一种光学参数测量方法及装置与流程

1.本发明涉及近眼显示(near eye display，ned)设备技术领域，尤其涉及一种光学参数测量方法及装置，用于测量近眼显示设备的光学参数。

背景技术：

2.近眼显示设备是元宇宙最典型的媒介，近年来随着软硬件技术的突破而加速发展。以vr头显为例，其原理是体验者的左右眼分别通过vr头显上的透镜看到屏幕上展示的内容，由于vr头显的屏幕距离透镜在1倍焦距之内，因此所看到的图像是正立放大的虚像。vr技术旨在提供沉浸式的场景让体验者置身于虚拟的世界中完成交互，但目前vr头显不具备全天候佩戴的条件，其中一项原因是vr头显中光学模组的光学参数不达标而导致体验者体验舒适度差。光学参数包括但不限于虚像距(virtual image distance，vid)、视场角(field of view，fov)、角分辨率(pixel per degree，ppd)。
3.因此，在研发、生产过程中，测量上述参数是否达标是近眼显示设备中光学模块的核心工作之一。现有技术中，对于近眼显示设备光学参数的检测装置往往过于复杂不利于快速检测。例如，利用成像度计或者工业相机进行光学参数测试，这些测试均需要联机调试，操作过于复杂，且拍摄图像的后期处理也需要编写相关代码来完成。

技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种光学参数测量方法及装置，用于提高对头显成像系统的光学参数测量的效率。
5.第一方面，本发明实施例提供一种光学参数测量方法，应用于测量系统，所述测量系统包括望远镜，所述方法包括：确定所述望远镜的第一参数与第一虚像距的对应关系，所述第一虚像距为预设图像到所述望远镜的靠近所述预设图像的面之间的距离；通过所述望远镜测量所述头显成像系统显示的图像，当所述图像在所述望远镜中呈清晰的虚像时，确定所述望远镜的第一参数的值；根据所述第一参数的值和所述对应关系，确定所述头显成像系统的目标虚像距。
6.基于上述方案，先确定望远镜的第一参数与第一虚像距的对应关系，通过获得望远镜测量头显成像系统的第一参数的值从而确定头显成像系统的目标虚像距。与现有技术相比，本发明无需编写相关测试代码即可对头显设备光学参数进行简单快速全面评估。
7.可选的，测量系统还包括角度测量装置，所述望远镜设置于所述角度测量装置的边缘，所述图像包括图像临界边缘，所述方法还包括：沿所述角度测量装置的边缘移动所述望远镜，当所述图像的图像临界边缘在所述望远镜中呈虚像时，确定所述望远镜沿所述角度测量装置转动的角度；根据所述转动的角度确定所述头显成像系统的视场角。
8.使用角度测量装置，将望远镜沿着角度测量装置的边缘进行移动并得到移动的角度，根据转动的角度即可确定头显成像系统的视场角，实现快速高效测量光学参数。
9.可选的，所述角度测量装置的形状为圆形，所述角度测量装置的中心点与所述出
瞳位置重合。
10.可选的，所述视场角包括水平方向视场角和垂直方向视场角。
11.可选的，所述方法还包括：获取所述头显成像系统显示的图像的图像分辨率；根据所述图像分辨率和所述视场角确定所述头显成像系统的角分辨率。
12.可选的，所述角分辨率包括水平角分辨率和垂直角分辨率，所述图像分辨率包括水平图像分辨率和垂直图像分辨率；所述根据所述图像分辨率和所述视场角确定所述头显成像系统的角分辨率，包括：根据所述水平图像分辨率和所述水平视场角，确定所述水平角分辨率；根据所述垂直图像分辨率和所述垂直视场角，确定所述垂直角分辨率。
13.基于上述方案，通过使用上述测量所得视场角和图像分辨率即可确定角分辨率，与现有技术利用成像度计或工业相机测试光学参数相比，本发明测试过程快速且简单。
14.可选的，所述望远镜包括物镜和目镜，所述第一参数包括所述目镜移动的距离或所述物镜移动的距离。
15.可选的，所述望远镜包括物镜、目镜和调焦镜，所述第一参数包括所述调焦镜移动的距离。
16.可选的，所述对应关系包括所述望远镜的第一参数与第一虚像距的函数关系。
17.第二方面，本发明实施例提供了一种光学参数测量装置，该光学参数测量装置包括：获取单元，用于确定所述望远镜的第一参数与第一虚像距的对应关系，所述第一虚像距为预设图像到所述望远镜的靠近所述预设图像的面之间的距离；处理单元，用于通过所述望远镜测量所述头显成像系统显示的图像，当所述图像在所述望远镜中呈清晰的虚像时，确定所述望远镜的第一参数的值；以及根据所述第一参数的值和所述对应关系，确定所述头显成像系统的目标虚像距。
18.可选的，所述测量系统还包括角度测量装置，所述望远镜设置于所述角度测量装置的边缘，所述图像包括图像临界边缘，所述处理单元，具体用于沿所述角度测量装置的边缘移动所述望远镜，当所述图像的图像临界边缘在所述望远镜中呈虚像时，确定所述望远镜沿所述角度测量装置转动的角度；根据所述转动的角度确定所述头显成像系统的视场角。
19.可选的，所述角度测量装置的形状为圆形，所述角度测量装置的中心点与所述出瞳位置重合。
20.可选的，所述视场角包括水平方向视场角和垂直方向视场角。
21.可选的，所述处理单元，具体用于获取所述头显成像系统显示的图像的图像分辨率；根据所述图像分辨率和所述视场角确定所述头显成像系统的角分辨率。
22.可选的，所述角分辨率包括水平角分辨率和垂直角分辨率，所述图像分辨率包括水平图像分辨率和垂直图像分辨率；所述处理单元，具体用于根据所述水平图像分辨率和所述水平视场角，确定所述水平角分辨率；根据所述垂直图像分辨率和所述垂直视场角，确定所述垂直角分辨率。
23.可选的，所述望远镜包括物镜和目镜，所述第一参数包括所述目镜移动的距离或所述物镜移动的距离。
24.可选的，所述望远镜包括物镜、目镜和调焦镜，所述第一参数包括所述调焦镜移动的距离。
25.可选的，所述对应关系包括所述望远镜的第一参数与第一虚像距的函数关系。
26.第三方面，本发明实施例提供了一种计算设备，包括至少一个处理器以及至少一个存储器，其中，所述存储器存储有计算机程序，当所述程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述第一方面任一所述的光学参数测量方法。
27.第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有程序，当所述程序在计算机上运行时，使得计算机实现执行上述第一方面任意所述的光学参数测量方法。
附图说明
28.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要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明实施例提供的一种视场角示意图；
30.图2a为本发明实施例提供的一种物在无限远时开普勒望远镜的成像原理的原理示意图；
31.图2b为本发明实施例提供的一种物在有限远时开普勒望远镜的成像原理的原理示意图；
32.图2c为本发明实施例提供的另一种物在无限远时开普勒望远镜的成像原理的原理示意图；
33.图2d为本发明实施例提供的另一种物在有限远时开普勒望远镜的成像原理的原理示意图；
34.图3为本发明实施例提供的一种光学参数测量方法的方法流程示意图；
35.图4为本发明实施例提供的一种望远镜的第一参数与第一虚像距的对应关系的装置示意图；
36.图5为本发明实施例提供的一种第一虚像距l与望远镜的目镜移动值d的线性拟合曲线示意图；
37.图6为本发明实施例提供的一种望远镜测试虚像距的原理示意图；
38.图7为本发明实施例提供的一种望远镜测试视场角的装置示意图；
39.图8为本发明实施例提供的一种视场角测量方法的方法流程示意图；
40.图9为本发明实施例提供的一种带刻度图像的示意图；
41.图10为本发明实施例提供的一种测量角分辨率方法的方法流程示意图；
42.图11为本发明实施例提供的一种测试边缘虚像距的示意图；
43.图12为本发明实施例提供的一种光学参数测量装置结构图；
44.图13为本发明实施例提供的一种计算设备的结构示意图。
具体实施方式
45.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
46.以下，对本发明中的部分用语进行解释说明。需要说明的是，这些解释是为了便于本领域技术人员理解，并不是对本发明所要求的保护范围构成限定。
47.一、凸透镜与凹透镜
48.凸透镜是指中央厚，边缘薄的透镜。凸透镜有会聚光线的能力，故又称为会聚透镜。凹透镜是指中央薄，边缘厚的透镜。凸透镜有发散光线的能力，故又称为发散透镜。
49.二、像方焦点与物方焦点
50.像方焦点也称为后焦点。通常，被摄物体所在的空间称为“物方空间”，被摄物体所发出的光穿过透镜并在透镜的后面形成的像所在的空间称为“像方空间”。在“像方空间”所形成的焦点即称为“像方焦点”或“后焦点”；主光轴上透镜中心至“像方焦点”的距离称为“像方焦距”。从像方开始，投射出与主光轴平行的光线，并在“物方空间”所形成的焦点，称为“物方焦点”或“前焦点”；主光轴上透镜中心至“物方焦点”的距离称为“物方焦距”。
51.三、孔径光阑、入射出瞳与出射出瞳
52.在光学系统中，通常都有有限大小的通光孔径。例如光学系统中的透镜的边框，加入光学系统的光阑等，这种限制外界光线进入这个光学系统的通光口径称为孔径光阑。通常将孔径光阑通过其前方光学系统(如透镜)所成的像称为入射光瞳或入瞳，将孔径光阑通过其后方光学系统(如透镜)所成的像称为出射光瞳或出瞳。入瞳位置为光学系统的物方焦平面的位置，出瞳位置为光学系统的像方焦平面的位置。
53.在头显成像系统中，头显成像系统的透镜的边框属于孔径光阑，出瞳距离指透过头显成像系统清晰观察像所允许的观察位置与头显成像系统位置的最大距离，出瞳距离也被称为良视距(eye relief)。
54.四、虚像距
55.物体发出的光线经折射或反射后，光路改变，折射或反射后的光线的反向延长线相交而成的像就是虚像。其中，虚像所在的位置称为虚像的位置，虚像所在的平面称为虚像面。虚像所在的位置与人眼之间的距离即为虚像距。应理解，虚像所在的位置并没有实际物体，也没有光线会聚。例如，平面镜、眼镜所成的像均是虚像。在vr头显体验中，虚像距离过低易导致体验者有目视压迫感。
56.五、视场角
57.人眼通过光学系统看到虚像边缘轮廓到人眼瞳孔中心连线的立体夹角就是视场角，也可称为视角。视场角包括水平视场角和垂直视场角。图1示例性地示出了视场角示意图，其中，aob为水平视场角，boc为垂直视场角。在vr头显体验中，视场角过小易使体验者感到vr画面虚假。
58.六、角分辨率
59.光学系统中每一度视场角中的像素点数量即为角分辨率。在vr头显中，角分辨率低的近眼显示设备画面粗糙无法达到模拟现实的效果。
60.前文介绍了本发明所涉及到的一些用语，下面介绍本发明运用望远镜测量头显成像系统的光学参数前，先对望远镜的成像原理进行解释。需要说明的是，望远镜包括多种类型，例如折射式望远镜、反射式望远镜以及折反射望远镜。本发明实施例以折射式望远镜中
的开普勒望远镜为例解释其成像原理。
61.图2a所示，为本发明实施例提供的一种物在无限远时开普勒望远镜的成像原理。开普勒望远镜可以包括物镜与目镜，物镜为凸透镜，目镜为凸透镜。其中，物镜位于望远镜前端靠近被观察物体的位置，目镜位于望远镜后端远离被观察物体的位置。望远镜成像原理为：物的光线经过物镜折射所成的实像在目镜的前方焦点上，经目镜折射后成一个倒立的放大的虚像。当物在无限远时，可将物的光线看做平行射入开普勒望远镜的物镜，物镜的像方焦距为f
a1
′
，目镜的物方焦距为-f
a2
′
。其中，物镜的像方焦距f
a1
′
大于目镜的物方焦距-f
a2
′
。物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合于点a。物的光线平行射入开普勒望远镜的物镜，经物镜折射后在物镜的像方空间汇聚于像方焦点a后沿光路射入目镜，经目镜折射后，光线水平射出。
62.图2b所示，为本发明实施例提供的一种物在有限远时开普勒望远镜的成像原理。开普勒望远镜可以包括物镜与目镜。物镜为凸透镜，目镜为凸透镜。物镜与目镜的位置可参见前述介绍，此处不再赘述。当物在有限远时，可将物的光线看做倾斜射入开普勒望远镜的物镜，物镜的像方焦距为f
b1
′
，目镜的物方焦距为-f
b2
′
。其中，物镜的像方焦距f
b1
′
大于目镜的物方焦距-f
b2
′
。物的光线以倾斜角度射入开普勒望远镜的物镜，经物镜折射后在物镜的像方空间汇聚于像点b。为使物镜折射后的光射入目镜后可被清晰观察，需对目镜进行位置调节，将目镜移动间隔δ至目镜的物方焦点与点b重合，光线经目镜折射后水平射出。
63.通过上述介绍可知，当物在有限远处，物的位置相对于望远镜的位置变化时，望远镜的目镜需要调整位置至望远镜观察到清晰的像。由此，望远镜的目镜的位置与物的位置呈一一对应关系。
64.图2c所示，为本发明实施例提供的另一种物在无限远时开普勒望远镜的成像原理。开普勒望远镜可以包括物镜、目镜与调焦镜，物镜为凸透镜，目镜为凸透镜，调焦镜为凹透镜。其中，物镜位于望远镜前端靠近被观察物体的位置，目镜位于望远镜后端远离被观察物体的位置，调焦镜位于物镜与目镜中间。望远镜成像原理为：物的光线经过物镜折射所成的实像在调焦镜的后方焦点上，该像对于调焦镜是一个虚像，经调焦镜折射后所成的放大的正立的虚像在目镜的前方焦点上，经目镜折射后成一个倒立的放大的虚像。当物在无限远时，可将物的光线看做平行射入开普勒望远镜的物镜，物镜与调焦镜的组合的像方焦距为f
c1
′
，目镜的物方焦距为-f
c2
′
。将物镜与调焦镜的组合称为镜组，镜组的像方焦点与目镜的物方焦点重合于点c，此时物镜与调焦镜之间的距离为d0。物的光线平行射入开普勒望远镜的物镜，经物镜折射后射入调焦镜，在调焦镜的像方空间汇聚于像方焦点c后沿光路射入目镜，经目镜折射后，光线水平射出。
65.图2d所示，为本发明实施例提供的另一种物在有限远时开普勒望远镜的成像原理。开普勒望远镜可以包括物镜、目镜与调焦镜，物镜为凸透镜，目镜为凸透镜，调焦镜为凹透镜。物镜、目镜与调焦镜的位置可参见前述介绍，此处不再赘述。当物在有限远时，可将物的光线看做倾斜射入开普勒望远镜的物镜。其中，物镜与调焦镜的距离为d1。物的光线以倾斜角度射入开普勒望远镜的物镜，经物镜折射后射入调焦镜。为使调焦镜折射后的光射入目镜后可被清晰观察，需对调焦镜进行位置调节，通过将调焦镜右移间隔δd使其像点d与目镜物方焦点重合，光线经目镜折射后水平射出。
66.通过上述介绍可知，当物的位置变化时，望远镜的调焦镜需要调整位置至望远镜
清晰观察物。由此，望远镜的调焦镜的位置与像的位置呈一一对应关系。
67.参照上述介绍的望远镜成像原理，图3为本发明实施例提供的一种光学参数测量方法的方法流程示意图，该示例中以测量头显成像系统的虚像距为例。该方法包括以下步骤：
68.步骤301，确定望远镜的第一参数与第一虚像距的对应关系。
69.在一种可能的实施方式中，所述望远镜包括物镜和目镜，所述第一参数包括所述目镜移动的距离或所述物镜移动的距离。
70.结合图4，为本发明实施例提供的一种望远镜的第一参数与第一虚像距的对应关系的装置示意图。该装置示意图包括显示元件401和望远镜402。显示元件401用于展示预设图像，在一种可能的实施方式中，显示元件401可以为有图案的图卡，也可以为显示屏投射的画面。望远镜402包括一个物镜筒403与一个目镜筒404。物镜筒403包括一个物镜，目镜筒404包括一个目镜。显示元件401放置于靠近望远镜402的物镜筒403的一侧，将显示元件401距离物镜筒403的最外侧的距离称为第一虚像距l。在一种可能的实现方式中，第一虚像距l可通过人工测量，也可通过机器测量。值得注意的是，图4是以望远镜402包括物镜筒403和目镜筒404两种为例，但实际上不限制望远镜402的种类。
71.在一种可能的实施方式中，移动目镜筒404的位置来调节望远镜402观察到的像的清晰度，记录目镜筒404的移动值。具体的，目镜筒404的移动值可用目镜移动间隔δ表示，但为了方便操作，将目镜筒404的最外侧边缘与物镜筒403靠近目镜筒404的最外侧边缘的距离作为目镜移动值d。显示元件401与望远镜402的第一虚像距l改变时，望远镜的目镜移动值d也同时改变。
72.移动显示元件401，记录第一虚像距l的值，并调节望远镜至通过望远镜可观察到清晰的虚像，记录望远镜的目镜移动值d。多次移动显示元件401，一一记录第一虚像距l与对应的望远镜的目镜移动值d。例如，第一虚像距l为1m，其对应的望远镜的目镜移动值d为3cm；再例如，第一虚像距l为1.5m，其对应的望远镜的目镜移动值d为2cm。将记录的第一虚像距l和望远镜的目镜移动值d进行函数拟合获得第一函数。拟合方式包括但不限于线性拟合、多项式拟合。其中，线性拟合指两个变量之间的关系是一次函数关系。多项式拟合指两个变量之间的关系是多项式函数关系。
73.需要说明的是，本发明实施例中也可以对望远镜进行进一步的设计或修改。例如，物镜可以使用双胶合消差透镜或者三胶合消差透镜；再例如，在目镜的物方焦点处可以放置分划板以方便对齐望远镜系统与头显光学系统的光轴；再例如，可以在目镜和物镜之间添加转向系统和场镜(或称为平场聚焦镜)以使得最终通过望远镜观察到的像为正像，其中，场镜与转向系统搭配使用来降低望远镜中物镜的像在转向系统上的投射高度，继而减小转向系统的通光口径。
74.图5为本发明实施例提供的一种第一虚像距l与望远镜的目镜移动值d的线性拟合曲线示意图。图中，横坐标变量为望远镜的目镜移动值d，纵坐标变量为第一虚像距l。
75.基于上述获得的第一函数，可获得望远镜的目镜移动值d与第一虚像距l的一一对应关系。因此，在测量系统中，若获得望远镜的目镜移动值为d，即可根据目镜移动值d与第一虚像距l的一一对应关系得出对应的第一虚像距l的值。
76.或者，所述望远镜包括物镜、目镜和调焦镜，所述第一参数包括所述调焦镜移动的
距离。
77.在一种可能的实施方式中，调节调焦镜的位置来调节望远镜观察到的像的清晰度，记录调焦镜移动值e。调焦镜移动值e与第一虚像距l的一一对应关系可以参见上述目镜移动值d与第一虚像距l的一一对应关系的获取过程，具体可用“调焦镜移动值e”替换“目镜移动值d”。
78.步骤302，通过望远镜测量所述头显成像系统显示的图像，当图像在所述望远镜中呈清晰的虚像时，确定望远镜的第一参数的值。
79.以第一参数包括所述目镜移动的距离为例，如图6所示，为本发明实施例提供的一种望远镜测试虚像距的原理示意图。图中，所示头显成像系统包括vr镜片和屏幕，屏幕位于vr镜片的一倍焦距内。值得注意的是，vr镜片包括但不限于图中所示的单镜片，还可以是多镜片、超短焦光学折叠光路(或称为pancake光路)。头显成像系统的出瞳位置以及出瞳距离均为出厂已知固定参数。
80.具体的，图中头显成像系统的出瞳位置为o，头显成像系统的出瞳距离为e。屏幕与vr镜片的距离u。放置待测量的头显成像系统于靠近望远镜的物镜筒的一侧。将望远镜的物镜筒的最外侧顶点与头显成像系统出瞳位置o的距离称为放置距离c，该距离可根据实际需要进行调整。例如，头显成像系统有保护罩时，放置距离c会较大。再例如，头显成像系统没有保护罩时，放置距离c会较小。当望远镜的物镜筒的最外侧顶点与头显光路出瞳位置o重合时，放置距离c为0。
81.在一种可能的实施方式中，在头显成像系统的屏幕中央显示一个亮点，这个亮点可看做发散出圆锥形光线的点光源。光线射入vr镜片，经折射后成正立放大的虚像。将折射后的光线束的最外侧的光线与水平的光线所成夹角称为光线发散角θ。出瞳位置o与头显成像系统所成的虚像的距离为虚像距v。调节望远镜的目镜至透过望远镜可清晰观察头显成像系统的虚像，记录此时望远镜的目镜移动值d1。
82.步骤303，根据第一参数的值和所述对应关系，确定所述头显成像系统的目标虚像距。
83.具体的，通过测量获得的望远镜的目镜移动值d1与上述获得的目镜移动值d与第一虚像距l的一一对应关系，确定对应的第一虚像距l1的值。头显成像系统的虚像距v1为模拟虚像距离l1减去放置距离c。
84.值得注意的是，在头显成像系统中，当屏幕与vr镜片的距离u变化，导致虚像位置发生变化以及光线发散角θ发生变化。因此，光学成像系统的光线到达望远镜的物镜时，光线的入射角度发生变化，以及光线的入射位置也发生变化，故光线经物镜折射后所在的物镜像点的位置也发生变化。
85.在一种实现方式中，光学参数还可包括头显成像系统的视场角。所述测量系统还包括角度测量装置，所述望远镜设置于所述角度测量装置的边缘。
86.图7为本发明实施例提供的另一种望远镜测试视场角的装置示意图。角度测量装置放置于头显成像系统像侧(或像方)，角度测量装置的圆心o与头显成像系统出瞳位置重合，角度测量装置的半径为g。具体的，为方便测量，角度测量装置的半径g的大小可以与上述放置距离c的大小相等。头显成像系统放置于上。望远镜放置于角度测量装置边缘，且望远镜对准头显成像系统的中心使得能够清晰观察带刻度图像的中心刻度位于望远镜画面
中央。通过望远镜与角度测量装置测量头显成像系统的视场角。视场角包括水平视场角和垂直视场角。在一种可能的实施方式中，头显成像系统的屏幕显示带刻度图像。带刻度图像可参见下述图8的介绍，此处不再赘述。角度测量装置是圆盘，圆盘边缘刻有角度刻度。下面对使用望远镜与角度测量装置测量头显成像系统的视场角进行说明。
87.图8为本发明实施例提供的一种视场角测量方法的方法流程示意图。该方法包括以下步骤：
88.步骤801，沿所述角度测量装置的边缘移动望远镜，当图像的图像临界边缘在望远镜中呈虚像时，确定望远镜沿角度测量装置转动的角度。
89.视场角测量包括水平视场角测量和垂直视场角测量。通过将角度测量装置水平放置以及望远镜水平放置可测量水平视场角；通过将角度测量装置垂直放置以及望远镜水平垂直可测量垂直视场角。
90.以角度测量装置的圆心o为旋转中心，角度测量装置的半径g为旋转半径，将望远镜从对准头显成像系统的中心沿角度测量装置的边缘移动至可通过望远镜观察到带刻度图像的虚像的边缘刻度，确定望远镜沿角度测量装置转动的角度。
91.可选地，沿角度测量装置的边缘移动望远镜可以是沿沿角度测量装置的边缘顺时针或逆时针方向单向移动望远镜。将望远镜从对准头显成像系统的中心沿角度测量装置的边缘顺时针或逆时针方向单向移动至可通过望远镜观察到带刻度图像的虚像的边缘刻度，确定望远镜沿角度测量装置转动的角度。
92.可选地，沿角度测量装置的边缘移动望远镜也可以是沿沿角度测量装置的边缘顺时针方向单向移动望远镜以及沿沿角度测量装置的边缘逆时针方向单向移动望远镜。将望远镜从对准头显成像系统的中心沿角度测量装置的边缘顺时针方向单向移动至可通过望远镜观察到带刻度图像的虚像的边缘刻度，确定望远镜沿角度测量装置顺时针转动的角度。将望远镜从对准头显成像系统的中心沿角度测量装置的边缘逆时针方向单向移动至可通过望远镜观察到带刻度图像的虚像的边缘刻度，确定望远镜沿角度测量装置逆时针转动的角度。
93.步骤802，根据转动的角度确定头显成像系统的视场角。
94.以上述步骤801是沿沿角度测量装置的边缘顺时针或逆时针方向单向移动望远镜为例，结合上述图7，视场角＝2
×
望远镜沿角度测量装置转动的角度。
95.下面对使用望远镜与角度测量装置测量头显成像系统的水平视场角和垂直视场角进行说明。
96.测量水平视场角：
97.角度测量装置水平放置于头显成像系统出瞳位置一侧，角度测量装置的圆心与头显成像系统出瞳位置o重合，角度测量装置的半径为g。望远镜水平放置于角度测量装置边缘，且望远镜对准头显成像系统的中心使得能够清晰观察带刻度图像的中心刻度。沿角度测量装置的边缘移动望远镜至可通过望远镜观察到带刻度图像的虚像的边缘刻度位于望远镜画面中央，确定望远镜沿角度测量装置转动的角度z。头显成像系统的水平视场角hfov为角度测量装置转动的角度z的二倍，由此可得头显成像系统的水平视场角hfov。
98.测量垂直视场角：
99.角度测量装置垂直放置于头显成像系统出瞳位置一侧，角度测量装置的圆心与头
显成像系统出瞳位置o重合，角度测量装置的半径为g。头显成像系统垂直放置于角度测量装置上，且望远镜对准头显成像系统的中心使得能够清晰观察带刻度图像的中心刻度。沿角度测量装置的边缘移动望远镜至可通过望远镜观察到带刻度图像的虚像的边缘刻度位于望远镜画面中央，确定望远镜沿角度测量装置转动的角度y。头显成像系统的垂直视场角vfov为角度测量装置转动的角度y的二倍，由此可得头显成像系统的垂直视场角vfov。
100.以上述步骤801是沿沿角度测量装置的边缘顺时针方向单向移动望远镜以及沿沿角度测量装置的边缘逆时针方向单向移动望远镜为例，视场角＝望远镜沿角度测量装置顺时针转动的角度+望远镜沿角度测量装置逆时针转动的角度。
101.通过上述方法获得头显成像系统的水平视场角与垂直视场角。
102.如图9所示，为本发明实施例提供的一种带刻度图像的示意图。其中，带刻度图像的水平方向有30个刻度，将图像水平划分为30块，垂直方向有16个刻度，将图像垂直划分为16块。值得注意的是，还可以在每两个相邻刻度之间划分小的刻度用于更精确的测量。例如，可将水平刻度0-1中间再划分4个小刻度从而将水平刻度0-1划分为5份。
103.头显成像系统的图像分辨率为可获知的固定参数。图像分辨率指屏幕上图像中所有像素数量。按照获知的图像分辨率，可计算得出带刻度图像的每相邻两个刻度间的像素点的数量。
104.例如，头显成像系统的图像分辨率为1920
×
1080，表示水平方向含有像素数量为1920个，垂直方向像素数量1080个，图像的所有像素数量为1920
×
1080个。若带刻度图像水平方向有30个刻度，可计算得出其每相邻两个刻度之间一共有1920/30＝64个水平方向像素数量。
105.如图10所示，为本发明实施例提供的一种测量角分辨率方法的方法流程示意图。
106.步骤1001，获取头显成像系统显示的图像的图像分辨率。
107.头显成像系统显示的图像的图像分辨率的获取方式可参见上述介绍，此处不再赘述。
108.步骤1002，根据图像分辨率和所述视场角确定头显成像系统的角分辨率。
109.角分辨率为每一度视场角中的像素点数量。其中，每水平视场角包含的像素数量为水平角分辨率，每垂直视场角包含的像素数量为垂直角分辨率。
110.通过已知的图像分辨率，以及上述测量获得的水平视场角与垂直视场角，可得出水平角分辨率与垂直角分辨率。
111.在一种可能的实施方式中，还可以测量头显成像系统的边缘角分辨率。由于成像畸变的原因，整个头显成像系统的图像在未经反畸变处理时的角分辨率是非均匀的。边缘像素经透镜成像后被拉伸，角分辨率会降低，因此可以在测试视场角的过程中不仅可以测试出整体的角分辨率，也可以测量小角度(≥1
°
)范围内的角分辨率。例如，头显成像系统的图像分辨率为1920
×
1080，带刻度图像水平方向有30个刻度，可得出其每相邻两个刻度之间一共有64个水平方向像素数量。将望远镜水平旋转至水平刻度13位于画面中央，确定其所在位置的望远镜沿角度测量装置转动的角度x1；继续将望远镜水平旋转至水平刻度15位于画面中央，确定其所在位置的望远镜沿角度测量装置转动的角度x2。刻度13与刻度15间的水平方向像素数量为64
×
2＝128。由此，可确定边缘水平角分辨率为水平方向像素数量
除以望远镜移动的角度，即
112.值得注意的是，通过角度测量装置与望远镜还可以测量头显成像系统的不同视场处的虚像距。图11为本发明实施例提供的一种测试边缘虚像距的示意图。将望远镜沿角度测量装置移动至头显成像系统的水平视场角边缘，此时望远镜可观察到带刻度图像的虚像的边缘刻度，调整望远镜的目镜至带刻度图像的虚像的边缘刻度清晰。记录望远镜的目镜移动值d2。上述获得的模拟虚像距离l和望远镜的目镜移动值d的第一函数，确定对应的模拟虚像距离l2的值。头显成像系统的边缘虚像距v2为模拟虚像距离l2减去放置距离c。因镜片缺陷，使垂直于主光轴的物方平面上发出的光经透镜成像后，清晰的像面不是平面而是一个曲面，称这种情况为像场弯曲，又称为场曲。因此，头显成像系统的实际边缘虚像距v2与头显成像系统设计的边缘虚像距vid不相等。通过测量头显成像系统的边缘虚像距可帮助判断头显成像系统的质量。
113.基于上述同样的发明构思，本发明实施例还提供一种光学参数测量装置，该装置可执行上述发明方法实施例中的方法。本发明实施例提供的一种光学参数测量装置的结构可参见图12。光学参数测量装置1200包括获取单元1201和处理单元1202。其中，获取单元1201，用于确定所述望远镜的第一参数与第一虚像距的对应关系；处理单元1202，用于通过所述望远镜测量所述头显成像系统显示的图像，当所述图像在所述望远镜中呈清晰的虚像时，确定所述望远镜的第一参数的值；以及根据所述第一参数的值和所述对应关系，确定所述头显成像系统的目标虚像距。
114.有关上述获取单元1201和处理单元1202更详细的描述可以参考图3所示的方法实施例中相关描述直接得到，此处不再一一赘述。
115.基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种计算设备，如图13所示，计算设备1300包括至少一个处理器1301，以及与至少一个处理器连接的存储器1302，本发明实施例中不限定处理器1301与存储器1302之间的具体连接介质，图13中处理器1301和存储器1302之间通过总线连接为例。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。
116.在本发明实施例中，存储器1302存储有可被至少一个处理器1301执行的指令，至少一个处理器1301通过执行存储器1302存储的指令，可以执行前述的数据处理方法中所包括的步骤。其中，处理器1301是计算设备的控制中心，可以利用各种接口和线路连接计算设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器1302内的指令以及调用存储在存储器1302内的数据，从而实现数据处理。可选的，处理器1301可包括一个或多个处理单元，处理器1301可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理下发指令。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器1301中。在一些实施例中，处理器1301和存储器1302可以在同一芯片上实现，在一些实施例中，它们也可以在独立的芯片上分别实现。
117.处理器1301可以是通用处理器，例如中央处理器(central processing unit，cpu)、数字信号处理器、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本发明实施例中公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合数据处理方法实施例所公开的方法的步骤可
以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
118.存储器1302作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。存储器1302可以包括至少一种类型的存储介质，例如可以包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器、随机访问存储器(random access memory，ram)、静态随机访问存储器(static random access memory，sram)、可编程只读存储器(programmable read only memory，prom)、只读存储器(read only memory，rom)、带电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，eeprom)、磁性存储器、磁盘、光盘等等。存储器1302是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。本发明实施例中的存储器1302还可以是电路或者其它任意能够实现存储功能的装置，用于存储程序指令和/或数据。
119.基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有可由计算设备执行的计算机程序，当所述程序在所述计算设备上运行时，使得所述计算设备执行上述光学参数测量方法的步骤。
120.本领域内的技术人员应明白，本发明可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
121.本发明是参照根据本发明的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
122.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
123.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
124.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：

1.一种光学参数测量方法，其特征在于，应用于测量系统，所述测量系统包括望远镜，所述方法包括：确定所述望远镜的第一参数与第一虚像距的对应关系，所述第一虚像距为预设图像到所述望远镜的靠近所述预设图像的面之间的距离；通过所述望远镜测量所述头显成像系统显示的图像，当所述图像在所述望远镜中呈清晰的虚像时，确定所述望远镜的第一参数的值；根据所述第一参数的值和所述对应关系，确定所述头显成像系统的目标虚像距。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量系统还包括角度测量装置，所述望远镜设置于所述角度测量装置的边缘，所述图像包括图像临界边缘，所述方法还包括：沿所述角度测量装置的边缘移动所述望远镜，当所述图像的图像临界边缘在所述望远镜中呈虚像时，确定所述望远镜沿所述角度测量装置转动的角度；根据所述转动的角度确定所述头显成像系统的视场角。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述角度测量装置的形状为圆形，所述角度测量装置的中心点与所述头显成像系统出瞳位置重合。4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述视场角包括水平视场角和垂直视场角。5.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取所述头显成像系统显示的图像的图像分辨率；根据所述图像分辨率和所述视场角确定所述头显成像系统的角分辨率。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述角分辨率包括水平角分辨率和垂直角分辨率，所述图像分辨率包括水平图像分辨率和垂直图像分辨率；所述根据所述图像分辨率和所述视场角确定所述头显成像系统的角分辨率，包括：根据所述水平图像分辨率和所述水平视场角，确定所述水平角分辨率；根据所述垂直图像分辨率和所述垂直视场角，确定所述垂直角分辨率。7.如权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述望远镜包括物镜和目镜，所述第一参数包括所述目镜移动的距离或所述物镜移动的距离。8.如权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述望远镜包括物镜、目镜和调焦镜，所述第一参数包括所述调焦镜移动的距离。9.如权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述对应关系包括所述望远镜的第一参数与第一虚像距的函数关系。10.一种光学参数测量装置，其特征在于，应用于测量系统，所述测量系统包括望远镜，所述装置包括：获取单元，用于确定所述望远镜的第一参数与第一虚像距的对应关系；处理单元，用于通过所述望远镜测量所述头显成像系统显示的图像，当所述图像在所述望远镜中呈清晰的虚像时，确定所述望远镜的第一参数的值；以及根据所述第一参数的值和所述对应关系，确定所述头显成像系统的目标虚像距。11.一种计算设备，其特征在于，包括至少一个处理器以及至少一个存储器，其中，所述存储器存储有计算机程序，当所述程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至9任一权利要求所述的方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有程序，当所述程序在计算机上运行时，使得计算机实现执行权利要求1至9任一项所述的方法。

技术总结

本发明公开一种光学参数测量方法及装置，可以应用于近眼显示设备技术领域，用于解决现有技术中光学参数测量方法复杂的问题。方法包括：确定望远镜的第一参数与第一虚像距的对应关系，第一虚像距为预设图像到望远镜的靠近预设图像的面之间的距离；通过望远镜测量头显成像系统显示的图像，当图像在望远镜中呈清晰的虚像时，确定望远镜的第一参数的值；根据第一参数的值和对应关系，确定头显成像系统的目标虚像距。本发明先确定望远镜的第一参数与第一虚像距的对应关系，通过获得望远镜测量头显成像系统的第一参数的值从而确定头显成像系统的目标虚像距，实现快速高效测量光学参数。实现快速高效测量光学参数。实现快速高效测量光学参数。