CN117044195A - 便携式电子设备的校准方法 - Google Patents

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CN117044195A CN202280018793.2A CN202280018793A CN117044195A CN 117044195 A CN117044195 A CN 117044195A CN 202280018793 A CN202280018793 A CN 202280018793A CN 117044195 A CN117044195 A CN 117044195A
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C·芭布
D·昂卡瓦
李晖
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Essilor International Compagnie Generale dOptique SA
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Abstract

一种用于确定便携式电子设备的参数的校准方法，该便携式电子设备包括用于确定用户参数的图像获取模块以及显示器，其中，该方法包括：‑提供已知样式，‑使用来自便携式电子设备的图像获取模块的来自第一位置的已知样式的图像，‑向用户提供至少一个指示以相对于已知样式将便携式电子设备移动到不同于第一位置的至少第二位置，‑使用所述图像获取模块在第二位置拍摄所述已知样式的图像，‑处理从第二位置拍摄的已知样式的图像以至少确定包括用于拍摄图像的图像获取模块的便携式电子设备的参数。

Description

便携式电子设备的校准方法
技术领域
本公开涉及用于确定便携式电子设备的参数的校准方法，该便携式电子设备包括用于确定用户参数的图像获取模块以及被配置为显示图像的显示器。
背景技术
通常，希望拥有光学设备的人会去找眼保健医生。
确定配戴者的处方和适配数据可能需要进行复杂且耗时的测量。这样的测量通常需要复杂且昂贵的材料和有资格的人员来进行。
然而，最近的发展允许使用便携式电子设备(如智能手机)来确定人的一些光学参数。
WO 2019/122096中公开了使用便携式电子设备来确定适合人的眼睛配戴物的镜片的光学参数的示例。
使用便携式电子设备来确定光学参数需要知道便携式电子设备的一些特性。
可用的各种不同的便携式电子设备需要具有校准协议，该校准协议易于实施并允许确定便携式电子设备的参数以确定这样的设备是否可以用于确定特定的光学参数以及这样的便携式电子设备的确定光学参数所需的关键特性。
本公开的校准方法是通常在具有特定计量设备的实验室中进行的表征过程的替代方法。这样的表征过程通常作为电子设备制造过程的结论来进行并且定期更新以保持设备的精度。
这样的表征过程需要特定的计量设备和训练有素的专业人员，因此可能无法针对各种便携式电子设备大规模进行。
现有的智能手机应用使用许多集成的硬件传感器来简单而精确地确定参数，例如镜头适配。这样的应用通常在经过预审的智能手机上使用，这些手机已经在实验室中单独校准。如果已知了特性参数的离散度足够低，则可以在给定型号的单个样本上进行这样的校准。否则，需要在每部智能手机上单独进行校准。
因此，需要一种便携式电子设备的校准方法，该方法可以由未经训练的用户容易地实施并且无需使用特定的计量设备即可校准任何便携式电子设备。
本公开的一个目的是提供这样的校准方法。
发明内容
为此，本公开涉及一种用于确定便携式电子设备的参数的校准方法，该便携式电子设备包括用于确定用户参数的图像获取模块和显示器，其中，该方法包括：
-提供已知样式，
-使用来自便携式电子设备的图像获取模块的来自第一位置的已知样式的图像，
-向用户提供至少一个指示以相对于已知样式将便携式电子设备移动到不同于第一位置的至少第二位置，
-使用所述图像获取模块在第二位置拍摄所述已知样式的图像，
-处理从第二位置拍摄的已知样式的图像以至少确定包括用于拍摄图像的图像获取模块的便携式电子设备的参数。
有利地，本公开的校准方法是辅助校准方法。通过向用户提供指示，本公开的校准方法尽可能少地依赖于操作者并且不需要任何特定的知识。
有利地，该方法使得能够至少确定便携式电子设备的参数，并且更具体地，至少确定所述便携式电子设备的图像获取模块的参数，例如焦距。考虑到便携式电子设备制造商可能不会提供该参数的值，或者由便携式电子设备制造商或运行便携式电子设备的操作系统或应用编程接口提供的值可能不够准确，这甚至更加有利。
当所述参数由制造商作为图像元数据提供时，在所述元数据中提供的参数值可能与包括用于拍摄图像的图像获取模块的便携式电子设备的参数的真实值不相符。这使得利用所述数据进行精确测量(例如确定适配参数或瞳孔间距)变得复杂。
有利地，与由制造商作为元数据提供的参数值相比，本公开的方法能够提供包括用于拍摄图像的图像获取模块的便携式电子设备的更准确的参数值。
有利地，所述方法使得能够确定包括图像获取模块的便携式电子设备的准确的参数值，其中，图像获取模块包括可移动的。这些可移动部件使得确定包括图像获取模块的便携式电子设备的准确的参数值变得复杂。
根据本公开的光学设备的进一步实施例，其可以被单独或组合地考虑：
-该方法进一步包括在第二位置拍摄所述已知样式的图像之前，例如使用姿态估计来检查便携式电子设备的稳定性；和/或
-该方法进一步包括重复以下步骤：向用户提供至少一个指示以将便携式电子设备移动到至少不同的位置，并且从至少两个、例如三个不同的位置拍摄所述已知样式的图像；和/或
-当在不同位置拍摄所述已知样式的多个图像时，便携式电子设备与已知样式之间的距离基本相同；和/或
-该方法进一步包括实时处理来自图像获取模块的已知样式的每个图像以确定要提供给用户以将便携式电子设备移动到不同位置的至少一个指示；和/或
-提供给用户的指示包括旋转指示和/或平移指示；和/或
-平移指示包括用户要向哪个方向移动便携式电子设备的指示；和/或
-旋转指示包括是否将要改变便携式电子设备的取向的指示；和/或
-显示器适于实时显示由图像获取模块获取的图像，并且提供给用户的指示包括下一个可能位置的重叠指示；和/或
-该方法进一步包括在拍摄已知样式的图像之前，提供图像获取模块的焦距值的估计；和/或
-假设图像获取模块的焦距在所有方向上都相同并且图像获取模块的中心对应于所获取图像的中心，通过用图像获取模块拍摄平面的已知矩形元件的图像并通过识别两个灭点对图像进行处理来估计图像获取模块的焦距值的估计；和/或
-便携式电子设备进一步包括至少惯性传感器和/或磁传感器，并且该方法进一步包括至少在拍摄已知样式的图像时使用所述惯性传感器和/或磁传感器来收集数据；和/或
-便携式电子设备进一步包括至少惯性传感器和/或磁传感器，并且该方法进一步包括当用户在两个位置之间移动时使用所述惯性传感器和/或磁传感器来收集数据；和/或
-惯性传感器包括加速度计；和/或
-便携式设备包括加速度计，已知样式处于固定位置，并且该方法进一步包括通过以下方式确定图像获取模块参考系与加速度计参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)：
ο从图像获取模块从不同位置接收已知样式的图像集，并且每个图像与同由加速度计获得的在加速度计参考系中表达的重力测量结果相对应的重力数据相关联，
ο基于接收到的图像集中的图像，确定图像获取模块参考系与已知样式参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)，
ο基于所确定的图像获取模块参考系与已知样式参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)，并且假设由加速度计测量的重力针对每个图像是相同的，来确定图像获取模块参考系与加速度计参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)；和/或
-便携式电子设备进一步包括与图像获取模块相关联的闪光灯，并且该方法进一步包括通过以下方式确定闪光灯与图像获取模块的参考点的相对位置：
ο用图像获取模块和相关联的闪光灯拍摄已知样式的至少一个图像，
ο确定图像获取模块在已知样式参考系中的位置和取向，
ο处理使用闪光灯拍摄的已知样式的至少一个图像以便定位图像中的闪光反射，例如使用常规的图像处理方法或基于AI的方法，
ο通过计算已知样式平面与图像中的闪光反射点的对极线的交点，找到已知样式平面上的反射坐标，
ο基于闪光反射的坐标确定闪光灯与图像获取模块的参考点的相对位置；和/或
-便携式电子设备包括多个图像获取模块，并且该方法进一步包括通过以下方式识别在校准方法期间使用的图像获取模块：
ο拍摄放置在反射平面上的已知样式的图像，当拍摄图像时，用户面向反射平面，处于使得不同的图像获取模块出现在图像上的位置处，
ο通过获知用于拍摄图像的图像获取模块与已知样式的相对位置并且计算图像获取模块在反射平面上的反射的估计位置，来确定所使用的图像获取模块；和/或
-便携式电子设备用于确定用户的光学适配参数、光学镜片的光学参数、用户的视敏度参数中的至少一个。
-便携式电子设备是智能手机、个人数字助理、膝上型计算机、网络摄像头或平板计算机；和/或
-适配参数包括用户双眼瞳孔中心之间的距离；和/或
-适配参数包括每个瞳孔的中心与用户的矢状面之间的距离，和/或
-适配参数包括用户每个瞳孔的中心的高度的指示，和/或
-适配参数包括用户鼻子形状的指示；和/或
-适配参数包括用户颧骨形状的指示；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的屈光函数；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的视觉参考区中的光焦度；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的视觉参考区中的光学柱面；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的视觉参考区中的光学柱面轴；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的视觉参考区中的棱镜基底；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的视觉参考区中的棱镜轴；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的光学设计类型；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的透射率；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的颜色；和/或
-镜片的光学参数包括镜片上光学中心的位置。
本公开的另一个目的是一种用于确定便携式电子设备的图像获取模块参考系与加速度计参考系之间的至少一个角度、例如多个角度的校准方法，其中，该方法包括：
-从便携式电子设备的图像获取模块从不同位置接收已知样式的图像集，该已知样式在获取时处于相同的空间位置，并且每个图像与同由便携式电子设备的加速度计获得的在加速度计参考系中表达的重力测量结果相对应的重力数据相关联，
-基于接收到的图片集中的图片，确定图像获取模块参考系与已知样式参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)，
-基于所确定的图像获取模块参考系与已知样式参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)，并且假设由加速度计测量的重力针对每个图像是相同的，来确定图像获取模块参考系与加速度计参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)。
根据本公开的光学设备的进一步实施例，其可以被单独或组合地考虑：
-该方法进一步包括，在接收图像集之前：
ο在固定位置中提供已知样式，
ο使用便携式电子设备的图像获取模块从第一位置拍摄固定位置中的已知样式的图像，
ο向用户提供至少一个指示以将便携式电子设备移动到不同于第一位置的至少第二位置，
ο使用所述图像获取模块从最后的第二位置拍摄固定位置中的所述已知样式的图像，
ο处理从不同位置拍摄的已知样式的图像以至少确定用于拍摄不同图像的图像获取模块的参数；和/或
-该方法进一步包括在第二位置拍摄所述已知样式的图像之前，例如使用姿态估计来检查便携式电子设备的稳定性；和/或
-该方法进一步包括重复以下步骤：向用户提供至少一个指示以将便携式电子设备移动到至少不同的位置，并且从至少两个、例如三个不同的位置拍摄所述已知样式的图像；和/或
-当在不同位置拍摄所述已知样式的图像时，便携式电子设备与已知样式之间的距离基本相同；和/或
-该方法进一步包括实时处理来自图像获取模块的已知样式的每个图像以确定要提供给用户以将便携式电子设备移动到不同位置的至少一个指示；和/或
-提供给用户的指示包括旋转指示和/或平移指示；和/或
-平移指示包括用户要向哪个方向移动便携式电子设备的指示；和/或
-旋转指示包括是否将要改变便携式电子设备的取向的指示；和/或
-显示器适于实时显示由图像获取模块获取的图像，并且提供给用户的指示包括要与对应于下一个可能位置的指示叠加的重叠指示；和/或
-该方法进一步包括在拍摄已知样式的图像之前，提供图像获取模块的焦距值的估计；和/或
-假设图像获取模块的焦距在所有方向上都相同并且图像获取模块的中心对应于所获取图像的中心，通过用图像获取模块拍摄平面的已知矩形元件的图像并通过识别两个灭点对图像进行处理来估计图像获取模块的焦距值的估计；和/或
-便携式电子设备进一步包括与图像获取模块相关联的闪光灯，并且该方法进一步包括通过以下方式确定闪光灯与图像获取模块的参考点的相对位置：
ο用图像获取模块和相关联的闪光灯拍摄已知样式的至少一个图像，
ο确定图像获取模块在已知样式参考系中的位置和取向，
ο处理使用闪光灯拍摄的已知样式的至少一个图像以便定位图像中的闪光反射，例如使用常规的图像处理方法或基于AI的方法，
ο通过计算已知样式平面与图像中的闪光反射点的对极线的交点，找到已知样式平面上的反射坐标，
ο基于闪光反射的坐标确定闪光灯与图像获取模块的参考点的相对位置；和/或
-便携式电子设备包括多个图像获取模块，并且该方法进一步包括通过以下方式识别在校准方法期间使用的图像获取模块：
ο拍摄放置在反射平面上的已知样式的图像，当拍摄图像时，用户面向反射平面，处于使得不同的图像获取模块出现在图像上的位置处，
ο通过获知用于拍摄图像的图像获取模块与已知样式的相对位置并且计算图像获取模块在反射平面上的反射的估计位置，来确定所使用的图像获取模块；和/或
-便携式电子设备用于确定用户的光学适配参数、光学镜片的光学参数、用户的视敏度参数中的至少一个；和/或
-便携式电子设备是智能手机、个人数字助理、膝上型计算机、网络摄像头或平板计算机；和/或
-适配参数包括用户双眼瞳孔中心之间的距离；和/或
-适配参数包括每个瞳孔的中心与用户的矢状面之间的距离，和/或
-适配参数包括用户每个瞳孔的中心的高度的指示，和/或
-适配参数包括用户鼻子形状的指示；和/或
-适配参数包括用户颧骨形状的指示；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的屈光函数；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的视觉参考区中的光焦度；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的视觉参考区中的光学柱面；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的视觉参考区中的光学柱面轴；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的视觉参考区中的棱镜基底；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的视觉参考区中的棱镜轴；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的光学设计类型；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的透射率；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的颜色；和/或
-镜片的光学参数包括镜片上光学中心的位置。
本公开的又一个目的是一种用于确定便携式电子设备的图像获取模块参考系与闪光灯的相对位置的校准方法，该校准方法包括：
-提供已知样式，
-用图像获取模块和相关联的闪光灯拍摄已知样式的至少一个图像，
-确定图像获取模块在已知样式参考系中的位置和取向，
-处理使用闪光灯拍摄的已知样式的至少一个图像以便定位图像中的闪光反射，
-通过计算已知样式平面与图像中的闪光反射点的对极线的交点，找到已知样式平面上的反射坐标，
-基于闪光反射的坐标确定闪光灯与图像获取模块的参考点的相对位置。
根据本公开的光学设备的进一步实施例，其可以被单独或组合地考虑：
-该方法进一步包括：
ο提供已知样式，
ο使用来自便携式电子设备的图像获取模块来自第一位置的已知样式的图像，
ο向用户提供至少一个指示以相对于已知样式将便携式电子设备移动到不同于第一位置的至少第二位置，
ο使用所述图像获取模块在第二位置拍摄所述已知样式的图像，
ο处理从第二位置拍摄的已知样式的图像以至少确定包括用于拍摄图像的图像获取模块的便携式电子设备的参数；和/或
-该方法进一步包括在第二位置拍摄所述已知样式的图像之前，例如使用姿态估计来检查便携式电子设备的稳定性；和/或
-该方法进一步包括重复以下步骤：向用户提供至少一个指示以将便携式电子设备移动到至少不同的位置，并且从至少两个、例如三个不同的位置拍摄所述已知样式的图像；和/或
-当在不同位置拍摄所述已知样式的图像时，便携式电子设备与已知样式之间的距离基本相同；和/或
-该方法进一步包括实时处理来自图像获取模块的已知样式的每个图像以确定要提供给用户以将便携式电子设备移动到不同位置的至少一个指示；和/或
-提供给用户的指示包括旋转指示和/或平移指示；和/或
-平移指示包括用户要向哪个方向移动便携式电子设备的指示；和/或
-旋转指示包括是否将要改变便携式电子设备的取向的指示；和/或
-显示器适于实时显示由图像获取模块获取的图像，并且提供给用户的指示包括要与对应于下一个可能位置的指示叠加的重叠指示；和/或
-该方法进一步包括在拍摄已知样式的图像之前，提供图像获取模块的焦距值的估计；和/或
-假设图像获取模块的焦距在所有方向上都相同并且图像获取模块的中心对应于所获取图像的中心，通过用图像获取模块拍摄平面的已知矩形元件的图像并通过识别两个灭点对图像进行处理来估计图像获取模块的焦距值的估计；和/或
-便携式电子设备进一步包括至少惯性传感器和/或磁传感器，并且该方法进一步包括至少在拍摄已知样式的图像时使用所述惯性传感器和/或磁传感器来收集数据；和/或
-便携式电子设备进一步包括至少惯性传感器和/或磁传感器，并且该方法进一步包括当用户在两个位置之间移动时使用所述惯性传感器和/或磁传感器来收集数据；和/或
-惯性传感器包括加速度计；和/或
-便携式电子设备包括加速度计，已知样式处于固定位置，并且该方法进一步包括通过以下方式确定图像获取模块参考系与加速度计参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)：
ο从图像获取模块从不同位置接收已知样式的图像集，并且每个图像与同由加速度计获得的在加速度计参考系中表达的重力测量结果相对应的重力数据相关联，
ο基于接收到的图像集中的图像，确定图像获取模块参考系与已知样式参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)，
ο基于所确定的图像获取模块参考系与已知样式参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)，并且假设由加速度计测量的重力针对每个图像是相同的，来确定图像获取模块参考系与加速度计参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)；和/或
-便携式电子设备包括多个图像获取模块，并且该方法进一步包括通过以下方式识别在校准方法期间使用的图像获取模块：
ο拍摄放置在反射平面上的已知样式的图像，当拍摄图像时，用户面向反射平面，处于使得不同的图像获取模块出现在图像上的位置处，
ο通过获知用于拍摄图像的图像获取模块与已知样式的相对位置并且计算图像获取模块在反射平面上的反射的估计位置，来确定所使用的图像获取模块；和/或
-便携式电子设备用于确定用户的光学适配参数、光学镜片的光学参数、用户的视敏度参数中的至少一个；和/或
-便携式电子设备是智能手机、个人数字助理、膝上型计算机、网络摄像头或平板计算机；和/或
-适配参数包括用户双眼瞳孔中心之间的距离；和/或
-适配参数包括每个瞳孔的中心与用户的矢状面之间的距离，和/或
-适配参数包括用户每个瞳孔的中心的高度的指示，和/或
-适配参数包括用户鼻子形状的指示；和/或
-适配参数包括用户颧骨形状的指示；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的屈光函数；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的视觉参考区中的光焦度；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的视觉参考区中的光学柱面；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的视觉参考区中的光学柱面轴；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的视觉参考区中的棱镜基底；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的视觉参考区中的棱镜轴；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的光学设计类型；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的透射率；和/或
-镜片的光学参数包括光学镜片的颜色；和/或
-镜片的光学参数包括镜片上光学中心的位置。
本公开的另一个目的是一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括一个或多个存储的指令序列，当该指令序列由处理单元执行时能够执行根据本公开的方法的参数确定步骤。
本公开内容进一步涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括一个或多个存储的指令序列，该一个或多个存储的指令序列对于处理器而言是可存取的，并且当被处理器执行时使该处理器至少执行根据本公开内容的方法的这些步骤。
本公开内容还涉及一种其上记录有程序的计算机可读存储介质；其中，该程序使计算机至少执行本公开的方法的这些步骤。
本公开还涉及一种包括处理器的设备，该处理器适于存储一个或多个指令序列并且至少执行根据本公开的方法的步骤。
附图说明
现将仅以示例的方式并且参考以下附图来描述本公开内容的非限制性实施例，在附图中：
-图1是根据本公开的校准方法的流程图；
-图2是可以用于实施校准方法的已知样式的示例；
-图3是已知样式周围的不同预定义位置的示例；
-图4图示了根据本公开的方面的图像获取模块参考系和加速度计参考系，
-图5是根据本公开的方法的流程图；
-图6是确定图像获取模块参考系与加速度计参考系之间的至少一个角度的简化2D图示；以及
-图7图示了可以如何确定图像获取模块和闪光灯的相对位置。
图中的要素是为了简洁和清楚而展示的，并不一定按比例绘制。例如，图中的一些元素的尺寸可能相对于其他元素被放大，以帮助提高对本公开内容的实施例的理解。
具体实施方式
本公开涉及一种例如至少部分地由计算机装置实施的用于确定便携式电子设备的参数的校准方法，该便携式电子设备包括用于确定用户参数的图像获取模块和例如被配置为显示图像获取模块的图像的显示器。
便携式电子设备可以是智能手机、个人数字助理、膝上型计算机或平板计算机。
图像获取模块通常可以是智能手机或平板计算机的前置或后置摄像头，或者是膝上型计算机的网络摄像头。
便携式电子设备通常包括电池以允许便携性。
便携式电子设备可以包括处理装置，该处理装置可以用于执行校准方法的至少一部分，例如处理步骤。
便携式电子设备可以进一步包括通信模块，该通信模块被配置为例如通过无线通信与接收单元通信。这样的通信模块可以用于将使用图像获取模块获取的一些图像发送到包括被配置为处理图像的处理装置的远程实体。
如下文更详细解释的，便携式电子设备可以包括许多硬件传感器，如至少一个相机、加速度计以及最后还有闪光灯。
有利地，校准方法不仅应当考虑不同传感器本身，而且应当考虑它们的相互作用。
本公开的校准方法允许不依赖于便携式电子设备的外壳。这是很重要的，因为所述外壳可以用于简化一些校准。直观上，很容易理解可以使用矩形平面作为空间参考，从而提供3D轴系统。取向可以与其正交轴进行比较。使用该空间参考简化了一些校准，但是引入了原本不需要的新特性。
实施本公开的校准方法不需要获知关于外壳的任何信息。此外，使用外壳会对便携式电子设备增加不必要的限制。特别地，一些保护外壳可能会阻止某些便携式电子设备的使用。
便携式电子设备旨在用于在已执行本公开的校准方法之后确定用户的参数。
通常，便携式电子设备用于确定用户的光学适配参数、光学镜片的光学参数、用户的视敏度参数中的至少一个。
如图1所示，本公开的校准方法至少包括：
-已知样式提供步骤S10，
-图像使用步骤S12，
-指示提供步骤S14，
-图像获取步骤S16，以及
-处理步骤S18。
本公开的校准方法依赖于图像获取模块(例如相机)来获得关于物理世界的信息以便驱动数据获取过程。
在任何时候，确定图像获取模块的位置和取向，并且向实施校准方法的用户给出简单的指示。
在已知样式提供步骤S10期间，在3D位置(例如在固定的3D位置)中提供已知样式。
已知样式可以是平面，或者是印刷图像，或者是使用显示设备显示的图像。通常使用棋盘样式。它可以是任何已知的2D样式，包括QR码。
已知样式还可以是3D对象。具体地，但不限于，它可以是在现有应用中用于执行镜片适配的夹子(clip)或者是如图2所示的简单的棋盘样式。
如图2所示，已知样式可以包括QR码以便于识别所使用的样式，换句话说，可以基于QR码自动识别样式而无需用户识别样式。QR码还可以用于确保样式是上下颠倒的。
在校准方法期间，要求用户在3D空间中移动便携式电子设备，沿途捕获用于确定便携式电子设备参数的静态数据和动态数据。
可以使用被称为姿态估计的标准计算机视觉技术来确定便携式电子设备的位置和取向。使用简化的相机模型、针孔模型，并且获知了关于视野中的刚性物理对象的具体信息的情况下，可以计算出6个自由度(3个用于位置，3个用于取向)。
这需要在2D图像上的已知样式上识别已知地标，并执行优化算法以找到这6个参数的最优值，从而将这些地标在3D中的相对位置正确地投影到2D图像上。
具体地，在图像使用步骤S12期间，使用来自便携式电子设备的图像获取模块的从第一位置开始的位置中的已知样式的图像。
在本公开的意义上，当已知样式的位置固定时，其相对于局部重力方向是固定的。
在本公开的意义上，拍摄图片可以包括实时图像(如视频)，并且可以包括但不限于拍摄单个图片的事实，其将被存储在存储器中用于处理。
在指示提供步骤S14期间，向用户提供至少一个指示以将便携式电子设备移动到不同于第一位置的至少第二位置。
在图像获取步骤S16期间，使用所述图像获取模块在第二位置拍摄所述已知样式的图像。
在图像获取步骤之前，根据本公开的方法可以包括检查便携式电子设备的稳定性。
在处理步骤S18期间，处理从第二位置拍摄的已知样式的图像以至少确定用于拍摄图像的图像获取模块的参数。
本公开的校准方法可以包括重复以下步骤：向用户提供至少一个指示以将便携式电子设备移动到至少不同的位置，并且从至少两个、例如三个不同的位置、优选八个不同的位置拍摄所述已知样式的图像。
优选地，当在所有不同位置拍摄所述已知样式的图像时，便携式电子设备与已知样式之间的距离基本相同。
在指示提供步骤S14期间提供给用户的指示可以通过以下方式来确定：实时处理来自图像获取模块的已知样式的每个图像以确定要提供给用户以将便携式电子设备移动到不同位置的至少一个指示。
这种处理可以基于众所周知的针孔相机模型，该模型允许在2D表示(图像)与3D世界之间来回切换。
提供给用户的指示可以包括旋转指示和/或平移指示。
便携式电子设备的位置由6个自由度(3个旋转(滚动、俯仰和偏航)和3个平移)来定义。
然而，给用户简单的指示来控制这6个度是非常困难的。为了使用户更容易，如下详述，考虑到用户通过将相机指向已知样式来处理3个旋转，可以仅提供3个平移的指示。
平移指示可以包括用户要向哪个方向移动便携式电子设备的指示。
旋转指示可以包括是否将要改变便携式电子设备的取向的指示。
通常，要求用户将图像获取模块指向已知样式。为了使用户更容易，便携式电子设备可以被配置为例如使用便携式电子设备的显示器来提供实时反馈。该反馈可以通过显示器上的颜色覆盖来提供，以清楚指示便携式电子设备的取向是正确的还是需要改变，例如当取向正确时，屏幕是绿色的，否则是红色的。
通常，当便携式电子设备的取向正确时，也可以提供平移指示，如“向右移动”、“靠近”。这些移动可以是简单的笛卡尔移动(靠近保持已知样式的平面)或者更自然地可以是极坐标移动(靠近已知样式)。
优选地，指示是实时提供的。例如，便携式电子设备的显示器提供由图像获取模块提供的实时图像，并且通过实时图像向用户提供下一个位置在哪里的指示。可以向用户提供不同的下一个可能位置的指示，并且用户可以选择下一个位置，例如对他来说最方便的位置。
指示可以作为增强现实信息提供给配戴者。例如，指示可以覆盖由图像获取模块获取的实时图像的显示以向用户提供非常简单和直观的体验。指示可以是便携式电子设备的当前位置的指示以及便携式电子设备的下一个可能位置的指示。这些位置可以通过在真实世界的实时图像上显示方块来识别。一些方块是预定义的位置方块，每个方块对应于可以拍摄已知样式的图片的位置。实时位置方块对应于便携式电子设备的当前位置。用户将实时位置方块与预定义的位置方块之一叠加。
图3提供了已知样式周围的不同预定义位置的示例。
在处理所获取的图像时所使用的针孔模型由图像获取模块的一些参数定义，如图像获取模块的固有参数和畸变参数。
图像获取模块的固有参数是沿两个轴的焦距值(fx和fy)和传感器中心的位置(cx和cy)。畸变参数是径向畸变系数和切向畸变系数。
所有这些参数都是在校准方法期间可以确定(或检查)的参数。
然而，校准方法可能需要这些固有参数的至少一部分的一些初步知识才能发挥作用。
该初步知识可以是提前获知的或者是估计的。
可以假设图像获取模块的传感器中心位于图像的中心。这不完全正确，但是对于根据本公开的校准方法来说是足够好的估计。
可以通过询问便携式电子设备操作系统来确定初始焦距值。实际上，一些便携式电子设备不提供值或提供不正确的值。也可以从在线数据库中提取初始焦距值。但是，该数据库可能不完整或不准确。
替代方法是估计初始焦距值。
为此，根据本公开的校准方法可以包括在拍摄已知样式的图像之前，提供图像获取模块的焦距值的估计。
焦距估计的常规方法是执行完整的图像获取模块校准。这需要从不同的视点拍摄已知物体的多张图片。
可以减少视点的数量或者可以考虑任何视点，但是这显著降低了校准质量，并且更重要的是，这导致了显著的再现性问题。事实上，结果取决于操作者对所需视点的理解。
对于本公开的校准方法，使用了矩形平面物体在图片上透视变形的属性。
通常，假设图像获取模块的焦距在所有方向上都相同并且图像获取模块的中心对应于所获取图像的中心，通过用图像获取模块拍摄平面的已知矩形元件的图像并通过识别两个灭点对图像进行处理来估计图像获取模块的焦距值。
为了估计图像获取模块的焦距值，本公开的方法使用矩形平面物体在图像上透视变形的属性。
这在2014年Lu Bo、TaegKeun Whangbo的文章“A Practical Camera CalibrationSystem on Mobile Phones[手机上实用的相机校准系统]”中进行了很好的描述。
该文章中的图在右上角示出了3D世界中的矩形平面(L1,L2,L3,L4)，在中间示出了2D矩形平面(l1,l2,l3,4)，以及两个灭点A与B之间的属性和光学中心0。
两个灭点A和B必须满足以下等式：
其中，A＝(ax,bx)且B＝(bx,by)。
前面的等式包括四个未知参数(fx,fy,cx,cy)，并且在一定视角下对于任何图像都成立。
利用四个不同的图像，可以获得四个等式并且可以确定四个未知参数。
为了进一步简化该估计，当实施根据本公开的方法时，可以假设传感器的中心位于图像的中心(cx＝W/2,cy＝H/2)并且焦距在两个轴上相同(fx＝fy)。有利地，该假设允许从单个图像确定参数，并且已经证明为实施本公开的校准方法的其余部分提供了足够好的参数估计。
通过这种简化，所有参数都可以基于以下等式从单个图像中确定：
发明人已经定义了可接受性标准，该可接受性标准需要被满足以确保基于单个结果确定的参数对于本公开的校准方法而言足够准确。
发明人已经观察到，该标准需要确保估计是从提供足够视角的视点进行的。
这个标准是，这两个灭点之间的距离dAB应该小于图像大小的几倍，并且使用估计的焦距进行姿态估计以增加所得视点。直观上，这意味着透视变形的强度足以使灭点更近。
可替代地，发明人发现，只要具有足够的视角，用简化的模型(固定的光学中心且无畸变)进行1-图片常规图像获取模块校准是另一种稳健的焦距估计方法。
根据本公开的方面，便携式电子设备进一步包括至少惯性传感器和/或磁传感器，并且该方法进一步包括至少在拍摄已知样式的图像时使用所述惯性传感器和/或磁传感器来收集数据。
有利地，在处理步骤S18期间，可以确定与便携式电子设备的惯性传感器和/或磁传感器相关的参数，以便在使用便携式电子设备确定光学参数时使用。
根据本公开的方面，便携式电子设备进一步包括至少惯性传感器和/或磁传感器，并且该方法进一步包括当用户在两个位置之间移动时使用所述惯性传感器和/或磁传感器来收集数据。
例如，本公开的校准方法可以包括当用户在两个位置之间移动时收集惯性传感器和/或磁传感器数据。
可以处理惯性传感器和/或磁传感器的数据以确定惯性传感器和/或磁传感器的固有参数，而且还确定惯性传感器和/或磁传感器与便携式电子设备的其他硬件部件(如图像获取模块)之间的相互作用。
惯性传感器可以包括加速度计。
特别是在使用具有图像获取模块和加速度计的便携式电子设备来确定用户的一些参数时，获知图像获取模块与加速度计之间的取向或至少一个角度(例如，多个角度)可能是非常重要的。
可以假设图像获取模块和加速度计已对准，但这会引入与未对准角度成正比的测量误差(这是一级误差)。
图4图示了在智能手机10的情况下图像获取模块参考系20和加速度计参考系30未对准的2D表示。
如图5所示，为了确定图像获取模块参考系与加速度计参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)，根据本公开的校准方法可以包括：
-接收步骤S20，
-第一角度确定步骤S22，以及
-第二角度确定步骤S24。
在接收步骤S20期间，从图像获取模块从不同位置接收处于固定位置中的已知样式的图像集，并且每个图像与同由加速度计获得的在加速度计参考系中表达的重力测量结果相对应的重力数据相关联。
该图像集可以对应于在执行根据本公开的校准方法的步骤S10到S16时拍摄的图像。然而，可以使用不同的获取方法来提供该图像集。
根据本公开的图像获取模块参考系与加速度计参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)的确定是基于将重力场视为同质的(在这一尺度和精度水平上这是正确的)，换句话说，加速度计观测到的重力被认为相对于世界是固定的。
由于可以确定图像获取模块相机在已知样式参考系(世界坐标)中的取向，因此可以将由加速度计确定的重力矢量变换为在世界参考系中表达。这需要考虑加速度计与图像获取模块之间的旋转。
在第一角度确定步骤S22期间，基于接收到的图像集中的图像，确定图像获取模块参考系与已知样式参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)。
然后，在第二角度确定步骤S24期间，基于所确定的图像获取模块参考系与已知样式参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)并且假设由加速度计测量的重力针对每个图像是相同的，来确定图像获取模块参考系与加速度计参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)。
重力数据使得能够确定真实世界中水平平面的取向。
图6是确定图像获取模块参考系与加速度计参考系之间的至少一个角度(例如，多个角度)的简化2D图示。这有助于理解旋转应用。
但这实际上是一个3D问题，可以用以下等式表示：
其中，是加速度计20观测到的重力，R20->30是加速度计20与图像获取模块30之间的3D旋转(未知但恒定)，R30->40是图像获取模块30与已知样式40之间的3D旋转。
该等式对于两个视点的任何集合都成立。未知的旋转可以用3个参数来表征。
根据需要，我们可以有任意多个等式。因此，该问题可通过优化来解决。
根据本公开的实施例，便携式电子设备进一步包括与图像获取模块相关联的闪光灯。
精确地确定与图像获取模块相关联的闪光灯的相对位置可能是令人感兴趣的。
因此，根据本公开的校准方法可以进一步包括确定闪光灯与图像获取模块的参考点(例如，中心)的相对位置。
确定闪光灯与图像获取模块的参考点的相对位置，校准方法可以包括：
-用图像获取模块和相关联的闪光灯拍摄已知样式的至少一个图像，
-确定图像获取模块在已知样式参考系中的位置和取向，
-处理使用闪光灯拍摄的已知样式的至少一个图像以便定位图像中的闪光反射，例如使用常规的图像处理方法或基于AI的方法，
-通过计算已知样式平面与图像中的闪光反射点的对极线的交点，找到已知样式平面上的反射坐标，
-基于闪光反射的坐标确定闪光灯与图像获取模块的参考点的相对位置。
可以使用众所周知的Snell-Descartes反射定律来确定闪光灯与图像获取模块的参考点的相对位置，如图7所示。在图7中，包括图像获取模块12和闪光灯14的便携式设备10被放置在镜子50之前，以便使用本公开的方法来确定闪光灯与图像获取模块的相对位置。
为了帮助确定闪光灯与图像获取模块的参考点的相对位置，已知样式可以包括便于反射检测的反射区域。该区域的反射特性是已知的并且适应性强。有利地，这有助于将闪光反射的搜索范围缩小到该区域。
有利地，闪光反射在已知样式上的位置可以用于确定包括图像获取模块的便携式电子设备的参数，如闪光灯相对于图像获取模块的位置。
通过使用来自多个位置(视点)的多个图像、更新候选相对位置的热图、并且最终使用最可能的位置，可以进一步改进校准方法。
这减少了由3D重建引起的误差。
如果用固定样式拍摄多个图片，则这种进一步的改进消除了当周围环境在固定样式的平面上产生斑点时出现的误报反射检测。闪光灯是导致固定相对位置的唯一来源。
一些便携式电子设备可能包括多个获取模块，并且在执行校准方法时可能并不总是非常直观地知道使用了哪个获取模块。
例如，当使用便携式电子设备来确定镜片适配时，眼镜配戴者需要在适配测量期间注视相机。因此，需要知道使用的是哪台相机。
因此，可能需要识别在校准方法期间使用的图像获取模块。
在数据收集步骤期间，我们随时能知道图像获取模块相对于已知样式的位置和取向。
将已知样式放置在平面反射表面上允许确定图像获取模块在平面反射表面上的反射的估计位置，例如通过将相机正交投影在镜子上。然后，我们可以缩放和裁剪这个示出已识别的图像获取模块的图像。该缩放的图像可以在稍后用于在镜片适配测量期间指示要考虑哪个图像获取模块。
换句话说，校准方法可以包括：
-拍摄放置在反射平面(例如，平面镜)上的已知样式的图像，当拍摄图像时，用户面向反射平面，处于使得不同的图像获取模块出现在图像上的位置处，
-通过获知用于拍摄图像的图像获取模块与已知样式的相对位置并且计算图像获取模块在反射平面上的反射的估计位置，来确定所使用的图像获取模块。
上面已经在不限制总发明构思的情况下借助于实施例描述了本公开内容。
对于参考了以上说明性实施例的本领域技术人员来说，还可以提出很多进一步的修改和变化，这些说明性实施例仅以示例的方式给出而不旨在限制本公开的范围，本公开的范围仅由所附权利要求来确定。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一(a)或(an)”并不排除复数。在相互不同的从属权利要求中叙述不同的特征这一简单事实并不指示无法有利地使用这些特征的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制本公开内容的范围。

Claims (15)

1.一种用于确定便携式电子设备的参数的校准方法，所述便携式电子设备包括用于确定用户参数的图像获取模块以及显示器，其中，所述方法包括：
-提供已知样式，
-使用来自所述便携式电子设备的所述图像获取模块的来自第一位置的所述已知样式的图像，
-向所述用户提供至少一个指示以相对于所述已知样式将所述便携式电子设备移动到不同于所述第一位置的至少第二位置，
-使用所述图像获取模块拍摄在所述第二位置的所述已知样式的图像，
-处理从所述第二位置拍摄的所述已知样式的图像以至少确定包括用于拍摄所述图像的所述图像获取模块的所述便携式电子设备的参数。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第二位置拍摄所述已知样式的图像之前，例如使用姿态估计来检查所述便携式电子设备的稳定性。
3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括重复以下步骤：向所述用户提供至少一个指示以将所述便携式电子设备移动到至少不同的位置，并且从至少两个、例如至少三个不同的位置拍摄所述已知样式的图像。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括实时处理来自所述图像获取模块的所述已知样式的每个图像以确定要提供给所述用户以将所述便携式电子设备移动到不同位置的所述至少一个指示。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，提供给所述用户的所述指示包括旋转指示和/或平移指示。
6.根据前述权利要求所述的方法，其中，所述平移指示包括所述用户要向哪个方向移动所述便携式电子设备的指示。
7.根据权利要求5或6中任一项所述的方法，其中所述显示器适于实时显示由所述图像获取模块获取的图像，并且提供给所述用户的所述指示包括要与对应于下一个可能位置的指示叠加的重叠指示。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括在拍摄所述已知样式的图像之前，提供所述图像获取模块的焦距值的估计。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述便携式电子设备进一步包括至少惯性传感器和/或磁传感器，并且所述方法进一步包括至少在拍摄所述已知样式的图像时使用所述惯性传感器和/或磁传感器来收集数据。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述便携式电子设备进一步包括至少惯性传感器和/或磁传感器，并且所述方法进一步包括当所述用户在两个位置之间移动时使用所述惯性传感器和/或磁传感器来收集数据。
11.根据权利要求9或10中任一项所述的方法，其中，所述惯性传感器包括加速度计。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述便携式电子设备进一步包括加速度计，所述已知样式处于固定位置，并且所述方法进一步包括通过以下方式确定所述图像获取模块参考系与所述加速度计参考系之间的所述至少一个角度、例如所述多个角度：
-从所述图像获取模块从不同位置接收所述已知样式的图像集，并且每个图像与同由加速度计获得的在所述加速度计参考系中表达的重力测量结果相对应的重力数据相关联，
-基于接收到的所述图像集中的图像，确定所述图像获取模块参考系与所述已知样式参考系之间的至少一个角度、例如多个角度，
-基于所确定的所述图像获取模块参考系与所述已知样式参考系之间的至少一个角度、例如多个角度，并且假设由所述加速度计测量的重力针对每个图像是相同的，来确定所述图像获取模块参考系与所述加速度计参考系之间的所述至少一个角度、例如所述多个角度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述便携式电子设备进一步包括与所述图像获取模块相关联的闪光灯，并且所述方法进一步包括通过以下方式确定所述闪光灯与所述图像获取模块的参考点的相对位置：
-用所述图像获取模块和所述相关联的闪光灯拍摄所述已知样式的至少一个图像，
-确定所述图像获取模块在所述已知样式参考系中的位置和取向，
-处理使用所述闪光灯拍摄的所述已知样式的所述至少一个图像以便定位所述图像中的闪光反射，
-通过计算已知样式平面与所述图像中的闪光反射点的对极线的交点，找到所述已知样式平面上的反射坐标，
-基于所述闪光反射的所述坐标确定所述闪光灯与所述图像获取模块的参考点的相对位置。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述便携式电子设备包括多个图像获取模块，并且所述方法进一步包括通过以下方式识别在所述校准方法期间使用的所述图像获取模块：
-拍摄放置在反射平面上的所述已知样式的图像，当拍摄所述图像时，所述用户面向所述反射平面，处于使得不同的图像获取模块出现在所述图像上的位置处，
-通过获知用于拍摄图像的图像获取模块与已知样式的相对位置并且计算图像获取模块在反射平面上的反射的估计位置，来确定所使用的图像获取模块。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述便携式电子设备用于确定用户的光学适配参数、光学镜片的光学参数、用户的视敏度参数中的至少一个。
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