CN107065198B - 头戴显示设备的视觉优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种头戴显示设备的视觉优化方法,包括以下步骤:S1、在虚像所在平面建立直角坐标系,所述虚像在平面内的位置固定,用户初始的正视方向为Q0,所述正视方向Q0垂直于虚像所在平面并且眼睛沿正视方向Q0的视线集中在虚像中心点O上,这种头戴显示设备的视觉优化方法根据用户眼睛的注视点和眼睛的标准屈光度来获得变焦镜片的最佳屈光度,然后相应地调节变焦镜片的屈光度,目的是让用户在观看电子影像时,睫状肌尽量处于放松的状态,有效防止睫状肌因为长时间的保持收缩状态,导致肌痉挛,保证用户使用此类产品时不会损害眼睛的健康。

Description

头戴显示设备的视觉优化方法
技术领域
本发明涉及头戴显示设备技术领域,尤其涉及一种头戴显示设备的视觉优化方法。
背景技术
头戴显示设备包括:虚拟现实(VR)显示器,诸如由Sony、Samsung、Oculus、CarlZeiss所制造的那些;头戴式显示器(HMD),诸如由Google和Vuzix所生产的那些;增强现实(AR)显示器,诸如由Microsoft、Vuzix和DigiLens所制造的那些;以及混合增强(MR)等其它类似设备。此类设备给使用者最重要的体验是视觉上的“沉浸感”,让画面内容完全覆盖你的视野,不被现实环境所干扰,仿佛沉浸在另外一个世界当中,原理是通过两块凸透镜在电子屏幕的同侧产生一个电子影像的虚像,使用者透过凸透镜看到比实际电子影像要大的虚像,而虚像距离使用者的眼睛很近,电子影像因此覆盖使用者的视野。
在我们的眼球中有一个叫“晶状体”的结构,晶状体通过睫状小带与睫状体相连,睫状体中睫状肌的收缩和舒张可以改变晶状体曲度,睫状肌,就像一个拉力的小人,在拉着晶状体改变它的厚薄,来调节远近的景物,成像在视网膜上。晶状体相当于一个可以变形的凸透镜,睫状肌改变晶状体的形状来调节晶状体的屈光度,睫状肌放松的时候,晶状体被拉平变薄,屈光度变小,这时我们可以看到远处的景物,当睫状肌收缩的时候,晶状体变厚,屈光度变高,这时就是我们要看近处景物的时候。如果睫状肌保持收缩的状态太长时间,就容易肌痉挛。头戴式显示设备虽然可以给人们身临其境的沉浸感,但电子影像的虚像距离眼球比较近,相当于保持近距离的观看电子屏幕,睫状肌就会像上面所说的保持长时间的紧张状态。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:针对目前市面上的头戴式显示设备对于用户使用时间长,眼睛产生疲劳的问题并没有有效的解决方案,本发明提供了一种头戴显示设备的视觉优化方法来解决上述问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种头戴显示设备的视觉优化方法,包括以下步骤:
S1、在虚像所在平面建立直角坐标系,所述虚像在平面内的位置固定,用户初始的正视方向为Q0,所述正视方向Q0垂直于虚像所在平面并且眼睛沿正视方向Q0的视线集中在虚像中心点O上;
S2、获取用户眼睛的标准屈光度D0,获取眼睛与虚像中心点O之间的直线距离为L0;
S3、检测用户的头部形态,得到用户实时的正视方向Q1,根据距离L0、正视方向Q1和正视方向Q0得到眼睛在虚像上的注视点O1与眼睛之间的直线距离为L1,获取用户的年龄F,根据年龄F、距离L1和标准屈光度D0得到实时的最佳屈光度D1,调节变焦镜片,使变焦镜片位于眼睛的晶状体前的区域的屈光度为D1。
作为优选,还包括以下步骤:
S4、根据标准屈光度D0和屈光度D1得到屈光度训练下限fit_min、屈光度训练上限fit_max和屈光度训练单元fit_offset;
第一轮训练:调节变焦镜片的屈光度在[(D1-fit),(D1+fit)]区间内连续变化n个来回,其中fit=fit_min;
第二轮训练:调节变焦镜片的屈光度在[(D1-fit),(D1+fit)]区间内连续变化n个来回,其中fit=fit_min+fit_offset;如果fit_min+fit_offset≥fit_max,则停止训练,否则进行第三轮训练:调节变焦镜片的屈光度在[(D1-fit),(D1+fit)]区间内连续变化n个来回,其中fit=fit_min+fit_offset*2;以此类推,直至fit=fit_min+fit_offset*(m-1)≥fit_max便停止训练,其中m为已训练的轮数。
作为优选,其特征在于:
在步骤S4中,根据年龄F、标准屈光度D0和屈光度D1得到屈光度训练下限fit_min、屈光度训练上限fit_max和屈光度训练单元fit_offset。
作为优选,还包括步骤:统计若干个用户的眼睛注视虚像上不同点并且获得最清晰的视觉效果时,变焦镜片位于眼睛的晶状体前的区域的屈光度D2,根据统计结果将距离L1、用户的标准屈光度D0和年龄F作为条件,屈光度D2作为结果建立表1,在步骤S3中,根据年龄F、距离L1和标准屈光度D0通过查询表1得到屈光度D1。
作为优选,还包括步骤:统计若干个用户的眼睛注视虚像上不同点并且获得最清晰的视觉效果时,变焦镜片位于眼睛的晶状体前的区域的屈光度D2,根据统计结果设定最远距离Lmax,当L1<Lmax,D1=D0*f1(L1,F),函数f1为对统计结果进行线性回归获得的线性函数;当L1≥Lmax,D1=D0*f2(F),f2为与年龄F对应的固定值;在步骤S3中,当L1<Lmax,D1=D0*f1(L1,F),当L1≥Lmax,D1=D0*f2(F)。
作为优选,在步骤S4中,
建立公式fit_min=f3(F,D0,D1),将大量的不同年龄F、不同标准屈光度D0的用户的眼睛以不同的最佳屈光度D1作为中间值进行训练后,效果较好的fit_min作为样本进行统计,函数f3是对统计结果进行线性回归获得的线性函数;
建立公式fit_max=f4(F,D0,D1),将大量的不同年龄F、不同标准屈光度D0的用户的眼睛以不同的最佳屈光度D1作为中间值进行训练后,效果较好的fit_max作为样本进行统计,函数f4是对统计结果进行线性回归获得的线性函数;
建立公式fit_offset=f5(fit_min,fit_max),函数f5是线性方程。
作为优选,还获取用户的瞳距P,公式fit_min=f3(F,D0,P,D1),公式fit_max=f4(F,D0,P,D1)。
作为优选,还包括步骤S5、以交点O1为圆心,以R为半径的圆形区域为主注视区,虚像其它部分为次注视区,提高主注视区的画面质量和/或降低次注视区的画面质量。
作为优选,还包括以下步骤:建立用户数据库,所述用户数据库中存有至少一个用户数据,所述用户数据包括ID号、身份信息、年龄F、标准屈光度D0和瞳距P,所述身份信息包括字符串、声纹数据、指纹数据和/或虹膜数据。
作为优选,还包括以下步骤:获取验证信息并将其与所述用户数据中的身份信息进行验证,验证通过后取出并使用所述用户数据中的年龄F、标准屈光度D0和瞳距P。
本发明的有益效果是,这种头戴显示设备的视觉优化方法根据用户眼睛的注视点和眼睛的标准屈光度来获得变焦镜片的最佳屈光度,然后相应地调节变焦镜片的屈光度,目的是让用户在观看电子影像时,睫状肌尽量处于放松的状态,有效防止睫状肌因为长时间的保持收缩状态而导致肌痉挛。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的头戴显示设备的视觉优化方法的最优实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
如图1所示,本发明提供了一种头戴显示设备的视觉优化方法,此方法是针对用户观看2D电子影像时对用户视觉的优化方法,包括以下步骤:
S1、在虚像所在平面建立直角坐标系,虚像在平面内的位置固定,用户初始的正视方向为Q0,正视方向Q0垂直于虚像所在平面并且眼睛沿正视方向Q0的视线集中在虚像中心点O上,中心点的坐标为(x0,y0);设备启动后,虚像在平面中的位置就被确定下来,之后不会随着用户的正视方向的改变而改变位置;正视方向是指用户的头部无论处于什么形态,眼睛始终处于放松并且不向任何方向转动的状态时的视线方向;
S2、获取用户眼睛的标准屈光度D0,获取眼睛与虚像中心点O之间的直线距离为L0;在一个实例中,将用户眼睛的标准屈光度存储在设备本身具有的存储器中,控制芯片直接从存储器中调用标准屈光度D0。由于变焦镜片、凸透镜和显示屏的位置相对固定,那么眼睛与虚像的位置也是确定的,那么眼睛与虚像中心点O之间的直线距离为L0可以认为是一个定值,距离L0存储在存储器中,控制芯片直接调用;在另一个实例中,标准屈光度D0存储在一台服务器中,服务器接入互联网,头戴显示设备也接入互联网,从服务器中调用用户眼睛的标准屈光度D0和距离L0;
S3、为了确定用户摆动头部时的正视方向,将人直立并且头部摆正时两眼所在的竖直平面作为参照面,参照面与头部始终处于相对静止的状态,人的头部处于三维坐标系中,通过三轴陀螺仪来检测用户的头部形态,得到的空间向量来确定参照面所在的平面的当前位置,双眼的正视方向与参照面垂直,从而得到用户实时的正视方向Q1,由于头戴显示设备是在显示屏上将画面分屏,对于2D影像来说,屏幕左右两部分同时播放同样的影像,两只眼睛分别观看,两只眼睛会分别看到一个虚像,因此注视点O1就是从用户的一只眼睛沿正视方向Q1发出的射线与这只眼睛看到的虚像的交点;计算正视方向Q1和正视方向Q0之间的夹角α,由于虚像的位置是固定不变的,正视方向Q0垂直于虚像所在平面并且眼睛沿正视方向Q0的视线集中在虚像中心点O上,那么根据直角三角形的边长的计算公式,将距离L0作为一条直角边的长度,夹角α作为一个锐角,计算得到眼睛在虚像上的注视点O1与眼睛之间的直线距离为L1,以及注视点O1与中心点O之间的距离,从而确定注视点O1的坐标,以上计算距离L1的过程可以在用户使用设备时进行,也可以预先进行计算,将不同的正视方向对应相应的距离L1,形成表单,用户使用设备时直接根据正视方向Q1去查询此表,得到相应的距离L1;
根据距离L1和标准屈光度D0得到实时的最佳屈光度D1;在一个实例中统计若干个用户的眼睛注视虚像上不同点并且获得最清晰的视觉效果时,变焦镜片位于眼睛的晶状体前的区域的屈光度D2,根据统计结果将距离L1和用户的标准屈光度D0作为条件,屈光度D2作为结果建立表1,采样的过程需要用户在获得最清晰的视觉效果时给设备一个确认信号(可以通过一个确认键与控制芯片连接来采集确认信号),设备收到信号记录此时的变焦镜片在眼睛的晶状体前的区域的屈光度D2,给出确认信号也可以让另一人与用户配合来进行操作;之后根据距离L1和标准屈光度D0通过查询表1得到屈光度D1;在建立表1时,还可以将用户的其它信息作为条件,例如还获取用户的年龄F,将年龄F、距离L1和用户的标准屈光度D0作为条件,屈光度D1作为结果建立表1,之后根据年龄F、距离L1和标准屈光度D0通过查询表1得到屈光度D1。在另一个实例中,根据统计结果设定最远距离Lmax,当L1<Lmax,D1=D0*f1(L1,F),函数f1为对统计结果进行线性回归获得的线性函数;当L1≥Lmax,D1=D0*f2(F),f2为与年龄F对应的固定值;Lmax是个定值,根据统计结果来看,当L1超过某一数值,通过函数f1计算得到D1的调节效果不佳时,将此数值作为Lmax。
调节变焦镜片,使变焦镜片位于眼睛的晶状体前的区域的屈光度为D1;在一个实例中,变焦镜片是一种具有多焦点的镜片,在镜片上的不同区域具有不同的屈光力,移动变焦镜片,使变焦镜片上屈光度为D1的区域移动到用户的眼睛前,使眼睛与变焦镜片组成的视觉系统达到最佳的屈光力;在另一个实例中,变焦镜片是一种中间设置有液晶层的盒体,在液晶的两侧设置有电极,控制芯片控制电极作出一定的图案,对图案被施加不同的电压,使液晶分子按相应的规律排列,通过在此排列下的液晶分子折射率实现一定的分布,最终使得液晶盒模拟出透镜的功能,根据屈光度D1,控制器对图像施加相应的电压,实现变焦镜片屈光度的调节;
S4、根据标准屈光度D0和屈光度D1得到屈光度训练下限fit_min、屈光度训练上限fit_max和屈光度训练单元fit_offset;
第一轮训练:调节变焦镜片的屈光度在[(D1-fit),(D1+fit)]区间内连续变化n个来回,其中fit=fit_min;一个来回是指变焦镜片的屈光度从(D1-fit)连续递增至(D1+fit),再从(D1+fit)连续递增至(D1-fit),反之亦可;
第二轮训练:调节变焦镜片的屈光度在[(D1-fit),(D1+fit)]区间内连续变化n个来回,其中fit=fit_min+fit_offset;如果fit_min+fit_offset≥fit_max,则停止训练,否则进行第三轮训练:调节变焦镜片的屈光度在[(D1-fit),(D1+fit)]区间内连续变化n个来回,其中fit=fit_min+fit_offset*2;以此类推,直至fit=fit_min+fit_offset*(m-1)≥fit_max便停止训练,其中m为已训练的轮数。通过以上训练,不停改变晶状体的屈光度,实际是小范围内对睫状肌张弛的训练,经过一段时间的训练后可以有效改善睫状肌的弹性,对视觉的恢复有一定的作用;在另一个实例中,根据年龄F、标准屈光度D0和屈光度D1得到屈光度训练下限fit_min、屈光度训练上限fit_max和屈光度训练单元fit_offset:
建立公式fit_min=f3(F,D0,D1),将大量的不同年龄F、不同标准屈光度D0的用户的眼睛以不同的最佳屈光度D1作为中间值进行训练后,效果较好的fit_min作为样本进行统计,训练的效果的好坏由用户来反馈;函数f3是对统计结果进行线性回归获得的线性函数;
建立公式fit_max=f4(F,D0,D1),将大量的不同年龄F、不同标准屈光度D0的用户的眼睛以不同的最佳屈光度D1作为中间值进行训练后,效果较好的fit_max作为样本进行统计,函数f4是对统计结果进行线性回归获得的线性函数;
建立公式fit_offset=f5(fit_min,fit_max),函数f5是线性方程。
在另一个实例中,还获取用户的瞳距P,公式fit_min=f3(F,D0,P,D1),公式fit_max=f4(F,D0,P,D1)。
S5、以交点O1为圆心,以R为半径的圆形区域为主注视区,虚像其它部分为次注视区,提高主注视区的画面质量和/或降低次注视区的画面质量。在一个实例中,提高主注视区的画面质量,例如提高主注视区的像素、亮度、清晰度等,使用户可以准确快速清晰的捕捉到所关注的画面;在另一个实例中,降低次注视区的画面质量,可以减轻显像设备的工作负担,对降低设备的热量,节省能耗上也有良好的效果;在另一个实例中,在提高主注视区的画面质量的同时降低次注视区的画面质量。
在一个实例中,在头戴显示设备中或者服务器中建立用户数据库,用户数据库中存有至少一个用户数据,用户数据包括ID号、身份信息、年龄F、标准屈光度D0和瞳距P,用户一开始使用设备时进行注册,用户输入身份信息,例如字符串、声纹数据、指纹数据和/或虹膜数据,ID号用户可以自己选择也可以由系统生成,ID号与身份信息绑定,字符串可以是数字、大小写英文字母、符号或者是它们的组合形式,声纹数据通过麦克风采集、指纹数据通过指纹传感器来采集、虹膜数据通过摄像头来采集,用户注册之后,可以通过设备的控制界面,例如在手机的控制界面上输入年龄F、标准屈光度D0和瞳距P,用户也可以将自己的年龄F、标准屈光度D0和瞳距P通过其它电子设备输入并上传至服务器,头戴显示设备从服务器获取;用户启动设备,设备采集验证信息(设备采集的声纹数据、指纹数据或虹膜数据)或者用户将字符串密码输入到设备中,将验证信息与用户数据中的身份信息进行验证,验证通过后取出并使用用户数据中的年龄F、标准屈光度D0和瞳距P。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种头戴显示设备的视觉优化方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、在虚像所在平面建立直角坐标系,所述虚像在平面内的位置固定,用户初始的正视方向为Q0,所述正视方向Q0垂直于虚像所在平面并且眼睛沿正视方向Q0的视线集中在虚像中心点O上;
S2、获取用户眼睛的标准屈光度D0,获取眼睛与虚像中心点O之间的直线距离为L0;
S3、检测用户的头部形态,得到用户实时的正视方向Q1,根据距离L0、正视方向Q1和正视方向Q0得到眼睛在虚像上的注视点O1与眼睛之间的直线距离为L1,获取用户的年龄F,根据年龄F、距离L1和标准屈光度D0得到实时的最佳屈光度D1,调节变焦镜片,使变焦镜片位于眼睛的晶状体前的区域的屈光度为D1。
2.如权利要求1所述的头戴显示设备的视觉优化方法,其特征在于:还包括以下步骤:
S4、根据标准屈光度D0和屈光度D1得到屈光度训练下限fit_min、屈光度训练上限fit_max和屈光度训练单元fit_offset;
第一轮训练:调节变焦镜片的屈光度在[(D1-fit),(D1+fit)]区间内连续变化n个来回,其中fit=fit_min;
第二轮训练:调节变焦镜片的屈光度在[(D1-fit),(D1+fit)]区间内连续变化n个来回,其中fit=fit_min+fit_offset;如果fit_min+fit_offset≥fit_max,则停止训练,否则进行第三轮训练:调节变焦镜片的屈光度在[(D1-fit),(D1+fit)]区间内连续变化n个来回,其中fit=fit_min+fit_offset*2;以此类推,直至fit=fit_min+fit_offset*(m-1)≥fit_max便停止训练,其中m为已训练的轮数。
3.如权利要求2所述的头戴显示设备的视觉优化方法,其特征在于:
在步骤S4中,根据年龄F、标准屈光度D0和屈光度D1得到屈光度训练下限fit_min、屈光度训练上限fit_max和屈光度训练单元fit_offset。
4.如权利要求3所述的头戴显示设备的视觉优化方法,其特征在于:还包括步骤:统计若干个用户的眼睛注视虚像上不同点并且获得最清晰的视觉效果时,变焦镜片位于眼睛的晶状体前的区域的屈光度D2,根据统计结果将距离L1、用户的标准屈光度D0和年龄F作为条件,屈光度D2作为结果建立表1,在步骤S3中,根据年龄F、距离L1和标准屈光度D0通过查询表1得到屈光度D1。
5.如权利要求3所述的头戴显示设备的视觉优化方法,其特征在于:还包括步骤:统计若干个用户的眼睛注视虚像上不同点并且获得最清晰的视觉效果时,变焦镜片位于眼睛的晶状体前的区域的屈光度D2,根据统计结果设定最远距离Lmax,当L1<Lmax,D1=D0*f1(L1,F),函数f1为对统计结果进行线性回归获得的线性函数;当L1≥Lmax,D1=D0*f2(F),f2为与年龄F对应的固定值;在步骤S3中,当L1<Lmax,D1=D0*f1(L1,F),当L1≥Lmax,D1=D0*f2(F)。
6.如权利要求4或5所述的头戴显示设备的视觉优化方法,其特征在于:在步骤S4中,
建立公式fit_min=f3(F,D0,D1),将大量的不同年龄F、不同标准屈光度D0的用户的眼睛以不同的最佳屈光度D1作为中间值进行训练后,效果较好的fit_min作为样本进行统计,函数f3是对统计结果进行线性回归获得的线性函数;
建立公式fit_max=f4(F,D0,D1),将大量的不同年龄F、不同标准屈光度D0的用户的眼睛以不同的最佳屈光度D1作为中间值进行训练后,效果较好的fit_max作为样本进行统计,函数f4是对统计结果进行线性回归获得的线性函数;
建立公式fit_offset=f5(fit_min,fit_max),函数f5是线性方程。
7.如权利要求6所述的头戴显示设备的视觉优化方法,其特征在于:还获取用户的瞳距P,公式fit_min=f3(F,D0,P,D1),公式fit_max=f4(F,D0,P,D1)。
8.如权利要求7所述的头戴显示设备的视觉优化方法,其特征在于:还包括步骤S5、以交点O1为圆心,以R为半径的圆形区域为主注视区,虚像其它部分为次注视区,提高主注视区的画面质量和/或降低次注视区的画面质量。
9.如权利要求8所述的头戴显示设备的视觉优化方法,其特征在于:还包括以下步骤:建立用户数据库,所述用户数据库中存有至少一个用户数据,所述用户数据包括ID号、身份信息、年龄F、标准屈光度D0和瞳距P,所述身份信息包括字符串、声纹数据、指纹数据和/或虹膜数据。
10.如权利要求9所述的头戴显示设备的视觉优化方法,其特征在于:还包括以下步骤:获取验证信息并将其与所述用户数据中的身份信息进行验证,验证通过后取出并使用所述用户数据中的年龄F、标准屈光度D0和瞳距P。
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