CN104657648A - 头戴式显示装置及其登录方法 - Google Patents
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Abstract
一种头戴式显示装置及其登录方法。头戴式显示装置包括影像提取装置、微投影机、特殊应用集成电路及应用处理器。影像提取装置提取第一眼球影像及对应轨迹图样提取第二眼球影像。特殊应用集成电路判断第一眼球影像是否通过虹膜辨识。当第一眼球影像通过虹膜辨识，应用处理器控制微投影机投影轨迹图样，并根据第二眼球影像产生瞳孔轨迹。应用处理器判断瞳孔轨迹是否与轨迹图样相符。当瞳孔轨迹与轨迹图样相符，应用处理器允许一登录请求。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子装置，且特别涉及一种头戴式显示装置及其登录方法。
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、网络通信装置及计算机装置等都搭配CRT或LCD显示器来显示影像。但是其所能显示的影像像素及大小，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装置(Head-Mounted Display，HMD)。头戴式显示装置在左右眼睛前方各放置有一小型显像管或是液晶显示器。头戴式显示装置例如是利用两眼视差的立体效果，将各别显像管或是液晶显示器所输出的影像经过分光镜(Beam Splitter)投射至使用者的视网膜。
头戴式显示装置在开机时需要输入密码来辨识使用者身份。但是头戴式显示装置并无键盘等输入装置让使用者键入密码。另一种辨识使用者身份的方式是输入语音密码。然而，语音密码易受使用者身体状况及背景噪声干扰，所以辨识准确度不高。此外，语音密码易受有心人士盗录，而无法正确地验证使用者身份。
发明内容
本发明涉及一种头戴式显示装置及其登录方法。
根据本发明，提出一种头戴式显示装置的登录方法。头戴式显示装置的登录方法包括：经由影像提取装置提取第一眼球影像；判断第一眼球影像是否通过虹膜辨识；当第一眼球影像通过虹膜辨识，控制微投影机投影轨迹图样；经由影像提取装置对应轨迹图样提取第二眼球影像；根据第二眼球影像产生瞳孔轨迹；判断瞳孔轨迹是否与轨迹图样相符；以及当瞳孔轨迹与轨迹图样相符，允许一登录请求。
根据本发明，提出一种头戴式显示装置。头戴式显示装置包括影像提取装置、微投影机、特殊应用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）及应用处理器。影像提取装置提取第一眼球影像及对应轨迹图样提取第二眼球影像。特殊应用集成电路判断第一眼球影像是否通过虹膜辨识。当第一眼球影像通过虹膜辨识，应用处理器控制微投影机投影轨迹图样，并根据第二眼球影像产生瞳孔轨迹。应用处理器判断瞳孔轨迹是否与轨迹图样相符。当瞳孔轨迹与轨迹图样相符，应用处理器允许一登录请求。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举优选实施例，并配合附图，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显示装置的方块图。
图2 绘示为依照第一实施例的一种头戴式显示装置的登录方法的流程图。
图3 绘示为第一种轨迹图样的示意图。
图4 绘示为第二种轨迹图样的示意图。
图5 绘示为直线轨迹图样的示意图。
图6 绘示为影像提取装置位于眼球上方的原始瞳孔轨迹的示意图。
图7 绘示为影像提取装置位于眼球下方的原始瞳孔轨迹的示意图。
图8 绘示为依照第一实施例的头戴式显示装置的第一种外观示意图。
图9 绘示为依照第一实施例的头戴式显示装置的第二种外观示意图。
图10 绘示为依照第一实施例的头戴式显示装置的第三种外观示意图。
图11 绘示为依照第一实施例的头戴式显示装置的第四种外观示意图。
图12 绘示为依照第二实施例的一种头戴式显示装置的方块图。
图13 绘示为依照第二实施例的头戴式显示装置的第一种外观示意图。
图14 绘示为依照第二实施例的头戴式显示装置的第二种外观示意图。
【符号说明】
1、3：头戴式显示装置
10：眼镜架
11a、11b：影像提取装置
12：微投影机
13：特殊应用集成电路
14：应用处理器
15a、15b、16a、16b：辅助光源
51：直线轨迹图样
52、53：原始瞳孔轨迹
201～208：步骤
A：起始点
B：凝视点
C：终点
具体实施方式
第一实施例
请参照图1，图1绘示为依照第一实施例的一种头戴式显示装置的方块图。头戴式显示装置1包括影像提取装置11a、微投影机12、特殊应用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）13、应用处理器14、辅助光源15a及辅助光源16a。影像提取装置11a经由移动产业处理器接口(Mobile Interface Processor Interface，MIPI)或并行式接口(Parallel I/F)与特殊应用集成电路13沟通。特殊应用集成电路13经由通用输入输出(GeneralPurpose Input Output，GPIO)接口开启或关闭辅助光源15a及辅助光源16a。应用处理器14经由显示接口控制微投影机12。应用处理器14经由通用序列总线(Universal Serial Bus，USB)与特殊应用集成电路13沟通。辅助光源15a及辅助光源16a的种类不相同。举例来说，辅助光源15a为白光发光二极管，而辅助光源16a为红外线发光二极管。或者，辅助光源15a为红外线发光二极管，而第二辅助光源为16a为白光发光二极管。当头戴式显示装置1配置红外线发光二极管及白光发光二极管将有助于降低错误拒绝率(FalseRejection Rate，FRR)。错误拒绝率表示应该辨识通过的却没通过的比率。
请同时参照图1及图2，图2绘示为依照第一实施例的一种头戴式显示装置的登录方法的流程图。头戴式显示装置1的登录方法包括如下步骤：首先如步骤201所示，影像提取装置11a提取使用者的第一眼球影像。接着如步骤202所示，特殊应用集成电路13判断第一眼球影像是否通过虹膜辨识。当第一眼球影像未通过虹膜辨识则执行步骤208。如步骤208所示，特殊应用集成电路13切换辅助光源。举例来说，特殊应用集成电路13将原先开启的辅助光源15a关闭，并将原先关闭的辅助光源16a开启。或者，特殊应用集成电路13将原先开启的辅助光源16a关闭，并将原先关闭的辅助光源15a开启。接着重复执行步骤201及202。虹膜的特征点可高达240个，因此于辨识使用者身份而言，其准确度极高。
当第一眼球影像通过虹膜辨识，特殊应用集成电路13将辨识结果输出至应用处理器14，并执行步骤203。如步骤203所示，应用处理器14控制微投影机12投影轨迹图样。使用者的眼睛注视点随轨迹图样移动，接着如步骤204所示，影像提取装置11a对应轨迹图样提取第二眼球影像。跟着如步骤205所示，特殊应用集成电路13根据第二眼球影像产生瞳孔轨迹。特殊应用集成电路13例如先检测各第二眼球影像的瞳孔大小，再计算各瞳孔大小的瞳孔中心点。特殊应用集成电路13计算瞳孔中心点分别在第二眼球影像的瞳孔坐标，并根据瞳孔坐标产生瞳孔轨迹。然后如步骤206所示，应用处理器14判断瞳孔轨迹是否与轨迹图样相符。当瞳孔轨迹与轨迹图样相符，则执行步骤207。如步骤207所示，应用处理器14允许使用者的登录请求。
需说明的是，影像提取装置11a提取第一眼球影像或第二眼球影像后，特殊应用集成电路13还能进一步先对第一眼球影像或第二眼球影像先进行影像处理再执行虹膜辨识或产生瞳孔轨迹。前述影像处理例如包括如下步骤：首先，特殊应用集成电路13将第一眼球影像进行透视校正以产生眼球正向影像。特殊应用集成电路13根据眼球正向影像能更方便地取得眼球及瞳孔位置，并能修正原先因投影所造成的失真。接着，特殊应用集成电路13进行眼球检测，以避免眼球影像提取装置13提取到使用者眨眼时的影像而造成分析误判。跟着，特殊应用集成电路13去除眼球正向影像的噪声并排除睫毛和阴影的干扰。然后，特殊应用集成电路13进行影像强化。影像强化例如为强化影像中虹膜的纹理。上述说明虽以第一眼球影像例如说明，但不局限于此，第二眼球影像也可适用前述影像处理流程。
请同时参照图1、图3及图4，图3绘示为第一种轨迹图样的示意图，图4绘示为第二种轨迹图样的示意图。轨迹图样包括起始点A、凝视点B及终点C。凝视点B位于起始点A与终点C之间。轨迹图样指示使用者将眼睛注视点由起始点A向凝视点B移动，并在凝视点B停留一预设时间后，再向终点C移动。举例来说，预设时间例如为0.5秒。第二眼球影像包括对应凝视点B的凝视影像。当眼睛注视点停留凝视点B时，特殊应用集成电路13判断凝视影像是否通过虹膜辨识。当凝视影像通过虹膜辨识，轨迹图样再指示眼睛注视点向终点C移动。在使用者移动眼睛注视点的过程再次进行虹膜辨识，能有效地杜绝他人以眼睛照片恶意登录头戴式显示装置1的行为。
请参照图1、图5、图6及图7，图5绘示为直线轨迹图样的示意图，图6绘示为影像提取装置位于眼球上方的原始瞳孔轨迹的示意图，图7绘示为影像提取装置位于眼球下方的原始瞳孔轨迹的示意图。由于使用者的眼球本身为一个球体，因此当影像提取装置11a的取像角度与眼球形成角度差时，虽然使用者的瞳孔沿直线移动，但经由影像提取装置11a提取的第二眼球影像所产生的瞳孔轨迹却不是直线。以图6为例，当影像提取装置11a位于眼球上方时，经由影像提取装置11a提取的第二眼球影像所产生的原始瞳孔轨迹52则非线性。头戴式显示装置1能在校正模式下进行校正以取得校正参数，后续当头戴式显示装置1执行登录方法时，即能根据校正参数修正瞳孔轨迹。
进一步来说，应用处理器14在校正模式下，控制微投影机12投影直线轨迹图样51。影像提取装置11a对应直线轨迹图样51提取第三眼球影像。特殊应用集成电路13根据第三眼球影像产生原始瞳孔轨迹52，并根据原始瞳孔轨迹52、影像提取装置11a的位置、眼球位置及理想直线轨迹图样51进行校正以产生校正参数。前述校正例如包括水平方向及垂直方向的轨迹校正。相似地，当影像提取装置11a位于眼球下方时，应用处理器14所产生的原始瞳孔轨迹53将如图7绘示且非线性。在校正模式下，特殊应用集成电路13根据第三眼球影像产生原始瞳孔轨迹53，并根据原始瞳孔轨迹53、影像提取装置11a的位置、眼球位置及理想直线轨迹图样51进行校正以产生校正参数。垂直方向的轨迹校正概念亦同，在此不另行赘述。
请参照图8，图8绘示为依照第一实施例的头戴式显示装置的第一种外观示意图。在图8绘示中，辅助光源15a为白光发光二极管，且辅助光源16a为红外线发光二极管。影像提取装置11a及辅助光源16a设置于眼镜架的镜框右上角，且辅助光源15a设置于眼镜架的镜框右下角。影像提取装置11a的光轴与辅助光源16a的光轴平行，且辅助光源16a的光轴与辅助光源15a的光轴形成一夹角。当眼球影像提取装置11a的光轴与辅助光源16a的光轴平行时，会因为辅助光源16a所发出的辅助光源被视网膜反射而形成亮瞳效应。亮瞳效应可降低睫毛或阴影的干扰，且有助于低环境亮度下的瞳孔检测。此外，亮瞳效应有助于检测有蓝色或灰色眼睛的使用者。
请参照图9，图9绘示为依照第一实施例的头戴式显示装置的第二种外观示意图。在图9绘示中，辅助光源15a为白光发光二极管，且辅助光源16a为红外线发光二极管。影像提取装置11a及辅助光源15a设置于眼镜架的镜框右上角，且辅助光源16a设置于眼镜架的镜框右下角。影像提取装置11a的光轴与辅助光源15a的光轴平行，且辅助光源15a的光轴与辅助光源16a的光轴形成一夹角。当眼球影像提取装置11a的光轴与辅助光源16a的光轴形成一夹角，瞳孔上反射的光源无法进入眼球影像提取装置11a而形成暗瞳效应。暗瞳效应有助于高环境亮度下或有自然光时的瞳孔检测。此外，暗瞳效应有助于检测有深色眼睛的使用者。除此之外，在其他实施例的头戴式显示装置可还包括另一辅助光源，且此另一辅助光源为红外线发光二极管。影像提取装置11a的光轴与此另一辅助光源的光轴平行。如此一来，特殊应用集成电路16可视环境条件选择开启辅助光源16a或此另一辅助光源，以选择配合亮瞳效应或暗瞳效应来检测使用者的瞳孔。
请参照图10，图10绘示为依照第一实施例的头戴式显示装置的第三种外观示意图。在图10绘示中，辅助光源15a为白光发光二极管，且辅助光源16a为红外线发光二极管。影像提取装置11a及辅助光源16a设置于眼镜架的镜框左下角，且辅助光源15a设置于眼镜架的镜框左上角。影像提取装置11a的光轴与辅助光源16a的光轴平行，且辅助光源16a的光轴与辅助光源15a的光轴形成一夹角。当眼球影像提取装置11a的光轴与辅助光源16a的光轴平行时，会因为辅助光源16a所发出的辅助光源被视网膜反射而形成亮瞳效应。亮瞳效应可降低睫毛或阴影的干扰，且有助于低环境亮度下的瞳孔检测。此外，亮瞳效应有助于检测有蓝色或灰色眼睛的使用者。
请参照图11，图11绘示为依照第一实施例的头戴式显示装置的第四种外观示意图。在图11绘示中，辅助光源15a为白光发光二极管，且辅助光源16a为红外线发光二极管。影像提取装置11a及辅助光源15a设置于眼镜架的镜框左下角，且辅助光源16a设置于眼镜架的镜框左上角。影像提取装置11a的光轴与辅助光源15a的光轴平行，且辅助光源15a的光轴与辅助光源16a的光轴形成一夹角。当眼球影像提取装置11a的光轴与辅助光源16a的光轴形成一夹角，瞳孔上反射的光源无法进入眼球影像提取装置11a而形成暗瞳效应。暗瞳效应有助于高环境亮度下或有自然光时的瞳孔检测。此外，暗瞳效应有助于检测有深色眼睛的使用者。
第二实施例
请参照图12，图12绘示为依照第二实施例的一种头戴式显示装置的方块图。头戴式显示装置3除影像提取装置11a、微投影机12、特殊应用集成电路13、应用处理器14、辅助光源15a及辅助光源16a外，还包括影像提取装置11b、辅助光源15b及辅助光源16b。影像提取装置11b经由移动产业处理器接口(Mobile Interface Processor Interface，MIPI)或并列式接口(ParallelI/F)与特殊应用集成电路13沟通。特殊应用集成电路13经由通用输入输出(General Purpose Input Output，GPIO)接口开启或关闭辅助光源15b及辅助光源16b。辅助光源15b及辅助光源16b的种类不相同。举例来说，辅助光源15b为白光发光二极管，而辅助光源16b为红外线发光二极管。或者，辅助光源15b为红外线发光二极管，而辅助光源16b为白光发光二极管。当头戴式显示装置3配置影像提取装置11a及影像提取装置11b将有助于降低错误接收率(False Acceptance Rate，FAR)，错误接收率表示原本应该不能通过辨识的却通过了。
请同时参照图8、图12及图13，图13绘示为依照第二实施例的头戴式显示装置的第一种外观示意图。在图13绘示中，辅助光源15a及辅助光源15b为白光发光二极管，且辅助光源16a及辅助光源16b为红外线发光二极管。图13与图8主要不同之处在于影像提取装置11b及辅助光源16b设置于眼镜架的镜框左上角，且辅助光源15b设置于眼镜架的镜框左下角。影像提取装置11b的光轴与辅助光源16b的光轴平行，且辅助光源16b的光轴与辅助光源15b的光轴形成一夹角。
请同时参照图11、图12及图14，图14绘示为依照第二实施例的头戴式显示装置的第二种外观示意图。在图14绘示中，辅助光源15a及辅助光源15b为白光发光二极管，且辅助光源16a及辅助光源16b为红外线发光二极管。图14与图11主要不同之处在于影像提取装置11b及辅助光源15b设置于眼镜架的镜框右下角，且辅助光源16b设置于眼镜架的镜框右上角。影像提取装置11b的光轴与辅助光源15b的光轴平行，且辅助光源15b的光轴与辅助光源16b的光轴形成一夹角。
前述实施例所载的头戴式显示装置及其登录方法仅为举例说明，在其他实施例中头戴式显示装置也可搭配两个以上的红外线发光二极管。如使用两个红外线发光二极管，则两个红外线发光二极管的光轴形成一夹角。此外，在检测使用者的目前瞳孔大小时，并不局限于一次开启一个红外线发光二极管，也可同时开启多个红外线发光二极管。除此之外，实施方式并不局限于红外线发光二极管，也可使用其他种类发光二极管，如白光发光二极管。上述实施例藉由虹膜辨识及瞳孔轨迹检测能验证使用者身份是否合法，以避免他人恶意登录头戴式显示装置。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属领域技术人员，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权利要求书界定范围为准。
Claims (22)
1.一种头戴式显示装置的登录方法，包括：
经由一影像提取装置提取一第一眼球影像；
判断该第一眼球影像是否通过一虹膜辨识；
当该第一眼球影像通过该虹膜辨识，控制一微投影机投影一轨迹图样；
经由该影像提取装置对应该轨迹图样提取多个第二眼球影像；
根据这些第二眼球影像产生一瞳孔轨迹；
判断该瞳孔轨迹是否与该轨迹图样相符；以及
当该瞳孔轨迹与该轨迹图样相符，允许一登录请求。
2.如权利要求1所述的头戴式显示装置的登录方法，其中该轨迹图样包括一起始点、一凝视点及一终点，该凝视点位于该起始点与该终点之间，该轨迹图样指示将一眼睛注视点由该起始点向该凝视点移动，并在该凝视点停留一预设时间后，再向该终点移动。
3.如权利要求2所述的头戴式显示装置的登录方法，其中这些第二眼球影像包括对应该凝视点的一凝视影像，当该眼睛注视点停留该凝视点时，判断该凝视影像是否通过该虹膜辨识，当该凝视影像通过该虹膜辨识，该轨迹图样再指示该眼睛注视点向该终点移动。
4.如权利要求1所述的头戴式显示装置的登录方法，还包括：
当该第一眼球影像未通过该虹膜辨识，将一第一辅助光源关闭并将一第二辅助光源开启，该第二辅助光源与该第一辅助光源的种类不相同。
5.如权利要求4所述的头戴式显示装置的登录方法，其中该第一辅助光源为白光发光二极管，且该第二辅助光源为红外线发光二极管。
6.如权利要求5所述的头戴式显示装置的登录方法，其中该影像提取装置的光轴与该第二辅助光源的光轴平行，该第二辅助光源的光轴与该第一辅助光源的光轴形成一夹角。
7.如权利要求5所述的头戴式显示装置的登录方法，其中该影像提取装置的光轴与该第一辅助光源的光轴平行，该第一辅助光源的光轴与该第二辅助光源的光轴形成一夹角。
8.如权利要求4所述的头戴式显示装置的登录方法，其中该第一辅助光源为红外线发光二极管，且该第二辅助光源为白光发光二极管。
9.如权利要求8所述的头戴式显示装置的登录方法，其中该影像提取装置的光轴与该第二辅助光源的光轴平行，该第二辅助光源的光轴与该第一辅助光源的光轴形成一夹角。
10.如权利要求8所述的头戴式显示装置的登录方法，其中该影像提取装置的光轴与该第一辅助光源的光轴平行，该第一辅助光源的光轴与该第二辅助光源的光轴形成一夹角。
11.如权利要求1所述的头戴式显示装置的登录方法，还包括：
在一校正模式下，控制该微投影机投影一直线轨迹图样；
经由该影像提取装置对应该直线轨迹图样提取多个第三眼球影像；
根据这些第三眼球影像产生一原始瞳孔轨迹；以及
根据该原始瞳孔轨迹、该影像提取装置的位置及一眼球位置进行校正以产生多个校正参数，这些校正参数用以修正该瞳孔轨迹。
12.一种头戴式显示装置，包括：
一影像提取装置，用以提取一第一眼球影像及对应一轨迹图样提取多个第二眼球影像；
一微投影机；
一特殊应用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC），用以判断该第一眼球影像是否通过一虹膜辨识；以及
一应用处理器，用以当该第一眼球影像通过该虹膜辨识，控制该微投影机投影该轨迹图样，并根据这些第二眼球影像产生一瞳孔轨迹，该应用处理器判断该瞳孔轨迹是否与该轨迹图样相符，并当该瞳孔轨迹与该轨迹图样相符，允许一登录请求。
13.如权利要求12所述的头戴式显示装置，其中该轨迹图样包括一起始点、一凝视点及一终点，该凝视点位于该起始点与该终点之间，该轨迹图样指示将一眼睛注视点由该起始点向该凝视点移动，并在该凝视点停留一预设时间后，再向该终点移动。
14.如权利要求13所述的头戴式显示装置，其中这些第二眼球影像包括对应该凝视点的一凝视影像，当该眼睛注视点停留该凝视点时，判断该凝视影像是否通过该虹膜辨识，当该凝视影像通过该虹膜辨识，该轨迹图样再指示该眼睛注视点向该终点移动。
15.如权利要求12所述的头戴式显示装置，还包括：
一第一辅助光源；以及
一第二辅助光源，当该第一眼球影像未通过该虹膜辨识，该特殊应用集成电路关闭该第一辅助光源，且开启该第二辅助光源，该第二辅助光源与该第一辅助光源的种类不相同。
16.如权利要求15所述的头戴式显示装置，其中该第一辅助光源为白光发光二极管，且该第二辅助光源为红外线发光二极管。
17.如权利要求16所述的头戴式显示装置，其中该影像提取装置的光轴与该第二辅助光源的光轴平行，该第二辅助光源的光轴与该第一辅助光源的光轴形成一夹角。
18.如权利要求16所述的头戴式显示装置，其中该影像提取装置的光轴与该第一辅助光源的光轴平行，该第一辅助光源的光轴与该第二辅助光源的光轴形成一夹角。
19.如权利要求15所述的头戴式显示装置，其中该第一辅助光源为红外线发光二极管，且该第二辅助光源为白光发光二极管。
20.如权利要求19所述的头戴式显示装置，其中该影像提取装置的光轴与该第二辅助光源的光轴平行，该第二辅助光源的光轴与该第一辅助光源的光轴形成一夹角。
21.如权利要求19所述的头戴式显示装置，其中该影像提取装置的光轴与该第一辅助光源的光轴平行，该第一辅助光源的光轴与该第二辅助光源的光轴形成一夹角。
22.如权利要求12所述的头戴式显示装置，其中该应用处理器在一校正模式下，控制该微投影机投影一直线轨迹图样，该影像提取装置对应该直线轨迹图样提取多个第三眼球影像，该特殊应用集成电路根据这些第三眼球影像产生一原始瞳孔轨迹，并根据该原始瞳孔轨迹、该影像提取装置的位置及一眼球位置进行校正以产生多个校正参数，这些校正参数用以修正该瞳孔轨迹。
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