CN115064023A - 基于ar眼镜的便携式终端教学训练系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于AR眼镜的便携式终端教学训练系统,能够实现智能终端与增强现实同步显示与控制,支持互联网模式且可适用于户外环境。本发明针对外场复杂使用条件下,对装备背景近似、外型特征相似的单元模块识别困难问题,采用了具备边缘计算处理能力的国产分体式AR双目眼镜,采用深度学习来解决户外环境下装备智能识别的问题,采用客户端识别设计方法,建立了国产增强现实眼镜边缘计算处理能力、智能终端与增强现实眼镜结合的分体式集成架构方式,实现了智能终端与增强现实同步显示与控制,在在无互联网联接情况下,也可以有效的展开训练。
Description
技术领域
本发明涉及AR智能眼镜识别技术领域,具体涉及一种基于AR眼镜的便携式终端教学训练系统。
背景技术
便携式终端教学训练系统是一种教学训练系统。目前智能识别设备主要是采用AR眼镜实现,在训练过程中,增强现实眼镜通常要与操作设备间通过无线信号进行数据传输,但增强现实的使用环境并非一成不变的,在部分使用条件下,训练环境中会存在大量的电磁干扰和环境光干扰,严重影响了系统的执行效果,为了减少工业环境下增强现实训练的干扰,现有技术通常使用国外Hololens2等设备,采用二维码、特征码识别或机器视觉算法,常用“端+云”架构的方式进行智能识别。但是国产AR智能眼镜和国外的Hololens2等眼镜有着代差。按照常规的智能识别的方式,采用国内外成熟的SDK进行物体识别。物体识别部分没有问题,识别的准确度也不错。项目要求需要手势识别的支持,由于商用的SDK非开源设计,只能被动的调用其API,对底层的操作无法进行,SDK启动后,独占RGB摄像头用于物体识别,由于是独占RGB摄像头,手势识别也使用RGB摄像头,无法进行手势识别。另外,市场通用的AR开发架构都要求讲深度学习的内容上传到云端进行学习和识别部署,不支持互联网模式使用,或户外复杂环境下的使用受限,识别率很差。
针对外场复杂使用条件下,对装备背景近似、外型特征相似的单元模块识别困难问题,现有技术中有人尝试采用基于深度学习的方式实现识别。按照传统深度学习的方式分为服务端识别和客户端识别两种。通用的图像识别基本都是采用服务端识别方案。其优势是不需要考虑客户端设备与软件框架识别的兼容性问题,直接使用Python或者其他软件与开源架构TensorFlow,但现场环境需要有较好的无线或者有线网络进行部署,在移动环境下以及保密要求高的场景下,因为保密的要求或无互联网,都是无法正常使用的。还有网络传输稳定性制约,一般上传的图片大小、像素和帧率都进行压缩,影响识别准确率,每秒检测帧数有限,端上响应时间延迟。尤其使用无线网络,传输的不稳定性风险高。
由此可见,现有的增强现实训练中采用“端+云”架构,户外极端条件,AR眼镜无法有效工作时,训练过程无有效机制保证训练的有效进行,在户外条件下,特别对背景近似、外型AR智能特征识别困难,并且在无互联网联接情况下,无法有效的展开协同训练;另外现有的一体式增强现实AR眼镜重量大,续航时间有限。
发明内容
有鉴于此,本发明提出了一种基于AR眼镜的便携式终端教学训练系统,能够实现智能终端与增强现实同步显示与控制,支持互联网模式且可适用于户外环境。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:
本发明的一种基于AR眼镜的便携式终端教学训练系统,包括分体式AR眼镜或头盔一体式专用眼镜、无线投屏终端、移动投屏显示以及户外便携电源;分体式AR眼镜的画面通过无线投屏终端投屏到移动投屏显示上实现户外场地的同步投影显示,所述移动投屏显示通过所述户外便携电源供电;
所述分体式AR眼镜或头盔一体式专用眼镜包括AR双目眼镜装置、智能终端及线缆,AR双目眼镜装置通过线缆与智能终端连接,所述智能终端中装载有配套教学训练系统软件,包括虚实融合模块、智能图像识别模块、位置追踪模块、图像对比模块、手势识别模块以及空间即时定位模块;所述AR双目眼镜包括2个鱼眼镜像头、1个TOF摄像头、1个IMU传感器、1个RBG摄像头、1个边缘计算处理器、音频处理模块、电源管理单元、数据交换接口、左显示器以及右显示器;其中,数据交换接口为眼镜端接口,与线缆连接,为虚实融合模块、智能图像识别模块、位置追踪模块、图像对比模块、手势识别模块以及空间即时定位模块提供硬件无关的描述接口。
其中,整个AR双目眼镜采用HAL的设计,HAL提取包含边缘神经网络处理器视觉加速设计操作。
其中,所有硬件设备通过定制航空箱进行便携式安装。
其中,AR双目眼镜装置识别失效的情况,通过智能终端进行双向控制,直接触发进入下一个训练流程,实现智能终端与增强现实同步显示与控制。
其中,在户外有5G或6G网络的条件下,通过“云+端”结合双引擎计算架构,同样采用边缘计算处理器,结合二维码或特征码实现教学训练。
有益效果:
本发明针对外场复杂使用条件下,对装备背景近似、外型特征相似的单元模块识别困难问题,采用了具备边缘计算处理能力的国产分体式AR双目眼镜,采用深度学习来解决户外环境下装备智能识别的问题,采用客户端识别设计方法,建立了国产增强现实眼镜边缘计算处理能力、智能终端与增强现实眼镜结合的分体式集成架构方式,实现了智能终端与增强现实同步显示与控制,在在无互联网联接情况下,也可以有效的展开训练。
本发明中,整个AR双目眼镜采用HAL的设计,HAL提取包含边缘神经网络处理器视觉加速设计操作,提供标准的开放API,编程使用与硬件无关。
本发明还实现了智能眼镜轻量化,运算终端轻量化,进而提升运算终端效率,实现资源优化管理,提高续航时间有限。
进一步地,在户外有5G或6G网络的条件下,通过“云+端”结合双引擎计算架构,同样采用边缘计算处理器,结合二维码或特征码等方式,可实现与本发明实施例类似的识别效果。
附图说明
图1为本发明教学训练系统物理部署架构框图。
图2为本发明分体式AR眼镜内部具体连接示意图。
图3为本发明的AR双目眼镜装置示意图。
图4为HAL业务处理架构图。
图5为HAL在android架构中的位置。
图6为本发明配套教学训练系统软件中交互学习训练系统业务示意图。
图7为本发明户外环境使用AR眼镜智能识别示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。
本发明针对目前一体式增强现实识别架构重量大配套不适,运算效率低,可视化体验差,应用场景受限的问题,建立了国产增强现实眼镜边缘计算处理能力、智能终端与增强现实眼镜结合的分体式集成架构方式,实现了智能终端与增强现实同步显示与控制,并且进一步实现了智能眼镜轻量化以及运算终端轻量化,运算终端效率得到提升,实现资源优化管理。
本发明教学训练系统物理部署架构框图如图1所示,包括分体式AR眼镜、无线投屏终端、移动投屏显示以及户外便携电源。
具体地,所述分体式AR眼镜内部具体连接示意图如图2所示。所述分体式AR眼镜包括AR双目眼镜装置、智能终端(可以为国产手机、平板或定制设备)及线缆,AR双目眼镜装置通过线缆与智能终端连接,所述智能终端中装载有配套教学训练系统软件,包括虚实融合模块、智能图像识别模块、位置追踪模块、图像对比模块、手势识别模块以及空间即时定位模块。所述AR双目眼镜装置如图3所示,包括2个鱼眼镜像头、1个TOF摄像头、1个IMU传感器、1个RBG摄像头、1个边缘计算处理器、音频处理模块、电源管理单元、数据交换接口、左显示器以及右显示器。其中,数据交换接口为眼镜端接口,与线缆连接,可以为USB或Type-c接口,为虚实融合模块、智能图像识别模块、位置追踪模块、图像对比模块、手势识别模块以及空间即时定位模块提供硬件无关的描述接口。整个AR双目眼镜采用硬件抽象层软件(HAL)的设计,HAL提取包含边缘神经网络处理器视觉加速设计操作,提供标准的开放API,编程使用与硬件无关。HAL业务处理架构图如图4所示,HAL在android架构中的位置如图5所示。
分体式AR眼镜的画面通过无线投屏终端投屏到移动投屏显示上实现户外场地的同步投影显示,所述移动投屏显示通过所述户外便携电源供电。本实施例中所有硬件设备通过定制航空箱进行便携式安装。
训练系统交互学习业务具体如图6所示,可以完成基础学习、操作引导、操作训练以及操作考核。本发明户外环境使用AR眼镜智能识别示意图如图7所示,具体过程为:
基于智能终端对特定对象在不同场景、不同角度、不同光照、不同天气条件下进行图像采集,得到原始的装备图像数据,通过人工数据标签操作,进行图像预处理,输入深度学习库的神经网络进行模型训练,得到精确的训练模型,通过模型优化和转换得到适配边缘神经网络处理器和深度学习工具库相关格式的数据模型;通过所述数据交换接口将此数据模型部署到所述边缘计算处理器中,AR眼镜通过RGB摄像头实时采集现场的设备图像,经过对图像进行预处理后,将图像数据送入深度学习工具库中进行推理加速判断,实现本地实时智能识别。
另外,在某些特定条件下,存在AR双目眼镜装置识别失效的情况,在这个情况下,可通过智能终端进行双向控制,直接触发进入下一个训练流程,实现智能终端与增强现实同步显示与控制。
进一步地,在户外有5G或6G网络的条件下,通过“云+端”结合双引擎计算架构,同样采用边缘计算处理器,结合二维码或特征码等方式,可实现与本发明实施例类似的识别效果。
进一步地,也可以采用增强版本的AR智能眼镜,比如头盔一体式专用眼镜代替本发明的分体式AR眼镜。
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于AR眼镜的便携式终端教学训练系统,其特征在于,包括分体式AR眼镜或头盔一体式专用眼镜、无线投屏终端、移动投屏显示以及户外便携电源;分体式AR眼镜的画面通过无线投屏终端投屏到移动投屏显示上实现户外场地的同步投影显示,所述移动投屏显示通过所述户外便携电源供电;
所述分体式AR眼镜或头盔一体式专用眼镜包括AR双目眼镜装置、智能终端及线缆,AR双目眼镜装置通过线缆与智能终端连接,所述智能终端中装载有配套教学训练系统软件,包括虚实融合模块、智能图像识别模块、位置追踪模块、图像对比模块、手势识别模块以及空间即时定位模块;所述AR双目眼镜包括2个鱼眼镜像头、1个TOF摄像头、1个IMU传感器、1个RBG摄像头、1个边缘计算处理器、音频处理模块、电源管理单元、数据交换接口、左显示器以及右显示器;其中,数据交换接口为眼镜端接口,与线缆连接,为虚实融合模块、智能图像识别模块、位置追踪模块、图像对比模块、手势识别模块以及空间即时定位模块提供硬件无关的描述接口。
2.如权利要求1所述的教学训练系统,其特征在于,整个AR双目眼镜采用HAL的设计,HAL提取包含边缘神经网络处理器视觉加速设计操作。
3.如权利要求1或2所述的教学训练系统,其特征在于,所有硬件设备通过定制航空箱进行便携式安装。
4.如权利要求1或2所述的教学训练系统,其特征在于,AR双目眼镜装置识别失效的情况,通过智能终端进行双向控制,直接触发进入下一个训练流程,实现智能终端与增强现实同步显示与控制。
5.如权利要求1或2所述的教学训练系统,其特征在于,在户外有5G或6G网络的条件下,通过“云+端”结合双引擎计算架构,同样采用边缘计算处理器,结合二维码或特征码实现教学训练。
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