CN106556928A - 一种头戴式视频透视显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种头戴式视频透视显示装置，包括显示支架和通过显示支架连接的摄像头，显示器和透镜，根据摄像头视角与临界视角之间的关系，采用不同的显示支架；当摄像头视角小于临界视角，显示支架包括：支架杆，倾斜设置在支架杆两端的角度调整机构和位于支架杆中心的距离调整机构，摄像头通过角度调整机构固定在支架杆两端；当摄像头视角大于临界视角，显示支架包括：支架杆，位于支架杆两端的摄像头放置面，两个相互平行相向设置的反射镜面，所述反射镜面与摄像头放置面成45度夹角，摄像头通过距离调整机构固定在所述摄像头放置面上。本发明的头戴式视频透视显示装置能够适应不同用户的瞳距，呈现出与裸眼一致的画面，从而实现视频透视。

Description

一种头戴式视频透视显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种头戴式视频透视显示装置。

背景技术

介导现实技术在虚拟现实技术和增强现实技术的基础上，将现实场景信息进行重新的编辑，重建。在重建的过程中进行适当修改，增加虚拟内容。使现实与虚拟完美融合。创造全新的视觉和交互体验。

目前可用于介导现实系统并能实现虚实融合的显示设备主要分为三大类：1、头戴式头盔显示器，如视网膜显示器，视频透视式头盔显示器以及光学透视式头盔显示器等三类。2、手持式显示器，如带摄像头的手机或PAD等。3、固定式显示器。在这三种均支持虚实融合的显示设备中，头戴式头盔显示器凭借其能产生较好的虚实融合效果，易于携带，被广泛应用于多人参与交互的包括军事、航空、医学、视频游戏、娱乐、体育等多种领域之中。

视频透视式头盔显示器主要分为双目式和单目式两种。双目式的头盔因其有两个摄像头，能够进行手部跟踪与深度检测，从而可以进行立体显示，具有更好的市场前景。现有双目式视频透视头盔显示器的价格比较高昂，而且存在以下几个方面的不足：

1、受到摄像头可视范围的影响，目前的视频透视式头盔显示的可视范围相对于用户的眼睛的可视范围来说，比较窄小；

2、由于不同的人双眼的瞳孔距离(简称瞳距)是所差别的，如果人的双眼瞳距与透视式头盔的两个摄像头的光学中心距离不吻合的话，就会产生棱镜效应，不但降低立体效果，还有可能使部分用户出现视觉疲劳，头晕，恶心等症状。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是提供一种头戴式视频透视显示装置，能够适应不同用户的瞳距，实现视频透视。

为了解决上述问题，本发明公开了一种头戴式视频透视显示装置，包括两个摄像头，显示器和透镜，其特征在于：所述两个摄像头，显示器和透镜通过显示支架连接，使所述摄像头采集的左右视图通过显示器及透镜后以立体方式呈现在用户眼中。

优选的，所述显示支架包括：支架杆，位于支架杆两端的摄像头放置面，两个相互平行相向设置的反射镜面，所述反射镜面与摄像头放置面成45度夹角，所述摄像头通过距离调整机构固定在所述摄像头放置面上。

进一步的，被拍摄物体到所述摄像头的光路距离与被拍摄物体到所述显示器屏幕的距离满足公式：a+b+c＝L+d_i；

其中：a+b+c为被拍摄物到摄像头的光路距离；a为被拍摄物到反射镜面的距离，b为两个反射镜面之间的距离，c为反射镜面到摄像头的距离；

L为被拍摄物到显示器屏幕的距离；

d_i为人眼到虚像的距离。

所述距离调整机构包括相互齿合的齿轮和直齿条，所述摄像头固定在所述直齿条上。

优选的，所述显示支架包括：支架杆，倾斜设置在支架杆两端的角度调整机构和位于支架杆中心的距离调整机构，所述摄像头通过角度调整机构固定在支架两端。

所述支架两端设置有倾斜底座，所述角度调整机构设置在所述倾斜底座上。

所述角度调整机构包括：相互齿合的齿轮和扇形齿条，所述摄像头和所述扇形齿条固定在所述倾斜底座上。

进一步的，所述支架杆前端还连接有透镜调整机构，所述透镜调整机构包括：镶嵌两个透镜的透镜支架，所述透镜支架上两个透镜距离的中心处设置有距离调整机构。

进一步的，所述距离调整机构包括相互齿合的齿轮和直齿条，所述两个透镜固定在所述直齿条两端。

与现有技术相比，本发明实施例包括以下优点：

本发明提供的头戴式视频透视显示装置，根据摄像头视角与临界视角之间的关系，采用不同的显示支架结构，通过显示支架上的调整机构，调整两个摄像头或两个透镜之间的距离，适应不同用户的瞳距，使所述摄像头采集的左右视图通过显示器及透镜后以立体方式呈现在用户眼中，实现视频透视。

附图说明

图1示出本发明实施例一的头戴式视频透视显示装置的结构示意图；

图2示出本发明实施例一的距离调整机构的结构示意图；

图3示出本发明实施例一的头戴式视频透视显示装置的光路图；

图4示出本发明实施例一的头戴式视频透视显示装置的局部结构示意图；

图5示出本发明实施例二的头戴式视频透视显示装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在没有特殊说明的情况下，本发明所述的摄像头为双目摄像头，所述透镜为放大镜。

本发明提供的一种头戴式视频透视显示装置，包括两个摄像头，显示器和透镜，所述两个摄像头，显示器和透镜通过显示支架连接，使所述摄像头采集的左右视图通过显示器及透镜后以立体方式呈现在用户眼中。

本发明根据摄像头视角β与临界视角θ之间的关系，采用不同的显示支架。

其中，摄像头视角β是指摄像头能拍摄到的最宽角度，即以摄像头为顶点，从拍摄的一边倒另一边之间的角度，摄像头视角β决定摄像头的拍摄范围。

临界视角：

其中：γ为人眼静态水平视场半角；t为为人眼到显示器之间的距离；w为校准平面的半像宽。

实施例一

本实施例提供的一种头戴式视频透视显示装置，如图1所示，包括两个摄像头1，一个显示器2和两个透镜3，所述两个摄像头1，一个显示器2和两个透镜3通过显示支架4连接，使所述摄像头1采集的左右视图通过显示器2及透镜3后以立体方式呈现在用户眼中。

进一步的，所述头戴式视频透视显示装置还包括：图像处理单元和主控单元(图中未显示)，其中，所述图像处理单元，用于对采集到的视频数据进行处理；所述主控单元，用于控制拍摄，显示、音频及数据传输。

本实施例中，所述摄像头视角β大于临界视角θ，所述显示支架4将双目摄像头1成像点后移。

所述显示支架4的具体结构如图1所示，显示支架4包括：支架杆41，位于支架杆41两端的摄像头放置面41a，两个相互平行相向设置的反射镜面42，所述反射镜面42与摄像头放置面41a成45度夹角，所述摄像头1通过距离调整机构43固定在所述摄像头放置面41a上。

如图2所示，所述距离调整机构43包括相互齿合的齿轮43a和直齿条43b，以及与所述齿轮43a固定连接的手柄43c，所述摄像头1固定在所述直齿条43b上。这样，通过左右调整齿轮手柄43c带动直齿条43b左右移动，固定在直齿条43b上的摄像头1跟着同步左右移动，从而能调整两个摄像1头之间的中心距D在65±6mm范围内调整，以适应不同瞳距的使用者。

其中，两个反射面42可以通过镶嵌的方式与摄像头放置面41a形成45度夹角，也可以通过对支架杆41的形状做改变，将两个反射面42固定在支架杆41上。图1只是本发明的一种示例，并不构成对其限定。

此外，还可以将摄像头1固定，将两个反射面42与调整机构43连接，通过对调整机构43的左右调节，实现对两个反射面42的左右调整，从而达到将两个摄像1头之间的中心距D调整在65±6mm范围内的效果，以适应不同瞳距的使用者。本领域普通技术人员在本发明公开的技术方案中所能想到的等同替换均在本发明的保护范围内。

如图3所示，本实施例中，显示器屏幕中物体虚像w_i和显示器屏幕图像w_o的大小关系满足下述公式：

其中：

M为虚像与屏幕图像的放大倍数；

w_i为虚像大小；

w_o为显示器屏幕图像大小；

d_i为人眼到虚像的距离；

d_e为人眼到透镜的距离；

d_o为显示器屏幕屏到透镜的距离；

f为透镜焦距。

如图4所示，本实施例中，被拍摄物体到所述摄像头的光路距离与被拍摄物体到所述显示器屏幕的距离满足公式：a+b+c＝L+d_i；

其中：a+b+c为被拍摄物到摄像头1的光路距离；a为被拍摄物到反射镜面42的距离，b为两个反射镜面42之间的距离，c为反射镜面42到摄像头1的距离；

L为被拍摄物到显示器屏幕的距离；

d_i为人眼到虚像的距离。

进一步的，所述支架杆41前端还连接有透镜调整机构5，所述透镜调整机构5包括：镶嵌两个透镜3的透镜支架51，所述透镜支架51上两个透镜3距离的中心处设置有距离调整机构52，距离调整机构52与图2距离调整机构结构相同，不再赘述。通过左右调整齿轮手柄带动齿条左右移动，固定在直齿条上的透镜跟着同步左右移动，从而能调整两个透镜之间的中心距在65±6mm范围内调整，以适应不同瞳距的使用者。

本实施例中所述的摄像头是双目摄像头，透镜是放大镜。

本实施例提供的头戴式视频透视显示装置，根据摄像头视角与临界视角之间的关系，采用不同的显示支架结构，通过显示支架上的调整机构，调整两个摄像头或两个透镜之间的距离，适应不同用户的瞳距，使所述摄像头采集的左右视图通过显示器及透镜后以立体方式呈现在用户眼中，实现视频透视。

实施例二

本实施例中，所述摄像头视角β小于临界视角θ，所述显示支架4将摄像头1成像点前移。

本实施例的头戴式视频透视显示装置与实施例一的不同在于显示支架4的结构。本实施例中显示支架4’具体结构如图5所示，显示支架4’包括：支架杆41’，倾斜设置在支架杆41’两端的角度调整机构42’和位于支架杆41’中心的距离调整机构43’，所述摄像头1通过角度调整机构42’固定在支架杆41两端。

其中，可以如图5，在支架杆41’两端设置倾斜底座41’a，也可以将支架杆41’设置成有固定夹角的倾斜面，本实施例不做具体限定。

所述角度调整机构42’包括：相互齿合的齿轮42’a和扇形齿条42’b，所述摄像头1和所述扇形齿条42’a固定在所述倾斜底座41’a上。这样，通过旋转齿轮42’a，齿轮42’a与扇形齿条齿42’b联合转动，带动摄像头1转动，可以调整两个摄像头1之间的夹角α在0和10度之间调整。以适应不同的使用场合。

本实施例提供的头戴式视频透视显示装置，根据摄像头视角与临界视角之间的关系，采用不同的显示支架结构，通过显示支架上的调整机构，调整两个摄像头之间的夹角，或调整两个透镜之间的距离，适应不同用户的瞳距，使所述摄像头采集的左右视图通过显示器及透镜后以立体方式呈现在用户眼中，实现视频透视。

需要说明的是：本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

以上对本发明所提供的一种头戴式视频透视显示装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种头戴式视频透视显示装置，包括两个摄像头，显示器和透镜，其特征在于：所述两个摄像头，显示器和透镜通过显示支架连接，使所述摄像头采集的左右视图通过显示器及透镜后以立体方式呈现在用户眼中。

2.根据权利要求1所述的头戴式视频透视显示装置，其特征在于：所述显示支架包括：支架杆，位于支架杆两端的摄像头放置面，两个相互平行相向设置的反射镜面，所述反射镜面与摄像头放置面成45度夹角，所述摄像头通过距离调整机构固定在所述摄像头放置面上。

3.根据权利要求2所示的头戴式视频透视显示装置，其特征在于：被拍摄物体到所述摄像头的光路距离与被拍摄物体到所述显示器屏幕的距离满足公式：a+b+c＝L+d_i；

其中：a+b+c为被拍摄物到摄像头的光路距离；a为被拍摄物到反射镜面的距离，b为两个反射镜面之间的距离，c为反射镜面到摄像头的距离；

L为被拍摄物到显示器屏幕的距离；

d_i为人眼到虚像的距离。

4.根据权利要求2所述的头戴式视频透视显示装置，其特征在于：所述距离调整机构包括相互齿合的齿轮和直齿条，所述摄像头固定在所述直齿条上。

5.根据权利要求1所述的头戴式视频透视显示装置，其特征在于：所述显示支架包括：支架杆，倾斜设置在支架杆两端的角度调整机构和位于支架杆中心的距离调整机构，所述摄像头通过角度调整机构固定在支架杆两端。

6.根据权利要求5所述的头戴式视频透视显示装置，其特征在于：所述支架杆两端设置有倾斜底座，所述角度调整机构设置在所述倾斜底座上。

7.根据权利要求6所述的头戴式视频透视显示装置，其特征在于：所述角度调整机构包括：相互齿合的齿轮和扇形齿条，所述摄像头与所述扇形齿条固定在所述倾斜底座上。

8.根据权利要求1-7任一所述的头戴式视频透视显示装置，其特征在于：所述支架杆前端还连接有透镜调整机构，所述透镜调整机构包括：镶嵌两个透镜的透镜支架，所述透镜支架上两个透镜距离的中心处设置有距离调整机构。

9.根据权利要求8所述的头戴式视频透视显示装置，其特征在于：所述距离调整机构包括相互齿合的齿轮和直齿条，所述两个透镜固定在所述直齿条两端。