CN111595254A - 一种透镜阵列与lcd显示屏轴向间距测量方法及*** - Google Patents

一种透镜阵列与lcd显示屏轴向间距测量方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量方法及***。该测量方法包括：获取LED显示屏中的像素经过透镜阵列中的单元透镜后的理想像；通过平行移动相机，采集理想像的两次成像，为第一成像和第二成像；相机的移动距离为第一移动距离；确定第一成像和第二成像之间的像素变化量；计算相机的镜头光心与成像器件之间的距离；根据像素变化量、第一移动距离、像素大小、间距、焦距以及相机的镜头光心与成像器件之间的距离，计算LED显示屏与透镜阵列的轴向距离。本发明对集成成像三维显示***使用的透镜阵列中单元透镜与LCD显示屏之间的轴向距离进行测量，给出实际的轴向距离，进而避免误差。

Description

一种透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量方法及***
技术领域
本发明涉及集成成像领域，特别是涉及一种透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量方法及***。
背景技术
集成成像三维显示***中，LCD显示屏上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，当LCD显示屏与透镜阵列之间的距离与理想的设计值不同，即存在距离误差(轴向误差)时，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，并且由于安装误差、***形变等原因，真实的轴向距离误差无法避免，这将导致显示***出现模糊、畸变等现象，严重影响最终的显示效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量方法及***，对集成成像三维显示***使用的透镜阵列中单元透镜与LCD显示屏之间的轴向距离进行测量，给出实际的轴向距离，进而避免误差。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量方法，所述测量方法包括：
获取LED显示屏中的像素经过透镜阵列中的单元透镜后的理想像；
通过平行移动相机，采集所述理想像的两次成像，为第一成像和第二成像；所述相机的移动距离为第一移动距离；
确定所述第一成像和所述第二成像之间的像素变化量；
计算所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离；
获取所述相机的像素大小、所述透镜阵列与所述相机移动平面的间距以及所述透镜阵列的焦距；
根据所述像素变化量、所述第一移动距离、所述像素大小、所述间距、所述焦距以及所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离，计算所述LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离。
可选的，所述计算所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离，具体包括：
设置两个标尺，为第一标尺和第二标尺；所述第一标尺上的点为第一标定点，所述第二标尺上的点为第二标定点；所述第一标定点与所述第二标定点的轴向深度不同；
通过平行移动相机，采集所述第一标定点的两次成像以及所述第二标定点的两次成像；所述相机的移动距离为第二移动距离；
获取所述第一标定点的两次成像的像素变化量，为第一变化量；
获取所述第二标定点的两次成像的像素变化量，为第二变化量；
获取所述第一标定点与所述第二标定点的轴向距离差以及所述相机的像素大小；
根据所述轴向距离差、所述第二移动距离、所述像素大小、所述第一变化量以及所述第二变化量，计算所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离。
可选的，所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离的计算公式如下：
Figure BDA0002524418880000021
其中，G表示相机的镜头光心与成像器件之间的距离，Δl表示所述第一标定点与所述第二标定点的轴向距离差，μ表示相机的像素大小，ΔD′所述相机的第二移动距离，ΔN1表示第二标定点的两次成像的像素变化量，ΔN2表示第一标定点的两次成像的像素变化量。
可选的，所述LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离的计算公式如下：
Figure BDA0002524418880000022
其中，gr表示LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离，f表示透镜阵列的焦距，L表示透镜阵列与所述相机移动平面的间距，ΔD表示相机的第一移动距离，G表示相机的镜头光心与成像器件之间的距离，ΔN第一成像和第二成像之间的像素变化量，μ表示相机的像素大小。
本发明还提供了一种透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量***，所述测量***包括：
第一获取模块，用于获取LED显示屏中的像素经过透镜阵列中的单元透镜后的理想像；
成像采集模块，用于通过平行移动相机，采集所述理想像的两次成像，为第一成像和第二成像；所述相机的移动距离为第一移动距离；
像素变化量确定模块，用于确定所述第一成像和所述第二成像之间的像素变化量；
距离计算模块，用于计算所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离；
第二获取模块，用于获取所述相机的像素大小、所述透镜阵列与所述相机移动平面的间距以及所述透镜阵列的焦距；
轴向距离计算模块，用于根据所述像素变化量、所述第一移动距离、所述像素大小、所述间距、所述焦距以及所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离，计算所述LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离。
可选的，所述距离计算模块具体包括：
设置单元，用于设置两个标尺，为第一标尺和第二标尺；所述第一标尺上的点为第一标定点，所述第二标尺上的点为第二标定点；所述第一标定点与所述第二标定点的轴向深度不同；
采集单元，用于通过平行移动相机，采集所述第一标定点的两次成像以及所述第二标定点的两次成像；所述相机的移动距离为第二移动距离；
第一变化量获取单元，用于获取所述第一标定点的两次成像的像素变化量，为第一变化量；
第二变化量获取单元，用于获取所述第二标定点的两次成像的像素变化量，为第二变化量；
第三获取单元，用于获取所述第一标定点与所述第二标定点的轴向距离差以及所述相机的像素大小；
距离计算单元，用于根据所述轴向距离差、所述第二移动距离、所述像素大小、所述第一变化量以及所述第二变化量，计算所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离。
可选的，所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离的计算公式如下：
Figure BDA0002524418880000041
其中，G表示相机的镜头光心与成像器件之间的距离，Δl表示所述第一标定点与所述第二标定点的轴向距离差，μ表示相机的像素大小，ΔD′所述相机的第二移动距离，ΔN1表示第二标定点的两次成像的像素变化量，ΔN2表示第一标定点的两次成像的像素变化量。
可选的，所述LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离的计算公式如下：
Figure BDA0002524418880000042
其中，gr表示LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离，f表示透镜阵列的焦距，L表示透镜阵列与所述相机移动平面的间距，ΔD表示相机的第一移动距离，G表示相机的镜头光心与成像器件之间的距离，ΔN第一成像和第二成像之间的像素变化量，μ表示相机的像素大小。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明根据透镜成像原理，在不同横向位置对透镜阵列中的单元透镜进行拍摄，并记录两次拍摄的横向位置变化量，根据同一物点在两次拍摄图像的相关性计算出物点所成像的位移量，以此计算出单元透镜与LCD的轴向距离，进而避免了误差。
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为本发明实施例透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量方法的流程图；
图2为本发明实施例透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量方法的原理图；
图3为本发明实施例相机镜头中心与成像器件之间距离计算的原理图；
图4为本发明实施例透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量***的结构框图。
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透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量方法及***，对集成成像三维显示***使用的透镜阵列中单元透镜与LCD显示屏之间的轴向距离进行测量，给出实际的轴向距离，进而避免误差。
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。
如图1所示，透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量方法包括以下步骤：
步骤101：获取LED显示屏中的像素经过透镜阵列中的单元透镜后的理想像。
步骤102：通过平行移动相机，采集所述理想像的两次成像，为第一成像和第二成像；所述相机的移动距离为第一移动距离。
步骤103：确定所述第一成像和所述第二成像之间的像素变化量。
步骤104：计算所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离。具体的：
设置两个标尺，为第一标尺和第二标尺；所述第一标尺上的点为第一标定点，所述第二标尺上的点为第二标定点；所述第一标定点与所述第二标定点的轴向深度不同；
通过平行移动相机，采集所述第一标定点的两次成像以及所述第二标定点的两次成像；所述相机的移动距离为第二移动距离；
获取所述第一标定点的两次成像的像素变化量，为第一变化量；
获取所述第二标定点的两次成像的像素变化量，为第二变化量；
获取所述第一标定点与所述第二标定点的轴向距离差以及所述相机的像素大小；
根据所述轴向距离差、所述第二移动距离、所述像素大小、所述第一变化量以及所述第二变化量，计算所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离。
计算公式如下：
Figure BDA0002524418880000061
其中，G表示相机的镜头光心与成像器件之间的距离，Δl表示所述第一标定点与所述第二标定点的轴向距离差，μ表示相机的像素大小，ΔD′所述相机的第二移动距离，ΔN1表示第二标定点的两次成像的像素变化量，ΔN2表示第一标定点的两次成像的像素变化量。
步骤105：获取所述相机的像素大小、所述透镜阵列与所述相机移动平面的间距以及所述透镜阵列的焦距。
步骤106：根据所述像素变化量、所述第一移动距离、所述像素大小、所述间距、所述焦距以及所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离，计算所述LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离。计算公式如下：
Figure BDA0002524418880000062
其中，gr表示LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离，f表示透镜阵列的焦距，L表示透镜阵列与所述相机移动平面的间距，ΔD表示相机的第一移动距离，G表示相机的镜头光心与成像器件之间的距离，ΔN第一成像和第二成像之间的像素变化量，μ表示相机的像素大小。
本发明的原理如下：
如图2所示，LCD显示屏的某一像素O经过单元透镜后在空间中形成的理想像为o′，假设透镜的焦距为f，与LCD的轴向距离为gr，像o′与透镜之间的距离为l，则按照成像公式可知：
Figure BDA0002524418880000071
o′在不同横向位置的相机中成像的像素位置会发生变化，如图2所示，透镜阵列与相机移动平面的间距为L，在不同拍摄位置的成像分别为O1和O2，相机两次拍摄的移动距离为ΔD，可得：
Figure BDA0002524418880000072
其中，ΔN是o1和o2像点位置变化量的像素数，μ是相机的像素大小，G是相机镜头光心与成像器件之间的距离。
综合上述两式易得：
Figure BDA0002524418880000073
因此，确定了透镜阵列与相机之间的距离L，O1、O2像点位置变化量的像素数ΔN，以及相机镜头中心与成像器件之间的距离G，即可确定单元透镜与LCD显示屏之间的轴向距离。
实际中无法直接获得相机镜头光心与成像器件之间的距离G。而对于横向位置差为ΔD′的拍摄相机位置1和拍摄相机位置2，如图3所示，考虑不同轴向深度的标尺1和标尺2上的两点P′、Q′，两点的轴向距离差为Δl，在拍摄相机位置1中成像位置P′1、Q′1，在拍摄相机位置2中成像位置P′2、Q′2，易得P′1、P′2像素位置变化量为ΔN1，Q′1、Q′2的像素位置变化量ΔN2，则：
Figure BDA0002524418880000074
最终，gr可以表示为：
Figure BDA0002524418880000081
上式中所有变量均可通过实际测量获得，且当ΔD′＝ΔD时，可以进一步简化为：
Figure BDA0002524418880000082
如图4所示，本发明还提供了一种透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量***，所述测量***包括：
第一获取模块401，用于获取LED显示屏中的像素经过透镜阵列中的单元透镜后的理想像。
成像采集模块402，用于通过平行移动相机，采集所述理想像的两次成像，为第一成像和第二成像；所述相机的移动距离为第一移动距离。
像素变化量确定模块403，用于确定所述第一成像和所述第二成像之间的像素变化量。
距离计算模块404，用于计算所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离。
所述距离计算模块404具体包括：
设置单元，用于设置两个标尺，为第一标尺和第二标尺；所述第一标尺上的点为第一标定点，所述第二标尺上的点为第二标定点；所述第一标定点与所述第二标定点的轴向深度不同；
采集单元，用于通过平行移动相机，采集所述第一标定点的两次成像以及所述第二标定点的两次成像；所述相机的移动距离为第二移动距离；
第一变化量获取单元，用于获取所述第一标定点的两次成像的像素变化量，为第一变化量；
第二变化量获取单元，用于获取所述第二标定点的两次成像的像素变化量，为第二变化量；
第三获取单元，用于获取所述第一标定点与所述第二标定点的轴向距离差以及所述相机的像素大小；
距离计算单元，用于根据所述轴向距离差、所述第二移动距离、所述像素大小、所述第一变化量以及所述第二变化量，计算所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离。
第二获取模块405，用于获取所述相机的像素大小、所述透镜阵列与所述相机移动平面的间距以及所述透镜阵列的焦距。
轴向距离计算模块406，用于根据所述像素变化量、所述第一移动距离、所述像素大小、所述间距、所述焦距以及所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离，计算所述LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离。
所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离的计算公式如下：
Figure BDA0002524418880000091
其中，G表示相机的镜头光心与成像器件之间的距离，Δl表示所述第一标定点与所述第二标定点的轴向距离差，μ表示相机的像素大小，ΔD′所述相机的第二移动距离，ΔN1表示第二标定点的两次成像的像素变化量，ΔN2表示第一标定点的两次成像的像素变化量。
所述LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离的计算公式如下：
Figure BDA0002524418880000092
其中，gr表示LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离，f表示透镜阵列的焦距，L表示透镜阵列与所述相机移动平面的间距，ΔD表示相机的第一移动距离，G表示相机的镜头光心与成像器件之间的距离，ΔN第一成像和第二成像之间的像素变化量，μ表示相机的像素大小。
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***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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：
获取LED显示屏中的像素经过透镜阵列中的单元透镜后的理想像；
通过平行移动相机，采集所述理想像的两次成像，为第一成像和第二成像；所述相机的移动距离为第一移动距离；
确定所述第一成像和所述第二成像之间的像素变化量；
计算所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离；
获取所述相机的像素大小、所述透镜阵列与所述相机移动平面的间距以及所述透镜阵列的焦距；
根据所述像素变化量、所述第一移动距离、所述像素大小、所述间距、所述焦距以及所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离，计算所述LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离。
2.根据权利要求1所述的透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量方法，其特征在于，所述计算所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离，具体包括：
设置两个标尺，为第一标尺和第二标尺；所述第一标尺上的点为第一标定点，所述第二标尺上的点为第二标定点；所述第一标定点与所述第二标定点的轴向深度不同；
通过平行移动相机，采集所述第一标定点的两次成像以及所述第二标定点的两次成像；所述相机的移动距离为第二移动距离；
获取所述第一标定点的两次成像的像素变化量，为第一变化量；
获取所述第二标定点的两次成像的像素变化量，为第二变化量；
获取所述第一标定点与所述第二标定点的轴向距离差以及所述相机的像素大小；
根据所述轴向距离差、所述第二移动距离、所述像素大小、所述第一变化量以及所述第二变化量，计算所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离。
3.根据权利要求2所述的透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量方法，其特征在于，所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离的计算公式如下：
Figure FDA0002524418870000021
其中，G表示相机的镜头光心与成像器件之间的距离，Δl表示所述第一标定点与所述第二标定点的轴向距离差，μ表示相机的像素大小，ΔD′所述相机的第二移动距离，ΔN1表示第二标定点的两次成像的像素变化量，ΔN2表示第一标定点的两次成像的像素变化量。
4.根据权利要求2所述的透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量方法，其特征在于，所述LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离的计算公式如下：
Figure FDA0002524418870000022
其中，gr表示LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离，f表示透镜阵列的焦距，L表示透镜阵列与所述相机移动平面的间距，ΔD表示相机的第一移动距离，G表示相机的镜头光心与成像器件之间的距离，ΔN第一成像和第二成像之间的像素变化量，μ表示相机的像素大小。
5.一种透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量***，其特征在于，所述测量***包括：
第一获取模块，用于获取LED显示屏中的像素经过透镜阵列中的单元透镜后的理想像；
成像采集模块，用于通过平行移动相机，采集所述理想像的两次成像，为第一成像和第二成像；所述相机的移动距离为第一移动距离；
像素变化量确定模块，用于确定所述第一成像和所述第二成像之间的像素变化量；
距离计算模块，用于计算所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离；
第二获取模块，用于获取所述相机的像素大小、所述透镜阵列与所述相机移动平面的间距以及所述透镜阵列的焦距；
轴向距离计算模块，用于根据所述像素变化量、所述第一移动距离、所述像素大小、所述间距、所述焦距以及所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离，计算所述LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离。
6.根据权利要求5所述的透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量***，其特征在于，所述距离计算模块具体包括：
设置单元，用于设置两个标尺，为第一标尺和第二标尺；所述第一标尺上的点为第一标定点，所述第二标尺上的点为第二标定点；所述第一标定点与所述第二标定点的轴向深度不同；
采集单元，用于通过平行移动相机，采集所述第一标定点的两次成像以及所述第二标定点的两次成像；所述相机的移动距离为第二移动距离；
第一变化量获取单元，用于获取所述第一标定点的两次成像的像素变化量，为第一变化量；
第二变化量获取单元，用于获取所述第二标定点的两次成像的像素变化量，为第二变化量；
第三获取单元，用于获取所述第一标定点与所述第二标定点的轴向距离差以及所述相机的像素大小；
距离计算单元，用于根据所述轴向距离差、所述第二移动距离、所述像素大小、所述第一变化量以及所述第二变化量，计算所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离。
7.根据权利要求6所述的透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量***，其特征在于，所述相机的镜头光心与成像器件之间的距离的计算公式如下：
Figure FDA0002524418870000031
其中，G表示相机的镜头光心与成像器件之间的距离，Δl表示所述第一标定点与所述第二标定点的轴向距离差，μ表示相机的像素大小，ΔD′所述相机的第二移动距离，ΔN1表示第二标定点的两次成像的像素变化量，ΔN2表示第一标定点的两次成像的像素变化量。
8.根据权利要求6所述的透镜阵列与LCD显示屏轴向间距测量***，其特征在于，所述LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离的计算公式如下：
Figure FDA0002524418870000041
其中，gr表示LED显示屏与所述透镜阵列的轴向距离，f表示透镜阵列的焦距，L表示透镜阵列与所述相机移动平面的间距，ΔD表示相机的第一移动距离，G表示相机的镜头光心与成像器件之间的距离，ΔN第一成像和第二成像之间的像素变化量，μ表示相机的像素大小。
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