CN109696189B - 一种基于编码器的vr头盔的转动延迟测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种基于编码器的VR头盔的转动延迟测量方法，采用转台带动VR头盔转动；将转台转动一圈均分为多个扇形区域，扇形区域依次赋予1和0的二进制编码值；VR头盔运动过程中，在每个扇形区域分割线处记录自身转动角度，VR头盔再次运动时，VR头盔感知到扇形区域分割线处角度时，根据扇形区域二进制编码对应的给VR头盔输入对应的黑白图像，并用光敏传感器感知黑白图像；根据编码输出的方波曲线和光敏传感器感知黑白图像时输出的方波曲线，即可获得VR头盔的延迟时间；该方法使得VR头盔中的黑白图样与光编码能够进行虚实配准，不再有早期方法中手动对齐波形带来的误差，使得数据的期望更接近于真实的延迟时间。

Description

一种基于编码器的VR头盔的转动延迟测量方法
技术领域
本发明属于虚拟现实设备技术领域，具体涉及一种基于编码器的VR头盔的转动延迟测量方法。
背景技术
VR头盔的延迟时间与用户的使用体验息息相关，如果时间稍大则可能会引发使用者产生“晕动症”症状。文献“Luca M D.New Method to Measure End-to-End Delay ofVirtual Reality[M].MIT Press,2010.”提出了一个延迟测量的简易方案，如图1(a)所示，在VR头盔外壳与视窗上各固定一个光敏传感器，在显示屏与VR头盔中都显示出一个灰度渐变的测试图，然后将外壳上的光敏传感器紧贴显示屏，令VR头盔紧贴显示屏并沿着灰度变化方向往复运动，记录下两个传感器返回的波形(图1(b))。通过计算两个波形之间的相位差，得到该VR头盔的延迟时间。该方法的缺陷是，需要手动移动，移动过程中的抖动等会给后边的信号处理引入许多噪声；使用手动对齐频域波形的方法解决虚拟空间中图样与显示屏中图样不同步引入的误差，依靠肉眼判断，对于延迟时间这种微小的时间，这种方法有时不仅不能消除误差，反而会引入新的误差；该测试方法对于头盔有VR头盔，需要其能在如此多遮蔽的情况下计算自身的位置数据，这对许多VR头盔的跟踪方案是不友好的；所得到的数据有较大的方差，其不稳定性决定其不能够被用来制作测量仪器。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于编码器的VR头盔的转动延迟测量方法，可以通过简单的设备准确测量VR头盔的转动延迟。
一种基于编码器的VR头盔的转动延迟测量方法，使用的测量装置包括光敏传感器(1)、VR头盔(2)、载物台(3)、转台(4)、控制器(5)、编码器以及上位机；
载物台(3)固定在转台(4)伸出的中心转轴上，转台(4)由控制器(5)控制转动，VR头盔(2)可在载物台(3)的带动下与转台(4)同轴转动；光敏传感器(1)固定在VR头盔(2)的显示窗口上，用来感知VR头盔(2)显示的图案颜色；编码器安装在转台(4)的中心转轴上，用于测量转台(4)旋转的角度并传至上位机；将转台(4)转动一圈的360度角度等间隔分成偶数个扇形区域，将扇形区域依次赋予1和0的二进制编码值；将扇形区域对应的编码值与相邻两扇形区域之间的分隔角度作为编码角度数据集记录在上位机中；
所述转动延迟测量方法具体步骤如下：
步骤1、先控制转台(4)从初始位置开始匀速运动一圈，VR头盔(2)时刻计算自身的转动角度；
步骤2、在载物台(3)转动过程中，编码器返回转台(4)实时转动的角度信息并报给上位机，当编码器返回每个分割线的角度时，上位机根据存储的编码角度数据集，确定该分割线左、右两侧对应的编码值，并将左侧编码为1、右侧编码为0的分隔角度定义为1-0分隔角度，将左侧编码为0、右侧编码为1的分隔角度定义为0-1分隔角度；同时，每次编码器反馈到1-0分隔角度或者0-1分隔角度时，上位机读取在该时刻VR头盔(2)计算出的自身转动角度，并记录下来；
步骤3、转台完成一周的转动后，最终得到一组VR头盔(2)的转动角度数据集；
步骤4、控制转台(4)再次从初始位置开始匀速运动一圈，VR头盔(2)计算出的自身转动角度，上位机同时记录编码器返回的转动角度信息与光敏传感器(1)返回的数据；
步骤5、上位机根据转动角度数据集，结合VR头盔(2)计算的自身当前的转动角度信息，控制VR头盔(2)显示对应的黑白画面，即：当VR头盔(2)计算的转动角度对应于0-1分隔角度时，向VR头盔(2)输出白色图案；当VR头盔(2)计算的转动角度对应于1-0分隔角度时，向VR头盔(2)输出黑色图案；其上的光敏传感器(1)在此过程中，感知VR头盔(2)镜头输出的黑白图像，当感知到白色图像时，光敏传感器(1)返回高电平，当感知到黑色图像时，光敏传感器(1)返回低电平，由此得到一个方波曲线，定义为检测波形；
步骤6、与此同时，上位机根据编码器返回的角度信息，在之前存储的编码角度数据集中查找各个分隔角度对应的编码值，由此生成一组方波信号，作为参考波形；其中，生成规则为：当编码值为1时返回高电平，当编码值为0时返回低电平；
步骤7、计算检测波形相对于参考波形的时间延迟Δt，即为VR头盔(2)的时间延迟。
进一步的，使VR头盔(2)转动数圈，获得更多波形数据，分别得到时间延迟Δt，其均值即为VR头盔(2)的精确时间延迟量。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供的一种基于编码器的VR头盔的转动延迟测量方法，采用转台带动VR头盔转动；将转台转动一圈均分为多个扇形区域，扇形区域依次赋予1和0的二进制编码值；VR头盔运动过程中，在每个扇形区域分割线处记录自身转动角度，VR头盔再次运动时，VR头盔感知到扇形区域分割线处角度时，根据扇形区域二进制编码对应的给VR头盔输入对应的黑白图像，并用光敏传感器感知黑白图像；根据编码输出的方波曲线和光敏传感器感知黑白图像时输出的方波曲线，即可获得VR头盔的延迟时间；该方法使得VR头盔中的黑白图样与光编码能够进行虚实配准，不再有早期方法中手动对齐波形带来的误差，使得数据的期望更接近于真实的延迟时间。
附图说明
图1(a)为现有的测量VR头盔移动延迟的实验装置图；
图1(b)为基于图1(a)的实验装置得到的实验信号图；
图2为本发明的测量装置示意图；
图3为本发明中的VR头盔与光敏传感器的安装示意图；
图4为本发明中对转台转动一圈的编码示意图；
图5为转台转动一圈时获得的检测波形与参考波形图；
其中，1-光敏传感器、2-VR头盔、3-载物台、4-转台、5-控制器。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明的一种基于编码器的VR头盔的转动延迟测量方法，使用的测量装置如图2所示，包括光敏传感器1、VR头盔2、载物台3、转台4、控制器5、编码器以及上位机。
载物台3固定在转台4伸出的中心转轴上，转台4由控制器5控制转动，VR头盔2可在载物台3的带动下与转台4同轴转动；如图3所示，光敏传感器1固定在VR头盔2的显示窗口上，用来感知VR头盔2显示的图案颜色。编码器安装在转台4的中心转轴上，用于测量转台4旋转的角度并传至上位机；将转台4转动一圈的360度角度等间隔分成偶数个扇形区域，将扇形区域依次赋予1和0的二进制编码值；将扇形区域对应的编码值与相邻两扇形区域之间的分隔角度作为编码角度数据集记录在上位机中，如图4所示，编码0和1间隔着对应在各扇形区域上。
本发明的转动延迟测量方法具体步骤如下：
1、先控制转台4从初始位置(任意一个扇形区域的分割线)开始匀速运动一圈，此时VR头盔2中不输入图像，但是时刻计算自身的转动角度；
2、在载物台3转动过程中，编码器返回转台4实时转动的角度信息并报给上位机，当编码器返回每个分割线的角度时，上位机根据存储的编码角度数据集，确定该分割线左、右两侧对应的编码值，并将左侧编码为1、右侧编码为0的分隔角度定义为1-0分隔角度，将左侧编码为0、右侧编码为1的分隔角度定义为0-1分隔角度；同时，每次编码器反馈到1-0分隔角度或者0-1分隔角度时，上位机读取在该时刻VR头盔2计算出的自身转动角度，并记录下来；
3、转台完成一周的转动后，最终得到一组VR头盔2的转动角度数据集；
4、控制转台4再次从初始位置开始匀速运动一圈，上位机同时记录编码器返回的转动角度信息与光敏传感器1返回的数据；
5、上位机根据转动角度数据集，结合VR头盔2计算的自身当前的转动角度信息，控制VR头盔2显示对应的黑白画面，即：当VR头盔2计算的转动角度对应于0-1分隔角度时，向VR头盔2输出白色图案；当VR头盔2计算的转动角度对应于1-0分隔角度时，向VR头盔2输出黑色图案；其上的光敏传感器1在此过程中，感知VR头盔2镜头输出的黑白图像，当感知到白色图像时，光敏传感器1返回高电平，当感知到黑色图像时，光敏传感器1返回低电平，由此得到一个方波曲线，定义为检测波形，如图5所示；
6、与此同时，上位机根据编码器返回的角度信息，在之前存储的编码角度数据集中查找各个分隔角度对应的编码值，由此生成一组方波信号，作为参考波形；其中，生成规则为：当编码值为1时返回高电平，当编码值为0时返回低电平；
7、数据处理：由于VR头盔2的感知有时间延迟，当载物台3转动到某位置时，VR头盔2不能马上感知到该位置，有一个时间延迟，因此，如图5所示，检测波形相对于参考波形就会有一个时间延迟Δt；因此，计算出该时间延迟Δt即得到了VR头盔2的移动延迟。通过对检测波形与参考波形上多个时间延迟Δt求平均值，可以得到更精确的VR头盔2的转动时间延迟。
为了增加多次取平均的数据量，得到更准确的测量值，应当使VR头盔2转动数圈获得更多波形数据，分别得到Δt，其均值即为设备的延迟时间T。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于编码器的VR头盔的转动延迟测量方法，其特征在于，使用的测量装置包括光敏传感器(1)、VR头盔(2)、载物台(3)、转台(4)、控制器(5)、编码器以及上位机；
载物台(3)固定在转台(4)伸出的中心转轴上，转台(4)由控制器(5)控制转动，VR头盔(2)可在载物台(3)的带动下与转台(4)同轴转动；光敏传感器(1)固定在VR头盔(2)的显示窗口上，用来感知VR头盔(2)显示的图案颜色；编码器安装在转台(4)的中心转轴上，用于测量转台(4)旋转的角度并传至上位机；将转台(4)转动一圈的360度角度等间隔分成偶数个扇形区域，将扇形区域依次赋予1和0的二进制编码值；将扇形区域对应的编码值与相邻两扇形区域之间的分隔角度作为编码角度数据集记录在上位机中；
所述转动延迟测量方法具体步骤如下：
步骤1、先控制转台(4)从初始位置开始匀速运动一圈，VR头盔(2)时刻计算自身的转动角度；
步骤2、在载物台(3)转动过程中，编码器返回转台(4)实时转动的角度信息并报给上位机，当编码器返回每个分割线的角度时，上位机根据存储的编码角度数据集，确定该分割线左、右两侧对应的编码值，并将左侧编码为1、右侧编码为0的分隔角度定义为1-0分隔角度，将左侧编码为0、右侧编码为1的分隔角度定义为0-1分隔角度；同时，每次编码器反馈到1-0分隔角度或者0-1分隔角度时，上位机读取在该时刻VR头盔(2)计算出的自身转动角度，并记录下来；
步骤3、转台完成一周的转动后，最终得到一组VR头盔(2)的转动角度数据集；
步骤4、控制转台(4)再次从初始位置开始匀速运动一圈，VR头盔(2)计算出的自身转动角度，上位机同时记录编码器返回的转动角度信息与光敏传感器(1)返回的数据；
步骤5、上位机根据转动角度数据集，结合VR头盔(2)计算的自身当前的转动角度信息，控制VR头盔(2)显示对应的黑白画面，即：当VR头盔(2)计算的转动角度对应于0-1分隔角度时，向VR头盔(2)输出白色图案；当VR头盔(2)计算的转动角度对应于1-0分隔角度时，向VR头盔(2)输出黑色图案；其上的光敏传感器(1)在此过程中，感知VR头盔(2)显示窗口输出的黑白图像，当感知到白色图像时，光敏传感器(1)返回高电平，当感知到黑色图像时，光敏传感器(1)返回低电平，由此得到一个方波曲线，定义为检测波形；
步骤6、与此同时，上位机根据编码器返回的角度信息，在之前存储的编码角度数据集中查找各个分隔角度对应的编码值，由此生成一组方波信号，作为参考波形；其中，生成规则为：当编码值为1时返回高电平，当编码值为0时返回低电平；
步骤7、计算检测波形相对于参考波形的时间延迟Δt，即为VR头盔(2)的时间延迟。
2.如权利要求1所述的一种基于编码器的VR头盔的转动延迟测量方法，其特征在于，使VR头盔(2)转动数圈，获得更多波形数据，分别得到时间延迟Δt，其均值即为VR头盔(2)的精确时间延迟量。
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