头盔显示器视差自动测量中眼位点的自动对准

发布时间：2021-03-09 07:38

　　自动测量头盔显示器的视差时,用CCD相机取代人眼的主观读取,由于机器视觉不如人眼灵活,CCD相机在人眼观察点才能确保移动时采集的图像是完整的,从而保证全视场的视差测量。该文提出采用模式搜索法在头盔显示器光学平面内实现CCD相机自动对准人眼观察点（眼位点）,从而实现头盔显示器全视场视差的自动测量。对该自动测量系统的测量原理,以及CCD相机自动对准眼位点的实现过程进行了详细论述与说明,对测量精度与效率,对准精度与重复定位精度进行了实验分析。实验结果表明,该方法能够快速、准确、自动地对准眼位点,定位精度为±0.071°,与摆头法测量视差系统进行对比实验,全视场视差测量效率高,重复精度高。 

【文章来源】：应用光学. 2019,40(01)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

图１自动测量视差原理图

案是完整且清晰的，在超出观察面以外的平面内将不能观测到完整的图案。针对同一种型号的显示器，图像仪器可以打出不同的图案：亮十字线、满天星、白斑等，这些图案的长度比例是相等且固定的。在实际的测量过程中，为了方便计算，先以亮十字线的图案长度作为搜索目标，完成眼位点自动对准，此时再调至满天星图案，算法控制电机，驱动相机分别向上、向下、向左、向右移动４ｍｍ，并采集图像进行处理对比，计算出图像上下、左右的相对偏移量，完成头盔显示器视差的自动测量。眼位点自动对准过程中图案的变化情况如图３所示。图３自动对准过程中亮十字线图像（ａ－ｃ）和自动对准完成时漫天星图像（ｄ）Ｆｉｇ．３Ｂｒｉｇｈｔｃｒｏｓｓｉｍａｇｅｓｏｆａｕｔｏ－ａｌｉｇｎｍｅｎｔ（ａ－ｃ）ａｎｄｓｔａｒｓｉｍａｇｅｓａｆｔｅｒａｕｔｏ－ａｌｉｇｎｍｅｎｔ（ｄ）·１４·

应用光学第４０卷第１期头盔显示器的出瞳面内分为两部分如图４所示，一部分是观察平面外，在此平面内不能观察到完整的图像；另一部分是观察平面内，在此平面内可以观察到完整的图像，眼位点为观察平面的中心Ｏ。图４观察视场的分布图Ｆｉｇ．４Ｂｏｕｎｄａｒｙｂｅｔｗｅｅｎｆｕｌｌａｎｄｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗ模式搜索算法实现自动对准眼位点过程，即为寻求中心点Ｏ的过程。在此过程中，相机向亮十字线水平与垂直长度增加的方向移动，直到相机在此点以及从此点分别向左、右、上、下移动４ｍｍ时采集的图像中十字线长度均是最大值。３实验与分析为了实际评估模式搜索法在头盔显示器视差自动测量系统中应用的效果，我们在同等环境条件下，以不同头盔显示器为实验对象，多次用模式搜索法进行相机眼位点的自动对准，实验结果如表１所示。表１自动对准实验结果Ｔａｂｌｅ１Ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｉｇｎｍｅｎｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓ头盔显示器型号搜索次数对准时间失败次数成功次数最快／ｓ最慢／ｓＡ１１２８２０．１３０．２Ａ２０３０３３．４４２．４Ｂ３０３０１０．２１２．４Ｂ４１２９１８．２２０．１Ｃ５１２６４０．９４８．２Ｃ６０３０３２．６３６．７当ＣＣＤ相机连通电源之后约１５分钟开始测量，以便ＣＣＤ相机达到稳定的工作状态。头盔显示器的各次测量间隔约３分钟。由表１可见，在对６种型号头盔显示器分别进行多次眼位点自动对准实验中，平均成功率高达９７．８％。自动对准的定位精度主要由步进电机直线导轨的直线度和ＣＣＤ的测量精度决定，步进电机直线导轨的直线度要求在２００ｍｍ行程内直线度不大于１０″，

【参考文献】：
期刊论文
[1]自由曲面机载头盔显示器光学系统设计[J]. 李华,张新,王超,史广维,付强.  光学学报. 2014(03)
[2]平视显示器视差自动测量技术研究[J]. 周凤利,徐丹旸.  光电工程. 2012(08)
[3]全景三维立体头盔显示光学系统设计[J]. 卢海平,刘伟奇,康玉思,魏忠伦,冯睿,付翰毅.  光学学报. 2012(05)
[4]平显视差测量系统的设计与实现[J]. 李建超,高明,张维光,苏俊宏,王战胜.  应用光学. 2011(04)
[5]离轴双通道头盔显示器光学系统设计[J]. 佟静波,崔庆丰,薛常喜,潘春艳,张栋,张康伟.  光学学报. 2010(09)
[6]头盔显示器视差调校的量化研究[J]. 杨胜杰,李晓霞,刘春华.  电光与控制. 2009(05)
[7]平视显示器视差测量仪的光学系统设计[J]. 刘钧,田苗.  西安工业大学学报. 2008(06)
[8]基于计算机视觉的平视显示器视差测量方法的研究[J]. 田苗,刘钧,高明.  应用光学. 2008(05)
[9]国外军用飞机平视显示器的发展[J]. 王立伟,汪健甄.  红外与激光工程. 2007(S2)



本文编号：3072515