CN212658419U - 紧凑型双目合像测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种紧凑型双目合像测量装置，以实现对穿戴式近眼显示设备的合像程度的测量，其结构简单，便于操作、测量效率高。具体地，该紧凑型双目合像测量装置包括：装载穿戴式近眼显示设备的固定治具；采集穿戴式近眼显示设备中两单目光学模组显示的第三画面和第四画面，并确定第一待测图像和第二待测图像合像程度的一体式双目摄像头；以及调整一体式双目摄像头的光轴的第一调整平台。通过第一调整平台调整一体式双目摄像头的光轴方向，使一体式双目摄像头的光轴与穿戴式近眼显示设备中两单目光学模组的光轴同轴，以采集两单目光学模组显示的第三画面和第四画面进行合像程度的确定。

Description

紧凑型双目合像测量装置

技术领域

本实用新型涉及穿戴式近眼显示设备的合像效果检测的技术领域，更具体地说，是涉及一种紧凑型双目合像测量装置。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality，VR)与增强现实(Augmented Reality，AR) 等穿戴式近眼显示设备的两个单目光学模组的合像程度是衡量产品能否给用户提供足够舒适度的最重要指标之一。

当穿戴式近眼显示设备的两个单目光学模组的合像效果在使用者可承受范围之外时，使用者会感觉左右眼的画面不能重合，从而导致穿戴式近眼显示设备无法正常使用；而当穿戴式近眼显示设备的两个单目光学模组的合像效果处于使用者的可承受范围内但效果较差时，容易引起使用者的视觉疲劳，以利于使用者长时间使用。

因此，如何确定穿戴式近眼显示设备的两个单目光学模组的合像程度对使用者而言尤为重要。

然而，目前鲜有能够测量穿戴式近眼显示设备的两个单目光学模组合像效果的装置或者方法，无论是国外的Radian、Gamma Scientific等专业的AR/VR 光学模组测量厂商，还是国内厂商。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能够对穿戴式近眼显示设备的合像程度进行测量的紧凑型双目合像测量装置。

本实用新型的技术方案如下：一种紧凑型双目合像测量装置，用于测量穿戴式近眼显示设备的合像程度，包括：与待测的所述穿戴式近眼显示设备位置对应，并用于测量所述穿戴式近眼显示设备中两单目光学模组合像程度的一体式双目摄像头；其中，所述一体式双目摄像头设置有用于分别对焦拍摄两单目光学模组显示画面的第一摄像头和第二摄像头；并且，还设置分别与所述第一摄像头和第二摄像头连接的数据计算模块，以及与所述数据计算模块相连接的显示组件。

应用于上述技术方案，所述的紧凑型双目合像测量装置中，还包括一用于装载所述穿戴式近眼显示设备的固定治具。

应用于各个上述技术方案，所述的紧凑型双目合像测量装置中，所述显示组件设置为一显示器，所述数据计算模块设置为一独立的计算盒体终端。

应用于各个上述技术方案，所述的紧凑型双目合像测量装置中，所述数据计算模块集成设置在所述一体式双目摄像头内。

应用于各个上述技术方案，所述的紧凑型双目合像测量装置中，所述显示组件集成设置在所述一体式双目摄像头内。

应用于各个上述技术方案，所述的紧凑型双目合像测量装置中，还包括用于调整所述一体式双目摄像头的第一调整平台，所述一体式双目摄像头安装在所述第一调整平台上。

应用于各个上述技术方案，所述的紧凑型双目合像测量装置中，所述第一调整平台为一多轴调整平台，其包括用于调节水平方向的第一驱动机构和第二驱动机构、用于空间旋转的第一旋转机构、以及用于调节垂直方向的第三驱动机构。

应用于各个上述技术方案，所述的紧凑型双目合像测量装置中，还包括用于调整所述穿戴式近眼显示设备的第二调整平台，所述穿戴式近眼显示设备固定放置在所述第二调整平台上。

应用于各个上述技术方案，所述的紧凑型双目合像测量装置中，所述第二调整平台设置为一多轴调整平台，其包括用于调节水平方向和垂直方向的第四驱动机构、以及用于空间旋转的第二旋转机构。

应用于各个上述技术方案，所述的紧凑型双目合像测量装置中，还包括一用于安装所述第一调整平台和所述第二调整平台的底座。

现有技术相比，本实用新型的技术效果为：

1、本实用新型能够对具有两单目光学模组的设备，如穿戴式AR/VR近眼显示设备，所显示的两张图像在一体式双目摄像头下的合像程度进行自动检测，从而能够为穿戴式AR/VR近眼显示设备在合像效果的改进提供改进方向，进而为使用者提供更为舒适的使用体验。

2、本实用新型通过采用一体式双目摄像头，其两摄像头位置相对固定，无需对两摄像头之间的位置关系进行调整，以此使得合像测量装置的结构能够更加紧凑，空间占用小，能够适用于更小空间内操作；同时，能够免去摄像头之间的位置调整，简化操作流程，方便在短时间内进行大量的测量，尤其适用于研发和量产阶段。

3、本实用新型还通过设置第一调整平台来调整一体式双目摄像头的光轴，以确保一体式双目摄像头的光轴能够与装载的穿戴式近眼显示设备的光轴准确同轴，以能够采集高质量的待测图像，便于后续确定合像程度，并保证对合像程度测量的准确性。

4、本实用新型通过设置第一调整平台，即使在穿戴式近眼显示设备固定位置不精准的情况下，也能够通过第一调整平台对应调整一体式双目摄像头，使之与穿戴式近眼显示设备对齐，从而能够自由地放置穿戴式近眼显示设备。

附图说明

图1为本实用新型的第一种结构示意图；

图2为本实用新型的第二种结构示意图；

图3为本实用新型的一体式双目摄像头的一种结构示意图；

图4为本实用新型的校准结构示意图；

图5为本实用新型的校准动作结构示意图；

图6为本实用新型中摄像头校准方法的流程示意图；

图7为本实用新型中摄像头校准方法的第一画面和第二画面在同一参考坐标系中的画面偏差示意图；

图8为本实用新型中测量方法的流程示意图；

图9为本实用新型中测量方法的第三画面的示意图；

图10为本实用新型中的第四画面的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种紧凑型双目合像测量装置，用以测量具有两单目光学模组的穿戴式近眼显示设备1的合像程度。应当说明的是，该具有两单目光学模组的可以但不限于AR/VR眼眼镜等穿戴式近眼显示设备1，也可以为用于测量其他具有合像效果的光学模组。如图1所示，该紧凑型双目合像测量装置包括有一体式双目摄像头3、与一体式双目摄像头3连接的数据计算模块33、以及与数据计算模块33连接的显示组件34。

其中，一体式双目摄像头3与待测穿戴式近眼显示设备的位置对应，并且，一体式双目摄像头3设置有第一摄像头31和第二摄像头32；第一摄像头31与穿戴式近眼显示设备内部的第一单目光学模组11对焦，并用于拍摄第一单目光学模组的显示画面，即第三画面；并且，第二摄像头32与穿戴式近眼显示设备内部的第二单目光学模组12对焦，并用于拍摄第二单目光学模组的显示画面，即第四画面。

拍摄后，第一摄像头和第二摄像头将得到的显示画面数据，发送到数据计算模块33中，数据计算模块33通过内置的软件，计算得到两单目光学模组的的合像程度，并发送到显示组件34进行显示。

如此，采用一体式双目摄像头3，其两摄像头，即第一摄像头31和第二摄像头32位置相对固定，无需对两摄像头之间的位置关系进行调整，以此使得合像测量装置的结构能够更加紧凑，空间占用小，能够适用于更小空间内操作；同时，能够免去摄像头之间的位置调整，简化操作流程，方便在短时间内进行大量的测量，尤其适用于研发阶段。

本实施例中，一体式双目摄像头3的第一摄像头31和第二摄像头32采用的是呈一体设置的双目摄像头。一体式双目摄像头3中两摄像头之间的位置相对固定，且光轴平行或近似平行，当第一摄像头和第二摄像头的光轴近似平行时，两者的夹角小于5°即可。

并且，还可以包括一用于放置待测穿戴式近眼显示设备的固定治具2，固定治具2可以为夹具，以通过夹持的方式固定穿戴式近眼显示设备1，也可以为卡座，通过卡座与穿戴式近眼显示设备1之间的卡合结构来固定穿戴式近眼显示设备1。可以理解的是，根据实际情况的选择，固定治具2可以为其它用于固定的机构，本实用新型在此不做特别限制。或者，如图1所示，一个实施例是，数据计算模块33设置为独立盒体终端，其与一体式双目摄像头3采用有线或无线通讯的方式连接，并且，显示组件34可以设置为一显示器，如电脑显示器，其与数据计算模块33同样也可以采用线或无线通讯的方式连接，以上通讯方式和设置方式均可以通过现有技术实现，此处不做赘述。

或者，如图2所示，另一个实施例是，数据计算模块33可以集成设置在一体式双目摄像头3内，显示组件34仍然设置为一显示器，如电脑显示器，其与一体式双目摄像头3内的数据计算模块33同样也可以采用线或无线通讯的方式连接，以上通讯方式和设置方式均可以通过现有技术实现，此处不做赘述。

再或者，如图3所示，数据计算模块33和显示组件34均可以集成设置在一体式双目摄像头3内，数据计算模块33和显示组件34在一体式双目摄像头3内部通过内部电路连接实现，以上电路连接方式同样可以通过现有技术实现，此处不做赘述。

如图1所示，本实施例紧凑型双目合像测量装置还包括用于调整所述一体式双目摄像头位置的第一调整平台4，以及用于调整穿戴式近眼显示设备位置的第二调整平台5，其中，第一调整平台4和第二调整平台5，可以只采用其中任意一个调整平台，或者，同时采用两个调整平台，只需要将一体式双目摄像头和穿戴式近眼显示设备的位置调整对焦即可，并且，所述第一调整平台和所述第二调整平台均安装在同一底座上。

如图1、4和5所示，第一调整平台4设置为一多轴调整平台，第一调整平台4其包括用于调节水平方向的第一驱动机构41和第二驱动机构42、用于空间旋转的第一旋转机构43、以及用于调节垂直方向的第三驱动机构44，并且，第一旋转机构43设置有第一旋转组件431和第二旋转组件432，如此，可以将安装在其上面的一体式双目摄像头分别进行水平、垂直和空间的位置调整，如此，可以满足其位置调整的任何要求。

如此，能够通过第一调整平台4来调整一体式双目摄像头3的光轴，以确保一体式双目摄像头3的光轴能够与装载的穿戴式近眼显示设备1的光轴准确同轴，以能够采集高质量的显示画面，便于后续确定合像程度，并保证对合像程度测量的准确性。

另外，通过设置第一调整平台4，即使在穿戴式近眼显示设备1固定位置不精准的情况下，也能够通过第一调整平台4对应调整一体式双目摄像头3，使之与穿戴式近眼显示设备1对齐，从而能够自由地放置穿戴式近眼显示设备1，方便工作人员使用。

并且，第二调整平台5也设置为一多轴调整平台，第二调整平台5包括用于调节水平方向和垂直方向的第四驱动机构51、以及用于空间旋转的第二旋转机构52，如此，同样可以将固定放置在其上面的穿戴式近眼显示设备分别进行水平、垂直和空间的位置调整，如此，可以满足其位置调整的任何要求。

并且，本实施例中，数据计算模块33通过内置的软件，计算得到两单目光学模组6的合像程度的方法为采用以下方法进行：

首先，对一体式双目摄像头进行摄像头校准，其采用以下实施例2的摄像头校准方法进行，并且，在校准完成之后，在用于测量和计算得到穿戴式近眼显示设备的合像程度时，其是通过以下实施例3的基于双目合像测量装置的测量方法进行计算，具体内容详见实施例2和3，此处不做赘述。

在具体应用中，该显示组件可以是桌上型计算机、工控机、超级移动个人计算机、笔记本电脑、掌上电脑、平板电脑、手机、个人数字助理、云端服务器等。数据计算模块可包括但不仅限于处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，以上仅仅是双目合像测量装置的举例，并不构成对双目合像测量装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如还可以包括输入输出设备、网络接入设备等。

实施例2

如图6所示，在本实施例提供了一种摄像头校准方法，用以消除双目摄像头在测量具备双目模组的AR/VR穿戴式近眼显示设备的合像程度中的物理偏差，以能够提高检测的可行性和准确性。

具体地，该校准方法包括：

步骤S11:通过第一摄像头与第二摄像头分别采集同一单目光学模组的显示图像，得到第一画面和第二画面；具体操作时，可以将一单目光学模组放置于所述第一摄像头前，通过所述第一摄像头捕捉第一画面；然后将所述单目光学模组放置于所述第二摄像头前，通过所述第二摄像头捕捉第二画面。步骤S12:识别所述第一画面和所述第二画面的特征点，并根据所述识别的特征点，计算出所述第一摄像头和所述第二摄像头的偏差；步骤S13：将所述偏差作为所述第一摄像头和所述第二摄像头之间的物理偏差来校准所述双目合像测量装置。

其中，所述物理偏差为包括旋转偏差、横向偏差、纵向偏差、缩放偏差中的至少一个。并且，所述第一摄像头和所述第二摄像头为一体式双目摄像头。在步骤S11中，一体式双目摄像头的第一摄像头和第二摄像头的光轴必须在空间上平行或近似平行，这样才能够作为一个标杆去衡量双目模组或者具备双目模组设备的合像优劣。当第一摄像头和第二摄像头的光轴近似平行时，两者的夹角小于5°即可。

步骤s12，识别第一画面和第二画面中的特征点，根据第一画面和第二画面相同位置的特征点计算第一画面和第二画面之间的偏差。作为本实施例的一实施方式，该偏差包括旋转偏差、横向偏差和纵向偏差，以能够对第一摄像头和第二摄像头之间的横向偏差、纵向偏差以及旋转偏差进行补偿校准。

在步骤S12中，如图7所示，根据第一画面和第二画面相同位置的特征点计算第一画面和第二画面之间的参数偏差，包括：

选取第一画面中的任意一特征点u，选取第二画面与特征点u处于相同位置的特征点U。其中，特征点u和特征点U在同一参考坐标系中的坐标分别为(u_x， u_y)和(U_x，U_y)，比较计算特征点u和特征点U之间的横向坐标差值和纵向坐标差值，可得：

横向坐标差值：ΔX1＝u_x-U_x

纵向坐标差值：ΔY1＝u_y-U_y

以横向坐标差值ΔX1和纵向坐标差值ΔY1作为第一画面与第二画面的横向偏差和纵向偏差，对第一摄像头和第二摄像头的横向偏差和纵向偏差进行补偿。

选取第一画面中的任意两特征点(v、w)，选取第二画面中与任意两特征点(v、w)处于相同位置的两特征点(V、W)。其中，特征点(v、w、V、W) 在同一参考坐标系中的坐标分别为(v_x，v_y)、(w_x，w_y)、(V_x，V_y)、(W_x，W_y)，以特征点v和特征点w之间的连接线作为第一参考线，以特征点V和特征点W 之间的连接线作为第二参考线，分别计算第一参考线与水平方向的夹角θ_vw和第二参考线与水平方向的夹角θ_VW：

第一参考线与水平方向的夹角

第二参考线与水平方向的夹角

再，比较计算第一参考线和第二参考线的差值，可得：

差值ΔR1＝θ_vw-θ_VW

以差值ΔR1作为第一画面与第二画面的旋转误差，就能够对第一摄像头和第二摄像头之间的旋转偏差进行校准。

步骤S13，将偏差作为第一摄像头与第二摄像头之间的物理误差来校准所述双目合像测量装置.

由于任何两摄像头在空间上不可能绝对平行，光轴方向总有差别，因此双目摄像头的第一摄像头和第二摄像头的光轴仅能够实现近似平行，两者始终存在一定的物理误差。故，当通过双目摄像头采集同一单目光学模组的显示图像，其第一摄像头和第二摄像头采集的第一画面和第二画面必然存在偏差，而该偏差是由第一摄像头和第二摄像头之间的物理误差导致的其中一个重要原因。

因此，本实施例通过一体式双目摄像头的两个摄像头分别采集同一单目光学模组的显示图像以得到第一画面和第二画面，再识别第一画面和第二画面中特征点并根据第一画面和第二画面相同位置的特征点计算两画面之间的偏差，最后以该参数偏差作为第一摄像头与第二摄像头之间的物理误差。

上述方法简单易行，且很容易通过计算机辅助识别、计算，实现对双目摄像头的进行快速测定校准。

实施例3

如图8所示，基于上述实施1的摄像头参数校准方法，本实施例还提供了一种基于双目合像测量装置的测量方法，用于通过双目合像测量装置中的一体式双目摄像头测量待测穿戴式近眼显示设备的合像程度。该一体式双目摄像头包括第一摄像头和第二摄像头，穿戴式近眼显示设备包括左单目光学模组和右单目光学模组，该光学参数测量方法包括如下步骤：

首先，步骤S31：采用实施例1所述摄像头校准方法对一双目合像测量装置进行校准，得到所述双目合像测量装置中第一摄像头和第二摄像头的物理偏差。

然后，步骤S32：点亮所述测量近眼显示设备，将所述第一摄像头和所述第二摄像头对准测量所述穿戴式近眼显示设备的单目光学模组一和单目光学模组二。

步骤S33：采用所述第一摄像头拍摄所述单目光学模组一的第三画面，并且，采用所述第二摄像头拍摄所述单目光学模组二的第四画面。

步骤S34：以第三画面为基准画面，使用物理偏差对第四画面进行补偿，得到第四画面和第三画面的视差值。

其中，所述物理偏差包括旋转偏差、横向偏差、纵向偏差、缩放偏差中的至少一个。

其中，步骤S34中，可以采用识别前补偿算法，具体执行步骤为：步骤S341，将物理偏差加入到第四画面中，使第四画面根据物理偏差进行旋转和/或平移。步骤S342，识别第三画面的特征点，以及识别经旋转和/或平移后的第四画面的特征点，并根据该特征点，计算出第四画面和第三画面的偏差，将该偏差作为第四画面和第三画面的视差值。

或者，步骤S34中，还可以是另外一种执行办法，即识别后补偿算法，，具体执行步骤为：步骤步骤S343，识别第四画面、以及第三画面的特征点，并根据该特征点，计算出第四画面和第三画面的偏差。步骤S344，根据第四画面和第三画面的偏差和物理偏差，计算得到第四画面和第三画面的视差值。

相比于识别前补偿的方式，识别后补偿的方式能够在无需对待测画面进行平移、旋转的情况下，同样实现对双目摄像头的物理误差的补偿校准，且方式更加简单，只需要通过简单的计算就能够实现对双目摄像头的物理误差差进行补偿，效率更高。

如图9和10所示，以上识别后补充方法，通过一下具体实施方式作进一步说明：

其中，第三画面中三个特征点(a、b、c)的位置坐标为(a_x，a_y)、(b_x，b_y)、 (c_x，c_y)，以及经平移后的第四画面与特征点(a、b、c)处于相同位置的三个特征点(A、B、C)的位置坐标(A_x，A_y)、(B_x，B_y)、(C_x，C_y)。此时，可根据上述位置坐标，得到第四画面与第三画面的横向偏差、纵向偏差以及旋转偏差。

具体地，第四画面与第三画面的横向偏差为：b_x-B_x；(以特征点B和b的位置坐标计算)，当然也可以以其他特征点的位置坐标计算。

第四画面与第三画面的纵向偏差为：b_y-B_y；(以特征点B和b的位置坐标计算)，当然也可以以其他特征点的位置坐标计算。

第四画面与第三画面的旋转偏差为：δR＝θ_ac-θ_AC；其中，

为特征点ac的连线与水平方向的夹角，

为特征点AC的连线与水平方向的夹角。

假定，第四画面与第三画面的横向视差值为ΔX1，纵向物理偏差为ΔY2，旋转物理偏差为ΔR1。那么在计算得到第四画面和第三画面的偏差之后，再根据第四画面和第三画面的偏差和物理偏差，计算得到第四画面和第三画面的视差值，具体方法可以是：

第四画面和第三画面的横向视差值为：δX＝b_x-B_x-ΔX1。

第四画面和第三画面的纵向视差值为：δY＝b_y-B_y-ΔY1。

第四画面和第三画面的旋转视差值为：δR＝θ_ac-θ_AC-ΔR1。

其中，

为特征点ac的连线与水平方向的夹角，

为特征点AC的连线与水平方向的夹角。

应当说明的是，以上计算公式仅为了说明情况，具体需要补偿第一摄像头或者第二摄像头视情况而定，这只会影响到正负号和是否要绝对值。

根据上述方案，通过获取双目摄像头的物理误差，就能够对在计算待测近眼显示设备的待测画面的参数偏差时，补偿双目摄像头的物理误差，由此以提高对近眼显示设备的光学参数测量的准确性。

并且，在计算补偿后所述第四画面和所述第三画面的视差值后还执行步骤：将视差值作为单目光学模组一和单目光学模组二的视差值，并与标准视差值进行对比，输出近眼显示设备的良品和不良品。由此可得到该近眼显示设备当前的光学参数是否满足要求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种紧凑型双目合像测量装置，用于测量穿戴式近眼显示设备的合像程度，其特征在于，包括：

与待测的所述穿戴式近眼显示设备位置对应，并用于测量所述穿戴式近眼显示设备中两单目光学模组合像程度的一体式双目摄像头；

其中，所述一体式双目摄像头设置有用于分别对焦拍摄两单目光学模组显示画面的第一摄像头和第二摄像头；

并且，还设置分别与所述第一摄像头和第二摄像头连接的数据计算模块，以及与所述数据计算模块相连接的显示组件。

2.如权利要求1所述的紧凑型双目合像测量装置，其特征在于，还包括一用于装载所述穿戴式近眼显示设备的固定治具。

3.如权利要求1所述的紧凑型双目合像测量装置，其特征在于，所述显示组件设置为一显示器，所述数据计算模块设置为一独立的计算盒体终端。

4.如权利要求1所述的紧凑型双目合像测量装置，其特征在于，所述数据计算模块集成设置在所述一体式双目摄像头内。

5.如权利要求4所述的紧凑型双目合像测量装置，其特征在于，所述显示组件集成设置在所述一体式双目摄像头内。

6.如权利要求1-5任一所述的紧凑型双目合像测量装置，其特征在于，还包括用于调整所述一体式双目摄像头的第一调整平台，所述一体式双目摄像头安装在所述第一调整平台上。

7.如权利要求6所述的紧凑型双目合像测量装置，其特征在于，所述第一调整平台为一多轴调整平台，其包括用于调节水平方向的第一驱动机构和第二驱动机构、用于空间旋转的第一旋转机构、以及用于调节垂直方向的第三驱动机构。

8.如权利要求1-5任一所述的紧凑型双目合像测量装置，其特征在于，还包括用于调整所述穿戴式近眼显示设备的第二调整平台，所述穿戴式近眼显示设备固定放置在所述第二调整平台上。

9.如权利要求8所述的紧凑型双目合像测量装置，其特征在于，所述第二调整平台设置为一多轴调整平台，其包括用于调节水平方向和垂直方向的第四驱动机构、以及用于空间旋转的第二旋转机构。

10.如权利要求7所述的紧凑型双目合像测量装置，其特征在于，还包括一用于安装所述第一调整平台的底座。

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