CN109253868B - 一种视场角测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种视场角测量方法及装置，用于测量显示设备的视场角，显示设备包括显示屏以及位于显示屏出光侧的第一透镜，其中视场角测量装置包括：固定模块、旋转模块以及测量模块；通过旋转模块调节测量模块的测量角度，可以模拟人眼的眼球转动，使获得的视场角更接近人眼观测到的真实值；通过测量模块在多个测量角度下获得第一虚像的闪烁值，根据闪烁值的分布可以准确地确定人眼在观察VR设备时的视场边界，进而确定显示设备的视场角，本申请技术方案能够较大幅度地提高视场角测量精度，进而为显示设备的光学及结构设计提供标准和依据。

Description

一种视场角测量方法及装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种视场角测量方法及装置。

背景技术

虚拟现实(简称VR：Virtual Reality)技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中。

随着VR显示设备的不断发展和应用，对显示设备的视觉评价成为一个亟待解决的问题。其中视场角是影响虚拟现实沉浸感的决定性因素，因此成为VR显示设备的一个重要评价指标。然而，现有方法均无法准确地测量VR显示设备的视场角，导致厂家标称的视场角与用户的实际体验不相符。

发明内容

本发明提供及一种视场角测量方法及装置，以准确测量虚拟现实设备的视场角。

为了解决上述问题，本发明公开了一种视场角测量装置，用于测量显示设备的视场角，所述显示设备包括显示屏以及位于所述显示屏出光侧的第一透镜，所述测量装置包括：固定模块、旋转模块以及测量模块；

所述固定模块，位于所述第一透镜的主光轴上；

所述旋转模块，分别与所述固定模块和所述测量模块连接，用于改变所述测量模块的测量角度；

所述测量模块，用于在多个测量角度下，获得第一虚像的闪烁值，并根据所述多个测量角度下的闪烁值确定所述显示设备的视场角；其中，所述第一虚像为所述显示屏显示的测试画面经过所述第一透镜后所成的虚像。

可选地，所述测量模块包括：

亮度计，与所述旋转模块连接，用于在所述多个测量角度下，测量所述第一虚像的亮度信号；

闪烁值计算单元，用于根据所述亮度信号，计算所述多个测量角度下所述第一虚像的闪烁值；

视场角计算单元，用于根据所述多个测量角度下的闪烁值，确定所述显示设备的视场角。

可选地，所述亮度计具有接收面，所述旋转模块和所述固定模块之间转动连接，所述旋转模块和所述固定模块之间的连接点与所述接收面之间的距离大于或等于10mm，且小于或等于14mm。

可选地，所述亮度计具有接收面，所述接收面与所述第一虚像平行时，所述接收面与所述第一透镜的间距为所述第一透镜的设计出瞳距。

可选地，所述设计出瞳距大于或等于12mm，且小于或等于18mm。

可选地，所述固定模块包括升降台。

可选地，所述旋转模块包括机械式转台测角装置或电子测角仪。

为了解决上述问题，本发明还公开了一种视场角测量方法，用于测量显示设备的视场角，所述显示设备包括显示屏以及位于所述显示屏出光侧的第一透镜，所述测量方法包括：

在多个测量角度下，获得第一虚像的闪烁值；所述第一虚像为所述显示屏显示的测试画面经过所述第一透镜后所成的虚像；

根据所述多个测量角度下的闪烁值，确定所述显示设备的视场角。

可选地，所述在多个测量角度下，获得第一虚像的闪烁值的步骤，包括：

在所述多个测量角度下，测量所述第一虚像的亮度信号；

根据所述亮度信号，计算所述多个测量角度下所述第一虚像的闪烁值。

可选地，所述根据所述多个测量角度下的闪烁值，确定所述显示设备的视场角的步骤，包括：

根据所述多个测量角度下的闪烁值，确定第一方向上闪烁值等于预设阈值的第一角度和第二角度；

根据所述第一角度和所述第二角度，确定所述显示设备在所述第一方向上的视场角。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

本申请提供了一种视场角测量方法及装置，用于测量显示设备的视场角，显示设备包括显示屏以及位于显示屏出光侧的第一透镜，其中视场角测量装置包括：固定模块、旋转模块以及测量模块；固定模块，位于第一透镜的主光轴上；旋转模块，分别与固定模块和测量模块连接，用于改变测量模块的测量角度；测量模块，用于在多个测量角度下，获得第一虚像的闪烁值，并根据多个测量角度下的闪烁值确定显示设备的视场角；其中，第一虚像为显示屏显示的测试画面经过第一透镜后所成的虚像。通过旋转模块调节测量模块的测量角度，可以模拟人眼的眼球转动，使获得的视场角更接近人眼观测到的真实值；通过测量模块在多个测量角度下获得第一虚像的闪烁值，根据闪烁值的分布可以准确地确定人眼在观察VR设备时的视场边界，进而确定显示设备的视场角，本申请技术方案能够较大幅度地提高视场角测量精度，进而为显示设备的光学及结构设计提供标准和依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了相关技术中一种视场角测量装置的结构示意图；

图2示出了本申请一实施例提供的一种视场角测量装置的结构示意图；

图3示出了本申请一实施例提供的一种显示屏闪烁产生机理示意图；

图4示出了本申请一实施例提供的第一虚像侧面与视场角的关系示意图；

图5示出了本申请一实施例提供的第一虚像正面与视场角的关系示意图；

图6示出了本申请一实施例提供的一种视场角测量方法的流程示意图；

图7示出了本申请一实施例提供的一种具体的视场角测量方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

现有的近眼显示设备的视场角测量装置如图1所示，其利用光路的可逆性，利用两个平行光源(第一平行光源11和第二平行光源12)从人眼侧对透镜13进行照射，使入射光通过透镜13后照射到屏幕14上，第一平行光源11的中心与透镜13的主光轴重合，穿过透镜13后照射到屏幕14的中心，调整第二平行光源12的角度，使其光束经过透镜13后折射到屏幕14的边缘，此时两平行光源的夹角为ω，该近眼显示装置的视场角FOV(fieldangle ofview)为2ω。

发明人发现现有的视场角测量装置存在以下几方面的问题：一方面，由于瞳孔的偏移会导致视场角的变化，而该视场角测量装置采用的是固定的光轴中心，没有考虑由于人眼的眼球移动造成的瞳孔径向和横向偏移对视场角的影响；另一方面，采用该视场角测量装置无法对整机设备进行测量，这是由于整机设备中存在透镜和镜筒的遮挡，导致无法确定第二平行光源12的光线是否打到屏幕边缘，只有对设备拆解之后才能进行测量。因此，现有的视场角测量装置测得的视场角准确性较差，与人眼实际体验偏差大，而且测量效率较低。

为了解决上述问题，本申请一实施例提供了一种视场角测量装置，参照图2，该视场角测量装置用于测量显示设备的视场角，显示设备包括显示屏201以及位于显示屏201出光侧的第一透镜202，该视场角测量装置包括：固定模块21、旋转模块22以及测量模块23；固定模块21，位于第一透镜202的主光轴f上；旋转模块22，分别与固定模块21和测量模块23连接，用于改变测量模块23的测量角度；测量模块23，用于在多个测量角度下，获得第一虚像h的闪烁值，并根据多个测量角度下的闪烁值确定显示设备的视场角；其中，第一虚像h为显示屏201显示的测试画面经过第一透镜202后所成的虚像。

具体的，显示设备可以是虚拟现实设备等。

固定模块21可以是能够固定该视场角测量装置的任意结构，例如可以是升降台等机械固定结构。

旋转模块22可以是能够调整测量模块23的测量角度的任意结构，例如可以是机械式转台测角装置或电子测角仪等。

闪烁即Flicker是显示屏201在显示过程中的一种不可避免的现象，由于液晶分子无法长时间固定在某个电位之下，一旦长时间固定于某电位之下，即使电位取消，液晶分子会因特性被破坏而无法再因电位的改变而转动。由于液晶分子的这种特性关系，所以在设计液晶驱动电路时，常会以正、负极性的电位去驱动相同的灰阶画面，但此种驱动电路的参考电位会存在误差，导致V+≠V-，如图3所示，进而会导致正、负极性的亮度不同，所以会产生Flicker。

目前市场上采用的显示屏(LCD或OLED)，由于帧反转导致的画面闪烁是不能避免的，而包括显示屏的显示设备必然同样存在画面闪烁问题，因此可以借助屏幕的闪烁对显示设备进行视场角测量。当Flicker频率大于30Hz之后，人眼对闪烁的感知就会大幅下降，因此目前大多数液晶显示设备的Flicker频率都不小于60Hz，此时人眼对Flicker不能察觉，但是通过亮度计等设备可以对画面进行Flicker测量，获得画面的闪烁值或Flicker值。

当显示设备为虚拟现实设备时，LCD或OLED显示屏上的测试画面经过透镜后所成的第一虚像同样存在Flicker现象，测量模块23可以采用JEITA或VESA等方式获得多个测量角度下第一虚像的闪烁值，通过第一虚像的Flicker值(闪烁值)在不同角度下的分布可以确定VR设备中的第一虚像边界，进而得到第一虚像对人眼的视场角FOV，参照图4示出了第一虚像侧面与视场角的关系示意图。其中，第一虚像边界例如可以根据闪烁值为零时所对应的测量角度确定出来。人眼观察位置O在观察第一虚像h时，可以定义第一虚像h的上下边缘与人眼O形成的夹角∠AOB为第一虚像h的垂直视场角，可以定义第一虚像h的左右边缘与人眼O形成的夹角∠COD为第一虚像h的水平视场角，参照图5示出了第一虚像正面与视场角的关系示意图。

测量模块23在旋转模块22的带动下转动，相当于模拟人眼的眼球转动，即本实施例提供的视场角测量装置考虑了由于人眼的眼球移动造成的瞳孔径向和横向偏移对视场角的影响，使获得的视场角更接近人眼实际体验；而且采用该视场角测量装置可以对显示设备的整机进行视场角测量，无需进行拆机，使测量更加方便，提高测量效率。

本实施例提供的视场角测量装置，通过旋转模块调节测量模块的测量角度，可以模拟人眼的眼球转动，使获得的视场角更接近人眼观测到的真实值；通过测量模块在多个测量角度下获得第一虚像的闪烁值，根据闪烁值的分布可以准确地确定人眼在观察VR设备时的视场边界(即第一虚像的边界)，进而确定显示设备的视场角，本实施例提供的视场角测量装置能够较大幅度地提高视场角测量精度，进而为显示设备的光学及结构设计提供标准和依据；并且，该视场角测量装置可以提高测量效率。

本实施例的一种实现方式中，测量模块23可以进一步包括：亮度计，与旋转模块22连接，用于在多个测量角度下，测量第一虚像的亮度信号；闪烁值计算单元，用于根据亮度信号，计算多个测量角度下第一虚像的闪烁值；视场角计算单元，用于根据多个测量角度下的闪烁值，确定显示设备的视场角。

本实现方式以采用JEITA方式获得闪烁值为例进行说明。首先在显示设备的显示屏201上显示测试画面，该测试画面可以采用127灰阶的纯色图片，将视场角测量装置固定好；亮度计在旋转模块22的带动下测量多个角度下的第一虚像的亮度信号。

闪烁值计算单元根据亮度信号，确定不同角度下的闪烁值的步骤如下(以JEITA方式为例进行说明)：a.将亮度计测量得到的亮度信号转换为数字信号；b.将数字信号经由傅里叶变换FFT转换成每个频率的强度；c.将每个频率的强度乘以闪烁值权重(Flickerweighing)；d.依据JEITA标准求出闪烁值。其中，闪烁值权重可以由本领域技术人员通过理论计算或多次试验等方式预先确定。以上步骤皆由闪烁值计算单元自行完成，输出得到闪烁值。当亮度计转动到达第一虚像的边界时将没有闪烁出现，即对应闪烁值降为0，因此根据闪烁值的分布可以准确地确定人眼在观察VR设备时的视场边界。

在实际应用中，可以将亮度计固定于旋转模块22上，转动旋转模块22使亮度计的接收面与第一透镜202的光轴垂直，即接收面与第一虚像或屏幕平行，此时测量该角度

下的亮度信号，并通过闪烁值计算单元计算得到该测量角度

下的闪烁值或Flicker值f₀；继续转动旋转模块22使亮度计的接收面与第一虚像或屏幕的角度为

再测量该角度

下的亮度信号，并通过闪烁值计算单元计算得到该测量角度

下的闪烁值或Flicker值f_i；绘制测量角度

与对应的Flicker值f_i的分布曲线。

视场角计算单元例如可以根据多个测量角度下的闪烁值，即测量角度

与对应的Flicker值f_i之间的对应关系，首先确定第一方向上闪烁值等于预设阈值的第一角度和第二角度；再根据第一角度和第二角度，确定显示设备在第一方向上的视场角。

闪烁值为预设阈值时对应的第一角度和第二角度分别为

和

则被测显示设备的视场角FOV可以为

例如，假设平行于第一透镜的光轴的角度定义为0°，第一角度为-50°，第二角度为60°，则可以将第一角度和第二角度之差的绝对值110°，确定为显示设备在第一方向上的视场角。其中，预设阈值例如可以是零，第一方向可以是垂直于第一透镜光轴f的平面内的任一方向。通常可以计算第一虚像的左右边缘对人眼所成的夹角，得到显示设备如VR设备的水平视场角，其中左右边缘可以根据水平方向上闪烁值为零(Flicker消失)时所对应的测量角度确定出来；还可以计算第一虚像的上下边缘对人眼所成的夹角，得到显示设备如VR设备的垂直视场角，其中上下边缘可以根据垂直方向上闪烁值为零(Flicker消失)时所对应的测量角度确定出来。

在实际应用中，可以采用上述装置先完成水平视场角的测量，然后将显示设备旋转90°，再进行垂直视场角的测量。另外，任意可以在不同角度下获得第一虚像闪烁值的装置均可以替代上述的亮度计和闪烁值计算单元。

具体的，亮度计具有接收面，旋转模块22和固定模块21之间转动连接，旋转模块22与亮度计之间可以固定连接，旋转模块22和固定模块21之间的连接点与接收面之间的距离，即接收面与旋转中心之间的距离大于或等于10mm，且小于或等于14mm。在实际应用中，该距离可以根据用户的瞳孔中心与眼球中心之间的距离确定，通常该距离可以设置为12.5mm。

具体的，亮度计的接收面与第一虚像平行时，接收面与第一透镜202的间距可以为第一透镜202的设计出瞳距。在实际应用中，设计出瞳距可以根据待测显示设备的具体结构确定，例如可以大于或等于12mm，且小于或等于18mm，通常可以设置为15mm。

本申请另一实施例还提供了一种视场角测量方法，用于测量显示设备的视场角，显示设备包括显示屏以及位于显示屏出光侧的第一透镜，参照图6，该视场角测量方法可以包括：

步骤601：在多个测量角度下，获得第一虚像的闪烁值；第一虚像为显示屏显示的测试画面经过第一透镜后所成的虚像。

步骤602：根据多个测量角度下的闪烁值，确定显示设备的视场角。

具体的，步骤601和步骤602可以通过视场角测量装置中的测量模块执行。

一种实现方式中，参照图7，上述步骤601具体可以包括：

步骤701：在多个测量角度下，测量第一虚像的亮度信号。

具体的，该步骤可以通过视场角测量装置中的亮度计执行。

步骤702：根据亮度信号，计算多个测量角度下第一虚像的闪烁值。

具体的，该步骤可以通过视场角测量装置中的闪烁值计算单元执行。

上述步骤602具体可以包括：

步骤703：根据多个测量角度下的闪烁值，确定第一方向上闪烁值等于预设阈值的第一角度和第二角度。

步骤704：根据第一角度和第二角度，确定显示设备在第一方向上的视场角。

具体的，步骤703和步骤704可以通过视场角测量装置中的视场角计算单元执行。

本实施例提供的视场角测量方法适用于上述各实施例提供的视场角测量装置，具有与视场角测量装置相同的效果，这里不再赘述。

本申请实施例提供了一种视场角测量方法及装置，用于测量显示设备的视场角，显示设备包括显示屏以及位于显示屏出光侧的第一透镜，其中视场角测量装置包括：固定模块、旋转模块以及测量模块；固定模块，位于第一透镜的主光轴上；旋转模块，分别与固定模块和测量模块连接，用于改变测量模块的测量角度；测量模块，用于在多个测量角度下，获得第一虚像的闪烁值，并根据多个测量角度下的闪烁值确定显示设备的视场角；其中，第一虚像为显示屏显示的测试画面经过第一透镜后所成的虚像。通过旋转模块调节测量模块的测量角度，可以模拟人眼的眼球转动，使获得的视场角更接近人眼观测到的真实值；通过测量模块在多个测量角度下获得第一虚像的闪烁值，根据闪烁值的分布可以准确地确定人眼在观察VR设备时的视场边界(即第一虚像的边界)，进而确定显示设备的视场角，本实施例提供的视场角测量装置能够较大幅度地提高视场角测量精度，进而为显示设备的光学及结构设计提供标准和依据；并且，该视场角测量装置可以提高测量效率。

进一步地，本申请实施例提供的视场角测量方法及装置，通过将闪烁消失位置确定为视野边界，进而确定人眼在观察显示设备如VR时的视场边界，从而获得显示设备如VR设备的视场角精确测量值，本申请提供的技术方案能够精确快速地测量显示设备如VR设备的视场角，能够较大幅度的提高测量精度。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种视场角测量方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种视场角测量装置，其特征在于，用于测量显示设备的视场角，所述显示设备包括显示屏以及位于所述显示屏出光侧的第一透镜，所述测量装置包括：固定模块、旋转模块以及测量模块；

所述固定模块，位于所述第一透镜的主光轴上；

所述旋转模块，分别与所述固定模块和所述测量模块连接，用于改变所述测量模块的测量角度；

所述测量模块，用于在多个测量角度下，获得第一虚像的闪烁值，并根据所述多个测量角度下的闪烁值确定所述显示设备的视场角；其中，所述第一虚像为所述显示屏显示的测试画面经过所述第一透镜后所成的虚像；

所述测量模块具体用于：根据所述多个测量角度下的闪烁值，确定第一方向上闪烁值等于预设阈值的第一角度和第二角度；

根据所述第一角度和所述第二角度，确定所述显示设备在所述第一方向上的视场角。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量模块包括：

亮度计，与所述旋转模块连接，用于在所述多个测量角度下，测量所述第一虚像的亮度信号；

闪烁值计算单元，用于根据所述亮度信号，计算所述多个测量角度下所述第一虚像的闪烁值；

视场角计算单元，用于根据所述多个测量角度下的闪烁值，确定所述显示设备的视场角。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述亮度计具有接收面，所述旋转模块和所述固定模块之间转动连接，所述旋转模块和所述固定模块之间的连接点与所述接收面之间的距离大于或等于10mm，且小于或等于14mm。

4.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述亮度计具有接收面，所述接收面与所述第一虚像平行时，所述接收面与所述第一透镜的间距为所述第一透镜的设计出瞳距。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述设计出瞳距大于或等于12mm，且小于或等于18mm。

6.根据权利要求1至5任一项所述的测量装置，其特征在于，所述固定模块包括升降台。

7.根据权利要求1至5任一项所述的测量装置，其特征在于，所述旋转模块包括机械式转台测角装置或电子测角仪。

8.一种视场角测量方法，用于测量显示设备的视场角，所述显示设备包括显示屏以及位于所述显示屏出光侧的第一透镜，其特征在于，所述测量方法包括：

在多个测量角度下，获得第一虚像的闪烁值；所述第一虚像为所述显示屏显示的测试画面经过所述第一透镜后所成的虚像；

根据所述多个测量角度下的闪烁值，确定所述显示设备的视场角；

所述根据所述多个测量角度下的闪烁值，确定所述显示设备的视场角的步骤，包括：

根据所述多个测量角度下的闪烁值，确定第一方向上闪烁值等于预设阈值的第一角度和第二角度；

根据所述第一角度和所述第二角度，确定所述显示设备在所述第一方向上的视场角。

9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，所述在多个测量角度下，获得第一虚像的闪烁值的步骤，包括：

在所述多个测量角度下，测量所述第一虚像的亮度信号；

根据所述亮度信号，计算所述多个测量角度下所述第一虚像的闪烁值。

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