CN107300776A - 基于图像刻度的瞳距景深设置方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于图像刻度的瞳距景深设置方法及装置，包括测试单元、观察单元、图像单元和处理单元，所述测试单元包括待设置虚拟现实头盔、固定结构，所述待设置虚拟现实头盔包括显示屏，所述固定结构包括夹持工具和限位机构，所述夹持工具可以打开放入所述虚拟现实头盔。与现有技术相比，本发明利用测试单元、观察单元、图像单元和处理单元的组合简单而有效地解决了景深测量的问题。通过电机带动观察单元沿目镜轨道运动，可以方便从多个角度来进行观察，方便多个观察点的设置。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实领域，更具体地说，涉及一种基于图像刻度的瞳距景深设置方法及装置。
背景技术
畸变镜片在很多领域都有应用，例如，在虚拟现实系统中，为了让用户在视觉上拥有真实的沉浸感，虚拟现实设备就要尽可能的覆盖人眼的视觉范围，因此就需要在虚拟现实设备装一个特定的球面弧度镜片，但是利用弧形镜片将传统的图像投射到人的眼中时，图像是扭曲的，人眼就没有办法获得虚拟空间中的定位，即在虚拟现实中你的周边都是扭曲的图像。要解决这个问题，就要先扭转图像，通过特定的算法生成畸变镜片对应的畸变图像，然后这些畸变图像在经过畸变镜片投射到人眼之后，就会变成正常的图像，从而让人感觉到真实的位置投射以及大视角范围的覆盖。当前镜片制造厂商会按照一定的畸变参数来制作镜片，这些镜片由虚拟现实头盔的生产厂家将其装配到虚拟现实头盔上。对于普通的虚拟现实头盔的使用者和软件开发者来说，由于没有可以检测镜片畸变参数的工具，除了向镜片制造厂商索要畸变参数以外无法直观地获取畸变参数，很大程度上影响了虚拟现实软件的开发和使用。同时由于无法获得畸变参数，就无法对虚拟现实头盔的景深显示进行设置。
发明内容
为了解决当前虚拟现实设备无法优化景深的缺陷，本发明提供一种基于图像刻度的瞳距景深设置的方法，包括以下步骤：
S1：用十六格设置方法设置所有左眼瞳孔和右眼瞳孔组合下的景深数据；
S2：将设置的景深数据存储在控制虚拟现实头盔的服务器中；
S3：控制虚拟现实头盔的服务器根据虚拟现实头盔的光学系统判断对应的瞳孔位置，并选择与该瞳孔位置最为接近的所述左眼瞳孔和所述右眼瞳孔组合的数据进行景深显示；
其中，所述十六格设置方法包括以下步骤：
S10：根据景深关系计算对应的观察单元的角度位置，将所述观察单元移动到相应的角度位置；
S20：显示屏采用区别显示的方式显示图形刻度测量信息，任意两个图形刻度包含的图形信息不相同；
S30：所述处理单元根据观察到的图形刻度确定待设置景深的显示位置。
优选地，所述图形刻度为4x4的像素方格。
优选地，调整观察目镜的焦距，使所述观察目镜观察到的图像中仅存在一个所述图形刻度。
优选地，相邻的所述图形刻度之间空出一条像素不显示任何颜色，作为图形刻度边界。
优选地，进一步包括步骤S40：所述观察单元运动到下一个需要设置景深的点，重复上述步骤，完成所有需要设置的景深。
提供一种基于图像刻度的瞳距景深设置的装置，其特征在于，包括测试单元、观察单元、图像单元和处理单元，所述测试单元包括待设置虚拟现实头盔、固定结构，所述待设置虚拟现实头盔包括显示屏，所述固定结构包括夹持工具和限位机构，所述夹持工具可以打开放入所述虚拟现实头盔，所述观察单元包括瞳距轨道，所述瞳距轨道上分设多个左眼瞳孔和多个右眼瞳孔。
优选地，所述观察单元进一步包括观察目镜、目镜轨道和电机，所述观察目镜可以在所述电机的带动下沿所述目镜轨道运动。
优选地，所述观察目镜设置在目镜底板上，所述观察目镜可以由所述目镜底板带动进行横向移动。
优选地，所述目镜底板经由连接件与滑行部相连，所述滑行部可以在所述瞳距轨道上滑行，并带动所述连接件和所述目镜底板一起滑行。
优选地，在分别对应多个所述左眼瞳孔和所述右眼瞳孔位置处，所述滑行部可以被固定。
提供一种景深设置的装置，包括测试单元、观察单元、图像单元和处理单元，所述测试单元包括待设置虚拟现实头盔、固定结构，所述待设置虚拟现实头盔包括显示屏，所述固定结构包括夹持工具和限位机构，所述夹持工具可以打开放入所述虚拟现实头盔。
优选地，所述夹持工具包括扭簧，所述扭簧可以在所述夹持工具打开后作用于所述夹持工具使之闭合以固定所述虚拟现实头盔。
优选地，所述观察单元包括观察目镜、目镜轨道和电机，所述观察目镜可以在所述电机的带动下沿所述目镜轨道运动。
优选地，所述观察单元包括移动板、观察目镜、遮光板、目镜轨道和电机，所述观察目镜可以在所述电机的带动下沿所述目镜轨道运动，所述目镜轨道设置在所述移动板上，所述移动板可以带动所述观察目镜、所述电机和所述目镜轨道一起运动。
优选地，所述遮光板包括透光孔。
与现有技术相比，本发明通过设置不同的观察位置并存储相应观察位置数据的方法提供了一种解决调整瞳距后景深数据发生变化的问题的方法，保证了景深的正确显示和虚拟现实的沉浸感。通过设置多个左眼瞳孔和右眼瞳孔的方法可以适应不同瞳距和多种情况下的景深显示，目镜底板和滑行部的设置可以方便观察目镜在多个位置进行观察，方便不同位置的景深设置。利用根据景深关系计算出视角方向，并利用区别显示的方式配合观察单元的观察得出待设置景深的显示位置，提供了一种新颖的设置景深的方法。4x4的方格既可以提高景深设置的精确度，又可以提高设置的效率。空出不显示的像素作为边界可以防止区域之间的混淆和图形刻度之间的混淆。利用测试单元、观察单元、图像单元和处理单元的组合简单而有效地解决了景深优化的问题。通过电机带动观察单元沿目镜轨道运动，可以方便从多个角度来进行观察，方便多个观察点的设置。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明第一实施例的模块示意图；
图2是第一实施例测试单元模块示意图；
图3是本发明第一实施例示意图；
图4是本发明第一实施例侧面示意图；
图5是本发明虚拟现实头盔景深显示原理示意图；
图6是本发明第二实施例结构示意图；
图7是本发明第二实施例遮光装置示意图；
图8是显示屏显示图形刻度的示意图；
图9是瞳距调整后景深显示效果示意图；
图10是本发明第三实施例示意图。
具体实施方式
为了解决当前虚拟现实设备无法优化景深的缺陷，本发明提供一种基于图像刻度的瞳距景深设置方法及装置。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
请参阅图1—图2，本发明虚拟现实头盔景深显示装置包括测试单元1、观察单元2、图像单元3和处理单元4。其中，测试单元1包括待测试镜片12、固定结构14，待测试镜片12可拆卸地固定在固定结构14上。图像单元3与观察单元2电性连接，处理单元4与图像单元3电性连接。观察单元2通过拍摄图像的方式对测试单元1进行观察，观察单元2可以拍摄测试单元1的图像，并将拍摄的图像传输至图像单元3进行处理，图像单元3可以处理观察单元2拍摄的图像，并将处理结果传输到处理单元4进行处理，处理单元4可以根据图像单元3传输的数据进行处理。
图3—图4示出了作为示例的虚拟现实头盔景深显示装置的第一实施例，显示屏16固定设置在固定结构14内，固定结构14上设置有镜片安装部18，镜片安装部18可以用来安装待测试镜片12。观察单元2包括观察目镜23、目镜轨道25、目镜电机271、升降电机272和升降杆273，观察目镜23可以在目镜电机271的带动下沿目镜轨道25平动，并且可以在目镜电机271的带动下转动变换观察角度。观察目镜23与升降杆273相连接，并可以跟随升降杆273一起升降。升降杆273受升降电机272的控制可以在竖直方向升降。在使用时，目镜电机271、升降电机272可以平动配合转动和升降，使观察目镜23到达不同的观察位置，模拟视线方向观察显示屏16发射的光线。
在初步拟合畸变数据时，首先取下固定结构14，在镜片安装部18处安装待测试镜片12，然后将固定结构14安装在底座21上。复位目镜电机271，使目镜电机271到达目镜轨道25的一端的初始位置。此时，检测前准备工作完成。当处理单元4接收到开始检测的命令后，目镜电机271和升降电机272带动观察目镜23到达第一个观察点，同时，处理单元4命令显示屏16显示检测信息，首先，显示屏16以整列像素为单位从显示屏16的第一端向第二端逐列显示纵向光线，第一端和第二端相对，可以根据需要人为指定，一般情况下我们指定从观察单元2向固定后的测试单元1的方向看，显示屏16的左端为第一端，右端为第二端，当图像单元3检测到显示屏16的显示信息经过畸变后到达观察单元2的标定位置时，图像单元3传递信息至处理单元4，处理单元4记录此时观察单元2的位置和显示屏16中光线的横坐标位置。然后观察单元2运动到下一个观察点，处理单元4命令测试单元1显示检测信息，重复上述检测过程。观察点数量设置得越多，镜片测量结果就越精细，就更加有利于数据拟合。在所有观察点的检测完成后，处理单元4汇总所有对应关系，并根据存储的对应关系拟合数据库中存储的畸变函数。当处理单元4成功拟合其中一个到几个畸变函数后，处理单元4记录并存储该拟合结果；当处理单元4无法根据测得的对应关系拟合数据库中的畸变函数时，处理单元4将对应关系以点函数的方式存储下来。
请参阅图5，图5示出了本发明基于图像刻度的瞳距景深设置方法及装置方法原理示意图。如图所示，当观察者在视觉中形成图像时，需要左右眼协同成像。在图5中，显示屏16发射光线经过光学镜片的折射分别到达左右眼，使左右眼在视觉上感觉在A处存在图像，而在显示屏16上，对应的发光点分别为A1和A2，这样就形成了景深的效果。
请参阅图6—图7，图6示出了本发明第二实施例。本发明的第二实施例主要用于对虚拟现实头盔的显示景深进行优化。包括待设置虚拟现实头盔13、固定结构14，待设置虚拟现实头盔13可拆卸安装在固定结构14内，固定结构14包括夹持工具142、限位机构141和底板143，其中，夹持工具142包括扭簧(图未示)，夹持工具142可以打开，当放入待设置虚拟现实头盔13后，扭簧可以作用于夹持工具142使之闭合，起到固定待设置虚拟现实头盔13的作用。限位机构141可以精确限制待设置虚拟现实头盔13的位置，防止待设置虚拟现实头盔13位置过于靠前或靠后影响优化结果，限位机构141和夹持工具142固定在底板143上。观察单元2包括两组观察设备，两组观察设备分别对左眼和右眼对应的畸变图像进行观察。观察单元2包括观察目镜23、目镜轨道25、电机27和遮光装置29，观察目镜23可以在电机27的带动下沿目镜轨道25转动变换观察角度。在使用时，电机27可以围绕虚拟的左观察点26和右观察点28转动，使观察目镜23到达不同的观察位置，模拟视线方向观察待设置虚拟现实头盔13发射的光线。图7示出了作为示例的遮光装置29，在遮光装置29上设置有贯穿遮光装置29的狭缝291，狭缝291直径为1mm左右，具有一定的深度，用来保证细光线成像条件，使观察目镜23可以精确观察相应方向传来的光线，防止其他方向的光线对观察结果产生影响。遮光装置29可拆卸地安装在观察目镜23上。
图8示出了显示屏16显示图形刻度161的示意图。当测量开始时，显示屏16接收到处理单元4的命令在屏幕中央显示点阵，点阵上显示有图形刻度161，图形刻度161是不同颜色点的组合，图8中示例性地示出了图形刻度161。这里，我们取图形刻度161为4x4的十六个像素组成的图形。每个像素可以显示红、绿、蓝三种颜色，通过十六个像素显示不同的颜色来区分不同的图形刻度161。组成图形刻度161的像素越多，测量的精度就会越低，而组成图形刻度161的像素太少，则会导致无法有效区分图形像素161而大大影响测量效率。设置16个像素组成4x4方格式的图形刻度161，可以在保证测量精度的同时有效提高测量的效率。每一个图形刻度161对应一个显示屏16上的物理位置，在使用时，可以调整观察目镜23的焦距，使观察目镜23观察到的经狭缝291透射的图像中仅存在一个图形刻度161，这样就可以建立观察目镜23位置与显示屏16上位置的映射关系。
由于虚拟现实头盔的显示屏16一般分左右显示，每个显示屏16的像素总共为200万像素—300万像素，单纯依靠在4x4的方格中像素显示不同的颜色就可以区分4300万个图形刻度161，可以直接用于区分图形刻度161。这里我们采用区别显示的方式配合4x4方格式的图像刻度161来获取图形刻度161对应的物理位置。首先在单侧显示屏16上显示不同的图像刻度161，在单侧显示屏16上显示的图像刻度161中，没有任何两个是相同的，因此每个图形刻度161对应唯一的显示位置。如图8所示区域中显示的图形刻度特征按照从左往右、从上往下依次是：红、绿、蓝、红、绿、蓝、绿、绿、蓝、红、蓝、红、红、绿、红、蓝。相邻的图形刻度161之间空出一条像素不显示任何颜色，作为图形刻度边界162，有利于区分相邻的图形刻度161。观察单元即可通过观察到的图形刻度161的特征确定对应的物理位置。
在对景深显示进行设置时，首先打开夹持工具142，放入待设置虚拟现实头盔13。复位电机27，使电机27到达目镜轨道25的一端的初始位置。此时，检测前准备工作完成。当处理单元4接收到开始设置景深的命令后，处理单元4计算出景深对应的视线角度，电机27带动观察目镜23到达需要设置景深的对应视线角度，同时，处理单元4命令显示屏16采用区别显示的方式显示图像刻度161，并识别观察到的图形刻度161，由此确定对应该景深位置的显示屏16的显示位置。然后观察单元2运动到下一个观察点，处理单元4命令测试单元1显示检测信息，重复上述检测过程。直到所有需要测量的景深都得到测量为止。上述设置方法我们称为十六格设置方法。
在使用虚拟现实头盔的过程中，由于每个观察者的瞳距并不完全相同，为了使每个观察者的观察效果都能达到最佳效果，许多虚拟现实头盔增加了瞳距调节功能，即使用者可以根据自己的瞳距通过自动调节或手动调节的方式调节光学镜片的位置及显示屏16的位置，但这样往往会产生景深发生变化的问题，使图像失真，降低了虚拟现实的沉浸感，破坏了整体的体验效果。
请参阅图9，图9示例性地展示了当虚拟现实头盔的使用者瞳距发生变化时的图像景深现实示意图。如上一个观察者的瞳孔对应图中的D1和D2位置，根据本发明的调整可以使景深显示清晰而正确，该观察者可以清晰观察到A位置的图像，并且A位置图像的景深也是正确的。当一个新的观察者根据自己瞳孔的位置调整虚拟现实头盔的光学系统后，新的观察者的瞳孔对应图中的D3和D4位置，若要使A位置的图像的景深可以正确显示，该观察者观察到的图像需要按照图中虚线显示。但由于光学系统发生了变化，光学镜片也不一定都是线性折射的，如何调节光学系统使观察者观察到的图像景深正确就成为一个很难解决的问题，而这种情况下，该观察者观察到的图像的景深几乎注定是不正确的。因此，单纯地根据观察者的瞳距调整光学系统无法有效保证观察的效果。
请参阅图10，本发明第三实施例提供一种对可调节瞳距的虚拟现实头盔的显示景深进行设置的方法和装置。本发明第三实施例包括待设置虚拟现实头盔13、固定结构14，待设置虚拟现实头盔13可拆卸安装在固定结构14内，固定结构14包括夹持工具142、限位机构141和底板143，其中，夹持工具142包括扭簧(图未示)，夹持工具142可以打开，当放入待设置虚拟现实头盔13后，扭簧可以作用于夹持工具142使之闭合，起到固定待设置虚拟现实头盔13的作用。限位机构141可以精确限制待设置虚拟现实头盔13的位置，防止待设置虚拟现实头盔13位置过于靠前或靠后影响优化结果，限位机构141和夹持工具142固定在底板143上。观察单元2包括两组观察设备，两组观察设备分别对左眼和右眼对应的畸变图像进行观察。观察单元2包括观察目镜23、目镜轨道25、电机27和遮光装置29，观察目镜23可以在电机27的带动下沿目镜轨道25转动变换观察角度。在使用时，电机27可以围绕虚拟的左观察点26和右观察点28转动，使观察目镜23到达不同的观察位置，模拟视线方向观察待设置虚拟现实头盔13发射的光线。图7示出了作为示例的遮光装置29，在遮光装置29上设置有贯穿遮光装置29的狭缝291，狭缝291直径为1mm左右，具有一定的深度，用来保证细光线成像条件，使观察目镜23可以精确观察相应方向传来的光线，防止其他方向的光线对观察结果产生影响。遮光装置29可拆卸地安装在观察目镜23上。观察单元2进一步包括瞳距轨道24，瞳距轨道24上分设多个左眼瞳孔260和多个右眼瞳孔280，左眼瞳孔260的数量和右眼瞳孔280的数量可以根据要求进行设置，这里我们取数量为5个。观察目镜23设置在目镜底板233上，可以由目镜底板233带动进行横向移动。目镜底板233经由连接件232与滑行部231相连，滑行部231可以在瞳距轨道24上滑行，并带动连接件232和目镜底板233一起滑行。在分别对应多个左眼瞳孔260和右眼瞳孔280位置处，滑行部231可以被固定，方便观察目镜23进行景深设置。
当景深设置开始时，对应左眼的观察目镜23由目镜底板233带动移动到左侧第一个观察位置左眼瞳孔260，对应右眼的观察目镜23由目镜底板233带动移动到左侧第一个观察位置右眼瞳孔280，同时按照观察者的两眼瞳孔分别对应左侧第一个左眼瞳孔260和右侧第一个右眼瞳孔280的方式调节光学系统。利用第二实施例中所述的方法对景深进行设置，并将设置结果记录到处理单元4。待所有设置完成后，保持左侧目镜底板233不动，右侧目镜底板移动到左侧第二个观察位置右眼瞳孔280，同时按照观察者的两眼瞳孔分别对应左侧第一个左眼瞳孔260和右侧第二个右眼瞳孔280的方式调节光学系统。利用第二实施例中所述的方法对景深进行设置，并将设置结果记录到处理单元4。重复上述方式，直到所有的对应左眼瞳孔260和右眼瞳孔280的组合方式得到设置，将所有结果存储在处理单元4中。这样，任选一个左眼瞳孔260和右眼瞳孔280都可以在处理单元4中找到相应的景深数据。将处理单元4中存储的数据存储在控制虚拟现实头盔的服务器中，当使用者调整了虚拟现实头盔的光学系统后，服务器判断光学系统对应的瞳孔位置，选择与该瞳孔位置最为接近的左眼瞳孔260和右眼瞳孔280组合的数据进行景深显示。
与现有技术相比，本发明通过设置不同的观察位置并存储相应观察位置数据的方法提供了一种解决调整瞳距后景深数据发生变化的问题，保证了景深的正确显示和虚拟现实的沉浸感。通过设置多个左眼瞳孔260和右眼瞳孔280的方法可以适应不同瞳距和多种情况下的景深显示，目镜底板233和滑行部231的设置可以方便观察目镜23在多个位置进行观察，方便不同位置的景深设置。利用根据景深关系计算出视角方向，并利用区别显示的方式配合观察单元2的观察得出待设置景深的显示位置，提供了一种新颖的设置景深的方法。4x4的方格既可以提高景深设置的精确度，又可以提高设置的效率。空出不显示的像素作为边界可以防止区域之间的混淆和图形刻度之间的混淆。利用测试单元1、观察单元2、图像单元3和处理单元4的组合简单而有效地解决了景深优化的问题。通过电机27带动观察单元2沿目镜轨道25运动，可以方便从多个角度来进行观察，方便多个观察点的设置。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种基于图像刻度的瞳距景深设置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：用十六格设置方法设置所有左眼瞳孔和右眼瞳孔组合下的景深数据；
S2：将设置的景深数据存储在控制虚拟现实头盔的服务器中；
S3：控制虚拟现实头盔的服务器根据虚拟现实头盔的光学系统判断对应的瞳孔位置，并选择与该瞳孔位置最为接近的所述左眼瞳孔和所述右眼瞳孔组合的数据进行景深显示；
其中，所述十六格设置方法包括以下步骤：
S10：根据景深关系计算对应的观察单元的角度位置，将所述观察单元移动到相应的角度位置；
S20：显示屏采用区别显示的方式显示图形刻度测量信息，任意两个图形刻度包含的图形信息不相同；
S30：所述处理单元根据观察到的图形刻度确定待设置景深的显示位置。
2.根据权利要求1所述的基于图像刻度的瞳距景深设置的方法，其特征在于，所述图形刻度为4x4的像素方格。
3.根据权利要求2所述的基于图像刻度的瞳距景深设置的方法，其特征在于，调整观察目镜的焦距，使所述观察目镜观察到的图像中仅存在一个所述图形刻度。
4.根据权利要求2所述的基于图像刻度的瞳距景深设置的方法，其特征在于，相邻的所述图形刻度之间空出一条像素不显示任何颜色，作为图形刻度边界。
5.根据权利要求1所述的基于图像刻度的瞳距景深设置的方法，其特征在于，进一步包括步骤S40：所述观察单元运动到下一个需要设置景深的点，重复上述步骤，完成所有需要设置的景深。
6.一种利用权利要求1中所述方法设置景深的基于图像刻度的瞳距景深设置的装置，其特征在于，包括测试单元、观察单元、图像单元和处理单元，所述测试单元包括待设置虚拟现实头盔、固定结构，所述待设置虚拟现实头盔包括显示屏，所述固定结构包括夹持工具和限位机构，所述夹持工具可以打开放入所述虚拟现实头盔，所述观察单元包括瞳距轨道，所述瞳距轨道上分设多个左眼瞳孔和多个右眼瞳孔。
7.根据权利要求6所述的基于图像刻度的瞳距景深设置的装置，其特征在于，所述观察单元进一步包括观察目镜、目镜轨道和电机，所述观察目镜可以在所述电机的带动下沿所述目镜轨道运动。
8.根据权利要求7所述的基于图像刻度的瞳距景深设置的装置，其特征在于，所述观察目镜设置在目镜底板上，所述观察目镜可以由所述目镜底板带动进行横向移动。
9.根据权利要求8所述的基于图像刻度的瞳距景深设置的装置，其特征在于，所述目镜底板经由连接件与滑行部相连，所述滑行部可以在所述瞳距轨道上滑行，并带动所述连接件和所述目镜底板一起滑行。
10.根据权利要求9所述的基于图像刻度的瞳距景深设置的装置，其特征在于，在分别对应多个所述左眼瞳孔和所述右眼瞳孔位置处，所述滑行部可以被固定。
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