CN107478412A - 虚拟现实头盔畸变验证和调整的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种虚拟现实头盔畸变验证和调整的方法及装置，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测试虚拟现实头盔、固定结构和显示屏，所述图像单元和所述观察单元、所述处理单元分别电性连接。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色散验证和调整的问题。

Description

虚拟现实头盔畸变验证和调整的方法及装置

技术领域

本发明涉及虚拟现实领域，更具体地说，涉及一种虚拟现实头盔畸变验证和调整的方法及装置。

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。

发明内容

为了解决当前虚拟现实设备无法验证和调整虚拟现实头盔畸变参数的缺陷，本发明提供一种虚拟现实头盔畸变验证和调整的方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种虚拟现实头盔畸变验证和调整的方法，包括以下步骤：

S1：在处理单元中预存待测试虚拟现实头盔的畸变数据并将所述待测试虚拟现实头盔安装在固定结构；

S2：移动观察单元到观察点，显示屏播放根据畸变数据反向计算出的对应该观察点位置的色块，所述色块发光；

S3：所述观察单元观察图像并将观察到的图像传递到图像单元，所述图像单元对传递来的图像进行处理，并将处理结果传递到处理单元；

S4：所述处理单元根据接收到的处理结果判断所述待测试虚拟现实头盔色散参数是否符合畸变数据；

S5：若所述待测试虚拟现实头盔色散参数不符合畸变数据，筛选有误差的数据，对有误差的数据进行校正。

优选地，若所述待测试虚拟现实头盔色散参数不符合畸变数据，筛选有误差的数据，将观察目镜调整到对应该误差数据的角度，所述显示屏显示对应色块周围的与对应所述色块相同颜色的色块，测算所述色块的距离误差，并筛选出误差数据最小的所述色块，建立所述色块与该观察角度的对应关系，并依照该对应关系修订单色光畸变参数。

优选地，所述观察单元通过模拟人眼视角的角度观察所述显示屏发射的光线，所述观察目镜观察图像并将观察到的图像传递到所述图像单元，所述图像单元对传递来的图像进行处理，测算图像中色块实际位置与所述观察目镜特定位置之间的距离误差。

优选地，所述观察目镜特定位置为所述观察目镜的镜片中心。

优选地，设置多个观察点，当第一个观察点测试完成后，所述观察单元运动到第二个观察点进行观察。

提供一种虚拟现实头盔畸变验证和调整的装置，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测试虚拟现实头盔、固定结构，所述待测试虚拟现实头盔包括显示屏，所述图像单元和所述观察单元、所述处理单元分别电性连接，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，所述遮光板包括第一透光孔和第二透光孔。

与现有技术相比，本发明利用畸变数据反向计算色块位置的方法，建立了显示屏上色块位置和观察目镜的观察位置的一一对应的关系，利用色块实际位置与理论位置之间的误差来验证待测试虚拟现实头盔是否符合畸变数据，方法简便易行，提供了一种新颖的验证待测试虚拟现实头盔单色畸变数据的方法，有利于防止因待测试虚拟现实头盔的单色光实际畸变数据与单色光理论畸变数据存在差异而产生的图像变形和合成色色差，节省了大量的生产成本。对于有误差的数据，通过实际测量周围相同颜色色块的方法，提供了一种修正单色光畸变数据的方法，提高了良品率并且保证了显示效果。观察单元通过模拟人眼视角角度来观察显示屏发射的光线，有利于更好地模拟出人眼的观察方法，其测试的结果也更加接近人眼实际看到的图像，提高了精确性和适应性。通过图像单元的进一步处理可以精确色块实际位置与理论位置之间的误差，为处理单元收集数据判断畸变是否符合提供了更加精确的数据。多点观察可以进一步保证数据的准确性。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光学畸变验证的问题。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是本发明虚拟现实镜片畸变验证和调整装置第二实施例的模块示意图；

图6是第二实施例测试单元模块示意图；

图7是显示屏细微结构示意图；

图8是虚拟现实头盔色散原理示意图；

图9是本发明第二实施例示意图；

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验证和调整虚拟现实头盔畸变参数的缺陷，本发明提供一种虚拟现实镜片头盔畸变验证和调整的方法及装置。

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畸变验证和调整装置包括测试单元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畸变验证和调整装置的第一实施例，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。

由于红、绿、蓝三种单色光在经过待测试镜片12时折射角略微不同，这样会导致色散的出现。在将待测试镜片12安装在虚拟现实头盔上后，我们需要进一步对各个单色光的畸变情况进行验证和校正。在对虚拟现实头盔进行单色光畸变验证和调整时，我们需要对第一实施例中使用的装置进行改进。

请参阅图5—图8，本发明虚拟现实头盔畸变验证和调整装置第二实施例包括测试单元1、观察单元2、图像单元3和处理单元4。其中，测试单元1包括待测试虚拟现实头盔13、固定结构14，待测试虚拟现实头盔13固定在固定结构14上。固定结构14可以固定待测试虚拟现实头盔13。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根据图像单元3传输的数据进行处理，并测算数据处理结果与给定的拟合畸变参数的区别。处理单元4同时与测试单元1电性连接，在使用过程中可以将拟合畸变参数存储在处理单元4中，由处理单元4根据观测单元2的位置对应向测试单元1传递信息，按照拟合畸变参数，测试单元1的显示信息经过待测试虚拟现实头盔13的畸变后会到达观察单元2的标定位置，图像单元3测算标定位置与实际位置之间的误差并将误差传递至处理单元4，处理单元4通过多个测量结果共同判断可以判定待测试虚拟现实头盔13的单色光畸变参数的误差是否在允许范围内。如果该误差超出了允许范围，处理单元4控制显示屏16显示该色块161周围的同色色块161，并判断光线可以准确到达标定位置的色块161，并记录该色块161的位置。

图7显示了虚拟现实头盔的显示屏16的结构，液晶屏的显示屏16由数量众多的色块161构成，每个色块161仅能显示红、绿、蓝其中的一种颜色，相邻的色块161一般显示不同的颜色。如图8所示，当两相近色块161显示的颜色不同时，由于光的折射原理，不同频率的光线折射率不同，两个显示颜色不同的相近色块161经过折射后入射人眼的光线方向有可能有较大的差别，这就使得对于待测试虚拟现实头盔13来说，不仅应该给出其常规的畸变参数，同时需要给出单色光的畸变参数，实现色块161与显示方向的对应关系，单纯考虑常规的畸变参数容易产生视觉可以明显察觉或不能明显察觉的色差。当生产厂商已经提供了镜片的畸变参数后，我们需要对上述参数进行各个单色光的验证，并调整畸变参数使建立正确的对应关系。

图9示出了作为示例的虚拟现实头盔畸变验证装置的第二实施例，待测试虚拟现实头盔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，当放入待测试虚拟现实头盔13后，扭簧可以作用于夹持工具142使之闭合，起到固定待测试虚拟现实头盔13的作用。限位机构141可以精确限制待测试虚拟现实头盔13的位置，防止待测试虚拟现实头盔13位置过于靠前或靠后影响测量结果，限位机构141和夹持工具142固定在底板143上。观察单元2包括观察目镜23、目镜轨道25和电机27，观察目镜23可以在电机27的带动下沿目镜轨道25平动，并且可以在电机27的带动下转动变换观察角度。在使用时，电机27可以平动配合转动，使观察目镜23到达不同的观察位置，模拟视线方向观察待测试虚拟现实头盔13发射的光线。在固定结构14与观察单元2之间设置有遮光板28，遮光板28上开有第一透光孔280和第二透光孔282，遮光板28可以保证显示屏16发出的光经过第一透光孔280或第二透光孔282后可以通过小孔成像的方式进入观察单元2，形成清晰的图像，防止图像的模糊。

图10示出了作为示例的虚拟现实头盔畸变验证装置的第二实施例，在第二实施例中，测试单元1与第一实施例中的结构基本相同。待测试虚拟现实头盔13可拆卸安装在固定结构14内。观察单元2包括移动板22、观察目镜23、目镜轨道25和电机27，观察目镜23可以在电机27的带动下沿目镜轨道25运动，变换观察角度。在固定结构14与观察单元2之间设置有遮光板28，遮光板28上开有第一透光孔280和第二透光孔282，遮光板28可以保证显示屏16发出的光经过第一透光孔280或第二透光孔282后可以通过小孔成像的方式进入观察单元2，形成清晰的图像，防止图像的模糊。目镜轨道25设置在移动板22上，移动板22可以带动观察目镜23、电机27和目镜轨道25一起运动，移动板22可以在对应第一透光孔280或第二透光孔282两个观察位置被固定。

在使用时，首先打开夹持工具142，将待测试虚拟现实头盔13放入。在处理单元4中预存待测试虚拟现实头盔13的畸变数据，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，测试前准备工作完成。当处理单元4接收到开始测试的命令后，首先测试一种单色光，电机27带动观察目镜23到达第一个观察点，同时，显示屏16播放根据畸变数据反向计算出的对应该观察点位置的色块161，该色块161的光线经待检测镜片12后可以到达观察目镜23的特定位置，在本实施例中该特定位置被规定为观察目镜23的镜片中心。观察目镜23可以放大图像，观察目镜23观察图像并将观察到的图像传递到图像单元3，在该图像中，色块161的标准位置为图像中心，图像单元3对传递来的图像进行处理，测算色块161实际位置与图像中心之间的距离误差，并将该误差传递到处理单元4，处理单元4记录该误差数据，重复观察步骤。观察点数量设置得越多，头盔测量结果就越精细。

测量完成后，处理单元4筛选有误差的数据，对有误差的数据进行校正。将观察目镜23调整到对应该误差数据的角度，显示屏16显示对应色块161周围的与对应色块161相同颜色的色块161。观察目镜23观察图像并将观察到的图像传递到图像单元3，图像单元3对传递来的图像进行处理，测算色块161实际位置与图像中心之间的距离误差，并筛选出误差数据最小的色块161，建立该色块161与该观察角度的对应关系，并依照该对应关系修订单色光畸变参数。重复上述步骤，直到所有的误差数据均被修正，该单色光调整完毕。其他单色光的调整方法与上述方法相同，在此不再赘述。

与现有技术相比，本发明利用畸变数据反向计算色块161位置的方法，建立了显示屏16上色块161位置和观察目镜23的观察位置的一一对应的关系，利用色块161实际位置与理论位置之间的误差来验证待测试虚拟现实头盔13是否符合畸变数据，方法简便易行，提供了一种新颖的验证待测试虚拟现实头盔13单色畸变数据的方法，有利于防止因待测试虚拟现实头盔13的单色光实际畸变数据与单色光理论畸变数据存在差异而产生的图像变形和合成色色差，节省了大量的生产成本。对于有误差的数据，通过实际测量周围相同颜色色块161的方法，提供了一种修正单色光畸变数据的方法，提高了良品率并且保证了显示效果。观察单元2通过模拟人眼视角角度来观察显示屏16发射的光线，有利于更好地模拟出人眼的观察方法，其测试的结果也更加接近人眼实际看到的图像，提高了精确性和适应性。通过图像单元3的进一步处理可以精确色块161实际位置与理论位置之间的误差，为处理单元4收集数据判断畸变是否符合提供了更加精确的数据。多点观察可以进一步保证数据的准确性。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光学畸变验证的问题。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)

1.一种虚拟现实头盔畸变验证和调整的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在处理单元中预存待测试虚拟现实头盔的畸变数据并将所述待测试虚拟现实头盔安装在固定结构；

S2：移动观察单元到观察点，显示屏播放根据畸变数据反向计算出的对应该观察点位置的色块，所述色块发光；

S3：所述观察单元观察图像并将观察到的图像传递到图像单元，所述图像单元对传递来的图像进行处理，并将处理结果传递到处理单元；

S4：所述处理单元根据接收到的处理结果判断所述待测试虚拟现实头盔色散参数是否符合畸变数据；

S5：若所述待测试虚拟现实头盔色散参数不符合畸变数据，筛选有误差的数据，对有误差的数据进行校正。

2.根据权利要求1所述的虚拟现实头盔畸变验证和调整的方法，其特征在于，若所述待测试虚拟现实头盔色散参数不符合畸变数据，筛选有误差的数据，将观察目镜调整到对应该误差数据的角度，所述显示屏显示对应色块周围的与对应所述色块相同颜色的色块，测算所述色块的距离误差，并筛选出误差数据最小的所述色块，建立所述色块与该观察角度的对应关系，并依照该对应关系修订单色光畸变参数。

3.根据权利要求2所述的虚拟现实头盔畸变验证和调整的方法，其特征在于，所述观察单元通过模拟人眼视角的角度观察所述显示屏发射的光线，所述观察目镜观察图像并将观察到的图像传递到所述图像单元，所述图像单元对传递来的图像进行处理，测算图像中色块实际位置与所述观察目镜特定位置之间的距离误差。

4.根据权利要求3所述的虚拟现实头盔畸变验证和调整的方法，其特征在于，所述观察目镜特定位置为所述观察目镜的镜片中心。

5.根据权利要求4所述的虚拟现实头盔畸变验证和调整的方法，其特征在于，设置多个观察点，当第一个观察点测试完成后，所述观察单元运动到第二个观察点进行观察。

6.一种虚拟现实头盔畸变验证和调整的装置，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测试虚拟现实头盔、固定结构，所述待测试虚拟现实头盔包括显示屏，所述图像单元和所述观察单元、所述处理单元分别电性连接，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。

7.根据权利要求6所述的虚拟现实头盔畸变验证和调整的装置，其特征在于，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。

8.根据权利要求7所述的虚拟现实头盔畸变验证和调整的装置，其特征在于，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。

9.根据权利要求7所述的虚拟现实头盔畸变验证和调整的装置，其特征在于，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。

10.根据权利要求9所述的虚拟现实头盔畸变验证和调整的装置，其特征在于，所述遮光板包括第一透光孔和第二透光孔。