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CN106569343A - 用于对主观散斑形成进行表征的装置和方法 - Google Patents

用于对主观散斑形成进行表征的装置和方法 Download PDF

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CN106569343A
CN106569343A CN201610756429.2A CN201610756429A CN106569343A CN 106569343 A CN106569343 A CN 106569343A CN 201610756429 A CN201610756429 A CN 201610756429A CN 106569343 A CN106569343 A CN 106569343A
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Abstract

本发明涉及一种用于对主观散斑形成进行表征、尤其用于对散斑对比度进行量化的装置(8)。该装置具有：投影面(9)和相干的或部分相干的光源(10)，该光源(10)用于将图像投影到该投影面(9)上；探测单元(11)，该探测单元(11)用于产生被投影到所述投影面(9)上的所述图像的散斑图像(13)；以及数据采集和分析单元(12)，该数据采集和分析单元(12)用于处理和评估图像数据。本发明还涉及一种用于对主观散斑形成进行表征的方法。在该方法中，对散斑对比度进行解析，直至达到最大值，其方式是，通过在一个范围内逐步地改变相机的曝光时间直至所述相机饱和。本发明允许以不同的组件重现所测量的散斑结果。由此，例如能将单个激光投影仪互相比较，这创建用于评估不同图像生成单元的图像质量的先决条件。

Description

用于对主观散斑形成进行表征的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于对主观散斑形成进行表征的方法。
背景技术
散斑图样是不规则的颗粒状光分布，所述散斑图样在以足够相干的光、尤其激光照明光学粗糙的投影面时出现。所述光学粗糙的投影面具有所述光的波长的量级的不平度。所述散斑图样在光斑在投影面上成像时并且通过在投影面的不平坦处散射的光波的干涉来产生。在此，产生具有随机分布的强度最大值和强度最小值的空间结构，该空间结构具有反光的投影面的随机精细结构。散斑颗粒的对比度通过所述波长的相干性和投影面的粗糙度确定。当光的波长下降到显著小于投影面的平均粗糙度时，散斑图样消失。散斑颗粒的尺寸取决于光斑的尺寸。光斑越大，散斑图样的颗粒度越精细。
激光器越来越多地被用作用于光学成像方法的光源，所述激光器基于它们的高光学效率尤其被用于产生具有大色彩空间和高对比度的明亮图片。在此能在不受限制的图片尺寸下实现高图像质量。将激光束扫过投影面以便于示出待再现的图片。这种所谓的“激光扫描投影”是作为图像生成单元、也作为“Picture Generation Unit：图像产生单元”(简写为PGU)用在车辆应用中、例如在接触模拟的“平视显示器”中的极有前景的技术。
“平视显示器”例如布置在机动车辆的前风挡的区域中。在此，对于也被简称为HUD的“平视显示器”应理解为如下的显示系统：在该“平视显示器”情况下，用户为了观察所显示的信息可以将头部的姿势或观看方向维持在原始取向上，因为所述信息被投影到视野中。HUD通常具有产生图像的成像单元、光学模块以及投影面。该光学模块将图像引导到该投影面上，该投影面构造为镜面反射的、透光的风挡。车辆驾驶员看到所述成像单元的被反射的信息，并且同时能看到在观看方向上处在前风挡后方的实际周围环境。
在借助激光器或其他相干光源的投影方法中产生散斑图样，所述散斑图样由于小的像点而通常是粗粒的并且被观看者感知为干扰。
现有技术提供了一些可能性，以便防止或减少散斑图样的形成。
在US 2012 0200832 A1中示出一种在图像投影单元中减少散斑图样的可能性。在此，在所述光源前方布置有凸形透镜，该凸形透镜在相对于光源的距离方面能够可变地调整。与透镜的因此可调节的焦距相关地这样改变相干光，使得散斑图样被减少。
在DE 10 2010 002 161 A1中提出另一用于减少散斑图样的方法。在此，在相干光源前方布置有连续旋转的散射盘。由此，对光波施加不同的统计学相位变化，使得在曝光持续时间期间产生不同的、主观的噪声分量，并且通过在单个噪声分量的曝光持续时间上进行时间平均，由两台相机采集噪声减小的强度图像。
客观地量化散斑强度的困难在于测量结果对所使用的测量系统的高度依赖性。由现有技术并不已知如下散斑量化方法：使得能够关于起干扰作用的光斑图样客观地评估图像质量。
发明内容
本发明的任务在于提供用于对所述主观散斑形成进行表征、尤其用于对散斑对比度进行量化的装置和方法。所述装置应该对借助作为光源的激光器产生的图像进行量化，在此，所述装置简单地构造且因此应成本有利地制造和运行。
所述任务通过具有独立专利权利要求的特征的装置和方法来解决。扩展方案在从属权利要求中说明。
所述任务通过一种根据本发明的用于对主观散斑形成进行表征，尤其用于对散斑对比度进行量化的装置来解决。
所述装置具有投影面和相干的或部分相干的光源，该光源用于将图像投影到所述投影面上；探测单元，该探测单元用于产生被投影到所述投影面上的图像的散斑图像；以及数据采集和分析单元，该数据采集和分析单元用于处理和评估图像数据。
根据本发明的一种构型，所述光源构造为激光投影仪。
所述探测单元优选构造为相机。
所述任务还通过一种根据本发明的用于对主观散斑形成进行表征、尤其用于对散斑对比度进行量化的方法来解决。在所述方法中，对散斑对比度进行解析，直至达到最大值。
在此，通过具有相干的或至少部分相干的光源、例如激光器的投影仪将图像投影到投影面上。通过所述相干光源以及通过投影面的特质，产生具有叠加的散斑图样的图像。借助由相机或光学传感器或类似物构成的探测单元，拍摄所述具有散斑图样的投影面。所述借助探测单元拍摄的投影面图像以下被称为散斑图像。取决于由所述光源发出的光的波长和所述探测单元的像素尺寸，首先产生散斑图像并且计算所述散斑的尺寸。通过改变光圈值，可以使散斑尺寸适配于所述相机的所述像素尺寸。为了在关于所叠加的散斑图样方面对图像质量进行量化时获得高精度，散斑直径应占据超过五个像素。如果情况不是这样，则应适配光圈值。如果散斑尺寸的大小超过五个像素尺寸，则进行对最佳曝光时间的搜寻。为此，以相机的不同的曝光时间拍摄所述投影面，其中，逐步地改变所述探测单元的曝光时间直至达到最佳曝光时间，在该最佳曝光时间，散斑对比度减小至最大值。这样确定散斑对比度的解析度直至最大值：使得在所记录的散斑对比度测量结果变化过程中，探测具有平稳段的最大值，其中，所述散斑对比度的值在该平稳段结束时又减小。
以最佳曝光时间拍摄多个散斑图像并且形成平均散斑图像。同样地，以该最佳曝光时间多次拍摄暗的、未被照射的投影面，并且形成平均暗图像。随后，从所述平均散斑图像中减去所述平均暗图像。由此，能够实现减少背景照明噪声。随后，计算散斑图样的强度直方图，借助该强度直方图进行所述激光投影仪的图像质量分析。
根据本发明的一种扩展方案，根据出现在所述散斑图像中的散斑尺寸并且根据与探测单元相关的像素尺寸来调节光圈值。
借助数据采集和分析单元，有利地处理和评估所述散斑图像的数据、尤其强度值。
所介绍的用于对散斑图像进行表征的方法允许以不同的测量构造(Messaufbauten)模仿所测量的散斑结果。由此，能将单个激光投影仪互相比较，并且创建用于客观地评估不同的图像生成单元的图像质量的先决条件。
附图说明
本发明的实施方案的另外的细节、特征和优点由后续的、实施例的参考所属附图的描述得到。附图示出：
图1：用于借助用于将信息呈现为虚拟图像的光学部件的组件在机动车辆中产生图像的系统；
图2：用于对所述散斑对比度进行量化的装置的示意图；以及
图3：用于所述对散斑对比度进行量化的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出用于借助图像生成单元1以及用于将信息呈现为虚拟图像7的光学部件3的组件在机动车辆中产生图像的系统。虚拟图像7在车辆驾驶员2在驾驶方向上观看时的观看方向上通过前风挡6投影。
所述系统以光学部件3、尤其偏转镜布置在仪表盘5内。由图像生成单元1发出的成束光线4通过光学部件3被引导。成束光线4通过未示出的眩光捕获器(Blendlichtfalle)从仪表盘5射出。另一附加于所述眩光捕获器构造的光捕获器与所述眩光捕获器组合，防止射出可能会导致对车辆驾驶员2产生刺激和镜面反射的光线。
成束光线4被朝向机动车辆的前风挡6的预确定区域偏转，在该预确定区域中，前风挡6构造有用于呈现所述图像的光学部件。图像生成单元1和光学部件3结合构造在前风挡6上的投影区域起HUD的作用。
图像生成单元1产生虚拟图像7，该虚拟图像7被引导到前风挡6的镜面反射的、透光的区域上以用于投影。车辆驾驶员2作为前风挡投影仪的用户看到图像生成单元1的被反射的信息，并且同时能看到在观看方向上处在前风挡6后方的实际周围环境。
图2中示出用于对主观散斑形成进行表征，尤其用于对所述散斑对比度进行量化的装置8。借助相干的或部分相干的光源10例如图像生成单元1的激光投影仪10，图像被投影到投影面9上。这个图像被散斑图样叠加。探测单元11、例如相机11以不同的曝光时间T产生所述图像的散斑图像13，直至达到相机11的饱和，以便找到最佳曝光时间T最佳。最佳曝光时间T最佳表示如下极限值：在该极限值，对所述散斑图样进行解析，直至达到最大值。在数据采集和分析单元12中，例如计算机中，处理图像数据、尤其强度值I。
图3中以流程图示出用于对散斑对比度进行量化且因此对主观散斑形成进行表征的方法。在此，从由激光投影仪10发出的光的待使用的波长λ和相机11的已知像素尺寸P出发，计算最小光圈值f。借助相机11和所设定的最小光圈值f产生投影面9的散斑图像13，且由此计算散斑尺寸D。通过改变光圈值f，可以使散斑尺寸D适配于相机11的像素尺寸P。为了在关于所叠加的散斑图样方面对所述图像质量进行量化时获得高精度，作为散斑尺寸D的散斑直径应占据超过五个像素P。如果情况不是这样，则应适配光圈值f。如果散斑尺寸D的大小超过五个像素尺寸P，则进行对最佳曝光时间T最佳的搜寻。为此，以相机11的不同曝光时间T拍摄投影面9，直至相机11饱和。从所述曝光时间的阈值开始，即从最佳曝光时间T最佳开始，所述散斑图样被解析，直至达到最大值。
在此，如此确定所述散斑对比度的解析度的最大值：使得所记录的所述散斑对比度测量结果变化过程具有位于平稳段上的最大值，并且所述散斑对比度的值在该平稳段结束时又变小。
以最佳曝光时间T最佳拍摄多个散斑图像13并且形成平均散斑图像14。同样地，以最佳曝光时间T最佳多次拍摄暗的、未被照射的投影面9，并且形成平均暗图像15。随后，从平均散斑图像14中减去暗投影面9的平均暗图像15。由此能够实现，减少背景照明噪声。随后，计算强度I的直方图，借助该强度I的直方图，通过借助强度I的标准偏差σ计算散斑对比度C散斑来进行激光投影仪10的图像质量分析。图3中所介绍的方法允许以不同的测量构造重现所测量的散斑结果。由此，能将单个激光投影仪互相比较，并且创建用于评估不同图像生成单元的图像质量的先决条件。
附图标记列表
1 图像生成单元
2 车辆驾驶员
3 光学部件
4 成束光线
5 仪表盘
6 前风挡
7 虚拟图像
8 装置
9 投影面
10 相干的或部分相干的光源，激光投影仪
11 探测单元，相机
12 数据采集和分析单元
13 散斑图像(具有散斑图样的图像)
14 平均散斑图像
15 平均暗图像
λ 波长
f 光圈值
D 散斑尺寸
P 像素尺寸
T 曝光时间
T最佳 最佳曝光时间
I 强度
C散斑 散斑对比度
σ 强度I的标准偏差

Claims (6)

1.一种用于对主观散斑形成进行表征、尤其用于对散斑对比度进行量化的装置(8)，该装置(8)具有：投影面(9)和相干的或部分相干的光源(10)，该光源(10)用于将图像投影到该投影面(9)上；探测单元(11)，该探测单元(11)用于产生被投影到所述投影面(9)上的所述图像的散斑图像(13)；以及数据采集和分析单元(12)，该数据采集和分析单元(12)用于处理和评估图像数据。
2.根据权利要求1所述的装置(8)，其特征在于，所述光源(10)构造为激光投影仪。
3.根据权利要求1或2所述的装置(8)，其特征在于，所述探测单元(11)构造为相机。
4.一种用于对主观散斑形成进行表征、尤其用于对散斑对比度进行量化的方法，其中，该方法具有以下步骤：
-借助相干的或部分相干的光源(10)将图像投影到投影面(9)上，
-利用探测单元(11)产生所述投影面(9)的散斑图像(13)，其中，逐步地改变所述探测单元(3)的曝光时间(T)直至最佳曝光时间(T最佳)，在该最佳曝光时间(T最佳)，散斑对比度(C散斑)减小至最大值，
-以所述最佳曝光时间(T最佳)产生多个散斑图像(13)，并且形成平均散斑图像(14)，
-在不存在所述相干的或部分相干的光源(10)的投影图像的情况下，以所述最佳曝光时间(T最佳)产生所述投影面(9)的多个图像，并且形成平均暗图像(15)，
-从所述平均散斑图像(14)中减去所述平均暗图像(15)，以减少背景照明噪声，
-形成强度直方图以用于图像质量分析。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据出现在所述散斑图像(13)中的散斑尺寸(D)并且根据取决于所述探测单元(11)的像素尺寸(P)来调节光圈值(f)，该像素尺寸(P)取决于。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在数据采集和分析单元(12)中处理和评估来所述散斑图像(13)的数据。
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