一种基于渐变编码的VR头盔的移动延迟测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于渐变编码的VR头盔的移动延迟测量方法，采用导轨带动VR头盔运动，光编码板由多个灰度渐变图案拼接而成，并对各块图案进行编码；通过光敏传感器获得灰度渐变图案的光强；VR头盔运动过程中解算图案分界处的自身位置；VR头盔再次运动时，在图案分界处给VR头盔输入对应的黑白图像，并用光敏传感器感知黑白图像；根据灰度渐变图案获得的方波曲线以及光敏传感器感知黑白图像时输出的方波曲线，即可获得VR头盔的延迟时间；该方法使得VR头盔中的黑白图样与VR头盔的灰度渐变图案编码能够进行虚实配准，不再有早期方法中手动对齐波形带来的误差。

A Moving Delay Measurement Method for VR Helmet Based on Gradual Coding

The invention discloses a method for measuring the moving delay of VR helmet based on gradient coding, which uses guideway to drive the movement of VR helmet. The light coding board is composed of several gray gradient patterns and codes each pattern. The intensity of gray gradient pattern is obtained by photosensitive sensor; the position of the boundary of the pattern is calculated during the movement of VR helmet; The corresponding black-and-white image is input to the VR helmet at the pattern boundary, and the black-and-white image is perceived by the photosensitive sensor; the delay time of the VR helmet can be obtained by the square wave curve obtained from the gray gradient pattern and the square wave curve output from the photosensitive sensor when the black-and-white image is perceived; this method enables the coding of the black-and-white pattern in the VR helmet and the gray gradient pattern of the VR helmet to be virtual. Real registration eliminates the error caused by manual alignment of waveforms in earlier methods.

【技术实现步骤摘要】
一种基于渐变编码的VR头盔的移动延迟测量方法
本专利技术属于虚拟现实设备
，具体涉及一种基于渐变编码的VR头盔的移动延迟测量方法。
技术介绍
头戴显示设备(HMD)的延迟时间与用户的使用体验息息相关，如果时间稍大则可能会引发使用者产生“晕动症”症状。文献“LucaMD.NewMethodtoMeasureEnd-to-EndDelayofVirtualReality[M].MITPress,2010.”提出了一个延迟测量的简易方案，如图1(a)所示，在VR头盔外壳与视窗上各固定一个光敏传感器，在显示屏与VR头盔中都显示出一个灰度渐变的测试图，然后将外壳上的光敏传感器紧贴显示屏，令VR头盔紧贴显示屏并沿着灰度变化方向往复运动，记录下两个传感器返回的波形(图1(b))。通过计算两个波形之间的相位差，得到该VR头盔的延迟时间。该方法的缺陷是，需要手动移动，移动过程中的抖动等会给后边的信号处理引入许多噪声；使用手动对齐频域波形的方法解决虚拟空间中图样与显示屏中图样不同步引入的误差，依靠肉眼判断，对于延迟时间这种微小的时间，这种方法有时不仅不能消除误差，反而会引入新的误差；该测试方法对于头盔有VR头盔，需要其能在如此多遮蔽的情况下计算自身的位置数据，这对许多VR头盔的跟踪方案是不友好的；所得到的数据有较大的方差，其不稳定性决定其不能够被用来制作测量仪器。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于渐变编码的VR头盔的移动延迟测量方法，可以通过简单的设备准确测量VR头盔在移动过程中的时间延迟。一种基于渐变编码的VR头盔的移动延迟测量方法，使用的测量装置包括第一光敏传感器(1)、VR头盔(2)、载物台(3)、数控导轨(4)、导轨控制器(5)、光编码板(6)以及第二光敏传感器(7)；数控导轨(4)的一侧放置光编码板(6)；数控导轨(4)的载物台(3)在导轨控制器(5)的控制下可沿轨道直线运动，第一光敏传感器(1)和VR头盔(2)固定在载物台(3)上，其中，第一光敏传感器(1)在跟随载物台(3)运动过程中可感知光编码板(6)上的图案，第二光敏传感器(7)固定在VR头盔(2)的显示窗口上；所述光编码板(6)由多个灰度渐变图案沿导轨(4)行程方向拼接而成，每个灰度渐变图案的一端为黑色，另一端为白色，中间灰度连续渐变；相邻两个灰度渐变图案相对于分界线对称；所述移动延迟测量方法具体步骤如下：步骤1、先控制载物台(3)从初始位置沿数控导轨(4)匀速运动，VR头盔(2)时刻计算自身位置；步骤2、在载物台(3)运动过程中，第一光敏传感器(1)感知光编码板(6)上的灰度渐变图案，并根据图案的灰度值大小生成模拟电压信号；在感知到电压信号最大值和最小值的时刻，VR头盔(2)计算出在各时刻的自身位置，并记录下来；其中，位置包括两种，最大值时刻对应黑到白位置，最小值时刻对应白到黑位置；步骤3、完成整个运动后，得到一组VR头盔(2)的位置数据集；步骤4、然后控制载物台(3)再次从初始位置开始移动，运动过程VR头盔(2)时刻计算自身位置，同时记录第一光敏传感器(1)与第二光敏传感器(7)返回的数据；步骤5、根据之前记录的位置数据集，结合VR头盔(2)计算的自身当前位置，VR头盔(2)显示对应的黑白画面，即：当计算的位置为白到黑位置，向VR头盔(2)输出黑色图案；当计算的位置为黑到白位置，向VR头盔(2)输出白色图案；其上的第二光敏传感器(7)在此过程中，感知VR头盔(2)镜头输出的黑白图像，当感知到白色图像时，第二光敏传感器(7)返回高电平，当感知到黑色图像时，第二光敏传感器(7)返回低电平，由此得到方波信号，作为检测波形；步骤6、与此同时，第一光敏传感器(1)感知光编码板(6)上的灰度渐变图案，并根据图案的灰度值大小生成电压模拟信号，由此得到一个正弦波信号；然后将其转化为方波信号，作为参考波形；步骤7、计算测波形相对于参考波形的时间延迟Δt，由此得到VR头盔(2)的时间延迟。进一步的，所述步骤7中，对参考波形和检测波形进行线性拟合，然后进行采样，以获得更多数据量，具体方法为：A、从左到右依次给光编码板(6)上灰度渐变图案的分界线赋予编号，则基于光编码板(6)获得的参考波形、以及与参考波形对应的检测波形的各个跳变沿也对应取得了编号；B、以时间为x轴，编号为y轴建立坐标系，以参考波形方波跳变沿的时间信息为x坐标，以跳变沿的编号值为y坐标，以此在坐标系中绘制得到表征跳变沿编号和时间的离散点；同理，得到检测波形各跳变沿对应的离散点；C、分别对两组离散点进行线性拟合，得到两条曲线，通过对y值进行设定步长的采样，得到同一y值下两曲线间x轴的坐标差值，即检测波形相对于参考波形的一个延迟时间数据；对y轴有效区间进行多次采样后，得到多个延迟时间数据并求取均值，即得到VR头盔(2)的精确时间延迟量。进一步的，控制载物台(3)在导轨(4)上反复运动，获得多条参考波形和检测波形曲线，由此得到多个延迟Δt，取平均后，均值作为VR头盔(2)的精确时间延迟量。进一步的，所述光编码板(6)上灰度渐变图案的数量为奇数个。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术公开了一种基于渐变编码的VR头盔的移动延迟测量方法，采用导轨带动VR头盔运动，在导轨一侧设置光编码板，光编码板由多个灰度渐变图案拼接而成，并对各块图案进行编码；通过光敏传感器获得灰度渐变图案的光强；VR头盔运动过程中解算图案分界处的自身位置；VR头盔再次运动时，在图案分界处给VR头盔输入对应的黑白图像，并用光敏传感器感知黑白图像；根据灰度渐变图案获得的方波曲线以及光敏传感器感知黑白图像时输出的方波曲线，即可获得VR头盔的延迟时间；该方法使得VR头盔中的黑白图样与VR头盔的灰度渐变图案编码能够进行虚实配准，不再有早期方法中手动对齐波形带来的误差；通过往返多次测量以及线性拟合的方式，极大的增加了测试数据样本，使得数据的期望更接近于真实的延迟时间。附图说明图1(a)为现有的测量VR头盔移动延迟的实验装置图；图1(b)为基于图1(a)的实验装置得到的实验信号图；图2为本专利技术的测量装置示意图；图3(a)为本专利技术中的VR头盔与光敏传感器的安装示意图；图3(b)为本专利技术中采用的光编码板的示意图；图4(a)为第二光敏传感器反馈的检测波形信号图；图4(b)为第一光敏传感器反馈的正弦波信号，图4(c)为正弦波信号转化得到的方波信号，即为参考波形图；图5为单次运动获得的检测波形和参考波形；图6为对图5的拟合波形；图7为多次往返运动过程中获得的检测波形和参考波形；图8为对图7的拟合波形；其中，1-第一光敏传感器、2-VR头盔、3-载物台、4-数控导轨、5-导轨控制器、6-光编码板、7-第二光敏传感器。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术的一种基于渐变编码的VR头盔的移动延迟测量方法，使用的测量装置如图2所示，包括第一光敏传感器1、VR头盔2、载物台3、高精度的数控导轨4、导轨控制器5、光编码板6以及第二光敏传感器7。数控导轨4的一侧放置光编码板6；数控导轨4的载物台3在导轨控制器5的控制下可沿轨道直线运动，第一光敏传感器1和VR头盔2固定在载物台3上，其中，第一光敏传感器1在跟随载物台3运动过程中可感知光编码本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于渐变编码的VR头盔的移动延迟测量方法，其特征在于，使用的测量装置包括第一光敏传感器(1)、VR头盔(2)、载物台(3)、数控导轨(4)、导轨控制器(5)、光编码板(6)以及第二光敏传感器(7)；数控导轨(4)的一侧放置光编码板(6)；数控导轨(4)的载物台(3)在导轨控制器(5)的控制下可沿轨道直线运动，第一光敏传感器(1)和VR头盔(2)固定在载物台(3)上，其中，第一光敏传感器(1)在跟随载物台(3)运动过程中可感知光编码板(6)上的图案，第二光敏传感器(7)固定在VR头盔(2)的显示窗口上；所述光编码板(6)由多个灰度渐变图案沿导轨(4)行程方向拼接而成，每个灰度渐变图案的一端为黑色，另一端为白色，中间灰度连续渐变；相邻两个灰度渐变图案相对于分界线对称；所述移动延迟测量方法具体步骤如下：步骤1、先控制载物台(3)从初始位置沿数控导轨(4)匀速运动，VR头盔(2)时刻计算自身位置；步骤2、在载物台(3)运动过程中，第一光敏传感器(1)感知光编码板(6)上的灰度渐变图案，并根据图案的灰度值大小生成模拟电压信号；在感知到电压信号最大值和最小值的时刻，VR头盔(2)计算出在各时刻的自身位置，并记录下来；其中，位置包括两种，最大值时刻对应黑到白位置，最小值时刻对应白到黑位置；步骤3、完成整个运动后，得到一组VR头盔(2)的位置数据集；步骤4、然后控制载物台(3)再次从初始位置开始移动，运动过程VR头盔(2)时刻计算自身位置，同时记录第一光敏传感器(1)与第二光敏传感器(7)返回的数据；步骤5、根据之前记录的位置数据集，结合VR头盔(2)计算的自身当前位置，VR头盔(2)显示对应的黑白画面，即：当计算的位置为白到黑位置，向VR头盔(2)输出黑色图案；当计算的位置为黑到白位置，向VR头盔(2)输出白色图案；其上的第二光敏传感器(7)在此过程中，感知VR头盔(2)镜头输出的黑白图像，当感知到白色图像时，第二光敏传感器(7)返回高电平，当感知到黑色图像时，第二光敏传感器(7)返回低电平，由此得到方波信号，作为检测波形；步骤6、与此同时，第一光敏传感器(1)感知光编码板(6)上的灰度渐变图案，并根据图案的灰度值大小生成电压模拟信号，由此得到一个正弦波信号；然后将其转化为方波信号，作为参考波形；步骤7、计算测波形相对于参考波形的时间延迟Δt，由此得到VR头盔(2)的时间延迟。...

【技术特征摘要】
1.一种基于渐变编码的VR头盔的移动延迟测量方法，其特征在于，使用的测量装置包括第一光敏传感器(1)、VR头盔(2)、载物台(3)、数控导轨(4)、导轨控制器(5)、光编码板(6)以及第二光敏传感器(7)；数控导轨(4)的一侧放置光编码板(6)；数控导轨(4)的载物台(3)在导轨控制器(5)的控制下可沿轨道直线运动，第一光敏传感器(1)和VR头盔(2)固定在载物台(3)上，其中，第一光敏传感器(1)在跟随载物台(3)运动过程中可感知光编码板(6)上的图案，第二光敏传感器(7)固定在VR头盔(2)的显示窗口上；所述光编码板(6)由多个灰度渐变图案沿导轨(4)行程方向拼接而成，每个灰度渐变图案的一端为黑色，另一端为白色，中间灰度连续渐变；相邻两个灰度渐变图案相对于分界线对称；所述移动延迟测量方法具体步骤如下：步骤1、先控制载物台(3)从初始位置沿数控导轨(4)匀速运动，VR头盔(2)时刻计算自身位置；步骤2、在载物台(3)运动过程中，第一光敏传感器(1)感知光编码板(6)上的灰度渐变图案，并根据图案的灰度值大小生成模拟电压信号；在感知到电压信号最大值和最小值的时刻，VR头盔(2)计算出在各时刻的自身位置，并记录下来；其中，位置包括两种，最大值时刻对应黑到白位置，最小值时刻对应白到黑位置；步骤3、完成整个运动后，得到一组VR头盔(2)的位置数据集；步骤4、然后控制载物台(3)再次从初始位置开始移动，运动过程VR头盔(2)时刻计算自身位置，同时记录第一光敏传感器(1)与第二光敏传感器(7)返回的数据；步骤5、根据之前记录的位置数据集，结合VR头盔(2)计算的自身当前位置，VR头盔(2)显示对应的黑白画面，即：当计算的位置为白到黑位置，向VR头盔(2)输出黑色图案；当计算的位置为黑到白位置，向VR头盔(2)输出白色图案；其上的第二光敏传感器(7)在此...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁冬冬，荀航，胡翔，
申请(专利权)人：北京理工大学，南昌虚拟现实检测技术有限公司，南昌新世纪会展中心有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11