CN114993627B - 一种光学系统虚像视距测量方法 - Google Patents
一种光学系统虚像视距测量方法Info
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Abstract
本发明涉及虚像视距测量技术领域，更具体地，涉及一种光学系统虚像视距测量方法。本发明的光学系统虚像视距测量方法利用了摄影系统的景深理论、图像清晰度和空间分辨率的概念及检测方法，不仅能对图像清晰度进行判断，减小视距测量的误差，还考虑景深特性，提高虚像视距的测量精度，使视距测量的误差进一步减小。
Description
技术领域
本发明涉及虚像视距测量技术领域，更具体地，涉及一种光学系统虚像视距测量方法。
背景技术
随着互联网和电子信息技术蓬勃发展，最新兴起的增强现实技术(AugmentedReality，AR)是一种将计算机生成的虚拟内容在现实世界中的无缝叠加、使用户可以同时对虚拟和现实对象进行感知和交互的新兴技术。近年来AR的研发得益于图像处理、物联网等技术以及微结构器件制作工艺的长足进步而取得了飞速的进展，逐步开始从实验室研究向更广泛的消费级产品迁移。
但最终要实现AR设备的产品化、市场化，让用户广泛地接受AR设备，其在交互精度、显示质量和设备体积等核心用户体验上仍然需要改善。正因为如此，作为AR设备至关重要的组成部分，AR光学系统是影响AR设备显示质量和设备体积的关键因素。对于多数研究机构和生产厂家来说，AR光学系统的基本参数是其在研发器件时最主要的设计目标，在这之中，虚像视距既是表征AR光学系统结构的常见参数，又是器件实现景深显示的关键指标之一。
虚像视距是指人眼到AR光学系统所显示虚拟图像的距离，该距离不仅表征了用户接收到的虚拟图像的深度信息，同时也是计算虚拟图像尺寸和系统视场角的重要参量，切实影响在使用设备时用户的轴向观感。虚拟图像显示位置与现实物体位置的差异会极大程度影响用户在使用AR设备时的注意力和观察效果。由于AR设备最本质的目的是将虚拟图像叠加到现实世界中，以实现“增强现实”的功能，故准确把握虚像视距，即虚拟图像的深度信息对于实现虚拟图像与现实物体的准确叠加至关重要。
使AR设备在具体场景下良好工作的前提和必要条件是合理控制虚像视距。在多数虚像视距的测量过程中，对于虚像和实物呈清晰像的认定均基于主观判断，缺乏对图像清晰度的定量判断，且没有考虑到摄像系统所具有的景深特性，当物体位于相机的景深空间内任意位置时均会呈清晰像，这导致即使主观判断虚像与实物同时呈清晰像，二者在相机光轴方向也存在最大值为相机景深的间距，从而导致所论证的虚像视距可能存在较大的误差，进而影响了虚像尺寸和视场角等其他光学系统参数检测的有效性。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种光学系统虚像视距测量方法，用于解决光学系统虚像视距测量误差较大的问题。
本发明采取的技术方案是：
一种光学系统虚像视距测量方法，包括：
固定光学系统呈现的虚像，采用相机采集所述虚像，得到多个虚像拍摄图像，不同的所述虚像拍摄图像为所述相机在不同的对焦位置下采集的，所述多个虚像拍摄图像依次呈现模糊到清晰再到模糊；
分析每个所述虚像拍摄图像的清晰度，将所述虚像拍摄图像的清晰度达到预设标准的所述虚像拍摄图像作为目标虚像拍摄图像，将采集所述目标虚像拍摄图像时所述相机的对焦位置作为目标对焦位置；
固定所述相机的对焦位置为所述目标对焦位置，将相机参数设置为采集所述目标虚像拍摄图像时的参数；利用设置完相机参数的所述相机采集实物，得到多个实物拍摄图像，不同的所述实物拍摄图像为在所述实物与所述相机相距不同距离下采集的；
分析每个所述实物拍摄图像的清晰度，将所述实物拍摄图像的清晰度达到预设标准的所述实物拍摄图像作为目标实物拍摄图像，将采集所述目标实物图像时所述实物与所述相机沿拍摄光轴方向相距的距离作为所述虚像的视距。
作为本发明的进一步方案，分析每个所述虚像拍摄图像的清晰度，包括：
对每个所述虚像拍摄图像分别提取虚像图检测区域，利用空间频率响应算法计算每个所述虚像图检测区域在不同空间频率ω下对应的空间频率响应；
将空间频率响应满足预设条件时对应的空间频率ω作为虚像图检测区域的空间分辨率；
根据每个所述虚像图检测区域的空间分辨率，综合得到每个所述虚像拍摄图像的清晰度；
和/或，分析每个所述实物拍摄图像的清晰度，包括：
对每个所述实物拍摄图像分别提取实物图检测区域，利用空间频率响应算法计算每个所述实物图检测区域在不同空间频率ω下对应的空间频率响应；
将空间频率响应满足预设条件时对应的空间频率ω作为实物图检测区域的空间分辨率；
根据每个所述实物检测区域的空间分辨率，综合得到每个所述实物拍摄图像的清晰度。
作为本发明的进一步方案，对每个所述虚像拍摄图像分别提取虚像图检测区域，包括：
将每个所述虚像拍摄图像分别转换成虚像亮度图；
将所述虚像亮度图通过二值化提取虚像边缘信息；
根据所述虚像边缘信息，通过排序筛选行向量和列向量的亮点个数，得到虚像中关键测试图样的中心点；
以所述虚像中关键测试图样的中心点在所述虚像亮度图截取一定范围作为所述虚像图检测区域；
和/或，对每个所述实物拍摄图像分别提取实物图检测区域，包括：
将每个所述实物拍摄图像分别转换成实物亮度图；
将所述实物亮度图通过二值化提取实物边缘信息；
根据所述实物边缘信息，通过排序筛选行向量和列向量的亮点个数，得到实物中关键测试图样的中心点；
以所述实物中关键测试图样的中心点在所述亮度图截取一定范围作为所述实物图检测区域。
作为本发明的进一步方案，将空间频率响应满足预设条件时对应的空间频率ω作为虚像图检测区域的空间分辨率，包括：
分别对每个所述虚像图检测区域在不同空间频率ω下对应的空间频率响应进行拟合，得到虚像空间频率响应拟合函数；
根据所述虚像空间频率响应拟合函数，当空间频率响应满足预设阈值时，计算出空间频率ω作为虚像图检测区域的空间分辨率；
和/或，将空间频率响应满足预设条件时对应的空间频率ω作为实物图检测区域的空间分辨率，包括：
分别对每个所述实物图检测区域在不同空间频率ω下对应的空间频率响应进行拟合，得到实物空间频率响应拟合函数；
根据所述实物空间频率响应拟合函数，当空间频率响应满足预设阈值时，计算出空间频率ω作为实物图检测区域的空间分辨率。
作为本发明的进一步方案，所述虚像空间频率响应拟合函数和/或所述实物空间频率响应拟合函数采用以下公式：
A1、A2分别为待定系数，y为空间频率响应，x为空间频率ω，x0为空间频率ω初值。
作为本发明的进一步方案，根据每个所述虚像图检测区域的空间分辨率，综合得到每个所述虚像拍摄图像的清晰度，包括：
将同一所述虚像拍摄图像中所有所述虚像图检测区域的空间分辨率计算平均值，得到该所述虚像拍摄图像的空间分辨率，将所有所述虚像拍摄图像的空间分辨率进行归一化，得到所有所述虚像拍摄图像的清晰度；
和/或，根据每个所述实物检测区域的空间分辨率，计算得到每个所述实物拍摄图像的清晰度，包括：
将同一所述实物拍摄图像中所有所述实物图检测区域的空间分辨率计算平均值，得到该所述实物拍摄图像的空间分辨率，将所有所述实物拍摄图像的空间分辨率进行归一化，得到所有所述实物拍摄图像的清晰度。
作为本发明的进一步方案，将所述虚像拍摄图像的清晰度达到预设标准的所述虚像拍摄图像作为目标虚像拍摄图像，包括：
将所述虚像拍摄图像的清晰度等于或最接近于预设标准值的所述虚像拍摄图像作为目标虚像拍摄图像；
和/或，将所述实物拍摄图像的清晰度达到预设标准的所述实物拍摄图像作为目标实物拍摄图像，包括：
将所述实物拍摄图像的清晰度等于或最接近于预设标准值的所述实物拍摄图像作为目标实物拍摄图像。
作为本发明的进一步方案，所述虚像为由图像输出光通过中继系统入射到AR光学系统中而形成。
作为本发明的进一步方案，所述相机设置在所述AR光学系统的出瞳位置，且所述相机的光轴与图像光通过所述AR光学系统的输出光轴一致。
作为本发明的进一步方案，采集所述虚像，包括：在全黑环境中采集虚拟图像；采集实物，包括：在特定照明环境中采集实物。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：采用适合的相机的近景距离或者远景距离来描述虚像视距，进一步提高虚像视距的测量精度，并减小测量误差。
附图说明
图1为本发明实施例的虚像视距测量流程图；
图2为本发明实施例的相机景深随对准平面位置变化示意图；
图3为本发明实施例的虚像测试图样示意图；
图4为本发明实施例的虚像拍摄图像清晰度分析过程示意图；
图5为本发明实施例的实物测试图样示意图；
图6为本发明实施例的实物拍摄图像清晰度分析过程示意图。
具体实施方式
本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例
本实施例提供一种光学系统虚像视距测量方法，用于测量光学系统所呈现的虚像的视距，通过使相机所测虚像的位置和实物同时处于相机同一对准平面的近景位置的方式来实现。
图1为本发明的虚像视距测量流程图，如图1所示，包括：
S100.固定光学系统呈现的虚像，采用相机采集所述虚像，得到多个虚像拍摄图像，不同的所述虚像拍摄图像为所述相机在不同的对焦位置下采集的，所述多个虚像拍摄图像依次呈现模糊到清晰再到模糊。
相机在不同的对焦位置下采集虚像而得到多个虚像拍摄图像，相机的对准平面由近到远通过光学系统所呈现的虚像图像面，所采集的虚像图像的拍摄图像会出现依次呈现模糊-清晰-再模糊的过程。如图2所示，虚像从相机对准平面处于近处时的远景位置进入相机的景深范围(此前虚像为模糊的)，开始成清晰像，到与对准平面重合，最终从对准平面处于远处时的近景位置离开相机景深，虚像重新成模糊的。
光学系统需包含图像源，以DLP(Digital Light Processing，数字光处理)光学系统为例，DLP技术是要先把输入的影像信号经过数字处理，然后再把光输出。在具体实施过程中，可以将测试图样输入该图像源中，包含测试图样的输出光可以通过中继系统入射到AR光学系统中，从而形成虚像。相机可以设置在AR光学系统的出瞳位置，且相机的光轴与AR光学系统的输出光轴一致。
为了实现相机在不同的对焦位置下采集多个虚拟图像，具体实施过程中，可以在相机的对焦环上标记一组一定间距的刻度点位，不同的对焦位置应要使得所采集得到的虚像拍摄图像从模糊到清晰再到模糊，因此所标记的刻度范围应要使得所得到的虚像拍摄图像从模糊到清晰再到模糊。
标记刻度的起始位置和终止位置可由目测判断所要采集的虚像的清晰度或预实验来决定。
为了后续更好地分析每个虚像拍摄图像的清晰度，可以将如图3所示的测试图样输入光学系统。相机可以采用具有固定器的定焦镜头的CMOS或CCD相机。
为保证不引入其他因素对于相机景深和清晰度检测的干扰，相机对虚像的采集过程可以在全黑环境中进行。在虚像采集过程中，保持图像源输出设置不变；相机光圈、曝光时间、增益、色温等相机设置不变。相机色调、亮度、对比度、饱和度、伽马均无调整，暗场校正、平场校正、锐化均未开启。
S200.分析每个所述虚像拍摄图像的清晰度，将所述虚像拍摄图像的清晰度达到预设标准的所述虚像拍摄图像作为目标虚像拍摄图像，将采集所述目标虚像拍摄图像时所述相机的对焦位置作为目标对焦位置。
为了寻找虚像与相机近景位置重合时所对应的对焦位置，可以对所采集的每个虚像拍摄图像进行清晰度分析，选出清晰度达到预设标准的虚像拍摄图像，采集该虚像时相机的对准位置作为目标对准位置，该目标对准位置即为要寻找的对准位置。
图像清晰度是指图像上各细部影纹及其边界的清晰程度。在分析拍摄图像的清晰度时，可以采用空间分辨率评价拍摄图像的清晰度。这里需要强调的是，本实施例对于拍摄图像的绝对清晰度评价，并非是评价光学系统所显示的虚像相比于光学系统输入图像的清晰度变化，即并非是评价光学系统或相机的成像质量，而是一种相对评估值，即通过对已呈现的虚像，在测量视距的相机接收过程中产生的清晰度的相对变化进行评价，从而得出相机的景深位置。
空间分辨率是相机(或相机组件)描述图片精细间隔细节的能力。而空间频率响应是成像系统对输入空间频率的相对振幅响应，它将对比度降低作为空间频率的函数进行测量。通常，对比度随着空间频率函数而降低，直至细节不再被视觉分辨，该极限频率值即是空间分辨率。
空间频率响应算法是测量成像系统对倾斜边缘输入的振幅响应，即分析倾斜的低对比度中性边缘图像，数字化倾斜的垂直和水平边缘附近的检测区域，测量边缘的相位梯度，获得平均相位作为空间频率响应。
判断空间分辨率和图像清晰度之间的关系是非常重要的。图像清晰度是视觉上检测精细间隔的细节或边缘过渡的主观印象。视觉上重要细节的对比度越高(即在大范围的细节中空间频率响应越大)，则越有可能从视觉上判断这些细节渲染的图像是清晰的。
因此，可以基于空间频率响应算法分析每个拍摄图像的清晰度。采用空间频率响应算法可以给出客观的图像清晰度变化趋势，从而使得视距测量的误差进一步减小。分析每个虚像拍摄图像清晰度的流程图，如图4所示，具体地，步骤S200中分析每个虚像拍摄图像的清晰度可以包括：
S210.对每个所述虚像拍摄图像分别虚像图检测区域。
步骤S210中对每个所述虚像拍摄图像分别提取虚像图检测区域，可以具体包括：
S211.将每个所述虚像拍摄图像分别转换成虚像亮度图；
S212.将所述虚像亮度图通过二值化提取虚像边缘信息；
S213.根据所述虚像边缘信息，通过排序筛选行向量和列向量的亮点个数，得到虚像中关键测试图样的中心点；
S214.以所述虚像中关键测试图样的中心点在所述虚像亮度图截取一定范围作为所述虚像图检测区域。
以采用如图2所示的测试图样为例，虚像图检测区域的提取具体可以是：将虚像拍摄图像转换成亮度图后进行二值化(如图4A)，提取边缘信息；通过排序筛选行向量和列向量中的亮点个数来得到图像中测试图样四个斜边中点的像素位置，即为所需虚像中关键测试图样的中心点；再以相同范围截取亮度图从而获得两个水平方向的虚像图检测区域和两个竖直方向的虚像图检测区域(如图4B)。
空间频率响应算法的边缘输入像素为奇数，且像素数>25个像素。在后续实验中每个虚像图检测区域沿斜边方向的长度和穿过斜边方向的长度均为141和81个像素。
将采集的虚像拍摄图像转换为亮度图的原因是：如果对虚像拍摄图像直接进行空间频率响应计算，将得出RGB三色的空间频率响应数据和RGB按指定比例换算的亮度的空间频率响应数据，此时无法排除光学系统引入的色差、色彩不均匀以及亮度比例不一致对计算结果的干扰。
检测区域提取时，为了保持检测区域选取的一致性，以及避免对焦位置变化引起的图像清晰度剧烈变化的干扰，必须通过算法确定检测区域中心点，再以固定的长度和宽度进行截取。
S220.利用空间频率响应算法计算每个虚像图检测区域在不同空间频率ω下对应的空间频率响应，并将空间频率响应满足预设条件时对应的空间频率ω作为虚像图检测区域的空间分辨率。根据具体虚拟图像采集环境下的客观情况，当空间频率响应满足预设条件时，具体地，是当空间频率响应下降到一定阈值时，所对应的空间频率可以认为是所采集虚像图检测区域的空间分辨率。
步骤S220中利用空间频率响应算法计算每个所述虚像图检测区域在不同空间频率ω下对应的空间频率响应，可以具体包括：
S221.调用空间频率响应算法，计算每个虚像图检测区域在不同空间频率ω下对应的空间频率响应；
在提取检测区域后，可以调用空间频率响应算法对每个检测区域进行计算。可以对同一个检测区域重复计算4次，以其4次计算结果的平均值作为该检测区域最终计算得出的空间频率响应结果，其结果形式为一组不同空间频率ω及其对应的空间频率响应数据(如图4C)。
S222.分别对每个虚像图检测区域在不同空间频率ω下对应的空间频率响应进行拟合，得到虚像图检测区域的空间频率响应拟合函数；
对每个虚像图检测区域所获得的空间频率响应数据(如图4C)进行曲线拟合，拟合结果如图4D所示。
通过对比不同拟合函数的效果，可选地，空间频率响应拟合函数采用下公式可以得到更佳的拟合效果：
A1、A2分别为待定系数，y为空间频率响应，x为空间频率ω，x0为空间频率ω初值。
S223.根据虚像图检测区域的空间频率响应拟合函数，当空间频率响应满足预设阈值时，计算出空间频率ω作为虚像图检测区域的空间分辨率；
具体地可以以0.4～0.6作为预设阈值，当空间频率响应＝0.4～0.6，代入虚像图检测区域的空间频率响应拟合函数，计算得到对应的空间频率ω，即可以认为是虚像图检测区域的空间分辨率。
S230.根据每个所述虚像图检测区域的空间分辨率，综合得到每个所述虚像拍摄图像的清晰度。
步骤S230中根据每个所述虚像图检测区域的空间分辨率，计算得到每个所述虚像拍摄图像的清晰度，可以具体包括：
对同一对焦位置处(同一对焦环刻度点位)所采集虚像拍摄图像的水平虚像图检测区域空间分辨率求平均，作为该虚像拍摄图像的水平空间分辨率；同理得到该虚像拍摄图像的垂直空间分辨率(如图4E)。将得到的每个虚像拍摄图像的空间分辨率。
对所有对焦位置下(所有对焦环刻度点位)对应虚像拍摄图像的空间分辨率进行归一化，得到各个对焦位置(各个对焦环刻度点位)下虚像拍摄图像的清晰度，最终绘制出对焦位置(对焦环刻度点位)—清晰度关系图(如图4F)。
步骤S200中，将虚像拍摄图像的清晰度达到预设标准的虚像拍摄图像作为目标虚像拍摄图像，可以具体包括：
将所述虚像拍摄图像的清晰度等于或最接近于预设标准值的所述虚像拍摄图像作为目标虚像拍摄图像。
具体地，预设标准值可以设置为0.88～0.92。即认为清晰度在0.88～0.92以上的图像均较为清晰，清晰度在0.88～0.92以下的图像较为模糊，故可以得出：清晰度等于或最接近于0.88～0.92的虚像拍摄图像所对应的对焦环刻度点位，即为所求的相机对焦平面在远离虚像平面时相机近景位置(图2C)所对应的对焦环刻度位置，该对焦环刻度位置对应的相机对焦位置是要寻找的目标对焦位置。
S300.固定所述相机的对焦位置为所述目标对焦位置，将相机参数设置为采集所述目标虚像拍摄图像时的参数；利用设置完相机参数的所述相机采集实物，得到多个实物拍摄图像，不同的所述实物拍摄图像为在所述实物与所述相机相距不同距离下采集的；
将相机的对焦位置固定在步骤S200最后所得到的相机远离虚像平面时相机近景位置所对应的对焦位置，也即将相机的对焦位置固定为目标对焦位置，保持相机各项设置不变，通过位移台或旋转台将相机转换至参考实物拍摄光路。
其中相机和导轨可以固定在实验台上，导轨方向与相机光轴方向保持一致。实物是测试图样，实物也需要满足测试物距最远时的图样斜边在过斜边方向像素为奇数、且像素数>25个像素以上的要求，实物可以采用如图5所示的测试图样。
在实物采集过程中，照明装置为参考实物提供照明以满足拍摄所需要的亮度，周围环境保持黑暗以避免其他光源对实物采集过程产生干扰。实物通过滑块在导轨上沿相机光轴方向移动，通过精密导轨和激光测距仪辅助测量出参考实物与相机镜头间的距离。照明装置与参考实物保持相对位置不变，保证参考实物的照明条件一致。
S400.分析每个所述实物拍摄图像的清晰度，将所述实物拍摄图像的清晰度达到预设标准的所述实物拍摄图像作为目标实物拍摄图像，将采集所述目标实物图像时所述实物与所述相机沿拍摄光轴方向相距的距离作为所述虚像的视距。
对所采集的每个实物拍摄图像进行清晰度分析，选出清晰度达到预设标准的实物拍摄图像，采集该实物拍摄图像时实物与相机沿拍摄光轴方向相距的距离就是本实施例所要测量的虚像视距。
步骤S400中，分析每个所述实物拍摄图像的清晰度可以包括：
S410.对每个所述实物拍摄图像分别提取实物图检测区域。
S420.利用空间频率响应算法计算每个实物图检测区域在不同空间频率ω下对应的空间频率响应，将空间频率响应满足预设条件时对应的空间频率ω作为实物图检测区域的空间分辨率；
S430.根据每个所述实物检测区域的空间分辨率，计算得到每个所述实物拍摄图像的清晰度。
步骤S410中对每个所述实物拍摄图像分别提取实物图检测区域，可以具体包括：
S411.将每个实物拍摄图像分别转换成实物亮度图；
S412.将实物亮度图通过二值化提取实物边缘信息；
S413.根据所述实物边缘信息，通过排序筛选行向量和列向量的亮点个数，得到实物中关键测试图样的中心点；
S414.以所述实物中关键测试图样的中心点在所述亮度图截取一定范围作为所述实物图检测区域。
步骤S420中利用空间频率响应算法计算每个实物图检测区域在不同空间频率ω下对应的空间频率响应，将空间频率响应满足预设条件时对应的空间频率ω作为实物图检测区域的空间分辨率，可以具体包括：
S421.调用空间频率响应算法，计算每个所述实物图检测区域在不同空间频率ω下对应的空间频率响应；
S422.分别对每个所述实物图检测区域在不同空间频率ω下对应的空间频率响应进行拟合，得到实物图检测区域的空间频率响应拟合函数；
可选地，实物图检测区域的空间频率响应拟合函数采用下公式可以得到更佳的拟合效果：
A1、A2分别为待定系数，y为空间频率响应，x为空间频率ω，x0为空间频率ω初值。
S423.根据所述实物图检测区域的空间频率响应拟合函数，当空间频率响应满足预设阈值时，计算出空间频率ω作为实物图检测区域的空间分辨率。
步骤S430中根据每个所述实物检测区域的空间分辨率，计算得到每个所述实物拍摄图像的清晰度，可以具体包括：
对同一物距处所采集实物拍摄图像中所有所述实物图检测区域的空间分辨率计算平均值，得到该所述实物拍摄图像的空间分辨率，将所有所述实物拍摄图像的空间分辨率进行归一化，得到所有所述实物图像的清晰度。
步骤S400中，将实物拍摄图像的清晰度达到预设标准的实物拍摄图像作为目标实物拍摄图像，可以具体包括：将所述实物拍摄图像的清晰度等于或最接近于预设标准值的所述实物拍摄图像作为目标实物拍摄图像。采集目标实物拍摄图像时实物与相机沿拍摄光轴方向相距的距离就是本实施例所要测量的虚像视距。
分析每个实物拍摄图像清晰度的流程图如图6所示。分析每个实物拍摄图像的清晰度，与分析每个虚像拍摄图像的清晰度，是同理的，在此不再赘述。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种光学系统虚像视距测量方法，其特征在于，包括：
固定光学系统呈现的虚像，采用相机采集所述虚像，得到多个虚像拍摄图像，不同的所述虚像拍摄图像为所述相机在不同的对焦位置下采集的，所述多个虚像拍摄图像依次呈现模糊到清晰再到模糊；
分析每个所述虚像拍摄图像的清晰度，将所述虚像拍摄图像的清晰度达到预设标准的所述虚像拍摄图像作为目标虚像拍摄图像，将采集所述目标虚像拍摄图像时所述相机的对焦位置作为目标对焦位置；
固定所述相机的对焦位置为所述目标对焦位置，将相机参数设置为采集所述目标虚像拍摄图像时的参数；利用设置完相机参数的所述相机采集实物，得到多个实物拍摄图像，不同的所述实物拍摄图像为在所述实物与所述相机相距不同距离下采集的；
分析每个所述实物拍摄图像的清晰度，将所述实物拍摄图像的清晰度达到预设标准的所述实物拍摄图像作为目标实物拍摄图像，将采集所述目标实物图像时所述实物与所述相机沿拍摄光轴方向相距的距离作为所述虚像的视距；
分析每个所述虚像拍摄图像的清晰度，包括：
对每个所述虚像拍摄图像分别提取包含关键测试图样的虚像图检测区域，利用空间频率响应算法计算每个所述虚像图检测区域在不同空间频率ω下对应的空间频率响应；
将空间频率响应满足预设条件时对应的空间频率ω作为虚像图检测区域的空间分辨率；
根据每个所述虚像图检测区域的空间分辨率，综合得到每个所述虚像拍摄图像的清晰度；
和/或，分析每个所述实物拍摄图像的清晰度，包括：
对每个所述实物拍摄图像分别提取实物图检测区域，利用空间频率响应算法计算每个所述实物图检测区域在不同空间频率ω下对应的空间频率响应；
将空间频率响应满足预设条件时对应的空间频率ω作为实物图检测区域的空间分辨率；
根据每个所述实物检测区域的空间分辨率，综合得到每个所述实物拍摄图像的清晰度。
2.根据权利要求1所述的一种光学系统虚像视距测量方法，其特征在于，对每个所述虚像拍摄图像分别提取包含关键测试图样的虚像图检测区域，包括：
将每个所述虚像拍摄图像分别转换成虚像亮度图；
将所述虚像亮度图通过二值化提取虚像边缘信息；
根据所述虚像边缘信息，通过排序筛选行向量和列向量的亮点个数，得到虚像中关键测试图样的中心点；
以所述虚像中关键测试图样的中心点在所述虚像亮度图截取一定范围作为所述虚像图检测区域；
和/或，对每个所述实物拍摄图像分别提取实物图检测区域，包括：
将每个所述实物拍摄图像分别转换成实物亮度图；
将所述实物亮度图通过二值化提取实物边缘信息；
根据所述实物边缘信息，通过排序筛选行向量和列向量的亮点个数，得到实物中关键测试图样的中心点；
以所述实物中关键测试图样的中心点在所述实物亮度图截取一定范围作为所述实物图检测区域。
3.根据权利要求1所述的一种光学系统虚像视距测量方法，其特征在于，将空间频率响应满足预设条件时对应的空间频率ω作为虚像图检测区域的空间分辨率，包括：
分别对每个所述虚像图检测区域在不同空间频率ω下对应的空间频率响应进行拟合，得到虚像空间频率响应拟合函数；
根据所述虚像空间频率响应拟合函数，当空间频率响应满足预设阈值时，计算出空间频率ω作为虚像图检测区域的空间分辨率；
和/或，将空间频率响应满足预设条件时对应的空间频率ω作为实物图检测区域的空间分辨率，包括：
分别对每个所述实物图检测区域在不同空间频率ω下对应的空间频率响应进行拟合，得到实物空间频率响应拟合函数；
根据所述实物空间频率响应拟合函数，当空间频率响应满足预设阈值时，计算出空间频率ω作为实物图检测区域的空间分辨率。
4.根据权利要求3所述的一种光学系统虚像视距测量方法，其特征在于，所述虚像空间频率响应拟合函数和/或所述实物空间频率响应拟合函数采用以下公式：
A1、A2分别为待定系数，y为空间频率响应，x为空间频率ω，x0为空间频率ω初值。
5.根据权利要求1所述的一种光学系统虚像视距测量方法，其特征在于，根据每个所述虚像图检测区域的空间分辨率，综合得到每个所述虚像拍摄图像的清晰度，包括：
将同一所述虚像拍摄图像中所有所述虚像图检测区域的空间分辨率计算平均值，得到该所述虚像拍摄图像的空间分辨率，将所有所述虚像拍摄图像的空间分辨率进行归一化，得到所有所述虚像拍摄图像的清晰度；
和/或，根据每个所述实物检测区域的空间分辨率，综合得到每个所述实物拍摄图像的清晰度，包括：
将同一所述实物拍摄图像中所有所述实物图检测区域的空间分辨率计算平均值，得到该所述实物拍摄图像的空间分辨率，将所有所述实物拍摄图像的空间分辨率进行归一化，得到所有所述实物拍摄图像的清晰度。
6.根据权利要求5所述的一种光学系统虚像视距测量方法，其特征在于，将所述虚像拍摄图像的清晰度达到预设标准的所述虚像拍摄图像作为目标虚像拍摄图像，包括：
将所述虚像拍摄图像的清晰度等于或最接近于预设标准值的所述虚像拍摄图像作为目标虚像拍摄图像；
和/或，将所述实物拍摄图像的清晰度达到预设标准的所述实物拍摄图像作为目标实物拍摄图像，包括：
将所述实物拍摄图像的清晰度等于或最接近于预设标准值的所述实物拍摄图像作为目标实物拍摄图像。
7.根据权利要求1所述的一种光学系统虚像视距测量方法，其特征在于，所述虚像为由图像输出光通过中继系统入射到AR光学系统中而形成。
8.根据权利要求7所述的一种光学系统虚像视距测量方法，其特征在于，所述相机设置在所述AR光学系统的出瞳位置，且所述相机的光轴与图像光通过所述AR光学系统的输出光轴一致。
9.根据权利要求1至8任一项所述的一种光学系统虚像视距测量方法，其特征在于，采集所述虚像，包括：在全黑环境中采集虚拟图像；采集实物，包括：在特定照明环境中采集实物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210693206.1A CN114993627B (zh) | 2022-06-17 | 一种光学系统虚像视距测量方法 |
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|---|---|---|---|
| CN202210693206.1A CN114993627B (zh) | 2022-06-17 | 一种光学系统虚像视距测量方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114993627A CN114993627A (zh) | 2022-09-02 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108012147A (zh) * | 2017-12-22 | 2018-05-08 | 歌尔股份有限公司 | Ar成像系统虚像距测试方法及装置 |
| CN112326205A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-05 | 歌尔光学科技有限公司 | 虚像距检测工装及其标定方法、虚像距检测方法 |
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN108012147A (zh) * | 2017-12-22 | 2018-05-08 | 歌尔股份有限公司 | Ar成像系统虚像距测试方法及装置 |
| CN112326205A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-05 | 歌尔光学科技有限公司 | 虚像距检测工装及其标定方法、虚像距检测方法 |
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