一种畸变校正方法、装置及显示系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种畸变校正方法，读取标定畸变图像，并与标定图像理想成像比较，根据光学系统成像畸变的定义得到标定畸变率矩阵；将标定畸变率矩阵插值，得到畸变率矩阵，读取预畸变图像坐标，获取原始图像坐标和预畸变图像坐标的映射关系；将原始图像像素赋值给与之对应的预畸变图像坐标，获取预畸变图像，将所述预畸变图像经过光学系统，得到畸变校正后的图像。采用本发明专利技术所述的方法、装置和显示系统，可以提高校正精度和显示效果。

A Distortion Correction Method, Device and Display System

【技术实现步骤摘要】
一种畸变校正方法、装置及显示系统
本专利技术属于光学显示领域,特别是一种畸变校正方法、装置及显示系统。
技术介绍
近些年，头戴显示器(HMD)已经广泛应用于虚拟现实(VR)与增强现实(AR)硬件中。但是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体验中感到不适。因此对于产生畸变的光学系统，通常通过预畸变图像处理的方法进行校正，从而使投影放大而出的虚拟图像被人眼看到时呈现逼近于理想的状态。畸变的成因大多数是由不能完全理想的光学设计以及生产、装调过程产生，主要分为两种类型的光学畸变：径向畸变和切向畸变。用于VR的光学系统是轴对称光学系统，其畸变类型主要是径向畸变(桶形或者枕形)，对此，有较为成熟的通用畸变校正方法。而在用于AR的光学系统中，离轴、倾斜非对称系统、自由曲面等越来越多的受到应用，畸变类型包含径向畸变和切向畸变，此时，需要综合考虑径向畸变和切向畸变的校正方法。目前，光学系统的畸变校正主要有光学校正和图像电子校正两种方式，其中光学校正方法主要采用附加的光学镜头来对光学系统的畸变进行校正，这种方式，因为附加了光学镜头，会提升光学系统的成本和重量。现有的非对称光学成像系统的应用相对于传统的光学成像系统引入了更为复杂的径向畸变和更严重的切向畸变。传统的图像电子校正已经很难满足所需的校正精度和应用需求。另外，由于光学系统在实际的加工装调影响下，实际的成像畸变引入了除光学系统理论设计成像畸变以外的畸变。在这种加工装调畸变与理论设计畸变同时存在的情况下，对畸变校正提出了更高的要求。
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的方法、装置及使用其的显示系统，采用本专利技术所述的方案，可以提高校正精度，给用户更好的视觉效果。本专利技术提供了一种畸变校正方法，包括：读取标定畸变图像，并与标定图像理想成像比较，根据光学系统成像畸变的定义得到标定畸变率矩阵；将标定畸变率矩阵插值，得到畸变率矩阵，读取预畸变图像坐标，获取原始图像坐标和预畸变图像坐标的映射关系；将原始图像像素赋值给与之对应的预畸变图像坐标，获取预畸变图像，将所述预畸变图像经过光学系统，得到畸变校正后的图像。进一步的，所述读取标定图像经过光学系统的成像之前，该方法进一步包括：对初始图像进行采样，获取标定图像，所述采样密度可根据需要自行设定。进一步的，读取标定畸变图像，以其中心点无畸变区域为基准，生成标定理想成像。进一步的，所述获取原始图像和预畸变图像坐标的映射关系包括：将预畸变图像坐标转换成平面坐标系中的极坐标，然后根据畸变率矩阵、畸变率公式、畸变总量公式，求取预畸变图像坐标系的原始图像极坐标，根据预畸变图像坐标和原始图像坐标在预畸变图像坐标系中的对应关系，获取原始图像坐标在平面坐标系的直接坐标，根据坐标转换，得到原始图像坐标。进一步的，所述将原始图像像素赋值给与之对应的预畸变坐标进一步包括：读取非整数原始图像坐标，选取与所述非整数原始图像坐标所在网格的四个原始图像坐标的像素值，根据距离加权公式，得到与所述非整数原始图像坐标有映射关系的预畸变图像坐标的像素值。本专利技术还提供了一种畸变校正装置，该装置包括：畸变率矩阵处理单元、映射获取单元以及预畸变图像获取单元；畸变率矩阵处理单元，用于读取标定畸变图像，与标定理想成像比较，根据光学系统成像畸变定义，获取标定畸变率矩阵，并进一步对其插值，获取畸变率矩阵；映射获取单元，用于读取畸变率矩阵处理单元中的畸变率矩阵，根据预畸变图像坐标，获取原始图像坐标和预畸变图像坐标的映射关系；预畸变图像获取单元，用于读取原始图像坐标的像素值，根据原始图像坐标和预畸变图像坐标的映射关系，将所述原始图像坐标的像素值赋值给有映射关系的预畸变图像坐标，获取预畸变图像，将获取的预畸变图像通过光学系统，得到校正后的图像。进一步的，改装置进一步包括：采样单元，所述采样单元，用于对初始图像进行采样，得到标定图像。进一步的，所述畸变率矩阵处理单元，用于读取标定网格点畸变图像，以其中心点无畸变区域为基准，生成标定理想成像。进一步的，映射获取单元，用于读取畸变率矩阵处理单元中的畸变率矩阵，读取预畸变图像坐标，并将其转换为平面坐标系的极坐标，然后根据畸变率矩阵、畸变率公式、畸变总量公式，计算预畸变图像坐标系的原始图像极坐标，根据预畸变图像坐标和原始图像坐标在预畸变图像坐标系中的对应关系，获取原始图像坐标在平面坐标系的直角坐标，根据坐标转换，得到原始图像坐标。本专利技术还提供了一种使用畸变校正装置的显示系统，所述显示系统包括：畸变校正装置，用于读取初始图像，获取畸变率矩阵，读取原始图像，获取预畸变图像，传输给微显示器；微显示器，用于将初始图像的图像投射给投影装置，将原始图像的预畸变图像投射给投影装置；投影装置，用于将微显示器的图像光投影给成像传输镜体；成像传输镜体，用于接收投影装置的图像光，传送进人眼。采用本专利技术所述的畸变校正方法、装置及显示系统，采用原始图像坐标与预畸变图像坐标对应并一一赋值的方式，可以很大程度上提高校正精度，并通过对原始图像的非整数坐标所在网格像素进行距离加权，得到对应的预畸变图像坐标的像素值，对校正精度和校正效果进一步优化，实现对显示系统要显示图像的实时、高效的校正，给用户带来非常好的视觉效果。附图说明图1为本专利技术所述方案的方法流程示意图；图2为标定畸变图像和标定理想成像位置关系示意图；图3为预畸变图像坐标位置示意图；图4为预畸变图像坐标与原始图像坐标位置关系示意图；图5为原始图像非整数坐标与预畸变图像坐标位置关系示意图；图6为预畸变图像和校正后图像对比图；图7为预畸变图像和校正后图像对比图；图8为预畸变校正装置结构示意图；图9为显示系统结构示意图；图10为校正前后效果对比示意图；图11为校正效果验证示意图。具体实施方式下面通过具体实施例与附图来对本专利技术进行详细说明。一种畸变校正方法，如图1所示的，具体流程如下：步骤101：读取标定畸变图像，与标定理想成像比较，根据畸变率定义，得到标定畸变率矩阵；具体的，对初始图像进行采样，获取标定图像，所述采样密度可以根据需要自行设定。初始图像优选的为具有点阵排布的图像，在本方案中采用网格点阵列图像作为初始图像。标定图像经过光学系统后，产生了畸变，形成标定畸变图像，如图2所示意的，实线框内为标定畸变图像的成像区域，O’为标定畸变图像的成像中心，O’点及所有实线框内的标定畸变图像的坐标均可被识别。由于成像中心O’点邻域内的畸变可以忽略不计，以其为基准，生成标定理想成像，具体的：以标定畸变图像中，O’点邻域的网格点与O’点之间的横向间距和纵向间距的平均值，作为标定理想成像的网格点之间的横向间距和纵向间距，即可生成标定理想成像，也就是图2中虚线框区域对应的区域，所述邻域为距离O’点最近的标定畸变图像网格点所围成的区域。以本方案为例，距离O’点最近的畸变图像网格点为a1-a8，那么a1-a8所围成的区域即为O’点的邻域，取a1-a8的横向间距的平均值，以及纵向间距的平均值，作为标定理想成像的网格点之间的横向间距和纵向间距，以O’点为中心，扩展形成标定理想成像。至此，我们可以将该光学系统的畸变看作从理想成像即虚像框区域内的标定网格点，畸变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种畸变校正方法，其特征在于，读取标定畸变图像，并与标定图像理想成像比较，根据光学系统成像畸变的定义得到标定畸变率矩阵；将标定畸变率矩阵插值，得到畸变率矩阵，读取预畸变图像坐标，获取原始图像坐标和预畸变图像坐标的映射关系；将原始图像像素赋值给与之对应的预畸变图像坐标，获取预畸变图像，将所述预畸变图像经过光学系统，得到畸变校正后的图像。

【技术特征摘要】
1.一种畸变校正方法，其特征在于，读取标定畸变图像，并与标定图像理想成像比较，根据光学系统成像畸变的定义得到标定畸变率矩阵；将标定畸变率矩阵插值，得到畸变率矩阵，读取预畸变图像坐标，获取原始图像坐标和预畸变图像坐标的映射关系；将原始图像像素赋值给与之对应的预畸变图像坐标，获取预畸变图像，将所述预畸变图像经过光学系统，得到畸变校正后的图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述读取标定图像经过光学系统的成像之前，该方法进一步包括：对初始图像进行采样，获取标定图像，所述采样密度可根据需要自行设定。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，读取标定畸变图像，以其中心点无畸变区域为基准，生成标定理想成像。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取原始图像和预畸变图像坐标的映射关系包括：将预畸变图像坐标转换成平面坐标系中的极坐标，然后根据畸变率矩阵、畸变率公式、畸变总量公式，求取预畸变图像坐标系的原始图像极坐标，根据预畸变图像坐标和原始图像坐标在预畸变图像坐标系中的对应关系，获取原始图像坐标在平面坐标系的直接坐标，根据坐标转换，得到原始图像坐标。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将原始图像像素赋值给与之对应的预畸变坐标进一步包括：读取非整数原始图像坐标，选取与所述非整数原始图像坐标所在网格的四个原始图像坐标的像素值，根据距离加权公式，得到与所述非整数原始图像坐标有映射关系的预畸变图像坐标的像素值。6.一种畸变校正装置，其特征在于，该装置包括：畸变率矩阵处理单元、映射获取单元以及预畸变图像获取单元；畸变率矩阵处理单元，用于读取标定畸变图像，与标定理想成像...

【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