CN110673715B - 虚拟图像系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种虚拟图像系统，包括底座及第一头戴式虚拟现实装置。底座包括图像处理单元。第一头戴式虚拟现实装置能够放置于底座，以与底座电性连接。第一头戴式虚拟现实装置包括控制单元、动态传感器、跟踪单元以及处理单元。当第一头戴式虚拟现实装置未与底座电性连接时，动态传感器检测并提供位移信号，处理单元执行对应的虚拟图像模式。当第一头戴式虚拟现实装置与底座电性连接时，处理单元执行对应的图像输出模式。

Description

虚拟图像系统

技术领域

本发明涉及一种虚拟图像系统，特别涉及一种可变换操作模式的虚拟图像系统。

背景技术

随着图像技术的进步，立体显示技术已成为新的发展重点，而头戴式虚拟现实装置是现在呈现立体显示技术的最佳方式之一。然而，现今的头戴式虚拟现实装置仅装载显示模块，必须搭配处理图像的主机才能进行立体图像的显示。但是，如果头戴式虚拟现实装置与主机之间通过缆线来连接，则头戴式虚拟现实装置的行动范围会受限。或者，如果头戴式虚拟现实装置与主机之间通过无线方式来连接，则在传送高解析度的图像时会产生较高的延迟，进而影响了观赏的体验。并且，头戴式虚拟现实装置与主机仅会操作在单一操作模式，造成使用上的不便。因此，为了改善使用者的使用体验，需要一种新的头戴式虚拟现实装置的电路设计。

发明内容

本发明是针对一种虚拟图像系统，具有独立的图像处理能力，并且其第一头戴式虚拟现实装置可依据是否与底座连接决定其操作模式，藉此可提高第一头戴式虚拟现实装置的使用便利性。

根据本发明的实施例，虚拟图像系统包括底座及第一头戴式虚拟现实装置。底座包括图像处理单元。第一头戴式虚拟现实装置能够放置于底座，以与底座电性连接。第一头戴式虚拟现实装置包括控制单元、动态传感器、跟踪单元以及处理单元，控制单元、动态传感器以及跟踪单元电性连接处理单元。当第一头戴式虚拟现实装置未与底座电性连接时，动态传感器检测第一头戴式虚拟现实装置的位移量及位移方向，由此提供位移信号，处理单元利用位移信号计算观看角度及观看方向，以执行对应的虚拟图像模式。当第一头戴式虚拟现实装置与底座电性连接时，控制单元电性连接底座的图像处理单元，动态传感器与跟踪单元检测第一头戴式虚拟现实装置所处的空间环境内的状态数据，处理单元利用状态数据，或将部分的状态数据通过控制单元传送至图像处理单元，以执行对应的图像输出模式。

依据上述，本发明实施例的虚拟图像系统，其第一头戴式虚拟现实装置具有独立的图像建构能力，并且可依据与底座的连接与否决定其操作模式。藉此，第一头戴式虚拟现实装置的行动范围不会受限，并且不会因为无线传输的延迟而影响了观赏的体验。

附图说明

图1为依据本发明第一实施例的虚拟图像系统的运作示意图；

图2为依据本发明第二实施例的虚拟图像系统的运作示意图；

图3为依据本发明第三实施例的虚拟图像系统的运作示意图；

图4为依据本发明第四实施例的虚拟图像系统的运作示意图；

图5为依据本发明第五实施例的虚拟图像系统的运作示意图。

附图标号说明

10：显示装置；

11：输入装置；

20：操作元件；

30：第二头戴式虚拟现实装置；

100：虚拟图像系统；

110：底座；

111：输入输出端；

112：电源电路；

113：图像处理单元；

114：无线连接单元；

115：插座；

120：第一头戴式虚拟现实装置；

121：接头；

122：控制单元；

123：散热风扇；

124：智能电池；

125：芯片组；

126：处理单元；

127：动态传感器；

128：跟踪单元；

129：显示模块；

DEX：外部数据；

DFR：画面数据；

DFX：状态数据；

IDP：显示图像；

IDPX：无线显示图像；

Iex：环境图像；

LCM：液晶模块；

LEN：镜片；

SIN：输入信号；

SOPX：操作信号；

Sshiff：位移信号。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1为依据本发明第一实施例的虚拟图像系统的运作示意图。请参照图1，在本实施例中，虚拟图像系统100包括底座110及第一头戴式虚拟现实装置120。第一头戴式虚拟现实装置120能够放置于底座110，以与底座110电性连接。并且，第一头戴式虚拟现实装置120会依据是否放置于底座110(亦即是否与底座110电性连接)来决定第一头戴式虚拟现实装置120的操作模式。

在本实施例中，第一头戴式虚拟现实装置120假设未与底座110电性连接，并且第一头戴式虚拟现实装置120未与底座110进行无线连接，亦即第一头戴式虚拟现实装置120与底座110未进行有线及无线连接。此时，第一头戴式虚拟现实装置120的操作模式为虚拟图像模式，亦即会投射虚拟现实图像或扩增现实图像至使用者的双眼。

在本实施例中，底座110包括输入输出端111、电源电路112、图像处理单元113、无线连接单元114及插座115，其中图像处理单元113例如是图像处理器、数字信号处理器或类似元件，并且输入输出端111用以通过缆线与外部装置进行有线连接，外部装置例如显示器、键盘、鼠标、变压器等。图像处理单元113电性连接于输入输出端111、无线连接单元114与插座115之间。电源电路112电性连接于输入输出端111与插座115之间。

第一头戴式虚拟现实装置120包括接头121、控制单元122、散热风扇123、智能电池124、芯片组125、处理单元126、动态传感器127、跟踪单元128及显示模块129，其中控制单元122例如是微控制器、微处理器或类似元件，处理单元126例如是中央处理单元、数字信号处理器或类似元件，并且显示模块129对应使用者的双眼而具有两个液晶模块LCM及两个镜片LEN。

芯片组125电性连接于接头121、控制单元122、处理单元126、动态传感器127与跟踪单元128之间，亦即控制单元122、动态传感器127及跟踪单元128通过芯片组125电性连接至处理单元126。控制单元122电性连接于接头121、散热风扇123、智能电池124、芯片组125之间，并且控制单元122也电性连接显示模块129。智能电池124受控于所述控制单元122提供第一头戴式虚拟现实装置120运作所需的电源，处理单元126用以执行操作系统及至少一应用程序，并且散热风扇123受控于控制单元122对第一头戴式虚拟现实装置120进行散热。

作业系统用以初始化第一头戴式虚拟现实装置120内的元件，例如接头121、控制单元122、散热风扇123、智能电池124、芯片组125、处理单元126、动态传感器127、跟踪单元128及显示模块129。应用程序用以产生第一头戴式虚拟现实装置120所需的显示(画面)数据。

当第一头戴式虚拟现实装置120的操作模式为虚拟图像模式时，处理单元126所执行的应用程序会决定投射虚拟现实图像或扩增现实图像至使用者的双眼。当决定投射虚拟现实图像至使用者的双眼时，应用程序所提供的虚拟现实图像会通过芯片组125、控制单元122及显示模块129而传送到使用者的双眼，其中显示模块129会受控于控制单元122而投射虚拟现实图像至使用者的双眼。并且，动态传感器127会检测第一头戴式虚拟现实装置120的位移量及位移方向，藉此提供位移信号Sshift，并且位移信号Sshift会通过芯片组125传送至处理单元126。处理单元126所执行的应用程序会利用位移信号Sshift(亦即第一头戴式虚拟现实装置120的位移量及位移方向)计算使用者的观看角度及观看方向来决定虚拟现实图像(亦即执行对应的虚拟图像模式)。

当决定投射扩增现实图像至使用者的双眼时，处理单元126所执行的应用程序会通过跟踪单元128来取得至少一环境图像Iex，其中跟踪单元128可配置用以提供环境图像Iex的摄影系统(包括至少一摄影机)。并且，处理单元126所执行的应用程序会利用环境图像Iex(以及位移信号Sshift)产生扩增现实图像。应用程序所提供的扩增现实图像会通过芯片组125、控制单元122及显示模块129而传送到使用者的双眼，其中显示模块129会受控于控制单元122而投射扩增现实图像至使用者的双眼。

依据上述，本发明实施例的第一头戴式虚拟现实装置120，配置有可进行数据处理的处理单元126，以使第一头戴式虚拟现实装置120可独立完成图像的建构，因此可不需要与外部的主机建立有线或无线的连线。藉此，第一头戴式虚拟现实装置120的行动范围不会受限，并且不会因为无线传输的延迟而影响了观赏的体验。

图2为依据本发明第二实施例的虚拟图像系统的运作示意图。请参照图1及图2，其中相同或相似元件使用相同或相似标号。在本实施例中，第一头戴式虚拟现实装置120是假设与底座110电性连接，亦即第一头戴式虚拟现实装置120的接头121电性连接底座110的插座115。当第一头戴式虚拟现实装置120与底座110电性连接时，第一头戴式虚拟现实装置120的操作模式为图像输出模式，动态传感器127与跟踪单元128可检测第一头戴式虚拟现实装置120所处的空间环境内的状态数据，处理单元126利用状态数据执行应用程序。当处理单元126效能不够时，部分的状态数据DFX会通过芯片组125、接头121、插座115传送至图像处理单元113进行处理。

也就是说，状态数据会优先由处理单元126进行接收及处理。即，当处理单元126可独立处理状态数据时，亦即处理单元126具有足够的处理器资源(或处理器效能)，状态数据不会传送至图像处理单元113；当处理单元126无法独立处理状态数据时，亦即处理单元126的处理器资源(或处理器效能)不足，则部分的状态数据会传送至图像处理单元113，以使处理单元126与图像处理单元113进行协同运作。

接着，当底座110电性连接显示装置10时，亦即输入输出端111电性连接至显示装置10，图像处理单元113可依据第一头戴式虚拟现实装置120的状态数据DFX产生显示图像IDP，并且显示图像IDP以及处理单元126产生的画面数据会通过输入输出端111输出至显示装置10。此时，第一头戴式虚拟现实装置120及底座110可操作为主机。

此外，当底座110的输入输出端111电性连接至输入装置11时，输入装置11的输入信号SIN可通过输入输出端111、图像处理单元113、插座115、接头121、芯片组125提供至第一头戴式虚拟现实装置120的处理单元126，此时第一头戴式虚拟现实装置120的画面数据可反应于输入装置11的输入信号SIN而产生。或者，当跟踪单元128检测到操作元件20时，会进行与操作元件20的配对，其中跟踪单元128可具有无线通讯模块，例如蓝牙控制器、射频通讯模块等，并且操作元件20例如笔、游戏手柄、控制器、键盘、鼠标。当跟踪单元128与操作元件20完成配对，可自操作元件20接收操作信号SOPX，并且通过芯片组125将操作信号SOPX传送至处理单元126。

另一方面，当第一头戴式虚拟现实装置120与底座110电性连接时，电源电路112会将外部电压转换为电源电压，电源电压可供应至图像处理单元113，并且电源电压会通过插座115、接头121传送至控制单元122。接着，智能电池124会受控于控制单元122利用电源电压进行充电，亦即第一头戴式虚拟现实装置120会自底座110接收电源电压以进行充电。其中，外部电压可以是交流电压或直流电压，当外部电压为直流电压时，外部电压可直接提供至图像处理单元113及第一头戴式虚拟现实装置120，此时可省略电源电路112。

并且，当第一头戴式虚拟现实装置120及底座110操作为主机时，第一头戴式虚拟现实装置120可启动接头121、控制单元122、散热风扇123、智能电池124、芯片组125、处理单元126及动态传感器127，亦即跟踪单元128及显示模块129可关闭或进入休眠模式。

图3为依据本发明第三实施例的虚拟图像系统的运作示意图。请参照图1及图3，其中相同或相似元件使用相同或相似标号。在本实施例中，第一头戴式虚拟现实装置120假设未与底座110电性连接，并且第一头戴式虚拟现实装置120未与底座110进行无线连接，亦即第一头戴式虚拟现实装置120与底座110未进行有线及无线连接。然而，第一头戴式虚拟现实装置120与操作元件20进行无线连接，以使第一头戴式虚拟现实装置120的操作模式为虚拟操作模式。

进一步来说，当跟踪单元128检测到操作元件20时，会进行与操作元件20的配对。当跟踪单元128与操作元件20完成配对，可自操作元件20接收操作信号SOPX，并且通过芯片组125将操作信号SOPX传送至处理单元126。接着，处理单元126可依据操作元件20的类型(如笔、游戏手柄、控制器、键盘、鼠标)和/或操作元件的识别码(ID)对应地执行应用程序，以建立对应的使用情境。并且，处理单元126所执行的应用程序会依据操作信号SOPX及位移信号Sshiff提供对应的扩增现实图像或虚拟现实图像，例如进行游戏操控、绘画或虚拟空间布置。

图4为依据本发明第四实施例的虚拟图像系统的运作示意图。请参照图1及图4，其中相同或相似元件使用相同或相似标号。在本实施例中，第一头戴式虚拟现实装置120同时与第二头戴式虚拟现实装置30及底座110直接电性连接，亦即跟踪单元128除了与第二头戴式虚拟现实装置30直接无线连接外，也跟底座110的无线连接单元114直接无线连接。

此时，第一头戴式虚拟现实装置120的操作模式为虚拟互动模式，亦即第一头戴式虚拟现实装置120的跟踪单元128会接收来自第二头戴式虚拟现实装置30的外部数据DEX，以使第一头戴式虚拟现实装置120的扩增现实图像或虚拟现实图像与第二头戴式虚拟现实装置30的扩增现实图像或虚拟现实图像是连动的，其中外部数据DEX可以是第二头戴式虚拟现实装置30的扩增现实图像或虚拟现实图像或者是与第二头戴式虚拟现实装置30的扩增现实图像或虚拟现实图像相关连的数据。接着，处理单元126所执行的应用程序会依据第一头戴式虚拟现实装置120及第二头戴式虚拟现实装置30的至少其一的扩增现实图像或虚拟现实图像产生对应的画面数据DFR，并且画面数据DFR会通过跟踪单元128及无线连接单元114传送至图像处理单元113。然后，当底座110电性连接显示装置10时，亦即输入输出端111电性连接至显示装置10，图像处理单元113可依据第一头戴式虚拟现实装置120的画面数据DFR产生显示图像IDP，并且显示图像IDP会通过输入输出端111至显示装置10。

在上述实施例中，第二头戴式虚拟现实装置30直接无线连接至第一头戴式虚拟现实装置120，但在其他实施例中，第二头戴式虚拟现实装置30可直接无线连接至底座110，亦即第一头戴式虚拟现实装置120与第二头戴式虚拟现实装置30可分别无线连接于底座110。此时，底座110除了接收来自第一头戴式虚拟现实装置120的画面数据DFR，也会接收来自第二头戴式虚拟现实装置30的外部数据DEX，其中外部数据DEX可包含第二头戴式虚拟现实装置30的画面数据。换言之，第一头戴式虚拟现实装置120及第二头戴式虚拟现实装置30可以分别传送画面数据至底座110。

在接收到第一头戴式虚拟现实装置120及第二头戴式虚拟现实装置30的画面数据时，底座110可依据第一头戴式虚拟现实装置120及第二头戴式虚拟现实装置30的画面数据产生显示图像IDP，接着将所产生的显示图像IDP传送至显示装置10，以使显示装置10显示对应的图像。

图5为依据本发明第五实施例的虚拟图像系统的运作示意图。请参照图1及图4，其中相同或相似元件使用相同或相似标号。在本实施例中，第一头戴式虚拟现实装置120同时与第二头戴式虚拟现实装置30及显示装置10直接电性连接，亦即跟踪单元128除了与第二头戴式虚拟现实装置30直接无线连接外，也跟显示装置10直接无线连接。但是，第一头戴式虚拟现实装置120与底座110未进行有线及无线连接。

此时，第一头戴式虚拟现实装置120的操作模式仍为虚拟互动模式，亦即第一头戴式虚拟现实装置120的扩增现实图像或虚拟现实图像与第二头戴式虚拟现实装置30的扩增现实图像或虚拟现实图像仍是连动的。接着，处理单元126所执行的应用程序会依据第一头戴式虚拟现实装置120及第二头戴式虚拟现实装置30的至少其一的扩增现实图像或虚拟现实图像产生对应的无线显示图像IDPX，并且无线显示图像IDPX会通过跟踪单元128传送至显示装置10。

依据上述，本发明实施例的虚拟图像系统，其第一头戴式虚拟现实装置具有独立的图像建构能力，并且可依据与底座的连接与否决定其操作模式。藉此，第一头戴式虚拟现实装置的行动范围不会受限，并且不会因为无线传输的延迟而影响了观赏的体验。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种虚拟图像系统，其特征在于，包括：

底座，包括图像处理单元；

第一头戴式虚拟现实装置，能够放置于所述底座，以与所述底座电性连接，所述第一头戴式虚拟现实装置包括控制单元、动态传感器、跟踪单元以及处理单元，所述控制单元、所述动态传感器以及所述跟踪单元电性连接所述处理单元，当所述第一头戴式虚拟现实装置未与所述底座电性连接时，所述动态传感器检测所述第一头戴式虚拟现实装置的位移量及位移方向，由此提供位移信号，所述处理单元利用所述位移信号计算观看角度及观看方向，以执行对应的虚拟图像模式，当所述第一头戴式虚拟现实装置与所述底座电性连接时，所述控制单元电性连接所述底座的所述图像处理单元，所述动态传感器与所述跟踪单元检测所述第一头戴式虚拟现实装置所处的空间环境内的状态数据，所述处理单元利用所述状态数据，或将部分的所述状态数据通过所述控制单元传送至所述图像处理单元，以执行对应的图像输出模式，

其中当所述控制单元电性连接所述底座的所述图像处理单元且所述处理单元足够独立处理所述状态数据时，所述状态数据不会传送至所述图像处理单元。

2.根据权利要求1所述的虚拟图像系统，其特征在于，还包括操作元件，无线连接于所述第一头戴式虚拟现实装置，当所述第一头戴式虚拟现实装置与所述操作元件配对成功时，所述跟踪单元检测所述操作元件的运动，以执行所述图像输出模式。

3.根据权利要求1所述的虚拟图像系统，其特征在于，还包括第二头戴式虚拟现实装置与显示装置，所述第一头戴式虚拟现实装置与所述第二头戴式虚拟现实装置分别无线连接于所述底座，所述底座电性连接于所述显示装置，所述第一头戴式虚拟现实装置及所述第二头戴式虚拟现实装置分别传送画面数据至所述底座，所述底座依据所述画面数据传送显示图像至所述显示装置。

4.根据权利要求1所述的虚拟图像系统，其特征在于，还包括显示装置，电性连接于所述底座，当所述第一头戴式虚拟现实装置电性连接于所述底座时，所述第一头戴式虚拟现实装置及所述底座操作为主机。

5.根据权利要求4所述的虚拟图像系统，其特征在于，所述底座依据所述第一头戴式虚拟现实装置的画面数据提供显示图像至所述显示装置。

6.根据权利要求5所述的虚拟图像系统，其特征在于，还包括输入装置，电性连接所述底座，并且所述底座将所述输入装置的输入信号提供至所述第一头戴式虚拟现实装置，其中所述第一头戴式虚拟现实装置的画面数据根据所述输入信号而产生。

7.根据权利要求4所述的虚拟图像系统，其特征在于，所述第一头戴式虚拟现实装置自所述底座接收电源电压以进行充电。

8.根据权利要求1所述的虚拟图像系统，其特征在于，所述第一头戴式虚拟现实装置还包括：

显示模块，电性连接所述控制单元，以受控于所述控制单元投射虚拟现实图像至使用者的双眼；以及

散热风扇，电性连接所述控制单元，以受控于所述控制单元进行散热。

9.根据权利要求1所述的虚拟图像系统，其特征在于，所述跟踪单元包括摄影系统，用以检测所述第一头戴式虚拟现实装置所处的空间环境，以提供所述状态数据。

10.根据权利要求1所述的虚拟图像系统，其特征在于，所述处理单元执行操作系统及至少一应用程序，所述至少一应用程序用以产生所述第一头戴式虚拟现实装置的画面数据。