[發明專利]一種頭戴式增強現實顯示設備及方法

在審

• 申請號: 201711483412.5
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108040247A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發明（設計）人: 潘旭亮;彭宏程;馮緒清;李華;李昀;袁智華
• 申請（專利權）人: 湖南航天捷誠電子裝備有限責任公司
• 主分類號: H04N13/332
• 分類號: H04N13/332;H04N13/398;H04N13/204;H04N13/106;H04N13/172;G02B27/01
• 代理公司: 長沙市護航專利代理事務所(特殊普通合伙) 43220
• 代理人: 莫曉齊

本發明公開了一種頭戴式增強現實顯示設備及方法，該設備包括主體頭盔、數據處理和控制模塊、前置攝像頭及前置傳感器，同時，還包括頂置攝像頭、頂置傳感器以及后置攝像頭、后置傳感器，各個攝像頭和傳感器可以實時收集使用者周圍的全方位信息，并發送給數據處理和控制模塊。該方法包括對實時收集的全方位信息進行外部三維環境重建；實時計算分析是否存在移動物體，并計算移動物體的參數；通過顯示模塊輸出并于使用者眼前顯示移動物體的輪廓及移動參數信息，提醒使用者對周圍的移動物體進行處理。該頭戴設備及方法，實現了全方位信息收集并可重建外部三維模型，顯示移動目標物體的輪廓及移動參數信息，便于對使用者周圍的移動目標物體進行處理。

技術領域

本發明涉及增強現實技術領域，具體而言，涉及一種頭戴式增強現實顯示設備及基于該設備的增強現實顯示方法，尤其是一種可實現全方位信息集成的頭戴式增強現實顯示設備，以及應用該設備進行增強現實顯示的方法。

背景技術

增強現實（Augmented Reality，AR）是設備根據所處的環境采集信息并生成虛擬的信息實時的展現在眼前，同時可以看到外部環境，達到虛實結合增強顯示的目的，重點強調的是實時性和虛實結合。增強現實顯示技術綜合了計算機圖形、計算機仿真、傳感器、導航、實時跟蹤注冊、視頻顯示及控制等光電子、微電子、精密機械以及信號處理多種技術于一身的全新現代顯示技術，能將虛擬的信息疊加到真實世界被人感知，在軍事作戰、城市反恐、臨床醫療等領域有著廣泛的應用前景。

增強現實頭戴設備主要有頭盔式和眼鏡式兩種產品類型。頭盔設備主要是軍用裝備，用于機載、艦載、單兵等場景。增強現實型頭盔設備在保護士兵頭部的同時，還可以強化單兵戰場態勢感知能力，識別方位，獲取位置地理信息，惡劣環境視野增強等，增強士兵的作戰能力，提升作戰效率。眼鏡式增強現實顯示設備主要是民用商用消費類產品，如微軟的Hololens，Meta的系列等，用于游戲、實景參觀等，可增強游戲體驗和沉浸感，如中國專利申請號為201310011992.3的發明專利公開了一種頭戴式顯示器，包括顯示部、支撐部和輸入操作單元，顯示部被配置為向用戶呈現圖像，支撐部被配置為支撐顯示部且可戴在用戶頭上，輸入操作單元用于控制該圖像且包括被設置到顯示部上的觸摸傳感器，輸入操作單元包括觸摸傳感器，且因此可以進行具有高自由度的輸入操作，能增強可操作性。此外，輸入操作單元被設置到顯示部上，且因此與HMD分開的輸入設備等變得不必要，并且可以在輸入操作期間增強便攜性和便利性。

現有的增強現實頭戴設備的攝像頭和傳感器均放置于頭戴設備前部，只能采集使用者眼前的環境信息，無法采集使用者后部及頂部的周邊環境信息，顯示信息少，顯示信息集成度低。單兵野外作戰等狀況下，配備現有頭戴式增強現實顯示設備后也無法觀察到視野外的作戰環境，這對單兵野外作戰非常不利。

另外，現有的移動物體檢測計算的方式主要利用圖像差分方法將運動目標從序列圖像中提取出來，算法復雜，運算及提取的速度低，影響檢測的實時性?，F有的頭戴式增強現實顯示設備，增強現實顯示內容沒有考慮到周圍移動物體的識別、檢測以及參數計算，也沒有通過增強現實顯示設備收集的信息三維空間重建，檢測并計算移動物體的移動參數的應用。

因此，如何優化現有的頭戴式增強現實顯示設備的構造，解決使用者后部和頂部的視覺盲區，實現使用者周圍全方位信息收集、豐富設備的顯示內容、提高顯示信息的集成度，并實現對頭戴設備周圍移動物體的檢測和移動參數計算，提醒使用者對緊急危險情況進行處理，成為本領域技術人員亟需解決的技術問題。

發明內容

鑒于此，本發明提出了一種頭戴式增強現實顯示設備及方法，實現了收集使用者周圍的全方位信息，豐富了設備的顯示內容、提高了顯示信息的集成度；實現對頭戴設備周圍的移動物體的識別、輪廓檢測、移動參數計算，并輸出移動物體的信息提醒使用者對緊急危險進行的處理，至少其中之一。