CN117760705B - 一种AR产品eyebox的测量方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AR产品eyebox的测量方法与系统，属于NED光学测量领域。本发明利用工业面阵相机工作距离较远而不会与待测AR产品产生干扰的优势，以及，利用AR产品发光区域和eyebox等比例的特性，通过利用工业面阵相机测量发光区域的实像的长和宽，而利用面阵式NED测量设备仅需要测量AR产品eyebox未发生干涉一侧的尺寸数值，从而便可以计算出eyebox发生干涉一侧的尺寸数值，从而规避了面阵式NED测量设备与光机产生位置干涉而导致eyebox无法测量的问题。
Description
技术领域
本发明属于NED光学测量领域，更具体地，涉及一种AR产品eyebox的测量方法与系统。
背景技术
NED（Near Eye Display，近眼显示）也称头戴显示或可穿戴显示，可在单眼或双眼视场中创建虚像，NED通过置于人眼非明视距离内的显示设备，向人眼渲染出光场信息，进而在眼前重建虚拟场景的技术。因此AR、VR、MR和XR产品，在技术层面都统称为NED。eyebox（眼盒）指光学模组与眼球之间的一块锥形区域，也是显示内容最清晰的区域。eyebox越大，头戴显示器的机械容差越好，可适配不同眼距的人群；eyebox越大，为维持感知亮度需要的光输出也越大。现实中还有个意义就是现在的AR成像效果还不能完全解决移动时产生的画面边缘扭曲的问题，所以这个区域越大越好。eyebox大小直接关系用户的沉浸式体验，因此对eyebox进行测量，判断其是否满足设计的理论值具有及其重要的价值。如何准确测量测量AR产品的eyebox，自然而然成为AR产品出厂之前测试的重要一环。
专利CN114323572A公开了一种光学模组eyebox测量方法以及测量系统，包括：根据光学模组的位置，确定测试相机的旋转中心位置；获取所述光学模组的中心视场区域的平均亮度值，将其作为基准值，并对所述基准值按照设定百分比计算得到第一设定亮度值；获取所述光学模组在视场区域的平均亮度值，在所述平均亮度值降低至所述第一设定亮度值时，获取所述光学模组的eyebox值；其中，在所述平均亮度值降低至所述第一设定亮度值时，确定达到测量所述光学模组eyebox的极限值。该专利是基于检测光学模组亮度的变化，测量光学模组的eyebox大小。通常这种eyebox的测量方法是通过点阵式NED测量设备进行测量。但是，点阵式NED测量设备进行测量时，存在测量速度慢、测量精度低的问题。
一般光学测量设备需要测量十多项光学参数，比如fov、畸变、均匀性、亮色度、eyebox等等。面阵式光测量装置的优势是可以一次拍全，所取为虚像，精度上同比点式光测量装置有优势。然而，如图1所示，光机1是一个嵌入眼镜镜腿中、高度为10~30mm的硬件，AR产品的发光区域2靠近光机，而面阵式NED测量设备镜头3直径通常为30~65mm，当该镜头移到发光区域靠近光机的一侧测量时，镜头会与光机、镜腿之间产生位置上的干涉，无法测量靠近光机一侧的eyebox坐标。即，AR产品中面阵式NED测量设备和待测AR产品之间存在位置干涉，导致光机所在一侧的eyebox无法测量。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种AR产品eyebox的测量方法与系统，旨在解决AR产品中测量设备和待测AR产品之间存在干涉，导致光机所在一侧的eyebox无法测量的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种AR产品eyebox的测量方法，包括：
点亮所述AR产品的发光区域，利用工业面阵相机获取点亮发光区域的实像，计算实像中发光区域长宽比值；
利用面阵式NED测量设备获取所述AR产品在无干涉方向的eyebox宽度，所述无干涉是指所述面阵式NED测量设备和所述AR产品的光机不会造成位置上的干扰；
根据所述发光区域长宽比值和所述无干涉方向的eyebox宽度，确定干涉方向的eyebox宽度。
优选地，所述点亮发光区域为点亮灰阶不低于196的画面。
优选地，所述利用面阵式NED测量设备获取所述AR产品在无干涉方向的eyebox宽度，具体为：
利用位移台将所述AR产品移动到所述面阵式NED测量设备下，进行光轴中心对位；
保持与所述无干涉方向相垂直的平面坐标不变，在无干涉方向上移动所述AR产品，使其入瞳到达所述eyebox的第一边缘位置，再到达所述eyebox的第二边缘位置，根据从第一边缘位置移动至第二边缘位置的AR产品的移动距离，确定无干涉方向的eyebox宽度。
优选地，所述计算实像中发光区域长宽比值，具体为：通过图像处理算法，提取发光区域四条边缘拟合的直线，长度方向的两条拟合直线之间的距离为X方向宽度，宽度方向的两条拟合直线之间的距离为Y方向宽度，进一步计算两者的比值。
优选地，若干涉方向为所述发光区域的X轴方向，干涉方向的eyebox宽度计算公式如下：
其中，分别为发光区域X和Y方向宽度；/>、/>为无干涉方向的eyebox边缘位置；
若干涉方向为所述发光区域的Y轴方向，干涉方向的eyebox宽度计算公式如下：
其中，分别为发光区域X和Y方向宽度；/>、/>为无干涉方向的eyebox边缘位置。
为实现上述目的，第二方面，本发明提供了一种AR产品eyebox的测量系统，包括：
位移平台，用于调整AR产品的位置，使其位于工业面阵相机的工作距离之内，或者，位于面阵式NED测量设备的工作距离之内；
所述工业面阵相机，用于采集所述AR产品点亮发光区域的实像；
所述面阵式NED测量设备，用于采集所述AR产品点亮发光区域的虚像；
计算模块，用于根据所述点亮发光区域的实像，计算实像中发光区域长宽比值；根据所述点亮发光区域的虚像，获取所述AR产品在无干涉方向的eyebox宽度，所述无干涉是指所述面阵式NED测量设备和所述AR产品的光机不会造成物理上的干扰；根据所述发光区域长宽比值和所述无干涉方向的eyebox宽度，确定干涉方向的eyebox宽度。
优选地，所述AR产品为AR眼镜或单眼光学模组。
优选地，还包括载台，所述载台具有龙门结构，所述工业面阵相机和所述面阵式NED测量设备分别位于所述龙门两侧，所述位移平台和所述AR产品位于所述载台之上。
优选地，所述位移平台为电动六轴位移平台，且可支持所述AR产品在所述工业面阵相机或者所述面阵式NED测量设备的正下方进行移动切换。
优选地，所述点亮发光区域为点亮灰阶不低于196的画面。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明提出一种AR产品eyebox的测量方法与系统，本发明利用工业面阵相机由于工作距离较远而不会与待测AR产品产生干扰的优势，以及，利用AR产品发光区域和eyebox等比例的特性，通过利用工业面阵相机测量发光区域的实像的长和宽，而利用面阵式NED测量设备仅仅需要测量eyebox未发生干涉一侧的尺寸数值，从而便可以计算出eyebox发生干涉一侧的尺寸数值，从而规避了面阵式NED测量设备与光机产生位置干涉而导致eyebox无法测量的问题。
附图说明
图1是现有技术面阵式NED测量设备镜头与光机干涉示意图。
图2是本发明提供的一种AR产品eyebox的测量方法流程图。
图3是本发明实施例提供的一种AR产品eyebox的测量系统结构示意图，(a)为俯视图，(b)为斜视图。
图4是本发明实施例采用的坐标系示意图。
图5是本发明实施例提供的测量原理示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-光机；2-发光区域；3-镜头；4-六轴位移平台；5-待测AR产品；6-面阵式NED测量设备；7-工业面阵相机；-发光区域的虚像。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，本发明提供了一种AR产品eyebox的测量方法，包括：
点亮所述AR产品的发光区域，利用工业面阵相机获取点亮发光区域的实像，计算实像中发光区域长宽比值；
利用面阵式NED测量设备获取所述AR产品在无干涉方向的eyebox宽度，所述无干涉是指所述面阵式NED测量设备和所述AR产品的光机不会造成位置上的干扰；
根据所述发光区域长宽比值和所述无干涉方向的eyebox宽度，确定干涉方向的eyebox宽度。
优选地，所述点亮发光区域为点亮灰阶不低于196的画面。
优选地，所述利用面阵式NED测量设备获取所述AR产品在无干涉方向的eyebox宽度，具体为：
利用位移台将所述AR产品移动到所述面阵式NED测量设备下，进行光轴中心对位；
保持与所述无干涉方向相垂直的平面坐标不变，在无干涉方向上移动所述AR产品，使其入瞳到达所述eyebox的第一边缘位置，再到达所述eyebox的第二边缘位置，根据从第一边缘位置移动至第二边缘位置的AR产品的移动距离，确定无干涉方向的eyebox宽度。
优选地，所述计算实像中发光区域长宽比值，具体为：通过图像处理算法，提取发光区域四条边缘拟合的直线，长度方向的两条拟合直线之间的距离为X方向宽度，宽度方向的两条拟合直线之间的距离为Y方向宽度，进一步计算两者的比值。
优选地，若干涉方向为所述发光区域的X轴方向，干涉方向的eyebox宽度计算公式如下：
其中，分别为发光区域X和Y方向宽度；/>、/>为无干涉方向的eyebox边缘位置；
若干涉方向为所述发光区域的Y轴方向，干涉方向的eyebox宽度计算公式如下：
其中，分别为发光区域X和Y方向宽度；/>、/>为无干涉方向的eyebox边缘位置。
优选地，该方法还包括测量眼点：移动Y轴，获得值。
对应地，本发明提供了一种AR产品eyebox的测量系统，包括：
位移平台，用于调整AR产品的位置，使其位于工业面阵相机的工作距离之内，或者，位于面阵式NED测量设备的工作距离之内；
所述工业面阵相机，用于采集所述AR产品点亮发光区域的实像；
所述面阵式NED测量设备，用于采集所述AR产品点亮发光区域的虚像；
计算模块，用于根据所述点亮发光区域的实像，计算实像中发光区域长宽比值；根据所述点亮发光区域的虚像，获取所述AR产品在无干涉方向的eyebox宽度，所述无干涉是指所述面阵式NED测量设备和所述AR产品的光机不会造成物理上的干扰；根据所述发光区域长宽比值和所述无干涉方向的eyebox宽度，确定干涉方向的eyebox宽度。
优选地，所述AR产品为AR眼镜或单眼光学模组。
优选地，还包括载台，所述载台具有龙门结构，所述工业面阵相机和所述面阵式NED测量设备分别位于所述龙门两侧，所述位移平台和所述AR产品位于所述载台之上。
优选地，所述位移平台为电动六轴位移平台，且可支持所述AR产品在所述工业面阵相机或者所述面阵式NED测量设备的正下方进行移动切换。
优选地，所述点亮发光区域为点亮灰阶不低于196的画面。
实施例
如图3所示，本实施例提供一种AR产品eyebox的测量系统，包括：六轴位移平台4、面阵式NED测量设备6、工业面阵相机7和计算模块（图中未示出）。
本实施例中，载台配备电动六轴位移平台4，支持待测AR产品5在X,Y,Z,Rx,Ry,Rz6个方向具备空间自由度，可以实现待测AR产品分别移动到工业面阵相机5与面阵式NED测量设备6正下方。工业面阵相机7可以是主动对位相机。工业面阵相机与面阵式NED测量设备镜头垂直向下，待测AR产品出瞳朝正上方，工业面阵相机与面阵式NED测量设备分别悬挂在设备龙门两侧。
如图4所示，本实施例中坐标系为标准的笛卡尔坐标系，其中，原点为待测AR产品的眼点，X轴方向平行于与由瞳孔中心连接而成的直线，Z轴平行于AR眼镜光轴，Y轴垂直于由X轴与Z轴组成的平面。
在上述基础上，本实施例提供一种AR产品eyebox的测量方法，具体包括：
第一步：本实施例中，待测AR产品为AR眼镜，待测AR产品点亮发光区域。
本发明优选点亮高灰阶画面（灰阶＞196），除了W255，还可以是R255、G255、B255等。W255是指rgb(255,255,255)画面。
第二步：利用位移平台将待测AR产品移动到面阵式NED测量设备正下方，进行对位，使得面阵式NED测量设备与待测AR产品的光轴中心对齐。
第三步：利用位移平台将待测AR产品移动到工业面阵相机视野中间，工业面阵相机取实像，计算工业面阵相机视野下发光区域X、Y方向宽度。
第四步：本实施例中，光机的光轴在X轴方向，干涉方向为X轴方向，没有干涉的方向是Y轴方向。因此，保持X轴位置不变，在位移平台的Y轴方向上移动待测AR产品，使其入瞳先到眼盒的其中一个边缘位置，再到眼盒的另一个边缘位置，记录此时边缘位置的坐标,/>。
第五步：计算X轴方向eyebox数值，计算公式为：
。
如图5所示，面阵式NED测量设备6的镜头下表面与发光区域2之间的距离，即，典型工作距离，为16mm，利用面阵式NED测量设备6获取发光区域的虚像，该虚像此时实际位于距离面阵式NED测量设备6的镜头下表面6000mm的位置处，由于工作距离（16mm）小于AR产品的光机的高度（30mm），导致面阵式NED测量设备6和光机始终会发生干涉。
因此，如图5所示，本发明采用工业面阵相机7来辅助测量。本实施例中，工业面阵相机7的镜头下表面与发光区域的距离，即，典型工作距离，为150mm，利用该工业面阵相机7获取发光区域2的实像，由于工业面阵相机的工作距离比较大（150mm），大于AR产品上的光机的高度（30mm），不会导致干涉问题发生。因此，可以通过工业面阵相机采集发光区域实像的长和宽，由于发光区域实像长宽比和AR产品eyebox的长宽比相同，来反推虚像中干涉方向eyebox的大小。
本文中术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如A/B表示A或者B。
可以理解的是，上述各个单元/模块的详细功能实现可参见前述方法实施例中的介绍，在此不做赘述。
应当理解的是，上述装置用于执行上述实施例中的方法，装置中相应的程序模块，其实现原理和技术效果与上述方法中的描述类似，该装置的工作过程可参考上述方法中的对应过程，此处不再赘述。
基于上述实施例中的方法，本发明实施例提供了一种电子设备。该设备可以包括：至少一个用于存储程序的存储器和至少一个用于执行存储器存储的程序的处理器。其中，当存储器存储的程序被执行时，处理器用于执行上述实施例中所描述的方法。
基于上述实施例中的方法，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，当计算机程序在处理器上运行时，使得处理器执行上述实施例中的方法。
基于上述实施例中的方法，本发明实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在处理器上运行时，使得处理器执行上述实施例中的方法。
可以理解的是，本发明实施例中的处理器可以是中央处理单元（centralprocessing unit，CPU），还可以是其他通用处理器、数字信号处理器（digital signalprocessor，DSP）、专用集成电路（application specific integrated circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（field programmable gate array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件，硬件部件或者其任意组合。通用处理器可以是微处理器，也可以是任何常规的处理器。
本发明实施例中的方法步骤可以通过硬件的方式来实现，也可以由处理器执行软件指令的方式来实现。软件指令可以由相应的软件模块组成，软件模块可以被存放于随机存取存储器（random access memory，RAM）、闪存、只读存储器（read-only memory，ROM）、可编程只读存储器（programmable rom，PROM）、可擦除可编程只读存储器（erasable PROM，EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（electrically EPROM，EEPROM）、寄存器、硬盘、移动硬盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者通过所述计算机可读存储介质进行传输。所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线（DSL））或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质（例如，软盘、硬盘、磁带）、光介质（例如，DVD）、或者半导体介质（例如固态硬盘（solid state disk，SSD））等。
可以理解的是，在本发明实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本发明的实施例的范围。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种AR产品eyebox的测量方法，其特征在于，包括：
点亮所述AR产品的发光区域，利用工业面阵相机获取点亮发光区域的实像，计算实像中发光区域长宽比值；
利用面阵式NED测量设备获取所述AR产品在无干涉方向的eyebox宽度，所述无干涉是指所述面阵式NED测量设备和所述AR产品的光机不会造成位置上的干扰；
利用发光区域长宽比值和AR产品eyebox的长宽比相同，根据所述发光区域长宽比值和所述无干涉方向的eyebox宽度，确定干涉方向的eyebox宽度。
2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述点亮发光区域为点亮灰阶不低于196的画面。
3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述利用面阵式NED测量设备获取所述AR产品在无干涉方向的eyebox宽度，具体为：
利用位移台将所述AR产品移动到所述面阵式NED测量设备下，进行光轴中心对位；
保持与所述无干涉方向相垂直的平面坐标不变，在无干涉方向上移动所述AR产品，使其入瞳到达所述eyebox的第一边缘位置，再到达所述eyebox的第二边缘位置，根据从第一边缘位置移动至第二边缘位置的AR产品的移动距离，确定无干涉方向的eyebox宽度。
4.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述计算实像中发光区域长宽比值，具体为：通过图像处理算法，提取发光区域四条边缘拟合的直线，长度方向的两条拟合直线之间的距离为X方向宽度，宽度方向的两条拟合直线之间的距离为Y方向宽度，进一步计算两者的比值。
5.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，若干涉方向为所述发光区域的X轴方向，干涉方向的eyebox宽度计算公式如下：
其中，分别为发光区域X和Y方向宽度；/>、/>为无干涉方向的eyebox边缘位置；
若干涉方向为所述发光区域的Y轴方向，干涉方向的eyebox宽度计算公式如下：
其中，分别为发光区域X和Y方向宽度；/>、/>为无干涉方向的eyebox边缘位置。
6.一种AR产品eyebox的测量系统，其特征在于，包括：
位移平台，用于调整AR产品的位置，使其位于工业面阵相机的工作距离之内，或者，位于面阵式NED测量设备的工作距离之内；
所述工业面阵相机，用于采集所述AR产品点亮发光区域的实像；
所述面阵式NED测量设备，用于采集所述AR产品点亮发光区域的虚像；
计算模块，用于根据所述点亮发光区域的实像，计算实像中发光区域长宽比值；根据所述点亮发光区域的虚像，获取所述AR产品在无干涉方向的eyebox宽度，所述无干涉是指所述面阵式NED测量设备和所述AR产品的光机不会造成物理上的干扰；利用发光区域长宽比值和AR产品eyebox的长宽比相同，根据所述发光区域长宽比值和所述无干涉方向的eyebox宽度，确定干涉方向的eyebox宽度。
7.如权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述AR产品为AR眼镜或单眼光学模组。
8.如权利要求6所述的测量系统，其特征在于，还包括载台，所述载台具有龙门结构，所述工业面阵相机和所述面阵式NED测量设备分别位于所述龙门两侧，所述位移平台和所述AR产品位于所述载台之上。
9.如权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述位移平台为电动六轴位移平台，且可支持所述AR产品在所述工业面阵相机或者所述面阵式NED测量设备的正下方进行移动切换。
10.如权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述点亮发光区域为点亮灰阶不低于196的画面。
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