CN205581842U - 一种基于头戴式显示器的显示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于头戴式显示器的显示系统，包括：信息采集模块、微处理器、头戴式显示器；所述信息采集模块，用于采集所述头戴式显示器佩戴者的头部运动的角加速度信息、线速度信息和位置信息；所述微处理器与所述信息采集模块之间通信连接；所述微处理器接收所述信息采集模块输出的角加速度信息、线速度信息和位置信息，计算出所述佩戴者头部运动的位移信息后，调整与所述微处理器水平绑定的头戴式显示器中的虚拟画面；所述头戴式显示器与所述微处理器之间通信连接，所述头戴式显示器接收所述微处理器输出的调整后的虚拟画面，并进行显示。本实用新型为观看到真实性、趣味性的画面提供良好的显示设备。

Description

一种基于头戴式显示器的显示系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于头戴式显示器的显示系统。

背景技术

随着互联网技术的飞速发展，互联网广泛应用于远程视频教育、娱乐(玩游戏、观看视频)、军事等领域，因而，互联网在人们的生活中扮演着不可或缺的角色。其中，视频、游戏显示画面、虚拟现实等均通过计算机或手机的显示屏进行相应的显示。

然而，孩子通过显示屏观看教育视频时，由于处于一个非封闭式的学习环境，从而使得孩子的注意力不集中，其学习效率差。人们在进行游戏、视频等娱乐项目时，通过显示屏观看其显示画面，无法体验到显示画面中的真实性和趣味性。因此，本领域亟需实现带有真实性、趣味性观看虚拟画面的显示设备。

实用新型内容

本实用新型提供的技术方案如下：

本实用新型提供一种基于头戴式显示器的显示系统，包括：信息采集模块、微处理器、头戴式显示器；所述信息采集模块，用于采集所述头戴式显示器佩戴者的头部运动的角加速度信息、线速度信息和位置信息；所述微处理器与所述信息采集模块之间通信连接；所述微处理器接收所述信息采集模块输出的角加速度信息、线速度信息和位置信息，计算出所述佩戴者头部运动的位移信息后，调整与所述微处理器水平绑定的头戴式显示器中的虚拟画面；所述头戴式显示器与所述微处理器之间通信连接，所述头戴式显示器接收所述微处理器输出的调整后的虚拟画面，并进行显示。

进一步，所述信息采集模块嵌入设置或凸设在所述头戴式显示器上。

进一步，所述信息采集模块包括：两个陀螺仪传感器，用于采集所述佩戴者头部运动的角加速度信息；两个加速度传感器，用于采集所述佩戴者头部运动的线加速度信息；两个温度传感器，用于采集温度漂移辅助信息；两个电子罗盘传感器，用于采集零轴漂移辅助信息。

进一步，一个陀螺仪传感器、一个加速度传感器、一个温度传感器和一个电子罗盘传感器集成在同一个电路板上。

进一步，所述信息采集模块包括：两个六轴传感器，用于采集所述佩戴者头部运动的角加速度信息、线加速度信息、温度漂移辅助信息和零轴漂移辅助信息。

进一步，所述信息采集模块还包括：位置追踪器，用于采集所述佩戴者头部运动的位置信息。

进一步，所述两个六轴传感器或两个电路板分别关于安装板的中心对称设置，所述安装板设置在所述头戴式显示器的正前方。

进一步，所述六轴传感器的型号为博世BMI055。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本基于头戴式显示器的显示系统，包括信息采集模块、微处理器和头戴式显示器，其中，信息采集模块、微处理器和头戴式显示器均是由电路和物理部件组成，为观看到真实性、趣味性的画面提供良好的显示设备。

在显示系统中，信息采集模块用于获取头戴式显示器佩戴者的头部运动信息，微处理器根据佩戴者头部运动信息，调整显示画面，在头戴式显示器上显示调整后的显示画面，供佩戴者观看到带有真实性、趣味性的画面。另外，还能保证孩子在视频学习时，处于一个封闭的学习环境，提高孩子的学习效率。

2、本基于头戴式显示器的显示系统中，六轴传感器或两个电路板分别关于安装板的中心对称设置，其安装位置有利于传感器采集到佩戴者更为精准的头部运动数据；并且为避免头戴式显示器佩戴者出现眩晕状态，提供良好的硬件基础。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种基于头戴式显示器的显示系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型一种基于头戴式显示器的显示系统的结构示意图；

图2是本实用新型另一种基于头戴式显示器的显示系统的结构示意图。

附图标号说明：

10、信息采集模块，11、传感器模块，12、六轴传感器，13、位置追踪器，20、微处理器，30、头戴式显示器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

如图1所示，一种基于头戴式显示器的显示系统，包括：信息采集模块10、微处理器20、头戴式显示器30；

所述信息采集模块10，用于采集所述头戴式显示器30佩戴者的头部运动的角加速度信息、线速度信息和位置信息；

所述微处理器20与信息采集模块10之间通信连接；所述微处理器20接收所述信息采集模块10输出的角加速度信息、线速度信息和位置信息，计算出所述佩戴者头部运动的位移信息后，调整与所述微处理器20水平绑定的头戴式显示器30中的虚拟画面；

所述头戴式显示器30与所述微处理器20之间通信连接，所述头戴式显示器30接收所述微处理器20输出的调整后的虚拟画面，并进行显示。

具体的，微处理器20可以为计算机或手机中的MCU处理器，计算机或手机中的主机与显示器水平绑定，信息采集模块10(陀螺仪传感器)获取初始位置数据，根据计算机软件算法精确人体头部的初始方位来显示第一帧视景图片。

头戴式显示器30是虚拟现实系统中的一种人机交互设备，可固定佩戴在佩戴者的头部。本显示系统可以根据佩戴者的视觉系统和运动感知来改变图像的视角和图形，从而达到实时显示相应的视景图像。本显示系统还可以精确测量出佩戴者的头部位置和视线方向信息，以及人体线性移动或者角度旋转位置的预测量与补偿的方法，实时显示相应不同的视景图像，虚拟以达到与现实生活中的感官一致，可以有效地降低长时间佩戴头戴式显示器30或者快速旋转头戴式显示器30给人体带来的眩晕感，从而让佩戴者的沉浸感更加强烈。

进一步优选的，所述信息采集模块10嵌入设置或凸设在所述头戴式显示器30上。

进一步优选的，如图2所示，所述信息采集模块10包括两个陀螺仪传感器、两个加速度传感器、两个温度传感器、两个电子罗盘传感器，一个陀螺仪传感器、一个加速度传感器、一个温度传感器和一个电子罗盘传感器集成在同一个传感器模块11(同一个电路板)上；

所述陀螺仪传感器，用于采集所述佩戴者头部运动的角加速度信息；所述加速度传感器，用于采集所述佩戴者头部运动的线加速度信息；所述温度传感器，用于采集温度漂移辅助信息；所述电子罗盘传感器，用于采集零轴漂移辅助信息。

陀螺仪传感器的原理是一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们利用这个原理，利用陀螺仪传感器来保持方向。可以进行增添陀螺传感器数量以获得多阶数据的采集，来提高数据的精准度，从而降低延迟，改善头戴式显示器30的眩晕问题。

温度传感器采集到的数据，以及电子罗盘传感器采集到的数据可以起到数据辅助作用，如双轴倾角补偿、温度补偿、计算传感器与磁北夹角和指向零点的修正功能，根据地区磁场温度等差异，起到一定的数据辅助功能，可以提高数据测量的精确度。

进一步优选的，如图1所示，所述信息采集模块10包括两个六轴传感器12，用于采集所述佩戴者头部运动的角加速度信息、线加速度信息、温度漂移辅助信息和零轴漂移辅助信息。所述六轴传感器12的型号为博世BMI055。

进一步优选的，所述信息采集模块10还包括位置追踪器13，用于采集所述佩戴者头部运动的位置信息。

具体的，本实用新型中分别在用户运动平台、头戴式显示器30上各自安装两个加速度计传感器、两个陀螺仪，通过两个加速度计传感器、两个陀螺仪的运动偏差来计算头部移动的真实数据，以减小位移带来的偏差与延时。本实用新型中还可以通过使用多个加速度传感器、多个陀螺仪，采集多个线性运动的数据，解决头戴显示器移动中的数据偏差。

由于传感器采集到的数据都存在一定的误差，可通过差分均值补偿来提高传感器的精度。通过温度漂移数据以及零轴漂移数据对常值误差进行补偿，以达到减少常值误差偏移，以提高陀螺仪数据的精确度。通过随机误差算法，对陀螺仪数据经行数据补偿，以提高陀螺仪数据的精确度，降低位移偏差带来的数据延迟。

当佩戴者左右旋转、前后运动等复合运动时，通过头戴式显示器30左右旋转的角加速度和前后运动的线加速度，角加速度是通过陀螺仪传感器采集，线加速度是通过两边的加速度传感器采集，将采集到的两组数据交给计算机，计算机通过数据差分等算法，计算得出角位移和线位移，最终计算出头部运动的三自由度位置信息。

进一步优选的，所述两个六轴传感器12或两个电路板分别关于安装板的中心对称设置，即一个六轴传感器12或一个电路板设置在安装板的左侧，另一个六轴传感器12或另一个电路板设置在安装板的右侧；一个六轴传感器12或一个电路板设置在安装板上对角线的一端点处，另一个六轴传感器12或另一个电路板设置在安装板上对角线的另一端点处；所述安装板设置在所述头戴式显示器30的正前方。

具体的，通过陀螺仪传感器和加速度计传感器来对头部运动进行预测，利用预测算法给出头部运动的提前量，从而缩短位置传感器的跟踪延时。对侧设置的陀螺仪传感器的相反运动方向，形成角速度偏移量的差分，可将偏差数据缩小在一个可控的范围内；两组传感器信号采集之后输出到计算机侧进行处理，从而对头部运动的位置信息进行有效预测，相对位置信息进行图像处理与视景变换。

在手机VR头盔的领域中，可以选择外置传感器，内嵌传感器到VR头盔之中，按照以上方案安置两个陀螺仪传感器。通过USB HID协议发送两组不同的传感器数据到手机端，通过安装特定应用程序处理该传感器数据并进行特殊算法处理，可以达到相同反眩晕的效果。

具体的，本基于头戴式显示器的显示系统包括：头戴式显示器30、PCB、MCU处理器、两个陀螺仪传感器、两个加速度计传感器、两个温度传感器以及一个位置追踪器13，传感器安置在PCB的特殊位置，温度传感器采集当前温度状况，加速度传感器采集线性位移数据，陀螺仪传感器采集角速度位移数据，位置追踪器13捕获人体位置数据，传感器采集到的信息将通过MCU处理器，进行算法处理，将当前方位的图像信息实时更新到头戴显示器上呈现给用户头部，以达到虚拟现实的效果。

综上所述，通过以上方案改进并缩小了数据偏差范围，从而降低数据延迟带来的视景失真从而给用户带来虚拟现实的不真实感。简单有效地解决了眩晕问题，让用户更加自然舒适地体验VR虚拟现实带来的真实与震撼。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于头戴式显示器的显示系统，其特征在于，包括：

信息采集模块、微处理器、头戴式显示器；

所述信息采集模块，用于采集所述头戴式显示器佩戴者的头部运动的角加速度信息、线速度信息和位置信息；

所述微处理器与所述信息采集模块之间通信连接；所述微处理器接收所述信息采集模块输出的角加速度信息、线速度信息和位置信息，计算出所述佩戴者头部运动的位移信息后，调整与所述微处理器水平绑定的头戴式显示器中的虚拟画面；

所述头戴式显示器与所述微处理器之间通信连接，所述头戴式显示器接收所述微处理器输出的调整后的虚拟画面，并进行显示。

2.如权利要求1所述的基于头戴式显示器的显示系统，其特征在于：

所述信息采集模块嵌入设置或凸设在所述头戴式显示器上。

3.如权利要求1所述的基于头戴式显示器的显示系统，其特征在于，所述信息采集模块包括：

两个陀螺仪传感器，用于采集所述佩戴者头部运动的角加速度信息；

两个加速度传感器，用于采集所述佩戴者头部运动的线加速度信息；

两个温度传感器，用于采集温度漂移辅助信息；

两个电子罗盘传感器，用于采集零轴漂移辅助信息。

4.如权利要求3所述的基于头戴式显示器的显示系统，其特征在于：

一个陀螺仪传感器、一个加速度传感器、一个温度传感器和一个电子罗盘传感器集成在同一个电路板上。

5.如权利要求1所述的基于头戴式显示器的显示系统，其特征在于，所述信息采集模块包括：

两个六轴传感器，用于采集所述佩戴者头部运动的角加速度信息、线加速度信息、温度漂移辅助信息和零轴漂移辅助信息。

6.如权利要求3或5所述的基于头戴式显示器的显示系统，其特征在于，所述信息采集模块还包括：

位置追踪器，用于采集所述佩戴者头部运动的位置信息。

7.如权利要求4或5所述的基于头戴式显示器的显示系统，其特征在于：

所述两个六轴传感器或两个电路板分别关于安装板的中心对称设置，所述安装板设置在所述头戴式显示器的正前方。

8.如权利要求5所述的基于头戴式显示器的显示系统，其特征在于：

所述六轴传感器的型号为博世BMI055。