CN110505468A - 一种增强现实显示设备的测试标定及偏差修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种增强现实显示设备的测试标定及偏差修正方法，包括步骤：A、在现实场景中设置一具有位置参照功能的环境标靶；朝向增强现实显示设备的显示模块架设一测试摄像头；在水平方向间隔一定距离，将增强现实显示设备的场景获取摄像头对焦于所述环境标靶；B、基于步骤A所述距离，记录所述场景获取摄像头所拍摄图像的中心在所述环境标靶上的坐标M_场；和基于步骤A所述距离，记录测试摄像头获取的所述显示模块的中心在所述环境标靶上的坐标M_显；C、基于步骤B中的坐标，计算水平角度、俯仰角度的偏差。基于场景获取摄像头和测试摄像头在同一坐标系下的位置差异，为后续通过软件技术调整偏差提供准确的数据依据。

Description

一种增强现实显示设备的测试标定及偏差修正方法

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，特别是一种增强现实显示设备的测试标定及偏差修正方法。

背景技术

增强现实显示设备需要将显示的虚拟信息准确的叠加到现实场景中，并输出显示。因此，需要场景获取感知设备(例如摄像头和即时定位与地图构建(SLAM，SimultaneousLocalization And Mapping))对现实场景进行准确的识别和建模。另外，将其需要添加的虚拟信息进行坐标变换映射到场景叠加显示设备上，从而叠加到现实场景被人眼观看。

由于增强现实显示设备的场景获取感知模块和显示模块为分离的器件，由于加工和装配精度等原因，两者的坐标系存在偏差。目前对于两者的测试标定尚属于行业空白。

发明内容

本发明提供一种增强现实显示设备的测试标定及偏差修正方法，基于场景获取摄像头和测试摄像头所拍摄的图像在同一坐标系下的位置差异，而二者位置差异的实质即为增强现实显示设备的显示模块与场景获取摄像头之间的偏差，通过参考坐标便可计算出二者之间由于加工和装配精度等原因而造成的偏差。从而为后续通过软件技术调整偏差提供准确的数据依据。

为实现上述目的，所述方法包括步骤：

A、在现实场景中设置一具有位置参照功能的环境标靶；

朝向增强现实显示设备的显示模块架设一测试摄像头；

在水平方向，间隔一定距离，将增强现实显示设备的场景获取摄像头对焦于所述环境标靶；

B、基于步骤A所述距离，记录所述场景获取摄像头所拍摄图像的中心在所述环境标靶上的坐标M_场；

基于步骤A所述距离，记录测试摄像头获取的所述显示模块的中心在所述环境标靶上的坐标M_显；

C、基于步骤B中的坐标，计算水平角度、俯仰角度的偏差。

其中，步骤C中，所述计算水平角度偏差θ包括，采用以下计算式θ＝180°*(m1-x1-a)/(d1*3.14)得出所述水平角度偏差θ；

所述计算俯仰角度偏差Φ包括，采用以下计算式Φ＝180°*(n1-y1-b)/(d1*3.14)得出所述俯仰角度偏差Φ；

两式中，x1、y1分别表示M_场的横、纵坐标；m1、n1分别表示M_显横、纵坐标；a、b分别表示水平方向和垂直方向的位置偏差常数；d1表示步骤A中所述的间隔一定距离。

由上，采用几何算法可直观的以数据形式表现出场景获取摄像头和测试摄像头所拍摄的图像在同一坐标系下的位置差异，即增强现实显示设备的显示模块与场景获取摄像头之间的偏差。

其中，步骤A所述间隔一定距离包括间隔第一距离和间隔第二距离；

对应步骤B中所获取的坐标M_场和M_显则基于间隔距离的不同，分别表示为M_场、M_场’、M_显和M_显’；

步骤C中，所述水平角度偏差θ表示为：

θ＝arctan((x2-x1)/(d2-d1))-arctan((m2-m1)/(d2-d1))；

所述俯仰角度偏差Φ表示为：

Φ＝arctan((y2-y1)/(d2-d1))-arctan((n2-n1)/(d2-d1)))；

两式中，x1、y1分别表示M_场的横、纵坐标；x2、y2分别表示M_场’的横、纵坐标；m1、n1分别表示M_显横、纵坐标；m2、n2分别表示M_显’横、纵坐标；d1、d2分别表示间隔第一距离和间隔第二距离。

由上，调整增强现实显示设备与所述环境标靶之间的距离变化。结合前后两距离分别拍摄画面在同一坐标系下的差异，并将差异前后的两组坐标进行一通运算，从而更为精准的计算出二者之间由于加工和装配精度等原因而造成的偏差。从而为后续通过软件技术调整偏差提供准确的数据依据，基于反正切函数求取水平角度偏差θ和俯仰角度偏差Φ，可直观的以数据形式表现出场景获取摄像头和测试摄像头所拍摄的图像在同一坐标系下的位置差异，即增强现实显示设备的显示模块与场景获取摄像头之间的偏差。

另外，还包括对于水平方向位置偏差a和垂直方向的位置偏差b的计算，

所述水平方向的位置偏差a表示为：

a＝x2-m2-d2*tanθ，或表示为：x1-m1-d1*tanθ；

所述垂直方向的位置偏差b表示为：

b＝y2-n2-d2*tanΦ，或表示为：y1-n1-d1*tanΦ。

由上，基于正切函数，将所求取的水平角度偏差θ和俯仰角度偏差Φ计算出水平方向和垂直方向的偏差，结合场景获取摄像头和测试摄像头所拍摄图像之间的水平方向和垂直方向的偏差，可以更为精确的计算出水平方向的位置偏差a和垂直方向的位置偏差b，从而实现准确测量出位置偏差。

其中，所述增强现实显示设备包括至少一组显示模块和场景获取摄像头；

对应设置与所述显示模块数量相同的测试摄像头，分别朝向各所述显示模块架设。

由上，当增强现实显示设备为双目时，便包括了对阵设置的两组显示模块和场景获取摄像头。即便如此，采用本申请方法同样可以对双目增强现实显示设备进行测试标定，并可以进一步延展。

其中，所述场景获取摄像头包括集成SLAM及结构光的单摄像头模组、双摄像头模组或者三摄像头模组。

由上，可以更好的实现包括背景虚化/更换、光学变焦、暗光增强、3D摄影和3D建模等更多强化功能。

对应的，本申请还提供一种增强现实显示设备偏差修正方法，包括前述方法，还包括基于水平角度偏差、俯仰角度偏差、水平方向位置偏差a和垂直方向的位置偏差b进行修正的步骤。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明增强现实显示设备的测试标定第一实施例的原理示意图；

图3为环境标靶的示意图；

图4为场景获取摄像头对焦在环境标靶上所拍摄画面的示意图；

图5为测试摄像头所拍摄的包括了显示模块和环境标靶画面的示意图；

图6为本发明增强现实显示设备的测试标定第二实施例的原理示意图；

图7为双目增强现实显示设备执行本发明第二实施例的原理示意图。

具体实施方式

下面参见图1～图7对本发明所述的增强现实显示设备的测试标定及偏差修正方法进行详细说明。

图1所示为本发明的流程图，包括以下步骤：

S101：测试摄像头对准增强现实显示设备的显示模块。

结合图2所示，增强现实显示设备包括显示模块202和场景获取摄像头203。采用本申请方法进行测试标定时，需要朝向显示模块202架设一测试摄像头201。具体架设的固定方式可采用如固定支架(未图示)等，在此不进行限定。

另外，还包括设置于现实场景的环境标靶204。结合图3所示，所述环境标靶204为带有坐标轴(x轴、y轴)及网格的二维平面。图3所示仅为实例，实际使用中，可采用任何具有平面位置参照的图像，例如带有刻度的坐标轴等。

本实施例中，所述增强现实显示设备距离所述环境标靶204的水平距离为d1。

S102：记录场景获取摄像头203所拍摄图像的中心在环境标靶204上的坐标M_场。

结合图2和图4所示，将场景获取摄像头203对焦在环境标靶204上，所拍摄的画面实时在显示模块202显示。图4所示即为显示模块202所显示画面的示意图，也就是场景获取摄像头203所拍摄画面。根据拍摄画面中环境标靶204上的坐标轴刻度或网格等信息，可以计算出场景获取摄像头203所拍摄图像的中心在环境标靶204上的坐标M_场，M_场表示为(x1,y1)。所示所拍摄图像的中心即为图4中“+”所表示的位置。

S103：测试摄像头201获取显示模块202的中心在环境标靶204中的坐标M_显。

结合图2和图5所示，测试摄像头201可以同时拍摄到显示模块202和环境标靶204。如图5所示即为测试摄像头201所拍摄画面的示意图。其中实线方框为显示模块202的画面，“+”为显示模块202中心M_显在环境标靶204的坐标(m1，n1)。求取坐标的方法与步骤S102原理相同，根据拍摄画面中环境标靶204上的坐标轴刻度或网格等信息，可以计算出测试摄像头201所拍摄图像的中心在环境标靶204上的坐标M_显，M_显表示为(m1，n1)。

虽然在本实施例中标注了步骤S102和步骤S103之间的顺序，但实际应用过程中，也可先执行步骤S103而后执行步骤S102。上述两步骤的顺序可以互换。

S104：基于步骤S102和S103中两坐标，计算在水平方向、垂直方向的位置偏差，以及水平角度、俯仰角度的偏差。

增强现实显示设备的显示模块202和场景获取摄像头203的位置和角度偏差，依据几何向量可以分解为水平方向的位置偏差a和垂直方向的位置偏差b，以及水平和俯仰的角度偏差θ和Φ。

通常来说，增强现实显示设备与目标之间的距离，即前述d1大约在500mm～1500mm，水平方向和垂直方向的位置偏差a和b约为10mm以内，因此认为其影响可以忽略，水平方向和垂直方向的位置偏差a和b与设计标定值相同，即位置偏差常数。

水平角度偏差θ表示为θ＝180°*(m1-x1-a)/(d1*3.14)；

俯仰角度偏差Φ表示为Φ＝180°*(n1-y1-b)/(d1*3.14)。

两式中，m1、n1分别表示测试摄像头201获取显示模块202的中心在环境标靶204中位置的横、纵坐标；x1、y1分别表示场景获取摄像头203所拍摄图像的中心在环境标靶204上的横、纵坐标；a、b分别表示前述水平和垂直方向的位置偏差设计标定值；d1表示增强现实显示设备与环境标靶204之间的水平距离。

通过上述步骤可以计算出步骤S102和S103中两坐标在水平方向、垂直方向的位置偏差，以及水平角度、俯仰角度的偏差。

图6所示为增强现实显示设备的测试标定方法第二实施例的原理示意图，在第二实施例中，首先重复执行第一实施例的步骤S101～步骤S103。

其次，执行步骤S601：将所述增强现实显示设备距离所述环境标靶204的水平距离调整为d2。

步骤S602：记录调整距离后场景获取摄像头203所拍摄图像的中心在环境标靶204上的坐标M_场’。

记录方法与步骤S102相同，记录结果为M_场’的坐标表示为(x2,y2)。

步骤S603：记录调整距离后测试摄像头201获取显示模块202的中心在环境标靶204中的位置M_显’。

记录方法与步骤S103相同，记录结果为M_显’的坐标表示为(m2,n2)。

步骤S604：计算步骤S102、S103、S602和S603中四坐标在水平方向、垂直方向的位置偏差，以及水平角度、俯仰角度的偏差。

水平角度偏差θ表示为：

θ＝arctan((x2-x1)/(d2-d1))-arctan((m2-m1)/(d2-d1))；

俯仰角度偏差Φ表示为：

Φ＝arctan((y2-y1)/(d2-d1))-arctan((n2-n1)/(d2-d1))；

水平方向的位置偏差a表示为：

a＝x2-m2-d2*tanθ，或表示为：x1-m1-d1*tanθ；

垂直方向的位置偏差b表示为：

b＝y2-n2-d2*tanΦ，或表示为：y1-n1-d1*tanΦ。

由上，通过调整增强现实显示设备与所述环境标靶204之间的距离变化。结合前后两距离分别拍摄画面在同一坐标系下的差异，首先基于反正切函数求取水平角度偏差θ和俯仰角度偏差Φ。

进一步的，再基于正切函数，将所求取的水平角度偏差θ和俯仰角度偏差Φ计算出水平方向和垂直方向的偏差，结合场景获取摄像头203和测试摄像头201所拍摄图像之间的水平方向和垂直方向的偏差，可以更为精确的计算出水平方向的位置偏差a和垂直方向的位置偏差b，从而实现准确测量出位置偏差。

基于本发明所确定出的上述偏差，可以在现有分体结构的增强现实显示设备以及当前工艺不够精细的情况下，为后续通过软件技术调整偏差提供准确的数据依据。即对应一种增强现实显示设备偏差修正方法，基于所述基于水平角度偏差、俯仰角度偏差、水平方向位置偏差a和垂直方向的位置偏差b进行修正的步骤。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，例如图7所示，当增强现实显示设备为双目时，便包括了对阵设置的两组显示模块和场景获取摄像头，在图7中两组显示模块分别标号为202和202’，两组场景获取摄像头分别标号为202和203’。基于此，需要分别朝向两组显示模块设置一测试摄像头，在图7中两测试摄像头分别标号为201和201’。而具体测试原理与第二实施例的测试原理相同，在此不进行赘述。

另外，所述场景获取摄像头203包括单摄像头、双摄像头或者三摄像头，同时集成SLAM及结构光(Structured Light)，从而更适应于包括背景虚化/更换、光学变焦、暗光增强、3D摄影和3D建模等更多强化功能。总之，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 (7)

1.一种增强现实显示设备的测试标定方法，其特征在于，包括步骤：

A、在现实场景中设置一具有位置参照功能的环境标靶；

朝向增强现实显示设备的显示模块架设一测试摄像头；

在水平方向间隔一定距离，将增强现实显示设备的场景获取摄像头对焦于所述环境标靶；

B、基于步骤A所述距离，记录在所述显示模块所显示的由所述场景获取摄像头所拍摄图像的中心在所述环境标靶上的坐标M_场；和

基于步骤A所述距离，记录测试摄像头获取的所述显示模块的中心在所述环境标靶上的坐标M_显；

C、基于步骤B中的坐标，计算水平角度、俯仰角度的偏差。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中，所述计算水平角度偏差θ包括，采用以下计算式θ＝180°*(m1-x1-a)/(d1*3.14)得出所述水平角度偏差θ；

所述计算俯仰角度偏差Φ包括，采用以下计算式Φ＝180°*(n1-y1-b)/(d1*3.14)得出所述俯仰角度偏差Φ；

两式中，x1、y1分别表示M_场的横、纵坐标；m1、n1分别表示M_显的横、纵坐标；a、b分别表示水平方向、垂直方向的位置偏差常数；d1表示步骤A中所述的间隔一定距离。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述间隔一定距离包括间隔第一距离和间隔第二距离；

对应步骤B中所获取的坐标M_场和M_显，基于间隔距离的不同，分别表示为M_场、M_场’、M_显和M_显’；

步骤C中，计算所述水平角度偏差θ包括，采用以下计算式

θ＝arctan((x2-x1)/(d2-d1))-arctan((m2-m1)/(d2-d1))得出所述水平角度偏差θ；

计算所述俯仰角度偏差Φ包括，采用以下计算式

Φ＝arctan((y2-y1)/(d2-d1))-arctan((n2-n1)/(d2-d1)))得出所述俯仰角度偏差Φ；

两式中，x1、y1分别表示M_场的横、纵坐标；x2、y2分别表示M_场’的横、纵坐标；m1、n1分别表示M_显横、纵坐标；m2、n2分别表示M_显’横、纵坐标；d1、d2分别表示间隔第一距离和间隔第二距离。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括对于水平方向位置偏差a和垂直方向的位置偏差b的计算，

计算所述水平方向的位置偏差a包括，采用以下计算式

a＝x2-m2-d2*tanθ，或以下计算式x1-m1-d1*tanθ得出所述水平方向的位置偏差a；

计算所述垂直方向的位置偏差b包括，采用以下计算式

b＝y2-n2-d2*tanΦ，或以下计算式y1-n1-d1*tanΦ得出所述垂直方向的位置偏差b。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增强现实显示设备包括至少一组显示模块和场景获取摄像头；

对应设置与所述显示模块数量相同的测试摄像头，分别朝向各所述显示模块架设。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述场景获取摄像头包括集成SLAM及结构光的单摄像头模组、双摄像头模组或者三摄像头模组。

7.一种增强现实显示设备偏差修正方法，其特征在于，包括权利要求1～6任一所述方法，还包括基于水平角度偏差、俯仰角度偏差、水平方向位置偏差a和垂直方向的位置偏差b进行修正的步骤。