CN114593897B - 一种近眼显示器的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种近眼显示器的测量方法及装置，使用不设置成像镜头的面阵光电传感器和传动装置获得待测近眼显示器的出瞳参数，有效解决了现有的近眼显示器眼点及光轴测量技术误差较大、设备复杂昂贵、操作复杂且效率低下的问题。

Description

一种近眼显示器的测量方法及装置

技术领域

本发明涉及近眼显示光学特性测试领域，具体涉及一种近眼显示器的测量方法及装置。

背景技术

近眼显示器，也称头戴式显示器或者虚拟显示器，主要分虚拟现实（VR）和增强现实（AR）。近眼显示器的显示原理，如图2所示。图中，1为待测近眼显示器，2为待测近眼显示器的物面，3为待测近眼显示器的光轴，4为出瞳，9为眼盒，10为眼点，眼点位于出瞳的中心，过眼点与出瞳所在平面垂直的轴线即为待测近眼显示器的光轴。近眼显示器显示光学特性的基本测量几何是需要将测量设备光轴与待测近眼显示器的光轴重合，并将测量设备镜头的入瞳置于待测近眼显示器的眼点。待测近眼显示器的出瞳、眼点及光轴的确定对于近眼显示器光学性能的测量是至关重要的。

在近眼显示器像方空间上可以观测到完整图像的空间区域称为近眼显示器的眼盒，如图2中9所示区域，测量近眼显示器的出瞳、眼点及光轴的方法主要是通过测量眼盒来确定。一般情况下，眼盒的最大截面处为出瞳，中心点直接被认为是眼点，并由眼点和出瞳获得光轴。因此该方法的关键在于测量眼盒大小。

现有眼盒的测量方法是使用带精密光学镜头的瞄点式亮度计，通过瞄点式亮度计在不同位置测量近眼显示器所显示的图像，根据图像边界的亮度变化来判定眼盒。测量时首先将瞄点式亮度计的入瞳置于显示器光轴上，然后调整亮度计，使其对准显示图像边界，并测量得到边界亮度值。然后，平移瞄点式亮度计，移动的时候需要调整亮度计角度，保证被测量的图像的点位不移动，读取当前位置的亮度值。当亮度值低于初始位置的50%，则判定该位置为该移动方向上的眼盒边界。重复以上步骤得到其他方向上的眼盒边界，并进一步的得到近眼显示器出瞳、眼点及光轴。

另一方面，现有的光轴对准方法主要是将测量所用的成像系统中心十字与待测近眼显示器输出图像的中心十字对齐，即认为完成了测量设备光轴与待测近眼显示器光轴的对准。而实际上，当对准角度有差别时，十字中心仍可以对齐，因此该方法存在较大误差。

不难发现，现有的通过测量眼盒区域来获得近眼显示器的出瞳、眼点及光轴的方法操作极其复杂，此外眼盒测量本身就受到移动精度、步进及对准精度等影响，存在较大误差，且测量效率低下。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种近眼显示器的测量方法及装置，旨在解决现有技术中近眼显示器的出瞳、眼点及光轴测量误差较大、设备复杂昂贵、操作复杂且效率低下的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种近眼显示器的测量方法，使用不设置成像镜头的面阵光电传感器和传动装置获得待测近眼显示器的出瞳参数，具体包括：所述待测近眼显示器输出画面，所述面阵光电传感器置于待测近眼显示器人眼观看区域内，这一区域也称为近眼显示器的眼盒，所述面阵光电传感器直接接收来自所述待测近眼显示器的光输出信号，并获得光照分布图像。根据近眼显示器显示的光学成像原理，出瞳为近眼显示器各点成像光束的公共出口，即近眼显示器输出图像的出射光线共同经过该出口，即该出口上的每个点都包含有整幅输出图像各点的光信息，其光照分布较为均匀且有明显的边界。若面阵光电传感器位于近眼显示器的出瞳且面阵光电传感器的敏感区域面积大小完全可以覆盖整个出瞳时，则面阵光电传感器能够收到光照分布较为均匀且边界清晰的出瞳图像，此时，这个相对最为清晰的图像边界围成的面积相比面阵光电传感器位于其他位置时所接收到的光斑图像面积为最小。若面阵光电传感器偏离出瞳，面阵光电传感器所获得的光照分布图像变大且边界模糊不清，图像中不是每一个点都能够接收到来自近眼显示器输出像面各点的光线。因此，通过传动装置控制所述面阵光电传感器或所述待测近眼显示器，使两者发生相对运动，面阵光电传感器获得不同空间位置下的光照分布图像，使用图像边界识别算法对不同空间位置下的光照分布图像进行分析，当所获图像具有最清晰的边界时，图像面积也为相对其他位置最小，此时面阵光电传感器所在平面位置即为待测近眼显示器的出瞳所在平面，此时面阵光电传感器所获光照区域即为待测近眼显示器的出瞳。如图1所示，1为待测近眼显示器，2为待测近眼显示器的物面，3为待测近眼显示器的光轴，5为待测近眼显示器所输出的像方图像所发出的光线被足够大面阵光电传感器所接收到的光照分布图像，6为面阵光电传感器，7为面阵光电传感器的敏感区域。

需要说明的是，在上述技术方案中，所述的出瞳参数包含：出瞳、眼点和光轴的空间位置信息以及出瞳边界的二维尺寸信息。为了避免歧义，本技术方案对于出瞳、眼点及光轴进一步说明如下：出瞳为待测近眼显示器光学系统入瞳的光学像，是物面（即显示图像的原始发出面）上各点经过近眼显示器光学系统成像后出射光束的共同出口，近眼显示器的出瞳的位置和大小是近眼显示器的重要参数；眼点位于出瞳所在的平面且位于出瞳的中心，也为光轴与出瞳的垂足；光轴为过眼点且与出瞳所在平面垂直的一条直线。如图2所示，1为待测近眼显示器，2为待测近眼显示器的物面，3为待测近眼显示器的光轴，4为出瞳，8为待测近眼显示器所输出的像方画面（像面，本专利中也称为待测近眼显示器的输出画面），9为眼盒，10为眼点。

为了方便表述，下文中，近眼显示器所输出的画面均是指由近眼显示器的物面所发出经过近眼显示器光学系统成像所输出的像方画面。

进一步的，在上述技术方案中，在所述面阵光电传感器所在平面位于待测近眼显示器出瞳所在平面位置基础上，使用图像中心识别算法获得面阵光电传感器所获得的光照分布图像的中心，从而获得所述出瞳的中心位置，所述出瞳的中心位置为所述待测近眼显示器的眼点。

进一步的，在上述技术方案中，所述待测近眼显示器的光轴由以下方法得到：使用图像中心识别算法获得所述出瞳的中心位置之后，过所述出瞳的中心位置作所述待测近眼显示器的出瞳的垂线，该垂线所在直线即为所述待测近眼显示器的光轴。

进一步的，在上述技术方案中，所述的图像边界识别算法包括但不限于边界锐度识别算法和/或边界对比度识别算法。当图像边界锐度和/或对比度达到极值时，即获得最清晰边界。进一步的，所述的算法用于判定在各个方向和位置获得的光照分布图像的边界清晰程度。

进一步的，在上述技术方案中，所述图像中心识别算法包括但不限于灰度重心法或几何法。所述的灰度重心法为按照所述面阵光电传感器所获得的光照分布图像的灰度分布求出灰度权重中心的坐标。所述的几何法为获取所述面阵光电传感器所获得的光照分布图像边界所围成的图形并求出所述图形的几何中心。

进一步的，在上述技术方案中，当所述面阵光电传感器的感光面尺寸小于所述待测近眼显示器的出瞳尺寸时，面阵光电传感器无法获取完整光照图案，可以通过分步获取不同位置下面阵光电传感器所接收到的光照分布图像，并使用所述图像边界识别算法判别，当光照分布图像具有最清晰的边界或面积相对最小时，所述面阵光电传感器位于所述待测近眼显示器的出瞳上。通过传动装置使得面阵光电传感器与所述待测近眼显示器相对平动，通过拼接得完整的出瞳，进一步的，可根据所述出瞳的中心位置获得待测近眼显示器的眼点及光轴。

进一步的，在上述技术方案中，通过传动装置控制所述面阵光电传感器或所述待测近眼显示器，使两者发生相对运动，而面阵光电传感器获得不同空间位置下的光照分布图像，使用图像边界识别算法对不同空间位置下的光照分布图像进行分析，面阵光电传感器获得的光照分布图像面积相对与其他位置最小，此时面阵光电传感器所在平面位置即为待测近眼显示器的出瞳所在平面，此时面阵光电传感器所获光照区域即为待测近眼显示器的出瞳。进一步的，该方法获得待测近眼显示出瞳的空间位置与所述以面阵光电传感器获得光照分布图像边界清晰程度为判据所获得近眼显示出瞳的空间位置可以互为验证。

进一步的，在上述技术方案中，所述面阵光电传感器与所述待测近眼显示器的相对运动包括上下、左右、前后三个方向的平动和沿着两个或以上相互垂直的旋转轴的转动，或者多自由度的复合运动。

在一些可选的实施例中，所述的待测近眼显示器输出的画面，包括但不限于全白标板画面或黑底白框画面。根据近眼显示器显示的光学成像原理，出瞳为近眼显示器物面上各点成像光束的公共出口，出射光线共同经过该面，即该面上的每个点都包含了整个完整的图像各点的光照信息。所述待测近眼显示器输出画面类型不会影响出瞳的光照均匀性及边界特性。

进一步的，在上述技术方案中，使用传动装置控制面阵光电传感器与所述待测近眼显示器，使两者发生相对运动的过程，具体包括：处理分析面阵光电传感器所在位置获得的光照分布图像，以获得相应的位置和姿态（简称“位姿”）调整信息，并通过传动装置调整所述面阵光电传感器与所述待测近眼显示器的相对位置。

本发明还公开了一种近眼显示器的测量方法，使用不设置成像镜头的面阵光电传感器、传动装置和成像装置获得待测近眼显示器的光轴位置，具体包括：

S1，所述待测近眼显示器输出带图像中心标记或者不带图像中心标记的第一检测画面；所述面阵光电传感器置于所述待测近眼显示器人眼观看区域内，直接接收来自所述待测近眼显示器的光输出信号并获得光照分布图像；

S2，通过图像中心识别算法获得所述光照分布图像的中心位置，通过所述传动装置控制所述面阵光电传感器和/或所述成像装置和/或所述待测近眼显示器，以调整所述面阵光电传感器和/或所述成像装置和/或所述待测近眼显示器的位姿，使得所述成像装置的入瞳中心置于前序所述面阵光电传感器所获得的图像的中心点位置；

S3，所述待测近眼显示器输出带图像中心标记的第二检测画面，所述成像装置对焦于第二检测画面，通过所述传动装置控制所述成像装置或所述待测近眼显示器，使两者发生相对运动，使得所述成像装置的接收靶面中心与获取的第二检测画面中心重合，并记录此时所述成像装置及其光轴位置信息；

S4，所述待测近眼显示器输出第一检测画面，通过所述传动装置控制所述面阵光电传感器和/或所述成像装置和/或所述待测近眼显示器，以调整所述面阵光电传感器、所述成像装置及所述待测近眼显示器的相对位姿，使得所述面阵光电传感器的位姿至垂直于步骤S3中所述成像装置的光轴，然后控制所述面阵光电传感器在该光轴方向前后调节，直至获得边界相对最为清晰的光照分布图像；

S5，反复S2至S4步骤，直至步骤S4所获得的光照分布图像边界的清晰程度达到设定的范围后，则所述的光轴位置即为所述待测近眼显示器的光轴位置，所述的面阵光电传感器所获得的边界清晰的光照分布图像所在区域即为近眼显示器的出瞳，所述的光照分布图像中心即为眼点。

需要说明的是，在上述技术方案中，根据近眼显示成像原理，所述面阵光电传感器获得边界相对最为清晰的光照分布图像时，其所述光照分布图像边界围成的面积相比面阵光电传感器位于其他位置时所接收到的光斑图像面积为最小。因此，对于步骤S4，可以以光照分布图像面积的大小替代以光照分布图像边界清晰程度为判据。且通过两种判据所得的出瞳参数的结果可以互为验证。

根据近眼显示器显示的光学成像原理，待测近眼显示器的光轴是过眼点与出瞳垂直，且眼盒内每个与出瞳平行的光照区域平面均与光轴垂直，且待测近眼显示器的光轴过光照区域的中心。因此，可使用图像中心识别算法对面阵光电传感器所获得的光照分布图像进行分析进而获得所述光照分布图像的中心，然后将成像装置的入瞳中心置于所述面阵光电传感器获得的光照分布图像中心位置，控制待测近眼显示器输出第二检测画面，以入瞳为旋转中心，使用传动装置调整所述成像装置与所述待测近眼显示器的相对位姿，使所述成像装置中心与所述待测近眼显示器的画面中心重合，记录此时所述成像装置的光轴位置。此时所述成像装置的光轴位置与所述近眼显示器的光轴位置基本重合。为了更精确的获得待测近眼显示器的光轴位置，需要验证及调整，即将所述面阵光电传感器垂直于与前序成像装置的光轴位置放置，再次获得光照分布图像的中心，根据所述光照分布图像的中心及所述待测近眼显示器图像中心调整所述成像装置与待测近眼显示器的相对位姿，并再次获得所述成像装置光轴位置。通过传动装置来回调整面阵光电传感器、近眼显示器、成像装置三者的相对位姿，多次循环逼近，直至所述面阵光电传感器所获得的光照分布图像边界清晰程度达到设定的误差范围，即直至获得的光照分布图像所有边界最为清晰时，此时前序所述成像装置的光轴位置即为所述待测近眼显示器的光轴位置，所述的面阵光电传感器所获得的边界清晰的光照分布图像所在区域即为近眼显示器的出瞳，所述的光照分布图像中心即为眼点。

进一步的，在上述技术方案中，步骤S2所述的通过所述传动装置控制所述面阵光电传感器和/或所述成像装置和/或所述待测近眼显示器，以调整所述面阵光电传感器、所述成像装置及所述待测近眼显示器的相对位姿，有多种实现方式。比如，近眼显示器保持不动，通过所述传动装置控制所述面阵光电传感器和成像装置，进而调整所述面阵光电传感器和成像装置的位姿，使得所述成像装置的入瞳中心置于前序所述面阵光电传感器所获得的图像的中心点位置。

进一步的，在上述技术方案中，所述的图像中心识别算法包括但不限于灰度重心法或几何法。所述的灰度重心法为按照图像的灰度分布求出灰度权重中心的坐标。所述的几何法为识别获取光照图像四边的中心，两条对边中心连线的交点坐标为图像中心的坐标。

进一步的，所述S3步骤中所述的传动装置控制成像装置或所述待测近眼显示器，使两者发生相对运动，一般为相对转动，转动中心位于所述成像装置镜头的入瞳位置中心。

在一些可选的实施例中，所述的待测近眼显示器输出的第一检测画面，包括但不限于全白标板画面或黑底白框画面，画面可以带中心标记或者不带中心标记。所述的待测近眼显示器输出的第二检测画面，为带中心标记图像，包括但不限于全中心十字叉丝画面。

在一些可选的实施例中，第一检测画面与第二检测画面可相同。

本发明还公开了一种近眼显示器的测量装置，包括所述待测近眼显示器、用于夹持所述待测近眼显示器的样品台、面阵光电传感器、第一传动装置以及程控系统；所述面阵光电传感器面向所述待测近眼显示器的输出方向放置，所述面阵光电传感器或样品台与第一传动装置相连接，通过程控系统控制第一传动装置，使所述待测近眼显示器与面阵光电传感器发生相对运动；所述程控系统分别与第一传动装置和面阵光电传感器电连接。所述面阵光电传感器与所述待测近眼显示器的相对运动包括上下、左右、前后三个方向的平动和沿着两个或以上相互垂直的旋转轴的转动，或者多自由度的复合运动。

在一些可选的实施例中，所述面阵光电传感器，包括但不限于CMOS、CCD，所述面阵光电传感器带有相应的数据获取及传输电路。需要说明的是，此处仅为示例，本领域技术人员可以根据公知常识进行调整。

在一些可选的实施例中，所述的第一传动装置包括转动机构和/或平动机构。

在一些可选的实施例中，所述的第一传动装置是具有四个或以上旋转轴的机器人装置。

进一步的，在上述技术方案中，还包括第二传动装置，所述的第二传动装置与样品台相连接，第二传动装置带动样品台运动；所述的第二传动装置包括转动机构和平动机构。

本发明还公开了另一种近眼显示器的测量装置，包括用于夹持待测近眼显示器的样品台、面阵光电传感器、成像装置、第一传动装置以及程控系统；所述面阵光电传感器和所述成像装置分别面向所述待测近眼显示器的输出方向放置，所述面阵光电传感器和成像装置分别与第一传动装置相连接，通过程控系统控制第一传动装置，调整所述面阵光电传感器和成像装置的位姿。所述程控系统分别与第一传动装置、面阵光电传感器和成像装置电连接。

在一些可选的实施例中，所述面阵光电传感器，包括但不限于CMOS、CCD，所述面阵光电传感器带有相应的数据获取及传输电路。需要说明的是，此处仅为示例，本领域技术人员可以根据公知常识进行调整。

在一些可选的实施例中，所述的第一传动装置包括转动机构和/或平动机构。

在一些可选的实施例中，所述的第一传动装置是具有四个或以上旋转轴的机器人装置。

进一步的，在上述技术方案中，还包括第二传动装置，所述的第二传动装置与样品台相连接，第二传动装置带动样品台运动；所述的第二传动装置包括转动机构和平动机构。

本发明的有益效果：本发明提供的近眼显示器的测量方法使用的采样装置仅为普通面阵光电传感器，无需搭载复杂光路设计的镜头，方案成本大大降低。同时，测量方案实施步骤简单易行，大大简化了近眼显示器光轴及眼点的测量步骤，提高了测量效率，降低了测量成本。此外，本发明提供的另一种近眼显示器的测量方法，使用的测量装置为普通面阵光电传感器与成像装置互相配合，大大提高了测量精度和测量效率，降低了测量成本。

附图说明

附图1 为本发明技术方案的原理示意图；

附图2 为近眼显示器出瞳、眼点及光轴示意图；

附图3为本发明实施例一提供的一种近眼显示器的测量装置结构示意图；

附图4为本发明实施例二提供的一种近眼显示器的测量装置结构示意图；

附图5为本发明实施例三提供的一种近眼显示器光轴的测量装置结构示意图；

附图6为本发明实施例四提供的一种近眼显示器光轴的测量装置结构示意图；

附图7为本发明提供的一种近眼显示器的测量方法的流程图；

附图8为本发明提供的另一种近眼显示器的测量方法的流程图；

图中，1为待测近眼显示器，2为待测近眼显示器的物面，3为待测近眼显示器的光轴，4为出瞳，5为待测近眼显示器所输出的像方图像所发出的光线被足够大面阵光电传感器所接收到的光照分布图像，6为面阵光电传感器，7为面阵光电传感器的敏感区域，8为待测近眼显示器所输出的像方画面（像面），9为眼盒，10为眼点，11为支撑架，其中11-1为用于夹持面阵传感器的支撑架，11-2为用于夹持成像装置的支撑架，12为两轴旋转台，13为成像装置，14为四轴移动平台，15为样品台，16为三维平移台。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但本领域技术人员应当理解，以下实施例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域技术人员应当理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以下实施例进行修改。本发明的保护范围由所附的权利要求来限定。

实例一

本实施例公开了一种近眼显示器的测量装置，如图3所示，包括待测近眼显示器（1）、用于夹持待测近眼显示器（1）的样品台（15）、面阵光电传感器（6）、用于夹持面阵光电传感器（6）的支撑架（11）；所述支撑架（11）包括三维平移台（16）及两轴旋转台（12），其中，待测近眼显示器（1）设置于样品台（15）上，三维平移台（16）及两轴旋转台（12）分别控制面阵光电传感器（6）的移动与转动，改变面阵光电传感器（6）与待测近眼显示器（1）之间的位置关系，实现不同位置的光照分布测量；面阵光电传感器（6）位于不同位置时，其所接收到的光学照度分布各有不同。对光照分布图像进行边界识别算法分析，即可以获得待测近眼显示器的出瞳参数。

实例二

本实施例公开了一种近眼显示器的测量装置，如图4所示，包括待测近眼显示器（1）、用于夹持待测近眼显示器（1）的样品台（15）、面阵光电传感器（6）、用于夹持面阵光电传感器（6）的支撑架（11）；所述样品台包括三维平移台（16），所述支撑架（11）包括两轴旋转台（12），其中，待测近眼显示器（1）设置于样品台（15）上，三维平移台（16）控制待测近眼显示器移动，两轴旋转台（12）控制面阵光电传感器（6）转动，进而改变面阵光电传感器（6）与待测近眼显示器（1）之间的位置关系，实现不同位置的照度分布测量，对光照分布图像进行边界识别算法分析，即获得待测近眼显示器的出瞳参数。

实例三

本实施例公开了一种近眼显示器光轴的测量装置，如图5所示，包括待测近眼显示器（1）、用于夹持待测近眼显示器（1）的样品台（15）、面阵光电传感器（6）、用于夹持面阵光电传感器（6）的支撑架（11-1）、成像装置（13）、用于夹持成像装置的支撑架(11-2)、三维平移台（16），两轴旋转台（12）。其中，待测近眼显示器（1）设置于样品台（15）上，三维平移台（16）及两轴旋转台（12）控制待测近眼显示器（1）移动及转动，面阵光电传感器（6）设置于用于夹持面阵光电传感器（6）的支撑架（11-1）上，成像装置（13）设置与用于夹持成像装置的支撑架（11-2）上。使用面阵光电传感器（6）配合成像装置（13）获得待测近眼显示器出瞳参数及光轴位置。

实例四

本实施例公开了一种近眼显示器光轴的测量装置，如图6所示，包括待测近眼显示器（1）、用于夹持待测近眼显示器（1）的样品台（15）、面阵光电传感器（6）、成像装置（13）、四轴移动平台（14），两轴旋转台（12），其中，待测近眼显示器（1）设置于样品台（15）上，两轴旋转台（12）控制待测近眼显示器（1）转动，面阵光电传感器（6）及成像装置（13）分别设置在四轴移动平台（14）上，四轴移动平台（14）控制面阵光电传感器（6）及成像装置（13）移动。使用面阵光电传感器（6）配合成像装置（13）获得待测近眼显示器出瞳参数及光轴位置。

本实施例还公开了一种近眼显示器的测量方法，如图7所示，测量步骤包括：

S1，控制待测近眼显示器（1）输出画面（2）；

S2，通过所述面阵光电传感器（6）获取初始空间位置下的待测近眼显示器光照分布，并对光照分布图像进行算法判定，并获得相应位姿调整信息；

S3，使用三维平移台（16）及两轴旋转台（12）改变面阵光电传感器（6）与待测近眼显示器（1）的相对位姿后再次获取待测近眼显示器的光照分布，并再次对光照分布图像进行图像算法判定；

S4，若判定光照分布图像边界锐度未达到最高时，则再次获得相应位姿调整信息，并重复步骤S3；若判定光照分布图像达到算法所设阈值要求，则所述面阵光电传感器（6）所在平面即为待测近眼显示器出瞳所在平面，此时所述面阵光电传感器（6）上的光斑区域为所述待测近眼显示器的出瞳（4），所述出瞳（4）的中心即为眼点（5），所述过出瞳（4）的中心与所述待测近眼显示器（1）出瞳（4）垂直的轴线即为待测近眼显示器的光轴（3）。

本实施例还公开了另一种近眼显示器的测量方法，如图8所示，测量步骤包括：

S1，所述待测近眼显示器输出第一检测画面；所述面阵光电传感器（6）置于所述待测近眼显示器（1）人眼观看区域内，直接接收来自所述待测近眼显示器（1）的光输出信号并获得光照分布图像；

S2，通过图像中心识别算法获得所述光照分布图像的中心位置，并确定所述成像装置（13）与待测近眼显示器（1）的相对位姿调整信息；通过所述四轴移动平台（14）控制所述成像装置（13）调整所述成像装置（13）的位姿；

S3，所述待测近眼显示器输出第二检测画面，所述成像装置（13）对焦于第二检测画面，所述两轴旋转台（12）控制待测近眼显示器（1），使待测近眼显示器（1）与所述成像装置（13）发生转动，使得所述成像装置接收靶面中心与获取的第二检测画面中心重合，并记录此时所述成像装置及其光轴位置；

S4，通过所述四轴移动平台（14）控制所述面阵光电传感器（6），使所述面阵光电传感器（6）垂直于步骤S3所获的所述成像装置的光轴，然后控制所述面阵光电传感器（6）在该光轴方向前后调节，直至获得边界相对最为清晰的光照分布图像（5）；

反复S1至S4步骤，直至步骤S4所获得的光照分布图像边界清晰程度达到设定的范围后，则所述的光轴位置即为所述待测近眼显示器的光轴位置，所述的面阵光电传感器所获得的边界清晰的光照分布图像所在区域即为近眼显示器的出瞳，所述的光照分布图像中心即为眼点。

Claims (17)

1.一种近眼显示器的测量方法，其特征在于，使用不设置成像镜头的面阵光电传感器和传动装置获得待测近眼显示器的出瞳参数，具体包括：待测近眼显示器输出画面，面阵光电传感器置于待测近眼显示器人眼观看区域内，所述面阵光电传感器直接接收来自所述待测近眼显示器的光输出信号并获得光照分布图像；传动装置控制所述面阵光电传感器或所述待测近眼显示器，使两者发生相对运动，并利用不同空间位置下所述面阵光电传感器获得的光照分布图像，分析得到所述待测近眼显示器的出瞳参数。

2.根据权利要求1所述的一种近眼显示器的测量方法，其特征在于，利用不同空间位置下所述面阵光电传感器获得的光照分布图像，分析得到所述待测近眼显示器的出瞳参数，具体包括：使用图像边界识别算法判别所述光照分布图像的边界，当所述光照分布图像具有最清晰的边界时，所述面阵光电传感器位于所述待测近眼显示器的出瞳所在平面上，所述面阵光电传感器上的光照区域为所述待测近眼显示器的出瞳；使用图像中心识别算法获得所述光照分布图像的中心，获得所述出瞳的中心位置，从而获得所述待测近眼显示器的眼点。

3.根据权利要求1所述的一种近眼显示器的测量方法，其特征在于，利用不同空间位置下所述面阵光电传感器获得的光照分布图像，分析得到所述待测近眼显示器的出瞳参数，具体包括：使用图像边界识别算法判别所述光照分布图像的边界，并计算所述光照分布图像面积，当所述光照分布图像面积相对最小时，所述面阵光电传感器位于所述待测近眼显示器的出瞳所在平面上，所述面阵光电传感器上的光照区域为所述待测近眼显示器的出瞳；使用图像中心识别算法获得所述光照分布图像的中心，获得所述出瞳的中心位置，从而获得所述待测近眼显示器的眼点。

4.根据权利要求2或3所述的一种近眼显示器的测量方法，其特征在于，使用所述图像中心识别算法获得所述出瞳的中心位置之后，过所述出瞳的中心位置作所述待测近眼显示器出瞳的垂线，从而获得所述待测近眼显示器的光轴。

5.根据权利要求2或3所述的一种近眼显示器的测量方法，其特征在于，所述面阵光电传感器的感光面尺寸大于所述待测近眼显示器的出瞳尺寸，当使用所述图像边界识别算法判别光照分布图像具有最清晰的边界或面积相对最小时，直接获得所述待测近眼显示器的出瞳。

6.根据权利要求2或3所述的一种近眼显示器的测量方法，其特征在于，所述面阵光电传感器的感光面尺寸小于所述待测近眼显示器的出瞳尺寸，当所述图像边界识别算法判别光照分布图像具有最清晰的边界或面积相对最小时，通过所述传动装置控制面阵光电传感器与待测近眼显示器发生相对平动，通过拼接得到所述待测近眼显示器的出瞳。

7.根据权利要求2或3所述的一种近眼显示器的测量方法，其特征在于，所述图像边界识别算法包括但不限于边界锐度识别算法和/或边界对比度识别算法；所述图像中心识别算法包括但不限于灰度重心法或几何法。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种近眼显示器的测量方法，其特征在于，所述待测近眼显示器输出的画面，包括但不限于全白画面或黑底白框画面。

9.根据权利要求1或2或3所述的一种近眼显示器的测量方法，其特征在于，所述传动装置控制所述面阵光电传感器或所述待测近眼显示器，使两者发生相对运动的过程，具体包括：通过处理分析面阵光电传感器所在位置获得的光照分布图像，获得相应的位姿调整信息，并通过传动装置调整所述面阵光电传感器与所述待测近眼显示器的相对位置。

10.根据权利要求1或2或3所述的一种近眼显示器的测量方法，其特征在于，所述面阵光电传感器与所述待测近眼显示器的相对运动包括上下、左右、前后三个方向的平动和沿着两个或以上相互垂直的旋转轴的转动，或者多自由度的复合运动。

11.一种近眼显示器的测量方法，其特征在于，使用不设置成像镜头的面阵光电传感器、传动装置和成像装置获得待测近眼显示器的光轴位置，具体包括：

S1，所述待测近眼显示器输出第一检测画面；所述面阵光电传感器置于所述待测近眼显示器人眼观看区域内，直接接收来自所述待测近眼显示器的光输出信号并获得光照分布图像；

S2，通过图像中心识别算法获得所述光照分布图像的中心位置，通过所述传动装置控制所述面阵光电传感器和/或所述成像装置和/或所述待测近眼显示器，以调整所述面阵光电传感器、所述成像装置及所述待测近眼显示器的相对位姿，使得所述成像装置的入瞳中心置于前序所述面阵光电传感器所获得的图像的中心点位置；

S3，所述待测近眼显示器输出第二检测画面，所述成像装置对焦于第二检测画面，通过所述传动装置控制所述成像装置或所述待测近眼显示器，使两者发生相对运动，使得所述成像装置的接收靶面中心与获取的第二检测画面中心重合，并记录此时所述成像装置及其光轴位置信息；

S4，所述待测近眼显示器输出第一检测画面，通过所述传动装置控制所述面阵光电传感器和/或所述成像装置和/或所述待测近眼显示器，以调整所述面阵光电传感器、所述成像装置及所述待测近眼显示器的相对位姿，使得所述面阵光电传感器的位姿至垂直于步骤S3中成像装置的光轴，然后控制所述面阵光电传感器在该光轴方向前后调节，直至获得光照分布图像边界相对最为清晰或图像面积最小；

S5，反复S2至S4步骤，直至步骤S4所述的光照分布图像边界的清晰程度或图像面积达到设定的范围后，获得所述待测近眼显示器的出瞳参数。

12.根据权利要求11所述的一种近眼显示器的测量方法，其特征在于，所述图像中心识别算法包括但不限于灰度重心法或几何法。

13.根据权利要求11所述的一种近眼显示器的测量方法，其特征在于，所述待测近眼显示器输出的第一检测画面，包括但不限于全白标板画面或黑底白框画面；所述待测近眼显示器输出的第二检测画面，为带中心标记画面，包括但不限于全中心十字叉丝画面。

14.一种近眼显示器的测量装置，其特征在于，包括用于夹持待测近眼显示器的样品台、面阵光电传感器、第一传动装置以及程控系统；所述面阵光电传感器面向所述待测近眼显示器的输出方向放置，所述面阵光电传感器或所述样品台与所述第一传动装置相连接；通过程控系统控制第一传动装置，使所述待测近眼显示器与所述面阵光电传感器发生相对运动。

15.根据权利要求14所述的一种近眼显示器的测量装置，其特征在于，还包括成像装置，所述面阵光电传感器和所述成像装置分别面向所述待测近眼显示器的输出方向放置，所述成像装置和面阵光电传感器分别与第一传动装置相连接；通过程控系统控制第一传动装置，调整所述面阵光电传感器和所述成像装置的位姿。

16.根据权利要求14或15所述的一种近眼显示器的测量装置，其特征在于，所述的第一传动装置包括转动机构和/或平动机构。

17.根据权利要求14或15所述的一种近眼显示器的测量装置，其特征在于，所述的第一传动装置是具有四个或以上旋转轴的机器人装置。

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