CN107562179A - 一种用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯 - Google Patents
一种用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，在现有由透镜和透镜支架组成的镜杯中增加了眼球追踪和虹膜识别模块，所述眼球追踪和虹膜识别模块包括红外反光玻璃、摄像头、红外LED灯，实现了镜杯结构上的一体化。主要应用于虚拟现实或增强现实头戴设备中，以直接代替现有虚拟现实或增强现实设备中的普通镜杯，在实现现有的镜杯的技术效果的同时，增加眼控的功能，方便安装与更换；采集用户眼球的正眼图像，节约后续处理图像处理程序，释放虚拟现实或增强现实设备的处理能力；该镜杯中的摄像头位于用户视线之外，不干扰用户的视线或视觉效果，达到更佳的用户体验。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，尤其涉及一种用于虚拟现实或增强现实设备中的一体化镜杯。
背景技术
头戴式虚拟现实设备(又称VR眼镜，或者VR头盔)和头戴式增强现实设备(又称AR眼镜，或AR头盔)是目前正在快速发展和普及的虚拟现实和增强现实产品。现有虚拟现实和增强现实设备中都使用了透镜，利用其折射光特效，使用户看清距离眼睛3-7cm的头显内的事物，例如HTC Vive的内置菲涅尔透镜，Oculus Rift CV1的内置混合菲涅尔透镜等。
眼球追踪是基于标定的眼球特征点，实时记录眼动轨迹在屏幕上的扫视轨迹的技术。虹膜识别技术是基于人眼虹膜的唯一性的特点，提取虹膜特征点作为标定点，从而进行身份识别和眼球追踪的技术。眼球追踪与虹膜识别技术的结合将有助于提供一种新型的人机交互方式，无需依赖鼠标、键盘或者游戏手柄，只需通过眼球运动即可，操作过程简单、快捷，对虚拟现实或增强现实用户来说，用户体验将显著改善。
虚拟现实或增强现实现有技术中的镜杯存在以下问题：
一、将透镜通过透镜支架直接固定安装，用于集中光束，提高对比度，增强图像的清晰度，没有眼球追踪和虹膜识别的功能，一般通过在镜杯之外另设置摄像头或眼球追踪和虹膜识别设备来实现。
二、采取在人眼视线前上方或前下方等设置摄像头或眼球追踪和虹膜识别设备来进行眼球追踪和虹膜识别，导致其采集的图像并不是使用时用户眼球的正眼图像，而是呈一定角度的变形图像，需要后续采取技术手段对变形图像进行处理，占用虚拟现实或增强现实设备的处理能力。
三、有的采用可见光，使用时干扰用户视线或破坏视觉效果。
发明内容
本发明提供了一种用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，可以直接代替现有虚拟现实或增强现实设备中的普通镜杯，方便安装与更换，在实现现有的镜杯的技术效果的同时，增加眼控的功能，采集用户眼球的正眼图像，节约后续处理图像程序，释放虚拟现实或增强现实设备的处理能力；该镜杯中的摄像头位于用户视线之外，不干扰用户的视线或视觉效果，达到更佳的用户体验。
本发明提供的一种用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，包括透镜和透镜支架，该透镜支架包括支架底座和支架侧壁，其特征在于：还包括眼球追踪和虹膜识别模块，以进行眼球追踪和虹膜识别，所述眼球追踪和虹膜识别模块与镜杯一体化设置，该眼球追踪和虹膜识别模块包括红外反光部件、摄像头、红外光源；所述摄像头设置于用户使用时看不见的位置上；所述一体化镜杯是虚拟现实或增强现实设备中的镜杯。
优选地，所述透镜安装在支架底座上，红外反光部件、摄像头、红外光源安装在支架侧壁上。
优选地，镜杯通过卡扣、螺旋或螺钉安装在虚拟现实或增强现实设备中。
优选地，所述红外光源与摄像头集成在一起。
优选地，所述红外反光部件与支架底座平面呈一定夹角θ，所述夹角θ的度数为0°～45°。
优选地，所述摄像头与红外反光部件面对面放置，所述摄像头的中轴线与支架底座平面呈夹角度为0°～90°。
优选地，所述摄像头与红外反光部件面对面放置，所述摄像头的中轴线与支架底座平面呈夹角度为90°-2θ。
优选地，所述红外反光部件安装在支架侧壁的内侧壁上，所述红外反光部件与支架底座平面呈夹角θ，并与相对的另一侧壁相交；所述红外反光部件与透镜支架形成闭合空间，将所述摄像头、红外光源、透镜密封在所述闭合空间内。
优选地，所述摄像头内嵌在支架侧壁的内壁上，并与红外反光部件面对面放置，所述摄像头的中轴线与支架底座平面呈夹角90°-2θ。
优选地，还包括计算单元，所述计算单元根据摄像头所拍摄的眼睛图像计算出眼睛的位置坐标和/或识别虹膜特征，并通过有线或无线的方式进行数据传输。
用户在使用用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯时，红外光源发出的光经过红外反光部件反射到人眼，人眼部的光线再经过透镜，照射到红外反光部件上，相应的红外线被反射回来，并被面朝红外反光部件的摄像头捕获到清晰的眼部图像，然后传送到头戴式虚拟现实或增强现实设备的计算单元做图像分析处理。
本发明提供的用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，把眼控装置与虚拟现实或增强现实设备中的镜杯集成一体，安装与更换方便，采集用户眼球的正眼图像，节约后续处理图像处理程序，释放虚拟现实或增强现实设备的处理能力，且不干扰用户的视线或视觉效果，达到更佳的用户体验。当所述红外反光部件与透镜支架将红外反光部件、摄像头、红外光源、透镜密封在一个闭合空间时，可以防止灰尘的进入，增加光学元件的使用寿命。
通过将虚拟现实或增强现实设备中的普通镜杯更换为本发明的一体化镜杯后，用户在进行虚拟现实或增强现实的三维场景体验时，可以通过眼球运动进行人机交互，并通过虹膜识别对用户的身份进行识别，方便易用，达到更佳的虚拟现实或增强现实用户体验。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其它的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯的结构图。
图2为用户使用一体化镜杯的示意图。
图3为另一种用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯的结构图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
根据本发明的一种实施方式，提出一种用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，如附图1所示，镜杯包括透镜105、透镜支架侧壁103、透镜支架底座104，透镜支架以透镜105的中轴线为轴对称设计或不对称设计。眼球追踪和虹膜识别模块包括红外反光玻璃101、集成了红外LED灯的摄像头102，以进行眼球追踪和虹膜识别。其中，透镜105安装在透镜支架底座104上。红外反光玻璃101安装在透镜支架侧壁103上，与透镜支架底座104平面的夹角为θ，采用该红外反光玻璃101，以反射红外光、透过可见光，反射红外光可以避免将摄像头102设置于用户视线的前方，从而避免干扰用户视线或视觉效果。集成了红外LED灯的摄像头102安装在透镜支架侧壁103上，与红外反光玻璃101相对，以用户在使用时看不见该摄像头102为准，即摄像头102设置于用户使用时看不见的位置上，且摄像头102的中轴线与透镜支架底座104平面的夹角为90°-2θ，以实现摄像头接收到的反射红外光图像是用户的正眼图像。另外，红外LED灯发出红外光线，不会干扰用户视线或视觉效果。
需要指出的是，上述角度θ应当以摄像头102接收到的反射红外光图像为用户的正眼图像为准，优选地，θ在0°～45°的范围内。
优选地，上述θ为30°，相应地摄像头102的中轴线与透镜支架底座104平面的夹角为30°。
为了让红外摄像头拍摄到清晰的人眼图像，优选地，选择波长为940nm的红外LED光源。
需要说明的是，上述透镜105类型可以有多种，如透镜105可以为图1中所示的平凸透镜，也可以是对称或不对称的双凸透镜，也可以凹凸透镜，本发明对透镜类型不做限制。
上述形成的一体化镜杯可以直接代替现有虚拟现实或增强现实设备中的普通镜杯，方便安装与更换，在实现现有的镜杯的技术效果的同时，增加眼控功能，采集用户眼球的正眼图像，节约后续处理图像程序，释放虚拟现实或增强现实设备的处理能力；该镜杯中的摄像头位于用户视线之外并采用红外光LED，不干扰用户的视线或视觉效果，达到更佳的用户体验。
图2为用户使用用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯的示意图，显示屏200为虚拟现实或增强现实设备的显示装置，摄像头镜像106为摄像头102在红外反光玻璃101中的镜像，眼球追踪和虹膜识别的光线通路为红外LED灯→人眼300→摄像头102，图中摄像头镜像106、透镜中心、人眼瞳孔呈一直线。
人眼300在使用时，红外LED灯通过红外反光玻璃101照亮人眼300，人眼部光线再经过透镜105，照射到显示屏200前的红外反光玻璃101上，940nm波段的红外线被反射回来，并被面朝红外反光玻璃101的摄像头102捕获，摄像头捕获到清晰的眼部图像，然后传送到头戴式虚拟现实或增强现实设备的计算单元做图像分析处理。
根据本发明的另一种实施方式，提出另外一种用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，如附图3所示，镜杯包括透镜105、透镜支架侧壁103、透镜支架底座104，透镜支架以透镜105的中轴线为轴对称设计或不对称设计，眼球追踪和虹膜识别模块包括红外反光玻璃101、集成了红外LED灯的摄像头102，以进行眼球追踪和虹膜识别。所述红外反光玻璃101与透镜支架侧壁103、底座104将红外反光玻璃101、集成了红外LED灯的摄像头102、透镜105和透镜支架密封形成一个闭合空间，可以防止灰尘的进入，增加光学元件的使用寿命。
其中，透镜105安装在透镜支架底座104上，与透镜支架底座104平面的垂直高度为1.5cm。红外反光玻璃101安装在透镜支架侧壁103上，与透镜支架底座104平面的夹角为θ，与透镜支架底座104平面的垂直高度为2.5cm，采用该红外反光玻璃101，以反射红外光、透过可见光，反射红外光可以避免将摄像头102设置于用户视线的前方，从而避免干扰用户视线或视觉效果。集成了红外LED灯的摄像头102内嵌的安装在透镜支架侧壁103内部，与红外反光玻璃101相对，以用户在使用时看不见该摄像头102为准，即摄像头102设置于用户使用时看不见的位置上，且摄像头102的中轴线与透镜支架底座104平面的夹角为90°-2θ，以实现摄像头接收到的反射红外光图像是用户的正眼图像。另外，红外LED灯发出红外光线，不会干扰用户视线或视觉效果。
需要指出的是，上述角度θ应当以摄像头102接收到的反射红外光图像为用户的正眼图像为准，优选地，θ在0°～45°的范围内。
优选地，上述θ为30°，相应地摄像头102的中轴线与透镜支架底座104平面的夹角为30°。
为了让红外摄像头拍摄到清晰的人眼图像，优选地，选择波长为940nm的红外LED光源。
需要说明的是，上述透镜105的类型依据需求而不同，如透镜105可以为图1中所示的平凸透镜，也可以是对称或不对称的双凸透镜，也可以凹凸透镜，在本发明中对透镜类型不做限制。
上述形成的一体化镜杯用以直接代替现有虚拟现实或增强现实设备中的普通镜杯，方便安装与更换，在实现现有的镜杯的技术效果的同时，增加眼控功能，采集用户眼球的正眼图像，节约后续处理图像处理程序，释放虚拟现实或增强现实设备的处理能力；该镜杯中的摄像头位于用户视线之外并采用红外光LED，不干扰用户的视线或视觉效果，达到更佳的用户体验。较佳地，以上各实施例中的一体化镜杯还可以包含计算单元，该计算单元根据摄像头所拍摄的眼睛图像计算出眼睛的位置坐标和/或识别虹膜特征，并通过有线或无线的方式进行数据传输。
本发明具有有益效果：
把眼控装置与虚拟现实或增强现实设备中的镜杯集成一体，安装与更换方便；采集用户眼球的正眼图像，节约后续处理图像处理程序，释放虚拟现实或增强现实设备的处理能力。该镜杯中的摄像头位于用户视线之外并采用红外光LED，不干扰用户的视线或视觉效果，达到更佳的用户体验。当所述红外反光部件与透镜支架将红外反光部件、摄像头、红外光源、透镜密封在一个闭合空间时，可以防止灰尘的进入，增加光学元件的使用寿命。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，包括透镜和透镜支架，透镜支架包括支架底座和支架侧壁，其特征在于：还包括眼球追踪和虹膜识别模块，以进行眼球追踪和虹膜识别，所述眼球追踪和虹膜识别模块与镜杯一体化设置，该眼球追踪和虹膜识别模块包括红外反光部件、摄像头、红外光源；
所述摄像头设置于用户使用时看不见的位置上；
所述一体化镜杯是虚拟现实或增强现实设备中的镜杯。
2.如权利要求1所述的用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，其特征在于：所述透镜安装在支架底座上，红外反光部件、摄像头、红外光源安装在支架侧壁上。
3.如权利要求1所述的用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，其特征在于：镜杯通过卡扣、螺旋或螺钉安装在虚拟现实或增强现实设备中。
4.如权利要求1所述的用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，其特征在于：所述红外光源与摄像头集成在一起。
5.如权利要求1所述的用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，其特征在于：所述红外反光部件与支架底座平面呈一定夹角θ，所述夹角θ的度数为0°～45°。
6.如权利要求1所述的用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，其特征在于：所述摄像头与红外反光部件面对面放置，所述摄像头的中轴线与支架底座平面呈夹角度为0°～90°。
7.如权利要求5所述的用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，其特征在于：所述摄像头与红外反光部件面对面放置，所述摄像头的中轴线与支架底座平面呈夹角度为90°-2θ。
8.如权利要求2所述的用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，其特征在于：所述红外反光部件安装在支架侧壁的内侧壁上，所述红外反光部件与支架底座平面呈夹角θ，并与相对的另一侧壁相交；
所述红外反光部件与透镜支架形成闭合空间，将所述摄像头、红外光源、透镜密封在所述闭合空间内。
9.如权利要求8所述的用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，其特征在于：所述摄像头内嵌在支架侧壁的内壁上，并与红外反光部件面对面放置，所述摄像头的中轴线与支架底座平面呈夹角90°-2θ。
10.如权利要求1～9中任一所述的用于眼球追踪和虹膜识别的一体化镜杯，其特征在于：还包括计算单元，所述计算单元根据摄像头所拍摄的眼睛图像计算出眼睛的位置坐标和/或识别虹膜特征，并通过有线或无线的方式进行数据传输。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |