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  • 一种通用的图像投射设备成像清晰度检测方法与流程

    文档序号:29435044发布日期:2022-03-29 11:19来源:国知局
    一种通用的图像投射设备成像清晰度检测方法与流程

    本发明主要涉及图像投射设备的技术领域,具体为一种通用的图 像投射设备成像清晰度检测方法。

    背景技术

    投影仪是日常生活和办公中经常使用的一种光学设备,它可以将 图像通过光学器件投射到幕布上,人眼观察幕布即可观看到放大的投 射图像。AR眼镜也是一种类似投影仪的设备,可以理解为一种缩小 版的头戴式投影仪,通过光学器件将像源图案传递放大,直接成像在 人眼的入瞳位置。头盔显示器是一种类似AR眼镜的光学设备,通过 将光学器件和头盔的盔体结构有机结合起来,把二维像源图案经过光 学器件传递放大,成像在人眼的入瞳位置。夜视镜,是一种基于夜视 技术和光电成像技术的辅助观察设备,通过光学器件将微弱的暗光目 标或者红外目标成像在人眼入瞳位置,辅助观察微弱目标或者肉眼不 可见的红外目标。这几种光学设备,不考虑具体成像方式,具有一个 共同点,其最终目标都是将其他目标图像经过光学器件或其他器件的 投射,直接或者间接地成像,最终供人眼进行观察。在本发明中,将 这些光学设备统一称为图像投射设备;

    因为要供人眼观察,图像投射设备最终成像的清晰度是设备成像 性能指标中一个重要的指标,表征图像投射设备将目标图像成像后是 否清晰以及清晰的程度。由于制造装配误差造成的光学系统畸变以及 使用损耗,图像投射设备投射出的图像质量可能会较差,出现诸如图 像异常放大或缩小、旋转或拖影等不利影响,成像清晰度可能会低于 设计效果,甚至完全模糊,丧失使用功能。因此,对图像投射设备的 成像清晰度进行检测是非常必要的;

    发明人认为,目前,测试图像投射设备成像清晰度时,大多通过 测试人员直接观察所投射的图像是否清晰,给出判定结果。由于每个 测试人员的视力不同,会影响测试结果,因此人工测试只能给出定性 的测试结果,且测试结果随测试人员的个体性差异而变化,准确性不 足,测试效率低。



    技术实现要素:

    本发明的目的在于提供一种通用的图像投射设备成像清晰度检 测方法和相应的测试源图案形式,以解决上述背景技术中提到的问题。

    本发明解决上述技术问题采用的技术方案为:

    一种通用的图像投射设备成像清晰度检测方法,该清晰度检测方 法的步骤为:

    步骤1:控制图像投射设备投射清晰度测试源图案;

    步骤2:用经过标定的相机采集AR眼镜投射的清晰度测试源图 案得到实测图像;

    步骤3:对采集的实测图像,采用图像处理中的模板匹配方法, 以模板图案1为模板进行模板匹配,得到模板图案1在整幅实测图像 中的位置;

    步骤4:在实测图像中选取模板图案11和模板图案12的感兴趣 区域,对两个模板图案十字中心精确定位,中心坐标分别为Cor11(u11,v11)和Cor12(u12,v12);

    步骤5:计算实测图像中模板图案1的两个十字之间的距离为L1, 清晰度测试源图案设计时,已确定模板图案1两个十字之间的距离平 均值为L0,计算从源图案到测试图像的整体缩放比例K1,K1=L1/L0;

    根据实测图像中两个十字精确位置,计算图像的滚转角度A1;

    A1=atan2(|v11-v12),|u11-u12|);

    步骤6:以滚转角度A1为旋转角度,以实测图像中心为旋转中 心对图像进行旋转,得到旋转后实测图像;

    步骤7:根据步骤S4的精确定位结果和源图案的几何信息,再 加上整体缩放比例K1的修正,在旋转后实测图像中选取第一等级分 划图案区域最靠近模板图案1的模板图案22的感兴趣区域,对模板 图案22中心精确定位,得到模板图案22中心在旋转后实测图像中的 位置;

    步骤8:根据模板图案22中心位置和源图案的几何信息,再加 上整体放大率K1的修正,在旋转后实测图像选取模板图案21、模板 图案23和模板图案24的感兴趣区域,对三个模板图案中心精确定位, 得到三个模板图案中心在整幅旋转后实测图像中的位置,记模板图案 2中四个模板图案中心位置为Cor21(u21,v21)、Cor22(u22,v22)、 Cor23(u23、v23)和Cor24(u24,v24);

    步骤9:根据模板图案2中四个模板图案中心的精确位置,计算 实测图像中模板图案21和模板图案22中心距离为L2、模板图案23 和模板图案24距离为L3,根据源图案设计已确定的模板图案23和 模板图案24中心距离L20、模板图案21和模板图案22中心距离L30, 计算第一等级分划区域竖直放大系数K2和水平放大系数K3,计算公 式:K2=L2/L20,K3=L3/L30;

    计算第一等级分划区域滚转角度A2:

    A2=(atan2(|u22-u21),|v22-v21|)+atan2(|v24-v23),|u24-u23 |))/2,A2的正负根据具体情况进行判定;

    步骤10:根据源图案几何信息,加上模板图案2中四个模板图 案中心位置、竖直放大系数K2和水平放大系数K3,在旋转后实测图 像中选取第一等级分划图案感兴趣区域,以A2为旋转角度,以感兴 趣区域中心为旋转中心对第一等级分划图案区域进行旋转,得到旋转 后第一等级分划图案;在旋转后第一等级分划图案中依次取条纹1和 2、2和3、3和4、4和5组成4个明暗区域,再依次取条纹6和7、 7和8、8和9、9和10组成4个明暗区域,分别计算对比度;取8 个对比度值的平均值作为清晰度判定条件;

    步骤11:当步骤S10所计算的对比度值大于阈值时,则被测设 备成像清晰度满足该等级清晰度要求,换算得到清晰度值,完成清晰 度检测;若对比度值小于阈值,则被测设备成像清晰度不满足该清晰 度要求,继续选取下一等级分划图案,参照步骤S7至步骤S10计算 对比度值,直至计算到满足要求的等级,取该等级对应的清晰度值作 为测试结果,若所有等级均不满足要求,则说明图像投射设备成像清 晰度不满足最低要求。

    与现有技术相比,本发明的有益效果为:

    1、本发明,解决了图像投射设备的自动测试需求,采用机器视 觉技术进行检测,避免了目前人工测试结果不准确的问题,测试结果 客观可靠,能够定量的反映图像投射设备成像清晰度指标,提高了测 试效率;

    2、本发明,通过初步定位和精确定位的结合,有效解决了实测 图像出现的不利因素的影响,提高了目标区域的定位精度。首先通过 初步定位确定模板区域的大概位置,并计算出缩放比例和旋转角度, 对实测图像进行初步修正;再将初步定位结果传递至目标区域附近, 通过对加强定位模板图案精确定位,确定目标区域缩放比例和旋转角 度,再次对图像进行修正,确定最终目标区域的精确位置;

    3、本发明,具有通用性,可应用于投影仪、AR眼镜、头盔显示 器和夜视镜等直接或间接成像供人眼观察的光学设备的成像清晰度 测试。

    以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。

    附图说明

    图1为本发明的测试方法执行的流程图;

    图2为本发明的清晰度测试源图案示意图;

    图3为本发明的清晰度测试源图案的具体介绍图;

    图4为本发明的清晰度测试源图案中用于初步定位的模板图案1 的介绍图;

    图5为本发明的清晰度测试源图案中第一等级分划图案的介绍 图;

    图6为本发明的分划图案中明条纹和暗条纹的划分以及计算对 比度时提取的各明暗条纹的划分图。

    具体实施方式

    为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更加全 面的描述,附图中给出了本发明的若干实施例,但是本发明可以通过 不同的形式来实现,并不限于文本所描述的实施例,相反的,提供这 些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。

    实施例1:

    一种通用的图像投射设备成像清晰度检测方法的检测方法:

    步骤1:按照清晰度测试源图案形式生成标准格式的电子图像文 件,将其导入AR眼镜显示驱动设备中,控制AR眼镜显示清晰度测试 源图案;

    步骤2:用经过标定的相机采集AR眼镜投射的清晰度测试源图 案得到实测图像;

    步骤3:对采集的实测图像,以模板图案1为模板进行模板匹配, 得到模板图案1在整幅实测图像中的位置;

    步骤4:在实测图像中选取模板图案11和模板图案12的感兴趣 区域,对两个模板图案十字中心精确定位,中心坐标分别为Cor11(u11, v11)和Cor12(u12,v12);

    步骤5:计算实测图像中模板图案1的两个十字之间的距离为L1, 清晰度测试源图案设计时,已确定模板图案1中两个十字之间的距离 平均值为L0,计算从源图案到测试图像的整体缩放比例K1,K1=L1/L0;

    根据实测图像中两个十字精确位置,计算图像的滚转角度A1:

    A1=atan2(|v11-v12),|u11-u12|),A1的正负根据具体情况进 行判定;

    步骤6:以滚转角度A1为旋转角度,以实测图像中心为旋转中 心对图像进行旋转,得到旋转后实测图像;

    步骤7:根据步骤S4的精确定位结果和源图案的几何信息,再 加上整体缩放比例K1的修正,在旋转后实测图像中选取第一等级分 划图案区域最靠近模板图案1的模板图案22的感兴趣区域,对模板 图案22中心精确定位,得到模板图案22中心在旋转后实测图像中的 位置,记为Cor22(u22,v22);

    为了说明本发明所述的对图像根据缩放比例进行修正,以模板图 案22感兴趣区域的选取为例进行解释:经过步骤S6已知,模板图案 12在旋转后实测图像的坐标为Cor12(u12,v12),源图案设计时已确 定在源图案中模板图案22和模板图案12坐标相差 detaCor(detau,detav),考虑缩放比例,则旋转后实测图像中,以模 板图案12为参考计算模板图案22时,采用以下公式计算模板图案 22在旋转后实测图像中坐标:

    u22=u12+K1*detau,v22=v12+K1*detav;

    后续所述根据图像对缩放比例进行修正,可以参考理解执行;

    步骤8:根据步骤S7中模板图案22中心位置和源图案的几何信 息,再加上整体放大率K1的修正,在旋转后实测图像选取板图案21、 模板图案23和模板图案24的感兴趣区域,对三个模板图案中心精确 定位,得到三个模板图案中心在整幅旋转后实测图像中的位置,记模 板图案2中四个模板图案中心位置为Cor21(u21,v21)、 Cor22(u22,v22)、Cor23(u23、v23)和Cor24(u24,v24);

    步骤9:根据模板图案2中四个模板图案中心的精确位置,计算 实测图像中模板图案21和模板图案22中心距离为L2、模板图案23 和模板图案24距离为L3,根据源图案设计已确定的模板图案23和 模板图案24中心距离L20、模板图案21和模板图案22中心距离L30, 计算第一等级分划区域竖直放大系数K2和水平放大系数K3,计算公 式:K2=L2/L20,K3=L3/L30;

    计算第一等级分划区域滚转角度A2:

    A2=(atan2(|u22-u21),|v2-v21|)+atan2(|v24-v23),|u24-u23|) )/2,A2的正负根据具体情况进行判定;

    步骤10:根据源图案几何信息,加上模板图案2中四个模板图 案中心位置、水平放大系数K2和竖直放大系数K3,在旋转后实测图 像中选取第一等级分划图案感兴趣区域,如图5所示,以A2为旋转 角度,以感兴趣区域中心为旋转中心对第一等级分划图案区域进行旋 转,得到旋转后第一等级分划图案;

    在旋转后第一等级分划图案中依次取条纹1和2、2和3、3和4、 4和5组成4个明暗区域,再依次取条纹6和7、7和8、8和9、9 和10组成4个明暗区域,分别计算对比度;取8个对比度值的平均 值作为清晰度判定条件,当对比度值大于阈值时,则认为被测设备成 像清晰度满足该组等级清晰度要求,换算得到清晰度值;本实施例经 过专业人员多次测定,选取对比度为0.20作为是否清晰的判定阈值;

    步骤11:当步骤S10所计算的对比度值大于阈值时,则被测设 备成像清晰度满足该等级清晰度要求,换算得到清晰度值,完成清晰 度检测;本实施例经过专业人员多次测定,选取对比度为0.20作为 是否清晰的判定阈值;若对比度值小于阈值,则被测设备成像清晰度 不满足该清晰度要求,继续选取下一等级分划图案,参照步骤S7至 步骤S10计算对比度值,直至计算到满足要求的等级,取该等级对应 的清晰度值作为测试结果,若所有等级均不满足要求,则说明图像投 射设备成像清晰度不满足最低要求。

    实施例2:

    现在以夜视镜为被测对象阐述本发明第二种具体实施方式:首先 制作满足前述清晰度测试源图案形式要求的靶板,根据夜视镜的具体 分类,靶板制作有所不同;

    若是微光夜视镜,则在不透光材料底板中刻划源图案形式的图案, 将对应的亮条纹区域打穿,在靶板后方设置满足微光要求的光源并点 亮,使得光线可通过靶板中图案条纹区域并经夜视镜成像后,再经过 相机拍摄后得到实测图像;

    若是红外夜视镜,则在防红外材料底板中刻划源图案形式的图案, 将对应的亮条纹区域打穿,在靶板后方设置满足要求的红外黑体,使 得黑体发出红外光线可通过靶板中图案条纹区域并经夜视镜成像后, 再经过相机拍摄后得到实测图像;

    得到实测图像后,即可参照本发明所述图像处理办法对实测图像 进行处理,得到夜视镜清晰度测试结果。

    上述结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现 并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进 行的这种非实质改进,或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应 用于其他场合的,均在本发明的保护范围之内。

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