CN107526163A - 眼睛操作的数字眼镜 - Google Patents

Abstract

一种数字眼镜，其包括以下组件：左镜腿、右镜腿、左显示设备、右显示设备、左红外发射器、右红外发射器、左红外接收器、右红外接收器、视线追踪设备、处理器、存储器、电源。它允许用户通过眼睛来轻松、快速地操作指针，并可以将图像信息输出至广阔的三维空间中。

Description

眼睛操作的数字眼镜

技术领域

本发明涉及一种显示设备，尤其涉及一种头戴式显示设备。

背景技术

数字眼镜是可以显示数字信号的头戴式显示设备，包括增强现实眼镜、虚拟现实眼镜、智能眼镜等。

手机和平板电脑是主流的移动通信设备。手机显示区域狭窄，而平板电脑重量较大。此外，手机和平板电脑只能显示二维图像，它们要求用户改变头姿态，这限制了它们的应用领域。

数字眼镜可以用近眼显示器将图像输出至广阔的三维空间中。但是目前的数字眼镜难以用眼睛快速输入文字。语音识别输入法存在识别误差，抗干扰性差。触摸板虽然可以完成文字输入，但是它需要占用至少1只手的资源。当用户双手处于繁忙状态时，难以用触摸板输入文字。专利CN105116544A公开了头操作的电子眼镜，它可以用头快速输入文字。但它需要用户频繁旋转头部，容易导致用户产生疲劳。

本文设计一种数字眼镜，它允许用户通过眼睛来轻松、快速地操作指针，并可以将图像信息输出至广阔的三维空间中。目前尚无文献公开此类产品的制造方法。

发明内容

本发明旨在提供一种眼睛操作的数字眼镜及其操作方法。它允许用户通过眼睛来轻松、快速地操作指针，并可以将图像信息输出至广阔的三维空间中。

数字眼镜包括左镜腿、右镜腿、左显示设备、右显示设备、左红外发射器、右红外发射器、左红外接收器、右红外接收器、视线追踪设备、处理器、存储器、电源。

显示设备是视频输出设备，包括投影机、液晶面板等设备。

本段落假设用户一直戴着数字眼镜。左显示设备位于用户左眼前方，右显示设备位于用户右眼前方。

红外发射器可以持续发射红外线，也可以固定时间间隔为周期发射红外线。当用户睁眼时，红外发射器发射的红外线照射其眼睛就会反射强红外光。当用户闭眼时，显示设备发射的光线照射其眼睛就会反射弱红外光。红外接收器可以将反射红外光转换成数字信号。左红外发射器将红外光发射至用户左眼上，左红外接收器接收用户左眼反射的红外光。右红外发射器将红外光发射至用户右眼上，右红外接收器接收用户右眼反射的红外光。红外接收器将接收的红外光强度转换成1个数字信号或1组数字信号发送给处理器。如果红外接收器是单像素红外相机，其就输出1个数字信号；如果红外接收器是多像素红外相机，其就输出1组数字信号。在响应范围内，输入红外光强度增大，红外接收器输出的数字信号就增大；反之，红外接收器输出的数字信号则减少。

假设0＜p₁＜p₂和0＜q₁＜q₂成立。假设左红外接收器输出信号之和为l，而右红外接收器输出信号之和为r。如果l∈[p₂,+∞)，则处理器判断用户左眼睁开；如果l∈[p₁,p₂)，则处理器判断用户左眼眯眼；如果l∈[0,p₁)，则处理器判断用户左眼关闭。如果r∈[q₂,+∞)，则处理器判断用户右眼睁开；如果r∈[q₁,q₂)，则处理器判断用户右眼眯眼；如果r∈[0,q₁)，则处理器判断用户右眼关闭。

假设s∈(0,3000)。下面定义一些专有名词。

单眯眨左眼：用户的右眼持续睁开，用户的左眼不能关闭。于此同时该用户的左眼先睁开，再眯眼s毫秒，最后睁开。

单眯眨右眼：用户的左眼持续睁开，用户的右眼不能关闭。于此同时该用户的右眼先睁开，再眯眼s毫秒，最后睁开。

单眯眨：单眯眨左眼或单眯眨右眼。

双眯眨：用户的双眼不能关闭。于此同时用户的双眼先同时睁开，再同时眯眼s毫秒，最后同时睁开。

眯眨：单眯眨或双眯眨。

单眨左眼：用户的右眼持续睁开。于此同时该用户的左眼先睁开，再关闭s毫秒，最后睁开。

单眨右眼：用户的左眼持续睁开。于此同时该用户的右眼先睁开，再关闭s毫秒，最后睁开。

单眨眼：单眨左眼或单眨右眼。

双眨眼：用户的双眼先同时睁开，再同时关闭s毫秒，最后同时睁开。

于是，左红外接收器、右红外接收器和处理器就可以识别出用户眯眨指令和单眨眼指令。参数s的最佳数值是500。该参数产生以下益处：眯眨和单眨眼可以排除人眼无意识的双眨眼，减少误操作；眯眨比眨眼更轻松、更快捷；眯眨不会关闭用户视野。

双眯眨指令、单眯眨左眼指令、单眯眨右眼指令、单眨左眼指令和单眨右眼指令可以触发不同的事件。

操作界面是三维空间中的一个虚拟平面物体，它以电子数据形式存储于存储器中。它位于用户眼镜前方。此处的前方包括正前方、前上方、前下方、前左方和前右方。操作界面始终相对头部静止。

指针位于二维操作界面上，其针尖坐标可以用二维向量表示。视线追踪设备可以捕获用户眼睛在操作界面上的注视点坐标，并输出注视点坐标给处理器。处理器可以将指针移动到用户注视点。

指针可以存在两种可切换状态：“移动禁用”和“移动激活”。当指针处于“移动禁用”状态时，指针无法移动；当指针处于“移动激活”状态时，指针可以移动。“移动禁用”可以排除用户非操作性移动视线的干扰。

指针可以存在另外两种可切换状态：“指针禁用”和“指针激活”。当指针处于“指针禁用”状态时，指针既无法移动也无法单击；当指针处于“激活”状态时，指针既可以移动也可以单击。“指针禁用”可以排除用户非操作性移动视线的干扰。

用户可以用眼睛切换指针状态。假设t∈[800,+∞)。眼睛切换指针状态的方法有两种：

1.用户眯眨或单眨眼；

2.用户持续眯眼超过t毫秒，或者持续关闭单眼超过t毫秒；

指针在切换状态后，可以立即发出特定的视频提示信号以提示状态改变。

用户可以用眼睛移动指针。假设k₁∈(0,+∞)，k₂∈(0,+∞)。眼睛移动指针的方法包括如下步骤：

S1.如果指针处于“移动禁用”或“指针禁用”状态，则转至S1；否则，转至S2；

S2.视线追踪设备捕获用户注视点坐标，转至S3；

S3.在操作界面上，处理器将指针移动到用户注视点，转至S1。

用户可以用眼睛单击指针。眼睛单击指针的方法为：用户眯眨或单眨眼。

在指针单击后，处理器可以立即发出特定的视频提示信号以提示单击完成。例如在指针单击后，指针会闪烁一下以提示单击完成。处理器可以发出多种视频提示信号以提示多种指令完成。例如在单眨左眼指令完成后，处理器会在指针上闪烁一下红圈以提示指令完成；在单眨右眼指令完成后，处理器会在指针上闪烁一下篮圈以提示指令完成。

因此，用户只需移动视线和眯眨就可以单击操作界面上的任意按钮。同理，用户只需移动视线和眯眨就可以用软键盘输入文字。

显示设备可以是透明显示设备。透明显示设备可以将操作界面显示在显示设备的下方。这样就避免操作界面遮挡用户视线，从而允许用户正常行走。透明显示设备的外表面可以覆盖电致变色材料。电致变色材料允许调节透光率，从而可以屏蔽环境光线，增强虚拟画面的对比度。眼睛操作的数字眼镜不仅解放了用户的双手，还解放了用户的双脚。

数字眼镜可以包含昂贵的装饰材料，例如贵金属和珠宝。装饰材料可以装饰用户的头部。

数字眼镜可以增加摄像头，以将采集的现实图像发送至处理器。然后，处理器就可以将现实图像与虚拟图像融合输出给显示设备。摄像头还可以拍照、录像。摄像头可以是红外摄像头，以采集红外图像。

数字眼镜可以增加麦克风和扬声器，以收发音频信息。数字眼镜可以增加通信芯片，以实现远程通信。

数字眼镜还可以安装各种软件。比如，数字眼镜可以安装语音识别软件，以将识别文本输出至显示设备上。

电源可以是内置电源，也可以是外置电源。

综上所述，眼睛操作的数字眼镜可以彻底解放用户的双手和双脚。它允许用户通过眼睛来轻松、快速地操作指针，并可以将图像信息输出至广阔的三维空间中。

附图说明

图1为数字眼镜的主视图。

具体实施方法

下面提供本发明的一个最佳实施例，并结合附图描述本发明。

如图1所示，数字眼镜包括以下组件：鼻梁(1)、处理器(2)、显示设备(3A)、显示设备(3B)、鼻托(4A)、鼻托(4B)、红外发射器(5A)、红外发射器(5B)、红外接收器(6A)、红外接收器(6B)、桩头(7A)、桩头(7B)、铰链(8A)、铰链(8B)、电源(9A)、电源(9B)、镜腿(10A)、镜腿(10B)、视线追踪设备(11)、存储器(12)。

本段落假设用户一直戴着数字眼镜。显示设备(3A)位于用户左眼前方，显示设备(3B)位于用户右眼前方。

红外发射器可以持续发射红外线，也可以固定时间间隔为周期发射红外线。当用户睁眼时，红外发射器发射的红外线照射其眼睛就会反射强红外光。当用户闭眼时，显示设备发射的光线照射其眼睛就会反射弱红外光。红外接收器可以将反射红外光转换成数字信号。红外发射器(5A)将红外光发射至用户左眼上，红外接收器(6A)接收用户左眼反射的红外光。红外发射器(5B)将红外光发射至用户右眼上，红外接收器(6B)接收用户右眼反射的红外光。红外接收器(6A)和红外接收器(6B)将接收的红外光强度转换成1个数字信号发送给处理器(2)。在响应范围内，输入红外光强度增大，红外接收器输出的数字信号就增大；反之，红外接收器输出的数字信号则减少。

令p₃为红外接收器(6A)输出信号之和的最大值，代表用户左眼睁开时所反射的最大红外光强度。令q₃为红外接收器(6B)输出信号之和的最大值，代表用户右眼睁开时所反射的最大红外光强度。显然，p₃＞0和q₃＞0恒成立。令p₁＝0.3·p₃，p₂＝0.7·p₃，q₁＝0.3·q₃，q₂＝0.7·q₃。显然，0＜p₁＜p₂和0＜q₁＜q₂都成立。假设红外接收器(6A)输出信号之和为l，而红外接收器(6B)输出信号之和为r。显然，l≥0和r≥0恒成立。如果l∈[p₂,+∞)，则处理器(2)判断用户左眼睁开；如果l∈[p₁,p₂)，则处理器(2)判断用户左眼眯眼；如果l∈[0,p₁)，则处理器(2)判断用户左眼关闭。如果r∈[q₂,+∞)，则处理器(2)判断用户右眼睁开；如果r∈[q₁,q₂)，则处理器(2)判断用户右眼眯眼；如果r∈[0,q₁)，则处理器(2)判断用户右眼关闭。

令s＝500。下面定义一些专有名词。

单眯眨左眼：用户的右眼持续睁开，用户的左眼不能关闭。于此同时该用户的左眼先睁开，再眯眼s毫秒，最后睁开。

单眯眨右眼：用户的左眼持续睁开，用户的右眼不能关闭。于此同时该用户的右眼先睁开，再眯眼s毫秒，最后睁开。

单眯眨：单眯眨左眼或单眯眨右眼。

双眯眨：用户的双眼不能关闭。于此同时用户的双眼先同时睁开，再同时眯眼s毫秒，最后同时睁开。

眯眨：单眯眨或双眯眨。

单眨左眼：用户的右眼持续睁开。于此同时该用户的左眼先睁开，再关闭s毫秒，最后睁开。

单眨右眼：用户的左眼持续睁开。于此同时该用户的右眼先睁开，再关闭s毫秒，最后睁开。

单眨眼：单眨左眼或单眨右眼。

双眨眼：用户的双眼先同时睁开，再同时关闭s毫秒，最后同时睁开。

于是，红外接收器(6A)、红外接收器(6B)和处理器(2)就可以识别出用户眯眨指令和单眨眼指令。眯眨和单眨眼可以排除人眼无意识的双眨眼，减少误操作。眯眨比眨眼更轻松、更快捷。眯眨不会关闭用户视野。

操作界面是三维空间中的一个虚拟平面物体，它以电子数据形式存储于存储器中。它位于用户眼镜前方。此处的前方包括正前方、前上方、前下方、前左方和前右方。操作界面始终相对头部静止。

指针位于二维操作界面上，其针尖坐标可以用二维向量表示。视线追踪设备可以捕获用户眼睛在操作界面上的注视点坐标，并输出注视点坐标给处理器。处理器可以将指针移动到用户注视点。

指针存在两种可切换状态：“指针禁用”和“指针激活”。当指针处于“指针禁用”状态时，指针既无法移动也无法单击；当指针处于“激活”状态时，指针既可以移动也可以单击。

用户用眼睛切换指针状态。眼睛切换指针状态的方法为：用户单眯眨左眼。

指针在变成“指针禁用”状态后，立即被“叉号”覆盖，以强调状态变化。指针在变成“指针激活”状态后，立即恢复原状，以强调状态变化。

用户可以用眼睛移动指针。假设k₁∈(0,+∞)，k₂∈(0,+∞)。眼睛移动指针的方法包括如下步骤：

S1.如果指针处于“移动禁用”或“指针禁用”状态，则转至S1；否则，转至S2；

S2.视线追踪设备(11)捕获用户注视点坐标，转至S3；

S3.在操作界面上，处理器(2)将指针移动到用户注视点，转至S1。

用户可以用眼睛单击指针。眼睛单击指针的方法包括如下步骤：

S1.如果指针处于“指针禁用”状态，则转至S1；否则，转至S2；

S2.如果用户眯眨，处理器(2)就单击指针，转至S1；否则，转至S1；

因此，用户只需移动视线和眯眨就可以单击操作界面上的任意按钮。同理，用户只需移动视线和眯眨就可以用软键盘输入文字。

显示设备可以是透明显示设备。透明显示设备可以将操作界面显示在显示设备的下方。这样就避免操作界面遮挡用户视线，从而允许用户正常行走。眼睛操作的数字眼镜不仅解放了用户的双手，还解放了用户的双脚。

数字眼镜可以包含昂贵的装饰材料，例如贵金属和珠宝。装饰材料可以装饰用户的头部。

数字眼镜可以增加摄像头，以将采集的现实图像发送至处理器。然后，处理器就可以将现实图像与虚拟图像融合输出给显示设备。摄像头还可以拍照、录像。摄像头可以是红外摄像头，以采集红外图像。

数字眼镜可以增加麦克风和扬声器，以收发音频信息。数字眼镜可以增加通信芯片，以实现远程通信。

数字眼镜还可以安装各种软件。比如，数字眼镜可以安装语音识别软件，以将识别文本输出至显示设备上。

电源可以是内置电源，也可以是外置电源。

综上所述，眼睛操作的数字眼镜可以彻底解放用户的双手和双脚。它允许用户通过眼睛来轻松、快速地操作指针，并可以将图像信息输出至广阔的三维空间中。

以上叙述及图像已揭示本发明的较佳实施例。该实施例应被视为用以说明本发明，而非用以限制本发明。本发明的保护范围，并不局限于该实施例。

Claims (13)

1.一种眼睛操作的数字眼镜，其包括以下组件：左镜腿、右镜腿、左显示设备、右显示设备、左红外发射器、右红外发射器、左红外接收器、右红外接收器、处理器、存储器、电源；其特征在于：其包括视线追踪设备，左显示设备和右显示设备可以显示二维操作界面和指针，左红外发射器将红外光发射至用户左眼上，左红外接收器接收用户左眼反射的红外光，右红外发射器将红外光发射至用户右眼上，右红外接收器接收用户右眼反射的红外光，左红外接收器所接收的红外光强度被转换成左眼睁开指令或左眼关闭指令，右红外接收器所接收的红外光强度被转换成右眼睁开指令或右眼关闭指令，左红外接收器、右红外接收器和处理器可以识别出用户眯眨指令，视线追踪设备可以捕获用户眼睛在操作界面上的注视点坐标，视线追踪设备可以输出注视点坐标给处理器，处理器可以将指针移动到用户注视点，处理器用眯眨指令来单击指针。

2.如权利要求1所述的眼睛操作的数字眼镜，其特征在于：该数字眼镜可以识别出双眯眨指令、单眯眨左眼指令和单眯眨右眼指令，这三个指令可以触发不同的事件。

3.如权利要求1所述的眼睛操作的数字眼镜，其特征在于：该数字眼镜可以识别出单眨左眼指令和单眨右眼指令，这两个指令可以触发不同的事件。

4.如权利要求1所述的眼睛操作的数字眼镜，其特征在于：显示设备为透明显示设备，其外表面覆盖了电致变色材料。

5.如权利要求1所述的眼睛操作的数字眼镜，其特征在于：指针状态可以在“移动禁用”和“移动激活”之间切换。

6.如权利要求1所述的眼睛操作的数字眼镜，其特征在于：指针状态可以在“指针禁用”和“指针激活”之间切换。

7.如权利要求5或6所述的眼睛操作的数字眼镜，其特征在于：指针在切换状态后会立即发出特定的视频提示信号以提示状态改变。

8.如权利要求5或6所述的眼睛操作的数字眼镜，其特征在于：在指针单击后，数字眼镜可以立即发出特定的视频提示信号以提示单击完成。

9.如权利要求5或6所述的眼睛操作的数字眼镜，其特征在于：该数字眼镜可以发出多种视频提示信号以提示多种指令完成。

10.如权利要求5或6所述的眼睛操作的数字眼镜，其特征在于：指针状态切换方法为：用户眯眨或单眨眼。

11.如权利要求5或6所述的眼睛操作的数字眼镜，其特征在于：指针状态切换方法为：用户持续眯眼超过t毫秒，或者持续关闭单眼超过t毫秒。

12.如权利要求5或6所述的眼睛操作的数字眼镜，其特征在于：眼睛移动指针的方法包括如下步骤：

S1.如果指针处于“移动禁用”或“指针禁用”状态，则转至S1；否则，转至S2；

S2.视线追踪设备捕获用户注视点坐标，转至S3；

S3.在操作界面上，处理器将指针移动到用户注视点，转至S1。

13.如权利要求6所述的眼睛操作的数字眼镜，其特征在于：眼睛单击指针的方法包括如下步骤：

S1.如果指针处于“指针禁用”状态，则转至S1；否则，转至S2；

S2.如果用户眯眨，处理器就单击指针，转至S1；否则，转至S1。