基于图像刻度的虚拟现实头盔景深测量的方法及装置与流程

本发明涉及虚拟现实领域，更具体地说，涉及一种基于图像刻度的虚拟现实头盔景深测量的方法及装置。

背景技术：

畸变镜片在很多领域都有应用，例如，在虚拟现实系统中，为了让用户在视觉上拥有真实的沉浸感，虚拟现实设备就要尽可能的覆盖人眼的视觉范围，因此就需要在虚拟现实设备装一个特定的球面弧度镜片，但是利用弧形镜片将传统的图像投射到人的眼中时，图像是扭曲的，人眼就没有办法获得虚拟空间中的定位，即在虚拟现实中你的周边都是扭曲的图像。要解决这个问题，就要先扭转图像，通过特定的算法生成畸变镜片对应的畸变图像，然后这些畸变图像在经过畸变镜片投射到人眼之后，就会变成正常的图像，从而让人感觉到真实的位置投射以及大视角范围的覆盖。当前镜片制造厂商会按照一定的畸变参数来制作镜片，这些镜片由虚拟现实头盔的生产厂家将其装配到虚拟现实头盔上。对于普通的虚拟现实头盔的使用者和软件开发者来说，由于没有可以检测镜片畸变参数的工具，除了向镜片制造厂商索要畸变参数以外无法直观地获取畸变参数，很大程度上影响了虚拟现实软件的开发和使用。同时由于无法获得畸变参数，就无法对虚拟现实头盔的景深显示进行设置。

技术实现要素：

为了解决当前虚拟现实设备无法优化景深的缺陷，本发明提供一种基于图像刻度的虚拟现实头盔景深测量的方法及装置。

本发明提供一种基于图像刻度的虚拟现实头盔景深测量的的方法，包括以下步骤：

s10：将待设置图像划分为精确设置区域和一般设置区域；

s20：对所述精确设置区域的图像利用测量设置的景深设置方法进行设置，对于所述一般设置区域的图像利用计算设置的景深设置方法进行设置；

s30：对图像进行模糊化处理。

优选地，所述计算设置包括以下步骤：

s101：在处理单元中存储待测试虚拟现实头盔的畸变参数；

s102：根据景深关系计算对应的视线的角度位置；

s103：根据待设置虚拟现实头盔的畸变参数和视线的角度位置反向计算出发光点在屏幕上的位置。

优选地，进一步包括步骤s100：在计算设置之前首先对所述虚拟现实头盔的畸变参数进行测量。

优选地，所述测量设置包括以下步骤：

s10：根据景深关系计算对应的观察单元的角度位置，将所述观察单元移动到相应的角度位置；

s20：显示屏采用区别显示的方式显示图形刻度测量信息，任意两个图形刻度包含的图形信息不相同；

s30：所述处理单元根据观察到的图形刻度确定待设置景深的显示位置；

其中，所述图形刻度为4x4的像素方格。

优选地，调整观察目镜的焦距，使所述观察目镜观察到的图像中仅存在一个所述图形刻度。

优选地，相邻的所述图形刻度之间空出一条像素不显示任何颜色，作为图形刻度边界。

提供一种景深测量的的装置，包括测试单元、观察单元、图像单元和处理单元，所述测试单元包括待设置虚拟现实头盔、固定结构，所述待设置虚拟现实头盔包括显示屏，所述固定结构包括夹持工具和限位机构，所述夹持工具可以打开放入所述虚拟现实头盔。

优选地，所述夹持工具包括扭簧，所述扭簧可以在所述夹持工具打开后作用于所述夹持工具使之闭合以固定所述虚拟现实头盔。

优选地，所述观察单元包括观察目镜、目镜轨道和电机，所述观察目镜可以在所述电机的带动下沿所述目镜轨道运动。

优选地，所述观察单元包括移动板、观察目镜、遮光板、目镜轨道和电机，所述观察目镜可以在所述电机的带动下沿所述目镜轨道运动，所述目镜轨道设置在所述移动板上，所述移动板可以带动所述观察目镜、所述电机和所述目镜轨道一起运动。

优选地，所述遮光板包括透光孔。

与现有技术相比，本发明利用将图像划分区域的方法使得图像的显示更加接近人眼实际看到的景象，增强了虚拟现实的沉浸感。通过精确设置区域和一般设置区域的划分，对于不同区域采用不同的景深设置方案有效地提高了景深设置的效率和精确度。提供了测量设置和计算设置两种景深设置方法，使景深的设置更加方便。本发明利用根据景深关系计算出视角方向，并利用区别显示的方式配合观察单元的观察得出待设置景深的显示位置，提供了一种新颖的设置景深的方法。4x4的方格既可以提高景深设置的精确度，又可以提高设置的效率。空出不显示的像素作为边界可以防止区域之间的混淆和图形刻度之间的混淆。利用测试单元、观察单元、图像单元和处理单元的组合简单而有效地解决了景深优化的问题。通过电机带动观察单元沿目镜轨道运动，可以方便从多个角度来进行观察，方便多个观察点的设置。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明第一实施例的模块示意图；

图2是第一实施例测试单元模块示意图；

图3是本发明第一实施例示意图；

图4是本发明第一实施例侧面示意图；

图5是本发明虚拟现实头盔景深显示原理示意图；

图6是本发明第二实施例结构示意图；

图7是本发明第二实施例遮光装置示意图；

图8是显示屏显示图形刻度的示意图。

具体实施方式

为了解决当前虚拟现实设备无法优化景深的缺陷，本发明提供一种基于图像刻度的虚拟现实头盔景深测量的方法及装置。

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

请参阅图1—图2，本发明虚拟现实头盔景深显示装置包括测试单元1、观察单元2、图像单元3和处理单元4。其中，测试单元1包括待测试镜片12、固定结构14，待测试镜片12可拆卸地固定在固定结构14上。图像单元3与观察单元2电性连接，处理单元4与图像单元3电性连接。观察单元2通过拍摄图像的方式对测试单元1进行观察，观察单元2可以拍摄测试单元1的图像，并将拍摄的图像传输至图像单元3进行处理，图像单元3可以处理观察单元2拍摄的图像，并将处理结果传输到处理单元4进行处理，处理单元4可以根据图像单元3传输的数据进行处理。

图3—图4示出了作为示例的虚拟现实头盔景深显示装置的第一实施例，显示屏16固定设置在固定结构14内，固定结构14上设置有镜片安装部18，镜片安装部18可以用来安装待测试镜片12。观察单元2包括观察目镜23、目镜轨道25、目镜电机271、升降电机272和升降杆273，观察目镜23可以在目镜电机271的带动下沿目镜轨道25平动，并且可以在目镜电机271的带动下转动变换观察角度。观察目镜23与升降杆273相连接，并可以跟随升降杆273一起升降。升降杆273受升降电机272的控制可以在竖直方向升降。在使用时，目镜电机271、升降电机272可以平动配合转动和升降，使观察目镜23到达不同的观察位置，模拟视线方向观察显示屏16发射的光线。

在初步拟合畸变数据时，首先取下固定结构14，在镜片安装部18处安装待测试镜片12，然后将固定结构14安装在底座21上。复位目镜电机271，使目镜电机271到达目镜轨道25的一端的初始位置。此时，检测前准备工作完成。当处理单元4接收到开始检测的命令后，目镜电机271和升降电机272带动观察目镜23到达第一个观察点，同时，处理单元4命令显示屏16显示检测信息，首先，显示屏16以整列像素为单位从显示屏16的第一端向第二端逐列显示纵向光线，第一端和第二端相对，可以根据需要人为指定，一般情况下我们指定从观察单元2向固定后的测试单元1的方向看，显示屏16的左端为第一端，右端为第二端，当图像单元3检测到显示屏16的显示信息经过畸变后到达观察单元2的标定位置时，图像单元3传递信息至处理单元4，处理单元4记录此时观察单元2的位置和显示屏16中光线的横坐标位置。然后观察单元2运动到下一个观察点，处理单元4命令测试单元1显示检测信息，重复上述检测过程。观察点数量设置得越多，镜片测量结果就越精细，就更加有利于数据拟合。在所有观察点的检测完成后，处理单元4汇总所有对应关系，并根据存储的对应关系拟合数据库中存储的畸变函数。当处理单元4成功拟合其中一个到几个畸变函数后，处理单元4记录并存储该拟合结果；当处理单元4无法根据测得的对应关系拟合数据库中的畸变函数时，处理单元4将对应关系以点函数的方式存储下来。

请参阅图5，图5示出了本发明基于图像刻度的虚拟现实头盔景深测量的方法及装置方法原理示意图。如图所示，当观察者在视觉中形成图像时，需要左右眼协同成像。在图5中，显示屏16发射光线经过光学镜片的折射分别到达左右眼，使左右眼在视觉上感觉在a处存在图像，而在显示屏16上，对应的发光点分别为a1和a2，这样就形成了景深的效果。

请参阅图6—图7，图6示出了本发明第二实施例。本发明的第二实施例主要用于对虚拟现实头盔的显示景深进行优化。包括待设置虚拟现实头盔13、固定结构14，待设置虚拟现实头盔13可拆卸安装在固定结构14内，固定结构14包括夹持工具142、限位机构141和底板143，其中，夹持工具142包括扭簧(图未示)，夹持工具142可以打开，当放入待设置虚拟现实头盔13后，扭簧可以作用于夹持工具142使之闭合，起到固定待设置虚拟现实头盔13的作用。限位机构141可以精确限制待设置虚拟现实头盔13的位置，防止待设置虚拟现实头盔13位置过于靠前或靠后影响优化结果，限位机构141和夹持工具142固定在底板143上。观察单元2包括两组观察设备，两组观察设备分别对左眼和右眼对应的畸变图像进行观察。观察单元2包括观察目镜23、目镜轨道25、电机27和遮光装置29，观察目镜23可以在电机27的带动下沿目镜轨道25转动变换观察角度。在使用时，电机27可以围绕虚拟的左观察点26和右观察点28转动，使观察目镜23到达不同的观察位置，模拟视线方向观察待设置虚拟现实头盔13发射的光线。图7示出了作为示例的遮光装置29，在遮光装置29上设置有贯穿遮光装置29的狭缝291，狭缝291直径为1mm左右，具有一定的深度，用来保证细光线成像条件，使观察目镜23可以精确观察相应方向传来的光线，防止其他方向的光线对观察结果产生影响。遮光装置29可拆卸地安装在观察目镜23上。

在对景深显示进行设置时，我们可以采用计算设置和测量设置。在进行计算设置时，我们可以在进行景深显示设置之前首先对虚拟现实头盔的畸变参数进行测量，利用该方法测量得到拟合的畸变函数，确定观察单元2的观察角度与显示屏16上光点的对应关系，即人的视线与显示屏16上光点的对应关系。然后根据景深数据计算出左右眼视线的角度，并根据畸变函数得出该角度对应的显示屏16上的光点位置。反复重复这一过程即可对待显示图像上所有景深位置的显示进行有效地设置。

计算设置的方法将景深显示的设置转化为数学计算，提供了一种简便的设置方法，其优势在于能够快速得出景深的显示数据。但是由于数学计算免不了出现误差，不一定能满足高清显示和精确景深的显示要求，另外无法直观地看到景深设置的效果。为了进一步精确景深显示效果，我们可以采用测量设置的方案。

在进行测量设置时，我们采用设置图形刻度161的方式进行设置。

图8示出了显示屏16显示图形刻度161的示意图。当测量开始时，显示屏16接收到处理单元4的命令在屏幕中央显示点阵，点阵上显示有图形刻度161，图形刻度161是不同颜色点的组合，图8中示例性地示出了图形刻度161。这里，我们取图形刻度161为4x4的十六个像素组成的图形。每个像素可以显示红、绿、蓝三种颜色，通过十六个像素显示不同的颜色来区分不同的图形刻度161。组成图形刻度161的像素越多，测量的精度就会越低，而组成图形刻度161的像素太少，则会导致无法有效区分图形像素161而大大影响测量效率。设置16个像素组成4x4方格式的图形刻度161，可以在保证测量精度的同时有效提高测量的效率。每一个图形刻度161对应一个显示屏16上的物理位置，在使用时，可以调整观察目镜23的焦距，使观察目镜23观察到的经狭缝291透射的图像中仅存在一个图形刻度161，这样就可以建立观察目镜23位置与显示屏16上位置的映射关系。

由于虚拟现实头盔的显示屏16一般分左右显示，每个显示屏16的像素总共为200万像素—300万像素，单纯依靠在4x4的方格中像素显示不同的颜色就可以区分4300万个图形刻度161，可以直接用于区分图形刻度161。这里我们采用区别显示的方式配合4x4方格式的图像刻度161来获取图形刻度161对应的物理位置。首先在单侧显示屏16上显示不同的图像刻度161，在单侧显示屏16上显示的图像刻度161中，没有任何两个是相同的，因此每个图形刻度161对应唯一的显示位置。如图8所示区域中显示的图形刻度特征按照从左往右、从上往下依次是：红、绿、蓝、红、绿、蓝、绿、绿、蓝、红、蓝、红、红、绿、红、蓝。相邻的图形刻度161之间空出一条像素不显示任何颜色，作为图形刻度边界162，有利于区分相邻的图形刻度161。观察单元即可通过观察到的图形刻度161的特征确定对应的物理位置。

在对景深显示进行测量设置时，首先打开夹持工具142，放入待设置虚拟现实头盔13。复位电机27，使电机27到达目镜轨道25的一端的初始位置。此时，检测前准备工作完成。当处理单元4接收到开始设置景深的命令后，处理单元4计算出景深对应的视线角度，电机27带动观察目镜23到达需要设置景深的对应视线角度，同时，处理单元4命令显示屏16采用区别显示的方式显示图像刻度161，并识别观察到的图形刻度161，由此确定对应该景深位置的显示屏16的显示位置。然后观察单元2运动到下一个观察点，处理单元4命令测试单元1显示检测信息，重复上述检测过程。直到所有需要测量的景深都得到测量为止。

人眼在观察显示图像的时候会有相对的取舍，当双眼调整焦距观看某个物体时，与该物体景深不同的其他图像就会变得相对模糊，这是人类在进化过程中形成的行为。因此在对图像进行显示时，如果全部采用测量设置的方法来进行景深设置，整个画面都是非常清晰的，这样会造成不真实的感觉，影响虚拟现实的沉浸感。因此我们在设置景深时，需要对一些视觉边缘位置的图像刻意进行模糊处理，以形成相对真实的图像场景。我们采用测量设置和计算设置相结合的方式来进行这一处理。首先，在图像需要设置景深时，我们对于图像进行划分，划分出精确设置区域和一般设置区域。精确设置区域和一般设置区域的判断标准主要由主要显示对象以及和主要显示对象景深距离相近的显示对象来划分，由于在显示过程中主要显示对象往往会受到观察者较多的关注，因此主要显示对象覆盖的图像区域为精确设置区域。由于景深的关系，与主要显示对象景深相近的显示对象也会相对清晰，因此这部分显示对象也会落入精确显示区域。为了满足更精确的显示要求可以设置不同级别的精确显示区域，这个可以由开发者根据需求自行设置。在划分出精确设置区域和一般设置区域后，精确设置区域利用测量设置的方式来进行景深设置，一般设置区域利用计算设置的方式进行景深设置。这样既节省了时间，又使得精确设置区域的景深显示有较高的显示质量。在景深设置完成后对图像进行模糊化处理，模糊程度可以根据设置的精确设置区域的不同级别而相应设置。模糊处理完成后图像的处理即告完成。

与现有技术相比，本发明利用将图像划分区域的方法使得图像的显示更加接近人眼实际看到的景象，增强了虚拟现实的沉浸感。通过精确设置区域和一般设置区域的划分，对于不同区域采用不同的景深设置方案有效地提高了景深设置的效率和精确度。提供了测量设置和计算设置两种景深设置方法，使景深的设置更加方便。本发明利用根据景深关系计算出视角方向，并利用区别显示的方式配合观察单元2的观察得出待设置景深的显示位置，提供了一种新颖的设置景深的方法。4x4的方格既可以提高景深设置的精确度，又可以提高设置的效率。空出不显示的像素作为边界可以防止区域之间的混淆和图形刻度之间的混淆。利用测试单元1、观察单元2、图像单元3和处理单元4的组合简单而有效地解决了景深优化的问题。通过电机27带动观察单元2沿目镜轨道25运动，可以方便从多个角度来进行观察，方便多个观察点的设置。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。