TWI684896B - 虛擬實境頭戴設備 - Google Patents

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Abstract

本申請提供一種虛擬實境頭戴設備，包括：設備本體，設備本體中裝配有凸透鏡；裝配於設備本體中的紅外光源，紅外光源分佈於至少一個凸透鏡的外圍，並對至少一個凸透鏡對應的用戶眼部進行紅外補光；裝配於設備本體中的攝像機，攝像機的鏡頭朝向至少一個凸透鏡對應的用戶眼部，並對用戶眼部的生理特徵資訊進行紅外圖像捕捉。通過本申請的技術方案，可以對用戶的眼部進行紅外補光，以提升攝像機捕捉到的用戶眼部紅外圖像的清晰度，及其生理特徵資訊的準確度。

Description

虛擬實境頭戴設備
本申請涉及虛擬實境技術領域，尤其涉及一種虛擬實境頭戴設備。
VR（Virtual Reality，虛擬實境）技術，是一種綜合利用計算機圖形系統和各種控制連接埠，在計算機上生成可交互的三維交互環境，面向用戶提供沉浸感的技術。在相關技術中，用戶可以通過佩戴虛擬實境頭戴設備，比如VR眼鏡、VR頭盔等VR設備，以獲得相應的虛擬實境體驗。 　　由於VR場景的特殊性，尤其是用戶在佩戴VR設備後，VR設備內部的剩餘空間十分有限且亮度很低，難以準確捕捉到用戶的眼部圖像，導致無法順利實現相應的身份識別、眼球追蹤等目的。
有鑑於此，本申請提供一種虛擬實境頭戴設備，可以對用戶的眼部進行紅外補光，以提升攝像機捕捉到的用戶眼部圖像的清晰度，及其生理特徵資訊的準確度。 　　為實現上述目的，本申請提供技術方案如下： 　　根據本申請的第一方面，提出了一種虛擬實境頭戴設備，包括： 　　設備本體，設備本體中裝配有凸透鏡； 　　裝配於設備本體中的紅外光源，紅外光源分佈於至少一個凸透鏡的外圍，並對至少一個凸透鏡對應的用戶眼部進行紅外補光； 　　裝配於設備本體中的攝像機，攝像機的鏡頭朝向至少一個凸透鏡對應的用戶眼部，並對用戶眼部的生理特徵資訊進行紅外圖像捕捉。 　　較佳地，設備本體內裝配有兩個凸透鏡，其中任一預設凸透鏡的周圍分佈有至少一個紅外光源和至少一個攝像機。 　　較佳地，設備本體內的每一凸透鏡周圍，均分佈有至少一個紅外光源和至少一個攝像機。 　　較佳地，當任一凸透鏡對應於多個紅外光源時，多個紅外光源在任一凸透鏡的周圍均勻分佈。 　　較佳地，紅外光源的安裝位置處於對應的凸透鏡的外切矩形的覆蓋區域內。 　　較佳地，攝像機位於相應的凸透鏡靠近用戶的一側。 　　較佳地，攝像機位於相應的凸透鏡的下方。 　　較佳地，攝像機的裝配位置緊貼於相應的凸透鏡。 　　較佳地，還包括： 　　裝配於設備本體上的設備連接埠，設備連接埠可與安裝至設備本體中的電子設備進行電連接，電子設備用於播放虛擬實境顯示內容； 　　攝像機和紅外光源通過數據線連接至設備連接埠；其中，攝像機和紅外光源可在接收到電子設備通過設備連接埠和數據線傳出的開關控制指令時，執行響應於開關控制指令的開關狀態切換操作，且攝像機還將捕捉到的紅外圖像通過設備連接埠和數據線傳輸至電子設備。 　　較佳地，攝像機為紅外攝像機或紅綠藍-紅外攝像機。 　　由以上技術方案可見，本申請通過在設備本體內設置紅外光源，並將該紅外光源設置於凸透鏡的周圍，可以對該凸透鏡對應的用戶眼部進行紅外補光，從而在通過攝像機捕捉用戶眼部的紅外圖像時，可以降低對攝像機的安裝角度、間隔距離等其他條件的要求，有助於對虛擬實境頭戴設備中的部件進行合理裝配、優化空間佔用。
為對本申請進行進一步說明，下面以VR頭盔為例，提供下列實施例，以介紹本申請的虛擬實境頭戴設備的相關結構： 　　圖1是本申請一示例性實施例提供的一種VR頭盔的側向剖視圖。如圖1所示，在VR頭盔的設備本體1中，裝配有凸透鏡2和VR播放組件3。其中，凸透鏡2位於用戶（圖1示出了該用戶的眼部4）與該設備本體1中的VR播放組件3之間，使得VR播放組件3播放的VR顯示內容可以基於可見光S1的形式，穿透凸透鏡2並傳播至用戶的眼部4，由用戶的眼部4接收該可見光S1並實現對VR顯示內容的查看。 　　為了對佩戴VR頭盔的用戶進行眼球追蹤、虹膜識別等功能，需要對用戶的眼部4進行紅外圖像捕捉。但是，由於VR頭盔需要向用戶提供沉浸式的VR場景和使用體驗，要求盡可能地避免外部光線的射入，導致用戶在佩戴VR頭盔之後，設備本體1內部的光線條件差，難以滿足對眼部進行圖像捕捉的條件。 　　因此，在本申請的VR頭盔中，進一步包括裝配於設備本體1中的紅外光源5，該紅外光源5分佈於至少一個凸透鏡2的外圍，並對該至少一個凸透鏡2對應的用戶眼部4進行紅外補光（由該紅外光源5向眼部4射出R1、R2等紅外光）。如圖2所示，VR頭盔中通常配置有兩個凸透鏡2，以對應於用戶的雙眼；而紅外光源5可以分佈於單個凸透鏡2的外圍，比如圖2中分佈於右側凸透鏡22的外圍、以對用戶的右眼進行紅外補光，而左側凸透鏡21的外圍則並未分佈有紅外光源5。 　　那麼，通過VR頭盔中裝配於設備本體1內的攝像機6，對用戶的眼部4的生理特徵資訊進行圖像捕捉時，由於紅外光源5對眼部4進行紅外補光，可以確保眼部4能夠反射出充足的紅外光S2，並由攝像機6對該紅外光S2進行捕捉後，得到清晰的紅外圖像，並由此準確提取出眼部4的生理特徵資訊，例如眼球位置、虹膜特徵等，以進一步實現眼球追蹤、虹膜識別等功能。其中，攝像機6可以為IR（Infrared Radiation，紅外）攝像機，也可以為RGB（Red-Green-Blue，紅綠藍）-IR一體攝像機，本申請並不對此進行限制。 　　在上述實施例中，為了避免對VR播放組件3播放的VR顯示內容造成遮擋，即避免阻擋可見光S1的傳播，紅外光源5和攝像機6均必須遠離凸透鏡2相對於用戶眼部4的可視範圍（例如該可視範圍可以由圖1所示的上邊界T1、下邊界T2進行標示），使得紅外光源5裝配於凸透鏡2的外圍，而攝像機6通常裝配於設備本體1的頂部或底部，比如圖1中位於設備本體1的底部位置，且位於凸透鏡2靠近該用戶的一側（即圖1所示的左側）。 　　進一步地，攝像機6在對眼部4發出的紅外光S2進行捕捉時，由於攝像機6必須遠離上述的可視範圍，而用戶在使用VR頭盔的過程中，眼部4基本保持圖1所示的直視狀態，即紅外光S2基本沿水平傳播，使得攝像機6必然與該紅外光S2呈一夾角α。那麼，為了避免夾角α過大而造成捕捉到的圖像嚴重形變，該攝像機6可以緊貼（包括水平距離和垂直距離中至少之一）該凸透鏡2的邊緣設置，即盡可能地增加攝像機6與眼部4的距離（包括水平距離和垂直距離中至少之一），從而在相同條件下盡可能地減小該夾角α。較佳地，攝像機6的角度可以在一定範圍內調整，以適應於不同用戶在使用相同VR頭盔時的差異；其中，在調整時，可以儘量確保用戶眼部4的瞳孔中心位於捕捉到的紅外圖像的中心區域，以避免圖像變形或過度變形。 　　在上述實施例中，紅外光源5與攝像機6在設備本體1中的裝配位置相適配。例如圖2所示，當紅外光源5分佈於右側凸透鏡22外圍時，攝像機6在垂直方向上裝配於右側凸透鏡22的下方（當然也可以裝配於右側凸透鏡22的上方），而在水平方向上裝配於右側凸透鏡22的中心位置處，以減小或消除攝像機6與用戶的眼部4之間的水平夾角。其中，在圖2所示的實施例中，僅針對右側凸透鏡22裝配了相應的紅外光源5和攝像機6，從而對用戶的右眼進行紅外圖像捕捉，而實際上也可以存在其他情況，例如，可以僅針對左側凸透鏡21裝配相應的紅外光源5和攝像機6，從而對用戶的左眼進行紅外圖像捕捉，或者可以同時針對左側凸透鏡21、右側凸透鏡22裝配相應的紅外光源5和攝像機6，從而同時對用戶的雙眼進行紅外圖像捕捉（或者選擇性地開啟一側的紅外光源5和攝像機6，以實現對單側眼部的紅外圖像捕捉）。 　　雖然圖2所示的實施例中，右側凸透鏡22的外圍分佈有四個紅外光源5，但是此處僅用於舉例；實際上，在本申請的VR頭盔中，每一凸透鏡的外圍可以分佈一個或多個紅外光源5，本申請並不對紅外光源5的數量進行限制。其中，當存在多個紅外光源5時，例如圖2中的右側凸透鏡22外圍分佈有四個紅外光源5時，這些紅外光源5可以盡可能地均勻分佈，以對眼部4進行均勻補光。 　　另外，當設備本體1內裝配凸透鏡2時，該設備本體1的尺寸與該凸透鏡2的空間佔用情況相關。例如圖3所示，假定凸透鏡2在水平方向（即x軸方向）上的長度為L、在垂直方向（即y軸方向）上的長度為H（當凸透鏡2呈圓形時，L和H均等於圓形的直徑長度），則該凸透鏡2對於設備本體1的空間佔用與L、H的數值相關，即設備本體1在水平方向上的長度不應當小於L、在垂直方向上的長度不應當小於H。而實際上，當設備本體1基本呈長方體形狀時，凸透鏡2對於設備本體1的尺寸需求，幾乎等同於該凸透鏡2的外切矩形（如圖3所示，水平寬度為L、垂直高度為H）對於設備本體1的尺寸需求。 　　在一種情況下，如圖3所示，當紅外光源5的安裝位置位於凸透鏡2的外切矩形的覆蓋區域內時，而由於紅外光源5需要避免遮擋凸透鏡2，因而紅外光源5不應當位於凸透鏡2的覆蓋區域內（如A點處），而應當位於圖3所示的陰影區域內（如B點處）。此時，紅外光源5對於設備本體1的空間佔用需求與該外切矩形（或凸透鏡2）存在重疊，使得紅外光源5不會對設備本體1存在更多的空間佔用需求，因而有助於控制或縮小設備本體1及其VR頭盔的尺寸，避免VR頭盔過於龐大、笨重。 　　另一種情況下，如圖3所示，當紅外光源5位於C點處時，使得紅外光源5和凸透鏡2的整體在垂直方向上的高度由H增加至H1，即對於設備本體1在垂直方向上的空間佔用需求由H增加至H1，使得VR頭盔變得更厚；類似地，當紅外光源5位於D點處時，使得紅外光源5和凸透鏡2的整體在水平方向上的寬度由L增加至L1，即對於設備本體1在水平方向上的空間佔用需求由L增加至L1，使得VR頭盔變得更寬。 　　因此，可以盡可能地將紅外光源5裝配於相應凸透鏡2的外切矩形的覆蓋區域內，以避免增加對設備本體1的空間佔用需求，有助於控制VR頭盔的尺寸。 　　圖4是本申請一示例性實施例提供的另一種VR頭盔的側向剖視圖。如圖4所示，VR頭盔可以為分體式VR頭戴設備，該VR頭盔的設備本體1中可以裝配有設備連接埠7，使得該設備連接埠7可與安裝至該設備本體1中的手機、平板等電子設備進行電連接；其中，該電子設備可以通過處理器、顯卡晶片等實現渲染處理、通過螢幕組件進行內容顯示等，以作為設備本體1中的VR播放組件3。 　　進一步地，設備本體1中的攝像機6和紅外光源5可以通過數據線8連接至該設備連接埠7，使得設備連接埠7連接的電子設備發出開關控制指令時，該攝像機6和該紅外光源5可通過該設備連接埠7和該數據線8接收到該開關控制指令，從而執行響應於該開關控制指令的開關狀態切換操作。換言之，基於用戶對上述電子設備的操控，或者基於電子設備上運行的應用程式的控制，使得該電子設備可以向攝像機6和紅外光源5發送開關控制指令，控制紅外光源5對眼部4進行紅外補光、攝像機6對眼部4進行紅外圖像捕捉，提升了紅外補光和紅外圖像捕捉的可控性。 　　其中，開關控制指令可以同時發送至攝像機6和紅外光源5；或者，開關控制指令也可以單獨發送至攝像機6或紅外光源5，例如單獨控制開啟攝像機6進行紅外圖像捕捉，並在光線不足的情況下，單獨控制紅外光源5進行紅外補光等。 　　另外，當攝像機6完成紅外圖像捕捉後，如果VR頭盔內部設置有處理模組，可以將捕捉到的紅外圖像傳輸至該處理模組進行處理；或者，攝像機6可以將捕捉到的紅外圖像通過設備連接埠7和數據線8傳輸至上述的電子設備，以由該電子設備進行處理。 　　需要說明的是，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列元件的過程、方法、商品或者設備不僅包括那些元件，而且還包括沒有明確列出的其他元件，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者設備所固有的元件。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的元件，並不排除在包括所述元件的過程、方法、商品或者設備中還存在另外的相同元件。 　　這裡將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的元件。以下示例性實施例中所描述的實施方式並不代表與本申請相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附申請專利範圍中所詳述的、本申請的一些方面相一致的裝置和方法的例子。 　　在本申請使用的術語是僅僅出於描述特定實施例的目的，而非旨在限制本申請。在本申請和所附申請專利範圍中所使用的單數形式的“一種”、“所述”和“該”也旨在包括複數形式，除非上下文清楚地表示其他含義。還應當理解，本文中使用的術語“和/或”是指並包含一個或多個相關聯的列出項目的任何或所有可能組合。 　　應當理解，儘管在本申請可能採用術語第一、第二、第三等來描述各種資訊，但這些資訊不應限於這些術語。這些術語僅用來將同一類型的資訊彼此區分開。例如，在不脫離本申請範圍的情況下，第一資訊也可以被稱為第二資訊，類似地，第二資訊也可以被稱為第一資訊。取決於情境，如在此所使用的詞語“如果”可以被解釋成為“在……時”或“當……時”或“響應於確定”。 　　以上所述僅為本申請的較佳實施例而已，並不用以限制本申請，凡在本申請的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請保護的範圍之內。
1‧‧‧設備本體2‧‧‧凸透鏡3‧‧‧VR播放組件4‧‧‧眼部5‧‧‧紅外光源6‧‧‧攝像機7‧‧‧設備連接埠8‧‧‧數據線21‧‧‧左側凸透鏡22‧‧‧右側凸透鏡R1‧‧‧紅外光R2‧‧‧紅外光S1‧‧‧可見光S2‧‧‧紅外光T1‧‧‧上邊界T2‧‧‧下邊界α‧‧‧夾角
圖1是本申請一示例性實施例提供的一種VR頭盔的側向剖視圖。 　　圖2是本申請一示例性實施例提供的一種VR頭盔在佩戴者方向上的結構示意圖。 　　圖3是本申請一示例性實施例提供的一種紅外光源與凸透鏡之間的位置關係的示意圖。 　　圖4是本申請一示例性實施例提供的另一種VR頭盔的側向剖視圖。
1‧‧‧設備本體
2‧‧‧凸透鏡
3‧‧‧VR播放組件
4‧‧‧眼部
5‧‧‧紅外光源
6‧‧‧攝像機
R1‧‧‧紅外光
R2‧‧‧紅外光
S1‧‧‧可見光
S2‧‧‧紅外光
T1‧‧‧上邊界
T2‧‧‧下邊界
α‧‧‧夾角

Claims (9)

  1. 一種虛擬實境頭戴設備，包括：設備本體，該設備本體中裝配有凸透鏡；裝配於該設備本體中的紅外光源，該紅外光源分佈於至少一個凸透鏡的外圍，並對該至少一個凸透鏡對應的用戶眼部進行紅外補光；裝配於該設備本體中的攝像機，該攝像機的鏡頭朝向該至少一個凸透鏡對應的用戶眼部，並對該用戶眼部的生理特徵資訊進行紅外圖像捕捉，且該攝像機位於相應的凸透鏡之靠近該用戶眼部的一側。
  2. 如請求項第1項所述的虛擬實境頭戴設備，其中，該設備本體內裝配有兩個凸透鏡，其中任一個預設凸透鏡的周圍分佈有至少一個紅外光源和至少一個攝像機。
  3. 如請求項第1項所述的虛擬實境頭戴設備，其中，該設備本體內的每一個凸透鏡周圍均分佈有至少一個紅外光源和至少一個攝像機。
  4. 如請求項第1項所述的虛擬實境頭戴設備，其中，當任一個凸透鏡對應於多個紅外光源時，多個紅外光源在該任一個凸透鏡的周圍均勻分佈。
  5. 如請求項第1項所述的虛擬實境頭戴設備，其中，該紅外光源的安裝位置處於對應的凸透鏡的外切矩形的覆蓋區域內。
  6. 如請求項第1項所述的虛擬實境頭戴設備，其中，該攝像機位於相應的凸透鏡的下方。
  7. 如請求項第1項所述的虛擬實境頭戴設備，其中，該攝像機的裝配位置緊貼於相應的凸透鏡。
  8. 如請求項第1項所述的虛擬實境頭戴設備，其中，還包括：裝配於該設備本體上的設備連接埠，該設備連接埠可與安裝至該設備本體中的電子設備進行電連接，該電子設備用於播放虛擬實境顯示內容；該攝像機和該紅外光源通過數據線連接至該設備連接埠；其中，該攝像機和該紅外光源可在接收到該電子設備通過該設備連接埠和該數據線傳出的開關控制指令時，執行響應於該開關控制指令的開關狀態切換操作，且該攝像機還將捕捉到的紅外圖像通過該設備連接埠和該數據線傳輸至該電子設備。
  9. 如請求項第1項所述的虛擬實境頭戴設備，其中，該攝像機為紅外攝像機或紅綠藍-紅外攝像機。
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