CN104345454B - 头戴式视觉辅助系统及其成像方法 - Google Patents

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Abstract

一种头戴式视觉辅助系统及其成像方法。头戴式视觉辅助系统包括分光镜、投射光源、影像感测器、计算装置、控制装置及眼镜架。投射光源经分光镜投射出辅助信息。影像感测器撷取眼球影像。计算装置根据眼球影像计算物距及观看方向。控制装置根据物距控制投射光源调整辅助信息的成像位置，并根据观看方向控制投射光源调整投射光线角度及分光镜的角度。眼镜架承载投射光源、分光镜、影像感测器、计算装置及控制装置。

Description

头戴式视觉辅助系统及其成像方法
技术领域
本发明是有关于一种电子装置，且特别是有关于一种头戴式视觉辅助系统及其成像方法。
背景技术
随着科技日新月异，人们对于信息的吸收也日渐增加。一般常见的多媒体播放装置、网络通讯装置及计算机装置等都是搭配CRT或LCD显示器来显示影像加。但是其所能显示的影像像素及大小，是受限于显示器的尺寸大小及其效能。目前传统的CRT或LCD显示器，皆无法兼顾尺寸及携带轻便的需求。为解决上述问题，市场上推出一种头戴式显示器(Head-MountedDisplay，HMD)。头戴式显示器是在左右眼睛前方各放置有一小型映像管或是液晶显示器。头戴式显示器例如是利用两眼视差的三维效果，将各别映像管或是液晶显示器所输出的影像经过分光镜投射至使用者的视网膜。
然而，在传统头戴式显示器(如googleglasses)中，眼睛的对焦需同时考虑所正看到的现实世界中的对象以及辅助信息。若是正想看的物体与呈现的辅助信息不在同一成像平面上，则眼睛为了能看清楚现实对象及辅助信息，必须不断调节水晶体以变更焦距适应不同物距的两个想看清楚的部分。如此一来，容易造成使用者的眼球疲劳而感到不适。
发明内容
本发明是有关于一种头戴式视觉辅助系统及其成像方法。
根据本发明，提出一种头戴式视觉辅助系统。头戴式视觉辅助系统包括分光镜、投射光源、影像感测器、计算装置、控制装置及眼镜架。投射光源经分光镜投射出辅助信息。影像感测器撷取眼球影像。计算装置根据眼球影像计算物距及观看方向。控制装置根据物距控制投射光源调整辅助信息的成像位置，并根据观看方向控制投射光源调整投射光线角度及分光镜的角度。眼镜架承载投射光源、分光镜、影像感测器、计算装置及控制装置。
根据本发明，提出一种头戴式视觉辅助系统的成像方法。头戴式视觉辅助系统的成像方法，包括：经由影像感测器撷取眼球影像；根据眼球影像计算物距及观看方向；以及根据物距控制投射光源调整辅助信息的成像位置，并根据观看方向控制投射光源调整投射光线角度及分光镜的角度。
为了对本发明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1绘示为依照第一实施例的一种头戴式视觉辅助系统的外观示意图。
图2绘示为依照第一实施例的一种头戴式视觉辅助系统的方块图。
图3绘示为依照第一实施例的一种头戴式视觉辅助系统的成像方法的流程图。
图4绘示为依照第二实施例的一种头戴式视觉辅助系统的外观示意图。
图5绘示为依照第二实施例的一种头戴式视觉辅助系统的成像方法的流程图。
图6绘示为依照第三实施例的一种头戴式视觉辅助系统的外观示意图。
图7绘示为依照第三实施例的一种头戴式视觉辅助系统的方块图。
图8绘示为依照第三实施例的一种头戴式视觉辅助系统的成像方法的流程图。
[标号说明]
1、3、4：头戴式视觉辅助系统11：投射光源
12：分光镜13a、13b：影像感测器
14：计算装置15：控制装置
16：眼镜架21～27、81～85：步骤
S1：眼球影像S2：物距
S3：观看方向S4：辅助信息
S5：右眼眼球影像S6：左眼眼球影像
具体实施方式
第一实施例
请同时参照图1及图2，图1绘示为依照第一实施例的一种头戴式视觉辅助系统的外观示意图，图2绘示为依照第一实施例的一种头戴式视觉辅助系统的方块图。头戴式视觉辅助系统1包括投射光源11、分光镜(BeamSplitter)12、影像感测器13a、计算装置14、控制装置15及眼镜架16。投射光源11经分光镜12投射辅助信息S4，辅助信息S4例如为使用者所观看的对象的辅助说明文字或图样。
影像感测器13a撷取眼球影像S1。影像感测器13a可以设置于眼镜架16的左边内侧、右边内侧或中央内侧。为方便说明起见，图1绘示的影像感测器13a是以设置于眼镜架16的左边内侧为例说明。影像感测器13a例如是红外线影像感测器，且头戴式视觉辅助系统1还可还包括一红外线辅助光源。红外线辅助光源提供红外线光线以辅助红外线影像感测器撷取眼球影像S1。当眼球影像S1不够清晰时，可通过增强红外线光线以提高眼球影像S1的清晰度。
计算装置14例如为中央处理器或集成电路，且计算装置14根据眼球影像S1计算物距S2及观看方向S3。物距S2是指使用者与其所观看对象之间的距离，而观看方向S3是指使用者观看对象的方向。控制装置15根据物距S2控制投射光源11调整辅助信息的成像位置，并根据观看方向S3控制投射光源11调整一投射光线角度及分光镜12的角度。眼镜架16承载投射光源11、分光镜12、影像感测器13a、计算装置14及控制装置15。
请同时参照图2及图3，图3绘示为依照第一实施例的一种头戴式视觉辅助系统的成像方法的流程图。头戴式视觉辅助系统1的成像方法包括如下步骤：首先如步骤21所示，影像感测器13a撷取眼球影像S1。接着如步骤22所示，计算装置14将眼球影像S1进行透视校正(PerspectiveCorrection)以产生眼球正向影像及眼球侧向影像。跟着如步骤23所示，计算装置14分别根据眼球正向影像及眼球侧向影像取得瞳孔位置及眼球曲光程度。然后如步骤24所示，计算装置14根据瞳孔位置及眼球曲光程度计算物距S2及观看方向S3。接着如步骤25所示，控制装置15根据物距S2控制投射光源11调整辅助信息S4的成像位置，并根据观看方向S3控制投射光源11调整一投射光线角度及分光镜12的角度。
前述辅助信息S4的成像位置可随实际物距弹性地调整，且投射光线角度及分光镜12的角度可随观看方向S3而适当地调整。如此一来，将能减少使用者的眼球疲劳而提高观看时的舒适度。
第二实施例
请同时参照图1、图4及图5，图4绘示为依照第二实施例的一种头戴式视觉辅助系统的外观示意图，图5绘示为依照第二实施例的一种头戴式视觉辅助系统的成像方法的流程图。头戴式视觉辅助系统3与头戴式视觉辅助系统1主要不同之处在于头戴式视觉辅助系统3的影像感测器13a是设置于眼镜架16的中央内侧。头戴式视觉辅助系统3的影像感测器13a所撷取的眼球影像S1需包括左眼眼球及右眼眼球，因此需搭配一广角镜片(Wide-AngleLens)。为避免眼球影像S1失真，头戴式视觉辅助系统3的成像方法需将所撷取的眼球影像S1先进行一广角镜校正(Wide-AngleLensCorrection)。
头戴式视觉辅助系统3的成像方法包括如下步骤：首先如步骤21所示，影像感测器13a撷取眼球影像S1。接着如步骤26所示，将眼球影像S1进行广角镜校正以产生广角校正影像。跟着如步骤23所示，计算装置14将广角校正影像进行透视校正(PerspectiveCorrection)以产生眼球正向影像及眼球侧向影像。跟着如步骤23所示，计算装置14分别根据眼球正向影像及眼球侧向影像取得瞳孔位置及眼球曲光程度。然后如步骤24所示，计算装置14根据瞳孔位置及眼球曲光程度计算物距S2及观看方向S3。接着如步骤25所示，控制装置15根据物距S2控制投射光源11调整辅助信息S4的成像位置，并根据观看方向S3控制投射光源11调整一投射光线角度及分光镜12的角度。
第三实施例
请同时参照图1、图6、图7及图8，图6绘示为依照第三实施例的一种头戴式视觉辅助系统的外观示意图，图7绘示为依照第三实施例的一种头戴式视觉辅助系统的方块图，图8绘示为依照第三实施例的一种头戴式视觉辅助系统的成像方法的流程图。头戴式视觉辅助系统4与头戴式视觉辅助系统1主要不同之处在于头戴式视觉辅助系统3还包括影像感测器13b。影像感测器13a是以设置于眼镜架16的左边内侧，而影像感测器13b是以设置于眼镜架16的右边内侧。
头戴式视觉辅助系统4的成像方法包括如下步骤：首先如步骤81所示，影像感测器13a撷取左眼眼球影像S6，且影像感测器13b撷取右眼眼球影像S5。接着如步骤82所示，计算装置14将左眼眼球影像S6进行透视校正以产生左眼眼球正向影像及左眼眼球侧向影像，且计算装置14将右眼眼球影S5像进行透视校正以产生右眼眼球正向影像及右眼眼球侧向影像。跟着如步骤83所示，计算装置14分别根据左眼眼球正向影像及左眼眼球侧向影像取得左眼瞳孔位置及左眼眼球曲光程度，分别根据右眼眼球正向影像及右眼眼球侧向影像取得右眼瞳孔位置及右眼眼球曲光程度。然后如步骤84所示，计算装置14根据左眼瞳孔位置、左眼眼球曲光程度、右眼瞳孔位置及右眼眼球曲光程度计算物距S2及观看方向S3。接着如步骤85所示，控制装置15根据物距S2控制投射光源11调整辅助信息S4的成像位置，并根据观看方向S3控制投射光源11调整投射光线角度及分光镜12的角度。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (20)

1.一种头戴式视觉辅助系统，包括：
一分光镜；
一投射光源，用以经该分光镜投射出一辅助信息；
一第一影像感测器，用以撷取一第一眼球影像；
一计算装置，用以根据该第一眼球影像计算一物距及一观看方向；以及
一控制装置，用以根据该物距控制该投射光源调整该辅助信息的一成像位置，并根据该观看方向控制该投射光源调整一投射光线角度及该分光镜的角度；
一眼镜架，用以承载该投射光源、该分光镜、该第一影像感测器、该计算装置及该控制装置。
2.根据权利要求1所述的头戴式视觉辅助系统，其中该第一影像感测器为一红外线影像感测器。
3.根据权利要求2所述的头戴式视觉辅助系统，还包括：
一红外线辅助光源，用以提供一红外线光线以辅助该红外线影像感测器撷取该第一眼球影像。
4.根据权利要求1所述的头戴式视觉辅助系统，其中该第一影像感测器是设置于该眼镜架的左边内侧。
5.根据权利要求1所述的头戴式视觉辅助系统，其中该第一影像感测器是设置于该眼镜架的右边内侧。
6.根据权利要求1所述的头戴式视觉辅助系统，其中该第一影像感测器是设置于该眼镜架的中央内侧。
7.根据权利要求1所述的头戴式视觉辅助系统，其中该计算装置将该第一眼球影像进行一透视校正以产生一第一眼球正向影像及一第一眼球侧向影像，并分别根据该第一眼球正向影像及该第一眼球侧向影像取得一第一瞳孔位置及一第一眼球曲光程度，该计算装置根据该第一瞳孔位置及该第一眼球曲光程度计算该物距及该观看方向。
8.根据权利要求1所述的头戴式视觉辅助系统，还包括：
一第二影像感测器，用以撷取一第二眼球影像；
其中，该计算装置根据该第一眼球影像及该第二眼球影像计算该物距及该观看方向。
9.根据权利要求8所述的头戴式视觉辅助系统，其中该计算装置将该第一眼球影像进行一透视校正以产生一第一眼球正向影像及一第一眼球侧向影像，并分别根据该第一眼球正向影像及该第一眼球侧向影像取得一第一瞳孔位置及一第一眼球曲光程度，该计算装置将该第二眼球影像进行该透视校正以产生一第二眼球正向影像及一第二眼球侧向影像，并分别根据该第二眼球正向影像及该第二眼球侧向影像取得一第二瞳孔位置及一第二眼球曲光程度，该计算装置根据该第一瞳孔位置、该第二瞳孔位置、该第一眼球曲光程度及该第二眼球曲光程度计算该物距及该观看方向。
10.根据权利要求1所述的头戴式视觉辅助系统，其中该计算装置将第一眼球影像进行一广角镜校正以输出一广角校正影像，并将该广角校正影像进行一透视校正以产生一第一眼球正向影像及一第一眼球侧向影像，并分别根据该第一眼球正向影像及该第一眼球侧向影像取得一第一瞳孔位置及一第一眼球曲光程度，该计算装置根据该第一瞳孔位置及该第一眼球曲光程度计算该物距及该观看方向。
11.一种头戴式视觉辅助系统的成像方法，包括：
经由一第一影像感测器撷取一第一眼球影像；
根据该第一眼球影像计算一物距及一观看方向；以及
根据该物距控制一投射光源调整一辅助信息的一成像位置，并根据该观看方向控制该投射光源调整一投射光线角度及一分光镜的角度。
12.根据权利要求11所述的成像方法，其中该第一影像感测器为一红外线影像感测器。
13.根据权利要求12所述的成像方法，还包括：
提供一红外线光线以辅助该红外线影像感测器撷取该第一眼球影像。
14.根据权利要求11所述的成像方法，其中该第一影像感测器是设置于一眼镜架的左边内侧。
15.根据权利要求11所述的成像方法，其中该第一影像感测器是设置于一眼镜架的右边内侧。
16.根据权利要求11所述的成像方法，其中该第一影像感测器是设置于一眼镜架的中央内侧。
17.根据权利要求11所述的成像方法，其中，根据该第一眼球影像计算一物距及一观看方向包括：
将该第一眼球影像进行一透视校正以产生一第一眼球正向影像及一第一眼球侧向影像；
分别根据该第一眼球正向影像及该第一眼球侧向影像取得一第一瞳孔位置及一第一眼球曲光程度；以及
根据该第一瞳孔位置及该第一眼球曲光程度计算该物距及该观看方向。
18.根据权利要求11所述的成像方法，还包括：
经由一第二影像感测器撷取一第二眼球影像；
其中，根据该第一眼球影像计算一物距及一观看方向为：根据该第一眼球影像及该第二眼球影像计算该物距及该观看方向。
19.根据权利要求18所述的成像方法，其中，根据该第一眼球影像及该第二眼球影像计算该物距及该观看方向包括：
将该第一眼球影像进行一透视校正以产生一第一眼球正向影像及一第一眼球侧向影像；
将该第二眼球影像进行该透视校正以产生一第二眼球正向影像及一第二眼球侧向影像；
分别根据该第一眼球正向影像及该第一眼球侧向影像取得一第一瞳孔位置及一第一眼球曲光程度；
分别根据该第二眼球正向影像及该第二眼球侧向影像取得一第二瞳孔位置及一第二眼球曲光程度；以及
根据该第一瞳孔位置、该第二瞳孔位置、该第一眼球曲光程度及该第二眼球曲光程度计算该物距及该观看方向。
20.根据权利要求11所述的成像方法，其中，根据该第一眼球影像计算一物距及一观看方向包括：
将第一眼球影像进行一广角镜校正以输出一广角校正影像；
将该广角校正影像进行一透视校正以产生一第一眼球正向影像及一第一眼球侧向影像；
分别根据该第一眼球正向影像及该第一眼球侧向影像取得一第一瞳孔位置及一第一眼球曲光程度；以及
根据该第一瞳孔位置及该第一眼球曲光程度计算该物距及该观看方向。
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