一种AR眼镜的显示性能检测及矫正方法、系统及电子设备与流程

本发明涉及增强现实显示检测和软件校正技术，特别涉及一种利用双目黑白相机测量左右光机视差，通过有符号相机—光机响应增益生成显示起始坐标差分调整量并复测收敛的ar眼镜显示性能检测及矫正方法、系统及电子设备。

背景技术：

1、增强现实（ar）眼镜通过左右两个光机分别向左眼和右眼投射虚拟图像，两路图像需在使用者视觉系统中融合为单一虚像。受光机装配公差、波导耦合偏差以及显示驱动寄存器配置差异的影响，左右光机的显示起始坐标往往存在失配，表现为水平或垂直视差，进而导致双目融合困难、视疲劳、重影以及虚像距离偏差。在量产环节，通常不再通过返修光学结构来消除该失配，而是修改左右光机的显示区域起始坐标，以软件方式对视差进行补偿。

2、中国发明专利申请cn119672077a（申请号cn202411739945.5，公开日2025年3月21日）公开了一种ar模组双目合像调整方法及系统，其标定用于模拟人眼的第一拍摄单元和第二拍摄单元的相对位置，采集左右虚拟图像并计算两者之间的偏差值，随后基于该偏差值通过位置调整机构对ar波导双目模组进行机械调整，直至满足双目合像要求。

3、中国发明专利申请cn119620849b（申请号cn202311176386.7）公开了一种视差调节方法，其获取人眼图像后基于预设的视差估计模型估计待调节视差，再结合预设系统配置与头戴式显示设备的实际系统配置确定目标调节视差，据此调节微显示器的显示参数。

4、美国专利申请公开us20250199314a1（公开日2025年6月19日）公开了头戴式设备的视差感测与视差校正方案，其使眼镜通过左右镜片组件显示校准图案，由成像装置采集校准图像，并在判断左右校准图案之间的视差量满足校准判据时，基于该视差量对其中一个或两个镜片组件施加视差校正。

5、在显示性能检测方面，中国发明专利申请cn113935954a（公开日2022年1月14日）公开了一种清晰度测量方法，其在棋盘格图像的各子棋盘格中内嵌线对图像，计算检测区域的对比度传递函数值以标识清晰度；美国专利us12504325公开了近眼显示自动光学测量系统，其采用高对比斜边图案，由边缘信息经差分处理得到线扩展函数，再经快速傅里叶变换计算调制传递函数。

6、在灰度不均匀性补偿方面，中国发明专利申请cn115527481a（申请号cn202211326264.7，公开日2022年12月27日）公开了一种全自动demura调参补偿优化方法，其采集待补偿屏幕亮度数据后生成补偿数据并写入flash，再采集补偿后的亮度数据进行mura评估，评估未通过时更新系统参数后再次补偿，形成闭环；美国专利us10636345公开了显示面板的补偿方法，其针对显示面板上第j个待补偿单元区域采用线性补偿关系y=a_j·x+b_j，其中a_j为增益参数、b_j为偏差参数，补偿参数被烧写至显示装置的存储单元中，由驱动单元读取后驱动显示面板。

7、然而，上述现有技术在将视差或偏差换算为显示坐标调整量时，往往未明确坐标方向、响应倍率的分子分母关系以及左右两侧的调整量分配方式。若将光机显示像素变化量与相机观测像素变化量的比值定义错误，或者在换算时重复使用相反的乘除关系，会使调整量的量纲不一致。如果左右光机沿相同方向移动相同的数值，则左右显示差分坐标保持不变，无法有效改变视差。此外，显示起始坐标寄存器通常存在整数限制和可调范围，未处理取整与越界会导致写入失败或校正过程反复振荡。

8、另外，cn119672077a一类的方案依赖位置调整机构进行机械调整，需要额外的运动部件与工装，节拍较长且调整分辨率受机构精度限制；cn119620849b一类的方案依赖人眼图像与视差估计模型，对样本数据与模型泛化能力的依赖较强。将合像、畸变、灰度均匀性、灰度补偿和mtf检测简单串联时，各阶段数据缺少空间对应关系，难以相互印证。

9、因此，需要一种坐标定义明确、响应增益符号可标定、左右调整方向正确、能够处理整数取整与坐标边界并通过复测判断收敛的软件双目合像校正闭环，并在此基础上由同一组成像单元复用共同标定与共同感兴趣区域完成畸变、灰度与清晰度检测。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：现有ar眼镜双目视差校正方案中坐标方向、响应倍率的分子分母关系以及左右两侧调整量的分配方式缺少统一定义，导致调整量量纲不一致或调整方向反向而无效；显示起始坐标寄存器的整数限制与可调范围未得到处理，导致写入失败或校正过程反复振荡；并且合像、畸变、灰度均匀性、灰度补偿与清晰度检测各阶段的数据缺少空间对应关系，难以相互印证。

2、本发明的目的在于提供一种坐标定义明确、响应增益符号可标定、左右调整方向正确、能够处理整数取整和坐标边界并通过复测判断收敛的软件双目合像校正闭环。

3、本发明定义显示差分坐标q_d=q_l-q_r、相机视差d=x_l-x_r以及视差误差e=d_detect-d_target，通过显示起始坐标正、负微扰标定有符号增益β=δd/δq_d，并按照δq_d=-e/β计算显示差分坐标调整量。

4、为使显示差分坐标实际变化δq_d，将δq_d的一半加至左光机坐标，并从右光机坐标中减去δq_d的一半。任一更新坐标超出预设可调范围时直接判定ng，不将超出部分转移至另一光机。

5、在双目合像校正通过后，同一双目成像单元（例如双目黑白相机）在固定曝光、固定增益和固定gamma条件下复用共同标定和共同roi执行畸变、归一化灰度、灰度均匀性和mtf检测。未经辐射定标的相机灰度不被表述为绝对亮度，且本方案不进行色度测量或色度补偿。

6、本发明具有以下有益效果：

7、第一，通过明确定义显示差分坐标q_d=q_l-q_r与相机视差d=x_l-x_r，并以显示起始坐标的正、负微扰标定有符号响应增益β=δd/δq_d，使显示像素与相机像素之间的换算量纲唯一确定，β的符号直接反映光机坐标方向经光学链路后对相机视差的影响方向，从根本上避免了乘除关系与坐标方向定义错误所导致的调整方向反向。

8、第二，采用左光机加半量、右光机减半量的差分分配方式，使显示差分坐标的实际变化量严格等于计算得到的δq_d，避免了左右同向等量移动造成的调整无效；配合奇数取整时将多出的一个显示像素固定分配至基准眼、任一坐标越界即判定不合格的规则，消除了取整累积误差与边界振荡。

9、第三，合像校正通过后由同一双目成像单元、同一套双目标定参数和共同感兴趣区域继续执行畸变、灰度均匀性、灰度补偿和mtf检测，各阶段数据可对应到同一显示区域，避免了多设备测量之间的坐标转换误差；同时无需配置独立的成像色度计或独立高精度光学测量单元，降低了产线设备成本并缩短了工位节拍。

1.一种ar眼镜的显示性能检测及矫正方法，其特征在于，包括：控制待检ar眼镜的左光机和右光机显示包括多个同名特征的双目合像测试图案；通过完成双目标定的双目成像单元同步采集左右光学通道中的显示图像，对左右图像进行去畸变和极线校正；检测左右图像中的同名特征，计算水平视差和垂直视差，并分别与水平目标视差和垂直目标视差比较，得到水平视差误差和垂直视差误差；根据通过显示起始坐标微扰预先标定的有符号相机—光机响应增益，将所述水平视差误差和垂直视差误差换算为水平显示差分坐标调整量和垂直显示差分坐标调整量；将每一显示差分坐标调整量的一半加至左光机对应的显示起始坐标，并将所述显示差分坐标调整量的一半从右光机对应的显示起始坐标中减去；检查更新后的左右光机显示起始坐标是否位于对应寄存器可调范围内，位于可调范围内时通过工厂通信接口写入；重新采集左右显示图像并复测水平视差和垂直视差，根据复测结果输出通过结果、继续迭代结果或不合格结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定义水平显示差分坐标q_dx=q_lx-q_rx、垂直显示差分坐标q_dy=q_ly-q_ry、水平相机视差d_x=x_l-x_r、垂直相机视差d_y=y_l-y_r以及视差误差e=d_detect-d_target；水平响应增益β_x=δd_x/δq_dx，垂直响应增益β_y=δd_y/δq_dy，显示差分坐标调整量满足δq_dx=-e_x/β_x、δq_dy=-e_y/β_y；所述β_x和β_y的绝对值和符号分别通过正、负坐标微扰标定，其中在一实施方式中β_x=-1。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，左、右光机对应轴的坐标更新满足q_l′=q_l+δq_d/2、q_r′=q_r-δq_d/2，使更新后的显示差分坐标变化量等于δq_d；当显示起始坐标寄存器仅支持整数且δq_d不能被二整除时，将多出的一个显示像素固定分配至预设基准眼，并以复测视差作为最终判定依据。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，左右光机的水平和垂直显示起始坐标的可调范围均为预设可调范围；当计算得到的任一更新坐标超出所述预设可调范围时，不将超出部分转移至另一光机，停止本次校正并输出不合格结果。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括分别计算左右图像中测试图案的旋转角，并基于极线校正后的同一虚像特征计算合像距离z=fb/|d|，其中b为双目成像单元中两相机光心之间的物理基线，f为极线校正后的像素焦距，d为左右图像同名特征的校正水平视差；当|d|小于有效视差下限时输出无穷远或超出测量量程结果。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当复测后的水平视差和垂直视差分别位于对应收敛区间内时输出通过结果；当复测误差下降、更新坐标仍位于可调范围内且未达到最大迭代次数时继续执行显示坐标调整；当更新坐标超界、复测误差不收敛、达到最大迭代次数或视差超出可校正范围时输出不合格结果。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在双目合像校正通过后，利用所述同一双目成像单元、共同的双目标定参数和共同感兴趣区域索引执行畸变检测以及灰度均匀性检测；灰度采集时关闭自动曝光和自动增益，固定曝光时间、增益和gamma参数，并进行暗场校正和/或平场校正；所述灰度检测输出归一化灰度、分区灰度、灰度均匀性及左右目灰度差异，不将未经辐射定标的相机灰度直接作为绝对亮度值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当灰度或均匀性指标满足目标范围时直接执行mtf检测；当灰度或均匀性指标超出不可校正范围时输出不合格结果；当所述指标处于可校正范围但未满足目标范围时，执行多档位灰度校准和/或灰度均匀性补偿，生成增益矩阵g和/或偏移矩阵o并写入非易失存储器，运行时加载至驱动集成电路的补偿ram；校准后复测，复测通过后在共同感兴趣区域中执行边缘扩展函数、线扩展函数和调制传递函数计算并输出mtf50，复测失败时输出不合格结果。

9.一种ar眼镜的显示性能检测及矫正系统，其特征在于，包括双目成像单元、工厂通信接口、光机显示控制接口、参数烧录接口和检测控制电子设备；所述双目成像单元同时用于双目合像、畸变、灰度均匀性和清晰度图像采集；所述检测控制电子设备被配置为执行权利要求1至8任一项所述的方法。

10.一种检测控制电子设备，包括处理器和存储器，其特征在于，还包括双目图像采集接口、工厂通信接口、光机显示控制接口及显示驱动参数烧录接口；所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序由所述处理器执行时，使所述电子设备经相应接口控制双目成像单元和待检ar眼镜执行权利要求1至8任一项所述的方法。