光学镜头像质的评价装置，适用于商业化生产中的快速检测。该装置包括微显示屏、待评价的光学镜头、第一CCD相机、图像采集卡和计算机。微显示屏显示标准测试板图案，该图案充当物体，经过光学镜头传播后成的像被CCD相机接收，图像采集卡采集图像后显示在计算机上。本发明中微显示器的使用大大简化了操作，不需要工艺制作标准测试板；测试板为彩色，可以测试光学***的色彩还原度；一次检测可以得出多个表达待评价的光学镜头的物理参数，包括视场角、色彩还原度、对比度、分辨率、MTF值等多个物理参数值。本发明的技术方案能够快速而又准确的评价光学镜头的成像质量或其性能的好坏，使用非常方便。
Description
技术领域
本发明涉及近眼显示、光学镜头检测和像质评价等技术领域，尤其涉及一种近眼显示光学镜头像质的评价装置。
背景技术
近些年来，随着微显示器、先进光学和软硬件技术的发展，近眼显示产品层出不穷，它在娱乐、虚拟现实等领域的应用也更加广泛。器件的显示效果与光学镜头密切相关，因此对于光学镜头的像质评价是十分关键的。
虽然针对近眼显示器件设计和应用已有深入的研究，但在其像质检测和评价方法方面却相对滞后。现虽有一些客观检测或主观评价方法，前者操作复杂，无法快速检测，并且没有结合人眼的视觉感受；主观评价虽然直观准确，但对评价环境要求高，且以主观经验作为评价标准，因此两者都无法应用到商业生产中的检测中。
发明内容
为了解决上述缺点，本发明提供一种评价近眼显示光学镜头像质的装置应用此装置能够快速而又准确的评价光学镜头的成像质量或其性能的好坏。
本发明所采用的技术方案是：一种近眼显示光学镜头像质的评价装置，包括：用于显示标准测试板的微显示屏(1)、待评价的光学镜头(2)、用于成像的第一CCD相机、采集图像的图像采集卡(5)，用于显示和分析处理图像的计算机(6)；所述CCD相机包括镜头(3)和靶面(4)；
所述微显示屏(1)显示制造的标准测试板，经所述待评价的光学镜头(2)后出射平行光，再经过所述第一CCD相机摄取后，所述图像采集卡(5)采集图像最后显示在所述计算机(6)上。
如上所述的装置中，所述微显示屏(1)安装在所述待评价的光学镜头(2)上，所述待评价的光学镜头(2)放置于二维棱镜固定台上，所述第一CCD相机的所述镜头(3)放在所述待评价的光学镜头(2)的出瞳处，将光线成像于所述CCD相机的所述靶面(4)。
如上所述的装置中，所述计算机(6)上安装有显示和处理分析图像的算法软件，通过处理分析软件分析图像就可一次得到表达光学镜头的多个物理参数值。
如上所述的装置中，所述微显示屏(1)、所述待评价的光学镜头(2)、所述第一CCD相机的所述镜头(3)通过支架支撑放在导轨上，所述第一CCD相机的所述镜头(3)的支架下连接有三维平移台或转角台，通过手动或步进电机控制前后左右移动，来达到好的测量效果。
如上所述的装置中，所述微显示屏(1)能够通过光源照射刻有测试标准版图案的掩模板来代替。
如上所述的装置中，测量所述待评价的光学镜头(2)的轴上特性时，所有器件都需在同一导轨直线上；若测量轴外特性，需要利用平移台或转角盘、将所述待评价的光学镜头(2)放置于所述转角盘圆心，第二CCD相机(10)放置于所述待评价的光学镜头(2)的出瞳距离处，调节所述第二CCD相机(10)的轴线与所述待评价的光学镜头(2)轴线夹角至角度θ即可。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过采用上述技术方案，既结合了人眼的主观感受又和客观测量建立了联系，因此最终评价的结果准确可靠，最重要的是与人眼的视觉感受评价出的结果相一致。且本发明的技术方案根据微显示器显现的标准测试版所成的像一次可以测量出视场角、畸变、分辨率、对比度、MTF、色彩饱和度等一个或者多个物理量，达到快速检测的效果。而且本发明的技术方案对评价环境要求高，且以主观经验作为评价标准，可以应用到商业生产中的检测中，且能够快速而又准确的评价光学镜头的成像质量或其性能的好坏，使用非常方便。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例提供的近眼显示光学镜头像质的评价方法的流程图。
图2为本发明实施例提供的近眼显示光学***像质的评价装置的示意图。
图3为本发明实施例中测量待评价的光学镜头的轴上及轴外特性的测试状态图。
图4为本发明实施例提供的MTF值的测量示意图。
图5为本发明实施例提供的畸变的测量示意图。
图6为本发明实施例提供的视场角的测量示意图。
具体实施方式：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
图1为本发明实施例提供的近眼显示光学镜头像质的评价方法的流程图。如图1所示，本实施例的近眼显示光学镜头像质的评价方法，具体可以包括如下步骤：
100、通过各种客观测量仪器对待评价的光学镜头进行测量，获取客观的物理参数值；
例如，本实施例中的性能参数包括视场角、畸变、分辨率、对比度、调制传递函数(Modulation Transfer Function；MTF)值以及色彩饱和度中的至少一个。具体地，通过各种客观测量仪器测量待评价的光学镜头来得到各性能参数，如通过传函仪得到MTF值，通过精密测角仪测量得到视场角、畸变等物理参数，每一待评价的光学镜头都有标记的性能参数值。
101、获取待评价的光学镜头的不同等级像质对应的物理参数值；并从不同等级像质对应的物理参数值中提取出对人眼视觉的主观感受影响最大的物理参数值；对所提取的物理参数值进行量化，得到人眼接受的像质对应的参数区间，作为主观评价的物理参数值；
本实施例中，不同等级像质对应的物理参数值为主观评价统计出的；例如可以将待评价的光学镜头放入市场或组织观察者进行主观评价，从而统计出不同等级像质对应的物理参数值。
102、近眼显示光学***像质的评价装置对待评价的光学镜头进行检测得到检测的物理参数值；
本实施例近眼显示光学***像质的评价装置采用各种光学元件以及计算机等等构成。
103、近眼显示光学***像质的评价装置建立检测的物理参数值和客观的物理参数值之间的对应关系；
例如可以由近眼显示光学***像质的评价装置中的计算机来建立检测的物理参数值和客观的物理参数值之间的对应关系。
104、近眼显示光学***像质的评价装置以主观评价的物理参数值作为输入的评价标准，根据待测光学镜头检测的物理参数值以及对应关系，对检测的物理参数值进行评价。
本实施例的近眼显示光学镜头像质的评价方法，通过采用上述技术方案，既结合了人眼的主观感受又和客观测量建立了联系，因此最终评价的结果准确可靠，最重要的是与人眼的视觉感受评价出的结果相一致。且本发明的技术方案根据微显示器显现的标准测试版所成的像一次可以测量出视场角、畸变、分辨率、对比度、MTF、色彩饱和度等一个或者多个物理量，达到快速检测的效果。而且本发明的技术方案对评价环境要求高，且以主观经验作为评价标准，可以应用到商业生产中的检测中，且能够快速而又准确的评价光学镜头的成像质量或其性能的好坏，使用非常方便。
图2为本发明实施例提供的近眼显示光学***像质的评价装置的示意图。如图2所示，本实施例的近眼显示光学***像质的评价装置包括：用于显示标准测试板的微显示屏1、待评价的光学镜头2、用于成像的第一CCD相机、采集图像的图像采集卡5，用于显示和分析处理图像的计算机6；第一CCD相机包括镜头3和靶面4。
其中微显示屏1显示制造的标准测试板，经待评价的光学镜头2后出射平行光，再经过第一CCD相机摄取后，图像采集卡5采集图像最后显示在计算机6上。
微显示屏1显示标准测试板图案，该图案充当物体，经过待评价的光学镜头2传播后成的像被第一CCD相机接收，图像采集卡5采集图像后显示在计算机6上。本发明中微显示器的使用大大简化了操作，不需要工艺制作标准测试板；测试板为彩色，可以测试光学***的色彩还原度；一次检测可以得出多个表达光学***的性能参数，包括视场角、色彩还原度、对比度、分辨率、MTF。
进一步可选地，在上述实施例的技术方案的基础上，上述实施例中的步骤103“近眼显示光学***像质的评价装置将检测的物理参数值和客观的物理参数值进行对比和修正，建立两者之间的关系”，具体可以包括：计算机将检测的物理参数值和客观的物理参数值进行对比和修正，并以后者为依据反复调试计算机采用的算法，使得检测的物理参数值趋于接近客观的物理参数值，并得到两者之间的关系。
例如计算机可以安装有软件，通过软件可以实现上述功能。
进一步可选地，在上述实施例的技术方案的基础上，上述实施例中的步骤102“近眼显示光学***像质的评价装置对待评价的光学镜头进行检测得到检测的物理参数值，具体包括：微显示屏1显示制造的标准测试板，经待评价的光学镜头2后出射平行光，再经过第一CCD相机摄取后，图像采集卡5采集图像最后显示在计算机6上；通过计算机6上的软件算法对所采集的图像进行处理分析，得到检测的物理参数值。
进一步可选地，在上述实施例的技术方案的基础上，其中在步骤101“对所提取的物理参数值进行量化，得到人眼接受的像质对应的参数区间，作为主观评价的物理参数值“之后，步骤102”近眼显示光学***像质的评价装置对待评价的光学镜头进行检测得到检测的物理参数值“之前，本实施例的评价方法还可以包括：对第一CCD相机的镜头3和靶面4、微显示屏1进行定标处理，使得所得到的物理参数表达的只有待评价的光学镜头2的性能。定标处理时需用到标准镜头，该标准镜头的加工精度高，误差小，与所设计时的参数要求符合的很好。
进一步可选地，在上述实施例的技术方案的基础上，上述实施例中的步骤103“近眼显示光学***像质的评价装置建立检测的物理参数值和客观的物理参数值之间的对应关系“，具体可以包括：近眼显示光学***像质的评价装置将检测的物理参数值和客观的物理参数值进行对比和修正，以后者参数值作为标准和依据调试近眼显示光学***像质的评价装置以改变检测的物理参数值，使得近眼显示光学***像质的评价装置检测的检测的物理参数值接近客观的物理参数值，并建立对应关系。
上述实施例的近眼显示光学***像质的评价装置中的计算机将存有主观评价的标准，通过该装置对待测光学***检测，得到能够表达其性能的一组参数值，进而计算机根据评价标准对待测光学***的像质进行快速而又准确的评价。
进一步可选地，上述实施例中的近眼显示光学***像质的评价装置中，微显示屏1安装在待评价的光学镜头2上，待评价的光学镜头2放置于二维棱镜固定台上，第一CCD相机的镜头3放在待评价的光学镜头2的出瞳处，将光线成像于第一CCD相机的靶面4。
进一步可选地，上述实施例中的近眼显示光学***像质的评价装置中，计算机6上安装有显示和处理分析图像的算法软件，通过处理分析软件分析图像就可一次得到表达光学镜头的多个物理参数值。计算机6将存有主观评价的标准，通过该近眼显示光学***像质的评价装置对待测光学***检测，得到能够表达其性能的一组参数值，进而计算机根据评价标准对待测光学***的像质进行快速而又准确的评价。
进一步可选地，上述实施例中的近眼显示光学***像质的评价装置中，微显示屏1、待评价的光学镜头2、第一CCD相机的镜头3通过支架支撑放在导轨上，第一CCD相机的镜头3的支架下连接有三维平移台或转角台，可以通过手动或步进电机控制前后左右移动，来达到好的测量效果。
进一步可选地，上述实施例中的近眼显示光学***像质的评价装置中，微显示屏1能够通过光源照射刻有测试标准版图案的掩模板来代替。
进一步可选地，上述实施例中的近眼显示光学***像质的评价装置中，测量待评价的光学镜头2的轴上特性时，所有器件都需在同一导轨直线上；若测量轴外特性，需要利用平移台9或转角盘9、将待评价的光学镜头2放置于转角盘圆心，第二CCD相机10放置于待评价的光学镜头2的出瞳距离处，调节第二CCD相机10轴线与待评价的光学镜头2轴线夹角至角度θ即可。
控制调节三维平移台9或转角台9，既可以测量光学***的轴上特性，又可以测量轴外特性。该装置实现其功能时，首先将已知性能参数的样本镜头让实验人员观察，通过统计方式提取出对人眼的视觉感受较为敏感的一组物理参数，对其进行量化得到人眼能接收的像质所对应的参数区间，以此为主观评价的标准，评价装置对待测的光学镜头进行快速检测，得到上述物理量的量化值，将所得到的结果与客观测量值对比结合，建立主客观之间的联系。建立好联系的快检***就可根据检测出的镜头参数，以主观评价作为标准，准确快速的评价光学***的像质。本发明实施例的技术方案能够快速而又准确的评价光学镜头的成像质量或其性能的好坏，使用非常方便。
图3为本发明实施例中测量待评价的光学镜头的轴上及轴外特性的测试状态图。如图3所示，测量待评价的光学镜头2的轴上特性时，所有器件都需在同一导轨直线上；若测量其轴外特性，需要利用平移台或转角盘9。将待评价的光学镜头2放置于转角盘9圆心，第二CCD相机10放置于出瞳距离处，调节相机轴线与待评价的光学镜头2的轴线夹角至角度θ即可实现检测。
由于本实施例中用于显示标准测试板的微显示屏1显示的标准测试板是包含了能够测量多个参数的图案，且测量不同参数过程之间互不干扰，所以该装置在同一时间可以对多个参数进行检测得到参数结果，缩短了检测时间达到快速评价的目的。
下面简单描述各个不同物理参数值的测量原理。
对于MTF值的测量，如图4为本发明实施例提供的MTF值的测量示意图，如图4左右两幅图所示，黑白条纹在成像前后对比度会有所变化，不同频率的条纹变化情况不一样，且灰度图的灰度值正比于光强值。通过分析灰度值的分布情况，根据计算成像前后黑白条纹的对比度的比值，即可得到该频率v下得MTF值，其中M′img表示条纹像的对比度，Mobj表示物的对比度。得到某些频率下得MTF值以后，就可以分析对比度和分辨率的性能，比如在频率为10lp/mm时，可以看出对比度的性能；在频率为30lp/mm时为分辨率的性能。当然MTF值越大，对比度或分辨率的性能越好。
对于畸变的测量，如图5为本发明实施例提供的畸变的测量示意图。如图5所示，畸变前的图像为中间方形图，如图5所示，畸变后为外侧的枕形图。通过算法分析得到ΔL和L，其中ΔL表示畸变量，L表示畸变前的大小，即可根据公式求得畸变大小。
对于视场角的测量，如图6为本发明实施例提供的视场角的测量示意图。如图6所示，用第一CCD相机观察网格板如图所示，然后根据公式其中f为第一CCD相机的镜头的焦距，h为在第一CCD相机的靶面上成像的高度，计算出视场角θ的大小。
对于色彩还原度的测量，色彩还原度的测量需要用到24色标准比色卡，原理为每个色彩都有对应的RGB值，比色卡在成像前后每种色彩的RGB值都有所改变。按照还原度的特定算法即可量化色彩还原度，成像前后RGB值偏差越小，光学***的色彩还原度越好。
根据每种参数测量时特定的算法和原理，即可检测出光学***的参数大小。但是由于成像质量还受微显示屏、第一CCD相机的镜头和靶面等影响，还需对它们进行标定处理。定标时需用到标准镜头，以测量出其他器件对各个参数的影响大小。由于各个器件之间是独立的，可以把它们看成级联***处理。
得到待测镜头的各参数后，再和标准测量仪器测量得到的标准值结合进行比较，通过反复调试快检装置计算机软件的算法，尽量使快检***得到的测量值接近标准值或为某种函数关系。
根据上述实施方式，就通过快检***建立起了主观评价与客观测量之间的联系。于是就可以快检***检测出各参数值大小,进而根据评价标准进行评价。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种近眼显示光学镜头像质的评价装置，其特征在于，包括：用于显示标准测试板的微显示屏(1)、待评价的光学镜头(2)、用于成像的第一CCD相机、采集图像的图像采集卡(5)，用于显示和分析处理图像的计算机(6)；所述CCD相机包括镜头(3)和靶面(4)；
所述微显示屏(1)显示制造的标准测试板，经所述待评价的光学镜头(2)后出射平行光，再经过所述第一CCD相机摄取后，所述图像采集卡(5)采集图像最后显示在所述计算机(6)上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微显示屏(1)安装在所述待评价的光学镜头(2)上，所述待评价的光学镜头(2)放置于二维棱镜固定台上，所述第一CCD相机的所述镜头(3)放在所述待评价的光学镜头(2)的出瞳处，将光线成像于所述CCD相机的所述靶面(4)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计算机(6)上安装有显示和处理分析图像的算法软件，通过处理分析软件分析图像就可一次得到表达光学镜头的多个物理参数值。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微显示屏(1)、所述待评价的光学镜头(2)、所述第一CCD相机的所述镜头(3)通过支架支撑放在导轨上，所述第一CCD相机的所述镜头(3)的支架下连接有三维平移台或转角台，通过手动或步进电机控制前后左右移动，来达到好的测量效果。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微显示屏(1)能够通过光源照射刻有测试标准版图案的掩模板来代替。
6.根据权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，测量所述待评价的光学镜头(2)的轴上特性时，所有器件都需在同一导轨直线上；若测量轴外特性，需要利用平移台或转角盘、将所述待评价的光学镜头(2)放置于所述转角盘圆心，第二CCD相机(10)放置于所述待评价的光学镜头(2)的出瞳距离处，调节所述第二CCD相机(10)的轴线与所述待评价的光学镜头(2)轴线夹角至角度θ即可。
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