[發(fā)明專利]虛擬圖像光電測量儀

在審

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• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107884160A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設計）人: 牟希;劉思拓;王建平
• 申請（專利權）人: 杭州浙大三色儀器有限公司
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙)33206
• 代理人: 周培培

技術領域

本發(fā)明涉及一種顯示圖像光電測量儀，尤其涉及一種用于對AR和VR等近眼顯示設備的虛擬圖像的光學性能參數(shù)進行測量的虛擬圖像光電測量儀。

背景技術

在現(xiàn)代信息社會中，圖像顯示設備應用于各種領域。尤其是近幾年，各種虛擬圖像顯示設備也越來越多，如各種AR、VR、HUD設備等，并越來越廣泛地應用于娛樂、教育、醫(yī)療、汽車和工業(yè)生產(chǎn)等領域。為了保證我們的眼睛觀察虛擬圖像時得到清晰、逼真的視覺感知（與人眼實際的感知效果一致），舒適的視覺體驗以及健康應用，對這種顯示設備所呈現(xiàn)虛擬圖像的各種光學性能的定量測量顯得尤為重要。

現(xiàn)有的顯示圖像光學測量裝置，如亮度計、成像色度計等，測量方式是在一定的距離上通過成像鏡頭將測量區(qū)域的圖像光信號會聚到光電傳感器上，從而得到顯示圖像測量點或區(qū)域的光學參數(shù)；通過調節(jié)成像鏡頭的位置，實現(xiàn)對不同距離圖像的測量；測量的參數(shù)包括亮度、色度、光譜、分辨率等光學性能參數(shù)。在典型的顯示圖像光學測量裝置中，顯示圖像通過成像鏡頭成像到探測器上，探測器上接收的視場區(qū)域限定了圖像上的測量區(qū)域。所用的探測器可以為光度探頭、色度探頭、CCD圖像探測器以及光譜儀等。

當測量不同距離d上的圖像６１＇時，需調節(jié)成像鏡頭的位置，探測器上的光束接收角隨成像鏡頭位置的變化而變化，從而出現(xiàn)探測器３＇的接收靈敏度變化的問題。為了使在測量不同距離圖像時儀器的讀數(shù)保持一致，現(xiàn)有圖像光學測量裝置通常在成像鏡頭后方、探測器的前方設置一個孔徑光闌11＇；孔徑光闌與探測器3的相對位置固定，構成恒定的接收角，從而保證儀器的讀數(shù)不變，如圖1所示，孔徑光闌11＇設置在鏡頭2＇后側附近，該孔徑光闌經(jīng)成像鏡頭所成的像即為入瞳1＇，該入瞳1＇為孔徑光闌11＇的虛像；此外，當測量不同距離的圖像時，透鏡需前后移動進行聚焦，而入瞳的位置和直徑都會隨圖像距離不同而發(fā)生變化；另外，現(xiàn)有顯示圖像光學測量設備的鏡頭通光口徑和孔徑光闌都比較大，入瞳也比較大，一般為30mm至50mm。

由于現(xiàn)有顯示圖像光學測量設備的入瞳位于成像鏡頭后方，內凹在儀器內部，而且隨測量不同距離的圖像（鏡頭聚焦）而變化，測量裝置的參考點一般指鏡頭口面位置。測量距離L通常是指從鏡頭口面至測量圖像的距離，測量視場角是圖像上的測量區(qū)域相對于成像鏡頭所張的立體角。這種測量設備無法用于AR/VR等虛擬圖像的光學特性測量。

對于裸眼3D顯示的圖像、AR/VR等虛擬圖像而言，當測量距離、入瞳尺寸和位置不同時都將導致不同的測量結果。例如，AR/VR設備顯示圖像不同位置的光線都從虛擬圖像顯示設備的特定區(qū)域（稱為眼盒，或稱出瞳）中出射；現(xiàn)有光學測量裝置的入瞳位于成像鏡頭的后方，入瞳的孔徑大，而且其位置和孔徑還會隨著圖像的測量距離而變化，因此無法進行準確測量。有些虛擬圖像顯示設備的眼盒比較小，只有幾個毫米，用現(xiàn)有亮度計等光學設備測量時，入瞳無法與虛擬圖像顯示設備的眼盒進行匹配測量，將產(chǎn)生完全錯誤的結果。

人眼在觀看不同距離的圖像時，通過調節(jié)晶狀體的曲率使圖像清晰地成像視網(wǎng)膜上，而晶狀體（相當于透鏡）到視網(wǎng)膜（相當于光電探測儀）的距離是恒定的，所以人眼視網(wǎng)膜感光細胞相當于是恒定視場角的光電信號傳感器；此外，人眼具有對亮度、顏色和細節(jié)的感知特性，視網(wǎng)膜上中央凹區(qū)域的錐體感光細胞分布密集、而外圍稀疏；因此，視網(wǎng)膜中央凹具有高的細節(jié)分辨能力和顏色辨別能力。

因此，對于AR/VR等虛擬圖像的光學測量設備，需要，具備上述類似于人眼的特性，既要精準測量圖像中心區(qū)域的光學性能參數(shù)，又要覆蓋整個圖像進行測量，同時還要測量快速、準確；此外，對不同距離、不同方向上的圖像信號，測量的視場角恒定。現(xiàn)有的圖像光學測量設備不能滿足要求。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術存在的上述問題而提供一種虛擬圖像光電測量儀，使成像裝置的入瞳位置位于成像裝置的前焦點位置，并位于所述虛擬圖像顯示設備的出瞳位，能夠模擬人眼睛的特性，準確、便捷地測量虛擬圖像光學性能（如：亮度、顏色、視場角、分辨率及其它光學性能參數(shù)）。