一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法技术

本发明专利技术公开一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法，该方法令屏幕输出具备坐标系的模板图，采用照相机代替人眼捕捉虚像；先将照相机拍摄到的图像通过照片处理软件对照相机本身的畸变进行校正，之后再提取相应的坐标；通过采样原模板图上的坐标位置及经过透镜成像之后畸变的坐标位置，求解出某一单色光的畸变参数；让屏幕依次输出R、G、B三种颜色的坐标模板图，重复以上步骤，获得R、G、B各畸变参数。本发明专利技术从VR头显设备实际的成像情况着手，通过照相机来代替和模拟人眼捕捉图像，避免了对参数的反复调试，同时开发人员也不需要光学设计方面的基础，因此无论可靠性或操作难易程度，均优于之前通过理论模拟来确定畸变参数的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及虚拟现实
，具体是一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法。
技术介绍
VR头显设备由于体积有限，屏幕距离人眼的位置很近，因此普遍采用光学透镜将屏幕成像在人眼的明视范围内，由于光学透镜结构的引入，其固有的成像缺陷即像差会给设备带来体验度的下降，其中畸变与色散作为较为明显的两大缺陷受到了广泛的关注，畸变是由于透镜对距光轴不同距离的物点的线放大率不同所造成，从而导致像的形状相对于物发生形变，这是一种单色像差，而色散则是由于透镜对不同波长的光折射率不同所造成，由于屏幕只输出RGB三种单色光，所以事实上色散只需要考虑RGB三种情况下畸变的差别，目前主要的一种修复方式就是通过对输出图像进行RGB分别的反畸变算法处理，从而补偿透镜本身相应的像差，使得最终的输出图像尽可能达到原始正常情况下的效果，因此，如何获取VR头显设备的畸变参数对于通过算法矫正的办法来修复图像缺陷至关重要。目前，一般用来获取VR头显设备畸变参数的方法是利用光学设计软件(如ZEMAX)理论上对透镜模型进行建模，模拟出透镜成像的畸变情况，从而推倒出相应的反畸变算法，但由于透镜及模具的制造的安装公差的存在，仅仅通过理论上给出的参数并不能进行完美的修正，之后可能还要进行参数的进一步人工调试，这无疑大大加重了工作量，另一方面，一些VR头显设备的透镜由第三方的光学厂商提供，透镜的详细结构参数出于商业机密很可能不予提供，这给开发人员在理论上的建模带来了难度。
技术实现思路
出于对以上缺点的考量，本专利技术意在提供一种行之有效且简便的方法去获取VR头显设备的畸变参数。技术方案：一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法，该方法令屏幕输出具备坐标系的模板图，采用照相机代替人眼捕捉虚像；先将照相机拍摄到的图像通过照片处理软件对照相机本身的畸变进行校正，之后再提取相应的坐标；通过采样原模板图上的坐标位置及经过透镜成像之后畸变的坐标位置，求解出某一单色光的畸变参数；让屏幕(1)依次输出R、G、B三种颜色的坐标模板图，重复以上步骤，可以获得R、G、B各畸变参数。在一种优选的实施方式中，在照相机代替人眼捕捉虚像前，对屏幕的尺寸以及屏幕与透 镜距离按照VR头显设备参数进行相应配置步骤。在另一种优选的实施方式中，在照相机代替人眼捕捉虚像前，使用完整的VR模具模拟VR头显设备。优选的，照相机还包括镜头、镜头光阑，保持镜头光阑与透镜的距离与出瞳距离一致，以模拟人眼的情况。优选的，镜头为广角镜头或超广角镜头。在第一种实施方式中：当透镜的光轴与屏幕明显不垂直时，即透镜的光轴与屏幕法线的夹角大于5°；所述具备坐标系的模板图其坐标系选为直角坐标系，模板图中具备正方形网格图。更具体的，其网格为6x 6mm的正方形。优选的，求解畸变参数的具体方法为：K1、K2、K3、P1、P2为畸变参数，满足以下关系：其中xu、yu表示原模板图上的坐标位置，xd、yd表示经过透镜成像之后畸变的坐标位置，均通过采样得到；将采样样本带入求解得到畸变参数K1、K2、K3、P1、P2。在第二种实施方式中：当透镜的光轴与屏幕明显垂直时，即透镜的光轴与屏幕法线的夹角小于等于5°；所述具备坐标系的模板图其坐标系选为极坐标系，模板图中具备多个同心圆，单位半径为4mm。优选的，求解畸变参数的具体方法为：K1、K2、K3为畸变参数，满足以下关系：其中xu、yu表示原模板图上的坐标位置，xd、yd表示经过透镜成像之后畸变的坐标位置，均通过采样得到；将采样样本带入求解得到畸变参数K1、K2、K3。本专利技术的有益效果1)利用成实像的摄影光学系统捕捉虚像，从而实现对虚像的参数标定。与之前通过理论模拟来确定畸变参数的方法相比较，本专利技术从VR头显设备实际的成像情况着手，通过照相机来代替和模拟人眼捕捉图像，避免了对参数的反复调试，同时开发人员也不需要光学设 计方面的基础，因此无论从可靠性和操作难易程度上来说均优于前者。2)通过镜头光阑位置的设置以及采用广角镜头(或超广角镜头)模拟人眼的成像，将视觉效果量化，方便评估。3)根据透镜的光轴与屏幕之间的关系，提出适用于不同情况下的坐标采样及参数拟合方案：当透镜的光轴与屏幕明显不垂直时，综合考虑了径向畸变和切向畸变两个影响因素；当透镜的光轴与屏幕明显垂直时，仅考虑径向畸变的影响因素。并根据不同情况，模板图采取不同的坐标系，在满足计算精度的前提下大大减少了数据计算量。4)基于本专利技术提出的方法获得R、G、B各畸变参数后，通过反畸变算法的处理，即可同时消除输出图像的畸变与色散。附图说明图1为本专利技术的方案装置示意图。图2为第一种实施方式中：当透镜的光轴与屏幕明显不垂直时，所述具备坐标系的模板图(直角坐标系)。图3为第二种实施方式中：当透镜的光轴与屏幕明显垂直时，所述具备坐标系的模板图(极坐标系)。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围不限于此：实施例1：结合图1，一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法，该方法令屏幕(1)输出具备坐标系的模板图，采用照相机(4)代替人眼捕捉虚像；先将照相机(4)拍摄到的图像通过照片处理软件对照相机(4)本身的畸变进行校正，之后再提取相应的坐标；通过采样原模板图上的坐标位置及经过透镜(3)成像之后畸变的坐标位置，求解出某一单色光的畸变参数；让屏幕(1)依次输出R、G、B三种颜色的坐标模板图，重复以上步骤，获得R、G、B各畸变参数。本方案利用成实像的摄影光学系统捕捉虚像，从而实现对虚像的参数标定。与之前通过理论模拟来确定畸变参数的方法相比较，本方案从VR头显设备实际的成像情况着手，通过照相机(4)来代替和模拟人眼捕捉图像，避免了对参数的反复调试，同时开发人员也不需要光学设计方面的基础，因此无论从可靠性和操作难易程度上来说均优于前者。一些实施方式中，在照相机(4)代替人眼捕捉虚像前，对屏幕(1)的尺寸以及屏幕(1)与透镜(3)距离按照VR头显设备参数进行相应配置步骤。另一些实施方式中，在照相机(4)代替人眼捕捉虚像前，使用完整的VR模具模拟VR 头显设备。实施例2：结合图1，如实施例1所述的一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法，照相机(4)还包括镜头(5)、镜头光阑(6)，保持镜头光阑(6)与透镜(3)的距离与出瞳距离一致，以模拟人眼的情况。实施例3：如实施例2所述的一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法，镜头(5)为广角镜头或超广角镜头。本方案通过镜头光阑位置的设置以及采用广角镜头(或超广角镜头)模拟人眼的成像，将视觉效果量化，方便评估。实施例4：如实施例1所述的一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法，当透镜(3)的光轴与屏幕(1)明显不垂直时，即透镜(3)的光轴与屏幕(1)法线的夹角大于5°；所述具备坐标系的模板图其坐标系选为直角坐标系，模板图中具备正方形网格图。实施例5：结合图2，如实施例6所述的一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法，这里以16：9的5.5寸屏幕为例，其网格为6x 6mm的正方形。该数值为参考值，中央菱形区域的中心为屏幕(1)一侧的中心点即光轴与屏幕的交点，采样坐标为所有网格顶点，网格越密集，采样坐标越多，则拟合精度越高，可根据对拟合精度要求的不同做相应调整。实施例6：如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法，其特征在于该方法令屏幕(1)输出具备坐标系的模板图，采用照相机(4)代替人眼捕捉虚像；先将照相机(4)拍摄到的图像通过照片处理软件对照相机(4)本身的畸变进行校正，之后再提取相应的坐标；通过采样原模板图上的坐标位置及经过透镜(3)成像之后畸变的坐标位置，求解出某一单色光的畸变参数；让屏幕(1)依次输出R、G、B三种颜色的坐标模板图，重复以上步骤，获得R、G、B各畸变参数。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法，其特征在于该方法令屏幕(1)输出具备坐标系的模板图，采用照相机(4)代替人眼捕捉虚像；先将照相机(4)拍摄到的图像通过照片处理软件对照相机(4)本身的畸变进行校正，之后再提取相应的坐标；通过采样原模板图上的坐标位置及经过透镜(3)成像之后畸变的坐标位置，求解出某一单色光的畸变参数；让屏幕(1)依次输出R、G、B三种颜色的坐标模板图，重复以上步骤，获得R、G、B各畸变参数。2.根据权利要求1所述的一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法，其特征在于在照相机(4)代替人眼捕捉虚像前，对屏幕(1)的尺寸以及屏幕(1)与透镜(3)距离按照VR头显设备参数进行相应配置步骤。3.根据权利要求1所述的一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法，其特征在于在照相机(4)代替人眼捕捉虚像前，使用完整的VR模具模拟VR头显设备。4.根据权利要求1所述的一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法，其特征在于照相机(4)还包括镜头(5)、镜头光阑(6)，保持镜头光阑(6)与透镜(3)的距离与出瞳距离一致，以模拟人眼的情况。5.根据权利要求4所述的一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法，其特征在于镜头(5)为广角镜头或超广角镜头。6.根据权利要求1所述的一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法，其特征在于当透镜(3)的光轴与屏幕(1)明显不垂直时，即透镜(3)的光轴与屏幕(1)法线的夹角大于5°；所述具备坐标系的模板图其坐标系选为直角坐标系，模板图中具备正方形网格图。7.根据权利要求6所述的一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法，其特征在于其网格为6x6mm的正方形。8.根据权利要求6或7所述的一种虚拟现实头戴显示器设备畸变参数的测量方法，其特征在于求解畸变参数的具体方法为：K1、K2、K3、P1、P2为畸变参数，满足以下关系： x d y d = x u y u + x u ( K 1 r u 2 + K 2 r u 4 + K 3 r u 6 ) y u ( K 1 r u 2 + ...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玮越，曹俊，
申请(专利权)人：南京睿悦信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32