CN107624165A - 用于校准双目显示设备的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于校准图片在双目显示设备的显示元件上的位置的校准方法，所述双目显示设备包括右显示元件和左显示元件以用于显示右图片和左图片，所述方法包括：‑虚拟标记物显示步骤，在所述步骤过程中，当配戴者使用所述双目显示设备时，分别从所述右显示元件和所述左显示元件显示右虚拟标记物和左虚拟标记物，所述右虚拟标记物和左虚拟标记物与现实世界目标物至少视觉上可竖直对齐成处于对齐状态下，以及‑对齐步骤，在所述步骤过程中，将所述右和左虚拟标记物中的每一者与所述现实世界目标物对齐。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于校准图片在双目显示设备的显示元件上的位置的校准系统和校准方法。
背景技术
双目显示设备包括右显示元件和左显示元件，所述元件分别被设计成有待被置于配戴者的对应眼睛的前方并显示右图片和左图片。
这种双目显示设备通常是针对普通配戴者设计的。因而，它会呈现未针对实际配戴者进行优化这一缺点。因此，这可能快速使配戴者遭受眩晕和恶心。
实际上，与不存在太多与配戴者相适配的校准问题的单眼系统相反，对于立体系统，投射到每只眼睛上的图像必须被置于对应眼睛的前方、并且因此与配戴者的生理学相适配。
可以使用设定装置来使双目显示设备适应具体配戴者。然而，这种设定装置难以使用。
发明内容
本发明的一个目的是提供不存在上述缺点的校准系统和方法。
具体地，本发明的一个目的是提供使得信息内容能够被查看、同时限制双目显示设备的配戴者的视觉疲劳和不适的校准系统和方法。此外，本发明的一个目的是提供使设置更简单的图片定位系统和方法。
为此，本发明提出了一种用于校准图片在双目显示设备的显示元件上的位置的校准方法，所述双目显示设备包括右显示元件和左显示元件以用于显示右图片和左图片，所述方法包括：
-虚拟标记物显示步骤，在所述步骤过程中，当配戴者使用所述双目显示设备时，分别从所述右显示元件和所述左显示元件显示右虚拟标记物和左虚拟标记物，所述右虚拟标记物和左虚拟标记物与现实世界目标物至少视觉上可竖直对齐成处于对齐状态下，以及
-对齐步骤，在所述步骤过程中，将所述右和左虚拟标记物中的每一者与所述现实世界目标物对齐。
有利的是，根据本发明的方法允许容易地校准所述双目显示设备，以允许获得适合于配戴者的现实立体显示，并且所述现实立体显示更具体地是由于至少一个配戴者相关参数，例如配戴者的眼睛相对于显示元件的位置、和/或瞳孔间距(IPD)。
因此，取决于配戴者，简单显示右图片和左图片，使得所述配戴者在最适应配戴者的生理学的条件下查看信息内容。因此，将生理疲劳最小化。
换言之，根据本发明的方法允许双目显示设备的购买者直接且独立地调整所述双目显示设备以使所述显示元件适应其生理学。
根据可以单独或组合地考虑的进一步实施例：
-所述双目显示设备被配置成用于在投影距离处显示右图片和左图片，并且所述现实世界目标物被明显地定位在所述投影距离处；
-所述校准方法进一步包括：虚拟标记物位置存储步骤，在所述步骤过程中，将在所述对齐状态下所述左和右虚拟标记物中的每一者的位置存储在嵌入所述双目显示设备中的控制系统中；
-所述对齐步骤是手动执行的；
-所述左和右虚拟标记物中的每一者至少包括竖线；
-所述校准方法进一步包括：用户输入接收步骤，在所述步骤过程中，接收指示了所述左和/或右虚拟标记物与所述现实世界目标物何时在视觉上对齐成处于所述对齐状态下的用户输入；
-如权利要求1所述的方法的步骤被处理器执行多次；
-所述对齐步骤包括：
■第一对齐步骤，在所述步骤过程中，将所述右和左虚拟标记物中之一与所述现实世界目标物对齐，以及
■第二对齐步骤，在所述步骤过程中，在保持所述右和左虚拟标记物中的那个虚拟标记物与所述现实世界目标物对齐的同时将所述右和左虚拟标记物中的另一者与所述现实世界目标物对齐；
-所述校准方法进一步包括：瞳孔间距确定步骤，在所述步骤过程中，确定瞳孔间距；
-所述瞳孔间距确定步骤包括：
■现实图案显示步骤，在所述步骤过程中，将现实图案显示在屏幕上或者印刷在纸张上，所述现实图案至少包括现实左竖线、现实右竖线，
■虚拟图案显示步骤，在所述步骤过程中，将虚拟图案显示在所述右和左显示元件上，所述虚拟图案与所述现实图案视觉上可对齐成处于对齐状态下，所述虚拟图案至少包括虚拟左光标、虚拟右光标，
■光标对齐步骤，在所述步骤过程中，针对所述右和左显示元件中的每一者，将所述虚拟右光标并且接着将所述虚拟左光标分别与所述现实右竖线和所述现实左竖线对齐，
■虚拟光标位置确定步骤，在所述步骤过程中，确定在所述对齐状态下所述虚拟左和右光标中的每一者在所述右和左显示元件上的位置，以及
■瞳孔间距计算步骤，在所述步骤过程中，基于在所述对齐状态下所述虚拟左和右光标中的每一者在所述右和左显示元件上的确定位置来计算瞳孔间距；
-所述现实世界目标物是配戴者的环境中的背景物体，所述现实世界目标物具有竖直线性组成部分。
根据进一步的方面，本发明涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括一个或多个存储的指令序列，所述指令序列是可由处理器存取的并且在被所述处理器执行时致使所述处理器实施根据本发明的校准方法的步骤。
本发明进一步涉及一种计算机可读介质，所述计算机可读介质携载了根据本发明的计算机程序产品的一个或多个指令序列。
此外，本发明涉及一种使计算机执行本发明的方法的程序。
本发明还涉及一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上记录了程序；其中所述程序使所述计算机执行本发明的方法。
本发明进一步涉及一种包括处理器的设备，所述处理器被适配用于存储一个或多个指令序列并且实施根据本发明的方法的步骤中的至少一个步骤。
如从以下讨论中明显的是，除非另有具体规定，否则应认识到，贯穿本说明书，使用如“运算”、“计算”、“产生”或类似术语的讨论是指计算机或计算系统或类似的电子计算设备的动作和/或过程，所述动作和/或过程对在所述计算系统的寄存器和/或存储器内表现为物理(如电子)量的数据进行操纵和/或将其转换成在所述计算系统的存储器、寄存器或其他此类信息存储、传输或显示装置内类似地表现为物理量的其他数据。
本发明的实施例可以包括用于执行在此所述操作的装置。此设备可以是为所期望的目的而专门构建的，或此装置可以包括通用计算机或现场可编程门阵列(“FPGA”)或被存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的数字信号处理器(“DSP”)。这种计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，如但不限于任何类型的磁盘，包括软盘、光盘、CD-ROM、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁性或光学卡，或任何其他类型的适合于存储电子指令并且能够耦合到计算机系统总线上的介质。
此处所提出的方法和显示器并非本来就与任何具体的计算机或其他装置相关。不同通用系统都可以与根据此处的传授内容的程序一起使用，或者其可以证明很方便地构建更专用的装置以执行所希望的方法。各种这些系统所希望的结构将从以下描述中得以明了。此外，本发明的实施例并没有参照任何具体的编程语言而进行描述。应了解的是，各种编程语言都可以用来实现如在此描述的本发明的传授内容。
本发明还涉及一种用于校准图片在双目显示设备的显示元件上的位置的校准系统，所述双目显示设备包括右显示元件和左显示元件以用于显示右图片和左图片，所述校准系统包括：
-虚拟标记物显示装置，所述虚拟标记物显示装置被配置成用于当配戴者使用所述双目显示设备时，分别从所述右显示元件和所述左显示元件显示右虚拟标记物和左虚拟标记物，所述右虚拟标记物和左虚拟标记物与现实世界目标物至少视觉上可竖直对齐成处于对齐状态下，以及
-标记物移动装置，所述标记物移动装置被配置成用于使所述右和左虚拟标记物中的每一者分别在所述右显示元件和所述左显示元件上至少水平地移动。
根据进一步的方面，本发明涉及一种双目显示系统，所述双目显示系统包括：
-双目显示设备，所述双目显示设备包括右显示元件和左显示元件以用于显示右图片和左图片，以及
-校准系统，所述校准系统被配置成用于：
■生成有待分别在所述右显示元件和所述左显示元件上显示的右图片和左图片，所述右图片和左图片分别包括右虚拟标记物和左虚拟标记物，
■使所述右和左虚拟标记物中的每一者分别在所述右显示元件和所述左显示元件上至少水平地移动。
根据可以单独或组合地考虑的进一步实施例：
-所述校准系统被嵌入所述双目显示设备中。
-所述校准系统被嵌入远程实体中。
附图说明
参照附图，本发明的其他特征和优点将从以下非限制性示例实施例的描述中变得明显，在附图中：
-图1是表示根据本发明的一些实施例的配戴者、双目显示设备、以及校准系统的示意框图，
-图2是示出了根据本发明的一些实施例的校准方法的步骤的流程图，
-图3A和图3B展示了在根据本发明的调整步骤之前和之后、透过透视显示器看到的图像，
-图4是示出了根据本发明的一些实施例的校准方法的可选步骤的流程图，并且
-图5展示了可以在根据本发明的方法的过程中使用的现实图案和虚拟图案的实例。
附图中的要素仅是为了简洁和清晰而展示的并且不一定是按比例绘制的。例如，这些图中的某些要素的尺寸可以相对于其他要素被放大，以便帮助提高对本发明的实施例的理解。
具体实施方式
本发明涉及一种用于校准图片在双目显示设备的显示元件上的位置的校准方法。
图1表示据本发明的一些实施例的配戴者10、双目显示设备12、以及校准系统14。
图1上表示的双目显示设备12包括右显示元件16R和左显示元件16L，用于显示右图片和左图片。右显示元件16R和左显示元件16L优选地分别被设计成有待被置于配戴者10的对应眼睛的前方。例如，右图片和左图片是右和左立体图片。替代性地，右图片和左图片可以是两张相同的图片。
右显示元件16R和左显示元件16L可以是显示屏，例如LCD(液晶显示)屏。这些显示屏可以是不透明屏或透视屏。更一般地，右显示元件16R和左显示元件16L可以是任何类型的显示元件。所述显示元件还可以被放在不同的位置上，并且投影系统可以向配戴者眼睛发送图像。投影系统可以是半反射镜、光导、或任何其他图像传输系统。
校准系统14可以嵌入双目显示设备12中，或可以是被配置成用于与双目显示设备12通信的远程实体。
校准系统14被配置成用于生成有待分别在右显示元件和左显示元件上显示的右图片和左图片，使得右图片和左图片分别包括右虚拟标记物和左虚拟标记物。
为此，校准系统14包括：虚拟标记物显示装置18，所述虚拟标记物显示装置被配置成用于当配戴者使用所述双目显示设备时，分别从所述右显示元件16R和所述左显示元件16L显示右虚拟标记物和左虚拟标记物。所述右虚拟标记物和左虚拟标记物与现实世界目标物至少视觉上可竖直对齐成处于对齐状态下。
此外，校准系统14包括标记物移动装置20，所述标记物移动装置被配置成用于使所右虚拟标记物和左虚拟标记物中的每一者分别在右显示元件16R和左显示元件16L上至少水平地移动。
因此，校准系统14被配置成用于使所述右虚拟标记物和左虚拟标记物中的每一者分别在右显示元件16R和左显示元件16L上至少水平地移动。
优选地，双目显示设备12被配置成用于在投影距离处显示右图片和左图片，并且所述现实世界目标物被明显地定位在所述投影距离处。
有利的是，所述现实世界目标物是配戴者的环境中的背景物体，所述现实世界目标物具有竖线性分量。
根据本发明的校准系统被适配且配置成用于实施根据本发明的一些实施例的校准方法。
现在将详述根据本发明的校准方法。
参见图2，下文中我们描述了根据本发明的示例性实施例的校准方法。所述校准方法至少包括：
-虚拟标记物显示步骤S2，以及
-对齐步骤S4。
在虚拟标记物显示步骤S2过程中，当配戴者使用双目显示设备12时，分别从右显示元件16R和左显示元件16L显示右虚拟标记物和左虚拟标记物。
所述右虚拟标记物和左虚拟标记物与现实世界目标物至少视觉上可竖直对齐成处于对齐状态下。优选地，所述左和右虚拟标记物中的每一者至少包括竖线。例如，所述虚拟标记物是如图3A所表示的竖直箭头，其展示了叠加在现实世界场景上的虚拟标记物。
所述现实世界目标物可以是建筑物的竖直边缘，例如在现实场景中位于远离配戴者处。
接着，在对齐步骤S4的过程中，将右和左虚拟标记物中的每一者与所述现实世界目标物对齐。在所述对齐步骤过程中，将右和左虚拟标记物叠加。
首先，在第一对齐步骤S6过程中，将右和左虚拟标记物之一与现实世界目标物对齐。接着第二对齐步骤S8过程中，在保持右和左虚拟标记物中的那个虚拟标记物与现实世界目标物对齐的同时将右和左虚拟标记物中的另一者与现实世界目标物对齐。
图3B展示了同一现实世界场景，其中，两个虚拟标记物与形成现实世界目标物的竖直天线对齐。
优选地，所述对齐步骤是由双目显示设备12的配戴者手动执行的。
例如，选择建筑物的竖直边缘作为将用于进行校准的现实世界目标物。选择在限定距离处的现实世界目标物，使舒适的头部位置在视野的中间。接着，当右眼闭上时，使用者手动将形成左虚拟标记物、由左显示元件显示的左竖直箭头与建筑物的竖直边缘对齐。接着，在两只眼睛睁开时，在保持左竖直箭头与建筑物的竖直边缘之间的对齐的同时，使用者手动将形成右虚拟标记物、由右显示元件显示的右竖直箭头与建筑物的同一竖直边缘对齐。
根据本发明的方法允许将显示元件16简单地对齐到眼睛的中心上，并且将每只眼睛的显示元件上形成虚拟标记物的竖线叠加至形成现实世界目标物的远处物体的竖线(例如，建筑物的竖直边缘)上、或中间物体的竖线(例如使用者所在的房间中的墙壁的竖直边缘)上。
此外，所述校准方法可以包括用户输入接收步骤S10。在这个步骤S10过程中，接收指示了左和/或右虚拟标记物与现实世界目标物何时在视觉上对齐成处于所述对齐状态下的用户输入。
这个用户输入允许例如通过双目显示元件的框架上的触摸控件(例如按钮)或鼠标点击、或通过以有线或无线方式连接至所述双目显示元件的远程设备上的任何其他接口来验证对齐，在这种情况下，所述双目显示元件被配置成在实施所述校准方法过程中与这样的远程设备通信。
一旦这种对齐被验证，就可以存储虚拟标记物的位置。
为此，所述校准方法有利地包括虚拟标记物位置存储步骤S12。在这个步骤S12过程中，将在所述对齐状态下所述左和右虚拟标记物中的每一者的位置存储在嵌入双目显示设备12中的控制系统22中。
当然，所述方法的步骤优选地被处理器执行多次。
此外，为了确保配戴者看向视野中间，可以将在每只眼睛上显示的虚拟标记物移动到一起，以便相对于在制造双目显示设备的过程中设定的起始位置保持居中，这确保了左和右显示元件与鼻子等距。这种方法能够固定这两个显示元件的、可以从其进行其他补充测量的原点。
由于在制造过程中显示元件的距离、以及所显示的像素的大小是已知的，因此可以推导出瞳孔间距，但是根据本发明的瞳孔间距确定步骤提供更好的结果。
实际上，所述校准方法有利地包括瞳孔间距确定步骤S20，在所述步骤过程中，确定瞳孔间距(IPD)。在标准ISO 13666:1998中定义了瞳孔间距。
参见图4，瞳孔间距确定步骤S20包括：
-现实图案显示步骤S22，
-虚拟图案显示步骤S24，
-光标对齐步骤S26，
-虚拟光标位置确定步骤S28，以及
-瞳孔间距计算步骤S30。
在现实图案显示步骤S22过程中，将现实图案显示在屏幕上或者印刷在纸张上，所述现实图案至少包括左现实竖线、右现实竖线。有利的是，明确知道印在纸张上的现实图案的大小。还可以使用形状和大小经校准并且是可明确识别的以将光标与之对齐的物体。
在虚拟图案显示步骤S24过程中，在右和左显示元件上显示虚拟图案。在对齐状态下所述虚拟图案与现实图案在视觉上可对齐。此外，虚拟图案至少包括虚拟左光标和虚拟右光标。
图5展示了这样的现实图案和这样的虚拟图案的实例。
接着，在光标对齐步骤S26过程中，针对右显示元件，将虚拟右光标并且接着将虚拟左光标分别与现实右竖线和现实左竖线对齐。接着，针对左显示元件，同样将虚拟右光标并且接着将虚拟左光标分别与现实右竖线和现实左竖线对齐。
在虚拟光标位置确定步骤S28过程中，确定在对齐状态下虚拟左和右光标中的每一者在右和左显示元件上的位置。
最后，在瞳孔间距计算步骤S30过程中，基于在对齐状态下虚拟左和右光标中的每一者在右和左显示元件上的确定位置来计算瞳孔间距。
这个瞳孔间距确定步骤的优点在于，与用于确定IPD的常用方法不同，它不使用相机。此外，绝对地确定IPD值。
由于本发明，双目显示设备的购买者可以容易、直接且独立地调整所述双目显示设备以使所述显示元件与其生理学相适配。因此他可以获得适合于配戴者的可靠立体显示。因此，将生理疲劳最小化。
此外，如果眼镜商售卖所述双目显示设备，则根据本发明的校准方法可以由所述眼镜商来实施。在这种情况下，测试台可以允许更准确地测量IPD并且确保在测量过程中配戴者的头部不移动。
为了实施根据本发明的校准，需要一种专用计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储的指令序列，所述指令序列是处理器可存取的并且当被所述处理器执行时致使所述处理器实施根据本发明的校准方法的步骤。
这种专用计算机程序产品可以被永久存储在所述双目显示系统中、或可以与所述双目显示系统通信的远程实体中、并且可以通过特定动作、例如配戴者的动作来执行。
而且，将双目显示系统的使用者的、至少包括在对齐状态下虚拟标记物的位置的校准数据存储在嵌入所述双目显示系统中的控制系统中、或可以与所述双目显示系统通信的远程实体中。当然，能够存储同一双目显示系统的不同用户的若干校准数据。
上文已经借助实施例对本发明进行了描述，而不限制随附权利要求书中所限定的总体发明概念。
在参考前述说明性实施例之后，许多修改和变化将对本领域的普通技术人员是明显的，这些实施例仅以举例方式给出并且无意限制本发明的范围，本发明的范围仅是由所附权利要求书来确定的。
实际上，可以使用嵌入或未嵌入根据本发明的双目显示系统中的若干个传感器来提高准确度并且降低测量误差的风险。例如，如果双目显示系统包括位置传感器和/或倾斜度传感器，则能够证实配戴者的头部被良好地定位以显示竖直虚拟标记物、并且能够补偿显示元件的安装缺陷。
Claims (15)
1.一种用于校准图片在双目显示设备的显示元件上的位置的校准方法，所述双目显示设备包括右显示元件和左显示元件以用于显示右图片和左图片，所述方法包括：
-虚拟标记物显示步骤，在所述步骤过程中，当配戴者使用所述双目显示设备时，分别从所述右显示元件和所述左显示元件显示右虚拟标记物和左虚拟标记物，所述右虚拟标记物和左虚拟标记物与现实世界目标物能够至少视觉上竖直对齐成处于对齐状态下，以及
-对齐步骤，在所述步骤过程中，将所述右和左虚拟标记物中的每一者与所述现实世界目标物对齐。
2.根据权利要求1所述的校准方法，其中，所述双目显示设备被配置成用于在投影距离处显示右图片和左图片，并且所述现实世界目标物被明显地定位在所述投影距离处。
3.根据权利要求1或2所述的校准方法，进一步包括虚拟标记物位置存储步骤，在所述步骤过程中，将在所述对齐状态下所述左和右虚拟标记物中的每一者的位置存储在嵌入所述双目显示设备中的控制系统中。
4.根据以上权利要求1至3中任一项所述的校准方法，其中，所述对齐步骤是手动执行的。
5.根据以上权利要求1至4中任一项所述的校准方法，其中，所述左和右虚拟标记物中的每一者至少包括竖线。
6.根据以上权利要求1至5中任一项所述的校准方法，进一步包括用户输入接收步骤，在所述步骤过程中，接收指示了所述左和/或右虚拟标记物与所述现实世界目标物何时在视觉上对齐成处于所述对齐状态下的用户输入。
7.根据以上权利要求1至6中任一项所述的校准方法，其中，如权利要求1所述的方法的步骤被处理器执行多次。
8.根据以上权利要求1至7中任一项所述的校准方法，其中，所述对齐步骤包括：
-第一对齐步骤，在所述步骤过程中，将所述右和左虚拟标记物之一与所述现实世界目标物对齐，以及
-第二对齐步骤，在所述步骤过程中，在保持所述右和左虚拟标记物中的那个虚拟标记物与所述现实世界目标物对齐的同时将所述右和左虚拟标记物中的另一者与所述现实世界目标物对齐。
9.根据以上权利要求1至8中任一项所述的校准方法，进一步包括瞳孔间距确定步骤，在所述步骤过程中，确定瞳孔间距。
10.根据权利要求9所述的校准方法，其中，所述瞳孔间距确定步骤包括：
-现实图案显示步骤，在所述步骤过程中，将现实图案显示在屏幕上或者印刷在纸张上，所述现实图案至少包括现实左竖线、现实右竖线，
-虚拟图案显示步骤，在所述步骤过程中，将虚拟图案显示在所述右和左显示元件上，所述虚拟图案与所述现实图案视觉上能够对齐成处于所述对齐状态下，所述虚拟图案至少包括虚拟左光标、虚拟右光标，
-光标对齐步骤，在所述步骤过程中，针对所述右和左显示元件中的每一者，将所述虚拟右光标并且接着将所述虚拟左光标分别与所述现实右竖线和所述现实左竖线对齐，
-虚拟光标位置确定步骤，在所述步骤过程中，确定在所述对齐状态下所述虚拟左和右光标中的每一者在所述右和左显示元件上的位置，以及
-瞳孔间距计算步骤，在所述步骤过程中，基于在所述对齐状态下所述虚拟左和右光标中的每一者在所述右和左显示元件上的确定位置来计算瞳孔间距。
11.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括一个或多个存储的指令序列，所述指令序列是可由处理器存取的并且在被所述处理器执行时致使所述处理器执行如权利要求1至10中任一项所述的步骤。
12.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质携载了如权利要求11所述的计算机程序产品的一个或多个指令序列。
13.一种用于校准图片在双目显示设备的显示元件上的位置的校准系统，所述双目显示设备包括右显示元件和左显示元件以用于显示右图片和左图片，所述校准系统包括：
-虚拟标记物显示装置，所述虚拟标记物显示装置被配置成用于当配戴者使用所述双目显示设备时，分别从所述右显示元件和所述左显示元件显示右虚拟标记物和左虚拟标记物，所述右虚拟标记物和左虚拟标记物与现实世界目标物能够至少视觉上竖直对齐成处于对齐状态下，以及
-标记物移动装置，所述标记物移动装置被配置成用于使所述右和左虚拟标记物中的每一者分别在所述右显示元件和所述左显示元件上至少水平地移动。
14.一种双目显示系统，包括：
-双目显示设备，所述双目显示设备包括右显示元件和左显示元件以用于显示右图片和左图片，以及
-校准系统，所述校准系统被配置成用于：
■生成有待分别在所述右显示元件和所述左显示元件上显示的右图片和左图片，所述右图片和左图片分别包括右虚拟标记物和左虚拟标记物，
■使所述右和左虚拟标记物中的每一者分别在所述右显示元件和所述左显示元件上至少水平地移动。
15.根据权利要求14所述的双目显示系统，其中，所述校准系统被嵌入所述双目显示设备中。
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