CN111487035B

CN111487035B - 一种用于近眼检测系统的对准方法及其系统

Info

Publication number: CN111487035B
Application number: CN201910070459.1A
Authority: CN
Inventors: 冉成荣; 孙杰; 陈远
Original assignee: Sunny Optical Zhejiang Research Institute Co Ltd
Current assignee: Sunny Optical Zhejiang Research Institute Co Ltd
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2039-01-25
Also published as: CN111487035A

Abstract

一种用于近眼检测系统的对准方法及其系统。该用于近眼检测系统的对准方法包括步骤：在检测相机通过孔径光阑的内孔观测到经由近眼显示系统显示的虚拟标板的中心时，获取通过该检测相机采集的检测图像，其中该孔径光阑的该内孔位于该近眼显示系统的眼盒区域内；对该检测图像进行处理，以获得该检测相机的位姿调整信号；基于该检测相机的该位姿调整信号，移动该检测相机以调整该检测相机的位姿，使得该检测相机的相机中心与该孔径光阑的内孔中心或该虚拟标板的标板中心之间的偏差减小；以及重复执行所述获取步骤、所述处理的步骤以及所述移动步骤，直至该检测相机的相机中心与该孔径光阑的内孔中心和该虚拟标板的标板中心对准。

Description

一种用于近眼检测系统的对准方法及其系统

技术领域

本发明涉及近眼显示系统技术领域，特别是涉及一种用于近眼检测系统的对准方法及其系统。

背景技术

近年来，诸如虚拟现实和增强现实之类的近眼显示系统为人类创造了丰富的视感体验。在投入服务之前，需对近眼显示系统的各项检测指标如视场角、畸变、亮度、亮度均匀性、色度、色度均匀性、解像力、分辨率、对比度等进行测定，以检验其产品质量。

现有的近眼检测系统对近眼显示系统进行检测时，通常是将被测的近眼显示系统固定，通过机械臂使检测相机运动到指定位置进行测量。但现有的近眼检测系统存在如下两方面的问题：一方面近眼显示系统的镜片加工误差、光学组件安装误差会导致近眼显示设备本身会产生偏移，另一方面在检测时，光学组件拆卸与固定也会产生一定的不确定性，导致被测的近眼显示系统与检测相机不能够平行对心(即对准)，这样会导致检测精度降低。

而为了提升近眼检测系统的检测精度，目前的对准方法主要是先在近眼显示系统中显示虚拟标板，然后通过调整检测相机使相机中心与虚拟标板的中心对准。虽然目前的对准方法能够实现在一定程度上提升近眼检测系统的检测精度，但是目前的对准方法的对准误差与检测相机的初始位置有很大关系，并且随着近眼显示系统的眼盒区域(eyebox)的扩大，对准误差也会随之变大，从而导致目前的对准方法无法将近眼检测系统的检测精度提升至市场需求。特别是随着AR行业的迅速发展，人们对近眼显示系统的成像质量提出了更高的要求，并且近眼显示系统的眼盒区域也变的很大，这些都会要求近眼检测系统的检测精度越高越好，而目前的对准方法显然已经无法满足要求。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种用于近眼检测系统的对准方法及其系统，其能够提升近眼检测系统的检测精度，有助于满足对近眼显示系统进行检测的精度需求。

本发明的另一目的在于提供一种用于近眼检测系统的对准方法及其系统，其能够提高检测相机的相机中心与通过近眼显示系统显示的虚拟标板的中心的对准精度，进而减小所述对准方法的对准误差。

本发明的另一目的在于提供一种用于近眼检测系统的对准方法及其系统，其中在本发明的一实施例中，所述对准方法能够借助孔径光阑完成对准过程，有助于大幅提升检测相机与近眼显示系统的对心精度，进而降低检测相机的检测误差。

本发明的另一目的在于提供一种用于近眼检测系统的对准方法及其系统，其中在本发明的一实施例中，所述对准方法能够大幅提升检测相机与大眼盒区域的近眼显示系统的对心精度，有助于大幅提高近眼检测系统的检测精度。

本发明的另一目的在于提供一种用于近眼检测系统的对准方法及其系统，其中在本发明的一实施例中，所述对准方法只需要检测少量的特征点，加入少量的加减运算，无需迭代即可以计算出检测相机的调整方位，有助于加快所述对准方法的算法速度。

本发明的另一目的在于提供一种用于近眼检测系统的对准方法及其系统，其中在本发明的一实施例中，所述对准方法不需要精确知道特征点在虚像平面的具体位置，只需要确定特征点的相对位置关系即可计算出检测相机的调整方位，这对于近眼显示系统的检测极为重要。

本发明的另一目的在于提供一种用于近眼检测系统的对准方法及其系统，其中在本发明的一实施例中，所述对准方法在对心过程中只需要确保近眼显示系统显示虚拟标板即可，而无须切换图像或更换实物标板，使得所述对准方法操作简单方便。

为了实现上述至少一发明目的或其他目的和优点，本发明提供了一种用于近眼检测系统的对准方法，包括步骤：

在一检测相机通过一孔径光阑的内孔观测到经由一近眼显示系统显示的虚拟标板的中心时，获取通过该检测相机采集的检测图像，其中该孔径光阑被放置于该近眼显示系统和该检测相机之间，并且该孔径光阑的该内孔位于该近眼显示系统的眼盒区域内；

对该检测图像进行处理，以获得该检测相机的位姿调整信号；

基于该检测相机的该位姿调整信号，移动该检测相机以调整该检测相机的位姿，使得该检测相机的相机中心与该孔径光阑的内孔中心或该虚拟标板的标板中心之间的偏差减小；以及

重复执行所述获取通过该检测相机采集的检测图像的步骤、所述对该检测图像进行处理的步骤以及所述移动该检测相机的步骤，直至该检测相机的相机中心与该孔径光阑的内孔中心和该虚拟标板的标板中心基本上对准。

在本发明的一实施例中，所述对该检测图像进行处理的步骤，包括步骤：

提取该检测图像中该虚拟标板的特征图案的角点位置，以获得该检测相机的姿态偏差，其中该检测相机的该姿态偏差为该检测相机的相机中心与该虚拟标板的标板中心之间的偏差；

提取该检测图像中通过该孔径光阑的该内孔形成的亮斑连通域的中心位置，以获得该检测相机的位置偏差，其中该检测相机的该位置偏差为该检测相机的相机中心与该孔径光阑的内孔中心之间的偏差；以及

分析该检测相机的该姿态偏差和该位置偏差，以获得该检测相机的该位姿调整信号。

在本发明的一实施例中，在分析该检测相机的该姿态偏差和该位置偏差，以获得该检测相机的该位姿调整信号的步骤中：

分析该检测相机的该姿态偏差与该位置偏差之间的大小，当该检测相机的该姿态偏差大于该位置偏差时，该位姿调整信号为一姿态调整信号；当该检测相机的该姿态偏差不大于该位置偏差时，该位姿调整信号为一位置调整信号。

分析该检测相机的该姿态偏差是否大于一预定姿态偏差阈值，如果是，则该位姿调整信号为一姿态调整信号，如果否，则该位姿调整信号为一位置调整信号。

在本发明的一实施例中，所述基于该检测相机的该位姿调整信号，移动该检测相机以调整该检测相机的位姿，使得该检测相机的相机中心与该孔径光阑的内孔中心或该虚拟标板的标板中心之间的偏差减小的步骤，包括步骤：

当该位姿调整信号为该姿态调整信号时，控制一运动平台以旋转该检测相机，以减小该检测相机的该姿态偏差；和

当该位姿调整信号为该位置调整信号时，控制该运动平台以平移该检测相机，以减小该检测相机的该位置偏差。

在本发明的一实施例中，该虚拟标板的该特征图案为具有角点的图案，并且该图案的该角点重合于该虚拟标板的标板中心。

在本发明的一实施例中，该虚拟标板的该特征图案为十字型图案或米字型图案，并且该特征图案的中心角点重合于该虚拟标板的标板中心。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供了一种用于近眼检测系统的对准系统，包括：

一获取模块，用于在一检测相机通过一孔径光阑的内孔观测到经由一近眼显示系统显示的虚拟标板的中心时，获取通过该检测相机采集的检测图像，其中该孔径光阑被放置于该近眼显示系统和该检测相机之间，并且该孔径光阑的该内孔位于该近眼显示系统的眼盒区域内；

一图像处理模块，用于对该检测图像进行处理，以获得该检测相机的位姿调整信号；以及

一相机移动模块，用于基于该检测相机的该位姿调整信号，移动该检测相机以调整该检测相机的位姿，使得该检测相机的相机中心与该孔径光阑的内孔中心或该虚拟标板的标板中心之间的偏差减小。

在本发明的一实施例中，所述图像处理模块包括一第一提取模块、一第二提取模块以及一分析模块，其中所述第一提取模块用于提取该检测图像中该虚拟标板的特征图案的角点位置，以获得该检测相机的姿态偏差，其中该检测相机的该姿态偏差为该检测相机的相机中心与该虚拟标板的标板中心之间的偏差；其中所述第二提取模块用于提取该检测图像中通过该孔径光阑的该内孔形成的亮斑连通域的中心位置，以获得该检测相机的位置偏差，其中该检测相机的该位置偏差为该检测相机的相机中心与该孔径光阑的内孔中心之间的偏差；其中所述分析模块用于分析该检测相机的该姿态偏差和该位置偏差，以获得该检测相机的该位姿调整信号。

在本发明的一实施例中，所述分析模块还用于分析该检测相机的该姿态偏差与该位置偏差之间的大小，当该检测相机的该姿态偏差大于该位置偏差时，该位姿调整信号为一姿态调整信号；当该检测相机的该姿态偏差不大于该位置偏差时，该位姿调整信号为一位置调整信号。

在本发明的一实施例中，所述分析模块还用于分析该检测相机的该姿态偏差是否大于一预定姿态偏差阈值，如果是，则该位姿调整信号为一姿态调整信号，如果否，则该位姿调整信号为一位置调整信号。

在本发明的一实施例中，所述相机移动模块包括一相机旋转模块和一相机平移模块，其中所述相机旋转模块用于在该位姿调整信号为该姿态调整信号时，控制一运动平台以旋转该检测相机，以减小该检测相机的该姿态偏差；其中所述相机平移模块用于在该位姿调整信号为该位置调整信号时，控制该运动平台以平移该检测相机，以减小该检测相机的该位置偏差。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种用于近眼检测系统的对准系统，包括：

一固定平台，用于固定一近眼显示系统和一孔径光阑，以使该孔径光阑位于该近眼显示系统的眼盒区域范围内；

一检测相机，用于在所述检测相机通过该孔径光阑的内孔观测到经由该近眼显示系统显示的虚拟标板的标板中心时，采集检测图像；

一运动平台，用于移动所述检测相机；以及

一对准设备，其中所述对准设备包括处理器和存储器，其中在所述存储器中存储有计算程序指令，所述计算程序指令在被所述处理器运行时使得所述处理器执行上述任一所述的对准方法。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种用于近眼检测系统的对准方法，包括步骤：

通过一固定平台，固定一近眼显示系统和一孔径光阑，以使该孔径光阑位于该近眼显示系统的眼盒区域范围内；

通过一检测相机，在该检测相机通过该孔径光阑的内孔观测到经由该近眼显示系统显示的虚拟标板的标板中心时，采集检测图像；

通过一对准设备，对该检测图像进行处理，以获得所述检测相机的位姿调整信号；以及

通过一运动平台，基于所述检测相机的该位姿调整信号，使得所述检测相机的相机中心与该孔径光阑的内孔中心或该虚拟标板的标板中心之间的偏差减小。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种计算可读存储介质，其上存储有计算程序指令，当所述计算程序指令被计算装置执行时，可操作执行上述任一所述的对准方法。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1示出了近眼显示系统的成像原理示意图。

图2示出了现有的对准方法存在对准误差的原理示意图。

图3是根据本发明的较佳实施例的一种用于近眼检测系统的对准方法的流程示意图。

图4示出了根据本发明的上述较佳实施例的所述对准方法的步骤之一的流程示意图。

图5示出了根据本发明的上述较佳实施例的所述对准方法的步骤之二的流程示意图。

图6示出了根据本发明的上述较佳实施例的所述对准方法存在对准误差的原理示意图。

图7示出了根据本发明的上述较佳实施例的所述对准方法存在对准误差的原理示意图。

图8示出了在根据本发明的上述较佳实施例的所述对准方法中通过检测相机采集的检测图像的示意图。

图9是根据本发明的上述较佳实施例的一种用于近眼检测系统的对准系统的框图示意图。

图10示出了根据本发明的一实施例的一种用于近眼检测系统的对准系统的立体示意图。

图11是根据本发明的一实施例的一种用于近眼检测系统的对准方法的流程示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

在本发明中，权利要求和说明书中术语“一”应理解为“一个或多个”，即在一个实施例，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。除非在本发明的揭露中明确示意该元件的数量只有一个，否则术语“一”并不能理解为唯一或单一，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，属于“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过媒介间接连结。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

诸如AR(增强现实)眼镜或VR(虚拟现实)眼镜之类的近眼显示系统的成像质量将直接影响到用户体验。另外，由于AR、VR行业的迅速发展，对近眼显示系统成像质量的检测精度提出了更高的要求。当近眼检测系统对近眼显示系统进行检测时，检测相机的摆放位置对近眼显示系统的检测指标(如视场角、畸变、亮度、亮度均匀性、色度、色度均匀性、解像力、分辨率、对比度等)有直接影响。而由于将检测相机的相机平面(即相机成像平面)与待测的近眼显示系统的虚像平面平行对心放置，既能够减小检测算法的难度，又能够提升近眼检测系统的检测精度，因此检测相机的相机平面中心与待测的近眼显示系统的虚像平面中心对准是提升该近眼检测系统精度的核心技术之一。例如，本发明的所述近眼检测系统的详细描述可参考本申请人申请的专利申请号为201811136033.3，名称为“近眼显示光学系统的检测方法、检测装置和检测系统”的中国发明专利，在此不再赘述。

目前，现有的对准方法的对准误差与待测相机的初始位置有很大关系，并且随着近眼显示系统的眼盒区域(eyebox)的范围扩大，该现有的对准方法的对准误差将随之变大，进而导致近眼检测系统的检测精度大幅降低。具体地，根据近眼显示系统的成像原理(如图1所示)易知：在近眼显示系统1中，人眼只有在OABC(即眼盒区域)的范围内才能看清所述近眼显示系统1的全视场图像。如图2所示，如果将眼盒区域的横截面最大处的高度AB设为d₀，将所述近眼显示系统1的虚像平面101与眼盒区域的横截面最大处之间的距离(简称虚像距离)设为s，则在检测相机2的相机平面的中心对准所述近眼显示系统1的所述虚像平面101的中心的情况下，因所述检测相机2所处位置与所述近眼显示系统1的眼盒区域中心存在位置偏差而产生的最大偏转角α为：

由此可知，所述检测相机2的最大偏转角α与所述近眼显示系统1的眼盒区域的大小呈正比，也就是说，当所述近眼显示系统1的眼盒区域范围增大时，最大偏转角α也会随之变大，故为了减少对所述近眼显示系统1的像质检测结果的影响，必须提升所述检测相机2的相机平面中心与所述近眼显示系统1的虚像平面中心之间的对准精度。而由于在虚像距离s一定的情况下，偏转角误差只会受到眼盒区域范围(即眼盒区域的横截面最大处的高度d₀)的影响，因此通过限制检测相机的移动范围就能够直接提升对准精度。

参考图3至图5所示，根据本发明的较佳实施例的一种用于近眼检测系统的对准方法被阐明。具体地，如图3所示，所述用于近眼检测系统的对准方法包括步骤：

S110：在检测相机2通过孔径光阑3的内孔30能够观测到经由近眼显示系统1显示的虚拟标板的中心时，获取通过所述检测相机2采集的检测图像，其中所述孔径光阑3被放置于近眼显示系统1和检测相机2之间，并且所述孔径光阑3的内孔30位于所述近眼显示系统1的眼盒区域内；

S120：对所述检测图像进行处理，以获得所述检测相机2的位姿调整信号；

S130：基于所述检测相机2的所述位姿调整信号，移动所述检测相机2以调整所述检测相机2的位姿，使得所述检测相机2的相机中心与所述孔径光阑3的内孔中心或所述虚拟标板的标板中心之间的偏差减小；以及

S140：重复执行所述步骤S110、所述步骤S120以及所述步骤S130，直至所述检测相机2的相机中心与所述孔径光阑3的内孔中心和所述虚拟标板的标板中心基本上对准。

值得注意的是，由于所述孔径光阑3被放置于所述近眼显示系统1和所述检测相机2之间，并且所述孔径光阑3的内孔30位于所述近眼显示系统1的眼盒区域之内，因此所述孔径光阑3的内径d₁必须小于所述近眼显示系统1的眼盒区域的横截面最大处的高度d₀。而为了确保所述检测相机2通过所述孔径光阑3的内孔30能够观测到经由所述近眼显示系统1显示的虚拟标板的中心，则根据所述近眼显示系统1结合所述孔径光阑3的成像原理(如图6所示)可知：在所述近眼显示系统1中，所述检测相机2只有在abdeC的范围内才能通过所述孔径光阑3的所述内孔30观测到经由所述近眼显示系统1显示的虚拟标板的中心，进而检测到经由所述近眼显示系统1显示的虚拟标板的中心。

换句话说，通过所述孔径光阑3可以将所述检测相机2的移动范围限制在abdeC的范围内，而由于abdeC的范围小于所述近眼显示系统1的眼盒区域范围，即OABC范围(如图6所示)，且abdeC的横截面最大处的高度de小于所述近眼显示系统1的眼盒区域的横截面最大处的高度d₀，因此本发明的所述对准方法能够限制所述检测相机2的移动范围，这有助于提高所述检测相机2的相机中心与所述近眼显示系统1的虚像中心的对准精度。

可以理解的是，如图7所示，在通过移动所述检测相机2以使所述检测相机2的相机中心与所述孔径光阑3的内孔中心和经由所述近眼显示系统1显示的所述虚拟标板的中心相对准时，所述检测相机2所处位置与所述近眼显示系统1的眼盒区域中心之间的位置偏差等于所述孔径光阑3的放置位置与所述近眼显示系统1的眼盒区域中心之间的位置偏差O₀O₁(如设为Δd)，如果将所述近眼显示系统1的虚像平面101与眼盒区域的横截面最大处之间的距离(简称虚像距离)设为s，则在通过所述对准方法对准之后，因所述检测相机2所处位置与所述近眼显示系统1的眼盒区域中心之间的位置偏差而产生的偏转角Δα近似为：

由此可知，在通过所述对准方法对准之后，所述检测相机2的偏转角Δα与所述孔径光阑3的放置位置和所述近眼显示系统1的眼盒区域中心的位置偏差呈正比，使得所述检测相机2的偏转角Δα主要受所述孔径光阑3放置位置的影响，而与所述近眼显示系统1的眼盒区域范围无关。也就是说，所述对准方法将所述检测相机2的偏转角影响因素由所述近眼显示系统1的眼盒区域范围转变为所述孔径光阑3的放置位置，即将无法调整的影响因素转变成可控制调整的影响因素，这对于眼盒区域范围越来越大的近眼显示系统1而言至关重要。

换句话说，无论所述近眼显示系统1的眼盒区域范围是大是小，只需减小所述孔径光阑3的放置位置与所述近眼显示系统1的眼盒区域中心之间的位置偏差Δd，就能够提高所述对准方法的对准精度，进而提高所述近眼检测系统对所述近眼显示系统1的检测精度。而由于仅通过简单的机械结构就能够保证所述孔径光阑3的放置位置与所述近眼显示系统1的眼盒区域中心之间的位置偏差Δd远小于所述近眼显示系统1的眼盒区域的横截面最大处的高度d₀，即Δd＞＞d₀2，因此本发明的所述对准方法能够大幅地提高对准精度，进而大幅提升所述近眼检测系统的检测精度。

值得一提的是，在本发明中，通过所述近眼显示系统1显示的所述虚拟标板具有带有角点的特征图案，并且所述特征图像的角点重合于所述虚拟标板的中心，使得在所述检测相机2通过所述孔径光阑3的所述内孔30能够观测到经由所述近眼显示系统1显示的所述虚拟标板的中心时，通过所述检测相机2采集的检测图像将包括通过所述孔径光阑3的所述内孔30观测到的所述虚拟标板的所述特征图案的图像和通过所述孔径光阑3的所述内孔30形成的亮斑连通域的图像，这样就能够通过对所述检测图像中所述特征图案的图像和所述亮斑连通域的图像进行处理，获得所述检测相机2的相机中心分别与所述虚拟标板的标板中心和所述孔径光阑3的内孔中心之间的偏差，进而基于该偏差获得所述检测相机2的位姿调整信号，以便通过移动所述检测相机2来调整所述检测相机2的位姿。

示例性地，本发明的所述对准方法的所述步骤S120可以包括步骤：

S121：提取所述检测图像中所述虚拟标板的所述特征图案的角点位置，以获得所述检测相机2的姿态偏差，其中所述姿态偏差为所述检测相机2的相机中心与所述虚拟标板的标板中心之间的偏差；

S122：提取所述检测图像中通过所述孔径光阑3的所述内孔30形成的亮斑连通域的中心位置，以获得所述检测相机2的位置偏差，其中所述位置偏差为所述检测相机2的相机中心与所述孔径光阑的内孔中心之间的偏差；以及

S123：分析所述检测相机2的所述姿态偏差和所述位置偏差，以获得所述检测相机2的所述位姿调整信号。

可以理解的是，由于所述孔径光阑3位于所述检测相机2的镜头前端，因此通过所述孔径光阑3的所述内孔30光线在平行对心放置在镜头前端时，能够通过所述孔径光阑3的所述内孔30在所述检测图像上形成所述亮斑连通域的图像；而由于所述检测相机2能够通过所述孔径光阑3的所述内孔30观测到所述虚拟标板的中心，则在所述检测图像上，所述虚拟标板的所述特征图案的角点图像位于所述亮斑连通域的图像的内部。

值得注意的是，所述虚拟标板的所述特征图案可以但不限于被实施为具有角点的图案，并且该图案的角点重合于该虚拟标板的标板中心，使得从所述检测图像中提取出的所述虚拟标板的所述特征图案的角点位置与所述虚拟标板的标板中心相对应，从而获得所述检测相机2的姿态偏差。

优选地，经由所述近眼显示系统1显示的所述虚拟标板的所述特征图案被实施为十字型图案，并且所述十字型图案的中心角点重合于所述虚拟标板的标板中心，其中所述虚拟标板的背景颜色为单色(如白色)，并且所述十字型图案用另一颜色(如黑色)区分，这样仅需要检测少量的特征点，加入少量的加减运算，无需迭代即可计算出所述检测相机2所需调整的位姿，以便获得相应的位姿调整信号。当然，在本发明的其他示例中，所述虚拟标板4的所述特征图案41也可以被实施为其他具有与所述虚拟标板4的中心重合的角点的特征图案，例如*型特征图案、米字型特征图案等等，本发明对此不再做进一步限制。

更具体地，通过所述检测相机2采集到的所述检测图像200则如图8所示，其中P₀为所述检测图像200的中心位置(即所述检测相机2的相机中心对应的像素位置)，P₁为所述虚拟标板的所述特征图案的角点在所述检测图像200上的位置(即经由所述近眼显示系统1所显示的所述虚拟标板的标板中心对应的像素位置)，P₂为经由所述孔径光阑3的所述内孔30形成的所述亮斑连通域的图像中心在所述检测图像200上的位置(即所述孔径光阑3的内孔中心对应的像素位置)；这样所述检测图像200的中心位置与所述虚拟标板的标板中心的图像之间的距离P₀P₁为所述检测相机2的相机中心与所述虚拟标板的标板中心之间的偏差(即所述检测相机2的姿态偏差)，且所述检测图像200的中心位置与所述亮斑连通域的图像中心之间的距离P₀P₂为所述检测相机2的相机中心与所述孔径光阑3的内孔中心之间的偏差(即所述检测相机2的位置偏差)，从而根据所述检测相机2的相机中心分别与所述虚拟标板的标板中心和所述孔径光阑3的内孔中心之间的偏差，获得所述检测相机2的位姿调整信号，以便相应地移动所述检测相机2来调整所述检测相机2的位姿，使得所述检测相机2的相机中心与所述虚拟标板的标板中心或所述孔径光阑3的内孔中心之间的偏差减小。

可以理解的是，通过简单的图像处理就能够获得所述虚拟标板的中心所对应的像素位置和所述孔径光阑3的内孔中心所对应的像素位置，从而可以计算出所述检测相机2所调整的位姿，以使所述虚拟标板的中心所对应的像素位置重合于所述检测相机2的像素平面的中心位置，即使得所述检测相机2的相机中心与经由所述近眼显示系统1显示的虚拟标板的中心对准；并使所述孔径光阑3的内孔中心所对应的像素位置重合于所述检测相机2的像素平面的中心位置，即使得所述检测相机2的相机中心与所述孔径光阑3的内孔中心对准。

然而，一旦所述检测相机2的位姿发生改变，则所述检测相机2的相机中心分别与所述虚拟标板的标板中心和所述孔径光阑3的内孔中心之间的偏差也将随之发生改变。而所述检测相机2可以连续地采集所述检测图像，以便通过对所述检测图像来获得相应的位姿调整信号，进而基于所述位姿调整信号连续地移动所述检测相机2来调整所述检测相机2的位姿，直至所述检测相机2的相机中心分别与所述虚拟标板的标板中心和所述孔径光阑3的内孔中心之间的偏差小于一预定阈值，使得所述检测相机2的相机中心分别与所述虚拟标板的标板中心和所述孔径光阑3的内孔中心基本上对准。

值得一提的是，由于所述检测相机2的位姿既包括所述检测相机2的位置，又包括所述检测相机2的姿态，而通过平移可以调整所述检测相机2的位置，并通过旋转可以调整所述检测相机2的姿态，也就是说，通过平移和旋转均可以调整所述检测相机2的位姿。因此，在本发明的这个实施例中，当所述位姿调整信号被实施为一位置调整信号时，响应于所述位姿调整信号，平移所述检测相机2以减小所述检测相机2的位置偏差；当所述位姿调整信号被实施为一姿态调整信号，旋转所述检测相机2，以减小所述检测相机2的姿态偏差。

具体地，在本发明的这个实施例的所述对准方法的所述步骤S123中：分析所述检测相机2的所述姿态偏差与所述位置偏差之间的大小，当所述检测相机2的所述姿态偏差大于所述位置偏差时，所述位姿调整信号被实施为一姿态调整信号；当所述检测相机2的所述姿态偏差不大于所述位置偏差时，所述位姿调整信号被实施为一位置调整信号。

相应地，在本发明的这个实施例中，所述对准方法的所述步骤S130包括步骤：

S131：当所述位姿调整信号为所述姿态调整信号时，控制运动平台以旋转所述检测相机2，以减小所述检测相机2的姿态偏差；和

S132：当所述位姿调整信号为所述位置调整信号时，控制所述运动平台以平移所述检测相机2，以减小所述检测相机2的位置偏差。

本领域技术人员可以理解的是，在本发明的其他示例中，在所述对准方法的所述步骤S123中：可以直接分析所述检测相机2的所述姿态偏差是否大于一预定姿态偏差阈值，如果是，则所述位姿调整信号被实施为所述姿态调整信号，以旋转所述检测相机2，如果否，则所述位姿调整信号被实施为所述位置调整信号，以平移所述检测相机2；或者，也可以直接分析所述检测相机2的所述位置偏差是否大于一预定位置偏差阈值，如果是，则所述位姿调整信号被实施为所述位置调整信号，以平移所述检测相机2，如果否，则所述位姿调整信号被实施为所述姿态调整信号，以旋转所述检测相机2；或者，还可以不判断所述检测相机2的所述姿态偏差和所述位置偏差的大小，而直接根据所述检测图像的次序将所述位姿调整信号依次实施为所述姿态调整信号和所述位置调整信号，进而依次旋转和平移所述检测相机2。换句话说，本发明对所述位姿调整信号的获得方式以及所述检测相机2的旋转和平移的先后次序均不做进一步限制，只要最终实现所述检测相机2的对准效果即可。

值得注意的是，所述预定姿态偏差阈值可以但不限于被实施为所述检测相机2的相机中心与所述近眼显示系统1显示的虚拟标板的中心之间的最大像素偏差值，也就是说，所述预定姿态偏差阈值为所述检测相机2的所述姿态偏差可以允许的最大偏差值；而所述预定位置偏差阈值可以但不限于被实施为所述检测相机2的相机中心与所述孔径光阑3的内孔中心之间的最大像素偏差值，也就是说，所述预定位置偏差阈值为所述检测相机2的所述位置偏差可以允许的最大偏差值。此外，所述预定姿态偏差阈值和所述预定位置偏差阈值均可以根据不同对准精度的需求来设计，以便在满足所述近眼检测系统的对准精度需求的情况下，尽可能简化所述对准方法的流程。

值得一提的是，在本发明的这个实施例中，由于所述检测相机2的位姿调整信号既可以被实施为姿态调整信号，以控制所述运动平台平移所述检测相机2，使得所述孔径光阑3的内孔中心所对应的像素位置重合于所述检测相机2的像素平面的中心位置，又可以被实施为位置调整信号，以控制所述运动平台旋转所述检测相机2，使得所述虚拟标板的标板中心所对应的像素位置重合于所述检测相机2的像素平面的中心位置，从而实现所述检测相机2的相机中心与所述孔径光阑3的内径中心和所述虚拟标板的白板中心相对准的目的。

这里，所述运动平台可以但不限于被实施为6自由度运动平台，也就是说，响应于所述姿态调整信号，所述运动平台能够绕X、Y、Z三个直角坐标轴旋转所述检测相机2，以使所述检测相机2的相机中心对准于经由所述近眼显示系统1显示的虚拟标板的中心；而响应于所述位置调整信号，所述运动平台又能够沿X、Y、Z三个直角坐标轴方向平移所述检测相机2，以使所述检测相机2的相机中心对准于所述孔径光阑3的内孔中心。当然在本发明的其他示例中，所述运动平台也可以被实施为其他类型的运动机构，例如机械臂等等，只需实现平移和旋转所述检测相机2即可，本发明对此不再赘述。

值得注意的是，本发明的所述对准方法分别通过旋转所述检测相机2以使所述检测相机2的相机中心对准于所述近眼显示系统1显示的虚拟标板的中心，以及平移所述检测相机2以使所述检测相机2的相机中心对准于所述孔径光阑3的内孔中心，这使得所述检测相机2的旋转角度和平移距离与所述检测相机2的初始放置位置有直接关系。特别是一旦所述检测相机2的平移距离稍远时，则被平移后的所述检测相机2的相机中心与所述近眼显示系统1显示的虚拟标板的中心将存在一定的偏差。因此为了保证所述检测相机2的相机中心、所述近眼显示系统1显示的虚拟标板的中心以及所述空间光阑3的内孔中心基本保持对准，则所述对准方法需要对所述检测相机2进行重复旋转和平移，也就是说，需要重复执行所述对准方法的所述步骤S110、所述步骤S120以及所述步骤S130，以提高对准精度，使得所述检测相机2的相机中心、所述近眼显示系统1显示的虚拟标板的中心以及所述空间光阑3的内孔中心之间的对准精度满足要求。此外，通过重复执行所述步骤S110至所述步骤S130，就可以在无需人工操作的情况下自动地执行所述对准方法，直至所述检测相机2的对准精度满足所述近眼检测系统的要求。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供了一种用于近眼检测系统的对准系统。具体地，如图9所示，所述用于近眼检测系统的对准系统400包括依次可通信地连接的一获取模块410、一图像处理模块420以及一相机移动模块430。所述获取模块410用于在检测相机2通过孔径光阑3的内孔30能够观测到经由近眼显示系统1显示的虚拟标板的中心时，获取通过所述检测相机2采集的检测图像，其中所述孔径光阑3被放置于近眼显示系统1和检测相机2之间，并且所述孔径光阑3的内孔30位于所述近眼显示系统1的眼盒区域内。所述图像处理模块420用于对所述检测图像进行处理，以获得所述检测相机2的位姿调整信号。所述相机移动模块430用于基于所述检测相机2的所述位姿调整信号，移动所述检测相机2以调整所述检测相机2的位姿，使得所述检测相机2的相机中心与所述孔径光阑3的内孔中心或所述虚拟标板的中心之间的偏差减小。

进一步地，所述图像处理模块420包括一第一提取模块421、一第二提取模块422以及一分析模块423。所述第一提取模块421用于提取所述检测图像中所述虚拟标板的所述特征图案的角点位置，以获得所述检测相机2的姿态偏差，其中所述姿态偏差为所述检测相机2的相机中心与所述虚拟标板的标板中心之间的偏差。所述第二提取模块422用于提取所述检测图像中所述亮斑连通域的中心位置，以获得所述检测相机2的位置偏差，其中所述位置偏差为所述检测相机2的相机中心与所述孔径光阑的内孔中心之间的偏差。所述分析模块423用于分析所述检测相机2的所述姿态偏差和所述位置偏差，以获得所述检测相机2的所述位姿调整信号。

在本发明的一示例中，所述分析模块423还用于分析所述检测相机2的所述姿态偏差与所述位置偏差之间的大小，当所述检测相机2的所述姿态偏差大于所述位置偏差时，所述位姿调整信号被实施为一姿态调整信号；当所述检测相机2的所述姿态偏差不大于所述位置偏差时，所述位姿调整信号被实施为一位置调整信号。

在本发明的一示例中，所述相机移动模块430包括一相机旋转模块431和一相机平移模块432，其中所述相机旋转模块431用于在所述位姿调整信号为所述姿态调整信号时，控制运动平台以旋转所述检测相机2，使得所述检测相机2的相机中心与所述虚拟标板的标板中心之间的偏差得以减小；其中所述相机平移模块432用于在所述位姿调整信号为所述位置调整信号时，控制所述运动平台以平移所述检测相机2，使得所述检测相机2的相机中心与所述孔径光阑3的内孔中心之间的偏差得以减小。

这里，本领域技术人员可以理解，上述对准系统400中的各个单元和模块的具体功能和操作已经在上面参考图3到图5描述的用于近眼检测系统的对准方法中详细介绍，并因此，将省略其重复描述。

如上所述，根据本发明实施例的对准系统可以实现在各种终端设备中，例如用于近眼检测系统的服务器。在一个示例中，根据本发明实施例的对准系统可以作为一个软件模块和/或硬件模块而集成到所述终端设备中。例如，该对准系统可以是该终端设备的操作系统中的一个软件模块，或者可以是针对于该终端设备所开发的一个应用程序；当然，该对准系统同样可以是该终端设备的众多硬件模块之一。

替换地，在另一示例中，该对准系统与该终端设备也可以是分立的终端设备，并且该对准系统可以通过有线和/或无线网络连接到该终端设备，并且按照约定的数据格式来传输交互信息。

值得一提的是，根据本发明的另一方面，本发明进一步提供了一种用于近眼检测系统的对准系统的立体示意图。具体地，如图10所示，所述用于近眼检测系统的对准系统500包括一检测相机510、一运动平台520、一固定平台530以及一对准设备540。所述固定平台530用于固定所述近眼显示系统1和所述孔径光阑3，以使所述孔径光阑3位于所述近眼显示系统1的眼盒区域范围内。所述检测相机510用于在检测相机2通过孔径光阑3的内孔30能够观测到经由近眼显示系统1显示的虚拟标板的中心时，采集检测图像。所述运动平台520用于移动所述检测相机510。所述对准设备540包括处理器541和存储器542，其中所述存储器542中存储有计算程序指令，所述计算程序指令在被所述处理器541运行时，使得所述处理器541执行如上所述的对准方法。

根据本发明的另一方面，如图11所示，本发明进一步提供了一种用于近眼检测系统的对准方法，包括步骤：

S610：通过固定平台530，固定一近眼显示系统1和一孔径光阑3，以使所述孔径光阑3位于所述近眼显示系统1的眼盒区域范围内；

S620：通过检测相机2，在所述检测相机2通过所述孔径光阑3的内孔30能够观测到经由所述近眼显示系统1显示的虚拟标板的中心时，采集检测图像；

S630：通过对准设备540，对所述检测图像进行处理，以获得所述检测相机2的位姿调整信号；以及

S640：通过运动平台510，基于所述位姿调整信号，移动所述检测相机2以调整所述检测相机2的位姿，使得所述检测相机2的相机中心与所述孔径光阑3的内孔中心或所述虚拟标板的标板中心之间的偏差减小。

示意性计算程序产品

除了上述方法和设备以外，本发明的实施例还可以是计算程序产品，其包括计算程序指令，所述计算程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“对准方法”部分中描述的根据本发明各种实施例的方法中的步骤。

所述计算程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如C语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本发明的实施例还可以是计算可读存储介质，其上存储有计算程序指令，所述计算程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述方法中的步骤。

所述计算可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

以上结合具体实施例描述了本发明的基本原理，但是，需要指出的是，在本发明中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本发明的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本发明为必须采用上述具体的细节来实现。

本发明中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本发明的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本发明。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本发明的范围。因此，本发明不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims

1.一种用于近眼检测系统的对准方法，其特征在于，包括步骤：

2.如权利要求1所述的对准方法，其中，所述对该检测图像进行处理的步骤，包括步骤：

3.如权利要求2所述的对准方法，其中，在分析该检测相机的该姿态偏差和该位置偏差，以获得该检测相机的该位姿调整信号的步骤中：

4.如权利要求2所述的对准方法，其中，在分析该检测相机的该姿态偏差和该位置偏差，以获得该检测相机的该位姿调整信号的步骤中：

5.如权利要求3或4所述的对准方法，其中，所述基于该检测相机的该位姿调整信号，移动该检测相机以调整该检测相机的位姿，使得该检测相机的相机中心与该孔径光阑的内孔中心或该虚拟标板的标板中心之间的偏差减小的步骤，包括步骤：

6.如权利要求5所述的对准方法，其中，该虚拟标板的该特征图案为具有角点的图案，并且该图案的该角点重合于该虚拟标板的标板中心。

7.如权利要求6所述的对准方法，其中，该虚拟标板的该特征图案为十字型图案或米字型图案，并且该特征图案的中心角点重合于该虚拟标板的标板中心。

8.一种用于近眼检测系统的对准系统，其特征在于，包括：

一相机移动模块，用于基于该检测相机的该位姿调整信号，移动该检测相机以调整该检测相机的位姿，使得该检测相机的相机中心与该孔径光阑的内孔中心或该虚拟标板的标板中心之间的偏差减小；

其中所述图像处理模块包括一第一提取模块、一第二提取模块以及一分析模块，其中所述第一提取模块用于提取该检测图像中该虚拟标板的特征图案的角点位置，以获得该检测相机的姿态偏差，其中该检测相机的该姿态偏差为该检测相机的相机中心与该虚拟标板的标板中心之间的偏差；其中所述第二提取模块用于提取该检测图像中通过该孔径光阑的该内孔形成的亮斑连通域的中心位置，以获得该检测相机的位置偏差，其中该检测相机的该位置偏差为该检测相机的相机中心与该孔径光阑的内孔中心之间的偏差；其中所述分析模块用于分析该检测相机的该姿态偏差和该位置偏差，以获得该检测相机的该位姿调整信号。

9.如权利要求8所述的对准系统，其中，所述分析模块还用于分析该检测相机的该姿态偏差与该位置偏差之间的大小，当该检测相机的该姿态偏差大于该位置偏差时，该位姿调整信号为一姿态调整信号；当该检测相机的该姿态偏差不大于该位置偏差时，该位姿调整信号为一位置调整信号。

10.如权利要求8所述的对准系统，其中，所述分析模块还用于分析该检测相机的该姿态偏差是否大于一预定姿态偏差阈值，如果是，则该位姿调整信号为一姿态调整信号，如果否，则该位姿调整信号为一位置调整信号。

11.如权利要求9或10所述的对准系统，其中，所述相机移动模块包括一相机旋转模块和一相机平移模块，其中所述相机旋转模块用于在该位姿调整信号为该姿态调整信号时，控制一运动平台以旋转该检测相机，以减小该检测相机的该姿态偏差；其中所述相机平移模块用于在该位姿调整信号为该位置调整信号时，控制该运动平台以平移该检测相机，以减小该检测相机的该位置偏差。

12.一种用于近眼检测系统的对准系统，其特征在于，包括：

一运动平台，用于移动所述检测相机；以及

一对准设备，其中所述对准设备包括处理器和存储器，其中在所述存储器中存储有计算程序指令，所述计算程序指令在被所述处理器运行时使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一所述的对准方法。

13.一种用于近眼检测系统的对准方法，其特征在于，包括步骤：

通过一运动平台，基于所述检测相机的该位姿调整信号，使得所述检测相机的相机中心与该孔径光阑的内孔中心或该虚拟标板的标板中心之间的偏差减小；

其中所述对准设备包括处理器和存储器，其中在所述存储器中存储有计算程序指令，所述计算程序指令在被所述处理器运行时使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一所述的对准方法。

14.一种计算可读存储介质，其特征在于，存储有计算程序指令，当所述计算程序指令被计算装置执行时，可操作执行如权利要求1至7中任一所述的对准方法。