CN113454989A

CN113454989A - 头戴式显示设备

Info

Publication number: CN113454989A
Application number: CN202080013562.3A
Authority: CN
Inventors: S·希克斯; N·拉塞尔
Original assignee: Oxset Ltd
Current assignee: Oxset Ltd; Oxsight Ltd
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2021-09-28
Also published as: GB2595811A; EP3925211A1; WO2020165605A1; GB202112670D0; US20220146856A1

Abstract

一种用于辅助视力减退的用户的可头戴式成像设备(5)，包括被配置为向用户的第一只眼睛提供显示的第一显示装置(20)。第一透镜(27)设置在第一显示装置(20)的用户侧。第一透镜(27)被配置为用于形成所述第一显示装置(20)的聚焦图像。第一摄相机(25)被配置为提供表示成像设备(5)前方的场景的输出。处理器(40)被配置为接收来自所述第一摄相机(25)的输出、执行一个或多个图像增强以改善用户的视力，并将处理后的输出提供给第一显示装置(20)以显示给用户。所述第一显示装置(20)为圆形或椭圆形。

Description

头戴式显示设备

技术领域

本发明涉及一种用于辅助视力减退的用户的便携式成像设备。

背景技术

中央视力丧失(central vision loss,CVL)的人通常会保留一个或多个残留视力区域。在CVL的情况下，该剩余视力的区域位于中央凹的外围，中央凹通常是中央黄斑的高细节和高空间敏锐度区域。外围视力有利于检测移动物体和相对较暗的物体。然而，外围视力的较低空间分辨率意味着只有外围视力的个人难以区分单个视觉特征。一般来说，这意味着(在外围)阅读是一个特殊的挑战，因为单词中相邻的字母会相互干扰。此外，由于面部特征(例如眼睛、鼻子、嘴巴)变得模糊，因此很难看清人脸。

已知提供头戴式视图器(headset)来帮助患有视力缺陷的用户。头戴式视图器的一些问题是头戴式视图器可能体积大且笨重，或者可能具有有限的视场。这使得头戴式视图器难以使用且不舒服。

一些头戴式视图器可以向用户呈现与周围环境不同比例的图像。由于视觉场景的光流不匹配，这会导致导航困难。

本发明的目的是解决与现有技术相关的至少一个缺点。

发明内容

一个方面提供了一种用于辅助视力减退的用户的可头戴式成像设备，包括：

被配置为向用户的第一只眼睛提供显示的第一显示装置；

设置在第一显示装置的用户侧的第一透镜，所述第一透镜被配置为形成第一显示装置的聚焦图像；

被配置为提供表示成像设备前方的场景的输出的第一摄相机；

处理器，其被配置为接收来自第一摄相机的输出、执行一个或多个图像增强以改善用户的视力，并将处理后的输出提供给第一显示装置以显示给用户，

其中，所述第一显示装置为圆形的或椭圆形的。

至少一个示例的优点是物理上紧凑的成像设备。例如，提供圆形或椭圆形显示装置可以减少显示装置前方所需的大量光学器件。这可以提高用户舒适度(例如更小和/或更轻的设备)并且可以允许成像设备佩戴更长时间。至少一个示例的优点是具有与眼睛运动的自然范围相匹配的宽视场的成像设备。至少一个示例的优点是具有减少的畸变的成像设备。

可选地，成像设备包括围绕第一显示装置和第一透镜的第一管状元件，第一透镜位于第一管状元件的面向眼睛的端部。第一管状元件可提供不透光屏蔽。第一透镜可由第一管状元件支撑。

管状元件可以提供用于阻挡杂散光的不透光屏蔽，以保持显示器的对比度尽可能高。由于对比敏感度的普遍降低，高对比度对于视力不佳人群很重要。由于第一透镜由第一管状元件支撑，因此成像设备的框架或外壳可以在第一透镜的侧面具有开放区域，因为框架或外壳在该区域中不必为透镜提供支撑。这允许用户用他们的外围视力观看显示器一侧的周围环境。如上所述，中央视力丧失(CVL)的用户通常会保留外围视力。成像设备还具有具有相同特征的第二管状元件，用于第二显示器和第二透镜。

可选地，成像装置包括与第一透镜相邻的开放区域，使得用户能够看到第一显示装置上的图像与成像装置外部的周围环境的组合。

开放区域具有保持外围清晰的优势，以实现一般空间感知、目标定位和避障。它具有减少与外界隔离的感觉的优点，这种与外界隔离的感觉通常与屏蔽头戴式视图器类型的成像设备相关联。开放区域具有减少恶心的优势，因为晕动症与外围视力密切相关。保持其开放允许外围的零延迟运动。开放区域具有改善气流、防止不舒服的热度和潮湿的优点。

可选地，第一显示装置为不透明的显示装置，不允许用户透过该显示装置进行观看。用户只能看到第一显示装置(和第二显示装置)上显示的视图以及第一显示装置(和第二显示装置)一侧的周围环境。这与用于增强现实或混合现实的头戴式视图器形成对比，在后者中用户可以通过显示装置看到现实世界，并观看显示装置上的图像和通过显示装置可见的现实世界的组合。

可选地，第一摄相机具有第一图像传感器，并且其中处理器被配置为从所述第一图像传感器的所选择区域获得输出，所述所选择区域是所述第一图像传感器的整个区域的子集

可选地，第一图像传感器具有矩形形状。

可选地，所述图像传感器具有x轴和y轴，其中所述处理器被配置为在x轴和y轴中的至少一个改变所选择区域的位置。

可选地，处理器被配置为改变所选择区域的尺寸。

可选地，第一摄像机位于第一显示装置前方、成像设备的面向前方的外侧。

可选地，第一摄像机与第一显示装置的中心轴对齐。

可选地，第一摄相机与用户的第一只眼睛的光轴基本对齐。

可选地，第一透镜为菲涅耳透镜、非球面透镜或平凸透镜。

可选地，第一显示器与第一透镜之间的距离小于第一显示器的直径或高度。第一显示器和第一透镜之间的距离的值的示例范围在第一显示器的直径或高度的一半到三分之二之间。其他值也是可能的。

可选地，所述成像设备被配置为在第一显示装置上显示具有场景的第一角视场的图像，并且成像设备被配置为向用户提供与第一角视场相同的第一显示装置的角视场。即，成像设备被配置为向用户提供与第一角视场相同的在第一显示装置上显示的图像的角视场。

可选地，成像设备包括圆形或椭圆形的第二显示装置。第二显示装置可以具有针对第一显示装置描述的任何特征。

成像设备可以具有单个摄相机，或者可以具有多个摄相机，例如专用于为每只眼睛提供显示的摄相机。一个或多个摄相机可以位于轴上(即与圆形或椭圆形显示装置的中心轴对齐)或不位于轴上。

可选地，第二摄像机位于第二显示装置前方、成像设备的面向前方的外侧。

可选地，所述第二摄像机与所述第二显示装置的中心轴对齐。

可选地，所述第二摄相机与用户的第二只眼睛的光轴基本对齐。

至少一个示例的优点是成像设备在第一角视场(第一显示装置上的场景的)和提供给用户的第二显示装置的角视场之间具有单位增益因子。这具有减少畸变的优点。它还可以允许用户通过显示装置看到的内容与用户在周围环境中看到的内容之间进行更无缝的转换。

成像设备可以被实现为一副眼镜，该眼镜具有位于用户耳朵上方的框架和臂。其他可能的实施方式包括护目镜或带有约束的面罩，例如松紧带或带子以适合在用户的头部周围。

这里描述的功能可以以硬件、由处理设备执行的软件、或硬件和软件的组合来实现。处理设备可以包括计算机、处理器、状态机、逻辑阵列或任何其他合适的处理设备。处理设备可以是执行软件以使通用处理器执行所需任务的通用处理器，或者处理设备可以专用于执行所需功能。本发明的另一方面提供了机器可读指令(软件)，其在由处理器执行时执行任何所描述的方法。机器可读指令可被存储在电子存储装置、硬盘、光盘或其他机器可读的存储介质上。机器可读介质可以是非暂时性机器可读介质。术语“非暂时性机器可读介质”包括除暂时性传播信号之外的所有机器可读介质。机器可读指令可以通过网络连接下载到存储介质。

在本申请的范围内，设想在前述段落、权利要求和/或以下描述和附图中陈述的各个方面、实施例、示例和替代方案，特别是其各个特征，可以可独立使用或以任何组合使用。对于例如在结合一个实施例描述的特征也适用于所有实施例，除非这些特征是不相容的。

为避免疑问，应当理解，关于本发明的一个方面描述的特征可以单独或与一个或多个其他特征适当组合包括在本发明的任何其他方面内。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参考附图描述本发明的一个或多个实施例，其中：

图1-3示出了成像设备的示例；

图4示出了成像设备的另一个示例。

图5示出了成像设备中的图像处理功能；

图6示出了用于成像设备的摄相机；

图7示出了矩形显示器和透镜的常规布置；

图8示出了图1-4的成像设备中的摄相机、显示器和透镜之间的关系；

图9示出了成像设备的视场之间的关系。

图10-12示出了用于成像设备的显示器和透镜的布置；

图13显示了成像设备各部分之间的关系；

图14和15示出了由成像设备执行的处理的示例。

具体实施方式

图1-4示出了成像设备5的示例。成像设备5被配置为佩戴在用户的头部1上。这些图中所示的成像设备5为可头戴式眼镜的形式，但是它也可以为头戴式视图器的形式。成像设备5具有框架10或外壳，其以与常规眼镜类似的方式佩戴。外壳/框架10具有桥接区域11，该桥接区域被配置为放置在用户的鼻子上。外壳/框架10具有一对臂12、13。臂12、13中的每一个都被配置为放置在用户的耳朵上。

成像设备5向用户的每只眼睛提供表示设备前方的周围环境的视图的图像。特别地，成像设备5向用户的每只眼睛提供表示用户通常会用那只眼睛体验的周围环境的视图的图像。显示器20、30在用户的每只眼睛的前方设置。在用户的左眼前方设置第一显示器20。在用户的右眼前方设置第二显示器30。每个显示器20、30由框架/外壳10支撑。显示器20、30的位置在图4中最佳地可见。显示器20、30中的每一个可以使用任何合适的显示技术，例如背光液晶显示器(LCD)或有机发光二极管(OLED)。OLED显示技术的优势在于该显示器不需要背光，因此可以减少物理深度、减轻重量和降低功耗。应当理解，显示器是不透明的。即，用户只能看到显示器20、30显示的图像。用户不能透过显示器20、30看。

显示器20、30中的每一个都具有圆的形状，例如圆形或卵形/椭圆形。在一个示例中，圆形OLED显示器的直径为35mm。其他尺寸也是可能的。显示器20、30可以是智能手表中使用的圆型显示器类型，或任何其他合适的显示器。

在图1-4中提供了一对摄相机25、35。第一摄像机25在第一显示装置20前方的成像设备的面向前方的外侧上设置。第二摄相机35在第二(右)显示器30前方的成像设备的面向前方的外侧上设置。在该示例中，每个摄相机25、35与显示器20、30的中心轴21、31对齐。每个摄相机25、35也可以与用户眼睛的其中一个的光轴对齐(当眼睛位于静止位置时)。每个摄像机25、35提供输出图像/视频信号。每个摄像机25、35被配置为提供表示相应显示器前方的视场的输出图像信号。第一摄相机25提供代表第一(左)显示器20前方的视图的图像。第二摄相机35提供表示第二(右)显示器30前方的视图的图像。使用两个空间上分开的摄相机25、35在用户的左眼和右眼处向用户提供单独的图像，这可以允许在成像的场景中感知深度。深度感知极大地辅助了世界中的视觉导航。双目视觉允许从许多不同的线索进行深度感知,这些线索包括立体视觉、眼睛会聚、视觉差异(disparity)和视差。

再次参考图4，显示器20安装在印刷电路板(PCB，printed circuit board)26的面向眼睛的第一侧上，而摄相机25安装在PCB 26的面向外的第二侧上。第一透镜27设置在面向用户的一侧，在第一(左)显示器20的前方。类似地，显示器30安装在PCB 36的面向眼睛的第一侧上，并且摄相机35安装在PCB 36的面向外的第二侧上。第二透镜37设置在面向用户的一侧，在第二(右)显示器30的前方。每个透镜27、37与各自的显示器20、30空间上分开。每个透镜27、37是紧凑透镜，例如菲涅耳透镜、非球面透镜或平凸透镜。这些类型的透镜可以由诸如聚合物材料(例如塑料)之类的轻质材料模制而成。这也具有降低成本的优点。透镜27、37具有短焦距。这允许每个透镜27、37靠近显示器20、30放置。每个显示器20、30位于或靠近相应透镜27、37的焦平面。与常规使用单球面透镜或多元件球面透镜相比，透镜27、37允许成像设备5在物理上尽可能紧凑。这允许使用具有非常低F/#(通常为1/2-2/3)的透镜，并产生更紧凑的显示。如图11所示，在一些示例中，显示器20、30和透镜27、37之间的距离是显示器20、30的直径D的1/2-2/3。

每个透镜27、37是圆的并且有利地略大于显示器。例如直径40mm的透镜可以与直径35mm的显示器一起使用。每个显示器20、30被放置在透镜的焦平面内或附近。这允许观看显示器的整个范围，并在靠近眼睛时产生聚焦在远处的图像。

第一管状元件24围绕显示器20和透镜27，将透镜27保持在距显示器20固定距离处。透镜27由第一管状元件24支撑。框架10或外壳的其他部分不需要支撑第一透镜27。显示器(或显示器20安装在其上的PCB 26)位于管状元件24的面向外的端部。菲涅耳透镜27位于或靠近管状元件24的面向眼睛的端部。空的空间区域将显示器20和透镜27分开。第一管状元件24还可以在透镜27和显示器20之间提供不透光屏蔽。即，去往/来自显示器的唯一光路是经由透镜27。这防止杂散光到达显示器20。这可以改善提高显示器的可读性，尤其是在明亮条件下，同时不需要以常规屏蔽头戴式视图器的方式将用户与周围环境完全隔离。由于对比敏感度的降低，高对比度对于视力障碍人群很重要。第二管状元件34为右眼显示器30和透镜37提供相同的功能。

成像设备5包括与第一透镜27相邻的开放区域16。开放区域16在第一透镜27的左手侧。类似地，成像设备5包括与第二透镜37相邻的开放区域17。开放区域17为第一透镜27的右手侧。用户可以(经由透镜27)观看第一显示装置上的图像和成像设备外部的周围环境的组合，而不是对用户屏蔽周围环境。类似地，用户可以(经由透镜37)观看第二显示装置上的图像和成像设备外部的周围环境的组合。开放区域具有保持外围清晰的优势，以用于一般空间感知、目标定位和避障。它的优点是减少通常与屏蔽头戴式视图器类型的成像设备相关联的与外界隔离的感觉，并且可以减少恶心。开放区域具有改善气流、防止不舒服的热度和潮湿的优点。

还可以提供处方透镜28、38。处方透镜可以补偿近视(myopia)、远视(hyperopia)和/或一些其他状况。在图4中，第一处方透镜28显示在菲涅尔透镜27的前方，而第二处方透镜38显示在菲涅尔透镜37的前方。根据用户的需要，处方透镜可以只存在于左眼或右眼。在使用管状元件24、34的情况下，处方透镜或透镜可由管状元件24、34支撑。例如，处方透镜28可以位于管状元件24的面向眼睛的端部内。

图5示意性地示出了成像设备5的图像处理功能。处理单元40被配置为从左眼摄相机25接收图像/视频信号41并且从右眼摄相机35接收图像/视频信号42。处理单元40可以通过在计算上增强环境的实时图像来改善用户的视力。处理单元40可以向从摄相机25、35接收的图像信号提供一个或多个图像增强45。处理单元40将处理后的图像/视频信号43输出到左眼显示器20并将处理后的图像/视频信号44输出到右眼显示器30。图像增强可以包括以下一项或多项：边缘检测和检测到的边缘的呈现(例如，作为黑色背景上的白色边缘，作为覆盖在颜色或灰度图像上的白色边缘)；增强图像特征之间的对比度；具有适用于整个屏幕的全局阈值的黑白高对比度图像；具有多个区域的阈值以补偿跨越屏幕照明变化的黑白高对比度图像；用于检测具有相似色调(例如，无论亮度如何)的大区域，然后将这些区域呈现为相同颜色的高亮度色板的算法。处理单元40可以执行其他增强或图像处理。其他处理功能包括以下一项或多项：放大或缩小、高分辨率静态图像的显示、画中画的呈现。处理单元40执行的增强/处理的类型可取决于用户的视觉缺陷。

处理单元40的一个可能位置是框架/外壳10的桥接区域11。处理单元40的另一个可能位置在臂12、13中的一个或两个中。成像设备5可以包括本地电源，例如容纳在臂12、13之一或两者中的至少一个电池。

图6更详细地示出了摄相机25。摄相机35与摄相机25相同。摄相机25包括图像传感器25A和透镜或透镜阵列25B。摄相机的透镜25B在图像传感器25A上形成聚焦图像。透镜25B具有视场(FOV,field of view)25C。

出于比较的目的，图7示出了在虚拟现实(VR，Virtual Reality)或增强现实(AR,Augmented Reality)应用中使用的常规设备。矩形显示器101与宏观圆透镜102一起使用。所使用的透镜102需要在具有低场曲和其他像差的宽视场上产生高分辨率图像。因此，通常需要复杂的多组件透镜或定制的模制非球面透镜。由于显示器和透镜的形状不匹配，这会导致形状系数的显著折衷。透镜102的直径必须至少与显示器101的对角线一样大，以便能够观看整个显示器101。此外，所需的透镜102具有相对较大的F/#(>1)。这导致透镜和显示器之间的距离大于显示器的对角线尺寸(通常至少1.5到2倍)。这两个因素都会导致显示器和透镜之间的距离过大，从而导致体积庞大的头戴式视图器或具有小视场的小显示器。

图8示出了成像设备的组件的光学和物理关系。图8所示的成像设备的关系可以适用于水平(x)平面(即图8可以理解为示出了设备的俯视图)和垂直(y)平面(即图8可以是理解为示出了设备的侧视图)。与垂直平面相比，水平平面中的角度范围更宽，但应用相同的关系。成像设备5包括显示器20、摄相机25和菲涅耳透镜27。菲涅耳透镜27位于用户的眼睛2和显示器20之间。

图8显示了三个眼睛位置2A、2B、2C。位置2A是眼睛的中心位置。在该中心(或静止)位置2A，眼睛的主光轴与透镜27、显示器20和摄相机25的中心对齐。透镜27、显示器20和摄相机25共同对齐相同的轴。位置2B、2C表示正常情况下眼睛舒适运动极限处的位置。线6和线7表示位置2B、2C的视场边缘。眼睛可以比位置2B、2C转动得更远，但这通常是不舒服的。通常，如果用户希望在舒适的观看范围之外观看，他们会转动他们的头部以将眼睛位置带回到这个舒适的范围内。通常，眼球运动的范围被限制在水平面+20度到–20度之间以及垂直面+15度到–15度之间的椭圆区域内。这些角度与位置2B、2C中的主光轴与静止位置(位置2A)中的主光轴之间的角距离有关。超出这个角度范围的移动，用户通常会移动他们的头部(而不是他们的眼睛)来重新定向。

图10示出了叠加在圆形显示器20、30上的代表眼睛运动的典型范围的椭圆区域。典型的眼睛运动区域位于圆形显示器20、30内。

图11示出了菲涅耳透镜27、37和显示器20、30之间的关系。透镜27、37的直径D小于透镜27、37和显示器20、30之间的距离。

有利地，显示器20、摄相机25和菲涅耳透镜27都对齐，并且与用户眼睛2的主光轴21对齐。菲涅耳透镜27位于用户眼睛的视场(FOV)内。透镜27允许用户的眼睛形成显示器20的聚焦图像。

成像设备5的目的是让用户看起来好像在他们的眼前只有一个空的眼镜框。为了实现这一点，用户眼睛看到的透镜27和显示器20的FOV 22与显示器20上显示的场景的FOV25D匹配。这在角视场方面给出了1x(统一)的系统放大率。FOV 22和FOV 25D之间的关系如图9所示。

在常规的虚拟现实(VR)/增强现实(AR)成像中，摄相机的视角与其显示器的视角之间通常不匹配。由于在视觉场景的光流中的不匹配，这使导航更困难。近处的目标在视场中的移动的比远处的目标快。当显示器上的图像被放大，并且比现实生活的尺寸更大时，增加的光流使一切看起来都比实际更近。

由于图像的畸变，用户通常会体验到他们对显示器20、30的视图与他们越过显示器20、30边缘的视图之间的不连续性。光流的不连续性可能会引起恶心并使环球导航变得具有挑战性。它也可能使执行需要手眼协调的任务变得困难。

在成像设备5中，减少了这种光学不连续性的影响。通过将摄相机焦距和芯片尺寸与显示器尺寸和透镜焦距相匹配，用户体验到统一的系统放大率。对系统放大率的微调以数字方式进行。这确保了经过显示器边缘的外围视力和显示器上的图像是连续的。当对象从外围视力经过边界到显示器时，用户能够接着使用外围视力而不会出现物体的位置、比例或流动不匹配的情况。设备边界处的不连续可类似于在常规眼镜的框架处的体验。

透镜27以及透镜27之外的显示器20的用户视场FOV22，由诸如透镜27的尺寸、显示器20的尺寸以及透镜27与眼睛2之间的距离50之类的因素确定。如上所述，眼睛2具有比FOV22更宽的整体FOV。眼睛的更宽FOV的范围由虚线6、7示出。当眼睛位于极端位置2B、2C之一时，用户的视线被引导到显示器20的大约三分之一处。完整的显示器20在用户的外围视力内仍将是可见的。越过透镜27边缘的世界也会在用户的外围视力可见，假设眼镜架不妨碍这一点。即使视线直视前方，情况也是如此。眼睛2的转动有效地平移瞳孔，并且透镜27的边缘有效地充当通过其观看显示器20的窗口。这意味着随着眼睛转动，显示器20的视图看起来将被进行不同地裁剪。如果眼睛向左转动，则显示器将在左边缘被裁剪。通过将透镜27配置为具有比显示器20的直径更大的直径，这种影响应该可被最小化或可以忽略不计。

参考图12，任何点光源(在这种情况下是显示器20、30上的像素29)将在所有(许多)方向上发光。显示了一些有代表性的射线。如果点光源位于透镜的焦平面内(在这种情况下就是这样)，那么来自一个点的发散光线将彼此平行地离开透镜。这些平行光线然后被眼睛2中的晶状体聚焦成视网膜上的相应的图像点。通过透镜收集来自点源的一系列发散光线，然后将它们重新聚焦到一个点，是形成图像的必要条件。对于位于显示器20中心的点，与位于显示器20外围的像素相比，透镜27捕获范围更广的光线。原则上，这意味着图像的中心将看起来更比外围亮。然而，在这种情况下，眼睛2的瞳孔限制了有助于图像形成的光线组。这意味着，如果我们使透镜27的直径比显示器20的直径大瞳孔的尺寸(实际上是眼眶的尺寸，因为瞳孔可以在眼眶内的任何位置移动)，那么合理的图像可以被形成为具有跨整个图像均匀的亮度。眼眶是透镜前的三维区域，用户在其内可以看到合理的图像。因此，如果眼眶的尺寸为5毫米，那么瞳孔将需要在这5毫米区域内才能获得最佳视图。

如以上所解释，在显示器20上显示的场景有FOV 25D。再次参考图6，摄相机25的透镜25B在更宽的FOV 25C上收集光。透镜25B将图像投影到图像传感器25A上。投影的图像与摄相机25的图像传感器25A一样宽或更宽。通过提供比FOV 25D更宽的FOV 25C，可以裁剪图像以匹配显示器20和/或眼睛看到的透镜27的FOV(theta)。这种更宽的摄相机FOV 25D还可用于平移和/或数字变焦，以为用户进行校准。这在图13-15中有更详细的解释。

圆形显示器20显示从图像传感器25A的区域中选择的图像。换句话说，图像传感器25A被裁剪以提供用于显示的图像。图13显示了叠加在图像/摄相机传感器FOV上的圆形显示FOV。图13示出了显示器20显示的图像的FOV相比与图像传感器上的图像的FOV之间的关系。图像传感器25A通常具有比显示器20小的物理尺寸。应当理解，图13没有示出图像传感器25A和显示器20的物理尺寸的关系，而是示出了图像传感器25A和显示器20的FOV之间的关系。

在图13中，显示器FOV具有高度(DISPLAY_H)和宽度(DISPLAY_W)。图像传感器FOV具有高度(SENSOR_H)和宽度(SENSOR_W)。显示器FOV具有与图像传感器FOV的高度(SENSOR_H)基本相同的高度(DISPLAY_H)，并且显示器FOV具有小于图像传感器FOV的宽度(SENSOR_W)的宽度(DISPLAY_W)。

图像传感器25A的裁剪区域的位置可以由处理单元40选择。例如，用于输出到显示器20的裁剪区域可以在x轴和/或y轴上移动。

裁剪区域的尺寸可以由处理单元40改变。尺寸可以通过数字缩放操作改变，即图像传感器25A的像素和显示器20的像素之间的映射的数字域操作。数字放大功能在图14中示出。为了执行数字放大，图像传感器25A的一个像素被映射到显示器的多个相邻像素。插值算法可用于改善外观。数字缩小功能在图15中示出。为了执行数字缩小，多个图像传感器25A的像素被映射到显示器20的一个像素。数字缩放可能需要对成像设备相对于用户眼睛的位置补偿。例如，如果眼睛到透镜的距离比正常值长，则可能需要数字放大。相似地，如果眼睛到透镜的距离小于正常值，则可能需要数字缩小。

显示区域的位置和/或尺寸可以通过手动控制来选择。例如，用户可以基于自己的需要和视觉体验手动扩大(放大)或收缩(缩小)图像。可以在成像设备5上提供用于控制缩放功能的用户接口(例如，臂12、13上的按钮，图4)。附加地或替代地，控制缩放功能的用户接口可以提供手持控制单元，该手持控制单元可以物理地附接(例如，经由电缆)到成像设备5。附加地或替代地，控制缩放功能的用户接口可以在无线通信的便携式设备上提供(例如，使用诸如蓝牙^TM之类的无线传输协议)。当用户与控件交互时，例如通过操纵图形用户界面(GUI)的按钮、旋钮、滑块，这指示处理单元40如上所述放大或缩小图像。

在另一种情况下，可以由合格的技术人员或临床医生基于以下因素为佩戴者预先配置缩放级别：用户的面部形状；当用户佩戴成像设备时从眼睛到透镜27的距离。

摄相机透镜25B是广角透镜。这种类型的透镜不可避免地具有非理想的光学特性。图13显示了光学桶形畸变对直线网格的影响。桶形畸变具有使直线看起来弯曲的效果。桶形畸变在FOV的外围最严重，在矩形图像的角落最为明显。桶形畸变(和其他形式的光学畸变)可以在数字域中由处理单元40在一定程度上进行校正。然而，这在计算上是昂贵的、浪费功率并增加系统延迟。这对于便携式和可穿戴系统至关重要。图像传感器FOV的裁剪具有裁剪摄相机透镜25B的最严重畸变区域的效果，同时避免这种计算上昂贵的处理。

如以上所述，成像设备可具有单个摄相机，诸如被居中安装在框架10或外壳的前部的单个摄相机。单个摄相机具有足以为每个显示器提供图像的FOV。例如，要为每只眼睛提供60度的FOV，单个摄相机可能具有80度的FOV。处理单个摄相机的输出以向左眼显示器20和右眼显示器30提供图像。由每个显示器20、30显示的图像可以具有与上述相同的单位增益因子。即，左眼显示器20被配置为在左眼显示装置上显示具有左眼前方场景的第一角视场的图像，并且成像设备被配置为向用户提供与所述第一角视场相同的左眼显示装置的角视场。类似地，右眼显示器30被配置为在右眼显示装置上显示具有右眼前方场景的第一角视场的图像，并且成像设备被配置为向用户提供与第一角视场相同的右眼显示装置的角视场。这提供了显示图像与现实世界之间的连续性，以及显示图像与通过透镜27、37一侧的开放区域16、17可见的周围环境之间的连续性。

可以参考以下编号的条款来理解本公开的另一方面。

1.一种用于辅助视力减退的用户的可头戴式成像设备，包括：

被配置为向用户的第一只眼睛提供显示的第一显示装置；

设置在第一显示装置的用户侧的第一透镜，所述第一透镜被配置为用于形成第一显示装置的聚焦图像；

被配置为接收来自所述第一摄相机的输出，并将输出提供给第一显示装置以向用户显示图像的处理器，

其中，成像设备被配置为在第一显示装置上显示具有场景的第一角视场的图像，并且成像设备被配置为向用户提供与第一角视场相同的第一显示装置的角视场。即，成像设备被配置为向用户提供与第一角视场相同的在第一显示装置上显示的图像的角视场。

2.根据条款1所述的设备，包括与所述第一透镜相邻的开放区域，使得用户能够观看第一显示装置上的图像和成像设备外部的周围环境的组合。

3.根据条款1或2所述的设备，其中第一摄相机位于在第一显示装置前方、成像设备的面向前方的外侧。

4.根据条款3的设备，其中所述第一摄相机与所述第一显示装置的中心轴对齐。

5.根据条款4所述的设备，其中所述第一摄相机与用户第一只眼睛在静止位置的光轴基本对齐。

6.根据前述条款中的任一项所述的设备，其中提供给用户的所述第一显示装置的角视场基于所述第一透镜与用户眼睛的位置之间的预期距离。

7.根据前述条款中的任一项所述的设备，其中所述第一透镜是菲涅耳透镜或非球面透镜。

8.根据前述条款中的任一项所述的设备，其中所述第一显示器与所述第一透镜之间的距离小于所述第一透镜的直径或高度。

9.根据条款8的设备，其中第一显示器和第一透镜之间的距离在第一显示器的直径或高度的一半到三分之二之间。

10.根据前述条款中的任一项所述的设备，其中所述第一显示器是圆形或椭圆形的。

11.根据前述条款中任一项所述的设备，其中所述第一摄相机具有第一图像传感器，并且其中所述处理器被配置为从所述第一图像传感器的所选择区域获得输出，所述所选择区域是第一个图像传感器的整个区域的子集。

12.根据条款11的设备，其中所述第一图像传感器具有矩形形状。

13.根据条款11或12，其中所述第一图像传感器具有x轴和y轴，并且其中所述处理器被配置为在x轴和y轴中的至少一个改变所选择区域的位置。

14.根据条款14所述的装置，其中所述处理器被配置为基于用户输入改变所选择区域的位置。

15.根据条款11至14中任一项所述的设备，其中所述处理器被配置为改变所选择区域的尺寸以调整在第一显示装置上显示的图像的第一角视场。

16.根据条款15所述的装置，其中所述处理器被配置为基于用户输入改变所选择区域的尺寸。

17.根据前述条款中的任一项所述的设备，包括：

第二显示装置被配置为向用户的第二只眼睛提供显示；

第二透镜设置在第二显示装置的用户侧，所述第二透镜被配置为形成第二显示装置的聚焦图像；

第二摄相机被配置为提供表示成像设备前方的场景的输出；

处理器，被配置为接收来自第二摄相机的输出并将输出提供给第二显示装置以向用户显示图像，

其中，成像装置被配置为在第二显示装置上显示具有场景的第二角视场的图像，并且成像设备被配置为向用户提供与该第二角视场相同的第二显示装置的角视场。

被配置为接收来自所述第二摄相机的输出，并将输出提供给第二显示装置以向用户显示图像的处理器，

其中，成像设备被配置为在第二显示装置上显示具有场景的第二角视场的图像，并且成像设备被配置为向用户提供与第二角视场相同的第二显示装置的角视场。

18.根据条款17所述的设备，其中所述第一角视场等于所述第二角视场。

在本说明书的整个描述和权利要求中，词语“包括”和“包含”以及这些词语的变体，例如“包括”和“包含”，表示“包括但不限于”，并且不旨在(和不)排除其他部分、添加、组件、整体或步骤。

在本说明书的整个描述和权利要求中，除非上下文另有要求，否则单数包括复数。特别地，在使用不定冠词的情况下，除非上下文另有要求，否则说明书应被理解为考虑复数以及单数。

在结合本发明的特定方面，实施例或示例描述的特征，整体或特性将被理解为适用于任何其它方面、实施例或示例，除非与其不相容。

Claims

第一显示装置，被配置为向用户的第一只眼睛提供显示；

第一摄相机，被配置为提供表示所述成像设备前方的场景的输出；

处理器，被配置为接收来自第一摄相机的输出、执行一个或多个图像增强以改善用户的视力，并将处理后的输出提供给第一显示装置以显示给用户，

其中，所述第一显示装置为圆形或椭圆形。

2.根据权利要求1所述的设备，包括围绕所述第一显示装置和所述第一透镜的第一管状元件，其中第一透镜位于第一管状元件的面向眼睛的端部。

3.如权利要求2所述的设备，其中，所述第一管状元件提供不透光屏蔽。

4.根据权利要求2或3的装置，其中所述第一透镜由所述第一管状元件支撑。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第一透镜是圆形的或圆的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，包括与所述第一透镜相邻的开放区域，使得用户能够观看所述第一显示装置上的图像与所述成像设备外部的周围环境的组合。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其被配置为在所述第一显示装置上显示具有场景的第一角视场的图像，并且所述成像设备被配置为向用户提供与所述第一角视场相同的所述第一显示装置的角视场。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第一显示装置和所述第一透镜之间的距离小于所述第一显示装置的直径或高度。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第一显示装置是不允许用户透过显示装置观看的不透明显示装置。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第一摄相机具有第一图像传感器，并且其中所述处理器被配置为从所述第一图像传感器的所选择区域获得所述输出，所述所选择区域是所述第一图像传感器的整个区域的子集。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述图像传感器具有矩形形状。

12.根据权利要求10或11所述的设备，其中，所述图像传感器具有x轴和y轴，并且其中所述处理器被配置为在x轴和y轴中的至少一个改变所选择区域的位置。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的设备，其中，所述处理器被配置为改变第一图像传感器的整个区域的所选择区域的尺寸。

14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一摄相机位于所述第一显示装置前方、所述成像设备的面向前方的外侧。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述第一摄相机与所述第一显示装置的中心轴对齐。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述第一摄相机与用户的第一只眼睛的光轴基本对齐。

17.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第一透镜是菲涅耳透镜、非球面透镜或平凸镜。

18.根据前述权利要求中任一项所述的设备，包括圆形或椭圆形的第二显示装置。

19.根据前述权利要求中任一项所述的设备，包括第二摄相机，其被配置为提供表示所述成像设备前方的场景的输出。

20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述第二摄相机位于所述第二显示装置前方、所述成像设备的面向前方的外侧。

21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述第二摄相机与所述第二显示装置的中心轴对齐。

22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述第二摄相机与用户的第二只眼睛的光轴基本对齐。