CN114993614A - Ar头戴设备测试设备及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种AR头戴设备测试设备及其测试方法，通过工业相机完成高精度检测，实现了AR头戴设备的亮度、视场角、清晰度、色彩、畸变等性能的定量测量、实现异物量化检测功能、实现外观缺陷检测功能，并且满足量产检测需求，快速完成所有测试指标拍摄、计算、写入、上传全流程，通过优化算法测试流程，兼顾精度和效率平衡，测量高效、成本低，比起国外专业设备，具有极低测试成本和更快的测试速度。本发明解决了现有的光机模组或头戴显示装置整机产品性能检测设备多用于实验室阶段的精细标定而无法用于量产检测的问题。

Description

AR头戴设备测试设备及其测试方法

技术领域

本发明涉及图像检测技术领域，具体涉及一种AR头戴设备测试设备及其测试方法。

背景技术

ARVR(AR和VR是两种不同的虚拟技术，AR(Augmented Reality) 是增强现实技术，是虚拟数字画面和裸眼现实画面的结合，VR(Virtual Reality)是虚拟现实技术，由纯虚拟数字画面构成。)产业正快速发展，而影响产业发展的一大难题就是用户体验，主要存在光机模组或头戴显示装置整机产品的FOV小、分辨率低、辐辏冲突、亮度均匀性还不够等因素。产业已有推出各种光学架构方案来解决上述部分问题，考虑到目前产业进度，关系着消费者体验的画质检测方面有一些国外设备可以检测部分指标，但价格昂贵，目前多用于实验室阶段进行精细标定，能够直接用于量产的画质检测设备非常少。随着产业进一步发展，势必对产品性能有更高要求，进而要求生产厂商采用更加量化的检测方案。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种AR头戴设备测试设备及其测试方法，以解决现有的AR头戴设备或头戴显示装置整机产品性能检测设备多用于实验室阶段的精细标定而无法用于量产检测的问题。

为实现上述目的，提供一种AR头戴设备测试设备，包括：

暗箱，所述暗箱内形成有一空腔，所述空腔内形成有用于搁置待测产品的机位；

用于采集所述待测产品输出的显示图像的工业相机，安装于所述空腔内，所述显示图像包括视场角显示图像、亮度显示图像、清晰度显示图像、异物显示图像和外观显示图像；以及

控制***，包括用于储存多个测试图卡的存储模块、用于将多个所述测试图卡依次发送至所述待测产品的输出模块、用于获取所述显示图像的获取模块、用于基于所述视场角显示图像计算所述待测产品的视场角的第一处理模块、用于基于所述亮度显示图像计算所述待测产品的亮度的第二处理模块、用于基于所述清晰度显示图像计算所述待测产品的清晰度的第三处理模块、用于基于所述异物显示图像识别所述待测产品的异物的第四处理模块、用于基于所述外观显示图像识别所述待测产品的外观缺陷的第五处理模块以及控制模块，所述控制模块连接于所述存储模块、所述输出模块、所述获取模块、所述第一处理模块、所述第二处理模块、所述第三处理模块、所述第四处理模块和所述第五处理模块，所述输出模块连接于所述待测产品，所述获取模块连接于所述工业相机。

进一步的，所述第一处理模块包括：

用于获取所述工业相机采集视场角测试图卡的标靶图像的第一获取单元；

用于建立所述标靶图像的视场角与所述标靶图像的多个特征点像素之间第一差值的拟合关系的拟合单元，连接于所述第一获取单元；以及

用于获取所述视场角显示图像的多个特征点像素之间的第二差值并基于所述拟合关系计算获得所述待测产品的视场角的第一计算单元，连接于所述拟合单元和所述控制模块。

进一步的，所述第四处理模块包括：

用于获取所述异物显示图像的第二获取单元；

用于模糊所述异物显示图像以获得模糊图像的模糊单元，连接于所述第二获取单元；

用于计算所述模糊图像与所述异物显示图像的像素差值的第二计算单元，连接于所述第二获取单元；

用于对所述像素差值进行增强、图像闭运算以及识别图像中的边界以获得处理图像的第三计算单元，连接于所述第二获取单元；以及

用于计算所述处理图像中的物体占用像素大小的统计单元，连接于所述第三计算单元和所述控制模块。

进一步的，所述工业相机为自动对焦工业相机。

进一步的，所述暗箱开设有连通于所述空腔的进出口，所述进出口安装有封闭门，所述暗箱的外部安装有用于投放所述待测产品的夹取工装。

本发明提供一种AR头戴设备测试设备的测试方法，包括以下步骤：

将待测产品放置于暗箱的空腔内并连接于控制***的控制模块；

所述控制模块按照一预设时间间隔调取存储模块中的多个测试图卡，并通过输出模块发送至所述待测产品；

所述待测产品依次输出显示图像，同时工业相机依次采集所述待测产品输出的显示图像；

获取模块获取所述显示图像；

所述控制模块获取所述显示图像并分别发送至所述第一处理模块、所述第二处理模块、所述第三处理模块、所述第四处理模块和所述第五处理模块；

第一处理模块基于所述显示图像的视场角显示图像计算所述待测产品的视场角、第二处理模块基于所述显示图像的亮度显示图像计算所述待测产品的亮度、第三处理模块基于所述显示图像的清晰度显示图像计算所述待测产品的清晰度的、第四处理模块基于所述显示图像的异物显示图像识别所述待测产品的异物及其数量、第五处理模块基于所述显示图像的外观显示图像识别所述待测产品的外观缺陷；

控制模块获取并显示所述视场角、所述亮度、所述异物数量和所述外观缺陷。

本发明的有益效果在于，本发明的AR头戴设备测试设备，通过工业相机完成高精度检测，实现了AR头戴设备的亮度、视场角、清晰度、色彩、畸变等性能的定量测量、实现异物量化(位置、大小、数目)检测功能、实现外观缺陷检测功能(指纹、白点、划痕)，并且满足量产检测需求，20s完成所有测试指标拍摄、计算、写入、上传全流程，通过优化算法测试流程，兼顾精度和效率平衡，测量高效、成本低，比起国外专业设备，具有极低测试成本和更快的测试速度。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例的AR头戴设备测试设备的结构示意图。

图2为本发明实施例的控制***的模块示意图。

图3为本发明实施例的视场角测试图卡。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参照图1至图3所示，本发明提供了一种AR头戴设备测试设备，包括：暗箱1、工业相机3和控制***4。

其中，参阅图1，暗箱1内形成有一空腔。空腔内形成有用于搁置待测产品2的机位。暗箱杜绝外界杂光影响测试过程，提高测试精度和准确性。

工业相机3用于采集待测产品2输出的显示图像。工业相机3安装于暗箱的空腔内。在本实施例中，待测产品的显示图像包括视场角显示图像、亮度显示图像、清晰度显示图像、异物显示图像和外观显示图像。上述的各类显示图像用于对应的检测待测产品的视场角(FOV)、亮度、清晰度、异物(FOD)以及外观缺陷。待测产品为VR或AR眼镜、或光机模组等。

控制***4包括存储模块41、输出模块42、获取模块43、第一处理模块44、第二处理模块45、第三处理模块46、第四处理模块47、第五处理模块48以及控制模块49。其中，控制模块49连接于存储模块41、输出模块42、获取模块43、第一处理模块44、第二处理模块45、第三处理模块46、第四处理模块47和第五处理模块48。输出模块42连接于待测产品2。获取模块43连接于工业相机3。

存储模块41用于储存多个测试图卡。输出模块42用于将多个测试图卡依次发送至待测产品2。获取模块43用于获取工业相机采集的待测产品的显示图像。

第一处理模块44用于基于视场角显示图像计算待测产品2的视场角。

第二处理模块45用于基于亮度显示图像计算待测产品2的亮度。

第三处理模块46用于基于清晰度显示图像计算待测产品2的清晰度。

第四处理模块47用于基于异物显示图像识别待测产品2的异物大小及其数量。

第五处理模块48用于基于外观显示图像识别待测产品2的外观缺陷。外观缺陷包括外观白点、划伤和指纹三类。

在本实施例中，测试图卡包括视场角测试图卡、亮度测试图卡、清晰度测试图卡、异物测试图卡和外观测试图卡。测试图卡中的每一种测试图卡与待测产品显示的显示图像一一对应。在待测产品放置于暗箱中后，工业相机对准于待测产品的摄像头或镜头。控制***在收到操作人员的启动测试程序的开始指令后，按一预设时间间隔依次调取存储模块中的多个测试图卡并通过输出模块将多个测试图卡发送至待测产品，使得待测产品依次显示多个测试图卡的图像。在待测产品每一次显示一测试图卡的图像后，工业相机即采集待测产品显示的图像以获得显示图像。

控制***的获取模块将工业相机采集的显示图像后，控制模块将显示图像存储于存储模块内，并分别将每一张显示图像分别发送至第一处理模块、第二处理模、第三块处理模块、第四处理模块、第五处理模块。第一处理模块、第二处理模、第三块处理模块、第四处理模块、第五处理模块则分别处理对应类型的显示图像，以获得视场角、亮度、异物数量和外观缺陷。

本发明的AR头戴设备测试设备，通过工业相机完成高精度检测，实现了AR头戴设备的亮度、视场角、清晰度、色彩、畸变等性能的定量测量、实现异物量化(位置、大小、数目)检测功能、实现外观缺陷检测功能(指纹、白点、划痕)，并且满足量产检测需求，20s完成所有测试指标拍摄、计算、写入、上传全流程，通过优化算法测试流程，兼顾精度和效率平衡，测量高效、成本低，比起国外专业设备，具有极低测试成本和更快的测试速度。

工业相机3为自动对焦工业相机。工业相机3在清晰度检测时，可以进行自动对焦提高检测精度；在FOD检测时进行扫描对焦，提高检测精度。

本发明的AR头戴设备测试设备的测量高精度指标覆盖消费者需求， FOV、亮度、清晰度、畸变、FOD全部量化，其中亮度可以选择测量模式(ANSI9点模式或者5区域自定义功能模式)，清晰度可以选择MTF 模式或者更适于用户体验的文字自定义模式。

暗箱1开设有连通于空腔的进出口，进出口安装有封闭门，暗箱1 的外部安装有用于投放待测产品2的夹取工装。

本发明提供一种AR头戴设备测试设备的测试方法，包括以下步骤：

S1：将待测产品2放置于暗箱1的空腔内并连接于控制***4的控制模块49。

S2：控制模块49按照一预设时间间隔调取存储模块41中的多个测试图卡，并通过输出模块42发送至待测产品2。

S3：待测产品2依次输出显示图像，同时工业相机3依次采集待测产品2输出的显示图像。

S4：获取模块43获取显示图像。

S5：控制模块49获取显示图像并分别发送至第一处理模块44、第二处理模块45、第三处理模块46、第四处理模块47和第五处理模块48。

S6：第一处理模块44基于显示图像的视场角显示图像计算待测产品 2的视场角、第二处理模块45基于显示图像的亮度显示图像计算待测产品2的亮度、第三处理模块46基于显示图像的清晰度显示图像计算待测产品2的清晰度的、第四处理模块47基于显示图像的异物显示图像识别待测产品2的异物及其数量、第五处理模块48基于显示图像的外观显示图像识别待测产品2的外观缺陷。

S7：控制模块49获取并显示视场角、亮度、异物数量和外观缺陷。

在本实施例中，在进行视场角FOV计算时，包括以下步骤：

a、标定工业相机。用相机拍摄标靶，读取标靶的特征点像素，由于标靶的FOV事先已知，可以建立FOV与像素关系。

相机光心到棋盘格(如图3所示的视场角测试图卡)距离d，沿光轴对称特征点间水平距离S，则FOV＝2×arctan(S/2d)。

标靶图像可以自定义，如使用棋盘格，事先计算好5-6、4-7、3-8、 2-9、1-10间FOV，采集待测产品的显示图像的5-6、4-7、3-8、2-9、1-10 像素点差异，建立FOV与像素拟合关系FOV＝f(pixels)。

b、拍摄AR设备的视场角显示图像。通过读取AR设备特征像素间差值pixels，根据拟合公式FOV＝f(pixels)计算出FOV。

作为一种较佳的实施方式，第一处理模块44包括：第一获取单元、拟合单元和第一计算单元。

第一获取单元用于获取工业相机3采集视场角测试图卡的标靶图像。拟合单元用于建立标靶图像的视场角与标靶图像的多个特征点像素之间第一差值的拟合关系。拟合单元连接于第一获取单元。第一计算单元用于获取视场角显示图像的多个特征点像素之间的第二差值并基于拟合关系计算获得待测产品2的视场角。第一计算单元连接于拟合单元和控制模块49。

在本实施例中，在亮度计算过程中，支持自定义分区和ANSI9点方法进行亮度均匀性检测。

将待测产品(光机模组或整机)固定在暗箱的空腔中，以额定电流点亮并投送全白图测试图卡，由第二处理模块计算图片平均灰度，效果如下图，再由转换公式(提前由工业相机和专业亮度检测设备对标所得) 计算转换为亮度值。

标定过程：制作0～255灰阶图卡，用亮度计测量显示屏该图卡的中心亮度L0～L255同时记录相机中心点的灰度数值G0～255，建立L和G 拟合关系。

将待测产品固定在暗箱的空腔中，以额定电流点亮并投送全白图，采用工业相机拍摄所投图像并进行图片保存，由第二处理模块读取图片不同位置灰度值进而计算出亮度均匀性值。

在一些实施例中，还包括对比度检测。具体的，将待测产品固定在暗箱的空腔中，以额定电流点亮并投送棋盘格图，同时工业相机采集图像，计算图片白色和黑色位置平均灰度值进而计算出棋盘格对比度值Cm。

具体的，Cm的计算公式为：

在本实施例中，在对待测产品的清晰度检测时，支持文字图像分区清晰度结果和4像素竖线或横线MTF结果计算。具体的，将待测产品固定在暗箱的空腔中，以额定电流点亮并投送清晰度测试图，由清晰度处理模块读取图片不同位置清晰度值进而计算出清晰度值。

具体的，清晰度检测步骤包括：

c、选取自定义区域，计算区域图像灰度值；

d、用第三方开源软件Opencv计算自定义区域图像像素锐度，包括不限于(Sobel、Laplace等算法)；

e、自定义区域锐度平均值可作清晰度数值。

MTF(modulation transfer function)计算的步骤包括：

f、选取自定义区域；

g、根据自定义区域坐标以及MTF图卡计算黑白条坐标位置；

h、计算区域内黑白对比度可作为该区域MTF平均值：

在本实施例中，异物识别处理包括：识别异物像素大小，来统计异物分级个数。具体的，将待测产品固定在暗箱的空腔中，正常点亮并投送全白图卡，工业相机拍摄显示画面，进行算法判定，如存在缺陷，软件会自动识别位置并计算缺陷数目和尺寸，

作为一种较佳的实施方式，第四处理模块47包括：第二获取单元、模糊单元、第二计算单元、第三计算单元和统计单元。其中，第二获取单元用于获取异物显示图像。模糊单元用于模糊异物显示图像以获得模糊图像。模糊单元连接于第二获取单元。第二计算单用于计算模糊图像与异物显示图像的像素差值。第二计算单元连接于第二获取单元。第三计算单元用于对像素差值进行增强、图像闭运算以及识别图像中的边界以获得处理图像。第三计算单元连接于第二获取单元。统计单元用于计算处理图像中的物体占用像素大小。统计单元连接于第三计算单元和控制模块49。

在本实施例中，第五处理模块进行的外观检测的步骤包括：将工业相机对焦拉近，正常点亮待测产品并投送全白图卡，工业相机拍摄显示画面，进行算法判定，如存在外观缺陷，软件会自动识别位置并计算缺陷数目和尺寸。外观检测的计算方法原理同FOD，不同之处在于增加特征分类，根据特征标准区分外观白点、划伤和指纹三类。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (6)

1.一种AR头戴设备测试设备，其特征在于，包括：

暗箱，所述暗箱内形成有一空腔，所述空腔内形成有用于搁置待测产品的机位；

用于采集所述待测产品输出的显示图像的工业相机，安装于所述空腔内，所述显示图像包括视场角显示图像、亮度显示图像、清晰度显示图像、异物显示图像和外观显示图像；以及

控制***，包括用于储存多个测试图卡的存储模块、用于将多个所述测试图卡依次发送至所述待测产品的输出模块、用于获取所述显示图像的获取模块、用于基于所述视场角显示图像计算所述待测产品的视场角的第一处理模块、用于基于所述亮度显示图像计算所述待测产品的亮度的第二处理模块、用于基于所述清晰度显示图像计算所述待测产品的清晰度的第三处理模块、用于基于所述异物显示图像识别所述待测产品的异物的第四处理模块、用于基于所述外观显示图像识别所述待测产品的外观缺陷的第五处理模块以及控制模块，所述控制模块连接于所述存储模块、所述输出模块、所述获取模块、所述第一处理模块、所述第二处理模块、所述第三处理模块、所述第四处理模块和所述第五处理模块，所述输出模块连接于所述待测产品，所述获取模块连接于所述工业相机。

2.根据权利要求1所述的AR头戴设备测试设备，其特征在于，所述第一处理模块包括：

用于获取所述工业相机采集视场角测试图卡的标靶图像的第一获取单元；

用于建立所述标靶图像的视场角与所述标靶图像的多个特征点像素之间第一差值的拟合关系的拟合单元，连接于所述第一获取单元；以及

用于获取所述视场角显示图像的多个特征点像素之间的第二差值并基于所述拟合关系计算获得所述待测产品的视场角的第一计算单元，连接于所述拟合单元和所述控制模块。

3.根据权利要求1所述的AR头戴设备测试设备，其特征在于，所述第四处理模块包括：

用于获取所述异物显示图像的第二获取单元；

用于模糊所述异物显示图像以获得模糊图像的模糊单元，连接于所述第二获取单元；

用于计算所述模糊图像与所述异物显示图像的像素差值的第二计算单元，连接于所述第二获取单元；

用于对所述像素差值进行增强、图像闭运算以及识别图像中的边界以获得处理图像的第三计算单元，连接于所述第二获取单元；以及

用于计算所述处理图像中的物体占用像素大小的统计单元，连接于所述第三计算单元和所述控制模块。

4.根据权利要求1所述的AR头戴设备测试设备，其特征在于，所述工业相机为自动对焦工业相机。

5.根据权利要求1所述的AR头戴设备测试设备，其特征在于，所述暗箱开设有连通于所述空腔的进出口，所述进出口安装有封闭门，所述暗箱的外部安装有用于投放所述待测产品的夹取工装。

6.一种如权利要求1～5中任意一项所述的AR头戴设备测试设备的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

将待测产品放置于暗箱的空腔内并连接于控制***的控制模块；

所述控制模块按照一预设时间间隔调取存储模块中的多个测试图卡，并通过输出模块发送至所述待测产品；

所述待测产品依次输出显示图像，同时工业相机依次采集所述待测产品输出的显示图像；

获取模块获取所述显示图像；

所述控制模块获取所述显示图像并分别发送至所述第一处理模块、所述第二处理模块、所述第三处理模块、所述第四处理模块和所述第五处理模块；

第一处理模块基于所述显示图像的视场角显示图像计算所述待测产品的视场角、第二处理模块基于所述显示图像的亮度显示图像计算所述待测产品的亮度、第三处理模块基于所述显示图像的清晰度显示图像计算所述待测产品的清晰度的、第四处理模块基于所述显示图像的异物显示图像识别所述待测产品的异物及其数量、第五处理模块基于所述显示图像的外观显示图像识别所述待测产品的外观缺陷；

控制模块获取并显示所述视场角、所述亮度、所述异物数量和所述外观缺陷。

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