[发明专利]一种基于光流相机的VR设备延迟测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理与分析领域，更为具体的讲，涉及一种VR设备延迟时间的测量装置。

背景技术

随着虚拟现实技术的兴起和逐渐完善，VR产品和VR消费也逐渐走进人们的视野。VR技术是一种结合了计算机图像处理技术与立体视觉显示技术的一门新兴技术。其与之前的全景视频和3D电影显示技术有着本质区别，因为其是通过计算机建模和渲染出3D动画，并通过头戴式设备实时显示，它更侧重于人机交互并为用户提供一种沉浸式体验。

但是VR产品目前存在诸多技术缺陷亟待解决，目前最突出的问题是当用户长时间使用VR产品时会普遍出现眩晕和人眼疲劳等症状。究其原因，是大脑通过视觉接受到的信息与对运动的认知不能实时同步，通俗的说就是“身已动而画面未动”，或“画面已动而身未动”，也即受到VR中的“延迟”影响。

这里所述的“延迟”是指从用户做出运动动作到显示画面切换之间的延迟效应。VR系统组成的复杂性决定了产生延迟原因的多样性，在用户动作信息的采集与处理、数据的传输、以及图像显示等诸多步骤中都会产生延迟。鉴于“延迟”对于用户体验的重要影响，所以用于衡量一个VR产品的用户体验效果时，“延迟时间”则是一个重要的定量衡量标准。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有测量技术的不足，通过设计一种基于光流相机的VR设备延迟测试装置，提供一种更准确更方便的VR设备延迟时间的测量方案，其可以在产品的开发过程中用于测试产品是否满足要求，也可以用于比较不同VR产品的实际性能。

本发明的技术解决方案是：一种基于光流相机的VR设备延迟测试装置，由光流相机模块、电控转台、VR眼镜、中央处理模块和显示模块组成。其中光流相机模块由CMOS感光阵列、图像采集单元、DMA控制器、存储器单元和光流相机图像处理单元组成，用于测量不同时刻VR眼镜显示画面的偏移幅度信息，根据画面的偏移幅度信息和光流相机的成像原理可以确定画面的实时偏移角度信息。

电控转台是在平台的下方固定有运动驱动装置，包括由直流伺服电机和驱动器组成的伺服运动结构，中央处理模块产生经程序设计好的控制信号输入到伺服运动结构，所述伺服运动结构接收到控制信号并控制转台完成相应的转动操作，在电控转台的下方装有光电编码器，通过光电编码器测量电控转台的实时偏转角度信息。VR眼镜是电控转台上载的待测设备，在实际应用中由所要测试的设备代替，在待测设备上加载测试图片，通过电控转台的来回摆动模拟用户动作输出。中央处理模块用于电控转台的控制和延迟时间的计算并由显示模块显示电控转台运动曲线、VR眼镜偏移曲线和延迟时间计算结果。

光流相机模块对准VR眼镜的显示部分，获取实时图像信息并利用光流算法计算出偏移量。所述光流算法是指光流相机模块采集各相邻像素点的平均灰度信息，并建立关于各采集点的灰度函数，光流算法根据光流相机前后两帧图像各对应采集点灰度相同的原理，得灰度函数关系式：

L(x，y，t)＝L(x+dx，y+dy，t+dt)

式中L(x，y，t)表示显示图像任一点(x，y)在某时刻t处的灰度值，L(x+dx，y+dy，t+dt)表示图像偏移后在t+dt时刻，偏移点(x+dx，y+dy)处的灰度值。

根据上述灰度函数关系式，由已知的感光点灰度确定图像的光流值，即各采集点处瞬时速度，根据所述的瞬时速度对时间进行积分，即可以求出图像偏移量Δx′。

光流相机模块利用光流算法确定VR眼镜显示图像的偏移幅度，中央处理模块将偏移幅度信息转化为偏转角度信息，其计算过程为：

式中，Δx′表示光流相机测出的图像偏移幅度，v(像距)表示光流相机的镜头光心面到CMOS感光面的距离，θ表示偏移角度。

在根据上式计算出偏移角度的过程中，需要先确定出像距v，在本设计中通过在电控转台VR眼镜显示面的位置放置一个平面靶标来间接的测出像距v，所述平面靶标上有很多等间距对称的方格点。相邻两方格点的间隔为Δx₁，光流相机的CMOS感光阵列像元尺寸为m，光流相机所摄图像中两相邻方格点间隔n个像素，则可以确定出CMOS感光阵列所呈图像中相邻方格点间距Δx₁′为：

Δx₁′＝nm

根据光流相机的成像原理有：