CN108012147B - Ar成像系统虚像距测试方法及装置 - Google Patents
Ar成像系统虚像距测试方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种AR成像系统虚像距测试方法及装置，其中的方法通过对相机进行标定，获取每个位置的Focus值与虚像距的对应关系；以第一预设步进的Focus值调节相机的可调镜头，使相机对待测AR产品所成虚像进行第一次拍摄，获取第一次所拍摄图片中清晰度最高的图片的Focus值；以获取的Focus值为中心，以第二预设步进调节相机的可调镜头，使相机对待测AR产品所成虚像进行第二次拍摄，并根据第二次所拍摄图片中清晰度最高的图片的Focus值，以及每个位置的Focus值与虚像距的对应关系，获取待测AR产品的虚像距。通过本发明能够对AR产品的虚像距进行测试，且测试精度高、成本低，具有较高的虚像距测试效率，适合对大批量的AR产品的虚像距进行测试。
Description
技术领域
本发明涉及光学测试技术领域，更为具体地，涉及一种AR成像系统虚像距测试方法及装置。
背景技术
AR(Augmented Reality，增强现实)技术是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(例如视学信息、声音等)，通过电脑等科学技术模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。增强现实技术不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。运用AR技术制成的眼镜能够把真实世界与电脑图形重合在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。
AR类产品目前广泛应用于军工、工程设计、消费电子和医疗等领域，目前主流AR，其投影系统都是由显示模组、光机、镜片及附属配件及支架组成，成像由显示模组透过光机将内容投射到镜片上，再由镜片反射到人眼，从而达到AR增强现实的功能。因此，显示模组、光机及镜片结构的相对组装精度是决定AR成像效果的关键因素，显示模组、光机及镜片自身及装配的公差都会引起虚像距的误差，此种情况下若长时间使用AR产品会导致使用者出现视觉疲劳、眩晕等现象，从而影响使用者对AR产品的使用体验。
由上述可知，虚像距测试是衡量AR产品性能的重要指标之一，然而，目前在AR产品的生产制造过程中，尚没有能够对AR成像系统的虚像距进行有效测试的方法及装置，如此则会极大影响AR产品的出厂质量。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种AR成像系统虚像距测试方法及装置，以解决目前无法对AR成像系统的虚像距进行有效测试的问题。
本发明提供一种AR成像系统虚像距测试方法，包括：
使用相机的可调镜头将相机的成像距离分成n个位置，记录每个位置的Focus值，其中，每个位置的Focus值对应相机的一个对焦距离，n为正整数；
对相机进行标定，获取每个位置的Focus值与相应的对焦距离的对应关系，并根据对应关系获取每个位置的Focus值与虚像距的对应关系；
在预设的虚像距范围内，以第一预设步进的Focus值调节相机的可调镜头，使相机在每个第一预设步进的Focus值下对待测AR产品所成虚像进行第一次拍摄，获取第一次所拍摄图片中清晰度最高的图片；
根据所获取的第一次所拍摄图片中清晰度最高的图片，获取第一次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值；
以所获取的Focus值为中心，前后各取预设数值的Focus值，并以第二预设步进调节相机的可调镜头，在预设数值的Focus值范围内，使相机在每个第二预设步进的Focus值下对待测AR产品所成虚像进行第二次拍摄，获取第二次所拍摄图片中清晰度最高的图片；
根据第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值，以及每个位置的Focus值与虚像距的对应关系，获取待测AR产品的虚像距。
此外，优选的方式为：在对相机进行标定，获取每个位置的Focus值与相应的对焦距离的对应关系的过程中，采用图卡模拟AR产品的虚像位置；设定图卡到相机的成像传感器的距离，通过相机的可调镜头调节Focus值，以对图卡进行拍摄，获取所拍摄的图片中清晰度最高的图卡图片；根据所获取的清晰度最高的图卡图片，获取拍摄清晰度最高的图卡图片的Focus值以及与相应的对焦距离；沿相机的光轴方向按预设步长的移动距离移动图卡，通过获取每个预设步长的移动距离内相机所拍摄的图片中清晰度最高的图卡图片，获取各个预设步长的移动距离内的拍摄的清晰度最高的图卡图片的Focus值以及相应的对焦距离。
此外，优选的方式为：在对图卡进行拍摄，获取所拍摄的图片中清晰度最高的图卡图片的过程中，通过MTF清晰度算法、MSE算法或者PSNR算法获取所拍摄的图片中清晰度最高的图卡图片。
此外，优选的方式为：相机在每个第一预设步进的Focus值下对待测AR产品所成虚像进行第一次拍摄的过程中，获取待测AR产品所成虚像的偏移量；根据所获取的待测AR产品所成虚像的偏移量调整待测AR产品，以使相机在每个第一预设步进的Focus值下对待测AR产品所成虚像进行第一次拍摄。
此外，优选的方式为：在获取待测AR产品的虚像距的过程中，若第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值在预设的Focus范围内，且与第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值对应的虚像距在预设的虚像距范围内，则与第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值对应的虚像距为待测AR产品的虚像距。
此外，优选的方式为：在获取待测AR产品的虚像距的过程中，若第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值在预设的Focus范围内，但与第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值对应的虚像距不在预设的虚像距范围内，或者第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值不在预设的Focus范围内，则确定待测AR产品出现装配误差。
另一方面，本发明提供一种AR成像系统虚像距测试装置，利用上述的AR成像系统虚像距测试方法进行AR产品的虚像距测试，该装置包括：测试平台、机械手、工业相机、夹具、控制单元和虚像距分析单元；其中，机械手和工业相机均固定在测试平台上，夹具用于固定待测AR产品，控制单元控制机械手抓取夹具，以将固定有待测AR产品的夹具移至工业相机的拍摄区域，以使工业相机对待测AR产品所成虚像进行拍摄；其中，在工业相机完成标定之后，控制单元控制待测AR产品生成测试图片；在预设的虚像距范围内，以第一预设步进的Focus值调节工业相机的可调镜头，使工业相机在每个第一预设步进的Focus值下对待测AR产品所生成的测试图片进行第一次拍摄，获取第一次所拍摄测试图片中清晰度最高的测试图片；根据所获取的第一次所拍摄测试图片中清晰度最高的测试图片，获取第一次拍摄的清晰度最高的测试图片的Focus值；以所获取的Focus值为中心，前后各取预设数值的Focus值，并以第二预设步进调节工业相机的可调镜头，在预设数值的Focus值范围内，使工业相机在每个第二预设步进的Focus值下对待测AR产品所生成的测试图片进行第二次拍摄，获取第二次所拍摄测试图片中清晰度最高的测试图片；根据第二次拍摄的清晰度最高的测试图片的Focus值，以及每个位置的Focus值与虚像距的对应关系，获取待测AR产品的虚像距。
上述本发明提供的AR成像系统虚像距测试方法及装置，通过利用相机的可调镜头将相机的成像距离分成n个位置，将每个位置的值记录为Focus值，通过对相机进行标定，获取每个位置的Focus值与相应的对焦距离的对应关系，并根据该对应关系获取每个位置的Focus值与虚像距的对应关系；然后在预设虚像距范围内，以第一预设步进的Focus值调节相机的可调镜头，使相机在每个预设步进的Focus值下对待测AR产品所成虚像进行第一次拍摄，获取第一次所拍摄图片中清晰度最高的图片的Focus值；接下来以获取的Focus值为中心，前后各取预设数值的Focus值，并以第二预设步进调节相机的可调镜头，在该预设数值的Focus值范围内，使相机在每个第二预设步进的Focus值下对待测AR产品所成虚像进行第二次拍摄，并根据第二次所拍摄图片中清晰度最高的图片的Focus值，以及每个位置的Focus值与虚像距的对应关系，获取待测AR产品的虚像距。通过本发明能够对AR产品的虚像距进行测试，且测试精度高、成本低，具有较高的虚像距测试效率，适合对大批量的AR产品的虚像距进行测试。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的虚像距的定义结构示意图；
图2为根据本发明实施例的虚像距的测试原理结构示意图；
图3为根据本发明实施例的AR成像系统虚像距测试方法的流程图；
图4为根据本发明实施例的AR成像系统虚像距测试装置的结构示意图；
图5为根据本发明实施例的AR成像系统虚像距测试装置的逻辑结构框图。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
图中：人眼11、光机12、镜片13、虚像14、相机21、相机镜头22、成像传感器23、AR产品24、虚像25、测试平台41、机械手42、工业相机43、夹具44、控制单元45、虚像距分析单元46、待测AR产品47。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
针对前述目前无法对AR成像系统的虚像距进行有效测试的问题，本发明通过利用相机的可调镜头将相机的成像距离分成n个位置，将每个位置的值记录为Focus值，通过对相机进行标定，获取每个位置的Focus值与相应的对焦距离的对应关系，并根据该对应关系获取每个位置的Focus值与虚像距的对应关系；然后在预设虚像距范围内，以第一预设步进的Focus值调节相机的可调镜头，使相机在每个预设步进的Focus值下对待测AR产品所成虚像进行第一次拍摄，获取第一次所拍摄图片中清晰度最高的图片的Focus值；接下来以获取的Focus值为中心，前后各取预设数值的Focus值，并以第二预设步进调节相机的可调镜头，在该预设数值的Focus值范围内，使相机在每个第二预设步进的Focus值下对待测AR产品所成虚像进行第二次拍摄，并根据第二次所拍摄图片中清晰度最高的图片的Focus值，以及每个位置的Focus值与虚像距的对应关系，获取待测AR产品的虚像距。通过本发明能够对AR产品的虚像距进行测试，且测试精度高、成本低，具有较高的虚像距测试效率，适合对大批量的AR产品的虚像距进行测试。
在对本发明提供的AR成像系统虚像距测试方法及测试装置进行说明之前，下面将结合图1和图2对本发明中所涉及到的概念进行说明。其中，图1示出了根据本发明实施例的虚像距的定义结构，图2示出了根据本发明实施例的虚像距的测试原理结构。
如图1所示，虚像距的定义如下：光机12投影至AR产品的镜片13，由镜片13反射至人眼11，在人眼11前方生成一个虚像14，这个虚像14与眼前的实物融为一体，达到AR增强现实的作用；因此，定义人眼11到镜片13的距离为D1，镜片13到所成虚像14的距离为D2，那么AR产品所成虚像的虚像距即为D1与D2之和。
如图2所示，虚像距的测试原理如下：通过相机21模拟人眼，将AR产品24所成虚像25视为相机21的被拍物体，相机21的成像传感器23至相机镜头22的表面的距离为D1，相机镜头22的表面到AR产品24所成虚像25的距离为D2；在对AR产品的虚像距进行测试时，通过调节相机的成像传感器到相机的镜头表面的距离D1，可以调节相机的对焦面的距离D2，这两个距离的对应关系可通过对相机进行标定获取；通过清晰度识别，判断虚像位置是否在相机的对焦面上，并通过对焦面的距离D2得到AR产品的虚像距。
为详细说明本发明提供的AR成像系统虚像距测试方法，图3示出了根据本发明实施例的AR成像系统虚像距测试方法的流程。
如图3所示，本发明提供的AR成像系统虚像距测试方法包括：
S310：使用相机的可调镜头将相机的成像距离分成n个位置，记录每个位置的Focus值，每个位置的Focus值对应相机的一个对焦距离，n为正整数。
需要说明的是，上述的相机的成像距离是指相机的成像传感器到相机的镜头表面的距离，也就是上述的D1；对焦距离为相机的可调镜头表面到被拍物体(即AR产品所成虚像)的距离，也就是上述的D2。即：在步骤S310中，相机的可调镜头将相机的成像距离分成n个位置，每个位置的值记录为Focus值，因此，每个Focus值则会对应相机的一个对焦距离D2。
S320：对相机进行标定，获取每个位置的Focus值与相应的对焦距离的对应关系，并根据该对应关系获取每个位置的Focus值与虚像距的对应关系。
需要说明的是，对相机进行标定的目的就是找到Focus值与对焦距离D2的对应关系，通过Focus值与对焦距离的关系即可获取到Focus值与虚像距的对应关系。
其中，在对相机进行标定，获取每个位置的Focus值与相应的对焦距离的对应关系的过程中，采用图卡模拟AR产品的虚像位置；设定图卡到相机的成像传感器的距离，通过相机的可调镜头调节Focus值，以对图卡进行拍摄，获取所拍摄的图片中清晰度最高的图卡图片；根据所获取的清晰度最高的图卡图片，获取拍摄清晰度最高的图卡图片的Focus值以及与相应的对焦距离；沿相机的光轴方向按预设步长的移动距离移动图卡，通过获取每个预设步长的移动距离内相机所拍摄的图片中清晰度最高的图卡图片，获取各个预设步长的移动距离内的拍摄的清晰度最高的图卡图片的Focus值以及相应的对焦距离。
具体地，在对图卡进行拍摄，获取所拍摄的图片中清晰度最高的图卡图片的过程中，通过MTF(Modulation Transfer Function，调制传递函数)清晰度算法、MSE(MeanSquared Error，均方误差)算法或者PSNR(Peak Signal to Noise Rate，峰值信噪比)算法获取所拍摄的图片中清晰度最高的图卡图片。需要说明的是，上述的算法为本领域技术人员在评价图片清晰度中较常用的算法，同样的，在下述获取第一次所拍摄图片，以及第二次所拍摄图片中清晰度最高的图片时，也可采用上述算法，在此不再作过多赘述。
S330：在预设的虚像距范围内，以第一预设步进的Focus值调节相机的可调镜头，使相机在每个第一预设步进的Focus值下对待测AR产品所成虚像进行第一次拍摄，获取第一次所拍摄图片中清晰度最高的图片。
其中，为了保证相机所拍摄图片位置的准确性，相机在每个第一预设步进的Focus值下对待测AR产品所成虚像进行第一次拍摄的过程中，获取待测AR产品所成虚像的偏移量；根据所获取的待测AR产品所成虚像的偏移量调整待测AR产品，以使相机在每个第一预设步进的Focus值下对待测AR产品所成虚像进行第一次拍摄。
S340：根据所获取的第一次所拍摄图片中清晰度最高的图片，获取第一次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值。
S350：以所获取的Focus值为中心，前后各取预设数值的Focus值，并以第二预设步进调节相机的可调镜头，在预设数值的Focus值范围内，使相机在每个第二预设步进的Focus值下对待测AR产品所成虚像进行第二次拍摄，获取第二次所拍摄图片中清晰度最高的图片。
S360：根据第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值，以及每个位置的Focus值与虚像距的对应关系，获取所述待测AR产品的虚像距。
其中，在获取待测AR产品的虚像距的过程中，若第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值在预设的Focus范围内，且与第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值对应的虚像距在预设的虚像距范围内，则与第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值对应的虚像距为待测AR产品的虚像距；
若第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值在预设的Focus范围内，但与第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值对应的虚像距不在预设的虚像距范围内，或者第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值不在预设的Focus范围内，则确定待测AR产品出现装配误差。
与上述方法相对应，本发明提供一种AR成像系统虚像距测试装置，图4示出了根据本发明实施例的AR成像系统虚像距测试装置的结构，图5示出了根据本发明实施例的AR成像系统虚像距测试装置的逻辑结构。
如图4结合图5所示，本发明提供的AR成像系统虚像距测试装置利用上述的AR成像系统虚像距测试方法进行AR产品的虚像距测试，该装置包括测试平台41、机械手42、工业相机43、夹具44、控制单元45和虚像距分析单元46；其中，机械手42和工业相机43均固定在测试平台41上，夹具44用于固定待测AR产品47，控制单元45控制机械手抓取夹具44，以将固定有待测AR产品47的夹具44移至工业相机43的拍摄区域，以使工业相机对待测AR产品所成虚像进行拍摄。
其中，在工业相机完成标定之后，控制单元45控制待测AR产品47生成测试图片；在预设的虚像距范围内，以第一预设步进的Focus值调节工业相机43的可调镜头，使工业相机43在每个第一预设步进的Focus值下对待测AR产品所生成的测试图片进行第一次拍摄，获取第一次所拍摄测试图片中清晰度最高的测试图片；根据所获取的第一次所拍摄测试图片中清晰度最高的测试图片，获取第一次拍摄的清晰度最高的测试图片的Focus值；以所获取的Focus值为中心，前后各取预设数值的Focus值，并以第二预设步进调节工业相机的可调镜头，在预设数值的Focus值范围内，使工业相机在每个第二预设步进的Focus值下对待测AR产品所生成的测试图片进行第二次拍摄，获取第二次所拍摄测试图片中清晰度最高的测试图片；根据第二次拍摄的清晰度最高的测试图片的Focus值，以及每个位置的Focus值与虚像距的对应关系，获取待测AR产品的虚像距。
如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的AR成像系统虚像距测试方法及装置。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的AR成像系统虚像距测试方法及装置，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
Claims (6)
1.一种AR成像系统虚像距测试方法，包括：
使用相机的可调镜头将所述相机的成像距离分成n个位置，记录每个位置的Focus值，其中，每个位置的Focus值对应相机的一个对焦距离，所述n为正整数；其中，所述相机的成像距离为所述相机的成像传感器到所述相机的镜头表面的距离；所述对焦距离为所述相机的可调镜头表面到被拍物体的距离；
对所述相机进行标定，获取每个位置的Focus值与相应的对焦距离的对应关系，并根据所述对应关系获取每个位置的Focus值与虚像距的对应关系；
在预设的虚像距范围内，以第一预设步进的Focus值调节所述相机的可调镜头，使所述相机在每个第一预设步进的Focus值下对待测AR产品所成虚像进行第一次拍摄，获取第一次所拍摄图片中清晰度最高的图片；
根据所获取的第一次所拍摄图片中清晰度最高的图片，获取第一次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值；
以所获取的Focus值为中心，前后各取预设数值的Focus值，并以第二预设步进调节所述相机的可调镜头，在所述预设数值的Focus值范围内，使所述相机在每个第二预设步进的Focus值下对待测AR产品所成虚像进行第二次拍摄，获取第二次所拍摄图片中清晰度最高的图片；
根据第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值，以及每个位置的Focus值与虚像距的对应关系，获取所述待测AR产品的虚像距；其中，若第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值在预设的Focus范围内，且与第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值对应的虚像距在预设的虚像距范围内，则与第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值对应的虚像距为所述待测AR产品的虚像距。
2.如权利要求1所述的AR成像系统虚像距测试方法，其中，在对所述相机进行标定，获取每个位置的Focus值与相应的对焦距离的对应关系的过程中，
采用图卡模拟AR产品的虚像位置；
设定所述图卡到所述相机的成像传感器的距离，通过相机的可调镜头调节所述Focus值，以对所述图卡进行拍摄，获取所拍摄的图片中清晰度最高的图卡图片；
根据所获取的清晰度最高的图卡图片，获取拍摄所述清晰度最高的图卡图片的Focus值以及与相应的对焦距离；
沿所述相机的光轴方向按预设步长的移动距离移动所述图卡，通过获取每个预设步长的移动距离内所述相机所拍摄的图片中清晰度最高的图卡图片，获取各个预设步长的移动距离内的拍摄的清晰度最高的图卡图片的Focus值以及相应的对焦距离。
3.如权利要求2所述的AR成像系统虚像距测试方法，其中，在对所述图卡进行拍摄，获取所拍摄的图片中清晰度最高的图卡图片的过程中，
通过MTF清晰度算法、MSE算法或者PSNR算法获取所拍摄的图片中清晰度最高的图卡图片。
4.如权利要求1所述的AR成像系统虚像距测试方法，其中，所述相机在每个第一预设步进的Focus值下对待测AR产品所成虚像进行第一次拍摄的过程中，
获取所述待测AR产品所成虚像的偏移量；
根据所获取的待测AR产品所成虚像的偏移量调整所述待测AR产品，以使所述相机在每个第一预设步进的Focus值下对待测AR产品所成虚像进行第一次拍摄。
5.如权利要求1所述的AR成像系统虚像距测试方法，其中，在获取所述待测AR产品的虚像距的过程中，
若第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值在预设的Focus范围内，但与第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值对应的虚像距不在预设的虚像距范围内，或者第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值不在预设的Focus范围内，则确定所述待测AR产品出现装配误差。
6.一种AR成像系统虚像距测试装置，利用如权利要求1～5中任意一项所述的AR成像系统虚像距测试方法进行AR产品的虚像距测试，所述装置包括：测试平台、机械手、工业相机、夹具、控制单元和虚像距分析单元；其中，
所述机械手和工业相机均固定在所述测试平台上，所述夹具用于固定待测AR产品，所述控制单元控制所述机械手抓取所述夹具，以将固定有待测AR产品的夹具移至所述工业相机的拍摄区域，以使所述工业相机对待测AR产品所成虚像进行拍摄；其中，
在所述工业相机完成标定之后，所述控制单元控制所述待测AR产品生成测试图片；
在预设的虚像距范围内，以第一预设步进的Focus值调节所述工业相机的可调镜头，使工业相机在每个第一预设步进的Focus值下对待测AR产品所生成的测试图片进行第一次拍摄，获取第一次所拍摄测试图片中清晰度最高的测试图片；
根据所获取的第一次所拍摄测试图片中清晰度最高的测试图片，获取第一次拍摄的清晰度最高的测试图片的Focus值；
以所获取的Focus值为中心，前后各取预设数值的Focus值，并以第二预设步进调节所述工业相机的可调镜头，在所述预设数值的Focus值范围内，使所述工业相机在每个第二预设步进的Focus值下对待测AR产品所生成的测试图片进行第二次拍摄，获取第二次所拍摄测试图片中清晰度最高的测试图片；
根据第二次拍摄的清晰度最高的测试图片的Focus值，以及每个位置的Focus值与虚像距的对应关系，获取所述待测AR产品的虚像距；其中，若第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值在预设的Focus范围内，且与第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值对应的虚像距在预设的虚像距范围内，则与第二次拍摄的清晰度最高的图片的Focus值对应的虚像距为所述待测AR产品的虚像距。
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