CN108548655B

CN108548655B - 成像精度的测量系统及方法、测试主机

Info

Publication number: CN108548655B
Application number: CN201810262388.0A
Authority: CN
Inventors: 周凌
Original assignee: Huaqin Telecom Technology Co Ltd
Current assignee: Huaqin Technology Co Ltd
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2020-05-15
Anticipated expiration: 2038-03-28
Also published as: CN108548655A

Abstract

本发明实施例涉及测试技术领域，公开了一种成像精度的测量系统及方法、测试主机。成像精度的测量系统，包括：测试摄像头与测试主机；测试主机分别与测试摄像头以及待测设备通信连接；测试摄像头位于待测设备的观测位置；测试主机用于控制待测设备显示预设的测试图案，并通过测试摄像头捕捉测试图案；测试主机还用于在测试图案上选定至少四个测试点，从测试摄像头捕捉的测试图案上获取各测试点的二维坐标；测试主机还用于根据各测试点的二维坐标，获取各测试点的理论三维坐标，并根据各测试点的二维坐标以及理论三维坐标，获取待测设备的成像精度。本发明中，能够定量地测量出待测设备的成像精度，测试结果较为客观，并且测试速度快。

Description

成像精度的测量系统及方法、测试主机

技术领域

本发明实施例涉及测试技术领域，特别涉及一种成像精度的测量系统及方法、测试主机。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality，VR)和增强现实(Augmented Reality，AR)作为当下最为热门的视觉交互方式，近年来得到了飞速的发展。现有的VR和AR技术中，主要通过在两块屏幕上投影出两幅有视觉差的图像，从而在人眼前显示出虚拟的3D场景。

对于现有的VR和AR设备中，光学系统的设计装配直接影响到整个设备的成像质量，如果成像有偏心或歪斜会导致最终显示的3D影像出现重影、对焦模糊等现象。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：对于现有的VR和AR设备，在生产过程中，若要测试VR和AR设备的成像质量，只能通过测试人员通过人眼观测一些测试场景来进行判断，测试结果带有主观性；并且，测试效率低。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种成像精度的测量系统及方法、测试主机，能够定量地测量出待测设备的成像精度，测试结果较为客观，并且测试速度快。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种成像精度的测量系统，包括：测试摄像头与测试主机；测试主机分别与测试摄像头以及待测设备通信连接；测试摄像头位于待测设备的观测位置；其中，待测设备为虚拟现实设备或增强现实设备；测试主机用于控制待测设备显示预设的测试图案，并通过测试摄像头捕捉测试图案；测试主机还用于在测试图案上选定至少四个测试点，从测试摄像头捕捉的测试图案上获取各测试点的二维坐标；测试主机还用于根据各测试点的二维坐标，获取各测试点的理论三维坐标，并根据各测试点的二维坐标以及理论三维坐标，获取待测设备的成像精度。

本发明的实施方式还提供了一种成像精度的测量方法，应用于包括测试摄像头的成像精度的测量系统，成像精度的测量方法包括：控制待测设备显示预设的测试图案，并通过位于待测设备的观测位置的测试摄像头捕捉测试图案；其中，待测设备为虚拟现实设备或增强现实设备；在测试图案上选定至少四个测试点，从测试摄像头捕捉的测试图案上获取各测试点的二维坐标；根据各测试点的二维坐标，获取各测试点的理论三维坐标；根据各测试点的二维坐标以及理论三维坐标，获取待测设备的成像精度。

本发明的实施方式还提供了一种测试主机，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述的成像精度的测量方法。

本发明实施方式相对于现有技术而言，控制待测设备显示预设的测试图案，通过测试摄像头捕捉测试图案，并从测试摄像头捕捉的测试图案上获取选定的至少四个测试点的二维坐标，随后根据各测试点的二维坐标，获取各测试点的理论三维坐标，从而能够根据各测试点的二维坐标以及理论三维坐标，获取待测设备的成像精度。即定量地测量出待测设备的成像精度，测试结果较为客观，并且测试速度快。

另外，测试摄像头与待测设备的主光轴共线。本实施方式提供了测试摄像头的具体设置方式，测试摄像头与待测设备的主光轴共线，使得测试结果更准确的反应人眼的体验，即计算得到的待测设备的成像精度更准确。

另外，测试图案为黑白棋盘格。本实施方式提供了测试图案的具体类型。

另外，各测试点均为黑白棋盘格上黑格与白格的交点。本实施方式提供了在黑白棋盘格上选取测试点的具体方式，更容易获取测试点的二维坐标。

另外，待测设备的成像精度包括成像旋转角度与成像位移。本实施方式提供了成像精度的具体内容。

另外，根据各测试点的二维坐标以及理论三维坐标，获取待测设备的成像精度，具体包括：根据各测试点的二维坐标与实际三维坐标的关系，以及各测试点的理论三维坐标与实际三维坐标的关系，计算出各测试点的实际三维坐标相对于理论三维坐标的成像旋转矩阵与成像位移矩阵；根据成像旋转矩阵与成像位移矩阵，分别计算待测设备在三轴方向上的成像旋转角度以及成像位移。本实施方式提供了一种获取待测设备的成像精度的具体实现方式。

另外，根据各测试点的二维坐标与实际三维坐标的关系，以及各测试点的理论三维坐标与实际三维坐标的关系，计算出各测试点的实际三维坐标相对于理论三维坐标的成像旋转矩阵与成像位移矩阵，具体为：根据公式

以及

计算出各测试点的实际三维坐标相对于理论三维坐标的成像旋转矩阵与成像位移矩阵；其中，

表示第i个测试点的二维坐标，

表示第i个测试点的实际三维坐标，

表示第i个测试点的理论三维坐标，i为正整数且i小于选定的测试点的数目，K表示测试摄像头内置参数，R表示成像旋转矩阵，T表示成像位移矩阵。本实施方式提供了一种计算各测试点的实际三维坐标相对于理论三维坐标的成像旋转矩阵与成像位移矩阵的具体实现方式。

另外，根据成像旋转矩阵与成像位移矩阵，分别计算待测设备在三轴方向上的成像旋转角度以及成像位移，具体为：根据成像旋转矩阵

计算出待测设备在X轴方向上的成像旋转角度θ_x＝a tan 2(r₃₂，r₃₃)、待测设备在Y轴方向上的成像旋转角度

待测设备在Z轴方向上的成像旋转角度θ_Z＝a tan 2(r₂₁，r₁₁)；其中，R表示成像旋转矩阵，θ_x表示待测设备在X轴方向上的成像旋转角度，θ_Y表示待测设备在Y轴方向上的成像旋转角度，θ_Z表示待测设备在Z轴方向上的成像旋转角度；根据成像位移矩阵

得到待测设备在X轴方向上的成像位移t_x、待测设备在Y轴方向上的成像位移t_Y、待测设备在Z轴方向上的成像位移t_Z；其中，T表示成像位移矩阵，t_x表示待测设备在X轴方向上的成像位移，t_Y表示待测设备在Y轴方向上的成像位移，t_Z表示待测设备在Z轴方向上的成像位移。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明第一实施方式的成像精度的测量系统的方框示意图；

图2是根据本发明第一实施方式的测试摄像头位于VR设备的观测位置的侧视图；

图3是根据本发明第一实施方式的测试摄像头位于VR设备的观测位置的俯视图；

图4是根据本发明第一实施方式的测试摄像头位于AR设备的观测位置的侧视图；

图5是根据本发明第一实施方式的测试摄像头位于AR设备的观测位置的俯视图；

图6是根据本发明第一实施方式的黑白棋盘格的测试点的示意图；

图7是根据本发明第二实施方式的成像精度的测量方法的具体流程图；

图8是根据本发明第三实施方式的成像精度的测量方法的具体流程图；

图9是根据本发明第三实施方式的测试图案的实际成像位置相对于理论成像位置发生偏心的示意图；

图10是根据本发明第三实施方式的测试图案的实际成像位置相对于理论成像位置发生歪斜的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种成像精度的测量系统，用于测量待测设备的成像精度，待测设备为虚拟现实(Virtual Reality，VR)设备或增强现实(Augmented Reality，AR)设备。请参考图1，成像精度的测量系统包括测试摄像头1与测试主机2，测试主机2分别与测试摄像头1以及待测设备3通信连接，具体连接方式可以是通过数据线(例如，USB数据线)连接，也可以是通过无线方式连接，例如WIFI、蓝牙等。

本实施例中，测试摄像头1位于待测设备3的观测位置，观测位置为用户佩戴待测设备3时人眼所在的位置。当待测设备3为VR设备时，请参考图2与图3，VR设备中的屏幕4与镜片5组成光学成像系统，测试摄像头1用于观测VR设备的成像的效果；当待测设备3为AR设备时，请参考图4与图5，AR设备中的屏幕4、镜片5以及分束片6组成光学成像系统，测试摄像头1用于观测AR设备所成的虚像7的效果。需要说明的是，图2至图4中以测试摄像头1的数目为两个为例，然本实施例对测试摄像头1的数目不作任何限制，1个测试摄像头1同样可以实现本实施例中的成像精度的测量系统。

测试主机2用于控制待测设备3显示预设的测试图案，并通过测试摄像头1捕捉测试图案；具体的，测试主机2控制待测设备3显示一个正对测试摄像头1的测试图案，并通过待测设备3的屏幕4投影出测试图案，然后利用测试摄像头1模拟人眼捕捉测试图案。其中，测试图案可以为黑白棋盘格，然不限于此，也可以为其他类型的棋盘格，例如红绿棋盘格。

测试主机2还用于在测试图案上选定至少四个测试点，并从测试摄像头1捕捉的测试图案上获取各测试点的二维坐标；其中，测试点可以为测试图案上的任意点；较佳的，当测试图案为黑白棋盘格时，可以选定黑白棋盘格上黑格与白格的交点作为测试点，请参考图6，选取黑白棋盘格上的A点、B点、C点、D点为四个测试点(以四个为例)，更容易获取各测试点的二维坐标，且获取的二维坐标也较为准确。

测试主机2还用于根据各测试点的二维坐标，获取各测试点的理论三维坐标，并根据各测试点的二维坐标以及理论三维坐标，获取待测设备3的成像精度。其中，各测试点的理论三维坐标为根据各测试点的二维坐标以及待测设备3内部的光学成像系统的固定参数计算得到的坐标。

较佳的，测试摄像头1与待测设备3的主光轴共线，即测试摄像头1的中心与待测设备3的主光轴共线，此时测试摄像头1正对人眼视线方向(待测设备3的主光轴)，能够更为真实的模拟人眼，使得测试结果更准确的反应人眼的体验，即计算得到的待测设备3的成像精度更准确。

本实施方式相对于现有技术而言，控制待测设备显示预设的测试图案，通过测试摄像头捕捉测试图案，并从测试摄像头捕捉的测试图案上获取选定的至少四个测试点的二维坐标，随后根据各测试点的二维坐标，获取各测试点的理论三维坐标，从而能够根据各测试点的二维坐标以及理论三维坐标，获取待测设备的成像精度。即定量地测量出待测设备的成像精度，测试结果较为客观，并且测试速度快。

本发明的第二实施方式涉及一种成像精度的测量方法，应用于第一实施例中的成像精度的测量系统。本实施例的成像精度的测量方法的具体流程如图7所示。

步骤101，控制待测设备显示预设的测试图案，并通过位于待测设备的观测位置的测试摄像头捕捉测试图案。

具体而言，测试主机2控制待测设备3显示一个正对测试摄像头1的测试图案，并通过待测设备3的屏幕4投影出测试图案，测试摄像头1位于待测设备3的观测位置，从而可以利用测试摄像头1模拟人眼捕捉测试图案。其中，待测设备为VR设备或AR设备。

步骤102，在测试图案上选定至少四个测试点，从测试摄像头捕捉的测试图案上获取各测试点的二维坐标。

具体而言，测试主机2在测试图案上选定至少四个测试点，并根据测试摄像头1捕捉的测试图案，获取选定的各测试点的二维坐标。

步骤103，根据各测试点的二维坐标，获取各测试点的理论三维坐标。

具体而言，由于待测设备3内部的光学设计是不变的，测试主机2可以根据各测试点的二维坐标便可以获取各测试点的理论三维坐标。

步骤104，根据各测试点的二维坐标以及理论三维坐标，获取待测设备的成像精度。

具体而言，测试主机2根据各测试点的二维坐标以及计算出的各测试点的理论三维坐标，获取待测设备3的成像精度。

本发明第三实施方式涉及一种成像精度的测量方法，本实施方式是在第二实施方式基础上的细化，主要细化之处在于：提供了一种获取待测设备的成像精度的具体实现方式。

本实施方式的成像精度的测量方法的具体流程如图8所示。

其中，步骤201至步骤203与步骤101至步骤103大致相同，在此不再赘述，主要不同之处在于：步骤204，根据各测试点的二维坐标以及理论三维坐标，获取待测设备的成像精度，具体包括：

子步骤2041，根据各测试点的二维坐标与实际三维坐标的关系，以及各测试点的理论三维坐标与实际三维坐标的关系，计算出各测试点的实际三维坐标相对于理论三维坐标的成像旋转矩阵与成像位移矩阵。

具体而言，根据摄像头成像原理，可以得到各测试点的二维坐标与实际三维坐标的关系，其中，各测试点的实际三维坐标为以摄像头建立坐标系后得到的三维坐标，各测试点的二维坐标与实际三维坐标的关系可以用如下公式(1)表示：

其中，

表示第i个测试点的二维坐标，测试点的二维坐标中的1是为了矩阵运算时统一向量长度而补齐的，

表示第i个测试点的实际三维坐标，i为正整数且i小于选定的测试点的数目，K表示测试摄像头内置参数，测试摄像头内置参数K可以通过双目摄像头标定法来获取。

请参考图9与图10(图中以测试图案为黑白棋盘格为例，然不以此为限)，若测试图案的实际成像位置相对于理论成像位置发生偏心或者歪斜，则二者之间的偏心与歪斜可以用成像旋转矩阵R与成像位移矩阵T来表示，从而可以得到各测试点的理论三维坐标与实际三维坐标的关系，具体可以用如下公式(2)表示：

其中，

表示第i个测试点的实际三维坐标，

表示第i个测试点的理论三维坐标，i为正整数且i小于选定的测试点的数目，R表示成像旋转矩阵，T表示成像位移矩阵。

联立上述公式(1)与公式(2)，将各测试点的二维坐标与理论三维坐标代入，可以计算出各测试点的实际三维坐标相对于理论三维坐标的成像旋转矩阵R与成像位移矩阵T。

子步骤2042，根据成像旋转矩阵与成像位移矩阵，分别计算待测设备在三轴方向上的成像旋转角度以及成像位移。

具体而言，待测设备3的成像精度包括成像旋转角度与成像位移，根据步骤2041中计算出的成像旋转矩阵R与成像位移矩阵T，可以计算待测设备在三轴方向上的成像旋转角度以及成像位移。具体如下：

若成像旋转矩阵

则计算出待测设备在X轴方向上的成像旋转角度θ_x＝atan2(r₃₂，r₃₃)、在Y轴方向上的成像旋转角度

在Z轴方向上的成像旋转角度θ_Z＝atan2(r₂₁，r₁₁)。

若成像位移矩阵

得到待测设备在X轴方向上的成像位移t_x、在Y轴方向上的成像位移t_Y、在Z轴方向上的成像位移t_Z。

本发明第四实施方式涉及一种测试主机，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；

其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行如第二实施方式或第三实施方式中的成像精度的测量方法。

其中，存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。

处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。

本发明第五实施方式涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现第二实施方式或第三实施方式中的成像精度的测量方法。。

即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种成像精度的测量系统，其特征在于，包括：测试摄像头与测试主机；

所述测试主机分别与测试摄像头以及待测设备通信连接；所述测试摄像头位于所述待测设备的观测位置；其中，所述待测设备为虚拟现实设备或增强现实设备；

所述测试主机用于控制所述待测设备显示预设的测试图案，并通过所述测试摄像头捕捉所述测试图案；

所述测试主机还用于在所述测试图案上选定至少四个测试点，从所述测试摄像头捕捉的所述测试图案上获取各所述测试点的二维坐标；

所述测试主机还用于根据各所述测试点的二维坐标，获取各所述测试点的理论三维坐标，并根据各所述测试点的二维坐标以及理论三维坐标，获取所述待测设备的成像精度；

所述测试主机具体用于根据各所述测试点的二维坐标与实际三维坐标的关系，以及各所述测试点的理论三维坐标与实际三维坐标的关系，计算出各所述测试点的实际三维坐标相对于理论三维坐标的成像旋转矩阵与成像位移矩阵，并根据所述成像旋转矩阵与所述成像位移矩阵，分别计算所述待测设备在三轴方向上的成像旋转角度以及成像位移。

2.根据权利要求1所述的成像精度的测量系统，其特征在于，所述测试摄像头与所述待测设备的主光轴共线。

3.根据权利要求1所述的成像精度的测量系统，其特征在于，所述测试图案包括黑白棋盘格。

4.根据权利要求3所述的成像精度的测量系统，其特征在于，各所述测试点均为所述黑白棋盘格上黑格与白格的交点。

5.一种成像精度的测量方法，其特征在于，应用于包括测试摄像头的成像精度的测量系统，成像精度的测量方法包括：

控制待测设备显示预设的测试图案，并通过位于所述待测设备的观测位置的测试摄像头捕捉所述测试图案；其中，所述待测设备为虚拟现实设备或增强现实设备；

在所述测试图案上选定至少四个测试点，从所述测试摄像头捕捉的所述测试图案上获取各所述测试点的二维坐标；

根据各所述测试点的二维坐标，获取各所述测试点的理论三维坐标；

根据各所述测试点的二维坐标以及理论三维坐标，获取所述待测设备的成像精度；

其中，根据各所述测试点的二维坐标以及理论三维坐标，获取所述待测设备的成像精度，具体包括：

根据各所述测试点的二维坐标与实际三维坐标的关系，以及各所述测试点的理论三维坐标与实际三维坐标的关系，计算出各所述测试点的实际三维坐标相对于理论三维坐标的成像旋转矩阵与成像位移矩阵；

根据所述成像旋转矩阵与所述成像位移矩阵，分别计算所述待测设备在三轴方向上的成像旋转角度以及成像位移。

6.根据权利要求5所述的成像精度的测量方法，其特征在于，所述待测设备的成像精度包括成像旋转角度与成像位移。

7.根据权利要求5所述的成像精度的测量方法，其特征在于，所述根据各所述测试点的二维坐标与实际三维坐标的关系，以及各所述测试点的理论三维坐标与实际三维坐标的关系，计算出各所述测试点的实际三维坐标相对于理论三维坐标的成像旋转矩阵与成像位移矩阵，具体为：

根据公式

计算出各所述测试点的实际三维坐标相对于理论三维坐标的成像旋转矩阵与成像位移矩阵；

其中，

表示第i个所述测试点的二维坐标，

表示第i个所述测试点的实际三维坐标，

表示第i个所述测试点的理论三维坐标，i为正整数且i小于选定的所述测试点的数目，K表示所述测试摄像头内置参数，R表示所述成像旋转矩阵，T表示所述成像位移矩阵。

8.根据权利要求5所述的成像精度的测量方法，其特征在于，所述根据所述成像旋转矩阵与所述成像位移矩阵，分别计算所述待测设备在三轴方向上的成像旋转角度以及成像位移，具体为：

根据所述成像旋转矩阵

计算出所述待测设备在X轴方向上的成像旋转角度θ_x＝atan2(r₃₂，r₃₃)、所述待测设备在Y轴方向上的成像旋转角度

所述待测设备在Z轴方向上的成像旋转角度θ_Z＝atan2(r₂₁，r₁₁)；

其中，R表示所述成像旋转矩阵，θ_x表示所述待测设备在X轴方向上的成像旋转角度，θ_Y表示所述待测设备在Y轴方向上的成像旋转角度，θ_Z表示所述待测设备在Z轴方向上的成像旋转角度；

根据所述成像位移矩阵

得到所述待测设备在X轴方向上的成像位移t_x、所述待测设备在Y轴方向上的成像位移t_Y、所述待测设备在Z轴方向上的成像位移t_Z；

其中，T表示所述成像位移矩阵，t_x表示所述待测设备在X轴方向上的成像位移，t_Y表示所述待测设备在Y轴方向上的成像位移，t_Z表示所述待测设备在Z轴方向上的成像位移。

9.一种测试主机，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求5至8中任一所述的成像精度的测量方法。