CN107368187A - 一种双重交互控制的头戴式显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双重交互控制的头戴式显示设备，包含：显示模块、通信模块、交互模块、电源模块、壳体和处理模块，其特征在于：所述交互模块包含眼控模块和手控模块，所述眼控模块包含摄像头模块和红外光源；所述手控模块包括位移检测模块和动作输入模块。通过眼控和手控相结合的控制方式，提高了用户交互体验的便利性。

Description

一种双重交互控制的头戴式显示设备
技术领域
本发明属于虚拟现实和计算机视觉技术领域，具体涉及一种双重交互控制的头戴式显示设备。
背景技术
现有虚拟现实技术一般采用如：头盔、手套、手柄或遥控器等辅助设备，在使用过程中，一般通过头盔检测头部运动或语音指令，通过手套检测手势或手部动作实现，或通过手柄或遥控器对虚拟角色进行控制从而实现交互操作。然而，头盔、手套等辅助设备在使用过程中其使用场景相对固定，其交互过程往往具有较强的使用针对性，并且其相对应的交互系统和方法也比较复杂，成本较高。而手柄等辅助设备虽然成本较低，但在使用过程中往往存在交互准确性和效率较低的情况。其中有一部分采用了物理按键的方式进行选择确认，有的采用触摸按键的方式进行选择确认，但是采用触摸或者物理按键的方式需要使用者一直将手臂悬空，长时间操作会导致用户疲劳；有一部分采用陀螺仪的方式通过转动头部进行选择，采用头动的方式需要用户不断移动头部进行选择，体验性较差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双重交互控制的头戴式显示设备，可以通过用户的视线和手控相结合进行交互的操作控制，实时的知道用户的实现方向，并且可以通过眼睛的运动来操作头戴式显示设备，并且通过多个处理模块间的协作，提高系统的性能，进而提高系统的反映速度，降低延迟，提高用户的使用体验。存储模块中的加密和解密模块能够保护用户的隐私和数据的安全。
本发明中头戴式显示设备是指：虚拟现实设备（VR）、增强现实设备（AR）和混合现实设备（MR）。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种双重交互控制的头戴式显示设备，包含：显示模块、通信模块、交互模块、电源模块、壳体和处理模块，其特征在于：所述交互模块包含眼控模块和手控模块，所述眼控模块包含摄像头模块和红外光源；所述手控模块包括位移检测模块和动作输入模块。
其中所述显示模块用于向用户提供视觉信息，显示模块为显示屏和/或投影装置；通信模块用于设备间、设备和基站间以及设备和服务器端的通信，通信模块包含蓝牙单元、WiFi单元、GSM单元、GPRS单元、CDMA单元、TDMA单元、ZigBee单元、Z-Wave单元、Infrared(IR)单元、RFID单元、NFC单元、WiGig单元中一种或几种。
电源模块用于给上述显示模块、通信模块、交互模块和处理模块供电，壳体用于支撑和固定上述部分或全部模块。
所述手控模块还包括手控载体，所述手控载体为指环状；所述位移检测模块，设于所述手控载体，用于检测所述手控载体的位移信息；所述动作输入模块，设于所述手控载体，用于检测作用于所述手控载体的动作信息；手控处理单元，设于所述手控载体且与所述位移检测模块以及动作输入模块通信连接，用于对所述位移信息以及动作信息转换为操作信息；信号输出模块，设于所述手控载体且与所述手控处理单元连接，用于发送所述操作信息；信号接收模块，设于一虚拟现实系统，用于与所述信号输出模块通信连接以接收所述信号输出模块发送的所述操作信息。
所述头戴式显示设备还包括：映射模块，设于所述头戴式显示设备的虚拟现实系统内，用于将虚拟控制器在虚拟交互平面上的动作映射至虚拟现实场景中对应的可交互对象。
所述摄像头采集图像数据，所述第一处理单元连接所述摄像头模块和第二处理单元，第一处理单元对摄像头模块传来数据进行处理，将处理结果传给第二处理单元。
所述第一处理单元包含：ARM、X86、X64、FPGA、DSP、MCU、MPU、ASIC、GPU中一种或几种。
所述红外光源直接连接电源模块或者所述红外光源连接第一处理单元和/或第二处理单元。
所述第二处理单元将第一处理单元的处理结果进行处理，同时第二处理单元还连接显示模块、通信模块、电源模块。
所述第二处理单元包含：所述第二处理单元包含ARM、X86、X64、GPU、DSP中一种或几种。
所述第一处理单元与第二处理单元同时工作，即第一处理单元将图像数据处理后的结果传给第二处理单元，第二处理单元对该结果进行处理，并根据程序执行其他操作，与此同时第一处理单元继续处理下一帧的图像数据，直到接收到停止或暂停指令。
所述第一处理单元将图像数据进行处理得到此时视线在显示模块中的落点坐标，将该坐标交给第二处理模块；或者第一处理模块将图像数据进行处理得到一个数据量的兴趣区域的数据，将该数据交由第二处理模块进行处理；或者所述第一处理单元将图像数据进行预处理，将增强后的数据交由第二处理模块进行处理；或者第一处理模块仅对图像数据进行压缩编码，将该压缩编码后的数据交给第二处理模块进行处理。
所述一种双重交互控制的头戴式显示设备还包含有存储模块，用于存储用户的个人数据。所述存储模块包含：加密模块和解密模块，用于保护用户数据安全。
所述摄像头模块，红外光源和第一处理单元至少有一个。
上述模块可以构成一套方案，所述一种双重交互控制的头戴式显示设备还可包含光学透镜构成另一种方案；以及包含反光模块构成一种方案；以及同时包含光学透镜和反光模块构成另一种方案。
所述反光模块为：可反射红外光透过其他波段的光的反光模块或者不可透过红外光可透过其他波段的光的反光模块，所述反光模块与屏幕平行放着或者贴合屏幕或者与屏幕成一定夹角放置。
所述一种双重交互控制的头戴式显示设备还包含有：陀螺仪、加速度传感器和定位模块。所述定位模块为：GPS、A-GPS、北斗、伽利略中一种或几种。
本发明通过摄像头模块和红外光源来采集用户的图像，第一处理单元处理连接摄像头模块并处理摄像头的数据将处理结果发送给第二处理单元，第二处理单元连接有显示模块、通信模块、电源模块，可以实时的知道用户的实现方向，因此可以通过眼睛的运动来操作头戴式显示设备，并且通过设置在指环上的位移传感器与操作系统映射，实现通过手动位移的变化来操作头戴式显示设备。即可以同时采取眼控和手控的双重控制方式，这样能够有效的降低交互操作的复杂程度。并通过多个处理模块间的协作，提高系统的性能，进而提高系统的反映速度，降低延迟，提高用户的使用体验。存储模块中的加密和解密模块能够保护用户的隐私和数据的安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的模块连接逻辑关系示意图。
图2为处理单元逻辑关系示意图。
图3为本发明不包含透镜和反光模块的示意图。
图4为本发明包含透镜的示意图。
图5为本发明包含透镜和反光模块且反光模块平行显示模块的示意图。
图6为本发明包含透镜和反光模块且反光模块倾斜显示模块的示意图。
图7为本发明手控载体的的示意图。
图中：1为显示模块，2为反光模块，3为摄像头模块，4为光学透镜，5为红外光源，6为眼睛，100为手控载体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一，如图1、2、3所示，一种双重交互控制的头戴式显示设备，包含：壳体、显示模块、通信模块、交互模块、电源模块和处理模块，其中，所述显示模块包含投影模块，，所述交互模块包含眼控模块和手控模块，所述眼控模块包含摄像头模块和红外光源。
所述手控模块还包括手控载体100，所述手控载体100为指环状；所述位移检测模块，设于所述手控载体，用于检测所述手控载体的位移信息；所述动作输入模块，设于所述手控载体，用于检测作用于所述手控载体的动作信息；手控处理单元，设于所述手控载体且与所述位移检测模块以及动作输入模块通信连接，用于对所述位移信息以及动作信息转换为操作信息；信号输出模块，设于所述手控载体且与所述手控处理单元连接，用于发送所述操作信息；信号接收模块，设于一虚拟现实系统，用于与所述信号输出模块通信连接以接收所述信号输出模块发送的所述操作信息。
所述头戴式显示设备还包括：映射模块，设于所述头戴式显示设备的虚拟现实系统内，用于将虚拟控制器在虚拟交互平面上的动作映射至虚拟现实场景中对应的可交互对象。
红外光源5发射的红外光线照到眼睛6上，摄像机模块3采集眼睛6反射的光线形成眼睛的图像数据，所述眼睛的图像的经由第一处理单元处理得到处理结果A，处理结果A传递给第二处理单元，第二处理单元对处理结果A进行处理结合操作系统给用户以反馈，以实现视线追踪和虹膜识别。
其中，所述红外光源5红外光源至少一个红外灯珠，发射850nm和/940nm红外光，照射在人眼区域。所述红外光源5连接第一处理单元，第一处理单元调节灯珠的亮度。
其中，通信模块包含：蓝牙模块、WiFi模块、4G模块、NFC模块，用于与服务器通信和快速匹配。
其中，所述一种双重交互控制的头戴式显示设备，还包含有陀螺仪、加速度传感器和定位模块用于测定用户的运动和方位。
使用中既可以在一只眼睛光路中添加如图3所示结构，采集一只眼镜图像进行处理，也可以在两个眼睛光路中均添加如图3所示结构，分别采集两只眼睛的图像进行处理。
实施例二，如图1、2、4所示，一种双重交互控制的头戴式显示设备，包含：壳体、显示模块、通信模块、交互模块、电源模块和处理模块，其中，所述显示模块包含屏幕，所述交互模块包含眼控模块和手控模块，所述眼控模块包含摄像头模块和红外光源。
红外光源5发射的红外光线照到眼睛6上，摄像机模块3采集眼睛6反射的光线形成眼睛的图像数据，所述眼睛的图像的经由第一处理单元处理得到处理结果A，处理结果A传递给第二处理单元，第二处理单元对处理结果A进行处理结合操作系统给用户以反馈，以实现视线追踪和虹膜识别。
其中光学透镜由壳体固定在眼睛和屏幕之间，屏幕1的光线通过光学透镜4进入眼睛6。
其中，所述红外光源5红外光源至少一个红外灯珠，发射850nm和/940nm红外光，照射在人眼区域。
其中，通信模块包含：蓝牙模块、WiFi模块、4G模块、NFC模块，用于与服务器通信和快速匹配。
其中，所述一种双重交互控制的头戴式显示设备，还包含有陀螺仪、加速度传感器和定位模块用于测定用户的运动和方位。
使用中既可以在一只眼睛光路中添加如图4所示结构，采集一只眼睛图像进行处理，也可以在两个眼睛光路中均添加如图4所示结构，分别采集两只眼睛的图像进行处理。
实施例三，如图1、2、5所示，一种双重交互控制的头戴式显示设备，包含：壳体、显示模块、通信模块、交互模块、电源模块、光学透镜、反光模块和处理模块，其中，所述显示模块包含屏幕，所述交互模块包含眼控模块和手控模块，所述眼控模块包含摄像头模块和红外光源。
红外光源5发射的红外光线经过反光模块2照到眼睛6上，摄像机模块3采集眼睛6反射的光线再由反光模块反射光线形成眼睛的图像数据，所述眼睛的图像的经由第一处理单元处理得到处理结果A，处理结果A传递给第二处理单元，第二处理单元对处理结果A进行处理结合操作系统给用户以反馈，以实现视线追踪和虹膜识别。
其中光学透镜由壳体固定在眼睛和屏幕之间，屏幕1的光线通过光学透镜4进入眼睛6。
其中反光模块与屏幕水平放置，所述反光模块能过反射红外光，透过其他波段的光。
其中，所述红外光源5红外光源至少一个红外灯珠，发射850nm和/940nm红外光，照射在人眼区域。所述红外光源5连接第一处理单元，第一处理单元调节灯珠的亮度。
其中，通信模块包含：蓝牙模块、WiFi模块、4G模块、NFC模块，用于与服务器通信和快速匹配。
其中，所述一种双重交互控制的头戴式显示设备，还包含有陀螺仪和加速度传感器用于测定用户的运动和方位。
其中，所述一种双重交互控制的头戴式显示设备，还包含有存储模块，其中所述存储模块包含有加密模块和解密模块用于保护用户隐私和系统正常的存取数据。
使用中既可以在一只眼睛光路中添加如图5所示结构，采集一只眼睛图像进行处理，也可以在两个眼睛光路中均添加如图5所示结构，分别采集两只眼睛的图像进行处理。
实施例四，如图1、2、6所示，一种双重交互控制的头戴式显示设备，包含：壳体、显示模块、通信模块、交互模块、电源模块、光学透镜、反光模块和处理模块，其中，所述显示模块包含屏幕，所述交互模块包含眼控模块和手控模块，所述眼控模块包含摄像头模块和红外光源。
红外光源5发射的红外光线经过反光模块2照到眼睛6上，摄像机模块3采集眼睛6反射的光线再由反光模块反射光线形成眼睛的图像数据，所述眼睛的图像的经由第一处理单元处理得到处理结果A，处理结果A传递给第二处理单元，第二处理单元对处理结果A进行处理结合操作系统给用户以反馈，以实现视线追踪和虹膜识别。
其中光学透镜由壳体固定在眼睛和屏幕之间，屏幕1的光线通过光学透镜4进入眼睛6。
其中反光模块与屏幕倾斜放置，所述反光模块能过反射红外光，透过其他波段的光。
其中，所述红外光源5红外光源至少一个红外灯珠，发射850nm和/940nm红外光，照射在人眼区域。
其中，通信模块包含：蓝牙模块、WiFi模块、4G模块、NFC模块，用于与服务器通信和快速匹配。
其中，所述一种双重交互控制的头戴式显示设备，还包含有陀螺仪和加速度传感器用于测定用户的运动和方位。
其中，所述一种双重交互控制的头戴式显示设备，还包含有存储模块，其中所述存储模块包含有加密模块和解密模块用于保护用户隐私和系统正常的存取数据。
使用中既可以在一只眼睛光路中添加如图6所示结构，采集一只眼镜图像进行处理，也可以在两个眼睛光路中均添加如图6所示结构，分别采集两只眼睛的图像进行处理。
本发明可以实现的技术效果是：通过多处理模块的结合，提高系统的性能，降低系统的响应时间，提高用户的交互效率，进而提高用户的体验效果；使用眼控功能能够使用和设备的交互更加自然和高效，并且进一步可以知道用户实时的注释的屏幕内容；存储模块中的加密和解密模块能够保护用户的隐私和数据的安全。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所描述的装置实施例中，第一处理单元和第二处理单元是以功能模块的形式来呈现。这里的 “ 模块”可以指特定应用集成电路(application-specificintegratedcircuit，ASIC)，执行一个或多个软件或固件程序的处理单元和存储器、集成逻辑电路和/或其他可以提供上述功能的器件。在一个简单的实施例中，本领域的技术人员可以想到第一处理单元可以通过具有计算和逻辑处理功能的处理单元、存储器和输入/输出接口来实现，第二处理单元可以通过具有计算和逻辑处理功能的处理单元、存储器和输入/输出接口来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种双重交互控制的头戴式显示设备，包含：显示模块、通信模块、交互模块、电源模块、壳体和处理模块，其特征在于：所述交互模块包含眼控模块和手控模块，所述眼控模块包含摄像头模块和红外光源；所述手控模块包括位移检测模块和动作输入模块。
2.根据权利要求1所述的一种双重交互控制的头戴式显示设备，其特征在于，所述手控模块还包括手控载体，所述手控载体为指环状；所述位移检测模块，设于所述手控载体，用于检测所述手控载体的位移信息；所述动作输入模块，设于所述手控载体，用于检测作用于所述手控载体的动作信息；手控处理单元，设于所述手控载体且与所述位移检测模块以及动作输入模块通信连接，用于对所述位移信息以及动作信息转换为操作信息；信号输出模块，设于所述手控载体且与所述手控处理单元连接，用于发送所述操作信息；信号接收模块，设于一虚拟现实系统，用于与所述信号输出模块通信连接以接收所述信号输出模块发送的所述操作信息。
3.根据权利要求1所述的一种双重交互控制的头戴式显示设备，其特征在于，所述处理单元的第一处理单元连接红外光源。
4.根据权利要求1所述的一种双重交互控制的头戴式显示设备，其特征在于：所述红外光源直接连接电源模块。
5.根据权利要求1所述的一种双重交互控制的头戴式显示设备，其特征在于，所述头戴式显示设备还包括位置投影模块，设于所述虚拟现实系统，用于将所述虚拟现实系统提供的虚拟现实场景中预设范围内的可交互对象投影至一虚拟交互平面内。
6.根据权利要求1所述的一种双重交互控制的头戴式显示设备，其特征在于：所述头戴式显示设备还包括动作转换模块，设于所述虚拟现实系统，用于根据所述信号接收模块接收的所述操作信息控制一虚拟控制器在所述虚拟交互平面上的动作。
7.根据权利要求1所述的一种双重交互控制的头戴式显示设备，其特征在于：所述一种双重交互控制的头戴式显示设备还包含有存储模块，用于存储用户的个人数据。
8.根据权利要求7所述的一种双重交互控制的头戴式显示设备，其特征在于：所述存储模块包含：加密模块和解密模块用于保护用户数据安全。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种双重交互控制的头戴式显示设备，其特征在于：所述一种双重交互控制的头戴式显示设备还包含：光学透镜和/或反光模块。
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