CN211698428U - 一种头戴显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种头戴显示装置。所述头戴显示装置包括：头带、增强现实模块和显示模块；所述头带形成的佩戴腔与非人灵长类动物的头部尺寸匹配；所述显示模块安装在所述头带上并放置在所述非人灵长类动物眼前，所述增强现实模块包括用于采集外部图像的输入端和用于根据所述外部图像进行增强现实处理生成合成图像的输出端；所述输出端与所述显示模块的输入端相连；所述显示模块在所述非人灵长类动物的眼睛前方显示所述合成图像。本实用新型利用该头戴显示装置能够在非人灵长类动物眼前呈现增强现实的效果。

Description

一种头戴显示装置

技术领域

本实用新型涉及智能穿戴技术领域，尤其涉及一种头戴显示装置。

背景技术

随着科技的进步，脑研究得到了广泛的发展。在进行脑研究时可以对非人灵长类动物进行实验。非人灵长类动物与人在进化上十分接近。相比于常见的啮齿类动物模型，非人灵长类在大脑发育和大脑结构方面与人类大脑更接近，具备比较高级的认知功能，能够完成比较复杂的人类行为范式实验，是研究脑认知和脑疾病的理想动物模型。

然而目前并没有针对非人灵长类动物进行脑研究实验的头戴显示装置，所以设计一种适合非人灵长类动物的头戴显示装置是亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供的一种头戴显示装置，能够有效解决目前没有针对非人灵长类动物进行脑研究实验的头戴显示装置的技术问题。

本实用新型实施例提供了一种头戴显示装置，包括：

头带、增强现实模块和显示模块；所述头带形成的佩戴腔与非人灵长类动物的头部尺寸匹配；所述显示模块安装在所述头带上并放置在所述非人灵长类动物眼前，所述增强现实模块包括用于采集外部图像的输入端和用于根据所述外部图像进行增强现实处理生成合成图像的输出端；所述输出端与所述显示模块的输入端相连；所述显示模块在所述非人灵长类动物的眼睛前方显示所述合成图像。

本实用新型实施例提供了一种头戴显示装置，利用上述技术方案，能够通过头带形成的佩戴腔将头戴显示装置固定于非人灵长类动物的头部，然后通过增强现实模块采集外部图像并将该外部图像进行增强现实处理生成合成图像，通过显示模块将合成图像显示在非人灵长类动物的眼睛前方，从而实现在非人灵长类动物眼前呈现增强现实的技术效果，便于通过该头戴显示装置对非人灵长类动物进行研究。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种头戴显示装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的一种头戴显示装置的俯视图；

图3为本实用新型实施例一提供的一种头戴显示装置的正视图；

图4为本实用新型实施例一提供的另一种头戴显示装置的正视图；

图5为本实用新型实施例一提供的头戴显示装置原理图；

图6为本实用新型实施例二提供的一种实验系统的结构示意图；

图7为本实用新型实施例二提供的另一种实验系统的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的一种实验系统所执行的实验方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种头戴显示装置的结构示意图，本实施例可适用于非人灵长类动物使用头戴显示装置的情况，该头戴式显示装置可以在非人灵长类动物眼前显示增强现实处理后的场景。

如图1所示，本实用新型实施例一提供的一种头戴显示装置，包括：

头带11、增强现实模块12和显示模块13；头带11形成的佩戴腔与非人灵长类动物的头部尺寸匹配；显示模块13安装在头带11上，显示模块13与增强现实模块12通信连接，增强现实模块12采集外部图像并进行增强现实处理生成合成图像；显示模块13在所述非人灵长类动物的眼睛前方显示所述合成图像。

在本实施例中，该头戴显示装置的工作原理是：显示装置13安装在头带11上，显示装置13与头带11连接形成的佩戴腔与非人灵长类头部尺寸匹配，用于固定非人灵长类动物的头部；显示模块13的输入端与增强现实模块12用于输出合成图像的输出端相连，增强现实模块12采集外部图像并对采集的外部图像进行增强现实处理生成合成图像；显示模块13将合成图像显示在非人灵长类动物的眼睛前方，以在非人灵长类动物眼前呈现增强现实效果。

在本实施例中，头带11用于将头戴显示装置固定于非人灵长类动物头部。头带11与显示模块13连接时所形成的佩戴腔与非人灵长类动物的头部尺寸匹配，使该头戴显示装置能够佩戴于非人灵长类头部。头带11的形状并不作限定，只要能够使其形成的佩戴腔与非人灵长类动物头部尺寸匹配即可。需要说明的是，佩戴腔可以是头带11形成的，故佩戴腔的形状可以取决于头带11。当头带11如图1所示，则佩戴腔与非人灵长类动物尺寸匹配可以指该佩戴腔的横向直径和纵向直径分别与非人灵长类动物头部横向直径和纵向直径匹配。当头带11还包括跨过非人灵长类动物头部与显示模块13上端相连的头带时，还可以使形成的佩戴腔的高度与非人灵长类动物眼部距头顶的高度匹配。

其中，显示模块13可以理解为在非人灵长类动物眼前进行合成图像显示的模块。显示模块13可以包括用于显示的器件(如光学镜片)，也可以包括用于将显示模块13安装在头带11上的固定器件(如设置有安装槽的镜框或卡扣等)。在本实施例中，并不对头带11和显示模块13的连接方式进行限定。

此外，显示模块13与头带11的位置关系不作限定。头带11可以连接于显示模块13左右两端位置处，也可以将头带11连接于显示模块13两端及上端位置处。图1示出了将头带11连接于显示模块13左右两端位置处。

一般的，非人灵长类动物头部与人类头部在体积、形状和瞳孔间距等方面存在巨大差异，主要表现在瞳距、头围、双耳间距、头部直径、纵向头部直径和额鼻间距六个方面。其中，表1为猴子与人的头部特征比对表。

表1猴子与人的头部特征比对表

表1示出了猴子(非人灵长类动物)的头部与人头部各特征(如瞳距、头围、双耳间距、头部直径、纵向头部直径和额鼻间距)的数值。本实施例中可以基于非人灵长类动物头部各特征的尺寸(如头部直径尺寸、纵向头部直径尺寸和/或头围尺寸)设计头带11形成的佩戴腔的尺寸，以使佩戴腔与非人灵长类动物的头部尺寸匹配。

其中，尺寸匹配可以理解为佩戴腔的尺寸与头部尺寸相等或尺寸差值在一定阈值内。需要说明的是，表1中示出的各尺寸并不作限定，本领域技术人员可以根据实际需求对各尺寸进行调整。

进一步的，头带11为弹性伸缩带。头带11可以采用质地较软的弹性伸缩带，以提高固定效果及舒适度，避免将头戴显示装置佩戴于非人灵长类动物头部时，对其娇嫩的皮肤造成伤害。该弹性伸缩带长度可调，以进一步使佩戴腔与非人灵长类动物头部尺寸匹配。

增强现实最大的特点是不把用户(如非人灵长类动物)与真实世界隔离，是虚拟环境与真实世界之间架起的一座桥梁，其把真实环境和虚拟环境组合在一起，可以使用户观看现实世界，也可以看到叠加在真实世界的虚拟对象，可对实际物体进行操作，达到亦真亦幻的效果。

增强现实可以借助于计算机图形技术和可视化技术产生现实环境中不存在的虚拟对象，并通过传感技术将虚拟对象准确放置在真实的环境中，然后通过显示模块13将虚拟对象和真实对象融为一体呈现出一个感官效果真实的新环境。其具有虚实结合、实时交互和三维注册的新特点。

在本实施例中，增强现实模块12可以理解为对真实环境进行增强现实输出的模块，其将计算机产生的虚拟环境与真实环境融为一体，增强非人灵长类动物对现实世界的认知和理解。增强现实模块12能够强调非人灵长类动物在真实世界的存在性并维持其感官效果。

本实施例在对外部图像进行增强现实处理时，可以基于不同的外部图像选取不同的虚拟物体进行融合处理。为了更好地确定虚拟物体，可以在实际环境中放置标识物，头戴显示装置可以基于外部图像中所包含的标识物确定虚拟物体，然后将确定出的标识物融合至真实场景中。此外，在确定虚拟物体是也可以结合非人灵长类动物的位置信息进行确定。非人灵长类动物的位置信息可以通过位置传感器进行获取。

示例性的，虚拟物体对应的实验场景可以分为三部分，第一部分：头戴显示装置端产生3D老虎刺激，伴随老虎的吼叫声，环境渲染为阳光强烈。第二部分：产生3D大象的刺激，伴随大象的长啸声，环境渲染为潮湿雨林。第三部分：产生3D猎豹出没的刺激，伴随豹群叫声，环境渲染为黑暗弱光。

增强现实模块12可以包括拍摄外部图像的摄像机和进行增强现实处理的处理器。其中，处理器可以集成在摄像机中，也可以单独设置。增强现实模块12的位置不做限定，可以设置在显示模块13内部(如图1所示)或上部，也可以设置在头带11上，只要保证增强现实模块12能够采集非人灵长类动物眼前的外部图像即可。外部图像可以理解为增强现实模块12采集的真实环境的图像，该图像可以为非人灵长类动物眼前的图像。

增强现实模块12生成合成图像后，显示模块13可以接收并显示增强现实模块12生成的合成图像，以在非人灵长类动物眼前呈现增强现实效果。

本实用新型实施例一提供的一种头戴显示装置，能够通过头带形成的佩戴腔将头戴显示装置固定于非人灵长类动物的头部；然后通过增强现实模块采集外部图像并将该外部图像进行增强现实处理生成合成图像；通过显示模块将合成图像显示在非人灵长类动物的眼睛前方。从而实现在非人灵长类动物眼前呈现增强现实的技术效果，方便通过该头戴显示装置对非人灵长类动物进行研究。相较于现有增强现实的头戴式设备而言，有效的根据非人灵长类动物头部尺寸进行头戴显示装置各尺寸的设计，使头带形成的容置腔与非人灵长类动物头部尺寸匹配。此外，该头戴显示装置应用至非人灵长类动物进行实验研究，故仅设置有头带、增强现实模块和显示模块即可，无需设置播放装置和电池，从而有效的减轻了头戴显示装置的重量。

进一步的，图2为本实用新型实施例一提供的一种头戴显示装置的俯视图。如图2所示，头带11包括纵向力带111和横向力带112；纵向力带111和横向力带112形成佩戴腔；所述佩戴腔的横向直径B与非人灵长类动物的头部直径尺寸匹配；所述佩戴腔的纵向直径A与所述非人灵长类动物的头部纵向直径尺寸匹配。

一般的，为了使头带11形成的佩戴腔与非人灵长类动物的头部尺寸匹配，头带11包括纵向力带111和横向力带112，纵向力带111和横向力带112包围非人灵长类动物头部区域，以将头戴显示装置固定于非人灵长类动物头部。纵向力带111和横向力带112形成的佩戴腔的横向直径B与非人灵长类动物的头部直径尺寸匹配，纵向直径A与非人灵长类动物的头部纵向直径匹配。

示例性的，表1中示出了非人灵长类动物的头部直径尺寸为100±5mm，头部纵向直径尺寸为150±8mm，故佩戴腔的横向直径B和纵向直径A的大致范围可以为：100mm±20mm和150mm±20mm。

需要注意的是，尺寸匹配可以理解为两者尺寸相等或相差在一定阈值内。如，佩戴腔的横向直径B尺寸可以能够涵盖且接近非人灵长类动物的头部直径尺寸。如头部直径为100±5mm，则佩戴腔的横向直径B可以为100mm±20mm。

进一步的，如图2所示，增强现实模块12包括摄像机121和处理器122；摄像机121安装在显示模块13上部，处理器122安装在头带11与显示模块13连接位置处，处理器122与摄像机121通信连接；处理器122输入端与摄像机121用于输出外部图像的输出端相连。摄像机121输入端采集外部图像；处理器122接收摄像机121采集的外部图像进行增强现实处理生成合成图像。

具体的，为了更好地达到增强现实的效果，可以将摄像机121安装在显示模块13的上部，如设置在非人灵长类动物眼睛所在位置处的正上方，以便于采集非人灵长类动物眼前的外部图像。处理器122可以安装在头带11与显示模块13连接位置处，在缩短处理器122与摄像机121间通信距离的基础上，使显示模块13与头带11连接位置处更加紧固。可以理解的是，处理器122可以内嵌于显示模块13两端位置处的头带11中，此处的头带11可以选用稍硬的材质以保护处理器122。

处理器122输入端可以与摄像机121用于输出外部图像的输出端相连，接收摄像机121采集的外部图像，然后基于该外部图像进行增强现实处理生成合成图像。

图3为本实用新型实施例一提供的一种头戴显示装置的正视图。图3示出了摄像机121与显示模块13的位置关系。由图3可以看出摄像机121安装在显示模块13上部。可以理解的是，摄像机121可以固定安装在显示模块13的上部，也可以活动安装在显示模块13的上部。如，焊接、铆接、螺纹连接、键连接、销连接、粘接和磁力连接等。

进一步的，如图3所示，显示模块13包括两个光学镜片131；两个光学镜片131的光学中心间距C与所述非人灵长类动物瞳距匹配；显示模块13长度D与所述非人灵长类动物头部直径匹配。

一般的，一切方向的光通过透镜时，都会产生偏折，使光线传播方向发生变化。但透镜上有一点，任意方向的光线通过该点时，光线的传播方向不变，即出射方向和入射方向相互平行，这一点叫透镜的光学中心。光学中心间距C可以理解为两个光学镜片131光学中心的间距。

为了使显示模块13适用于非人灵长类动物，可以基于非人灵长类动物的瞳距和头部直径对显示模块13的尺寸进行设计，使光学镜片131覆盖非人灵长类动物眼睛。光学镜片131可以用于呈现虚拟物体和真实世界相结合的图像，营造立体感。

示例性的，表1中示出了非人灵长类动物瞳距的尺寸可以为46±5mm及头部直径尺寸可以为100±5mm。相应的，在设置光学中心间距C时，其大致范围可以为40±5mm；设置显示模块13长度D时，其大致范围可以为100±10mm。

可以理解的是，光学中心间距C与动物瞳距匹配可以理解为光学中心间距C与动物瞳距的尺寸相同或尺寸差值在一定范围内。显示模块13长度D与非人灵长类动物头部直径匹配可以理解为两者尺寸相同或尺寸差值在一定范围内。如，头部直径尺寸范围100±5mm，可以将显示模块13长度D设置为100±10mm，可以看出显示模块13长度D的范围涵盖了头部直径尺寸范围，且不超过一定阈值，如5mm。

进一步的，如图3所示，显示模块13还包括鼻翼夹132；鼻翼夹132安装在两个光学镜片131间。

一般的，显示模块13可以固定于非人灵长类动物眼前，为了提高非人灵长类佩戴的舒适感，可以在显示模块13的两个光学镜片131间安装鼻翼夹132。鼻翼夹132可以用于支撑头戴显示装置的受力位置。

进一步的，摄像机121为至少两个，至少两个摄像机121均匀安装至光学镜片131上部。

一般的，增强现实模块12包括的摄像机121的数量可以为至少两个，各摄像机121可以等间距安装在光学镜片131的上部。摄像机121可以采用微型摄像机，以进一步减少头戴显示装置的体积。该摄像机121可以用于采集真实世界的视频图像。

进一步的，图4为本实用新型实施例一提供的另一种头戴显示装置的正视图。如图4所示，头戴显示装置还包括眼动追踪模块14，眼动追踪模块14安装在显示模块13上，眼动追踪模块14在所述非人灵长类动物眼睛中央部位追踪所述非人灵长类动物的眼球运动信息。

一般的，眼睛运动伴随有视网膜上视觉信息的改变，为了清楚地知道引起神经细胞反应的视觉信息，可以通过在头戴显示装置上集成眼动追踪模块14(如眼动仪)。眼动追踪模块14中可以配置有角膜反射装置、小型摄像机和红外光源。为了实时传输和计算眼动信息和位置，可以在眼运动计算机上配置RK-826PCI瞳孔追踪系统处理器，该处理器采样率为60～240Hz，且可使非人灵长类动物眼睛位置的分辨率优于0.1度。RK-826PCI瞳孔追踪系统可以集成在一张PCI卡上，拥有较高的空间分辨率和改进的自动眼部特征识别，自动处理高速眼成像摄像头的信号，将瞳孔水平和垂直运动的数据以±5VDC信号输出，并配备了3个模拟输出。基于RK-826PCI瞳孔追踪系统的眼运动信号采集设备(小型摄像机)集成于头戴显示装置端，能实时采集非人灵长类动物对刺激物体或者环境的眼运动信息。

眼动追踪模块14的摄像机部分可以安装在显示模块13上且朝向非人灵长类动物眼睛中央部位，摄像机的视野角度可以覆盖整个眼球运动范围，可以准确捕捉眼球运动的角度变化。从而眼动追踪模块14能够在非人灵长类动物眼睛中央部位追踪所述非人灵长类动物的眼球运动信息。眼动追踪模块14可以固定安装在显示模块13上，也可以活动安装在显示模块13上。眼动追踪模块14的用于眼球运动信息输出的输出端可以与处理器122的输入端相连，处理器122基于眼球运动信息可以进行相应的控制，如可以辅助确定虚拟物体或对硬件(如摄像机121)进行控制。此外，眼动追踪模块14用于眼球运动信息输出的输出端还可以连接至电生理设备(如BlackRock)，电生理设备可以进行数据的存储分析。

可以理解的是，眼动追踪模块14可以在处理器122的控制下进行眼球运动信息的采集(如眼球运动的视角信息)。处理器122可以用于头戴显示装置的硬件部件驱动和软件功能开发。

头戴显示装置增加眼动追踪模块14使得头戴显示装置可以实时捕捉非人灵长类动物的眼运动信息。相较于利用摄像机获取眼球运动图像，在后台端进行图像分析，从而解析出眼运动的角度信息而言，有效的解决了信息处理滞后及无法直接输出眼动分析数据的技术问题。

进一步的，头戴显示装置还包括传感器，传感器安装在头带11上，传感器采集所述非人灵长类动物的位置信息。

一般的，传感器可以安装在头带11上用于获取非人灵长类动物的位置信息，此处并不对传感器的类型进行限定，本领域技术人员可以选取任一传感器采集非人灵长类动物的位置信息。传感器的用于输出位置信息的输出端可以与处理器122的输入端相连。处理器122基于位置信息可以进行相应的控制，如可以辅助确定虚拟物体或对硬件(如摄像机121)进行控制。此外，传感器的用于输出位置信息的输出端还可以连接至电生理设备(如BlackRock)，电生理设备可以进行数据的存储分析。

进一步的，传感器包括加速度传感器、陀螺仪传感器、指南针和/或GPS传感器。

具体的，通过加速度传感器、陀螺仪传感器、指南针和/或GPS传感器可以采集各种辅助有效定位的信息。相应的，位置信息、加速度信息和眼动信息的处理可以通过处理器122完成。

图5为本实用新型实施例一提供的头戴显示装置原理图。如图5所示，头戴显示装置可以集成显示技术、跟踪和定位技术、界面、可视化技术和标定技术等。头戴显示装置的硬件组成可以包括摄像机121、显示模块13和处理器122。显示模块13可以实现显示虚拟物体的3D影像。摄像机121可以用于采集真实世界的场景视频，根据非人灵长类动物头部转到的位置不同，连续采集视频信号。

图5中摄像机121前方可以为真实世界。头戴显示装置的工作流程如图5所示，摄像机121实时采集真实场景视频图像发送至处理器122。处理器122可以包括图形系统部分和视频合成部分。一方面，采集的真实场景视频图像进入图形系统融合头部位置移动信息用于虚拟物体的生成。另一方面，通过视频合成部分将虚拟物体与真实世界(真实场景视频图像)融为一体，给非人灵长类动物呈现一个感官效果真实的新环境。此时，眼动追踪模块14可以采集非人灵长类动物的眼运动信息，采集后的数据可以在眼动追踪模块14进行保存，也可以传输至电生理设备BlackRock进行记录和保存。

实施例二

图6为本实用新型实施例二提供的一种实验系统的结构示意图，本实施例可适用于基于本实用新型中的头戴显示设备对非人灵长类动物进行实验的情况，如图6所示，该实验系统包括：

本实用新型实施例提供的头戴显示装置21、播放装置22、处理器(图中未示出)和数据采集装置23；头戴显示装置21固定于非人灵长类动物24头部，数据采集装置23固定于非人灵长类动物24上；头戴显示装置21、播放装置22和数据采集装置23分别与处理器通信连接；头戴显示装置21根据采集的外部图像进行增强现实处理生成并显示合成图像；播放装置22在处理器的控制下播放对应于所述合成图像的音频信息；数据采集装置23在处理器的控制下采集头戴显示装置21显示所述合成图像和/或播放装置22播放所述音频信息时非人灵长类动物24的身体特征数据。

在本实施例中，该实验系统的工作原理是：头戴显示装置21固定于非人灵长类动物24头部，用于根据采集的外部图像进行增强现实处理生成并显示合成图像，该合成图像显示在非人灵长类动物24眼前，呈现增强现实效果。处理器在头戴显示装置21显示合成图像时，控制播放装置22播放对应于该合成图像的音频信息；控制数据采集装置23采集非人灵长类动物24的身体特征数据。该身体特征数据即非人灵长类动物24在进行头戴显示装置21显示合成图像，播放装置22播放对应该合成图像的音频信息的应用场景下，通过数据采集装置23采集得到的。

在本实施例中，头戴显示装置21固定于非人灵长类动物24头部，用于在非人灵长类动物24眼前呈现增强现实处理后的合成图像。在头戴显示装置21呈现合成图像时，播放装置22可以播放对应于该合成图像的音频信息。播放装置22可以理解为能够进行音频信息播放的装置，如音箱。数据采集装置23可以理解为能够采集非人灵长类动物24身体特征数据的装置。

身体特征数据可以理解为非人灵长类动物24的身体特征参数。如血压、脑电、血氧饱和度、皮肤阻抗和呼吸波等。基于获取的身体特征数据能够对非人灵长类动物24进行认知实验、情绪实验和合作实验。

可以理解的是，不同的身体特征数据对应不同的数据采集装置23。示例性的，当采集非人灵长类动物24心电信号时，数据采集装置23可以为心电传感器。在采集非人灵长类动物24呼吸波时，数据采集装置23可以为呼吸波传感器。相应的，不同数据采集装置23放置于非人灵长类动物24上的具体位置不同。如当数据采集装置23为心电传感器时，可以将其放置在非人灵长类动物24心脏位置处；当数据采集装置23为呼吸波传感器时，可以将其放置在非人灵长类动物24腹部。

一般的，头戴显示装置21、播放装置22和数据采集装置23可以分别与处理器通信连接。处理器的用于输出控制信息的输出端可以与头戴显示装置21、播放装置22和数据采集装置23的控制端相连。可以理解的是，处理器可以通过一个输出端与头戴显示装置21、播放装置22和数据采集装置23的控制端相连，也可以通过三个输出端分别连接至头戴显示装置21、播放装置22和数据采集装置23的控制端。处理器的输入端可以与头戴显示装置21用于输出合成图像的输出端相连。

处理器可以通过该通信连接获知并控制头戴显示装置21、播放装置22和数据采集装置23状态。可以理解的是，处理器使头戴显示装置21、播放装置22和数据采集装置23状态同步，实现头戴显示装置21显示合成图像时，播放装置22进行相应音频信息的播放，数据采集装置23进行身体特征数据的采集。

该实验系统可以通过本实用新型中头戴显示装置21和播放装置22为非人灵长类动物24呈现不同的实验场景，然后通过数据采集装置23进行身体特征数据的采集。其中，播放装置22的放置位置不作限定，只要使该非人灵长类动物24能够听到其播放的音频信息即可。音频信息可以理解为对应于合成图像的声音。

以对非人灵长类动物24进行恐惧实验为例，通过增强现实技术，产生特定的恐惧环境场景、刺激物体和音效，实现对非人灵长类动物24的恐惧情绪的研究。假设头戴显示装置21产生三种刺激场景，实验用时可以为15天，每部分场景连续实验5天，每天约20至30分钟。在实验时，本实施例可以实时通过数据采集装置23采集非人灵长类动物24的身体特征数据。获取到身体特征数据后可以基于该身体特征数据对非人灵长类进行恐惧程度分析。

其中，恐惧情绪是各类情绪中最广泛被研究的情绪之一，恐惧可以是来自想象和现实中威胁所产生的正常反应，也是个体适应能力的主要表现之一以及个体发展中所需的组成部分。恐惧与人类社会的发展紧密相关。恐惧可以作为提醒个体逃避伤害的信号系统，能警告人类和动物将面临的危险情境，因此恐惧作为了一种本能情绪在人类种系发展中得以保存。恐惧对个体的发展起着关键作用。恐惧情绪的调节失调，会诱发许多心理疾病，例如抑郁症、焦虑症等。

恐惧的主要因素结构包括，死亡和威胁、惩罚、小动物轻度伤害、对未知的恐惧，和对评价的恐惧等。处于恐惧状态时，眉头稍皱、额眉平直、眼睛张大的表情，口微张，双唇紧贴牙齿，心跳不自主加速，皮肤冒汗等。因此，深刻了解恐惧情绪及其内容、作用和产生的机制和理论，对于人类适应和调节恐惧情绪具有至关重要的作用。

非人灵长类动物24与人在进化上十分接近。相比于常见的啮齿类动物模型来，非人灵长类在大脑发育和大脑结构方面与人类大脑更接近，具备比较高级的认知功能，能够完成比较复杂的恐惧情绪等行为范式实验，是研究脑认知和脑疾病的理想动物模型。

目前基于非人灵长类的恐惧情绪研究，通常的研究方法是观看二维图像刺激、视频刺激和非伤害性物理刺激(利用空气气枪产生空气泡，或仪器发出尖锐声音刺激)等。二维图像是普通的平面图形，只有横向和纵向两个维度的表示，相对图像内容单一，信息单调。视频刺激是二维图像的扩张，通过增加时间维度信息，使得刺激的表达相对提升。非伤害性物理刺激容易造成非人灵长类的疼痛感，并且产生的恐惧刺激较为短暂，一定程度上影响实验效果。通过本实施例中的实验系统能够在三维立体感、物体情景真实性、场景搭建简单、无需交互以及非物理伤害方面具有明显优势。

本实用新型提供的实验系统可以在现实环境下产生恐惧刺激，使其具有身临其境的感觉。营造不同环境场景、刺激物体，并配合不同音效等，可产生持续较长时间的恐惧刺激，不存在物理伤害，便于采集生理信号。更贴近自然环境下，获取非人灵长类遭遇恐惧刺激时的反应数据。

更加具体的，当对非人灵长类动物24进行恐惧实验采集身体特征数据时，可以通过头戴显示装置21产生自然环境下的恐惧场景、比如：阴暗、潮湿、黑暗或强光等；生成不同的刺激物体，比如：老虎、大象、猎人或猎豹等；通过播放装置22配合不同的音效，比如：猴群的恐慌尖叫声、狼群捕猎声或雷雨声等。同时，通过头戴显示装置21中的眼动追踪模块记录眼球运动信息，通过数据采集装置23记录非人灵长类动物24身体特征数据。如，呼吸波、心电和/或皮肤电阻等生理参数。这些生理参数是分析和研究非人灵长类在恐惧情绪下身体反应的重要数据。

此外，本实施例中的实验系统还能够适用于情绪感知、认知行为范式和脑疾病模型等多个方面的研究内容。本实施例可以通过在真实环境下融合3D虚拟刺激，进行各种情景式实验。

本实用新型实施例二提供的一种实验系统，能够在处理器的控制下，通过头戴显示装置和播放装置为非人灵长类动物营造增强现实的场景，然后通过数据采集装置采集非人灵长类动物在该场景下的身体特征数据，从而基于该身体特征数据对非人灵长类动物进行相应研究。

进一步的，图7为本实用新型实施例二提供的另一种实验系统的结构示意图。如图7所示，实验系统还包括：实验箱25，实验箱25内设置有标识物26；标识物26以环形结构布设于实验箱25内；标识物26用于在头戴显示装置21进行增强现实处理时标识虚拟物体。

在本实施例中，实验箱25的形状不作限定，可以为正方体，也可以是长方体的。可以理解的是，该实验箱25也可以为一房间，该房间长度可以在10米左右，宽度可以在5米左右，房间四个角落处可以放置播放装置22，如音箱，用于播放音频信息，营造立体环绕音感。

标识物26可以为真实环境中用于标识虚拟物体的物体，通过对该标识物26进行识别可以确定选取的虚拟物体。标识物26可以表示刺激触发条件，不同的标识物26可以对应不同的虚拟物体。当非人灵长类动物24头戴显示装置21，目光移动至标识物26时时，会产生增强现实刺激物。

通过实验箱25及标识物26能够实现根据真实环境的标识信息(该标识信息通过分析标识物26确定)，产生相应的3D视觉刺激，使得非人灵长类动物24产生恐惧情绪，具有操作简单、眼动追踪和真实感强等优点。示例性的，标识物26可以为具有标识信息的物体，如贴有数字5的一把椅子。头戴显示装置21采集到外部图像后，识别该外部图像。当识别出该外部图像中含有标识物26(贴有数字5的一把椅子)时，则选取对应于该标识物26的虚拟场景进行增强现实处理。

可以理解的是，为了便于对图像进行处理，标识物26可以为具有不同标识信息(如数字)的简单形状物体，如标有不同数字的圆柱体。

一般的，在进行实验时，可以在实验箱25中呈环形布设标识物26，当非人灵长类动物24看向不同标识物26时，可以在进行增强现实处理时选取不同的虚拟物体融合至真实环境中。

可以理解的是，标识物26围绕非人灵长类动物24呈环状布设在实验箱25中可以避免出现视线盲区，确保非人灵长类一直接收到各个方向的增强现实刺激物。

进一步的，数据采集装置23包括心电传感器、皮肤电阻传感器和/或呼吸波传感器。

进一步的，实验系统还包括：电生理设备，电生理设备与数据采集装置23通信连接，所述电生理设备接收并显示数据采集装置23采集的身体特征数据。

一般的，电生理设备可以理解为进行身体特征数据记录和显示的设备。电生理设备可以将心电传感器、皮肤电阻传感器和/或呼吸波传感器采集的身体特征数据同步显示，从而便于对各身体特征数据进行分析。

心电传感器可以为HKD-10A心电传感器，其是单导心电图采集模块，适合各类心电采集使用。其输出模拟信号，内部包含了前置放大电路，滤波电路和工频滤波电路等。HKD-10A心电传感器的主要特点与技术参数：输出模拟电压信号，范围0～4mv；3.6-6VDC电源供电，非电池供电情况下要求电源完全隔离；工作电流5mA，信号增益475倍。HKD-10A心电传感器使用时，需单独外接5V直流电源，三个输入电极线端，输出电压信号端接至电生理设备BlackRock。其中，电生理设备BlackRock具有128个端口，能够同时记录和采集对应数量的模拟信号，进行显示和存储。心电信号采集时，利用电极片贴于非人灵长类动物24的心脏位置，采用单导联方式采集心电信号。能够记录下非人灵长类动物24实验过程中的心率变化情况，通过电生理设备BlackRock进行模拟信号记录、显示和保存。

皮肤电阻传感器可以为Grove-GSR皮肤电阻传感器，其是通过两个电极片紧贴相邻手指方法，测量皮肤表层的导电性。其输出模拟信号，内部包含放大电路、滤波电路等。Grove-GSR皮肤电阻传感器的主要特点与技术参数：输出模拟电压信号；5V/3.3V电源供电；通过调节板载变阻器调节传感器灵敏度。HKD-10A心电传感器使用时，需单独外接3.3V直流电源，两个指尖输入电极片，输出电压信号端接至电生理设备BlackRock。皮肤阻抗采集时，利用指尖压力传感器，贴于非人灵长类动物24的食指部位，通过电生理设备BlackRock进行模拟信号记录、显示和保存。

呼吸波传感器可以为HKH-11B呼吸波传感器，其采用压电式第三器件采集非人灵长类动物24呼吸产生的腹部压力信号，经过放大电路、滤波电路等，输出模拟信号。HKH-11B呼吸波传感器的主要特点与技术参数：输出模拟电压信号，范围0.2～1V；微功耗设计，功耗1mA；3.3VDC电源供电。HKH-11B呼吸波传感器使用时，需单独外接3.3V直流电源，输出电压信号端接至电生理设备BlackRock。呼吸波采集时，利用呼吸采集设备套于非人灵长类动物24的腹部部位，通过电生理设备BlackRock进行模拟信号记录、显示和保存。

进一步的，播放装置22为至少两个，各播放装置22均匀布设于实验箱25内。

一般的，为了更好地为非人灵长类动物24营造逼真的增强现实效果，播放装置22的个数可以为至少两个，该至少两个播放装置22可以均匀放置在实验箱25各个侧面上。示例性的，当实验箱25为长方体，播放装置22为两个时，可以将这两个播放装置22分别放置在实验箱25的相对侧面的中心位置处。当播放装置22为四个时，可以将这四个播放装置22分别放置在实验箱25四个角落位置处(如图7所示)。

进一步的，实验系统还包括：固定椅27，固定椅27放置在实验箱25一侧的中间位置处，固定椅27固定非人灵长类动物24的身体部位和头部。

一般的，为了更加便于对非人灵长类动物24进行实验，可以在实验箱25任一侧面的中央位置处放置固定椅27，该固定椅27可以用于固定非人灵长类动物24的身体部位和头部，使非人灵长类动物24始终坐在固定椅27上，头部固定。可以理解的是，放置固定椅27固定非人灵长类动物24可以防止非人灵长类动物24随意活动破坏实验环境。该非人灵长类动物24的眼睛部位佩戴头戴显示装置21，身体部位穿戴数据采集装置23。

实施例三

图8为本实用新型实施例提供的一种实验系统所执行的实验方法的流程示意图。该方法可以适用于基于本实用新型实施例提供的实验系统对非人灵长类动物进行实验的情况，该方法可由实验系统中的处理器执行。

如图8所示，本实用新型实施例三提供的一种实验方法，包括如下步骤：

S301、控制头戴显示装置显示合成图像和/或播放装置播放对应于合成图像的音频信息。

在本实施例中，该实验方法基于本实用新型实施例中的实验系统，在对非人灵长类动物进行实验时，为营造增强现实的效果，可以控制头戴显示装置显示合成图像。在头戴显示装置显示合成图像的同时，可以控制播放装置播放对应于合成图像的音频信息。可以理解的是，针对不同的增强现实场景，可能仅需要进行图像的显示或音频信息的播放，故本步骤中可以基于合成图像确定合成图像及对应的音频信息播放的时机。

S302、控制数据采集装置采集所述合成图像显示和/或所述音频信息播放时所述非人灵长类动物的身体特征数据。

当头戴显示装置及播放装置为非人灵长类营造出增强现实场景后，本步骤可以控制数据采集装置采集非人灵长类动物在该增强现实场景下的身体特征数据，即控制数据采集装置采集合成图像显示和/或音频信息播放时非人灵长类动物的身体特征数据。基于采集的身体特征数据就能够对非人灵长类动物在该场景下的认知、情绪或合作水平进行实验研究。

本实用新型实施例三提供的一种实验方法，能够基于本实用新型实施例中的实验系统对非人灵长类动物进行实验，通过头戴显示装置为非人灵长类动物提供增强现实处理后的合成图像；通过播放装置为非人灵长类动物播放对应的音频信息，从而能够针对不同的实验需求为非人灵长类动物营造不同的环境场景并配合不同的音效，从而通过数据采集装置采集非人灵长类动物在该场景下的身体特征数据进行研究，相较于使用物理刺激进行研究而言，减少了对非人灵长类动物的物理伤害；相较于使用二维图像和视频刺激进行研究而言，增加了场景的真实性，提高了实验研究的准确性。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种头戴显示装置，其特征在于，包括：头带、增强现实模块和显示模块；所述头带形成的佩戴腔与非人灵长类动物的头部尺寸匹配；所述显示模块安装在所述头带上并放置在所述非人灵长类动物眼前，所述增强现实模块包括用于采集外部图像的输入端和用于根据所述外部图像进行增强现实处理生成合成图像的输出端；所述输出端与所述显示模块的输入端相连；所述显示模块在所述非人灵长类动物的眼睛前方显示所述合成图像。

2.根据权利要求1所述的头戴显示装置，其特征在于，所述头带包括纵向力带和横向力带；所述纵向力带和所述横向力带形成佩戴腔；所述佩戴腔的横向直径与非人灵长类动物的头部直径尺寸匹配；所述佩戴腔的纵向直径与所述非人灵长类动物的头部纵向直径尺寸匹配。

3.根据权利要求1所述的头戴显示装置，其特征在于，所述增强现实模块包括摄像机和处理器；所述摄像机安装在所述显示模块上部，所述处理器安装在所述头带与所述显示模块连接位置处，所述摄像机包括用于采集外部图像的输入端和用于输出所述外部图像的输出端；所述处理器的输入端与所述摄像机用于输出所述外部图像的输出端相连；所述处理器接收所述摄像机采集的外部图像进行增强现实处理生成合成图像。

4.根据权利要求3所述的头戴显示装置，其特征在于，所述显示模块包括两个光学镜片；两个所述光学镜片的光学中心间距与所述非人灵长类动物瞳距匹配；所述显示模块长度与所述非人灵长类动物头部直径匹配。

5.根据权利要求4所述的头戴显示装置，其特征在于，所述显示模块还包括鼻翼夹；所述鼻翼夹安装在两个所述光学镜片间。

6.根据权利要求4所述的头戴显示装置，其特征在于，所述摄像机为至少两个，所述至少两个摄像机均匀安装至所述光学镜片上部。

7.根据权利要求1所述的头戴显示装置，其特征在于，还包括眼动追踪模块；所述眼动追踪模块安装在所述显示模块上，所述眼动追踪模块在所述非人灵长类动物眼睛中央部位追踪所述非人灵长类动物的眼球运动信息。

8.根据权利要求1所述的头戴显示装置，其特征在于，还包括传感器；所述传感器安装在所述头带上，所述传感器采集所述非人灵长类动物的位置信息。

9.根据权利要求8所述的头戴显示装置，其特征在于，所述传感器包括加速度传感器、陀螺仪传感器、指南针和/或GPS传感器。

10.根据权利要求1所述的头戴显示装置，其特征在于，所述头带为弹性伸缩带。

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