CN105791728A - 一种通过脑电控制的全息立体投影系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过脑电控制的裸眼可视的全息立体投影系统。包括脑电仪和全息立体成像子系统；其中，脑电仪包括脑电数据采集单元、数据发送单元；全息立体成像子系统包括支撑外壳、数据接收单元、控制单元、影像源单元、全息成像单元。本发明通过脑电仪采集的脑电参数的变化来实现对裸眼可视的全息立体影像变化的控制，从而使使用者在视觉上可直观地观察到自我大脑状态的变化。本发明既可为心理训练、脑电生物反馈训练、放松减压训练提供一种兼具训练和娱乐功能的系统，也可用于提供一种可由大脑控制的娱乐类电子系统。
Description
技术领域
本发明涉及脑电和全息立体投影技术领域，具体涉及一种通过脑电控制的全息立体投影系统。
背景技术
脑电是人的大脑神经元活动时所产生的生物电信号，在临床医学方面已经被大量应用。通过对脑电信号的测量和分析，可以获取反应大脑活动状态的多种数字化的脑电参数，如反应注意力水平的注意力参数，反应压力水平的放松度水平，反应疲劳状态的疲劳度参数等，通过结合相关的软硬件技术，可以将这些脑电参数用于人与其他设备的交互控制，例如用于对轨道赛车模型的控制，即可实现一种能够用大脑思维进行控制的轨道赛车。
目前存在的裸眼可视的全息立体影像系统主要用于产品展示，即通过播放用事先拍摄的商品影像替代商品实物供用户参观,但目前此类系统的图像变化缺陷是：都是通过软件控制播放或自动播放，使用者的参与感和控制感不强,产品与人无交互，无法充分发挥3D全息投影的科技感和趣味性。
通过脑电控制的裸眼可视的全息立体投影系统，将实时采集反映人的大脑状态的脑电参数用于控制全息立体影像的动态变化，使用者自身可直观地观察到在空间悬浮的立体影像，不但可以达到赏心悦目的心理效果，并且通过脑电控制悬浮立体图像的状态变化，还可以产生神奇的意念控制的感觉，从而增强产品的科技感、神秘感和趣味性。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种通过脑电控制的裸眼可视的全息立体投影系统，能够实现以脑电参数来控制全息投影影像的状态变化，从而使使用者在视觉上可直观地观察到自我大脑状态的变化。
本发明的技术方案是：一种通过脑电控制的全息立体投影系统。包括脑电仪、全息立体成像子系统。其中，所述的脑电仪包括脑电数据采集单元、数据发送单元，全息立体成像子系统包括支撑外壳，数据接收单元、控制单元,影像源单元、全息成像单元。
所述的脑电仪在使用的时候佩戴在使用者的头部，所述脑电数据采集单元实现对大脑的脑电信号的采集和处理。所述数据发送单元的输入端与脑电采集单元的输出端连接，用于接收脑电数据采集单元输出的脑电数据，并将数据发送给全息立体成像子系统的数据接收单元。
优选的，数据发送单元是通过无线通讯将数据发送给全息立体成像系统的数据接收单元，无线通讯的协议采用蓝牙、Wi-Fi、ZigBee、射频、无线电中的至少一种。进一步的，数据发送单元也可以通过有线传输的方式发送数据给数据接收单元，有线传输方式是USB，Type-C,I2C,Uart,RS232,RS485中的至少一种。进一步的，数据发送单元与数据接收单元之间的通讯，也可以是上述无线及有线通信方式中的任意组合。
本发明中的脑电数据包括脑电原始数据、脑电频谱参数、想象运动参数、专注度、放松度、警觉度、疲劳度、欣赏度、喜好度、熟练度、用脑度中的至少一种。
所述全息立体成像子系统用于呈现裸眼可视的具有立体悬浮视觉的动态或静态影像，其中支撑外壳用于支撑全息立体成像子系统的其他所有部件。
所述的数据接收单元接收数据发送单元传输的所有数据，数据接收单元的输出端与控制单元的输入端连接，将接收到的所有数据发送给控制单元。所述的控制单元提取脑电数据中的至少一种脑电参数或提取多个脑电参数进行组合计算形成新的脑电参数，并将脑电参数转换为控制信号，以控制影像源单元中的动态或静态影像的展示状态。
所述的影像源单元将显示的动态或静态的影像投射到全息成像单元上，根据光学的折射及衍射原理，在全息成像单元内，人眼将观察到一个悬空的全息立体影像。全息立体影像能够根据控制单元的控制规则进行变化，如前面所述，实际是根据脑电参数的变化而进行变化。所述的影像源单元中采用的图像显示装置可以是彩色液晶显示屏、LED灯组、OLED显示屏中任何一种显示装置，也可以被LCD投影机、DLP投影机、激光投影机中的任何一种投影装置替代。
本发明的有益效果是：本发明通过脑电仪采集的脑电参数的变化来实现对空间悬浮的裸眼可视的全息立体影像的动态控制，从而提供了一种脑电参数的可视化动态展示效果，既可以通过可视化的方式直观反映出使用者大脑状态的变化，为心理训练、脑电生物反馈训练、放松减压训练提供一种兼具训练和娱乐功能的系统；也可用于提供一种可由大脑控制的娱乐类电子系统，使用者自身也可以体会到用大脑意念来控制空间悬浮立体影像的感觉，增强产品的科技感。
附图说明
图1是本发明的整体系统结构框图；
图2是本发明全息立体成像子系统2中影像源单元24的框图；
图3是本发明全息立体成像子系统2局部示意图(影像源单元24为液晶屏)；
图4是本发明全息立体成像子系统2局部示意图(影像源单元24为LED灯组)。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步说明。
参见图1，本发明提供一种通过脑电控制的全息立体投影系统。包括脑电仪1、全息立体成像子系统2。其中，所述脑电仪1包括脑电数据采集单元11、数据发送单元12，所述全息立体成像子系统2包括支撑外壳21，数据接收单元22、控制单元23,影像源单元24、全息成像单元25。脑电仪1采集到的脑电转换为数据后，经过数据发送单元12和数据接收单元22之间的数据通道，被传输至控制单元23，控制单元23提取脑电参数后依据控制规则控制影像源单元24中的动态或静态影像状态的变化，最终人的裸眼能够看到投射到全息影像空间中的影像变化，从而能感觉到是自己大脑在控制全息影像的交互变化。
本实例中，所述的脑电仪1在使用时佩戴在使用者的头部，所述的脑电数据采集单元11是一个内置有脑电信号采集芯片、干电极传感器、锂电池的模块，脑电采集芯片采用NeuroSky的TGAT芯片，该芯片通过干电极传感器采集脑电信号，并在芯片内部实现了脑电信号的采集、滤波、放大、AD转换、数据处理及分析等功能，并通过标准UART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)接口对外输出包括脑电原始数据和脑电频谱参数以及反应大脑状态的专注度、放松度等多种脑电数据。
本实例中所述的数据发送单元12和数据接收单元22之间使用无线传输方式，数据发送单元12和数据接收单元22分别为一颗内置无线模块和单片机的Soc(systemonchip)芯片模组，无线SoC芯片采用Ti公司的CC2510无线收发芯片。该芯片工作在2.4GHz,是内嵌单片机的可编程无线收发芯片。数据发送单元12的输入端与脑电采集单元11的输出端的URART接口端连接，接收脑电数据采集单元11输出的脑电数据，将数据以无线的方式发送给无线数据接收单元22，无线通信协议采用基于CC2510的射频通讯协议。
本实例中，全息立体成像子系统2的支撑外壳21将数据接收单元22、控制单元23、影像源单元24、全息成像单元25集成在内部。
参见图3和图4，全息成像单元25是由ABCDE组成的多面锥体，锥体材料为3D全息成像膜，影像源单元24的显示界面垂直于全息成像单元25的中轴线且显示窗口朝向全息成像单元25的锥顶A，基于光学的折射、衍射原理，影像源单元24显示的内容投射到全息成像单元25上后，会在全息影像空间251内(abcde组成的空间区域)形成裸眼可视的悬浮影像。进一步的，全息成像单元25可以是任意面的锥体或圆锥体。进一步的，可以调整影像源单元24相对于全息成像单元25的位置和夹角，用以改变全息影像空间251的位置，以适应在不同的角度可以裸眼观看全息影像。
本实例中，数据接收单元22通过无线的方式接收数据发送单元12传送的脑电数据，数据接收单元与控制单元的23连接，本实例中的控制单元23内嵌有微处理器，嵌入式处理器采用LPC1768，LPC1768是NXP公司推出的基于ARMCORTEX-M3内核的微处理器，具有强大的处理功能和丰富的I/O接口，LPC1768通过UART接口接收来自数据接收单元22的所有脑电数据。
本发明所述影像源单元24起到显示原始影像的作用。作为本发明的优选方案，影像源单元24至少包括软件系统241、影像源文件242、视频解码模块243、显示模块244。23控制单元将脑电数据转为控制命令后，发送给软件系统241，然后软件系统241协调视频解码模块对242视频源文件进行解码，并通过显示模块244进行影像的显示，影像显示状态的变化对应大脑状态的变化。本发明中244显示模块可以是彩色液晶显示屏、LED灯组、OLED显示屏中任何一种显示装置。进一步的，本发明中的影像源单元24也可以被LCD投影机、DLP投影机、激光投影机中的任何一种投影装置替代。
本实例中影像源单元24中的软件系统241是安卓(Android4.0)以及在Android4.0上开发的用来控制影像状态的应用软件，影像源文件242包括H.264、DivX、MPEG-2、MPEG-4及各种可被软件脚本调用控制的3D视频文件。视频解码模块243使用瑞星微电子的Rockchip3066，Rockchip3066为双核ARMCortex-A9，主频达1.6GHz，可运行Android4.0以上，其GPU为Mali-400MP4,支持OPGLES1.1/2.0,具有较好的图形处理能力，并且支持丰富的音频、视频编解码，显示模块244为深圳YABIN电子的5.6英寸彩色TFT液晶显示屏模组，具有24bitRGB色彩控制接口，长宽比为3:2,分辨率≥800*480。
图3、图4为本实例全息立体成像子系统2的局部视觉示意图，全息成像单元25是由若干个全息膜组成的装置，影像源单元24将显示的影像投射到全息成像单元25上后，基于光学的折射和衍射原理，在全息影像空间251范围内形成的全息立体悬浮图像进入人眼的视网膜中。因为控制单元23是提取使用者的脑电数据的一个或多个参数作为控制影像源单元24中影像显示状态的指令，在脑电数据的变化下，251全息成像空间中显示的全息立体影像也跟随变化，使人感觉图像被自己的意念控制、互动。如通过放松度控制莲花影像的开放程度，放松度越高，莲花开放的越大。随着放松度的逐步提升，莲花从含苞待放的状态逐步变化到盛开的状态，使人体验到大脑控制全息图像变化的感觉。又比如，通过注意力控制海月水母的张合运动，注意力越高，海月水母的身形张合的越大，并且随着注意力提升，模拟海月水母的荧光蛋白颜色会改变，达到心随意动的心理释压效果。再比如可以将思念可视化，当思念一个人时，注意力会不断提升，当注意力达到规定的数值，会出现被思念人的全息立体头像，让人感觉思念成真的感觉。当然，通过应用软件的配合，还能实现更多的大脑状态可视化的应用。
以上所述的仅仅是本发明的一种实施方式，应当指出，在不脱离本发明原理的全体下，还可以做出若干修改、等同替换或改进，这些应视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种通过脑电控制的全息立体投影系统，其特征在于：包括脑电仪、全息立体成像子系统，其中所述的脑电仪包括脑电数据采集单元、数据发送单元；其中所述的全息立体成像子系统包括支撑外壳、数据接收单元、控制单元、影像源单元、全息成像单元；
所述的脑电仪佩戴在使用者的头部，所述脑电数据采集单元实现对脑电信号的采集和处理，所述数据发送单元的输入端与脑电采集单元的输出端连接，用于接收脑电采集单元输出的脑电数据，并将数据发送出去；
所述的全息立体成像子系统通过数据接收单元接收数据发送单元发送的数据，所述的数据接收单元的输出端与控制单元的输入端连接，将接收到的所有数据发送给控制单元；所述的控制单元提取脑电数据中的脑电参数，并将脑电参数转换为控制信号，以控制影像源单元中影像的展示状态；所述的影像源单元将显示的影像投射到全息成像单元上。
2.根据权利要求1所述的一种通过脑电控制的全息立体投影系统，其特征在于：数据发送单元和数据接收单元之间的数据通讯可以采用有线通讯和无线通讯方式中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的一种通过脑电控制的全息立体投影系统，其特征在于：数据发送单元和数据接收单元之间的无线通讯协议采用蓝牙、WIFI、ZigBee、射频、无线电中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的一种通过脑电控制的全息立体投影系统，其特征在于：数据发送单元和数据接收单元之间的有线传输方式是USB、Type-C、I2C、UART、RS232、RS485中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种通过脑电控制的全息立体投影系统，其特征在于：脑电仪采集的脑电数据包括脑电原始数据、脑电频谱参数、想象运动参数、专注度、放松度、警觉度、疲劳度、欣赏度、喜好度、熟练度、用脑度参数中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种通过脑电控制的全息立体投影系统，其特征在于：控制单元提取脑电数据中的至少一种脑电参数或者提取多个脑电参数进行组合计算形成新的脑电参数，并将该脑电参数转化为控制信号，以控制影像的展示状态。
7.根据权利要求1所述的一种通过脑电控制的全息立体投影系统，其特征在于：所述影像源单元显示的影像可以是动态影像或静态影像中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种通过脑电控制的全息立体投影系统，其特征在于：所述的影像源单元中采用的图像显示装置可以是彩色液晶显示屏、LED灯组、OLED显示屏中任何一种显示装置，也可以是LCD投影机、DLP投影机、激光投影机中的任何一种投影装置。
9.根据权利要求1所述的一种通过脑电控制的全息立体投影系统，其特征在于：所述的全息成像单元可以是任意面的锥体，进一步的，可以通过调整影像源单元相对于全息成像单元的位置和夹角，以适应在不同的角度可以裸眼观看全息影像。
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