CN112230429A - 一种基于手势交互的智能显示头盔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于手势交互的智能显示头盔，主要由头盔主体、针孔摄像头、显示眼镜、单板计算机、供电模块、开关等部件组成，通过显示眼镜在人眼整个视场内成像，并且在图像中有选择性地叠加重要信息，使得使用者获得了类似裸眼观察的使用体验感，更加便于观察周边环境，发现特定目标；同时通过手势识别技术实现与设备的人机交互，达到良好的操作体验感；本头盔显示设备体积小巧、节省空间、使用灵活、功耗低，可作为传统显示设备的延伸。
Description
技术领域
本发明涉及智能头盔技术领域，具体涉及一种基于手势交互的智能显示头盔。
背景技术
目前各类光电设备的显示设备主要为大屏幕显示，大屏幕显示设备体积较大，位置固定，需固定站位才可进行观察操作；而且由于显控台屏幕较大，操作人员必须时刻盯住目标，同时还需观察显示器上各类重要信息，低头与抬头之间外界的快速转变以及眼睛焦距的不断调整使得操作手注意力不够集中且加重了视觉疲劳。
智能头盔显示设备体积小巧、节省空间、使用灵活、功耗低，可作为传统显示设备的延伸，但是现有的智能显示头盔，在使用者的观察体验感方面还略显不足。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于手势交互的智能显示头盔。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于手势交互的智能显示头盔，包括头盔主体、设置在头盔主体前方的针孔摄像头和显示眼镜、设置在头盔主体后部的单板计算机和供电模块以及设置在头盔主体右侧的开关；所述的显示眼镜由双目显示模组和镜框组成；所述的双目显示模组由OLED显示器、OLED驱动板及成像透镜组成，双目显示模组通过将OLED显示器显示的图像成像于人眼中，实现对输入图像的沉浸式观察；所述的镜框包括塑料的保护外框和设置在保护外框上的观察窗，用以保护双目显示模组，防止摔坏和日常磨损，便于人眼通过观察窗口对双目显示模组的成像进行观察；所述的单板计算机与针孔摄像头及显示眼镜电连接，单板计算机作为整个头盔的控制中枢，完成观察视频的显示；所述的供电模块包括锂电池及电源管理模块，与针孔摄像头、显示眼镜、单板计算机电性连接，为其供电，并可通过充电模块对锂电池进行充电。
所述的一种基于手势交互的智能显示头盔，其头盔主体由聚酯塑料外壳和海绵内垫衬组成，所述的聚酯塑料外壳上设置有固定带，用以实现佩戴；所述的头盔主体前部设置有前部卡槽，针孔摄像头通过旋转支座设置在前部卡槽上。
所述的一种基于手势交互的智能显示头盔，其镜框上部和左右各设置一挂环，通过张紧带与头盔主体上的挂环连接，使用者可通过调节张紧带长短来调节显示眼镜与人脸的贴合程度，增强观察舒适感。
所述的一种基于手势交互的智能显示头盔，其保护外框上部正中设置有滑动槽，所述的双目显示模组活动设置在滑动槽中，用以调节双目显示模组与观察窗口的距离，使得使用者可根据实际使用情况实现出瞳距可调的功能。
所述的一种基于手势交互的智能显示头盔，其保护外框内设置有海绵垫。
所述的一种基于手势交互的智能显示头盔，其观察窗口由树脂镜片构成，通过主卡槽固定在观察窗口固定板上。
所述的一种基于手势交互的智能显示头盔，其成像透镜采用自由曲面棱镜。
所述的一种基于手势交互的智能显示头盔，其单板计算机和供电模块采用一体化设计，通过后部卡槽配置在头盔主体上实现连接。单板计算机可接插专用网线实现与外部设备的通讯及视频传输，同时配备有WIFI模块，可通过无线网络进行上述功能，针孔摄像头采集的手势图像的处理显示、工作流程控制、对外通信等功能。
所述的一种基于手势交互的智能显示头盔，其开关分为3档：关闭档、手势识别模式1档、手势识别模式2档，可根据开关选择手势识别方式，并实现头盔整体上电断电。
进一步，所述的单板计算机对数字“1”、“2”、“3”、手势“OK”等手势图像进行包括图像去噪、滤波、人手定位、手势识别等处理，对外部设备进行图像放大、全景扫视等操作，通过手的位置滑动等操作实现外部设备转动或图像翻页。
本发明的有益效果是：本头盔通过在整个视场内成像，并且在图像中有选择性地叠加重要信息，使得使用者获得了类似裸眼观察的使用体验感，更加便于观察环境，发现特定目标，同时通过手势识别技实现与光电设备的人机交互，达到良好的操作体验感。本头盔设计结果简单、体积小巧、功耗低、实用性强，可以提高使用者的观察体验感，便于观察战场环境，作为传统显控设备的补充，实现不同站位多人观察操控，有效降低使用者的操作疲劳。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明显示眼镜的结构示意图；
图3为本发明显示眼镜和双目显示模组的结构示意图；
图4为本发明的信息流步骤图；
图5为本发明的工作流程图。
各附图标记为：1—头盔主体，2—针孔摄像头，3—显示眼镜，4—单板计算机，5—供电模块，6—开关，7—镜框，8—双目显示模组，9—保护外框，10—观察窗口，11—观察窗口固定板，12—挂环，13—张紧带，14—海绵垫，15—滑动槽，16—连接螺钉，17—导线槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1所示，本发明公开的一种基于手势交互的智能显示头盔由头盔主体1、针孔摄像头2、显示眼镜3、单板计算机4、供电模块5、开关6组成。
上述头盔主体1采用聚酯塑料材质，硬度高质量轻，内部垫衬海绵，提高佩戴舒适感；头盔主体1还包括固定带，用以实现佩戴。
上述头盔主体1前部设计有前部卡槽5，设计一可调节支座6通过前部卡槽5与头盔主体1连接，针孔摄像头2通过螺钉紧固于支座6上，可以通过旋转支座6的张紧螺钉调节摄像机光轴方向。
参照图2、图3所示，上述显示眼镜3由镜框7和双目显示模组8组成，双目显示模组由OLED显示器、OLED驱动板及成像透镜组成，通过一体化设计实现功能集成，成像透镜采用自由曲面棱镜，体积小、重量轻，且具有较好的成像效果，双目显示模组8通过将OLED显示器显示的图像成像于人眼中，实现对输入图像的沉浸式观察。
其中显示镜框7由塑料制成，由保护外框9、观察窗口10、观察窗口固定板11及连接螺钉16构成，用以保护双目显示模组8，防止摔坏和日常磨损，人眼通过观察窗口10对双目显示模组8成像进行观察；观察窗口10由树脂镜片构成，通过主卡槽固定在观察窗口固定板11上。
镜框7上部和左右各设计一挂环12，通过张紧带13与头盔主体1上的挂环12连接，使用者可通过调节张紧带13长短来调节显示眼镜3与人脸的贴合程度，增强观察舒适感。同时出于考虑人机工程性，在保护外框9内与人脸贴合部分贴上海绵垫14，采用圆弧形，考虑鼻梁位置在相应位置对海绵垫14进行加厚，使佩戴更为舒适。
保护外框9上部正中设计一滑动槽15，与双目显示模组8连接的固定螺钉可在滑动槽15中滑动，用以调节双目显示模组8与观察窗口10的距离，使得使用者可根据实际使用情况实现出瞳距可调的功能。人眼通过观察窗口10对双目显示模组8成像进行观察，观察窗口固定板11与保护壳体9之间用螺钉16连接。
上述供电模块5包括锂电池及电源管理模块，与针孔摄像头2、显示眼镜3、单板计算机电性连接，为其供电，并可通过充电模块对锂电池进行充电。
为了避免头盔前部重量过重导致佩戴不舒适，上述单板计算机4和供电模块5采用一体化设计配置于头盔后部，通过头盔主体1后部卡槽实现连接，单板计算机4作为整个头盔的控制中枢，完成观察视频的显示、针孔摄像头2采集的手势图像的处理显示、工作流程控制、对外通信等功能。单板计算机4与针孔摄像头2、显示眼镜3及供电模块5电性连接。单板计算机4可接插专用网线实现与外部设备的通讯及视频传输，同时配备有WIFI模块，可通过无线网络进行上述功能。
上述开关6安装于头盔右侧，开关6分为3档：关闭档、手势识别模式1档、手势识别模式2档，可根据开关6选择手势识别方式，并实现头盔整体上电断电。
上述头盔主体1设置有导线槽17，实现各模块的之间导线的布置，如图1所示。
参照图4所示，本发明的信息流步骤为：单板计算机4通过网络接口向外部设备发出控制信号和数据信号，外部设备采集视频信号并发回单板计算机4，同时针孔摄像头2将手势视频图像也发回单板计算机4，回单板计算机4叠加图像之后送至OLED显示器，OLED驱动板驱动成像透镜组成的成像光学系统将叠加后的图像准直后显示至无穷远，在人眼整个视场内成像。
本发明的工作原理：打开头盔上的开关6，将头盔穿戴在人员的头部上，调整头盔至适合位置，来自外部设备的视频通过单板计算机4的网络模块或WIFI模块输入到单板计算机4的内存中，单板计算机4结合手势信息生成的操作指令对图像进行处理后输出到头盔显示器OLED显示模块显示器屏幕上，通过成像光学系统，最后将叠加后的图像准直后显示至无穷远，以便于操作手正常观察。另一路手势视频由配置于头盔前端的针孔摄像头2采集，可通过调整针孔摄像头2支架角度选择手势操作的合适高度，单板计算机4对采集到的手势图像进行图像去噪、滤波、人手定位、手势识别等处理，解算出人手的位置及手势含义，最终生成控制指令，控制对外部设备的操作。头盔可根据人手所做的手势如数字“1”、“2”、“3”、手势“OK”等实现相关控制，如图像放大、全景扫视等操作，也可通过手的位置滑动等操作实现图像翻页、设备转动等操作，以上仅作为例子进行说明，用户可根据实际情况定义手势命令。
还可通过开关6的档位控制手势识别方式，比如档位1使用肤色检测的方法实现人手的检测，当环境光照、颜色条件与人手类似时，导致肤色检测失效，可使用档位2通过穿戴标志物实现人手检测，作为补充方式。
参照图5所示，本发明的工作流程图为：单板计算机4先判断开关6的状态，如果开关状态为开启，则采集手势图像，根据事先定义的手势命令识别手势图像，然后输出识别结果，单板计算机4将手势识别结果与外部设备采集的图像进行叠加，对手势指令进行解析，解算出人手的位置及手势含义，最终生成执行指令并发送给外部设备，外部设备执行相应的图像处理操作并对图像进行显示。
本头盔可根据人手所做的手势对外部设备实现相关控制，也可通过手的位置滑动等操作实现控制，用户可根据实际情况事先定义手势命令。它可以提高使用者的观察体验感，更加便于观察环境，可作为传统显控设备的补充，实现不同部位多人观察操控，其具有体积小、功耗低、穿戴方便、实用性强的优点。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于手势交互的智能显示头盔，其特征在于：包括头盔主体（1）、设置在头盔主体（1）前方的针孔摄像头（2）和显示眼镜（3）、设置在头盔主体（1）后部的单板计算机（4）和供电模块（5）以及设置在头盔主体（1）右侧的开关（6）；所述的显示眼镜（3）由双目显示模组（8）和镜框（7）组成；所述的双目显示模组（8）由OLED显示器、OLED驱动板及成像透镜组成，通过将OLED显示器显示的图像成像于人眼中，实现对外部设备输入图像的沉浸式观察；所述的镜框（7）包括保护外框（9）和设置在保护外框（9）上的观察窗口（10），用以保护双目显示模组（8），便于人眼通过观察窗口（10）对双目显示模组（8）的成像进行观察；所述的单板计算机（4）与针孔摄像头（2）和显示眼镜（3）电连接，单板计算机（4）结合手势信息生成的操作指令处理输入图像并输出到OLED显示器，成像透镜将叠加后的图像准直后显示至无穷远，以便于操作手正常观察，单板计算机（4）处理针孔摄像头（2）采集到的手势图像，解算出人手的位置及手势含义并生成控制指令，控制对外部设备的操作；所述的供电模块（5）包括锂电池及电源管理模块，与针孔摄像头（2）、显示眼镜（3）、单板计算机（4）电性连接，为其供电，并通过充电模块对锂电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的一种基于手势交互的智能显示头盔，其特征在于，所述的头盔主体（1）由聚酯塑料外壳和海绵内垫衬组成，所述的聚酯塑料外壳上设置有固定带，以实现佩戴；所述的头盔主体（1）上设置有前部卡槽，所述的针孔摄像头（2）通过旋转支座设置在前部卡槽上。
3.根据权利要求1所述的一种基于手势交互的智能显示头盔，其特征在于，所述的镜框（7）上部和左右各设置一挂环（12），所述的头盔主体（1）上设置有挂环（12），两挂环（12）之间通过张紧带（13）连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于手势交互的智能显示头盔，其特征在于，所述的保护外框（9）上部正中设置有滑动槽（15），所述的双目显示模组（8）活动设置在滑动槽（15）中；所述的保护外框（9）内设置有海绵垫（14）。
5.根据权利要求1所述的一种基于手势交互的智能显示头盔，其特征在于，所述的观察窗口（10）由树脂镜片构成，通过主卡槽固定在观察窗口固定板（11）上。
6.根据权利要求1所述的一种基于手势交互的智能显示头盔，其特征在于，所述的成像透镜采用自由曲面棱镜。
7.根据权利要求2所述的一种基于手势交互的智能显示头盔，其特征在于，所述的单板计算机（4）和供电模块（5）采用一体化设计，通过后部卡槽配置在头盔主体（1）上实现连接。
8.根据权利要求6所述的一种基于手势交互的智能显示头盔，其特征在于，所述的单板计算机（4）配备有WIFI模块，通过无线网络实现与外部设备的通讯及视频传输。
9.根据权利要求1所述的一种基于手势交互的智能显示头盔，其特征在于，所述的单板计算机（4）对包括数字“1”、“2”、“3”、手势“OK”在内的手势图像进行包括图像去噪、滤波、人手定位、手势识别的处理，对外部设备进行包括图像放大、全景扫视在内的操作，通过包括手的位置滑动在内的操作实现外部设备转动或图像翻页。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210115 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |