CN105487229B - 多通道交互虚拟现实眼镜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多通道交互虚拟现实眼镜，该眼镜包括主体结构和传感器，所述主体结构包括：虚拟现实眼镜体、触摸板、近红外摄像头、数据处理与传输模块、照明光源，所述传感器为脑电检测传感器、近红外光源、环境光检测传感器和其他生理传感器。本发明的多通道交互虚拟现实眼镜能够通过脑电检测传感器检测脑电信号并进行交互控制，能够通过触摸板进行手势的输入，能够实现眼动跟踪技术捕捉到用户眼球的运动，能够通过环境光检测弥补虚拟现实眼镜显示画面与环境光的差异。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术、更具体的，涉及一种多通道交互虚拟现实眼镜。
背景技术
以虚拟现实眼镜为代表的可穿戴式产品开创了全新的消费电子市场。Facebook按20亿美元的天价并购了Oculus，谷歌推出了廉价版虚拟现实眼镜Cardboard，三星内部将Gear glass视为重点项目。微软在2015年1月发布的Hololens将智能眼镜的发展推向了又一个了高潮，该款全息眼镜将现实和虚拟进行结合，并且实现了更优的交互性，它的出现促进了人机交互技术的发展。随着种类丰富的穿戴式产品不断被推出，穿戴式装置市场的规模不断扩大，产业的活跃度得到了极大提升，穿戴式产品很有希望成为继智能平板和智能手机后全球技术产业新的爆发增长点。预计在未来的几年内，智能眼镜将成为穿戴式装置市场里应用最为广泛的产品之一。
对于虚拟现实眼镜来说，现在最大的挑战是如何使人们在实际使用的过程中能很好地与其交互，能否提升交互效率决定了虚拟现实眼镜能否大规模进入消费市场。OculusDK2通过惯性传感器来捕捉头部运动，以及通过放置在眼镜外壳上的红外LED配合上摄像头来检测距离。谷歌的Cardboard的交互实现则是要依赖放置在其中的智能手机来实现。可以看出，目前面向虚拟现实眼镜的交互方式比较单一，还不能使用户人性化地与虚拟现实眼镜进行交互。
现有技术中，采用的主要方案包括以下几种：
(1)Carboard是谷歌推出的廉价虚拟现实眼镜方案，它的主要材料是再生的纸板盒，将智能手机放置于纸板盒内即可得到一个虚拟现实眼镜。打开智能手机上的相应应用，再放入纸板眼镜上的卡槽，用户就可以享受到VR设备的沉浸式体验；
(2)Oculus Rift是一款为电子游戏设计的虚拟现实眼镜。它的像源选用三星Note3分辨率为1920*1080的5.7寸显示屏，配置了加速度传感器、陀螺仪、磁力计等传感器，内置了延迟测量仪，还能通过布置于眼镜外壳上的红外LED来追踪人的位置。Oculus在配置了上述的硬件后，其重量达到了453克。
上述方案主要存在的缺陷有以下几点：
(1)首先，Cardboard只是对手机的显示进行放大处理，其本身并不带有任何传感器，其交互方式的实现完全依赖放置于Cardboard中的智能手机。
(2)Oculus Rift与用户之间的交互主要是通过传感器模拟用户在虚拟场景中的运动姿态，交互方式单一。
(3)Cardboard和Oculus Rift内部均不带有照明光源。由于虚拟现实眼镜显示画面与周围环境之间的亮度差，用户在使用虚拟现实眼镜过程中容易造成疲劳感。
发明内容
本发明的目的是针对目前的虚拟现实眼镜仍然集中在显示领域，然而对于虚拟现实眼镜的交互技术需要不断地提升和完善。鉴于目前的技术存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种多通道虚拟现实眼镜能够使得虚拟现实眼镜用户有良好的交互体验。
为此，本发明提供了一种多通道交互虚拟现实眼镜，其特征在于：主体结构包括有虚拟现实眼镜体、触摸板、近红外摄像头、数据处理和传输模块、照明光源，所述传感器为脑电检测传感器、近红外光源、环境光检测传感器和其他生理传感器。
优选的，所述的脑电检测传感器位于多通道虚拟现实眼镜的头带上，通过脑电信号测试电极可以检测到脑电波信号并且显示出来。
优选的，所述的触摸板位于多通道虚拟现实眼镜体右外侧，可以捕捉用户的指令。
优选的，通过触摸板可以捕捉用户的指令，指令包括：单击、双击、向左横滑、向右横滑、向上横滑、向下横滑、长按、画圈、画叉、两指远离和两指缩进。
优选的，通过近红外光源可以发射红外光线到眼睛，采用的发射电路为双管红外发射电路，提高发射效率，增加了红外发射的作用距离。
优选的，所述的近红外摄像头可以捕捉到红外光线，获取高清的眼球运动的图像。
优选的，所述的数据处理和传输模块连接了近红外摄像头与触摸板，能将近红外摄像头获取的图像信息与触摸板的指令数据无线传输到虚拟现实眼镜中。
优选的，所述的环境光检测传感器用来检测虚拟现实眼镜外部环境的光线强度。
优选的，所述的照明光源通过电路与环境光检测传感器相连接，并且通过环境光检测传感器获得的光强来模拟自然环境光，减少用户眼睛的疲劳感。
优选的，所述的其它生理传感器位于多通道虚拟现实眼镜的圆环形护垫上，通过这些传感器可以检测到其它相应的生理信号。
优选的，所述的接口可以用来外接其他的外置生理传感器，检测其他的生理信号。
本发明的上述技术方案的有益效果包括：
虚拟现实眼镜可以进行多通道交互控制，通过头带上的脑电传感器来检测用户的脑电信号数据，通过圆环形护垫上的其它传感器可以检测其它相应的生理信号数据；通过近红外照明光源和近红外摄像头可以捕捉到用户眼球的运动；通过触摸板可以进行手势输入；通过检测外部环境光来调节虚拟现实眼镜体内安置的照明光源的亮度。
附图说明
图1为本发明中的多通道交互虚拟现实眼镜的结构示意图。
图2为圆环形护垫及护垫上的传感器布局的示意图；
图3为绑带及护垫上的模块布局的示意图；
图1中，标号2为触摸板；标号3.1为近红外光源1,标号3.2为近红外光源2；标号4.1为近红外摄像头1，标号4.2为近红外摄像头2；标号5为数据处理与传输模块；标号6为环境光检测传感器；标号7.1为照明光源1，标号7.2为照明光源2，标号7.3为照明光源3，标号7.4为照明光源4；标号8.1为接口1，标号8.2为接口2。
图2中，标号1.1为脑电信号测试电极1；标号9.1为PPG传感器1，标号9.2为PPG传感器2；标号10为温湿度模块；标号11为压力传感器。
图3中，标号1.2为脑电信号测试电极2，标号1.3为脑电信号测试电极3,标号1.4为脑电信号测试电极4，标号1.5为脑电信号测试电极5,标号1.6为脑电信号测试电极6,标号1.7为脑电信号测试电极7,标号1.8为脑电信号测试电极8,标号1.9为脑电信号测试电极9。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而该些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。
本专利中的一种多通道交互虚拟现实眼镜包括有虚拟现实眼镜体、触摸板、近红外摄像头、数据处理和传输模块、照明光源，所包括的传感器有脑电检测传感器，近红外光源，环境光检测传感器和其他生理传感器。
如图1-3所示，该多通道交互虚拟现实眼镜结构包括如下：1.1-1.9为脑电检测传感器1-9(即，第1-9脑电检测传感器)；2为触摸板；3.1-3.2为近红外光源1和2(即，第1近红外光源、第2近红外光源)；4.1-4.2为近红外摄像头1和2(即，第1近红外摄像头、第2近红外摄像头)；5为数据处理与传输模块；6为环境光检测传感器；7.1-7.4为照明光源1-4(即，第1-4照明光源)；8.1-8.2为接口1-2(即，第1-2接口)，9.1-9.2为PPG传感器1-2(即，第1-2PPG传感器)，10为温湿度传感器，11为压力传感器。
所述的脑电检测传感器1.1-1.9分别分布在该虚拟现实眼镜的头带上，用来检测脑电信号，并且可以将脑电信号呈现出来进行交互控制。
所述的触摸板2位于多通道虚拟现实眼镜体右外侧，用来捕捉用户的指令，指令包括：单击、双击、向左横滑、向右横滑、向上横滑、向下横滑、长按、画圈、画叉、两指远离、两指缩进。
所述的近红外照明光源3.1和3.2位于放大镜片模组外沿。放置近红外照明光源的目的是放射近红外光线到眼睛，可以通过单片机控制近红外照明光源的发射。
所述的近红外摄像头4.1和4.2位于多通道虚拟现实眼镜体内的底盖中部。通过放置的近红外摄像头可以获取眼球运动的高清图像，获取了高质量的眼球运动数据，便于处理和分析。
所述的数据处理和传输模块5位于多通道虚拟现实眼镜体的右侧盖。通过数据处理和传输模块连接近红外摄像头和触摸板，并且将近红外摄像头获取的图像信息和触摸板的指令数据无线传输到虚拟现实眼镜中。
所述的环境光检测传感器6位于多通道虚拟现实眼镜顶盖。通过环境光检测传感器检测虚拟现实眼镜外部环境的光强，并且通过电路与照明光源连接。
所述的照明光源7.1、7.2、7.3、7.4分布于多通道虚拟现实眼镜体内壁。通过环境光检测传感器6获得的光强来模拟自然环境光，减少用户眼镜的疲劳感。
所述的接口8.1和8.2分布于顶盖上。通过接口可以外接其他的生理传感器，已检测其他的生理信号。
所述的PPC传感器9.1和PPG传感器9.2分布于圆环形护垫内侧，当虚拟现实眼镜用户在佩戴过程中，PPG传感器会贴于太阳穴位置。之所以安置两个PPG传感器的作用是互补校正。通过PPG传感器，能对虚拟现实眼镜用户的脉搏和血氧进行检测。
所述的温湿度传感器10位于护垫内侧，当虚拟现实眼镜用户在佩戴过程中，该传感器会贴于左前额位置。根据温度、相对湿度、和体温三者之间的换算公式，得到人体左前额温度。
所述的压力传感器11位于护垫内侧，当虚拟现实眼镜用户在佩戴过程中，该模块会贴于鼻梁位置。通过该压力传感器可测得用户在佩戴虚拟现实眼镜时鼻梁所承受的压力。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种多通道交互虚拟现实眼镜，该眼镜包括主体结构和传感器，其特征在于：
所述主体结构包括：虚拟现实眼镜体、触摸板、近红外摄像头、数据处理与传输模块、照明光源，所述传感器为脑电检测传感器、近红外光源、环境光检测传感器和其他生理传感器；所述眼镜包括圆环形护垫；
所述的其他生理传感器包括至少两个PPG传感器以及温湿度传感器；
所述的PPG传感器分布于圆环形护垫内侧，当虚拟现实眼镜用户在佩戴过程中，PPG传感器会贴于太阳穴位置以对用户的脉搏和血氧进行检测；所述的温湿度传感器位于圆环形护垫内侧，当虚拟现实眼镜用户在佩戴过程中，该传感器会贴于左前额位置，用于计算人体左前额温度；
所述的主体结构还包括分布于多通道虚拟现实眼镜体顶盖上的接口，通过接口可以外接其它的外置生理传感器，以检测相应的生理信号。
2.根据权利要求1所述的多通道交互虚拟现实眼镜，其特征在于:
所述的脑电检测传感器为脑电信号测试电极，材料选用导电橡胶或导电布；所述的脑电信号测试电极分布于虚拟现实眼镜的头带上，具体为脑部前后各一个，左右各两个，还有三个电极在头顶前后分布。
3.根据权利要求1所述的多通道交互虚拟现实眼镜，其特征在于:
所述的近红外光源位于放大镜片模组外沿，用于发射近红外光线到眼睛。
4.根据权利要求1所述的多通道交互虚拟现实眼镜，其特征在于:
所述的近红外摄像头位于眼镜体内的底盖中部，通过近红外摄像头可以获取眼球运动的高清图像。
5.根据权利要求1所述的多通道交互虚拟现实眼镜，其特征在于：
所述的数据处理和传输模块位于多通道虚拟现实眼镜体内的右侧盖，通过此模块可以用来进行数据的处理以及传输。
6.根据权利要求5所述的多通道交互虚拟现实眼镜，其特征在于:
所述数据处理和传输模块与近红外摄像头和触摸板连接，能使得近红外摄像头获取的图像信息与触摸板的指令信息无线传输到虚拟现实眼镜中。
7.根据权利要求1所述的多通道交互虚拟现实眼镜，其特征在于:
所述的环境光传感器位于多通道虚拟现实眼镜体顶盖，通过环境光传感器可以检测虚拟现实眼镜外部环境的光强。
8.根据权利要求1所述的多通道交互虚拟现实眼镜，其特征在于:
所述的照明光源分布于多通道虚拟现实眼镜体内，并且通过环境光检测传感器获得的光强来模拟自然环境光。
9.根据权利要求1所述的多通道交互虚拟现实眼镜，其特征在于:
所述的其它生理传感器分布于多通道虚拟现实眼镜的圆环形护垫上，可以通过这些传感器检测其它相应的生理信号。
10.根据权利要求1所述的多通道交互虚拟现实眼镜，其特征在于：
眼镜包括触摸板，所述的触摸板位于多通道虚拟现实眼镜体右外侧，可以捕获用户输入的指令。
11.根据权利要求10所述的多通道交互虚拟现实眼镜，其特征在于:
所述指令包括：单击、双击、向左横滑、向右横滑、向上横滑、向下横滑、长按、画圈、画叉、两指远离和两指缩进。
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