CN109696188B - 一种基于激光管的vr头盔的转动延迟测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种基于激光管的VR头盔的转动延迟测量方法，采用转台带动VR头盔转动；所有激光管与转台共圆心且等间距排列在一个圆周进行二进制编码值；VR头盔运动过程中，在每个激光管处记录自身转动角度，VR头盔再次运动时，VR头盔感知到激光管处角度时，根据激光管的二进制编码对应的给VR头盔输入对应的黑白图像，并用另一个光敏传感器感知黑白图像；根据激光管脉冲输出的方波曲线和光敏传感器感知黑白图像时输出的方波曲线，即可获得VR头盔的延迟时间；该方法使得VR头盔中的黑白图样与光编码能够进行虚实配准，不再有早期方法中手动对齐波形带来的误差，使得数据的期望更接近于真实的延迟时间。

Description

一种基于激光管的VR头盔的转动延迟测量方法
技术领域
本发明属于虚拟现实设备技术领域，具体涉及一种基于激光管的VR头盔的转动延迟测量方法。
背景技术
VR头盔的延迟时间与用户的使用体验息息相关，如果时间稍大则可能会引发使用者产生“晕动症”症状。文献“Luca M D.New Method to Measure End-to-End Delay ofVirtual Reality[M].MIT Press,2010.”提出了一个延迟测量的简易方案，如图1(a)所示，在VR头盔外壳与视窗上各固定一个光敏传感器，在显示屏与VR头盔中都显示出一个灰度渐变的测试图，然后将外壳上的光敏传感器紧贴显示屏，令VR头盔紧贴显示屏并沿着灰度变化方向往复运动，记录下两个传感器返回的波形(图1(b))。通过计算两个波形之间的相位差，得到该VR头盔的延迟时间。该方法的缺陷是，需要手动移动，移动过程中的抖动等会给后边的信号处理引入许多噪声；使用手动对齐频域波形的方法解决虚拟空间中图样与显示屏中图样不同步引入的误差，依靠肉眼判断，对于延迟时间这种微小的时间，这种方法有时不仅不能消除误差，反而会引入新的误差；该测试方法对于头盔有VR头盔，需要其能在如此多遮蔽的情况下计算自身的位置数据，这对许多VR头盔的跟踪方案是不友好的；所得到的数据有较大的方差，其不稳定性决定其不能够被用来制作测量仪器。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于激光管的VR头盔的转动延迟测量方法，可以通过简单的设备准确测量VR头盔的转动延迟。
一种基于激光管的VR头盔的转动延迟测量方法，使用的测量装置包括第一光敏传感器(1)、VR头盔(2)、载物台(3)、转台(4)、控制器(5)、激光管(6)、第二光敏传感器(7)以及上位机；
载物台(3)固定在转台(4)伸出的中心转轴上，转台(4)由控制器(5)控制转动，VR头盔(2)可在载物台(3)的带动下与转台(4)同轴转动；第二光敏传感器(7)固定在VR头盔(2)的显示窗口上，用来感知VR头盔(2)显示的图案颜色；第一光敏传感器(1)固定在载物台(3)上，光敏头朝下；激光管(6)有多个，由支架支撑固定在载物台(3)下方，所有激光管(6)与转台(4)共圆心且等间距排列在一个圆周上，当第一光敏传感器(1)随载物台(3)转动时，可依次对准各激光管(6)，并接收其发射的激光信号；各激光管(6)被依次赋予1和0的二进制编码值，即编码值1和0间隔的对应着各个激光管(6)；
所述转动延迟测量方法具体步骤如下：
步骤1、先控制转台(4)从初始位置匀速运动一圈，VR头盔(2)时刻计算自身转动的角度；
步骤2、在载物台(3)转动过程中，在第一光敏传感器(1)接收到各激光管(6)信号的时刻，VR头盔2计算出自身在各个时刻的转动角度；其中，按照各个激光管(6)对应的编码值，将VR头盔(2)自身转动角度进行编码，即：在接收到编码为1的激光管(6)信号时，此时将VR头盔(2)的转动角度编码为1；反之，将转动角度编码为0；
步骤3、转台完成一周的转动后，最终得到一组VR头盔(2)的编码转动角度数据集；
步骤4、然后控制载物台(3)再次从零点开始移动，VR头盔(2)时刻计算自身转动的角度，上位机同时记录第一光敏传感器(1)与第二光敏传感器(7)返回的数据；
步骤5、上位机根据编码转动角度数据集，结合VR头盔(2)计算的自身当前的转动角度信息，控制VR头盔(2)显示对应的黑白画面，即：当计算的转动角度对应的编码为1时，向VR头盔(2)输出白色图案，并一直持续到下一个编码转动角度；当计算的转动角度对应的编码为0时，向VR头盔(2)输出黑色图案，并一直持续到下一个编码转动角度；其上的光敏传感器(1)在此过程中，感知VR头盔(2)镜头输出的黑白图像，当感知到白色图像时，光敏传感器(1)返回高电平，当感知到黑色图像时，光敏传感器(1)返回低电平，由此得到一个方波曲线，定义为检测波形；
步骤6、与此同时，第一光敏传感器(1)检测的信号，生成一组脉冲信号，上位机根据激光管(6)对应的编码值，生成一组方波信号，生成规则为：当该脉冲对应的激光管(6)编码为1时，输出高电平，并一直持续到检测到下一个脉冲；当该脉冲对应的激光发6编码为0时，输出低电平，并一直持续到检测到下一个脉冲，由此得到一组方波信号，称之为参考波形；
步骤7、计算检测波形相对于参考波形的时间延迟Δt，即为VR头盔(2)的时间延迟。
进一步的，使VR头盔(2)转动数圈，获得更多波形数据，分别得到时间延迟Δt，其均值即为VR头盔(2)的精确时间延迟量。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供的一种基于激光管的VR头盔的转动延迟测量方法，采用转台带动VR头盔转动；所有激光管与转台共圆心且等间距排列在一个圆周进行二进制编码值；VR头盔运动过程中，在每个激光管处记录自身转动角度，VR头盔再次运动时，VR头盔感知到激光管处角度时，根据激光管的二进制编码对应的给VR头盔输入对应的黑白图像，并用另一个光敏传感器感知黑白图像；根据激光管脉冲输出的方波曲线和光敏传感器感知黑白图像时输出的方波曲线，即可获得VR头盔的延迟时间；该方法使得VR头盔中的黑白图样与光编码能够进行虚实配准，不再有早期方法中手动对齐波形带来的误差，使得数据的期望更接近于真实的延迟时间。
附图说明
图1(a)为现有的测量VR头盔移动延迟的实验装置图；
图1(b)为基于图1(a)的实验装置得到的实验信号图；
图2为本发明的测量装置示意图；
图3为本发明中的VR头盔与光敏传感器的安装示意图；
图4为本发明中对激光管的编码示意图；
图5为转台转动一圈时获得的检测波形与参考波形图；
其中，1-第一光敏传感器、2-头戴显示设备、3-载物台、4-转台、5-控制器、6-激光管、7-第二光敏传感器。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明的一种基于激光管的VR头盔的转动延迟测量方法，使用的测量装置如图2所示，包括第一光敏传感器1、头戴显示设备2、载物台3、转台4、控制器5、激光管6、第二光敏传感器7以及上位机。
载物台3固定在转台4伸出的中心转轴上，转台4由控制器5控制转动，VR头盔2可在载物台3的带动下与转台4同轴转动；如图3所示，第二光敏传感器7固定在VR头盔2的显示窗口上，用来感知VR头盔2显示的图案颜色。第一光敏传感器1固定在载物台3上，光敏头朝下；激光管6有多个，由支架支撑固定在载物台3下方，所有激光管6与转台4共圆心且等间距排列在一个圆周上，当第一光敏传感器1随载物台3转动时，可依次对准各激光管6，并接收其发射的激光信号。如图4所示，各激光管6被依次赋予1和0的二进制编码值，即编码值1和0间隔的对应着各个激光管6。
本发明的转动延迟测量方法具体步骤如下：
1、先控制转台4从初始位置(任意一个激光管6的位置)匀速运动一圈，此时VR头盔2中不输入图像，但是时刻计算自身转动的角度；
2、在载物台3转动过程中，在第一光敏传感器1接收到各激光管6信号的时刻，VR头盔2计算出自身在各个时刻的转动角度；其中，按照各个激光管6对应的编码值，将VR头盔2自身转动角度进行编码，即：在接收到编码为1的激光管6信号时，此时将VR头盔2的转动角度编码为1；反之，将转动角度编码为0；
3、转台完成一周的转动后，最终得到一组VR头盔2的编码转动角度数据集；
4、然后控制载物台3再次从零点开始移动，同时开始记录第一光敏传感器1与第二光敏传感器7返回的数据；
5、上位机根据编码转动角度数据集，结合VR头盔2计算的自身当前的转动角度信息，控制VR头盔2显示对应的黑白画面，即：当计算的转动角度对应的编码为1时，向VR头盔2输出白色图案，并一直持续到下一个编码转动角度；当计算的转动角度对应的编码为0时，向VR头盔2输出黑色图案，并一直持续到下一个编码转动角度；其上的光敏传感器1在此过程中，感知VR头盔2镜头输出的黑白图像，当感知到白色图像时，光敏传感器1返回高电平，当感知到黑色图像时，光敏传感器1返回低电平，由此得到一个方波曲线，定义为检测波形，如图5所示；
6、与此同时，第一光敏传感器1检测的信号，生成一组脉冲信号，上位机根据激光管6对应的编码值，生成一组方波信号，生成规则为：当该脉冲对应的激光发6编码为1时，输出高电平，并一直持续到检测到下一个脉冲；当该脉冲对应的激光发6编码为0时，输出低电平，并一直持续到检测到下一个脉冲，由此得到一组方波信号，称之为参考波形。
7、数据处理：由于VR头盔2的感知有时间延迟，当载物台3转动到某位置时，VR头盔2不能马上感知到该位置，有一个时间延迟，因此，如图5所示，检测波形相对于参考波形就会有一个时间延迟Δt；因此，计算出该时间延迟Δt即得到了VR头盔2的移动延迟。通过对检测波形与参考波形上多个时间延迟Δt求平均值，可以得到更精确的VR头盔2的移动延迟。
为了增加多次取平均的数据量，得到更准确的测量值，应当使VR头盔2转动数圈获得更多波形数据，分别得到Δt，其均值即为设备的延迟时间T。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于激光管的VR头盔的转动延迟测量方法，其特征在于，使用的测量装置包括第一光敏传感器(1)、VR头盔(2)、载物台(3)、转台(4)、控制器(5)、激光管(6)、第二光敏传感器(7)以及上位机；
载物台(3)固定在转台(4)伸出的中心转轴上，转台(4)由控制器(5)控制转动，VR头盔(2)可在载物台(3)的带动下与转台(4)同轴转动；第二光敏传感器(7)固定在VR头盔(2)的显示窗口上，用来感知VR头盔(2)显示的图案颜色；第一光敏传感器(1)固定在载物台(3)上，光敏头朝下；激光管(6)有多个，由支架支撑固定在载物台(3)下方，所有激光管(6)与转台(4)共圆心且等间距排列在一个圆周上，当第一光敏传感器(1)随载物台(3)转动时，可依次对准各激光管(6)，并接收其发射的激光信号；各激光管(6)被依次赋予1和0的二进制编码值，即编码值1和0间隔的对应着各个激光管(6)；
所述转动延迟测量方法具体步骤如下：
步骤1、先控制转台(4)从初始位置匀速运动一圈，VR头盔(2)时刻计算自身转动的角度；
步骤2、在载物台(3)转动过程中，在第一光敏传感器(1)接收到各激光管(6)信号的时刻，VR头盔(2)计算出自身在各个时刻的转动角度；其中，按照各个激光管(6)对应的编码值，将VR头盔(2)自身转动角度进行编码，即：在接收到编码为1的激光管(6)信号时，此时将VR头盔(2)的转动角度编码为1；反之，将转动角度编码为0；
步骤3、转台完成一周的转动后，最终得到一组VR头盔(2)的编码转动角度数据集；
步骤4、然后控制载物台(3)再次从零点开始移动，VR头盔(2)时刻计算自身转动的角度，上位机同时记录第一光敏传感器(1)与第二光敏传感器(7)返回的数据；
步骤5、上位机根据编码转动角度数据集，结合VR头盔(2)计算的自身当前的转动角度信息，控制VR头盔(2)显示对应的黑白画面，即：当计算的转动角度对应的编码为1时，向VR头盔(2)输出白色图案，并一直持续到下一个编码转动角度；当计算的转动角度对应的编码为0时，向VR头盔(2)输出黑色图案，并一直持续到下一个编码转动角度；其上的第一光敏传感器(1)在此过程中，感知VR头盔(2)镜头输出的黑白图像，当感知到白色图像时，第一光敏传感器(1)返回高电平，当感知到黑色图像时，第一光敏传感器(1)返回低电平，由此得到一个方波曲线，定义为检测波形；
步骤6、与此同时，第一光敏传感器(1)检测的信号，生成一组脉冲信号，上位机根据激光管(6)对应的编码值，生成一组方波信号，生成规则为：当该脉冲对应的激光管(6)编码为1时，输出高电平，并一直持续到检测到下一个脉冲；当该脉冲对应的激光管(6)编码为0时，输出低电平，并一直持续到检测到下一个脉冲，由此得到一组方波信号，称之为参考波形；
步骤7、计算检测波形相对于参考波形的时间延迟Δt，即为VR头盔(2)的时间延迟。
2.如权利要求1所述的一种基于激光管的VR头盔的转动延迟测量方法，其特征在于，使VR头盔(2)转动数圈，获得更多波形数据，分别得到时间延迟Δt，其均值即为VR头盔(2)的精确时间延迟量。
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