一种畸变校正方法、装置及使用其的显示设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种畸变校正方法，包括：获取畸变率矩阵，并进一步获取预畸变映射关系表；对要显示的图像进行预畸变，获取预畸变图像，并将所述获取的预畸变图像通过微显示器、光学系统，透射至人眼。本发明专利技术还提供了一种畸变校正装置及使用其的显示设备，采用本发明专利技术所述的畸变校正方法、装置及使用其的显示设备，可以实现高精度畸变校正的同时，不影响设备的重量，提高设备的性能。

A distortion correction method, device and display device using it

【技术实现步骤摘要】
一种畸变校正方法、装置及使用其的显示设备
本专利技术涉及光学畸变领域，特别是指一种适用于光学近眼显示器的畸变校正方法、装置及使用其的显示设备。
技术介绍
虚拟现实(virtualreality，VR)和增强现实(augmentedreality，AR)的概念提出以来，基于VR或者AR模式的头戴显示器(HMD)取得了长足的发展。但是，由HMD显示的虚拟图像通常依赖精巧的光学系统投影放大而出，在大视场角下容易受到畸变影响，严重的光学畸变使得用户在佩戴过程中感到不适，体验较差。畸变的成因大多由不理想的光学设计、生产及装调过程产生，其类型主要分为两种：径向畸变和切向畸变。VR光学系统通常为轴对称光学系统，其畸变类型主要为径向畸变，AR光学系统通常为离轴、倾斜非对称系统、自由曲面系统等，其畸变类型为径向畸变和切向畸变。对于光学系统，通常通过预畸变图像处理的方法对其进行校正，从而使投影放大的图像呈现在人眼前逼近理想状态。目前，对于光学系统的畸变校正方法主要有光学校正和图像电子校正两种方式。光学校正主要通过附加光学镜头对光学系统进行畸变校正，这种方式，增加了光学系统的重量，提升了光学系统的成本。现有的图像电子校正方法，虽然可以降低成本和重量，但是随着自由曲面离轴光学系统的应用与发展，光学系统的畸变变形逐渐复杂，传统的畸变校正方法已经很难满足校正所需的精度和应用需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种畸变校正方法和装置，可提升头戴显示系统的画面显示效果。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种畸变校正方法，该方法包括：获取畸变率矩阵，并进一步获取预畸变映射关系表；对要显示的图像进行预畸变，获取预畸变图像，并将所述获取的预畸变图像通过微显示器、光学系统，透射至人眼。进一步的，所述获取畸变率矩阵包括：对图像进行采样，获取网格点坐标，读取网格点坐标对应的网格点畸变率，形成网格点畸变率矩阵，对所述网格点畸变率矩阵进行双线性插值，获取畸变率矩阵。进一步的，所述获取预畸变映射关系表包括：对原始图像像素坐标进行坐标变换获得微显示器平面坐标，并转换为极坐标，根据畸变率矩阵读取该像素坐标对应的径向畸变率和切向畸变率，并进一步根据像素的极坐标，获取原始图像像素的畸变量；然后，根据原始图像像素的畸变量，获取原始图像对应的预畸变图像像素的极坐标，将所述极坐标通过几何运算转换为普通坐标，并进行坐标变换获取预畸变图像像素在原始图像坐标系下的坐标，从而形成预畸变映射关系表。进一步的，所述获取预畸变映射关系表之后，该方法进一步包括：确定预畸变映射关系表中的预畸变图像像素坐标为浮点型数据，则更新预畸变映射关系表。进一步的，所述更新预畸变映射关系表包括：对浮点型数据取整，输入测试图像，根据预畸变映射关系表获取测试图像的预畸变图像，读取所述预畸变图像中的黑点像素坐标，通过邻域像素值赋值方式，建立黑点像素预畸变坐标与邻近有值像素预畸变坐标之间的映射关系，进一步获取黑点像素预畸变坐标与邻近有值像素的原始图像像素坐标的映射关系，生成更新后的预畸变映射关系表。进一步的，所述根据像素的极坐标，获取原始图像像素的畸变量包括：通过几何运算及原始图像像素坐标，获得原始图像像素极坐标的极径，进一步根据畸变量计算公式，获取原始图像像素的畸变量。进一步的，所述根据原始图像像素的畸变量，获取原始图像像素对应的预畸变图像像素的极坐标，包括：根据原始图像像素畸变量及预畸变总量计算公式获取预畸变像素极坐标的极径，并进一步根据原始图像像素极坐标极径及极角计算公式，获取预畸变图像像素极坐标的极角，根据所述极角和极径，获取预畸变像素极坐标。进一步的，所述邻域像素值赋值方式为：读取黑点像素邻近的有值像素的像素值，将所述像素值赋值给黑点像素。进一步的，所述获取预畸变图像包括：读取要显示的图像，获取其像素坐标，及与所述像素坐标对应的像素值，根据预畸变映射关系表，将所述像素值赋值给与所述像素坐标有映射关系的预畸变图像像素坐标，获得预畸变图像。进一步的，所述测试图像为像素值均为1的白板图像。本专利技术还提供了一种畸变校正装置，包括预畸变数据处理单元，信息处理单元以及预畸变图像获取单元；预畸变数据处理单元，用于获取畸变率矩阵，根据畸变率矩阵获取预畸变映射关系表，发送给信息处理单元；信息处理单元，用于读取预畸变映射关系表，确定不需更新后，发送给预畸变图像获取单元；预畸变图像获取单元，用于读取要显示的图像，进行预畸变，获取预畸变图像，发送给微显示器。进一步的，预畸变数据处理单元，用于对图像进行采样，获取网格点坐标，读取该网格点坐标对应的网格点畸变率，形成与所述网格点坐标对应的网格点畸变率矩阵，对所述网格点畸变率矩阵进行双线性插值，获得畸变率矩阵。进一步的，信息处理单元，用于读取预畸变映射关系表中的预畸变图像像素坐标，若为浮点型数据，则更新预畸变映射关系表。进一步的，信息处理单元，用于对浮点型数据取整，根据测试图像的预畸变图像的黑点像素坐标，通过邻域像素值赋值方式，建立黑点像素预畸变坐标与邻近有值像素预畸变坐标之间的映射关系，进一步获取黑点像素预畸变坐标与邻近有值像素的原始图像像素坐标的映射关系，生成更新后的预畸变映射关系表；相应的，预畸变图像获取单元，用于读取测试图像，根据预畸变映射关系表，生成测试图像的预畸变图像，读取测试图像的预畸变图像中的黑点像素坐标，接收信息处理单元发送的更新后的预畸变映射关系表。进一步的，预畸变数据处理单元，用于对原始图像像素坐标进行坐标变换获得微显示器平面坐标，并转换为极坐标，根据畸变率矩阵读取该像素对应的径向畸变率和切向畸变率，并进一步根据像素的极坐标，获取原始图像像素的畸变量；然后，根据所述畸变量，获取原始图像对应的预畸变图像像素的极坐标。将该极坐标进行坐标变换获取预畸变图像像素在原始图像坐标系下的坐标，从而形成预畸变映射关系表。进一步的，所述预畸变数据处理单元，用于通过几何运算及原始图像像素坐标，获得原始图像像素极坐标的极径，根据畸变率计算公式，获取原始图像像素的畸变量。进一步的，预畸变数据处理单元，根据原始图像像素畸变量及预畸变总量计算公式获取预畸变像素极坐标的极径，并进一步根据原始图像像素极坐标极径及极角计算公式，获取预畸变图像像素极坐标的极角，根据所述极角和极径，获取预畸变像素极坐标。进一步的，预畸变图像获取单元，用于读取要显示的图像，获取其像素坐标及与所述像素坐标对应的像素值，根据预畸变映射关系表，将所述像素值赋值给与所述像素坐标有映射关系的预畸变图像像素坐标，获得预畸变图像。本专利技术还提供了一种显示设备，包括微显示器、显示器投影装置、光学透射式显示器成像传输镜头，还包括畸变校正装置；所述畸变校正装置，用于接收要显示的图像，对其进行预畸变，获取预畸变图像，并传送给微显示器。采用本专利技术所述的畸变校正方法、装置及显示设备，通过图像像素坐标并行处理，快速建立预畸变映射关系并生成像素坐标映射表，可以对图像的每个像素进行预畸变，校正精度非常高，输入微显示器获得校正后的画面，实现实时校正，从而实现最后到达人眼的图像画质清晰，几近逼真。同时，采用本专利技术所述的方法、装置，对显示设备的重量基本没有影响，在不增加产品质量的同时提升了产品的成像性能。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种畸变校正方法，其特征在于，该方法包括：获取畸变率矩阵，并进一步获取预畸变映射关系表；对要显示的图像进行预畸变，获取预畸变图像，并将所述获取的预畸变图像通过微显示器、光学系统，透射至人眼。

【技术特征摘要】
1.一种畸变校正方法，其特征在于，该方法包括：获取畸变率矩阵，并进一步获取预畸变映射关系表；对要显示的图像进行预畸变，获取预畸变图像，并将所述获取的预畸变图像通过微显示器、光学系统，透射至人眼。2.根据权利要求1所述的畸变校正方法，其特征在于，所述获取畸变率矩阵包括：对图像进行采样，获取网格点坐标，读取网格点坐标对应的网格点畸变率，形成网格点畸变率矩阵，对所述网格点畸变率矩阵进行双线性插值，获取畸变率矩阵。3.根据权利要求2所述的畸变校正方法，其特征在于，所述获取预畸变映射关系表包括：对原始图像像素坐标进行坐标变换获得微显示器平面坐标，并转换为极坐标，根据畸变率矩阵读取该像素坐标对应的径向畸变率和切向畸变率，并进一步根据像素的极坐标，获取原始图像像素的畸变量；然后，根据原始图像像素的畸变量，获取原始图像对应的预畸变图像像素的极坐标，将所述极坐标通过几何运算转换为普通坐标，并进行坐标变换获取预畸变图像像素在原始图像坐标系下的坐标，从而形成预畸变映射关系表。4.根据权利要求1、2或3所述的畸变校正方法，其特征在于，所述获取预畸变映射关系表之后，该方法进一步包括：确定预畸变映射关系表中的预畸变图像像素坐标为浮点型数据，则更新预畸变映射关系表。5.根据权利要求4所述的畸变校正方法，其特征在于，所述更新预畸变映射关系表包括：对浮点型数据取整，输入测试图像，根据预畸变映射关系表获取测试图像的预畸变图像，读取所述预畸变图像中的黑点像素坐标，通过邻域像素值赋值方式，建立黑点像素预畸变坐标与邻近有值像素预畸变坐标之间的映射...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涌天，程德文，刘悦，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11