一种虚拟现实增强设备及方法技术

本发明专利技术提供一种沉浸感强、视角宽广、结构简单的虚拟现实增强设备及方法。该设备包括显示成像器件（1）、摄像机（2）、视觉处理系统（3）、投影器件（4）及电源，所述显示成像器件（1）包括可视区域（11）和校准区域（12），可视区域（11）和校准区域（12）均分别在透明状态和非透明状态之间切换；其方法为：在透明状态下，摄像机采集现实影像，通过视觉处理系统处理后投影到非透明的现实成像器件上形成投影影像，通过比对，使投影影像与现实影像保持一致，而在校准区域内，视觉处理系统对影像不断校准并存储，在需要时快速地将存储的影像投影到可视区域内显示，在此期间，校准区域不断地变换状态。本发明专利技术用于虚拟现实智能设备领域。

A virtual reality enhancement device and method

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟现实增强设备及方法
本专利技术涉及虚拟现实智能设备领域，尤其涉及一种虚拟现实增强设备及方法。
技术介绍
增强现实（AugmentedReality，简称AR），是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实环境并进行互动。这种技术最早于1990年提出。随着随身电子产品运算能力的提升，增强现实的用途越来越广。现有的实现方法主要有基于显示器的增强技术和基于光学透射式的增强技术。如图1所示,基于显示器的增强技术主要是利用摄像机104实时采集现实环境中的物体103，并与视觉处理系统中的虚拟影像（如图中所示的“果实”图像）合并，并输出到设备显示屏105上，用户106最终在设备显示屏105上看到合成后的合成影像101。这种实现方法比较简单。但其存在沉浸感差的问题，显示与虚拟之间存在较大的差距，无法融为一体，给人虚拟与现实明显分开的感觉。如图2所示，在基于光学透射式增强技术中，摄像机204仍然需要实时采集现实环境中的物体203，但采集回来的影像只用于识别影像和获取物体的方位，不会在视觉处理系统中与虚拟物体合并。根据摄像机204识别出来的内容，把对应的虚拟物体（如图中所示的“果实”图像）通过投射设备205投射到一个半透明光学器件206上，这个器件可以把虚拟影像反射到用户207的眼睛里的同时，还能把前方的实际物体203通过透射传送到人的眼睛里，这样就实现了虚拟物体和现实物体的合成叠加，在用户207的眼睛里看到的影像如201。这种方法由于看到的是实际的物体，没有延迟，实际物体生动。但由于半透明光学器件206的面积有限，实际物体能够在同一时间进入人的眼睛的范围有限，亦即人的眼睛的视角角度有限。为了对周围事物的观察，人的头部会发生转动以获得更广的视角。然而，由于虚拟物体的叠加是比较大的技术难点，在人的头部发生快速转动时，目前的技术还很难做到随动地将虚拟影像同步反射到人的眼睛里与透射入人的眼睛的现实物体精准地合成叠加，现有的设备无法做到比较宽的视角，此时，往往会出现虚拟影像与现实物体的叠合不协调或者无法获得想要的叠合效果。此外，现有技术中的设备的体积往往比较大，较难做到小型化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种沉浸感强、视角宽广、结构简单的虚拟现实增强设备，以及利用该设备进行虚拟现实增强的方法，该方法操作简单，使现实与虚拟能够融为一体，保证具有较好的沉浸感，且具有较宽的视角体验。本专利技术所述虚拟现实增强设备所采用的技术方案是：所述虚拟现实增强设备包括显示成像器件、摄像机、视觉处理系统、投影器件及电源，所述电源为整个设备供电，所述显示成像器件包括可视区域和校准区域，所述校准区域位于所述可视区域的外围，所述可视区域和所述校准区域分别与所述视觉处理系统电信号连接，在所述视觉处理系统的控制下，所述可视区域和所述校准区域均分别在透明状态和非透明状态之间切换，所述摄像机透过处于透明状态的所述可视区域和/或所述校准区域采集现实环境的现实影像，处于非透明状态的所述可视区域和/或所述校准区域接收来自所述投影器件的投影影像，并反射到所述摄像机的镜头内；所述摄像机用于透过所述显示成像器件采集现实环境的现实影像和所述投影器件投影到所述显示成像器件后反射的投影影像并上传至所述视觉处理系统；所述投影器件用于将所述视觉处理系统输出的影像投影到所述显示成像器件上；所述视觉处理系统用于接收所述摄像机上传的现实影像和投影影像，校准投影影像到与现实影像相一致，将系统产生的虚拟影像融合到校准后的投影影像，将融合后的投影影像储存并输出到所述投影器件上，最后投影到所述显示成像器件上。上述方案可见，本专利技术通过显示成像器件、摄像机、视觉处理系统、投影器件及电源的设置，其结构简单，其中显示成像器件设置有可视区域和校准区域，且可视区域和校准区域分别与所述视觉处理系统电信号连接，即可视区域与校准区域能够分别被控制处于透明状态或是非透明状态；在可视区域内，摄像机通过透明状态下的可视区域采集这一区域对应的现实环境中的现实影像并上传至视觉处理系统中，视觉处理系统通过投影器件将接收到的现实影像投影到处于非透明状态的可视区域上，此时，非透明状态的可视区域具有反射的功能，摄像机采集到经过可视区域反射来的投影影像并上传视觉处理系统，视觉处理系统将之前接收到的现实影像与当前接收到的投影影像进行对比，计算得到的两种图像之间的差距，对投影影像进行校正，使投影影像与现实影像保持一致，并将投影影像与视觉处理系统自身产生的虚拟影像进行叠和处理，得到合成影像，再将合成影像输出到投影器件上并投影到所述可视区域上进行显示，从而实现视觉处理系统输出的合成图像可以尽可能的与现实图像相同，进而增强了设备的沉浸感；此外，位于可视区域外围的校准区域分布在人眼可视区域的外围，其正常工作时，这个区域处于校准状态，在这种状态下，摄像机通过透明状态下的校准区域采集这一区域对应的现实环境中的现实影像并上传至视觉处理系统中，视觉处理系统通过投影器件将接收到的现实影像投影到处于非透明状态的校准区域上，此时，非透明状态的校准区域具有反射的功能，摄像机采集到经过校准区域反射来的投影影像并上传视觉处理系统，视觉处理系统将之前接收到的现实影像与当前接收到的投影影像进行对比，计算得到的两种图像之间的差距，对投影影像进行校正，使投影影像与现实影像保持一致，并将投影影像与视觉处理系统自身产生的虚拟影像进行叠和处理，得到合成影像并存储，当人的头部有运动时，此时整个设备发生位姿变化，视觉处理系统检测设备的转动角度和方向，并快速地直接将存储的该方位上的合成影像投影到可视区域进行显示，此时，视角可以约等于摄像机的视角，从而消除视角小的情况。进一步地，所述可视区域和所述校准区域之间无缝对接，所述可视区域处于非透明状态时，其接收来自所述投影器件的投影影像，同时反射到观察者的眼睛里。由此可见，可视区域与校准区域为无缝对接，两者之间的过渡部分模糊化，从而避免了虚拟影像与现实影像合成时及发生透明与非透明状态的切换时边界的断续感，保证其具有较好的沉浸感；可视区域处于非透明状态下始终将接收到的投影影像反馈到观察者的眼睛里，从而保证进入观察者眼睛的影像始终是虚拟现实增强的状态，实现设备的增强功能。再进一步地，所述显示成像器件为液晶膜材质制成。由于液晶膜这种材质可以通过给其加电来控制其透明或者不透明，且效果明显，从而大大地简化了设备的结构，降低了成本，提高了设备运行的稳定性和可靠性。再又进一步地，所述可视区域和所述校准区域在透明状态和非透明状态之间切换的频率大于30Hz。由此可见，将两种状态的切换频率设置为大于30Hz，从而避免了虚拟影像和现实影像及状态切换时导致的断续感，保证设备的沉浸感。又再进一步地，所述视觉处理系统上还连接有陀螺仪、加速度计、磁力计、麦克风和扬声器。其中，陀螺仪用于测定整个设备的位姿变化的转动方位，所述加速度计用于检测设备位姿变化的加速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚拟现实增强设备，其特征在于：它包括显示成像器件（1）、摄像机（2）、视觉处理系统（3）、投影器件（4）及电源，所述电源为整个设备供电，/n所述显示成像器件（1）包括可视区域（11）和校准区域（12），所述校准区域（12）位于所述可视区域（11）的外围，所述可视区域（11）和所述校准区域（12）分别与所述视觉处理系统（3）电信号连接，在所述视觉处理系统（3）的控制下，所述可视区域（11）和所述校准区域（12）均分别在透明状态和非透明状态之间切换，所述摄像机（2）透过处于透明状态的所述可视区域（11）和/或所述校准区域（12）采集现实环境的现实影像，处于非透明状态的所述可视区域（11）和/或所述校准区域（12）接收来自所述投影器件（4）的投影影像，并反射到所述摄像机（2）的镜头内；/n所述摄像机（2）用于透过所述显示成像器件（1）采集现实环境的现实影像和所述投影器件（4）投影到所述显示成像器件（1）后反射的投影影像并上传至所述视觉处理系统（3）；/n所述投影器件（4）用于将所述视觉处理系统（3）输出的影像投影到所述显示成像器件（1）上；/n所述视觉处理系统（3）用于接收所述摄像机（2）上传的现实影像和投影影像，校准投影影像到与现实影像相一致，将系统产生的虚拟影像融合到校准后的投影影像，将融合后的投影影像储存并输出到所述投影器件（4）上，最后投影到所述显示成像器件（1）上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种虚拟现实增强设备，其特征在于：它包括显示成像器件（1）、摄像机（2）、视觉处理系统（3）、投影器件（4）及电源，所述电源为整个设备供电，
所述显示成像器件（1）包括可视区域（11）和校准区域（12），所述校准区域（12）位于所述可视区域（11）的外围，所述可视区域（11）和所述校准区域（12）分别与所述视觉处理系统（3）电信号连接，在所述视觉处理系统（3）的控制下，所述可视区域（11）和所述校准区域（12）均分别在透明状态和非透明状态之间切换，所述摄像机（2）透过处于透明状态的所述可视区域（11）和/或所述校准区域（12）采集现实环境的现实影像，处于非透明状态的所述可视区域（11）和/或所述校准区域（12）接收来自所述投影器件（4）的投影影像，并反射到所述摄像机（2）的镜头内；
所述摄像机（2）用于透过所述显示成像器件（1）采集现实环境的现实影像和所述投影器件（4）投影到所述显示成像器件（1）后反射的投影影像并上传至所述视觉处理系统（3）；
所述投影器件（4）用于将所述视觉处理系统（3）输出的影像投影到所述显示成像器件（1）上；
所述视觉处理系统（3）用于接收所述摄像机（2）上传的现实影像和投影影像，校准投影影像到与现实影像相一致，将系统产生的虚拟影像融合到校准后的投影影像，将融合后的投影影像储存并输出到所述投影器件（4）上，最后投影到所述显示成像器件（1）上。


2.根据权利要求1所述的一种虚拟现实增强设备，其特征在于：所述可视区域（11）和所述校准区域（12）之间无缝对接，所述可视区域（11）处于非透明状态时，其接收来自所述投影器件（4）的投影影像，同时反射到观察者的眼睛里。


3.根据权利要求1所述的一种虚拟现实增强设备，其特征在于：所述显示成像器件（1）为液晶膜材质制成。


4.根据权利要求1所述的一种虚拟现实增强设备，其特征在于：所述可视区域（11）和所述校准区域（12）在透明状态和非透明状态之间切换的频率大于30Hz。


5.根据权利要求1所述的一种虚拟现实增强设备，其特征在于：所述视觉处理系统（3）上还连接有陀螺仪、加速度计、磁力计、麦克风和扬声器。


6.根据权利要求1所述的一种虚拟现实增强设备，其特征在于：所述投影器件（4）为投影仪。


7.根据权利要求1所述的一种虚拟现实增强设备，其特征在于：所述视觉处理系统（3）为内置在所述虚拟现实增强设备上的计算机处理系统。


8.根据权利要求1所述的一种虚拟现实增强设备，其特征在于：所述视觉处理系统（3）为通过信号线连接的外置式计算机。


9.一种利用如权利要求1所述的虚拟现实增强设备进行虚拟现实增强的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a.所述电源上电，所述可视区域（11）和所述校准区域（12）均处于透明状态；
b.在所述可视区域（11）内，所述摄像机（2）通过透明状态下的所述可视区域（11）采集这一区域对应的现实世界中的现实影像并上传至所述视觉处理系统（3）中进行存储；
c.所述视觉处理系统（3）将接收到的现实影像输出到所述投影器件（4）上，所述投影器件（4）将现实影像投影到所述可视区域（11）上...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩玉争，刘晓东，杨永栋，罗春明，
申请(专利权)人：欧拓飞科技珠海有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44