虚拟现实成像系统中分析干涉彩虹问题来源的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种虚拟现实成像系统中分析干涉彩虹问题来源的方法，包括如下步骤：步骤1，得到干涉彩虹图像Icr；步骤2，得到滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2；步骤3，判断滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2中间的白色部分是圆形还是椭圆形；如果滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2中间的白色部分是圆形，则干涉彩虹问题是从波片产生；如果滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2中间的白色部分是椭圆形，且椭圆形的中心点O1到图像的中心点O之间的欧式距离L(O1,O)大于等于阈值T3，则是由于光非垂直于入射单非球镜片，引起彩虹干涉；如果是小于阈值T3，则是由于单非球镜片质量问题引起的彩虹干涉。单非球镜片质量问题引起的彩虹干涉。单非球镜片质量问题引起的彩虹干涉。

【技术实现步骤摘要】
虚拟现实成像系统中分析干涉彩虹问题来源的方法


[0001]本专利技术属于一种VR、AR的视觉成像系统质量分析算法，具体来讲，是一种基于干涉彩虹问题的多个问题来源的分析算法，可以为改善其成像系统质量提供客观的检测参数。
[0002]专利技术背景
[0003]在虚拟现实领域中，由于人眼所获得的信息占所有五感(视觉、触觉、听觉、味觉、嗅觉)信息来源中的70％，所以虚拟视觉是实现虚拟现实中工作中最重要的一环。目前，虚拟视觉主要依靠虚拟成像系统。在虚拟成像系统中，目前最主流的是PANCAKE方案，这类成像系统包括有单非球镜片、波片、偏振片、显示器、以及不同具体方案下的其他几个镜片。
[0004]目前，基于PANCAKE的方案中，最终呈现在用户眼前的干涉彩虹问题是其面临的问题之一。其效果是类似平静水面上被仍进一个石头而产生的往外扩展的多个波浪样(也可能会不规则的波浪样)、围绕虚拟显示中心区域的、有彩虹色的显示效果。
[0005]分析其原因，主要有两个：
[0006][1].光线在穿过1/4波长玻片时不是垂直入射，在一定程度上形成了锥光，导致中心和边缘有光程差，继而产生了干涉形成纹路。
[0007][2].单非球镜片的内部应力不均衡，导致光线在其内部形成了不规则的成像效果。
[0008]很明显，人们需要减少偏振干涉彩虹的效果，但是在达到这一效果之前，人们需要自动化的、客观的分析这一现象，从而为后期的解决问题提供客观依据。其来源分析主要包括有三个：
[0009][1].单非球镜片质量问题；
[0010][2].波片原因引起的质量问题；
[0011][3].光路发生了倾斜引起的质量问题。
[0012]目前，对于这一问题，未见到相关的研究论文、专利。

技术实现思路

[0013]本专利技术基于现有光学系统、图像识别技术，提出了面向虚拟成像系统中干涉彩虹问题的分析方法。其步骤主要有：多色背景统计、空间域分析、频率域分析、单非球镜片内部应力分析、问题来源分析、输出。该算法可以分析出三种问题来源：波片产生、光路发生了倾斜、单非球镜片质量问题，并给出其变化的合理分析指标，以供产品质量分析和校正时使用。
[0014]虚拟现实成像系统中分析干涉彩虹问题来源的方法，所述虚拟现实成像系统是基于PANCAKE系统，包括如下步骤：
[0015]步骤1，在多个单一色背景上形成干涉彩虹图像，将单一色去除只保留干涉彩虹图像，并对多个干涉彩虹图像取平均值，得到干涉彩虹图像Icr；
[0016]步骤2，对干涉彩虹图像Icr进行灰度处理，得到干涉彩虹灰度图Icrg，再对干涉彩虹灰度图Icrg滤波处理，得到滤波后的干涉彩虹灰度图Icrg2，再进行二值化，得到滤波后
的干涉彩虹二值图Icrb2；
[0017]步骤3，判断滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2中间的白色部分是圆形还是椭圆形；
[0018]如果滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2中间的白色部分是圆形，光在PANCAKE系统中是垂直于单非球镜片射入的，干涉彩虹问题仅仅是从波片产生；
[0019]如果滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2中间的白色部分是椭圆形，且椭圆形的中心点O1到图像的中心点O之间的欧式距离L(O1,O)大于等于阈值T3，则是由于光在PANCAKE系统中并非垂直于入射单非球镜片，引起彩虹干涉；所述椭圆形的中心点O1是指最小外包矩形Rec_Icrb2的中心点。
[0020]如果滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2中间的白色部分是椭圆形，且椭圆形的中心点O1到图像的中心点O之间的欧式距离L(O1,O)小于阈值T3，则是由于单非球镜片质量问题引起的彩虹干涉。
[0021]进一步的，步骤1中在多个单一色背景上形成干涉彩虹图像，将单一色去除只保留干涉彩虹图像，并对多个干涉彩虹图像取平均值，得到干涉彩虹图像Icr，具体包括如下步骤：
[0022]步骤1.1，分别输出为白色、黑色、绿色和蓝色的单一色图像，分别拍摄为白色图像Iw、黑色图像Ik、绿色图像Ig和蓝色图像Ib，这些图像中均含有1个或者多个干涉彩虹；
[0023]步骤1.2、对白色图像Iw、黑色图像Ik、绿色图像Ig和蓝色图像Ib，各自随机采样离图像中心N1欧式距离的N2个点的色彩平均值avg1、及其方差dev1；采样点不能落在干涉彩虹图像上，然后去除白色图像Iw、黑色图像Ik、绿色图像Ig和蓝色图像Ib中所有avg1
±
5*dev1的点，分别得到去除背景的干涉彩虹图像Iwr、Irr、Igr、Ibr；
[0024]步骤1.3、把去除背景的干涉彩虹图像Iwr、Irr、Igr、Ibr中，位于同一个像素位置(i，j)上的各个通道值相加取平均，得到干涉彩虹的合成图像Icr；
[0025]Icr(i,j,ch)＝(Iwr(i,j,ch)+Irr(i,j,ch)+Igr(i,j,ch)+Ibr(i,j,ch))/4
[0026]其中ch＝1～3，分别表示红色通道，绿色通道，蓝色通道。
[0027]进一步的，步骤2中对干涉彩虹图像Icr进行灰度处理，得到干涉彩虹灰度图Icrg，再对干涉彩虹灰度图Icrg滤波处理，得到滤波后的干涉彩虹灰度图Icrg2，再进行二值化，得到滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2，具体包括如下内容：
[0028]步骤2.1，把干涉彩虹图像Icr变成灰度图，得到干涉彩虹灰度图Icrg，对彩虹灰度图Icrg进行二维傅里叶变换，然后中心化，得到干涉彩虹频谱图Fcr；
[0029]步骤2.2.对彩虹频谱图Fcr采用大津法OTSU二值化，得到彩虹频谱二值图Fcrb；
[0030]步骤2.3.在彩虹频谱二值图Fcrb面积最大的白色区域中，寻找内部最大的白圆，然后除了这个白圆的区域，整个Fcrb中的其余部分全部置为0，得到滤波模板Ccrb；
[0031]步骤2.4.把滤波模板Ccrb与干涉彩虹频谱图Fcr的每个像素点乘，得到滤波后的二维傅里叶变换图Fcr2，二维傅里叶变换图Fcr2保留了彩虹干涉彩虹频谱图Fcr中圆形区域灰度值、其他区域为0的；
[0032]步骤2.5.把滤波后的二维傅里叶变换图Fcr2进行反中心化，然后反二维傅里叶变换，得到滤波后的图Icrg2；
[0033]步骤2.6.把Icrg2二值化，得到滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2。
[0034]进一步的，当步骤3中判断彩虹干涉是由单非球镜片质量问题引起时，需要进一步
判断彩虹干涉是否由于单非球镜片应力不均过大引起，包括如下步骤：
[0035]步骤4，对干涉彩虹图像Icr做二值化处理，得到二值化干涉彩虹图像Icrb，计算二值化干涉彩虹图像Icrb中第一道干涉彩虹环距离图像中心点的距离和自身宽度；
[0036]步骤5，计算滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2中，第一道干涉彩虹环距离图像中心点的距离和自身宽度；
[0037]步骤6，Icrb2中第一道干涉彩虹环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.虚拟现实成像系统中分析干涉彩虹问题来源的方法，所述虚拟现实成像系统是基于PANCAKE系统，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，在多个单一色背景上形成干涉彩虹图像，将单一色去除只保留干涉彩虹图像，并对多个干涉彩虹图像取平均值，得到干涉彩虹图像Icr；步骤2，对干涉彩虹图像Icr进行灰度处理，得到干涉彩虹灰度图Icrg，再对干涉彩虹灰度图Icrg滤波处理，得到滤波后的干涉彩虹灰度图Icrg2，再进行二值化，得到滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2；步骤3，判断滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2中间的白色部分是圆形还是椭圆形；如果滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2中间的白色部分是圆形，光在PANCAKE系统中是垂直于单非球镜片射入的，干涉彩虹问题仅仅是从波片产生；如果滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2中间的白色部分是椭圆形，且椭圆形的中心点O1到图像的中心点O之间的欧式距离L(O1,O)大于等于阈值T3，则是由于光在PANCAKE系统中并非垂直于入射单非球镜片，引起彩虹干涉；如果滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2中间的白色部分是椭圆形，且椭圆形的中心点O1到图像的中心点O之间的欧式距离L(O1,O)小于阈值T3，则是由于单非球镜片质量问题引起的彩虹干涉。2.根据权利要求1所述虚拟现实成像系统中分析干涉彩虹问题来源的方法，其特征在于，步骤1具体包括如下步骤：步骤1.1，分别输出为白色、黑色、绿色和蓝色的单一色图像，分别拍摄为白色图像Iw、黑色图像Ik、绿色图像Ig和蓝色图像Ib，这些图像中均含有1个或者多个干涉彩虹；步骤1.2、对白色图像Iw、黑色图像Ik、绿色图像Ig和蓝色图像Ib，各自随机采样离图像中心N1欧式距离的N2个点的色彩平均值avg1、及其方差dev1；采样点不能落在干涉彩虹图像上，然后去除白色图像Iw、黑色图像Ik、绿色图像Ig和蓝色图像Ib中所有avg1
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5*dev1的点，分别得到去除背景的干涉彩虹图像Iwr、Irr、Igr、Ibr；步骤1.3、把去除背景的干涉彩虹图像Iwr、Irr、Igr、Ibr中，位于同一个像素位置(i，j)上的各个通道值相加取平均，得到干涉彩虹的合成图像Icr；Icr(i,j,ch)＝(Iwr(i,j,ch)+Irr(i,j,ch)+Igr(i,j,ch)+Ibr(i,j,ch))/4其中ch＝1～3，分别表示红色通道，绿色通道，蓝色通道。3.根据权利要求1所述虚拟现实成像系统中分析干涉彩虹问题来源的方法，其特征在于，步骤2具体包括如下内容：步骤2.1，把干涉彩虹图像Icr变成灰度图，得到干涉彩虹灰度图Icrg，对彩虹灰度图Icrg进行二维傅里叶变换，然后中心化，得到干涉彩虹频谱图Fcr；步骤2.2.对彩虹频谱图Fcr采用大津法OTSU二值化，得到彩虹频谱二值图Fcrb；步骤2.3.在彩虹频谱二值图Fcrb面积最大的白色区域中，寻找内部最大的白圆，然后除了这个白圆的区域，整个Fcrb中的其余部分全部置为0，得到滤波模板Ccrb；步骤2.4.把滤波模板Ccrb与干涉彩虹频谱图Fcr的每个像素点乘，得到滤波后的二维傅里叶变换图Fcr2，二维傅里叶变换图Fcr2保留了彩虹干涉彩虹频谱图Fcr中圆形区域灰度值、其他区域为0的；步骤2.5.把滤波后的二维傅里叶变换图Fcr2进行反中心化，然后反二维傅里叶变换，
得到滤波后的图Icrg2；步骤2.6.把Icrg2二值化，得到滤波后的干涉彩虹二值图Icrb2。4.根据权利要求1所述虚拟现实成像系统中分析干涉彩虹问题来源的方法，其特征在于，当彩虹干涉是由单非球镜片质量问题引起时，还包括如下步骤：步骤4，对干涉彩虹图像Icr做二值化处理，得到二值化干涉彩虹图像Icrb，计算二值化干涉彩虹图像Icrb中第一道干涉彩虹环距离图像中心点的距离和自身宽度；步骤5...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈森霖，袁博，沈玉龙，胡凯，
申请(专利权)人：南京栢拓视觉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：