一种用于测量眼戴式显示器FOV的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于测量眼戴式显示器FOV的方法，包括如下步骤：(1)使眼戴式显示设备播放测试图像，由嵌入头部框架中的两台微型广角相机监控和采集眼戴式显示器的双眼内容，分别获得测试图像矩阵TL和TR，并将其输入信号处理设备；(2)信号处理设备判断眼戴式显示器佩戴位置是否正确，若正确，则眼戴式设备播放白场图像，相机采集白场图像矩阵WL和WR并将其输入信号处理设备；(3)信号处理设备对其进行去畸变处理，并结合相机视角和相关图像处理算法，计算得到眼戴式显示设备的FOV。本发明专利技术简化了光学测量前繁琐的实验环境搭建、校正等准备工作，降低了成本，可以同时进行双目测量，整个测量过程耗时大大减少，且适用于多种类型的NED测量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于测量眼戴式显示器FOV的方法
本专利技术涉及光学属性评测
，尤其是一种用于测量眼戴式显示器FOV的方法。
技术介绍
随着显示技术的发展，以VR/AR眼镜等设备为代表的眼戴式显示器(NED，Near-EyeDisplay)因其便携、沉浸感强、用途广泛等特点，正逐渐走入人们的生活。尽管对眼戴式显示器本身的设计和优化方面的技术成果层出不穷，但关于对眼戴式显示设备的测量，相关的研究相对较少。能够准确、便捷地测量眼戴式显示设备的光学属性，是把握生产品控、提升设备品质、改善用户体验的必要环节。其中，FOV(视场角)因与用户体验息息相关而受到重点关注，是所有待测光学属性中的重中之重。目前，对于眼戴式显示器FOV的测量，大多采用点亮度计或平面亮度计的方法，先用亮度计测量NED显示内容的亮度，再据此计算出FOV。然而，对于点亮度计，测量前的准备过程十分繁琐：为了保证光轴平行、所测角度准确，需要用到支持直角坐标系和球坐标系移动的样品台和角度计，且需要随时记录大量坐标以防止原点移动造成测量误差。而对于面亮度计，虽然不需要频繁挪动角度，但其较大的入瞳会导致亮度测量的不准确，而如果手动减小入瞳则会减少进光量，同样影响亮度测量。另一方面，NED的出瞳距一般在15-30mm，这意味着所用的亮度计镜头需要离NED的目镜很近；但由于市面上现有的NED产品外型多种多样，只用一种亮度计很难匹配丰富的形状参数，而使用多种亮度计则无疑会增加成本。再加上，由于NED的光学系统设计的原因，显示的内容往往引入畸变，此时仅依靠亮度和坐标信息测得的FOV显然是不准确的。因此，使用亮度计方法测量眼戴式显示设备不仅费时费力，还很难得到准确结果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种用于测量眼戴式显示器FOV的方法，简便高效，成本低廉，且适用于各种眼戴式显示设备的光学属性测量。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于测量眼戴式显示器FOV的方法，包括如下步骤：(1)使眼戴式显示设备播放测试图像，由嵌入头部框架中的两台微型广角相机监控和采集眼戴式显示器的双眼内容，分别获得测试图像矩阵TL和TR，并将其输入信号处理设备；(2)信号处理设备判断眼戴式显示器佩戴位置是否正确，若正确，则眼戴式设备播放白场图像，相机采集白场图像矩阵WL和WR并将其输入信号处理设备；(3)信号处理设备对其进行去畸变处理，并结合相机视角和相关图像处理算法，计算得到眼戴式显示设备的FOV。优选的，步骤(1)中，使用的两台微型广角相机A和B嵌于测量设备头部框架的眼睛处，两个镜头的中心连线、任一相机的光轴、从地面引出的垂线之间两两平行，其具体位置以所用微型相机的入瞳距为依据确定。优选的，步骤(1)中，头部框架的结构需尽可能接近人的头部，需有类似耳部、额骨、顶骨、鼻骨等可能成为眼戴式显示设备支撑部位的结构。优选的，步骤(2)中，信号处理设备对眼戴式显示设备佩戴位置是否正确的判断包括以下步骤：(21)信号处理设备按一定频率对广角相机采集的画面实时采样，得到测试图像矩阵TL和TR；(22)将所得测试图像矩阵TL和TR由三通道转化为单通道，再进行二值化处理得到二值化测试图像矩阵TBL和TBR；(23)分别对二值化测试图像矩阵TBL和TBR的边缘像素值求和，得到SUM1和SUM2，判断SUM1＝0和SUM2＝0是否同时成立，若成立则执行步骤(24)，否则返回步骤(21)；(24)利用角点提取算法，从测试图像矩阵中分别提取测试图像的角点，每幅图像共9点，分别为P0～P8，在拍摄画面坐标系中对应的像素坐标数组CorL[(ukL,vkL)]和CorR[(ukR,vkR)](0≤k≤8)；(25)从像素坐标数组中提取测试图像中心点P0在拍摄画面中对应的像素点坐标(u0L,v0L)和(u0R,v0R)，并根据广角相机分辨率，判断坐标(u0L,v0L)和(u0R,v0R)是否均位于采集画面中心或误差允许范围内；(26)对之后n次采样重复步骤(21)至(25)，若SUM1＝SUM2＝0总是成立，且(u0L,v0L)和(u0R,v0R)始终位于采集画面中心，则认为眼戴式显示设备佩戴位置正确。优选的，步骤(3)中，信号处理设备对其进行去畸变处理，并结合相机视角和相关图像处理算法，计算得到眼戴式显示设备的FOV具体包括如下步骤：(31)信号处理设备控制相机拍摄白场内容，得到白场图像矩阵WL(WR)；(32)根据广角相机内参矩阵和畸变系数，将WL(WR)转换为无畸变白场图像矩阵WL*(WR*)；(33)以亮度对比度为依据，检测眼戴式显示设备的显示内容边缘，获取边缘图像矩阵EdgL(EdgR)；(34)利用图像处理算法绘制出上述边缘图像的内切矩形，并获取矩形四个顶点R0～R3在无畸变图像矩阵中对应的像素坐标；(35)根据上述坐标，结合拍摄图像矩阵中心点C0和相机的视角AOV，计算出眼戴式显示设备(单目)目镜的FOV。优选的，信号处理设备计算出的FOV参数包括眼戴式显示器两片目镜显示内容的水平视场角Ah、眼戴式显示器两片目镜显示内容的竖直视场角Av和眼戴式显示器两片目镜显示内容的对角线视场角AFOV。本专利技术的有益效果为：本专利技术通过头部框架结合相机监控测量法，简化了眼戴式显示设备的光学测量前繁琐的实验环境搭建、校正等准备工作，降低了成本，可以同时进行双目测量，整个测量过程耗时大大减少，且适用于多种类型的NED测量；如果在本专利技术的基础上稍作修改，还可以支持亮度、畸变、色度、双目特性等其他光学属性的测量；另外，通过信号处理设备封装算法，能够有效地减少测量人员的计算工作；如果能结合增强可读性的屏幕显示，则可以进一步地削减测量步骤和耗时。附图说明图1为本专利技术的硬件系统搭建示意图。图2为本专利技术带白边的4×4黑白格测试图像示意图。图3为本专利技术中信号处理设备判断NED测量位置是否正确的流程示意图。图4为本专利技术中信号处理设备对眼戴式显示设备FOV的计算过程流程示意图。图5为本专利技术图像处理过程示意图。具体实施方式如图1所示，一种用于测量眼戴式显示器FOV的方法，包括如下步骤：(1)使眼戴式显示设备播放测试图像，由嵌入头部框架中的两台微型广角相机监控和采集眼戴式显示器的双眼内容，分别获得测试图像矩阵TL和TR，并将其输入信号处理设备；(2)信号处理设备判断眼戴式显示器佩戴位置是否正确，若正确，则眼戴式设备播放白场图像，相机采集白场图像矩阵WL和WR并将其输入信号处理设备；(3)信号处理设备对其进行去畸变处理，并结合相机视角和相关图像处理算法，计算得到眼戴式显示设备的FOV。本专利技术的硬件系统结构和位置关系如图1所示，系统包含待测眼戴式显示设备1，头部框架2，微型广角相机(A、B)3，信号处理设备4。眼戴式显示设备1作为待测设备，需要能够播放自定义的测量图像，如位置检测时的带白边的4×4黑白格测试图像，和计算FOV时的白场图像。对于待测设备提供给用户调整的个性化设置，默认使用初始设置；对于具有透明特性的设备(如AR眼镜)，需要在暗室中进行测量。图中以用绑带佩戴在脑后的VR眼镜为例，事实上本专利技术可测量的眼戴式设备的外型和佩戴方式可以是多种多样的。头部框架2的作用在于固定待测眼戴式显示设备1和两台微型相机3，并确保测量过程中待本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量眼戴式显示器FOV的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)使眼戴式显示设备播放测试图像，由嵌入头部框架中的两台微型广角相机监控和采集眼戴式显示器的双眼内容，分别获得测试图像矩阵TL和TR，并将其输入信号处理设备；(2)信号处理设备判断眼戴式显示器佩戴位置是否正确，若正确，则眼戴式设备播放白场图像，相机采集白场图像矩阵WL和WR并将其输入信号处理设备；(3)信号处理设备对其进行去畸变处理，并结合相机视角和相关图像处理算法，计算得到眼戴式显示设备的FOV。

【技术特征摘要】
1.一种用于测量眼戴式显示器FOV的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)使眼戴式显示设备播放测试图像，由嵌入头部框架中的两台微型广角相机监控和采集眼戴式显示器的双眼内容，分别获得测试图像矩阵TL和TR，并将其输入信号处理设备；(2)信号处理设备判断眼戴式显示器佩戴位置是否正确，若正确，则眼戴式设备播放白场图像，相机采集白场图像矩阵WL和WR并将其输入信号处理设备；(3)信号处理设备对其进行去畸变处理，并结合相机视角和相关图像处理算法，计算得到眼戴式显示设备的FOV。2.如权利要求1所述的用于测量眼戴式显示器FOV的方法，其特征在于，步骤(1)中，使用的两台微型广角相机A和B嵌于测量设备头部框架的眼睛处，两个镜头的中心连线、任一相机的光轴、从地面引出的垂线之间两两平行，其具体位置以所用微型相机的入瞳距为依据确定。3.如权利要求1所述的用于测量眼戴式显示器FOV的方法，其特征在于，步骤(1)中，头部框架的结构需尽可能接近人的头部，需有类似耳部、额骨、顶骨、鼻骨能够成为眼戴式显示设备支撑部位的结构。4.如权利要求1所述的用于测量眼戴式显示器FOV的方法，其特征在于，步骤(2)中，信号处理设备对眼戴式显示设备佩戴位置是否正确的判断包括以下步骤：(21)信号处理设备按一定频率对广角相机采集的画面实时采样，得到测试图像矩阵TL和TR；(22)将所得测试图像矩阵TL和TR由三通道转化为单通道，再进行二值化处理得到二值化测试图像矩阵TBL和TBR；(23)分别对二值化测试图像矩阵TBL和TBR的边缘像素值求和，得到SUM1和SUM2，判断SUM1＝0和SUM2＝0是否同时成立，若成立则执行步骤(24)，否则返回步骤(21)；(24)利用角点提取算法，从测试图像矩阵中分别提取测试图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇宁，黄晓煜，李晓华，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32