一種激光投影顯示中散斑的測(cè)量評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種激光投影顯示中散斑的測(cè)量評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用，屬于激光顯示中散 斑測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光顯示采用激光作為光源，具有色域范圍廣（激光顯示的顏色表現(xiàn)能力是平板 電視的2倍以上）、亮度高、顯示尺寸大、壽命長(zhǎng)、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。 然而，激光的高相干性導(dǎo)致的散斑現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重影響顯示圖像質(zhì)量和人眼疲勞，激光散斑是 嚴(yán)重阻礙激光顯示發(fā)展和應(yīng)用的主要因素之一。因此，如何降低或消除散斑及如何測(cè)量評(píng) 價(jià)散斑消除的效果成為了激光顯示領(lǐng)域中一個(gè)非常重要的研宄內(nèi)容和技術(shù)難題。
[0003] 在激光顯示中，散斑降低或消除方法所基于的基本原理是降低或消除激光的相干 性，包括時(shí)間相干性和空間相干性兩種；具體實(shí)現(xiàn)方法有多種，如波長(zhǎng)多樣性、角度多樣性、 空間多樣性和偏振多樣性等等。關(guān)于降低或消除散斑方法，國(guó)內(nèi)外已有大量文獻(xiàn)和專(zhuān)利。不 同的消除散斑方法，其散斑消除的效果有較大差別，需要采用一定方法、設(shè)計(jì)相應(yīng)系統(tǒng)并建 立一定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同消除散斑方法的散斑消除效果進(jìn)行測(cè)量評(píng)價(jià)；此外，激光顯示的最終觀 測(cè)者是人，其效果好壞需要依據(jù)人眼的感受來(lái)判斷。關(guān)于散斑消除效果的測(cè)量評(píng)價(jià)，文獻(xiàn)中 主要采用散斑對(duì)比度作為定量分析散斑的方法，目前，結(jié)合人眼參數(shù)和實(shí)際觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù) 的散斑測(cè)量評(píng)價(jià)方法還較少，在方法、系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)方面還有待完善。
[0004] 計(jì)算散斑對(duì)比度是定量分析散斑最常用的方法，其基本原理是利用CCD相機(jī)等數(shù) 字成像裝置獲取均勻照明時(shí)系統(tǒng)輸出的散斑圖樣；然后對(duì)獲得的散斑圖樣進(jìn)行處理，低頻 濾波濾掉非散斑因素產(chǎn)生的光強(qiáng)波動(dòng)；最后計(jì)算散斑對(duì)比度，分析評(píng)價(jià)散斑消除的效果及 消散斑方法的優(yōu)缺點(diǎn)。數(shù)字成像裝置的器件參數(shù)及測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)等對(duì)記錄的散斑圖 像有一定的影響，而且散斑對(duì)比度的測(cè)量過(guò)程受系統(tǒng)穩(wěn)定性和外界環(huán)境的影響較大，因此 盡管散斑對(duì)比度測(cè)量的思路簡(jiǎn)單清晰，但是其測(cè)量結(jié)果還不足以全面評(píng)價(jià)散斑消除效果的 好壞和散斑消除方法的優(yōu)劣，需要需求新的散斑測(cè)量評(píng)價(jià)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種激光投影顯示中散斑的測(cè)量評(píng)價(jià)方法。在 現(xiàn)有技術(shù)中，散斑對(duì)比度的測(cè)量只測(cè)量了散斑的嚴(yán)重度，但并不能表現(xiàn)出圖像中散斑的顆 粒度和各向異性，而這些特征是人眼很容易觀察到。要準(zhǔn)確的描述散斑特性并評(píng)價(jià)消散斑 方法，就需要全面分析散斑的嚴(yán)重程度，顆粒度和各向異性。
[0006] 本發(fā)明還涉及一種上述評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用。
[0007] 技術(shù)術(shù)語(yǔ)解釋?zhuān)?br>[0008] 1.散斑嚴(yán)重度：是散斑圖樣中強(qiáng)度的變化程度，散斑對(duì)比度C也可用于描述散斑 嚴(yán)重度的變化。
[0009] 2.散斑顆粒度：在不同顆粒尺寸上散斑的分布情況。顆粒尺寸與散斑嚴(yán)重度無(wú) 關(guān)，對(duì)具有相同散斑對(duì)比度C，但顆粒尺寸不同來(lái)說(shuō)，其分別對(duì)應(yīng)的散斑圖像看上去的效果 不一樣。
[0010] 3.散斑的各向異性：是指在不同方向上散斑的不均勻分布。該不均勻分布是由消 散斑方法的各向異性引起的，例如只在一個(gè)方向破壞空間相干性等。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0012] 一種激光投影顯示中散斑的測(cè)量評(píng)價(jià)方法，利用散斑圖樣的功率譜密度函數(shù)來(lái)測(cè) 量評(píng)價(jià)散斑消除的效果：對(duì)所要測(cè)量評(píng)價(jià)的散斑圖樣，定義三個(gè)一維的物理量：徑向功率 譜密度rPSD、角功率譜密度aPSD和總功率譜密度tPSD，三者分別反映了圖像中散斑顆粒 度、各向異性和散斑的嚴(yán)重度，通過(guò)對(duì)上述三個(gè)物理量的計(jì)算值的分析給出散斑測(cè)量評(píng)價(jià) 的結(jié)果。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述功率譜密度（PSD)的表現(xiàn)形式包括周期圖法；所述周期 圖法是用信號(hào)傅里葉變換幅度的平方表示功率譜；其中選用周期圖法分析散斑。
[0014] 一個(gè)二維尺寸（2M+1，2N+1)的圖像A(x，y)在笛卡爾坐標(biāo)系下的功率譜密度表示 為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種激光投影顯示中散斑的測(cè)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，該方法利用散斑圖樣的功 率譜密度函數(shù)來(lái)測(cè)量評(píng)價(jià)散斑消除的效果：對(duì)所要測(cè)量評(píng)價(jià)的散斑圖樣，定義三個(gè)一維的 物理量：徑向功率譜密度rPSD、角功率譜密度aPSD和總功率譜密度tPSD，三者分別反映了 圖像中散斑顆粒度、各向異性和散斑的嚴(yán)重度，通過(guò)對(duì)上述三個(gè)物理量的計(jì)算值的分析給 出散斑測(cè)量評(píng)價(jià)的結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光投影顯示中散斑的測(cè)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所 述功率譜密度（PSD)的表現(xiàn)形式包括周期圖法；所述周期圖法是用信號(hào)傅里葉變換幅度的 平方表示功率譜；其中選用周期圖法分析散斑； 一個(gè)二維尺寸（2M+1，2N+1)的圖像A(x，y)在笛卡爾坐標(biāo)系下的功率譜密度表示為：
在式（I)中，PSDc(fx，fy)表示在笛卡爾坐標(biāo)系下二維圖像A(x，y)的PSD的表示形式， (fx，fy)為二維坐標(biāo)下X和y軸上的空間頻率，Δχ和AySx和y軸上的抽樣間隔，M和N 為正整數(shù)；在傅里葉空間內(nèi)將笛卡爾坐標(biāo)下的功率譜密度函數(shù)轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)系下，令fx= P cos Θ，fy= p sin Θ，代入⑴得出： PSDp(p , θ ) = PSDc(p cos Θ , p sin Θ ) (II) 在式（Π )中，PSDp ( P，Θ )為極坐標(biāo)下的PSD的表示形式，（P，Θ )為極坐標(biāo)系下的坐 標(biāo)，表示坐標(biāo)系下的空間頻率大小和角度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光投影顯示中散斑的測(cè)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所 述散斑顆粒度定義如下： 散斑顆粒度為rPSD，在極坐標(biāo)下定義徑向功率譜密度（rPSD)，其表示空間頻率P處， 功率譜密度對(duì)所有角度Θ的平均，表達(dá)式定義為
在式（III)中，η為求和的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，Λ Θ為角度間隔，其中rPSD(P)表示單位空間頻 率P處散斑圖樣在各個(gè)方向上的平均功率；散斑的顆粒尺寸反比于空間頻率P，因此rPSD 給出了整個(gè)散斑圖樣中不同散斑顆粒尺寸的數(shù)量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光投影顯示中散斑的測(cè)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所 述散斑的各向異性如下： 散斑的各向異性為aPSD，角功率譜密度（aPSD)表示在所有空間頻率范圍內(nèi)，一個(gè)小角 間隔[θ - Λ Θ /2, θ + Λ Θ /2]內(nèi)所包含的功率分布，通過(guò)對(duì)所有空間頻率P求和取平均得 出，表達(dá)式為：
在式（IV)中，△ P為單位間隔的空間頻率，△ Θ為角度間隔，aPSD描述了散斑圖樣的 角分布情況，從中得出每個(gè)方向上散斑圖樣的變化情況，散斑圖樣的各向異性用aPSD的離 ^ σ (aPSD ) ^ _ 散度一(???^Β)-表不。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光投影顯示中散斑的測(cè)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所 述散斑嚴(yán)重度如下： 散斑嚴(yán)重度為tPSD，總功率譜密度（tPSD)是功率譜密度函數(shù)對(duì)所有空間頻率P和 所有方向Θ的積分求和，表示散斑圖樣的整體嚴(yán)重程度，表征的物理性質(zhì)與散斑對(duì)比度類(lèi) 似：
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的一種激光投影顯示中散斑的測(cè)量評(píng)價(jià)方法，其特 征在于，用于評(píng)價(jià)各種不同的激光投影顯示系統(tǒng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的一種激光投影顯示中散斑的測(cè)量評(píng)價(jià)方法，其特 征在于，用于評(píng)價(jià)投影顯示系統(tǒng)采用的各種不同的消散斑方法。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種激光投影顯示中散斑的測(cè)量評(píng)價(jià)方法，利用散斑圖樣的功率譜密度函數(shù)來(lái)測(cè)量評(píng)價(jià)散斑消除的效果：對(duì)所要測(cè)量評(píng)價(jià)的散斑圖樣，定義三個(gè)一維的物理量：徑向功率譜密度rPSD、角功率譜密度aPSD和總功率譜密度tPSD，三者分別反映了圖像中散斑顆粒度、各向異性和散斑的嚴(yán)重度，通過(guò)對(duì)上述三個(gè)物理量的計(jì)算值的分析給出散斑測(cè)量評(píng)價(jià)的結(jié)果。本發(fā)明相對(duì)散斑對(duì)比度可以更全面的分析散斑圖樣，不僅可以評(píng)價(jià)圖像中散斑的嚴(yán)重程度，還可以測(cè)量散斑的顆粒度，評(píng)價(jià)不同消散斑方法對(duì)各個(gè)方向上的消散斑情況的差異。對(duì)評(píng)價(jià)比較不同的消散斑方法及激光投影顯示技術(shù)的應(yīng)用具有重要的意義。
【IPC分類(lèi)】G01M11-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104833483
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510212873
【發(fā)明人】王玉榮, 徐仰惠, 劉敬偉, 朱麗君, 江山
【申請(qǐng)人】山東大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年4月29日