CN102542921A

CN102542921A - 一种参数自适应控制的头戴显示器驱动控制结构

Info

Publication number: CN102542921A
Application number: CN2010106004597A
Authority: CN
Inventors: 黄志奇; 陈东义; 王海鹏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明提供一种参数自适应控制的头戴显示器(HMD)驱动控制结构，该头戴显示器能够根据用户使用环境的变化自动调节其的各项显示参数(如亮度、对比度及透视率等)，最大程度的满足用户在各种使用环境下对HMD舒适度和清晰度的要求，并且无需用户手动参与调节；并针对现有参数可调的头戴显示器产品存在的一些其他缺点(如存在体积庞大的控制盒和数目繁多的数据线缆)，通过采用无线数据传输和硬件模块集成方案对其进行了优化设计，使其在移动性和便携性方面的优势进一步增强。

Description

一种参数自适应控制的头戴显示器驱动控制结构

技术领域

本发明属于电子信息领域，涉及电子工程、光电工程技术，具体是一种新型的头戴显示器(HMD)驱动控制结构。

背景技术

头戴显示器(Head Mounted Display，HMD)又称头盔显示器(Helmet Mounted Display，HMD)，是一种至少包含一个微型图像源(Image Source，简称像源)及相应光学系统的近眼显示装置(Melzer，Moffitt 1997)。HMD特殊的人机交互特性使其可结合增强现实和可穿戴计算技术广泛应用于科研、教育、医疗、游戏、工业、军事等各个领域。基本的HMD由像源子系统(包括像源器件及其驱动控制电路)、光学子系统、支持子系统构成，也可在基本的HMD上扩展耳麦、摄像头等辅助功能装置形成多功能HMD。

采用OLED/Lcos等微型显示器件作为像源的HMD在便携性、显示效果、功耗、抗恶劣环境等方面具有优势，因而成为了HMD产品的主流，也代表了HMD未来的发展趋势。然而，市场上所售的各种此类HMD存在着可调节性差(大多仅具备亮度调节功能)、仅支持用户手动按键调节、人机交互功能单一(仅具备显示功能)、多功能的产品又需要庞大的外置控制盒、引线粗笨且线缆繁多等方面的不足，如美国emagin公司的Z800：其虽然支持显示器亮度调节，但仅仅提供用户手动调节的模式，由于头戴显示器本身具有的移动性、便携性造成了其使用环境的不断变换，因此Z800不能在环境变化时实时的自动的对显示参数进行调节，如要满足用户对其在各种环境下的舒适度和清晰度的要求，则需要人工手动去调节显示参数，这样给用户带来极大的不便(特别是在移动使用环境中)；同时Z800(现有的支持显示参数调节的头戴显示器大多数产品)带有外置的体积较大的控制盒和数目繁多的线缆，这给用户的使用带来的极大不便，也降低了其在移动性和便携性方面的优势。

发明内容

本发明的主要目的是针对已有技术存在的不足，提出一种参数自适应控制的头戴显示器驱动控制结构，所述头戴显示器(HMD)能够根据用户使用环境的变化自动调节其的各项显示参数(如亮度、对比度及透视率等)，以最大程度的满足用户在各种使用环境下对HMD舒适度和清晰度的要求，并且无需用户手动参与调节；能够优化掉体积较大的控制盒和数目繁多的数据线缆，通过采用无线宽带传输技术和硬件模块集成方案，增强其在移动性和便携性方面的优势。

附图说明

图1表示根据该发明专利所述的参数自适应控制的头戴显示器驱动控制结构的实施框图。

具体实施方式

通过在头戴显示器上安装环境感知模块来感知环境的变化(如用光敏传感器来感知环境光线强度变化等)，并根据环境的变化来实时的调节头戴显示器的各种显示参数，最大程度的满足用户对头戴显示器的舒适度、清晰度等方面的需求。具体的实现方案是：在头戴显示器的面部安装环境感知传感器(感知环境参数的变化)，该模块能够有效地、实时地采集环境信息，并且在使用中能够基本保证不受其他因素的影响(如用户的操作行为)，采集得来的环境信息立即传入头戴显示器的控制处理模块，该模块对当前的环境信息进行融合处理后产生相应的控制命令给图像处理模块和像源芯片，进而调节图像和显示器的各项参数。上述模式是一种参数自适应控制的调节模式，该头戴显示器还支持用户手动调节模式(即一般模式)，该模式只有通过用户手动调节按键或旋钮来改变头戴显示器的各项参数，在这种模式下为降低头戴显示器的整体功耗，环境感知模块应被关掉。在使用头戴显示器时可根据用户的需求在这两种模式之间进行切换，以满足用户在各种使用环境下的要求。

在头戴显示器的参数自适应控制模式中，由于不同的用户对头戴显示器的显示效果有不同的要求(人眼具有差异性)，用户可针对眼睛的对显示装置的适应情况对某些参数进行设置，最大的满足在环境变换时用户眼睛对显示参数要求的调节幅度。整个过程通过头戴显示器的用户交互模块、环境感知模块、系统控制模块、图像处理模块等部分来实现。用户结合自己对环境信息的适应程度通过用户交互模块调节相应的控制参数，该参数能够在环境变化时影响到头戴显示器参数调节的方向和幅度。

该头戴显示器采用一种新型的模块组成和接口结构，其主要的功能模块包括：视频接收模块(有线和无线两种方式)、视频转换模块、视频处理模块(DSP、FPGA模块等)、系统控制模块(MCU模块等)、环境感知模块、电源模块、接口部分、OLED/Lcos等微型显示模块等，如图1所示。其相应的接口包括：多种视频格式接口(如PAL、VGA、HDMI、DVI等)、用户交互接口、系统控制接口(与上位机相连)、电源接口等。所述头戴显示器可支持有线和无线的视频数据传输，无线视频传输模块可采用近距离高带宽的无线传输技术如(WUSB、WIFI等)；所述头戴显示器可接收多种格式的视频信号(如PAL、VGA、HDMI、DVI等)，视频信号进入头戴显示器后立即通过视频转换模块进行视频格式转换，将其他格式的视频信号转换为微显器件支持的视频格式信号；所述头戴显示器可通过视频处理模块对视频信号进行相应的处理(如图像压缩/解压、数字滤波去噪等)；所述头戴显示器支持用户调节显示参数，用户可通过用户交互模块的按键或旋钮对头戴显示器的显示参数进行相应的调节。该头戴显示器也支持上位机对其的控制和调节，上位机通过头戴显示器的系统控制接口和其相连，系统控制接口可用I2C/SPI/GPIO等控制信号线组成。所述头戴显示器支持两种供电方式，一种是外部适配器直接供电，第二种是头戴显示器内部电池供电。其中在第一种供电方式中，不仅可以给系统供电同时可以给头戴显示器电池充电。在第二种供电方式中，头戴显示器可主动进入低功耗模式，该模式主要是通过降低显示亮度、关掉不用的功能模块等方法来实现低功耗，以延长头戴显示器的工作时间。

Claims

1.一种新型头戴显示器的驱动控制结构，其特征是：该所述头戴显示器支持多种显示参数调节，如显示器亮度、对比度，及视透型头戴显示器的视透率参数等，并且这些参数的调节可通过两种途径来完成：一是通过人工按键或旋钮来控制调节；二是引入多种传感反馈通过处理器处理后自动进行相关参数调节。该头戴显示器的主要模块包括：OLED/Lcos等微型显示模块、图像处理模块(DSP模块、FPGA模块等)、系统控制模块(MCU模块等)、环境监测感知模块、电源模块、接口部分等。

2.根据权利要求1所述头戴显示器，其中显示参数调节控制的第一种模式，该模式是基于人工调节的一种方法，用户佩戴头戴显示器后根据自身对显示效果的需求，主动通过按键或旋钮来调节显示参数，整个过程通过头戴显示器的系统控制模块来实现。

3.根据权利要求1所述头戴显示器，其中显示参数调节控制的第二种模式，该模式是基于环境感知反馈的一种自适应调节方法，通过在头戴显示器上安装环境感知传感器来感知环境的变化(如用光敏传感器来感知环境光线强度变化等)，并根据环境的变化来适时的调节头戴显示器的各种显示参数，最大的满足用户对头戴显示器的舒适度、清晰度等方面的需求。整个过程通过头戴显示器的环境感知模块、系统控制模块、图像处理模块等部分来实现。环境感知模块实时的将环境参数传递给系统控制模块，系统控制模块分析环境参数后将相应的控制处理信号传递给图像处理模块和微显模块。

4.根据权利要求1所述头戴显示器，其中显示参数调节控制的第二种模式，由于不同的用户对头戴显示器的显示效果有不同的要求(人眼具有差异性)，该模式支持适合人眼的自动调节设置功能，用户在开启自适应调节模式时，可针对眼睛的对显示装置的适应情况对某些参数进行设置，最大的满足在环境变换时用户眼睛对显示参数要求的调节幅度。整个过程通过头戴显示器的环境感知模块、系统控制模块、图像处理模块等部分来实现。环境感知模块实时的将环境参数传递给系统控制模块，系统控制模块分析环境参数后将相应的控制处理信号传递给图像处理模块和微显模块。

5.一种头戴显示器的新型模块组成和接口结构，所述头戴显示器的主要功能模块包括：视频接收模块(有线和无线两种方式)、视频转换模块、视频处理模块(DSP模块、FPGA模块等)、系统控制模块(MCU模块等)、环境监测感知模块、电源模块、接口部分、OLED/Lcos等微型显示模块等。其相应的借口包括：多种视频格式接口(如PAL、VGA、HDMI、DVI等)、用户交互接口、系统控制接口(与上位机相连)、电源接口等。

6.根据权利要求5所述的头戴显示器的模块和接口组成，其在视频传输和处理方面的特征是：所述头戴显示器可支持有线和无线的视频数据传输，无线视频传输模块可采用近距离高带宽的无线传输技术如(WUSB、WIFI等)；所述头戴显示器可接收多种格式的视频信号(如PAL、VGA、HDMI、DVI等)，视频信号进入头戴显示器后立即通过视频转换模块进行视频格式转换，将其他格式的视频信号转换为微显器件支持的视频格式信号；所述头戴显示器可通过视频处理模块对视频信号进行相应的处理(如图像压缩/解压、数字滤波去噪等)；

7.根据权利要求5所述的头戴显示器的模块和接口组成，其在用户交互和系统控制方面的特征是：所述头戴显示器支持用户调节显示参数，用户可通过用户接口模块的按键或旋钮对头戴显示器的显示参数进行相应的调节。该头戴显示器也支持上位机对其的控制和调节，上位机通过头戴显示器的系统控制接口和其相连，系统控制接口可用I2C/SPI/GPIO等控制信号线组成。

8.根据权利要求5所述的头戴显示器的模块和接口组成，其在电源管理方面的特征是：所述头戴显示器支持两种供电方式，一种是外部适配器直接供电，第二种是头戴显示器内部电池供电。其中在第一种供电方式中，不仅可以给系统供电同时可以给头戴显示器电池充电。在第二种供电方式中，头戴显示器可主动进入低功耗模式，该模式主要是通过降低显示亮度、关掉不用的功能模块等方法来实现低功耗，以延长头戴显示器的工作时间。

9.根据权利要求5所述的头戴显示器的模块和接口组成，其在环境感知方面的特征是：所述头戴显示器支持对其使用环境的感知功能，通过在头戴显示器上配置各种传感器来收集环境信息，并适时的传递给系统控制模块，系统控制模块融合环境和头戴显示器当前的信息后，产生相应的控制信号调整头戴显示器的各项参数。