一种基于光流相机的VR设备延迟测试装置制造方法及图纸

一种基于光流相机的VR(Virtual Reality，虚拟现实)设备延迟测试装置，应用于测量VR设备从用户动作输入到显示画面切换之间的延迟时间。该装置包括光流相机模块、电控转台、中央处理模块、显示模块和VR眼镜；所述光流相机模块用于获取VR眼镜显示画面位移信息；所述电控转台用于模拟用户动作输出；所述中央处理模块根据位移信息和转台摆动信息确定延迟时间，并由显示模块显示最终的延迟结果。该装置特点在于利用光流相机测出位移量，并根据延迟时间计算算法得出VR眼镜延迟时间，所述装置可用于VR产品的延迟测试。

A delay test device for VR equipment based on optical flow camera

An optical camera based on VR (Virtual Reality, virtual reality equipment) delay test device is applied to the measurement of VR equipment from the user input to the display screen action delay time switch between. The device includes a camera module, optical turntable, central processing module, display module and VR glasses; the optical camera module is used for acquiring VR glasses display displacement information; the turntable is used to simulate user actions and output; the central processing module according to the displacement information and turntable swing information to determine the delay time, and by the display the final results show delay module. The device is characterized by using the optical flow camera to measure the displacement and the delay time of VR glasses based on the algorithm of time delay calculation. The device can be used for the delayed testing of VR products.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光流相机的VR设备延迟测试装置
本专利技术涉及图像处理与分析领域，更为具体的讲，涉及一种VR设备延迟时间的测量装置。
技术介绍
随着虚拟现实技术的兴起和逐渐完善，VR产品和VR消费也逐渐走进人们的视野。VR技术是一种结合了计算机图像处理技术与立体视觉显示技术的一门新兴技术。其与之前的全景视频和3D电影显示技术有着本质区别，因为其是通过计算机建模和渲染出3D动画，并通过头戴式设备实时显示，它更侧重于人机交互并为用户提供一种沉浸式体验。但是VR产品目前存在诸多技术缺陷亟待解决，目前最突出的问题是当用户长时间使用VR产品时会普遍出现眩晕和人眼疲劳等症状。究其原因，是大脑通过视觉接受到的信息与对运动的认知不能实时同步，通俗的说就是“身已动而画面未动”，或“画面已动而身未动”，也即受到VR中的“延迟”影响。这里所述的“延迟”是指从用户做出运动动作到显示画面切换之间的延迟效应。VR系统组成的复杂性决定了产生延迟原因的多样性，在用户动作信息的采集与处理、数据的传输、以及图像显示等诸多步骤中都会产生延迟。鉴于“延迟”对于用户体验的重要影响，所以用于衡量一个VR产品的用户体验效果时，“延迟时间”则是一个重要的定量衡量标准。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有测量技术的不足，通过设计一种基于光流相机的VR设备延迟测试装置，提供一种更准确更方便的VR设备延迟时间的测量方案，其可以在产品的开发过程中用于测试产品是否满足要求，也可以用于比较不同VR产品的实际性能。本专利技术的技术解决方案是：一种基于光流相机的VR设备延迟测试装置，由光流相机模块、电控转台、VR眼镜、中央处理模块和显示模块组成。其中光流相机模块由CMOS感光阵列、图像采集单元、DMA控制器、存储器单元和光流相机图像处理单元组成，用于测量不同时刻VR眼镜显示画面的偏移幅度信息，根据画面的偏移幅度信息和光流相机的成像原理可以确定画面的实时偏移角度信息。电控转台是在平台的下方固定有运动驱动装置，包括由直流伺服电机和驱动器组成的伺服运动结构，中央处理模块产生经程序设计好的控制信号输入到伺服运动结构，所述伺服运动结构接收到控制信号并控制转台完成相应的转动操作，在电控转台的下方装有光电编码器，通过光电编码器测量电控转台的实时偏转角度信息。VR眼镜是电控转台上载的待测设备，在实际应用中由所要测试的设备代替，在待测设备上加载测试图片，通过电控转台的来回摆动模拟用户动作输出。中央处理模块用于电控转台的控制和延迟时间的计算并由显示模块显示电控转台运动曲线、VR眼镜偏移曲线和延迟时间计算结果。光流相机模块对准VR眼镜的显示部分，获取实时图像信息并利用光流算法计算出偏移量。所述光流算法是指光流相机模块采集各相邻像素点的平均灰度信息，并建立关于各采集点的灰度函数，光流算法根据光流相机前后两帧图像各对应采集点灰度相同的原理，得灰度函数关系式：L(x，y，t)＝L(x+dx，y+dy，t+dt)式中L(x，y，t)表示显示图像任一点(x，y)在某时刻t处的灰度值，L(x+dx，y+dy，t+dt)表示图像偏移后在t+dt时刻，偏移点(x+dx，y+dy)处的灰度值。根据上述灰度函数关系式，由已知的感光点灰度确定图像的光流值，即各采集点处瞬时速度，根据所述的瞬时速度对时间进行积分，即可以求出图像偏移量Δx′。光流相机模块利用光流算法确定VR眼镜显示图像的偏移幅度，中央处理模块将偏移幅度信息转化为偏转角度信息，其计算过程为：式中，Δx′表示光流相机测出的图像偏移幅度，v(像距)表示光流相机的镜头光心面到CMOS感光面的距离，θ表示偏移角度。在根据上式计算出偏移角度的过程中，需要先确定出像距v，在本设计中通过在电控转台VR眼镜显示面的位置放置一个平面靶标来间接的测出像距v，所述平面靶标上有很多等间距对称的方格点。相邻两方格点的间隔为Δx1，光流相机的CMOS感光阵列像元尺寸为m，光流相机所摄图像中两相邻方格点间隔n个像素，则可以确定出CMOS感光阵列所呈图像中相邻方格点间距Δx1′为：Δx1′＝nm根据光流相机的成像原理有：式中，Δx1表示平面靶标两相邻方格点的实际间距、Δx1′表示光流相机CMOS感光阵列所呈图像中两相邻方格点的间距、v表示像距、u表示物距、f表示光流相机镜头的焦距，所述焦距在实际中是已知的，所以根据上述关系式，即可以确定出对焦后，在实际测量中的像距v。根据上述原理由光流相机模块和中央处理模块确定显示器显示图像的偏移角度，所述光电编码器获取摆动角度大小，并由此建立关于时间的偏移角度和摆动角度变化曲线。电控转台在所述控制信号的驱动下一秒内发生多次左右摆动，反映在摆动角度曲线上呈现出一定时间间隔内存在多次波峰和波谷。所述图像偏移角度曲线和电控转台的摆动角度曲线对应的波峰波谷处为延迟时间的测试点，两曲线对应测试点处的时间差即为该点处的延迟时间。本专利技术的原理是：电控转台上载VR眼镜，通过控制电控转台的左右摆动模拟用户头部的动作输出，故VR眼镜显示图像随转台的摆动而发生偏移。电控转台下方的光电编码器获得转台的实时摆动角度信息；光流相机根据所摄VR眼镜显示的图像，并利用光流算法计算出偏移位移信息；根据光流相机的成像原理和定标法将偏移位移转化为偏移角度信息。由摆动角度信息和偏移角度信息建立两者关于时间的曲线，两曲线的对应波峰波谷处的时间差即为该测试点的延迟时间，进而由多个测试点的延迟时间计算出平均延迟时间。本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术利用光流相机测定VR眼镜显示图像的实时偏移角度信息，并利用电控转台模拟用户头部摆动动作输出，与现有的延迟时间测试技术只能一次测量某一个点的延迟时间相比，并没有增加电路实现的复杂程度，但却实现了一次试验可以快速测量多个测试点的延迟时间，并由此计算出平均延迟时间，从而提高了延迟时间的测量准确度，此外也简化了操作流程。附图说明为了更清楚地说明本专利技术，下面将对该装置和技术方案描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一种实施例：图1是关于该装置的原理图；图2是关于该装置的操作流程图；图3是光流相机的成像原理和定标原理；图4是该技术方案测试延迟时间的曲线图；图5是关于该装置的结构图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的叙述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一种典型实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例或其原理，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。借助于电控转台(104)和VR眼镜(103)等辅助测试器材，本说明书提供了一种典型实施例，其原理说明和具体结构如附图所示。本实施例的具体原理如附图1所示，图像信息由光流相机模块(102)采集并根据光流算法产生偏移位移信息交由中央处理模块(101)，其利用光流相机成像原理和定标法将偏移位移转化为偏移角度信息；中央处理模块(101)发出控制信号输入到电控转台(104)模拟用户动作输出，并由光电编码器测量出电控转台(104)的实时摆动角度信息；最后由中央处理模块(101)进行分析和比较，建立图像偏移角度和电控转台摆动角度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光流相机的VR设备延迟测试装置，其特征在于，所述装置包括：光流相机模块、电控转台、VR眼镜、中央处理模块和显示模块；所述光流相机模块由图像采集单元、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)感光阵列、DMA(Direct Memory Access，直接内存存取)控制器、存储器单元和光流相机图像处理单元组成，用于测量不同时刻VR眼镜显示画面的偏移幅度信息，根据画面的偏移幅度信息和光流相机的成像原理可以确定画面的实时偏移角度信息；所述电控转台是在平台的下方固定有运动驱动装置，包括由直流伺服电机和驱动器组成的伺服运动结构，中央处理模块产生经程序设计好的控制信号输入到伺服运动结构，所述伺服运动结构接收到控制信号并控制转台完成相应的转动操作，在电控转台的下方装有光电编码器，通过光电编码器测量电控转台的实时偏转角度信息；所述VR眼镜是电控转台上载的待测设备，在VR眼镜上加载测试图片，通过电控转台的来回摆动模拟用户动作输出；所述中央处理模块，用于电控转台的控制和延迟时间的计算；所述显示模块用于显示电控转台运动曲线、VR眼镜偏移曲线和延迟时间结果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于光流相机的VR设备延迟测试装置，其特征在于，所述装置包括：光流相机模块、电控转台、VR眼镜、中央处理模块和显示模块；所述光流相机模块由图像采集单元、CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)感光阵列、DMA(DirectMemoryAccess，直接内存存取)控制器、存储器单元和光流相机图像处理单元组成，用于测量不同时刻VR眼镜显示画面的偏移幅度信息，根据画面的偏移幅度信息和光流相机的成像原理可以确定画面的实时偏移角度信息；所述电控转台是在平台的下方固定有运动驱动装置，包括由直流伺服电机和驱动器组成的伺服运动结构，中央处理模块产生经程序设计好的控制信号输入到伺服运动结构，所述伺服运动结构接收到控制信号并控制转台完成相应的转动操作，在电控转台的下方装有光电编码器，通过光电编码器测量电控转台的实时偏转角度信息；所述VR眼镜是电控转台上载的待测设备，在VR眼镜上加载测试图片，通过电控转台的来回摆动模拟用户动作输出；所述中央处理模块，用于电控转台的控制和延迟时间的计算；所述显示模块用于显示电控转台运动曲线、VR眼镜偏移曲线和延迟时间结果。2.根据权利要求1所述的光流相机模块，其特征在于：所述光流相机对准VR眼镜的显示部分，获取实时图像信息并利用光流算法计算出偏移量；所述光流算法是指光流相机模块采集各相邻像素点的平均灰度信息，并建立关于各采集点的灰度函数，光流算法根据光流相机前后两帧图像各对应采集点灰度相同的原理，得灰度函数关系式：L(x，y，t)＝L(x+dx，y+dy，t+dt)式中L(x，y，t)表示显示图像任一点(x，y)在某时刻t处的灰度值，L(x+dx，y+dy，t+dt)表示图像偏移后在t+dt时刻，偏移点(x+dx，y+dy)处的灰度值；根据灰度函数关系式，由已知的感光点灰度确定图...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鹏威，季元吉，胡世传，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33