本发明专利技术的实施例一般涉及3D立体视觉护目镜或其它平台，其能够用于强化用于外科手术应用、用于黄斑变性患者或用于娱乐或商业应用的视觉系统。本发明专利技术采集从视频输入源接收到的图像，并且分割这些图像和投射这些图像离开由椭球的一部分定义的反射镜并直接落在用户的眼睛的视网膜上。本发明专利技术允许用户以增大的视场、提升的图像质量、增强的舒适感、降低的成本以及其它益处享受3D立体视觉。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】动态控制沉浸或抬头显示操作的宽视场3D立体视觉平台
本专利技术一般地涉及3D立体视觉护目镜（goggles)或其它平台，其能够用于强化与 内窥镜手术、机器人辅助手术、开放手术和外科显微镜一起使用的视觉系统；用作对具有诸 如黄斑变性之类的系统性疾病的患者的视觉辅助用具；以及用于期望3D立体视觉显示的 商业和娱乐应用。
技术介绍
如今，外科医生在治疗其病人时具有多种类型的视觉强化工具可供选择。目前所 使用的主要的视觉工具为：与机器人辅助系统一起使用的远程3D视觉、与开放手术一起使 用的眼环（eye loop)、内窥相机、以及与外科显微镜一起使用的2D或3D相机。所有这些视 觉工具都已经被构建为主要通过放大来提高外科医生的视力。 在一个示例中，机器人辅助手术使用四臂机器人系统来夹持内窥镜工具。外科医 生通过坐在远程控制台处进行外科手术，他在远程控制台处控制夹持内窥镜工具和相机的 机器人臂。机器人辅助系统使用3D内窥镜相机，其中相机图像被显示在两个高分辨率、高 清晰度的平面屏幕显示器上。外科医生通过两个广角镜头查看两个显示器。外科医生能够 以深度知觉（depth perception)和合理的分辨率但是相当窄的视场看到操作。此外，为了 使得立体图像完全显示，外科医生必须使他的头呆在特定位置并且保持不动。 在开放手术中，通常使用称作眼环的放大镜。放大倍率良好并且分辨率也很好，但 是视场较窄而且头部移动和放大倍率之间呈比例关系。 在内窥镜手术中，内窥镜允许外科医生通过切一小口并且用一只手插入用于进行 手术的多个细长工具，然后用另一只手插入在末端带有微型相机的细长工具并且握住它来 给患者做手术。外科医生通过在平板显示器上观看手术来协调这些工具的运动。内窥镜检 查要求外科医生一般在2D的平面屏幕监视器处进行查看并且通常不再最佳位置处。例如， 监视器被放置在一侧，这样一来外科医生在做手术时头要转到该侧。这与在进行常规开放 手术时向下看向自己的手相比是不自然的。 已经开发了专业的立体显微镜允许使用具有深度知觉的高度放大图像来执行外 科手术的过程，但是就像机器人辅助立体显示一样，外科医生必须使他的头固定地注视显 微镜的目镜。 尽管已经开发了这些工具来延伸外科医生的肉眼，但所有这些系统中仍然存在一 些常见的问题。所有四种视觉工具在通常用于表征和比较外科手术视觉系统的视觉参数的 若干视觉参数中的一个（有时是两个）上具有出色的评级：比如，敏锐度、放大倍率、视场、 深度知觉、聚焦（手动或自动）、对比度、成本、工效学。例如，与显微镜一起使用的立体3D 视觉系统放大物体并且提供良好的深度和敏锐度，但是视场非常窄、初始系统是昂贵的、并 且工效学较差。工效学参数与你的身体位置自然或不自然的程度相关，并且一般是舒适度 的量度。能够扩展一个或多个视觉参数同时把余下的参数维持在与肉眼相当的程度的、用 于新设备的架构已经被证明是难以实现的。医疗视觉系统需要新的架构来优化所有视觉参 数。 虽然下面的描述关注本专利技术在医疗外科手术中的应用，但将其用作对于视网膜退 化或具有其它视觉缺陷的人的视觉辅助同样是有效的。例如，护目镜或本文所述的本专利技术 的其它实施例能够由具有黄斑变性的患者使用。本专利技术还能够用于下面所讨论的商业和娱 乐用途。
技术实现思路
本专利技术是新型3D立体视觉护目镜或其它平台。护目镜的优选实施例的特征包括： 针对每只眼睛具有120度视场和在左眼和右眼之间具有60度双眼重叠的全水平显示器；在 护目镜的每侧的内侧上的部分反光椭球部，该反光椭球部将图像直接放置在每只眼睛的视 网膜的后方；以及基于实时眼睛跟踪和对眼睛注视的控制为佩戴者创建高分辨率3D图像 的聚散度聚焦。本专利技术的实施例还包括另外的部件和方法，比如，视觉系统自动对齐到佩戴 者的眼睛、沉浸式或穿透式操作的动态控制、三轴头部定位传感器和以编程方式调整显示 以适应佩戴者的护眼处方（包括但不限于：放大倍率和散光）的能力。本专利技术还能够随视 觉系统一起用于商业和娱乐应用。使用来自若干工程领域的技术校正几何像差和畸变，这 些工程领域包括：光学、控制理论、电子学、机械工程和软件工程。 【附图说明】 为了能够更好地理解本专利技术，下面的章节提供（仅作为示例）后面将描述和提及 的本专利技术的不同实施例。 图1是视觉平台的一个实施例内的针对每只眼睛的图像路径的框图。 图2是整个视觉系统平台的一个实施例的主要硬件组件的框图。 图3是作为显示控制器的处理器的框图。 图4是护目镜的一个实施例的俯视图。 图5图示了本文所述的护目镜的大致对齐情况以及椭球部分如何被选择并用于 护目镜设计。 图6(a)是示出了护目镜的一个实施例的侧视图的图解。 图6 (b)示出了如何相对于椭球镜安装护目镜的外侧透镜。 图6(c)是护目镜的一个实施例的正视图。 图7是示出了如何使用映射算法对针对一只眼睛的显示缓冲器中的图像进行预 畸变。 图8a图示了具有两个被示作黑色圆点的焦点的三维椭球的一个实施例，该椭球 的一部分用于设计护目镜或本专利技术的其它实施例。 图8b图示了按本专利技术所使用的相同的情形并排放置的两个图8a中的椭球部分。 图9图示了被看做从内部反射椭球的一个焦点发出通过光学组件并且通过位于 佩戴者眼中的另一焦点的光线的光。 图10示出了图9中所示的光学子组件的内部构造、0LED、透镜和反射镜。 图11是示出了被分割为六个较小帧的大视场图像以及用于将六个帧反射到它们 的指定位置的六角反射镜的后视图的图解。 图12是用于以特定更新速率同步伺服控制的六角反射镜的图像的时序图解。 图13示出了当图像从图11中所示的六角反射镜投射远离（off)椭球反射镜时， 图11中所示的程式化图像及其六个分割帧将如何呈现。 图14是用于校正和更新查找表的护目镜制造装备的俯视图。 图15是示出了人眼的敏锐度相对于视场的图表。 图16是附接到双轴万向节（gimbal)系统的宽视场、高分辨率相机。 图17a是用于高分辨率窄视场相机的中性密度滤光片。 图17b是用于低分辨率宽视场相机的中性密度滤光片。 图18是带有相机模块的护目镜的正视图。 图19a是对来自高分辨率宽视场的输出图像的仿真。 图19b是图19a的仿真图像的放大图像。 【具体实施方式】 呈现于本章节中的本专利技术的实施例由具有外部图像处理的视觉系统和使得佩戴 者能够直接在他们的眼睛的视网膜上接收3D立体图像的显示电子封装组成。本文所描述 的专利技术能够应用于其它显示技术（比如，电影显示和用于商业应用的显示），并且向佩戴者 提供本文所描述的本专利技术的益处。 本专利技术将来自多个工程学科（比如，系统设计、光学设计、电气设计、机械设计、控 制理论以及软件）的方法应用于具有高分辨率、改进的敏锐度、宽视场、优越的深度知觉和 基于聚散度（mergence)控制的聚焦等主要特征的护目镜视觉系统。 本专利技术的一个实施例看似一对滑雪护目镜。有机发光二极管（0LED)阵列用于生 成图像，该图像被投射穿过一系列透镜，反射远离旋转多面反射镜并且反射远离反射镜。图 像然后本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于将一系列图像投射在眼睛的视网膜上的装置，包括：a.图像输入，其用于接收一系列图像；至少一个处理器，其用于划分这些图像以生成一系列分割图像；b.发光设备，其用于从椭球的第一焦点投射所述一系列分割图像；c.第一反射镜；以及d.第二反射镜；其中，所述发光设备将所述一系列分割图像投射离开所述第一反射镜和所述第二反射镜，并且其中，所述第二反射镜被定位为使得所述一系列分割图像被反射到所述椭球的第二焦点，所述椭球的第二焦点表示所述眼睛的旋转中心。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.02 US 61/566,1101. 一种用于将一系列图像投射在眼睛的视网膜上的装置，包括： a. 图像输入，其用于接收一系列图像； 至少一个处理器，其用于划分这些图像以生成一系列分割图像； b. 发光设备，其用于从椭球的第一焦点投射所述一系列分割图像； c. 第一反射镜；以及 d. 第二反射镜； 其中，所述发光设备将所述一系列分割图像投射离开所述第一反射镜和所述第二反射 镜，并且其中，所述第二反射镜被定位为使得所述一系列分割图像被反射到所述椭球的第 二焦点，所述椭球的第二焦点表示所述眼睛的旋转中心。2. 如权利要求1所述的装置，其中，所述第一反射镜是旋转多面镜。3. 如权利要求1所述的装置，其中，所述第一反射镜是矢量反射镜。4. 如权利要求1所述的装置，其中，所述发光设备包括以下各项中的至少一项：有机发 光二极管、激光器、发光二极管（LED)或液晶显示器（LCD)。5. 如权利要求1所述的装置，还包括：透镜封装，其用于在投射离开所述第一反射镜之 前准直所述分割图像。6. 如权利要求1所述的装置，还包括：一对护目镜，其用于相对于所述椭球的第二焦点 对齐所述发光设备、所述第一反射镜和所述第二反射镜。7. 如权利要求6所述的装置，其中，所述图像输入被安装到所述护目镜上。8. 如权利要求6所述的装置，其中，所述发光设备能够被移动以与所述椭球的第二焦 点相对齐。9. 如权利要求1所述的装置，还包括：在所述护目镜的至少一部分上的液晶涂层，其 中，改变施加在所述涂层上的电压会调整光通过所述护目镜的透射比。10. 如权利要求1所述的装置，还包括：用于为投射所述一系列分割图像离开所述第一 反射镜进行定时的设备。11. 如权利要求1所述的装置，还包括：第二图像输入，其用于接收第二系列图像；第二 发光设备，其用于从第二椭球的第一焦点投射第二系列分割图像；第三反射镜；以及第四 反射镜，其中所述第二发光设备将所述第二系列分割图像投射离开所述第三反射镜和所述 第四反射镜，并且其中，所述第四反射镜被定位为使得所述第二系列分割图像被反射到所 述第二椭球的第二焦点，所述第二椭球的第二焦点表示第二眼睛的旋转中心。12. 如权...
【专利技术属性】
技术研发人员：杰瑞·G·奥格伦，
申请(专利权)人：杰瑞·G·奥格伦，
类型：发明
国别省市：美国;US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。