CN108663812A - 一种基于ar眼镜的弱视助视器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公布了一种基于AR（现实增强）眼镜的弱视助视器，包括摄像头系统、输入设备、电路控制系统、波导显示系统。使用摄像头对周围物体进行拍摄、经过电子放大与图像的特殊处理，使用投影技术将处理后的图像信息投影到光学波导上，光学波导可以将图像反射到人眼，进入人眼的图像经过放大、增加亮度、提高对比度等方法，可以帮助弱视人群看清周围的物体。本发明实施例提供的弱视助视器涉及波导显示领域与电子助视技术领域，结合光学波导显示技术、现实增强技术、电子放大技术与图像处理技术，采用波导透射式显示，区别于使用封闭式显示的同类助视产品，并不会因视觉封闭导致视觉与体感的冲突而产生头晕、恶心等症状；本发明实施例提供的弱视助视器紧凑、轻便，其显示镜片厚度仅仅1.7mm，远低于同类头戴式电子助视产品的显示模组的厚度；同时，本发明实施例提供的弱视助视器尺寸较小，更接近一副普通墨镜，佩戴起来并不明显，不会引起特殊关注，能够更好地帮助弱视人群更好地看清近处与远处的事物。

Description

一种基于AR眼镜的弱视助视器

技术领域

本发明涉及波导显示领域与电子助视技术领域，尤其涉及一种基于AR眼镜的弱视助视器。

背景技术

弱视是一种发育紊乱性眼部疾病，常由于斜视、屈光参差不高度屈光不正所致。另外通常年龄到了六十五岁的老人，平均九人中有一人会产生弱视，年龄到了八十岁的老人，每四人中即有一人产生弱视。弱视无法用一般的配镜方法矫正康复，这些人群不能看清楚近处、远处的物体，严重影响了他们的正常生活。

市场上已有许多弱视助视产品，如光学望远助视器、电子助视器等，专利200720060305公布了一种新型望远镜，用液体光学透镜组代替传统的机械调节的光学透镜组，减小整个望远镜的体积，便于携带，但此望远镜目标是无穷远，无法对近处物体成像；专利2009100959309虽然能实现对近处物体的成像，但其望远镜的外观显得过于突兀，而且观察不同距离的物体还需要手动调制；专利2007200063788具有较高的放大倍数与极高的清晰度，但是携带不方便，而且佩戴起来十分明显，弱视群体也并不希望因此而受到关注，他们也希望跟正常人一样生活。

使用光学波导作为显示载体的现实增强技术配合光学放大、电子放大技术可以较好的解决上面问题。使用摄像头对周围物体进行拍摄、经过电子放大与图像的特殊处理，使用投影技术将处理后的图像信息投影到光学波导上，光学波导可以将图像反射到人眼，进行成像。进入人眼的图像经过放大、增加亮度、提高对比度等方法，可以帮助弱视人群看清周围的物体。光学波导重量轻、体积小、结构紧凑、厚度薄，以光学波导作为显示载体，可以极大减轻结构的体积与重量，具有如上功能的基于AR眼镜的弱视助视器，其尺寸可以精简到接近一副普通墨镜的水平，佩戴起来并不明显，同时能帮助弱视人群更好看清周围的事物。

发明内容

本发明公布了一种基于AR眼镜的弱视助视器，包括：

摄像头系统，录入周围的环境信息；

输入设备，包括按键、触摸板或者蓝牙控制设备，受用户操作并将信号反馈给电路控制系统；

电路控制系统，接收摄像头的信息录入，接收输入设备的信号反馈，对图像信息进行处理，将图像信息传送到波导显示系统；

波导显示系统，将电路板传来的电子图像信息转换为成像光束，将成像光速投送到光学波导，光学波导将成像光束导入人眼。

可选的，所述摄像头系统包括摄像头与相关电路。

可选的，所述波导显示系统包括光机、成像光路、光学波导。

可选的，所述光学波导为平面光栅波导。

可选的，所述光机为LCOS光机显示模组。

可选的，所述摄像头与光学波导的视场角相同或相近（±3度）。

可选的，所述蓝牙控制模组直接与所述弱视助视器蓝牙连接，或者所述蓝牙控制模组以手机为中介，间接与所述弱视助视器蓝牙连接。

本发明实施例公布的基于AR眼镜的弱视助视器，包括摄像头系统、电路控制系统、输入设备、波导显示系统，结合了光学波导显示技术、现实增强技术、电子放大技术与图像处理技术，本发明能够帮助弱视人群更好地看清周围事物，同时，本发明实施例提供的弱视助视器尺寸接近一副普通墨镜，佩戴起来并不明显，不会引起特殊关注。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种基于AR眼镜的弱视助视器的结构图；

图2是本发明实施例一所用光机的结构图；

图3是本发明实施例一展示的图片放大效果，四幅图(a)(b)(c)(d)分别为放大1.5倍、4倍、9倍、12倍效果；

图4是本发明实施例一展示的两种图像显示模式，左侧为灰度图模式，右侧为黑白模式；

图5是本发明实施例二所用的蓝牙控制模块的结构图。

具体实施方式

本发明提出的基于AR眼镜的弱视助视器由摄像头系统、输入设备、电路控制系统、波导显示系统四个部分组成，四者有机结合，共同形成一个能帮助弱视人群看清周围物体的助视仪器。下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，下面所述实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

实施例一

图1为本发明实施例提供的一种基于AR眼镜的弱视助视器的结构图，本实施例中，摄像头100以及相关的传输电路构成了摄像头系统；电路控制板110与助视器中的其他电子线路构成了电路控制系统部分；按键150、触控板160与相关的电路组成了输入设备；光机结构120、成像光路130、与光学波导构成了波导显示系统。

如图1所示，摄像头100负责采集周围的环境信息，在电路控制板110的芯片控制下，摄像头110可以判断目标物体的距离并自动对焦，清晰地拍摄目标物体。

摄像头的FOV（视场角）决定了所拍摄物体的空间范围，FOV越小，拍摄的物体范围越小，相同情况下投影出来的物体越大，细节越清楚，为了实现更好的放大效果，本例中我们选用视场角较小（如22度）的镜头进行光学放大。

可选的，本实施例使用的摄像头为手机摄像头，传感器为OV8856，像素数为八百万，与22度视场角的镜头搭配，可以实现25cm到无穷远范围内物体的准确对焦。

摄像头100拍摄的图像信息经过电子线路达到电路控制板110，电路控制板110（位于图1所示位置的内侧）对输入图像信息的中间部分进行截取，然后对截取的图像进行拉伸、像素填充以实现对图像的电子放大。根据实际要求以用户的反馈，控制板110能够对图像进行不同程度的像素截取、拉伸，甚至可以进行二次放大。同时，控制板110还能够对放大后的图片做增加亮度、增强对比度、增加饱和度、提高锐化效果等图片处理，用以提升图片质量。

可选的，本实施例使用的控制电路芯片为君正M200。

经过电路控制板110处理后的图像信息会传送给光机部分120，可选的，本实施例中我们选用LCOS光机（专利2016214382449），图2展示了本实施例所用光机的结构。

图2中，由高光效白光LED（210）出射的光束，经照明透镜组220准直后，光束的半角宽度被调制成10度，通过匀光元件230后，光束的LED芯片像会被消减，同时，光束变得均匀，角度增大。匀光后的光束经偏振片240、PBS棱镜250、1/4波片260、特殊结构反射面270后，经历光束的起偏、反射、相位调制以及再次反射等光学变换后，出射光束最终被调制为均匀的、偏振方向为P方向的光斑，此光斑被投射到LCOS芯片280上，经LCOS芯片280反射后的光束会被加载控制板110所传递的图像信息，此光束经过PBS棱镜250的再次反射以及后续成像光路130的调制后，会被耦合到平面光栅波导140中。

可选的，本实施例使用的光学波导为平面光栅波导140，其厚度仅仅1.7mm。

被耦合入平面光栅波导140内的光束以全反射的形式在平面波导中曲折前进，当光束反射到波导衬底的出光口（专利2016101711832）时，出光口的结构是经过特殊光学设计的，此结构破坏了全反射条件，光束会在此处被反射并耦合出波导，射入人眼并在人眼的视网膜上成像。

从波导出射的光束在视网膜上所成图像经过了处理，其中物体尺寸被拉大（根据要求可被拉大1-25倍），图像亮度增加，对比度增大，这种处理后的图像可以被部分弱视群体轻易观察并辨识出来。本实施例提出的弱视助视器通过对图像的拉伸、对比度以及亮度等图像的优化，可以帮助部分弱视人群更好地看清周围环境。

为保证在低放大倍数下，用户能从平面光栅波导中能获得与人眼相近的观察视野，摄像头与平面光栅波导的视场角要相同或相近（±3度），本实施例中摄像头的视场角为22度，平面光栅波导的视场角为24度。

当用户佩戴本实施例提供的基于AR眼镜的弱视助视器时，能够实时地从平面光栅波导140中看到摄像头100拍摄的电子图像，同时，用户仍然能透过光学波导140直接看到外面的景物。由于本实施例提供的基于AR眼镜的弱视助视器使用现实增强技术，并非封闭式显示模式，因此并不会造成视觉与体感的冲突，不会产生头晕、恶心等副作用，用户佩戴本实施例提供的助视器可以很快适应，并且只要移动头部，助视器就能实时地将眼睛前方的物体进行放大，并通过平面光栅波导140展现在人眼中。除此外，本实施例提供的助视器还有其他众多功能，可以更好地帮助弱视人群看清周围物体。

当用户佩戴本实施例提供的基于AR眼镜的弱视助视器时，向前、向后滑动触摸板160，可以实现放大倍数的减小、增大，本例助视器的放大倍数范围为1x ~ 25x，图3展示了在37cm处对三号字体的放大效果，四幅图从左到右依次是放大1.5倍、4倍、9倍、12倍，用户可以通过轻轻滑动触摸板160来获得适合的放大倍数，极大提高了用户体验效果。

用户可以通过操控触摸板160对系统的属性进行设置，更改波导的显示亮度，由此适应不同环境下的光照条件。

同时，对于视力问题更严重的用户，本实施例还可以提供多种图像显示模式，只需要按下按键150的前侧按钮便可以切换图像显示模式，本实施例提供的基于AR眼镜的弱视助视器具有7种图像显示模式：正常彩色显示模式、灰度显示模式、黑白显示模式、白黑显示模式、绿黑显示模式、蓝黑显示模式、红黑显示模式。图4展示了灰度显示模式与黑白显示模式，黑白显示模式是灰度图像的二值化处理，极大增加了物体的对比度、凸显了物体轮廓，对于视力问题较严重的用户有较大帮助。

本实施例提供的一种基于AR眼镜的弱视助视器使用光学波导作为显示载体，使用投影技术，将摄像头拍摄的图片实时地投射入人眼中；以触控板与按键作为主要输入设备实现主控电路与用户需求的沟通，可以实现图像的1-25倍放大、图像的画质增强与7中图像显示模式的切换，能更好地帮助弱视人群看清周围物体。

本发明实施例提供的基于AR眼镜的弱视助视器在实现放大、画质增强等功能的同时，还兼顾了用户体验、显示模组尺寸、产品体积的问题。市场上其他电子产品也具有本发明提供的放大、画质增强等功能，如Jordy、Oxsight、Esight等，但这些产品多使用全封闭的显示方式，这样虽然会有更好的视觉效果，但佩戴者视觉与体感上的冲突会造成头晕、恶心等症状，对于一些体质敏感的佩戴者来说非常明显，严重降低了用户体验；除此外，其他头戴式的同类助视产品使用显示器直接显示或反射式显示，显示模组笨重且体积大，十分明显，非常容易引起特殊关注，给佩戴者造成困扰，而本发明实施例提供的弱视助视器使用的光学波导厚度仅仅1.7mm，且波导是全透明的，接近普通眼镜；最后，本发明实施例提供的弱视助视器紧凑、轻便，产品体积接近一副墨镜，在实现助视功能的同时并不会引起人们太多的特殊关注并且便于携带。

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上进行的结构与功能上的优化，其中的摄像头系统、电路控制系统、波导显示系统均与实施例一相同，仅对实施例一中的输入设备进行了拓展与优化。

本实施例提供的基于AR眼镜的弱视助视器，其输入设备除了包括按键150、触控板160外，还包括蓝牙显示模块（如图5所示），蓝牙显示模块通过蓝牙直接与弱视助视器连接，或者以手机作为中介，蓝牙设备与弱视助视器通过无线通讯协议（如蓝牙或无线wifi）间接连接。

按键150、触控板160的功能与实施例一相同；

蓝牙显示模块按键510、按键520能分别实现图像放大倍数实时的放大功能与缩小功能；

按键530能够实现正常彩色显示模式、灰度显示模式、黑白显示模式、白黑显示模式、绿黑显示模式、蓝黑显示模式、红黑显示模式7种图像显示模式的切换；

市场上其他弱视助视产品的观察距离有限，或是只能观察近处物体，或是只能观察无穷远处物体（200720060305）。本发明两个实施例提供的基于波导显示的弱视助视器使用摄像头100作为信息录入设备，摄像头100具有自动对焦功能，在电路控制板110的控制下能够对近处（25cm）到无穷远范围内的景物清晰成像，工作距离兼顾了近处与无穷远处，能够更方便帮助弱势人群辨识周围环境。

本发明两个实施例提供的基于AR眼镜的弱视助视器结合了AR技术、投影技术、波导显示技术以及图像处理技术，对摄像头拍摄的图像进行放大处理与像质增强，然后用光学波导作为载体进行显示，可以帮助弱视人群更好地看清周围的物体。本发明两个实施例提供的基于AR眼镜的弱视助视器采用波导透射式显示，区别于使用封闭式显示的同类助视产品，并不会因视觉封闭导致视觉与体感的冲突而产生头晕、恶心等症状；本发明实施例提供的弱视助视器紧凑、轻便，其显示镜片厚度仅仅1.7mm，远低于同类头戴式电子助视产品的显示模组的厚度；同时，本发明实施例提供的弱视助视器尺寸较小，更接近一副普通墨镜，佩戴起来并不明显，不会引起特殊关注，能够更好地帮助弱视人群更好地看清近处与远处的事物。

上述两个实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡是本技术领域内的技术人员在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种基于AR眼镜的弱视助视器，包括：

摄像头系统，录入周围的环境信息；

输入设备，包括按键、触摸板或者蓝牙控制设备，受用户操作并将信号反馈给电路控制系统；

电路控制系统，接收摄像头的信息录入，接收输入设备的信号反馈，对图像信息进行处理，将图像信息传送到波导显示系统；

波导显示系统，将电路板传来的电子图像信息转换为成像光束，将成像光速投送到光学波导，光学波导将成像光束导入人眼。

2.根据权利要求1所述的弱视助视器，其特征在于，所述摄像头系统包括摄像头与相关电路。

3.根据权利要求1所述的弱视助视器，其特征在于，所述波导显示系统包括光机、成像光路、光学波导。

4.根据权利要求3所述的弱视助视器，其特征在于，所述光学波导为平面光栅波导。

5.根据权利要求3所述的弱视助视器，其特征在于，所述光机为LCOS光机显示模组。

6.根据权利要求2与3所述的弱视助视器，其特征在于，所述摄像头与光学波导的视场角相同或相近（±3度）。

7.根据权利要求1所述的弱视助视器，其特征在于，所述蓝牙控制模组直接与所述弱视助视器蓝牙连接；或者所述蓝牙控制模组以手机为中介，间接与所述弱视助视器蓝牙连接。