CN113252309A - 一种用于近眼显示设备的测试方法、测试装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近眼显示设备的测试方法、测试装置及存储介质，包括：在取像模块的入瞳面位于所述近眼显示设备的眼盒区域内以形成检测光路后，调整所述取像模块的入瞳面与所述近眼显示光学系统的出瞳面对齐，获取具有完整的测试图像的画面作为测试图片，获取所述测试图片和测试图像的成像参数之间的对应关系，基于预设的所述测试图片的像素亮度参数极限值，获取满足极限值的像素在测试图片上的图像边界的像素坐标参数，计算并输出所述近眼显示设备视场的测量结果。本发明提供的测试方法通过获取取完整的测试图片，检测视场边界，计算并输出视场度，提高了测试效率。本发明提供的测试装置仅需要最少的设备和系统设置，测试平台容易搭建。
Description
技术领域
本发明涉及近眼显示光学系统领域，尤其涉及用于近眼显示光学显示屏视场的测试方法及测试装置。
背景技术
近眼显示设备(NED，Near-Eye Display)是指在一只眼睛或两只眼睛的视野范围内创建一个能够观察到虚拟图像的显示器件。目前该技术广泛用于虚拟/增强现实显示(VR/AR)产品，其应用发展势头十分迅猛。其中视场(FOV，Field of View)是一项十分重要的性能指标：视场的提升可以更好的显示画面，直接影响人们的视觉感受；也可以提供更好的沉浸式体验，增加真实感。
由于近眼显示设备所成的像是视场范围较大的虚像，现有技术中视场测试的测试方法为通过取相设备模拟眼球转动，即移动取相镜头的位置和角度，多次抓取图像，以模拟眼球的成像。由于多次获取测量图片，从而会使测量时间变长，另外，由于角度的旋转，在用亮度法判断显示区域边界的时候会存在角度变化带来的系统误差，这会使测量结果不准确。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于，提供一种用于近眼显示设备的测试方法、测试装置及存储介质，通过一次性获取完整的测试图片，能够在保证测量准确度的前提下，大大缩短视场测量的时间，提高测试效率。进一步地，本申请进一步提供一种眼盒的测试方法，能够在视场测试的基础上，以最小的变动，完成眼盒的评估测试。
由此，为了解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：
一方面，本发明提供一种用于近眼显示设备的测试方法，包括如下步骤：
S1：在取像模块的入瞳面位于所述近眼显示设备的眼盒区域内以形成检测光路后，调整所述取像模块的入瞳面与所述近眼显示光学系统的出瞳面对齐；
S2：在取相模块的入瞳面与所述近眼显示光学系统的出瞳面对齐时，获取具有完整的测试图像的画面作为测试图片，其中，所述测试图像是通过近眼显示光学系统的图像源形成于所述近眼显示光学系统的显示单元的虚像；
S3：基于所述测试图像和测试图片，获取所述测试图片和测试图像的成像参数之间的对应关系，所述成像参数包括像素亮度参数和像素坐标参数；
S4：获取所述测试图片的像素亮度参数并与预设的极限值比较，基于预设的所述测试图片的像素亮度参数极限值，获取满足极限值的像素在测试图片上的图像边界的像素坐标参数；
S5：基于获得的所述图像边界的像素坐标参数得到像素间距，计算并输出所述近眼显示设备视场的测量结果。
进一步地，步骤S4具体可以包括；
S401：从所述测试图片的中心点开始，向左、右和上、下方向分别读取测试图片的像素亮度参数，直到像素亮度参数读数降低到预设的像素亮度参数的极限值，分别记录在左、右和上、下方向的满足极限值的图像边界的像素坐标参数；
S402：基于获得的满足极限值的图像边界的像素坐标参数，获取图像边界的像素离所述中心点在左、右和上、下方向的像素间距；
S403：对应记录所述像素间距在左、右和上、下方向的数值。
作为可选地，所述测试图片可以为所述测试图像经检测透镜后在检测相机的成像面上形成的画面。
进一步地，所述取相模块的入瞳面为所述检测透镜的入瞳面，在所述检测透镜的入瞳面与近眼显示光学系统的出瞳面对齐之前还需进行测量系统的校验，以使得测试结果不受测量系统的系统偏差的影响。
特别地，获取所述像素坐标参数具体为，获取所述测试图像所在三维坐标系与所述测试图片所在的所述检测相机的成像面上的二维图像坐标系的像素坐标系的对应关系；其中，
所述三维坐标系是所述虚像和所述取相模块所在的三维的坐标系；
所述二维图像坐标系是所述三维坐标系经取相模块所在的相机坐标系转换后在所述检测相机的成像面上的投影所在平面的坐标系；
所述像素坐标系是将所述的二维图像坐标系离散抽样形成的二维的像素坐标系。
作为可选地，在所述步骤S1中，调整所述图像源为纯色画面。优选设置图像源为纯白画面。
优选地，所述的计算并输出所述近眼显示设备视场的测量结果之后还包括：
S6：获取所述视场的测量结果的固定百分比作为判定眼盒边界的预设基准值；
S7：在取相模块的入瞳面与所述近眼显示光学系统的出瞳面对齐时，以取相模块的光心为坐标原点，调整所述取相模块分别沿x,y,z坐标轴方向移动，其中,z轴与检测光路平行或重合，x,y所在平面垂直于z轴；
S8：在取相模块移动的过程中重复所述S4～S5的步骤，以对应取相模块的移动逐一获取视场的测试结果，直到视场的测试结果降低到预设的基准值，记录取相模块的坐标的边界值；
S9：基于获取的取相模块的坐标边界值，计算并输出所述近眼显示设备眼盒的测量结果。
具体地，单眼在某一特定视距z坐标的眼盒截面积计算如下：
EYEBOX＝|x1-x2|×|y1-y2|
总眼盒的三维体积计算如下：
第二方面，基于上述的一种用于测量近眼显示设备视场的测试方法本发明进一步提供用于测量近眼显示设备视场的测试装置，包括：定位模块、取像模块、校验和标定模块、图像处理模块和主控模块；
所述定位模块，用于调整所述近眼显示设备的位置以形成检测光路以及调整取相单元的入瞳面与近眼显示光学系统的出瞳面对齐；
所述取相模块，用于获取测试图片；
所述校验和标定模块，用于获取所述测试图片和测试图像的成像参数之间的对应关系；
图片处理模块，用于获取所述测试图片的成像参数，包括获取像素亮度参数并与预设的极限值比较，以获取满足极限值的像素在测试图片上的图像边界的像素坐标参数以及像素间距；
所述主控模块，用于基于获得的图像边界的像素坐标参数得到像素间距，计算并输出所述近眼显示设备视场的测量结果。
作为可选地，所述取相模块包括检测透镜和检测相机，其中，所述检测透镜还包括调焦电机，所述主控模块还用于控制所述调焦电机，以调整所述检测透镜的物距。
优选地，所述主控模块还包括显示及操作单元，用于显示所述测量结果，所述显示及操作单元还用于对所述定位模块、取相模块、校验和标定模块、以及图片处理模块的控制。
优选地，所述主控模块还包括测控子模块，用于基于获得的近眼显示设备视场的测量结果，设定判定眼盒边界的预设基准值；
所述定位模块还用于调整取相模块在取相模块的入瞳面与所述近眼显示光学系统的出瞳面对齐时，以取相模块的光心为坐标原点分别沿x,y,z坐标轴方向移动，其中,z轴与检测光路平行或重合，x,y所在平面垂直于z轴；
对应所述定位模块的移动，所述测控子模块同步对应获取视场的测试结果并于预设基准值比较，计算并输出近眼显示设备眼盒的测量结果。
第三方面，本发明进一步提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如权利要求1至8任一项所述的用于测量近眼显示设备视场的测试方法中的步骤。
采用上述技术方案，本发明所述的一种用于测量近眼显示设备视场的测试方法、测试装置及存储介质具有如下有益效果：
1.本发明提供的一种用于近眼显示设备的测试方法、测试装置及存储介质，实现一次性获取完整的测试图片，能够在保证测量准确度的前提下，大大缩短测量时间，提高测试效率。
2.本发明所述的一种用于近眼显示设备的测试方法，较现有技术的移动取相设备的位置和角度多次抓取图像，以模拟眼球的成像的方式，在用亮度参数作为判断视场的边界时，不需要移动取相设备的位置和角度，能够减少角度引起的亮度偏差，测量值更准确。
3.本发明提供的一种近眼显示设备视场的测试方法、测试装置及存储介质，实现一次性获取完整的测试图片，能够对近眼显示设备的视场和眼盒进行测试，提高测试设备使用率以及测试效率。
4.本发明所述的一种用于测量近眼显示设备视场的测试装置，仅需要最少的设备、系统设置和集成时间，测试平台容易搭建。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。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的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明提供的一种近眼显示设备视场的测试方法的流程示意图；
图2为本发明提供的测试方法的一个成像及视场测试系统的示意图；
图3为图2所示的测试系统中涉及的坐标系的示意图；
图4为一个实施例的定位模块的示意图；
图5为本发明提供的一种近眼显示设备视场的测试装置的示意图。
图中：1-虚像，2-NED显示屏，3-NED光学透镜，4-NED光学透镜的出瞳，5-检测透镜的入瞳，6-检测透镜，7-检测相机，8-实像；
10-测试装置，11-定位模块，12-取相模块，13-校验和标定模块，14-图像处理模块，15-主控模块，16-显示及操控单元
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
现有技术中视场测试的测试方法为通过取相设备模拟眼球转动，即移动取相镜头的位置和角度，多次抓取图像，以模拟眼球的成像。由于需要多次获取测量图片，在实际应用中，基于上述测试方法的视场测试装置的成本高,操作复杂,耗时长。
由此，本发明提供一种近眼显示设备视场的测试方法，该测试方法通过一次性获取完整的测试图片，实现近眼显示设备视场的快速检测，大大缩短了测量的时间，提高测试效率。
本发明提供的一种近眼显示设备视场的测试方法，具体地，参照图1，包括如下步骤：
S1：在取像模块的入瞳面位于所述近眼显示设备的眼盒区域内以形成检测光路后，调整所述取像模块的入瞳面与所述近眼显示光学系统的出瞳面对齐；
本领域的技术人员应理解的是，所述的取相模块用于模拟人在使用近眼显示设备时的眼球的位置和视场，包括将入射光瞳直接定位到近眼显示装置的眼盒区域，能够完整的捕捉近眼显示设备的显示屏上测试图像的画面，具备上述功能的取相设备均可以满足该方法对取相模块的需求。例如，可以是一种有成像镜头的相机或能够模拟人眼成像的摄像机。所述取相模块的入瞳直径应为2毫米～5毫米，并且小于被测近眼显示设备的出瞳直径。
S2：在取相模块的入瞳面与所述近眼显示光学系统的出瞳面对齐时，获取具有完整的测试图像的画面作为测试图片，其中，所述测试图像是通过近眼显示光学系统的图像源形成于所述近眼显示光学系统的显示单元的虚像；
所述的图像源可以是纯色画面，例如，在一些实施例中，优选的设置为纯白画面。
S3：基于所述测试图像和测试图片，获取所述测试图片和测试图像的成像参数之间的对应关系，所述成像参数包括像素亮度参数和像素坐标参数；
需要说明的是，所述的获取所述测试图片和测试图像的成像参数之间的对应关系，一方面是建立被测近眼显示设备显示的虚像所在的三维坐标系与所述的取相模块的取相面的图片所在二维坐标系的转换关系，所述的转换关系具体为获取所述测试图像所在三维坐标系与所述测试图片所在的所述成像模块的成像面上的二维图像坐标系的像素坐标系的对应关系；另一方面，是建立被测近眼显示设备显示的虚像的像素参数与所述的取相模块的取相面的测试图片的像素参数的转换关系。本实施例中，选用的成像参数包括像素亮度参数和像素坐标参数。基于获得的所述测试图片和测试图像的成像参数之间的对应关系，可以通过获取测试图片的像素成像参数反向推算所述近眼显示设备的显示屏显示的虚像的成像参数，虚像的成像参数本发明中具体为视场角度。
S4：获取所述测试图片的像素亮度参数并与预设的极限值比较，基于预设的所述测试图片的像素亮度参数极限值，获取满足极限值的像素在测试图片上的图像边界的像素坐标参数；
本领域的技术人员应理解的是，视场指的是可观看或拍摄物体的边缘与观察点之间的夹角，在实际测试中，需要抓取可观看的拍摄的测试图像的边缘，本实施例中，对可观看的定义为测试图像的像素亮度的读数降低到像素亮度参数极限值，例如，像素亮度参数极限值可以设置为中心点像素亮度参数的50％。
S5：基于获得的所述图像边界的像素坐标参数得到像素间距，计算并输出所述近眼显示设备视场的测量结果。
上述的一种近眼显示设备视场的测试方法，操作简单、准确可靠,可用于近眼光学系统的视场的快速检测和像质评价中。
本实施例的另一个方面是提供一种基于上述进行视场测试的测试方法进一步完成眼盒测试的测试方法，在上述的S5步骤之后还包括：
S6：获取所述视场的测量结果的固定百分比作为判定眼盒边界的预设基准值；
S7：在取相模块的入瞳面与所述近眼显示光学系统的出瞳面对齐时，以取相模块的光心为坐标原点，调整所述取相模块分别沿x,y,z坐标轴方向移动，其中,z轴与检测光路平行或重合，x,y所在平面垂直于z轴；
S8：在取相模块移动的过程中重复所述S4～S5的步骤，以对应取相模块的移动逐一获取视场的测试结果，直到视场的测试结果降低到预设的基准值，记录取相模块的坐标的边界值；
S9：基于获取的取相模块的坐标边界值，计算并输出所述近眼显示设备眼盒的测量结果。
具体地，单眼在某一特定视距z坐标的眼盒截面积计算如下：
EYEBOX＝|x1-x2|×|y1-y2|
总眼盒的三维体积计算如下：
需要说明的是，在一些实施例中，本方法所述的视场的测量结果的固定百分比作为判定眼盒边界的预设基准值，其中固定百分比可以设置为90％，本领域技术人员应理解的是该值可基于实际被测设备和测试环境作适应性调整，本实施例不作具体限定。
特别地，本领域的技术人员应理解的是，若只为了完成近眼显示设备的眼盒面积和/或体积测量，可以跳过非必须的步骤，例如，在已知近眼显示视场的情况下，可以直接进行S6～S9的步骤。
实施例2
为了更直观的描述上述的一种近眼显示设备视场的测试方法的测试要点，本实施例结合图2所示的一个成像及视场测试系统的示意图，具体说明：
结合图2和图3，首先，图2示出的是一个实施例的成像及视场测试系统的示意图，包括被测近眼显示设备的NED显示屏2、被测近眼显示设备的NED光学透镜3、由检测镜头6和检测相机7构成的取相模块，所述检测透镜的入瞳视场范围至少需覆盖被测近眼显示设备的视场范围，所述取相模块的入瞳位置设置在所述检测透镜的入瞳处。
在该示例中，NED显示屏2经NED光学透镜3后，所成的虚像1即为所述的测试图像，其被取相组件的检测透镜6成像在取相模块的检测相机7上，得到和虚像1物像共轭的实像8，即为所述的测试图片的画面。其中，NED光学透镜的出瞳4和检测透镜的入瞳5位置重合。
进一步地，结合图3，具体说明测试图片和测试图像的成像参数之间的对应关系。本发明中所述的三维坐标系是虚像1和取相模块所在的坐标系，其坐标位置关系用世界坐标系(Xw,Yw,Zw)来描述，被测近眼显示设备的视场是在此坐标系中的平面(Xw,Yw)的一个角度量，它表示近眼显示设备所成的虚像在入瞳位置所对应的张角，它表示从虚拟图像中观察到的角度区域，它直接对应于虚拟图像的有效显示区域的大小。
所述的二维图像坐标系为上述的三维坐标系(Xw,Yw,Zw)在取相模组内呈现的三维坐标系(Xc,Yc,Zc)投影到所述取相模块的成像面上而建立的新的二维坐标系(x,y)，本实施例中取相模块的成像面为所述检测相机7的成像面。具体地，所述三维坐标系(Xc,Yc,Zc)以相机的光心Oc作为原点，Zc轴与光轴重合，并垂直于成像平面，Xc、Yc轴与图像物理坐标系的x，y轴平行，且o点至Oc的距离为摄像机的焦距fo，称其为相机坐标系(Xc,Yc,Zc)。
值得一提的是，本领域的技术人员应可以理解的是，从世界坐标系变换到相机坐标系属于刚体变换，即物体不会发生形变，只需要进行旋转和平移，刚体变换的过程就是世界坐标系中的一点到相机坐标系中的点。
基于本实施例的成像及视场测试系统，具体地，步骤S4具体可以包括；
S401：从所述测试图片的中心点开始，向左、右和上、下方向分别读取测试图片的像素亮度参数，直到像素亮度参数读数降低到预设的像素亮度参数的极限值，分别记录在左、右和上、下方向的满足极限值的图像边界的像素坐标参数；
S402：基于获得的满足极限值的图像边界的像素坐标参数，获取图像边界的像素离所述中心点在左、右和上、下方向的像素间距；
S403：对应记录所述像素间距在左、右和上、下方向的数值。
如下说明如何基于获得的像素间距计算出近眼显示设备的视场的过程：
所述的像素坐标系，即最终相机成像的像素坐标系(u,v)，是将投影的图像坐标系(x,y)离散抽样形成的最终图片，是一个二维的坐标系。它就是图像坐标系的数字化表示，可以通过下列公式得到：
其中：dx、dy是相机每个像素点在x轴和y轴方向上的物理尺寸。
在这四个坐标系的转换过程中，世界坐标系中平面(Xw,Yw)的角度量(δx，δy)可以由像素坐标系中的像素间距(Δu,Δv)来表示。
其中：kx、ky是转换系数，可通过标定得到。
在步骤S3中，基于所述测试图像和测试图片，获取所述虚像所在三维坐标系与所述测试图片所在的所述取相模块的成像面上的二维图像坐标系的像素坐标系的对应关系，此过程通过虚像和取相模块所在三维坐标系，即世界坐标系(Xw,Yw,Zw)与像素坐标系(u,v)的标定完成。如下，具体说明标定方法：
以y方向为例，将虚像1替换成实物图像，其高度为H；虚像1至检测透镜的入瞳5的距离为L，L可调整，即实物图像至检测透镜的镜头的入瞳的距离可变。根据三角函数关系可知此时的视场度为：
利用取相模块拍摄实物图像，在拍摄得到的图片上实物图像对应的像素间距为Δv，则转换系数ky为：
ky＝δy/Δv (4)
x方向的转换系数同理可以得到，本领域的技术人员应可以理解，此处不再重复说明。
基于上述的坐标转换及标定过程，步骤S4后最终得到记录的左、右和上、下离中心点的像素间距(ΔuL,ΔuR)和(ΔvT,ΔvB)。
测试系统可以通过指令调用所述像素间距，通过公式(2)得到对应水平角度(δL、δR)和垂直角度(δT、δB)。
进一步，主控模块可以通过计算获得被测近眼显示设备的视场的测量结果
具体计算方式如下：
水平和垂直的视场分别如下：
FOVH＝δL+δR (5)
FOVV＝δT+δB (6)
总视场计算如下:
综上所述的本实施例的视场测试过程，在矫正近眼显示设备的检测镜头和相机畸变的前提下，可以通过建立最终相机成像的像素坐标和水平角度和垂直角度的关系，来实现传统测试方法中通过旋转测试设备对水平角度和垂直角度的测量。
需要说明的是，所述的矫正近眼显示设备的检测镜头和相机畸变，这个过程可以包括：检测光路的校对，被测近眼显示设备显示测试图像、对光学系统的光轴和焦距的调整以及取相模块曝光时间的调整以及必要的系统校准，比较常规的操作包括：消除暗电流的影响、均匀场校准、畸变校准以及亮度校准等，以使得测试结果不受测量系统的偏差的影响。其中，亮度校准也可以在步骤S3后进行，以不影响视场的测试结果为准，本发明对此不作限定。
实施例3
为了较好的实施上述实施例1或2提供的一种近眼显示设备视场的测试方法，本实施例进一步提供一种用于检测近眼显示设备视场的测试装置10，如图5所示，包括：定位模块11、取像模块12、校验和标定模块13、图像处理模块14和主控模块15。
定位模块11，用于调整所述近眼显示设备的位置以形成检测光路以及调整取相单元的入瞳面与近眼显示光学系统的出瞳面对齐。
需要说明的是为了实现将所述取相模块的入瞳面对齐于所述近眼显示光学设备的出瞳面，所述的定位模块11需满足位置和角度的调整，其中，所述位置调整需覆盖被测近眼显示设备的眼盒区域，所述的角度调整需能够定位到被测近眼显示设备的入瞳处。
取相模块12，用于获取测试图片；
具体的，取相模块12的模拟人眼的大小，位置和视场，包括将入射光瞳直接定位到近眼显示装置的眼盒区域，能够完整的捕捉近眼显示设备的显示屏上测试图像的画面。在取相模块12的入瞳面与近眼显示光学系统的出瞳面对齐时，获取完整的测试图像的图片作为测试图片。
校验和标定模块13，用于获取所述测试图片和测试图像的成像参数之间的对应关系。
校验主要为矫正近眼显示设备的检测镜头和相机畸变，这个过程可以包括：检测光路的校对，被测近眼显示设备显示测试图像、对光学系统的光轴和焦距的调整以及取相模块曝光时间的调整以及必要的系统校准，比较常规的操作包括：消除暗电流的影响、均匀场校准、畸变校准以及亮度校准等，以使得测试结果不受测量系统的偏差的影响。
标定，本领域的技术人员应理解的是，在本发明的近眼显示设备的视场测试的重要过程为实施例2中所述的建立最终相机成像的像素坐标和水平角度和垂直角度的关系。
综上，校验和标定模块13，用于获取实施例2中所述的虚像1所在三维坐标系(Xw,Yw,Zw)与所述测试图片8所在的所述取相模块12的成像面上的二维图像坐标系(x,y)的像素坐标系(u,v)的对应关系。
图片处理模块14，用于获取所述测试图片的成像参数，包括获取像素亮度参数并与预设的极限值比较，以获取满足极限值的像素在测试图片上的图像边界的像素坐标参数。
主控模块15，用于基于获得的图像边界的像素坐标参数得到像素间距，计算并输出所述近眼显示设备视场的测量结果。
具体可以参照实施例2所述的测试系统的计算与处理过程，在此不再重复说明。
进一步地，在一些实施例中，取相模块12还包括调焦电机，所述主控模块15还用于调整所述取相模块12的物距。
在一些实施例中，上述的取相模块12包括检测透镜和检测相机，用于获取完整的测试图片，所述的检测透镜便于拆装，可以方便的更换标准透镜后用于其他显示测试项目，因此可以提高测试平台的适用性，在一定程度上提高使用率。
在一些实施例中，定位模块11可以为五轴位移平台，包括位于底部的三轴位移平台和设置在顶部的双轴旋转台。图4给出的是一种五轴位移平台的示意图，所述的被测近眼显示设备被放置在一个五轴位移旋转台上(双轴旋转台和三轴位移平台)。
需要注意的是，被测近眼显示设备的入瞳应与制造商或供应商提供的被测近眼显示设备眼点设置相同的位置。被测近眼显示设备的眼点应与双轴旋转台的原点相一致，且被测近眼显示设备的光轴应与三轴位移平台的z轴对齐。
在一些其他实施例中，所述的定位模块11为机械手臂，本领域的技术人员可以基于具体的测试场景和测试项目作具体的设置，用于实现将被测近眼显示设备调整到眼盒区域内，本实施例对此不作限制。
在一些实施例中，主控模块15还包括显示及操作单元16，用于用于显示所述测量结果，所述显示及操作单元16还用于对所述定位模块11、取相模块12、校验和标定模块13、以及图片处理模块14的控制。
为了更好的说明本实施例的一种用于检测近眼显示设备视场的测试装置10，如下基于一种非限制性的测试系统作进一步说明。
在该非限制性测试系统中，包括本实施例的测试装置10，还包括被测近眼显示设备和能够实现本实施例主控模块15功能的主控平台，所述的定位模块11为由三轴位移平台和双轴旋转台构成的五轴位移平台。
具体地，所述的被测设备，即待检的近眼显示设备，可以是AR/VR显示设备。被测近眼显示设备被安装在一个双轴旋转台上以模拟眼睛的旋转运动。双轴旋转台应能够测量球坐标系中的水平方位角(H)和垂直方位角(V)，如图4所示。角度精度应不大于0.1°。双轴旋转台可以在被测近眼显示设备的入瞳的中心旋转，为了更加真实的模拟人眼成像，双轴旋转台也可以在入瞳后10毫米处旋转。三轴位移平台具有足够的移动范围，覆盖了眼盒的体积。位移误差不大于0.1毫米。
应用本实施例的测试装置的操作步骤可以如下：
1)调整被测近眼显示设备的图像源显示为纯白画面。
2)调整被测取相模块12的入瞳位置至被测近眼显示设备的眼点，且位于双轴旋转台的交叉点上，将取相模块的光轴对准虚像的中心。
3)主控模块15控制校验和标定模块13进行必要的测试系统的校准。
4)主控模块15控制取相模块12拍摄被测近眼显示设备的显示屏上显示的纯白画面的虚像，所述的虚像即为测试图像，以能够拍摄到完整的测试图像为准。取相模块12拍摄到的画面即为测试图片。
5)主控模块15控制校验和标定模块13进行必要的成像系统的标定。
6)主控模块15控制图像处理模块处理图像的成像参数，获取满足极限值的像素在测试图片上的图像边界的像素坐标参数；
7)主控模块15的处理程序获得的所述图像边界的像素坐标参数得到像素间距，计算并在显示及操作单元输出所述近眼显示设备视场的测量结果。
基于上述的测试装置10和所述的非限制性测试系统，显示及操作单元16最终输出视场的测试结果，包括：水平视场度、垂直视场度以及对角线方向的视场度值。基于所述的显示及操作单元16，允许测试人员在测试过程中干操作或预测试进程，或者进一步操作所述测试装置10，比如可以是完成本次测试或者执行下一步的测试。
需要说明的是，本领域的技术人员应该理解的是，基于实施例1和实施例2介绍的近眼显示设备视场的测试方法的坐标变换及测试要点，上述的测试装置可以较好的执行本发明所述的近眼显示设备的测试方法。
本实施例的另一个方面是进一步提供一种用于眼盒测试的测试装置，具体为，主控模块15还包括测控子模块17，用于在上述步骤7)后基于获得的近眼显示设备视场的测量结果，以测试值的90％设定判定眼盒边界的预设基准值。
定位模块11调整取相模块12在取相模块的入瞳面与所述近眼显示光学系统的出瞳面对齐时，以取相模块12的光心为坐标原点分别沿x,y,z坐标轴方向移动，其中,z轴与检测光路平行或重合，x,y所在平面垂直于z轴。
测控子模块17同步对应获取视场的测试结果并于预设基准值比较，计算并输出近眼显示设备眼盒的测量结果。
相关的操作步骤可以为：
8)测控子模块接收上述步骤7)输出的视场的测量结果，设定预设基准值为视场测试值的90％。
9)在三轴位移平台的x轴方向(保持y轴位置不变)上移动取相模块12的入瞳到眼盒的边缘位置，重复上述步骤6)和步骤7)，直到FOV降至标准极限，例如中心点FOV的90％的值。记录此时边缘位置的坐标(x1，0，0)，(x2，0，0)。
10)在三轴位移平台的y轴方向(保持x轴位置不变)上移动取相模块12的入瞳到眼盒的边缘位置，重复上述步骤6)和步骤7)，直到FOV降至预设基准值，例如中心点FOV的90％的值。记录此时边缘位置的坐标(y1，0，0)，(y2，0，0)。。
11)通过前后移动三轴位移平台的z轴位置改变视距，重复步骤9)～步骤10)，得到眼盒的三维分布。
12)计算并输出眼盒的测量结果，包括单眼的眼盒截面积和总眼盒的三维体积。
需要说明的是，本实施例中，定位模块11移动的对象为取相模块12，在一些其他实施例中，也可以通过移动近眼显示设备实现相同的目的，本领域技术人员在不做出创造性劳动的情况下即可实现，属于本发明涵盖的内容。
此外，上述实施例方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一计算机可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。
为此，本发明实施例提供一种存储介质，其中存储有多条指令，该指令能够被处理器进行加载，以执行本发明实施例所提供的任一种近眼显示设备视场的测试方法的步骤。例如，该指令可以执行如下步骤：调整近眼显示设备在定位模块11上的定位以形成检测光路，调整所述取像模块的入瞳面与所述近眼显示光学系统的出瞳面对齐；控制完成测试系统的校准和标定，控制取相模块获取测试图片，输出给图像处理模块，控制图像处理模块获取测试图像的成像参数，基于获得的成像参数计算并输出视场的测量结果。
存储介质的指令还可以进一步执行如下步骤：设置测控子模块获取视场的测量结果，取90％的固定百分比作为判定眼盒区域的预设基准值，随着取相模块的移动重复获取视场的测量结果与预设基准值比较，以获取眼盒的边缘位置，)计算并输出眼盒的测量结果。以上各个操作的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。
该存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。
由于该存储介质中所存储的指令，可以执行本发明实施例所提供的任一种近眼显示设备视场的测试方法中的步骤，因此，可以实现本发明实施例所提供的任一种近眼显示设备视场的测试方法所能实现的有益效果，详见前面的实施例，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (13)
1.一种用于近眼显示设备的测试方法，其特征在于，包括：
S1：在取像模块的入瞳面位于所述近眼显示设备的眼盒区域内以形成检测光路后，调整所述取像模块的入瞳面与所述近眼显示光学系统的出瞳面对齐；
S2：在取相模块的入瞳面与所述近眼显示光学系统的出瞳面对齐时，获取具有完整的测试图像的画面作为测试图片，其中，所述测试图像是通过近眼显示光学系统的图像源形成于所述近眼显示光学系统的显示单元的虚像；
S3：基于所述测试图像和测试图片，获取所述测试图片和测试图像的成像参数之间的对应关系，所述成像参数包括像素亮度参数和像素坐标参数；
S4：获取所述测试图片的像素亮度参数并与预设的极限值比较，基于预设的所述测试图片的像素亮度参数极限值，获取满足极限值的像素在测试图片上的图像边界的像素坐标参数；
S5：基于获得的所述图像边界的像素坐标参数得到像素间距，计算并输出所述近眼显示设备视场的测量结果。
2.根据权利要求1所述的一种用于近眼显示设备的测试方法，其特征在于，步骤S4具体包括；
S401：从所述测试图片的中心点开始，向左、右和上、下方向分别读取测试图片的像素亮度参数，直到像素亮度参数读数降低到预设的像素亮度参数的极限值，分别记录在左、右和上、下方向的满足极限值的图像边界的像素坐标参数；
S402：基于获得的满足极限值的图像边界的像素坐标参数，获取图像边界的像素离所述中心点在左、右和上、下方向的像素间距；
S403：对应记录所述像素间距在左、右和上、下方向的数值。
3.根据权利要求1所述一种用于近眼显示设备的测试方法，其特征在于，所述测试图片为所述测试图像经检测透镜后在检测相机的成像面上形成的画面。
4.根据权利要求3所述的一种用于近眼显示设备的测试方法，其特征在于，所述取相模块的入瞳面为所述检测透镜的入瞳面；
在所述检测透镜的入瞳面与近眼显示光学系统的出瞳面对齐之前还需进行测量系统的校验，以使得测试结果不受测量系统的系统偏差的影响。
5.根据权利要求3所述的一种用于近眼显示设备的测试方法，其特征在于，获取所述像素坐标参数具体为，获取所述测试图像所在三维坐标系与所述测试图片所在的所述检测相机的成像面上的二维图像坐标系的像素坐标系的对应关系；其中，
所述三维坐标系是所述虚像和所述取相模块所在的三维的坐标系；
所述二维图像坐标系是所述三维坐标系经取相模块所在的相机坐标系转换后在所述检测相机的成像面上的投影所在平面的坐标系；
所述像素坐标系是将所述的二维图像坐标系离散抽样形成的二维的像素坐标系。
6.根据权利要求1所述的一种用于近眼显示设备的测试方法，其特征在于，在所述步骤S1中，调整所述图像源为纯色画面。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种用于近眼显示设备的测试方法，其特征在于，所述的计算并输出所述近眼显示设备视场的测量结果之后还包括：
S6：获取所述视场的测量结果的固定百分比作为判定眼盒边界的预设基准值；
S7：在取相模块的入瞳面与所述近眼显示光学系统的出瞳面对齐时，以取相模块的光心为坐标原点，调整所述取相模块分别沿x,y,z坐标轴方向移动，其中,z轴与检测光路平行或重合，x,y所在平面垂直于z轴；
S8：在取相模块移动的过程中重复所述S4～S5的步骤，以对应取相模块的移动逐一获取视场的测试结果，直到视场的测试结果降低到预设的基准值，记录取相模块的坐标的边界值；
S9：基于获取的取相模块的坐标边界值，计算并输出所述近眼显示设备眼盒的测量结果。
8.根据权利要求7所述的一种用于近眼显示设备的测试方法，其特征在于，单眼在某一特定视距z坐标的眼盒截面积计算如下：
EYEBOX＝|x1-x2|×|y1-y2|
总眼盒的三维体积计算如下：
9.一种用于测量近眼显示设备的测试装置，其特征在于，包括：定位模块(11)、取像模块(12)、校验和标定模块(13)、图像处理模块(14)和主控模块(15)；
所述定位模块(11)，用于调整所述取相模块(12)的位置以形成检测光路以及调整取相单元的入瞳面与近眼显示光学系统的出瞳面对齐；
所述取相模块(12)，用于获取测试图片；
所述校验和标定模块(13)，用于获取所述测试图片和测试图像的成像参数之间的对应关系；
图片处理模块(14)，用于获取所述测试图片的成像参数，包括获取像素亮度参数并与预设的极限值比较，以获取满足极限值的像素在测试图片上的图像边界的像素坐标参数；
所述主控模块(15)，用于基于获得的图像边界的像素坐标参数得到像素间距，计算并输出所述近眼显示设备视场的测量结果。
10.根据权利要求9所述的一种用于测量近眼显示设备的测试装置，其特征在于，所述取相模块(12)包括检测透镜和检测相机，其中，所述检测透镜还包括调焦电机，所述主控模块(15)还用于控制所述调焦电机，以调整所述检测透镜的物距。
11.根据权利要求9所述的一种用于测量近眼显示设备的测试装置，其特征在于，所述主控模块(15)还包括显示及操作单元(16)，用于显示所述测量结果，所述显示及操作单元(16)还用于对所述定位模块(11)、取相模块(12)、校验和标定模块(13)、以及图片处理模块(14)的控制。
12.根据权利要求9～11任一项所述的一种用于测量近眼显示设备的测试装置，其特征在于，
所述主控模块(15)还包括测控子模块(17)，用于基于获得的近眼显示设备视场的测量结果，设定判定眼盒边界的预设基准值；
所述定位模块(11)还用于调整取相模块(12)在取相模块(12)的入瞳面与所述近眼显示光学系统的出瞳面对齐时，以取相模块(12)的光心为坐标原点分别沿x,y,z坐标轴方向移动，其中,z轴与检测光路平行或重合，x,y所在平面垂直于z轴；
对应所述定位模块(11)的移动，所述测控子模块(17)同步对应获取视场的测试结果并于预设基准值比较，计算并输出近眼显示设备眼盒的测量结果。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如权利要求1至8任一项所述的一种近眼显示设备的测试方法。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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