一种近眼显示设备的测量几何中心对位方法及系统与流程

1.本发明涉及近眼显示产品光学测量技术领域，特别涉及一种近眼显示设备的测量几何中心对位方法及系统。


背景技术：

2.目前，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是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。如何准确测量重建的虚拟场景的性能，自然而然成为ned产品生产中重要一环。ned技术具有比较复杂的光路，测量的时候误差很小，反应到所成的虚像上相差较大，因此需要保证测量仪器和ned产品的几何相对位置准确。
3.相关技术中，目前技术上单纯通过治具固定ned产品，无法满足测量位置准确性的要求，因此，有必要提出一种近眼显示设备的测量几何中心对位方法及系统，以在对产品进行光学测量之前进行几何中心对位，满足实际穿戴过程中眼球和ned产品的几何位置关系。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种近眼显示设备的测量几何中心对位方法及系统，以解决相关技术中单纯通过治具固定ned产品，无法满足测量位置准确性要求的问题。
5.第一方面，提供了一种近眼显示设备的测量几何中心对位方法，其包括以下步骤：将近眼显示设备放置于夹具上；使用投影仪对所述近眼显示设备和测量仪器进行取图；根据图像分析结果调整所述近眼显示设备的位置，使所述近眼显示设备与所述测量仪器在空间多个方向上的相对位置满足阈值要求。
6.一些实施例中，所述使用投影仪对所述近眼显示设备和测量仪器进行取图，包括：使用两组投影仪分别对所述近眼显示设备和所述测量仪器进行取图，其中，两组投影仪的布置方向垂直设置。
7.一些实施例中，所述根据图像分析结果调整所述近眼显示设备的位置，使所述近眼显示设备与所述测量仪器在空间多个方向上的相对位置满足阈值要求，包括：根据图像判断所述近眼显示设备与所述测量仪器在多个方向上的位置偏移和相对角度是否满足阈值要求，否则调整所述近眼显示设备的位置，使所述近眼显示设备与所述测量仪器在空间多个方向上的位置偏移和相对角度满足阈值要求。
8.一些实施例中，所述根据图像判断所述近眼显示设备与所述测量仪器在多个方向上的位置偏移和相对角度是否满足阈值要求，否则调整所述近眼显示设备的位置，使所述近眼显示设备与所述测量仪器在空间多个方向上的位置偏移和相对角度满足阈值要求，包括：根据图像计算第一线段与第二线段之间的相对角度angle1和位置偏移offset1，其中，所述第一线段为所述测量仪器的端面在x轴方向投影形成的线段，所述第二线段为所述近眼显示设备的端面在x轴方向投影形成的线段；判断相对角度angle1是否满足第一角度阈
值且位置偏移offset1是否满足第一位移阈值，否则根据位置偏移offset1和相对角度angle1驱动所述近眼显示设备沿y轴移动并相对于y轴旋转，直至相对角度angle1满足第一角度阈值且位置偏移offset1满足第一位移阈值；根据图像计算第三线段与第四线段之间的相对角度angle2和位置偏移offset2，其中，所述第三线段为所述测量仪器的端面在y轴方向投影形成的线段，所述第四线段为所述近眼显示设备的端面在y轴方向投影形成的线段；判断相对角度angle2是否满足第二角度阈值且位置偏移offset2是否满足第二位移阈值，否则根据位置偏移offset2和相对角度angle2驱动所述近眼显示设备沿x轴移动并相对于x轴旋转，直至相对角度angle2满足第二角度阈值且位置偏移offset2满足第二位移阈值。
9.一些实施例中，所述根据图像判断所述近眼显示设备与所述测量仪器在多个方向上的位置偏移和相对角度是否满足阈值要求，否则调整所述近眼显示设备的位置，使所述近眼显示设备与所述测量仪器在空间多个方向上的位置偏移和相对角度满足阈值要求，还包括：计算所述第三线段与所述第四线段之间距离distance，以及所述第四线段的长度length；判断距离distance与预设入瞳距离之差是否满足距离阈值且长度length是否最短，否则根据距离distance和长度length驱动所述近眼显示设备沿z轴移动并相对于z轴旋转，直至距离差满足距离阈值且长度length最短。
10.一些实施例中，在所述判断距离distance与预设入瞳距离之差是否满足距离阈值且长度length是否最短，否则根据距离distance和长度length驱动所述近眼显示设备沿z轴移动并相对于z轴旋转，直至距离差满足距离阈值且长度length最短之后，还包括：判断相对角度angle1是否满足第一角度阈值且位置偏移offset1是否满足第一位移阈值，若是，则几何中心对位结束，否则继续调整所述近眼显示设备分别沿y、x、z轴的位置以及角度，直至所述近眼显示设备与所述测量仪器沿x、y、z轴的位置偏移均满足阈值要求，且所述近眼显示设备与所述测量仪器沿x、y、z轴的相对角度均满足阈值要求。
11.一些实施例中，驱动所述近眼显示设备相对于z轴分别朝两个相反的方向旋转预设角度，并分别计算所述第四线段的长度length，判断长度length是否最短。
12.一些实施例中，所述根据图像分析结果调整所述近眼显示设备的位置，使所述近眼显示设备与所述测量仪器在空间多个方向上的相对位置满足阈值要求，包括：根据图像分析结果调整所述近眼显示设备的位置，使所述近眼显示设备与所述测量仪器在空间多个方向上的相对位置满足第一阈值要求；根据图像分析结果调整所述近眼显示设备的位置，使所述近眼显示设备与所述测量仪器在空间多个方向上的相对位置满足第二阈值要求，其中，所述第二阈值的范围小于所述第一阈值的范围。
13.第二方面，提供了一种近眼显示设备的测量几何中心对位系统，其包括：调整机构，所述调整机构上安装有夹具，所述夹具用于放置近眼显示设备；投影仪，所述投影仪用于对所述近眼显示设备以及测量仪器进行取图；控制器，所述控制器与所述投影仪信号连接，且所述控制器与所述调整机构信号连接，所述控制器用于对所述投影仪获取的图像进行计算分析，并根据分析结果控制所述调整机构调整所述近眼显示设备的位置，使所述近眼显示设备与所述测量仪器在空间多个方向上的相对位置满足阈值要求。
14.一些实施例中，所述测量几何中心对位系统包括两组投影仪，两组投影仪的布置方向垂直设置。
15.本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
16.本发明实施例提供了一种近眼显示设备的测量几何中心对位方法及系统，由于夹具可以对近眼显示设备进行固定，通过投影仪采集近眼显示设备和测量仪器的轮廓，可以直接测量其相对位置关系，并指导调整近眼显示设备的位置，使近眼显示设备与测量仪器在空间多个方向上的相对位置满足阈值要求，从而使测量仪器处于近眼显示设备入眼点的空间位置上，因此，可以实现测量仪器与近眼显示设备的几何中心对位准确。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例提供的一种近眼显示设备的测量几何中心对位方法的流程图；
19.图2为本发明实施例提供的另一种近眼显示设备的测量几何中心对位方法的流程图；
20.图3为本发明实施例提供的又一种近眼显示设备的测量几何中心对位方法的流程图；
21.图4为本发明实施例提供的一种近眼显示设备的测量几何中心对位系统的结构示意图。
22.图中：
23.1、调整机构；2、夹具；3、近眼显示设备；
24.4、投影仪；41、投影仪a；42、投影仪b；5、测量仪器。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明实施例提供了一种近眼显示设备的测量几何中心对位方法及系统，其能解决相关技术中单纯通过治具固定ned产品，无法满足测量位置准确性要求的问题。
27.参见图1所示，为本发明实施例提供的一种近眼显示设备的测量几何中心对位方法，其可以包括以下步骤：
28.s11：将近眼显示设备3放置于夹具2上，通过夹具2来固定近眼显示设备3，同时，可以将近眼显示设备3移动至机械定位的位置。
29.s12：使用投影仪4对所述近眼显示设备3和测量仪器5进行取图。在步骤s2之前，可以将投影仪4打开，使用投影仪4拍摄拍摄近眼显示设备3和测量仪器5，并且保证近眼显示设备3和测量仪器5互相靠近的端面均进入投影仪4的视野中。
30.s13：根据图像分析结果调整所述近眼显示设备3的位置，使所述近眼显示设备3与
所述测量仪器5在空间多个方向上的相对位置满足阈值要求。也即，可以从投影仪4拍摄的图像中分析出近眼显示设备3与测量仪器5之间的相对位置关系，是否有偏差以及偏差多少，进而可以依据分析结果来调整近眼显示设备3的位置，使近眼显示设备3与测量仪器5在多个方向上实现中心对准。
31.本实施例中，由于夹具2可以对近眼显示设备3进行固定，使得近眼显示设备3不能随意移动位置，有利于后续的精准调整，然后通过投影仪4实时拍摄采集近眼显示设备3和测量仪器5的轮廓，可以直接测量近眼显示设备3与测量仪器5的相对位置关系，并依据测量分析结果指导调整近眼显示设备3的位置，使近眼显示设备3与测量仪器5在空间多个方向上的相对位置均满足阈值要求，从而使测量仪器5处于近眼显示设备3入眼点的空间位置上，因此，可以实现测量仪器5与近眼显示设备3的几何中心对位准确。
32.并且，在调整近眼显示设备3的位置时，可以采用六轴机械手调整夹具2的位置进而实现近眼显示设备3的调整。六轴机械手可以实现六个自由度的调整，也即沿x、y、z轴方向移动和rx、ry、rz(即相对于x、y、z轴旋转的角度)。其中，y轴方向可以为上下方向，z轴方向可以为水平方向且沿着近眼显示设备3的轴线延伸，x轴方向也为水平方向且垂直于y轴和z轴。
33.在一些实施例中，参见图4所示，于步骤s12中，所述使用投影仪4对所述近眼显示设备3和测量仪器5进行取图，可以包括：使用两组投影仪4分别对所述近眼显示设备3和所述测量仪器5进行取图，其中，两组投影仪4的布置方向垂直设置。本实施例中，一组投影仪4可以沿x轴方向布置，记为投影仪a41，另一组投影仪4可以沿y轴方向布置，两组投影仪4的投射方向垂直，记为投影仪b42，当然，在其他实施例中，z轴也可以是设定为上下方向，投影仪4也可以布置在z轴方向，在此不做限制，可以根据实际情况进行调整。采用两个方向上的两组投影仪4拍摄近眼显示设备3能够从空间六个自由度对近眼显示设备3的位置进行测量，控制近眼显示设备3与测量仪器5之间的相对位置关系。
34.在一些可选的实施例中，所述根据图像分析结果调整所述近眼显示设备3的位置，使所述近眼显示设备3与所述测量仪器5在空间多个方向上的相对位置满足阈值要求，可以包括：根据图像判断所述近眼显示设备3与所述测量仪器5在多个方向上的位置偏移和相对角度是否满足阈值要求，否则调整所述近眼显示设备3的位置，使所述近眼显示设备3与所述测量仪器5在空间多个方向上的位置偏移和相对角度满足阈值要求。其中，多个方向至少包括两个方向，并且，不仅仅是对某一方向上的位置偏移进行判断调整，还进行了近眼显示设备3与测量仪器5之间相对角度的判断调整，能够减小近眼显示设备3与测量仪器5之间的角度偏差，有效缩小近眼显示设备3与测量仪器5的几何中心之间的偏差。
35.进一步，参见图3所示，所述根据图像判断所述近眼显示设备3与所述测量仪器5在多个方向上的位置偏移和相对角度是否满足阈值要求，否则调整所述近眼显示设备3的位置，使所述近眼显示设备3与所述测量仪器5在空间多个方向上的位置偏移和相对角度满足阈值要求，可以包括：
36.s21：根据图像计算第一线段l1与第二线段l2之间的相对角度angle1和位置偏移offset1，其中，所述第一线段l1为所述测量仪器5的端面在x轴方向投影形成的线段，所述第二线段l2为所述近眼显示设备3的端面在x轴方向投影形成的线段，并且此处的端面应理解为近眼显示设备3与测量仪器5互相靠近的端面，且该步骤中使用的图像是投影仪a41获
取的图像。
37.s22：判断相对角度angle1是否满足第一角度阈值angle1_limit且位置偏移offset1是否满足第一位移阈值offset1_limit，否则根据位置偏移offset1和相对角度angle1驱动所述近眼显示设备3沿y轴移动并相对于y轴旋转，直至相对角度angle1满足第一角度阈值且位置偏移offset1满足第一位移阈值。若均满足，则进行步骤s23。
38.s23：根据图像计算第三线段l3与第四线段l4之间的相对角度angle2和位置偏移offset2，其中，所述第三线段l3为所述测量仪器5的端面在y轴方向投影形成的线段，所述第四线段l4为所述近眼显示设备3的端面在y轴方向投影形成的线段，该步骤中使用的图像是投影仪b42获取的图像。
39.s24：判断相对角度angle2是否满足第二角度阈值angle2_limit且位置偏移offset2是否满足第二位移阈值offset2_limit，否则根据位置偏移offset2和相对角度angle2驱动所述近眼显示设备3沿x轴移动并相对于x轴旋转，直至相对角度angle2满足第二角度阈值且位置偏移offset2满足第二位移阈值。
40.在步骤s21中，位置偏移offset1可以通过测量第一线段l1与第二线段l2的中点位置在y轴方向的偏移，当然也可以选择其他对应的位置在y轴方向的偏移，比如可以是两端点的位置或者是两端点之间的任意一个位置；通过步骤s21、s22可以对近眼显示设备3进行调整，使近眼显示设备3沿y轴方向与测量仪器5之间的位置偏移量在第一位移阈值内，使近眼显示设备3沿y轴方向与测量仪器5之间的相对角度在第一角度阈值内；在步骤s23中，位置偏移offset2可以通过测量第三线段l3与第四线段l4的中点位置在x轴方向的偏移，当然也可以选择其他对应的位置在x轴方向的偏移，比如可以是两端点的位置或者是两端点之间的任意一个位置；通过步骤s23、s24可以对近眼显示设备3进行调整，使近眼显示设备3沿x轴方向与测量仪器5之间的位置偏移量在第二位移阈值内，使近眼显示设备3沿x轴方向与测量仪器5之间的相对角度在第二角度阈值内，尽量保证近眼显示设备3的几何中心与测量仪器5的几何中心对准。其中，步骤s23、s24可以与步骤s21、s22互换顺序。
41.在一些实施例中，参见图3所示，所述根据图像判断所述近眼显示设备3与所述测量仪器5在多个方向上的位置偏移和相对角度是否满足阈值要求，否则调整所述近眼显示设备3的位置，使所述近眼显示设备3与所述测量仪器5在空间多个方向上的位置偏移和相对角度满足阈值要求，还可以包括：计算所述第三线段l3与所述第四线段l4之间距离distance，以及所述第四线段的长度length，其中，该步骤可以与步骤s23同步进行，也可以在步骤s23之后；判断距离distance与预设入瞳距离(eye relife)之差是否满足距离阈值distance_limit且长度length是否最短，否则根据距离distance和长度length驱动所述近眼显示设备3沿z轴移动并相对于z轴旋转，直至距离差满足距离阈值且长度length最短，该步骤可以与步骤s24同步进行，也可以在步骤s24之后。
42.本实施例中，距离distance可以是第三线段l3与第四线段l4两者中心之间的距离，当距离distance与预设入瞳距离之差满足距离阈值时，表示近眼显示设备3与测量仪器5的中心在z轴方向位置对准，当长度length最短时，表示近眼显示设备3的端面与测量仪器5的端面平行，此时近眼显示设备3与测量仪器5沿z轴方向的相对角度满足要求。
43.在一些可选的实施例中，在所述判断距离distance与预设入瞳距离之差是否满足距离阈值且长度length是否最短，否则根据距离distance和长度length驱动所述近眼显示
设备3沿z轴移动并相对于z轴旋转，直至距离差满足距离阈值且长度length最短之后，还可以包括：判断相对角度angle1是否满足第一角度阈值且位置偏移offset1是否满足第一位移阈值，若是，则几何中心对位结束，否则继续调整所述近眼显示设备3分别沿y、x、z轴的位置以及角度，直至所述近眼显示设备3与所述测量仪器5沿x、y、z轴的位置偏移均满足阈值要求，且所述近眼显示设备3与所述测量仪器5沿x、y、z轴的相对角度均满足阈值要求。
44.也即，本实施例中，在调整完近眼显示设备3的x、y、z轴方向位置和rx、ry、rz方向的旋转后，再次对相对角度angle1以及位置偏移offset1进行判断，以避免调整完z方向的位置和角度后前面调整的y方向的位置和角度不满足要求的情况，最终实现六个自由度的相对位置关系准确。
45.进一步，在判断长度length是否最短时，可以驱动所述近眼显示设备3相对于z轴分别朝两个相反的方向旋转预设角度(也即至少执行两次)，并分别计算所述第四线段的长度length，判断长度length是否最短，以精确判断长度length的最小值位置。
46.在一些实施例中，参见图2所示，所述根据图像分析结果调整所述近眼显示设备3的位置，使所述近眼显示设备3与所述测量仪器5在空间多个方向上的相对位置满足阈值要求，可以包括：根据图像分析结果调整所述近眼显示设备3的位置，使所述近眼显示设备3与所述测量仪器5在空间多个方向上的相对位置满足第一阈值要求；根据图像分析结果调整所述近眼显示设备3的位置，使所述近眼显示设备3与所述测量仪器5在空间多个方向上的相对位置满足第二阈值要求，其中，所述第二阈值的范围小于所述第一阈值的范围。也即，根据第一阈值可以实现近眼显示设备3的粗调，根据第二阈值可以实现近眼显示设备3的精调，使得调节过程可以分为两个部分，大步距粗调和小步距精调，逐步将近眼显示设备3的中心与测量仪器5的中心调整至对准状态。其中，角度(rx，ry，rz)的第一阈值可以记为误差阈值angle_pre，位移(x，y，z)的第一阈值可以记为误差阈值offset_pre；角度(rx，ry，rz)的第二阈值可以记为误差阈值angle_end，位移(x，y，z)的第二阈值可以记为误差阈值offset_end。
47.本发明提供的近眼显示设备的测量几何中心对位方法，通过投影仪4采集近眼显示设备3和测量仪器5的轮廓，可以直接测量其相对位置关系；并且从空间六自由度出发，分析近眼显示设备3和测量仪器5之间的位置特征关系；投影仪4十字摆放，不仅可以得到近眼显示设备3和测量仪器5之间六个自由度的相对位置关系，还不会干涉最终测量近眼显示设备3的光学性能。该方法可以解决在ned模组组装到终端产品上之前，模拟出其在终端产品上的安装位置，从而真实反映出最终组装到终端产品的真实光学性能。若在ned模组出货之前进行模拟组装到终端产品的检测，就可以找出一些不合格产品，节约来回运输成本。在组装到终端产品前，进行模拟检测其性能，可以把不合格产品剔除掉，防止组装上后进行拆除的复杂工作。
48.参见图4所示，为本发明实施例提供的一种近眼显示设备的测量几何中心对位系统，其可以包括：调整机构1，所述调整机构1上安装有夹具2，所述夹具2用于放置近眼显示设备3，其中，所述调整机构1可以是六轴机械手，可以带动夹角实现六个自由度上的移动；投影仪4，所述投影仪4用于对所述近眼显示设备3以及测量仪器5进行取图；控制器，所述控制器与所述投影仪4信号连接，且所述控制器与所述调整机构1信号连接，所述控制器用于对所述投影仪4获取的图像进行计算分析，并根据分析结果控制所述调整机构1调整所述近
眼显示设备3的位置，使所述近眼显示设备3与所述测量仪器5在空间多个方向上的相对位置满足阈值要求。
49.本实施例中，采用高精度投影仪4实时取图，配合控制器自带的算法可以实时分析近眼显示设备3和测量仪器5之间的几何相对位置关系；并且采用调整机构1的六个高精度轴控系统，实时根据算法反馈的结果，指导六轴调整机构1进行调整，从空间六个自由度控制近眼显示设备3和测量仪器5之间的几何相对位置关系。
50.在一些实施例中，所述测量几何中心对位系统可以包括两组投影仪4，两组投影仪4的布置方向垂直设置。两组投影仪4分别为投影仪a41和投影仪b42，投影仪a41沿x轴布置，投影仪b42沿y轴布置。
51.本发明实施例提供的近眼显示设备的测量几何中心对位系统，可以通过投影仪4实时拍摄近眼显示设备3和测量仪器5之间的几何位置关系，指导六轴调整机构1调整近眼显示设备3和测量仪器5之间的相对位置，从而使测量仪器5处于近眼显示设备3入眼点的空间位置上，最终满足实际穿戴过程中眼球和近眼显示设备3的几何位置关系。
52.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
54.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。