頭戴式裝置和系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求分別于2013年6月11日和2013年8月21日在英國(guó)專(zhuān)利局提交的 GB1310359. 3和GB1314968. 7的在先申請(qǐng)日的權(quán)益，上述申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于 本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及頭戴式裝置和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 本文中提供的"背景"描述是為了總體上呈現(xiàn)本發(fā)明的背景。在該背景部分中描 述的范圍內(nèi)，當(dāng)前所稱(chēng)的發(fā)明人的工作以及在提交時(shí)可能不屬于現(xiàn)有技術(shù)的描述的方面既 不明確地也不隱含地被承認(rèn)作為本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。
[0005] 頭戴式顯示器（HMD)是頭戴式裝置的一個(gè)例子。包括支撐一個(gè)或多個(gè)音頻換能器 的框架的音頻頭戴式耳機(jī)是頭戴式裝置的另一例子。頭戴式火炬或燈是頭戴式裝置的又一 例子。以下背景論述將主要涉及HMD，但是原理也可應(yīng)用于其它類(lèi)型的頭戴式裝置。
[0006] 在HMD中，提供可以穿戴在頭部上或作為頭盔的一部分的圖像或視頻顯示設(shè)備。 一只眼睛或兩只眼睛帶有小電子顯示設(shè)備。
[0007] -些HMD允許顯示圖像疊加在真實(shí)世界視圖上。該類(lèi)型的HMD可以被稱(chēng)為光學(xué)透 視HMD并且通常需要顯示設(shè)備定位在除了用戶(hù)的眼睛的正前方以外的某處。于是需要偏轉(zhuǎn) 顯示圖像使得用戶(hù)可以看到它的某種方式。這可以通過(guò)使用放置在用戶(hù)的眼睛的前方的 部分反射鏡從而允許用戶(hù)透視鏡，而且看到顯示設(shè)備的輸出的反射。在EP-A-1731943和 US-A-2010/0157433中公開(kāi)的另一裝置中，使用全內(nèi)反射的波導(dǎo)裝置用于從布置在用戶(hù)的 頭部的側(cè)面的顯示設(shè)備傳送顯示圖像使得用戶(hù)可以看到顯示圖像，但是仍然通過(guò)波導(dǎo)看到 真實(shí)世界的視圖。再一次地，在這些類(lèi)型的裝置的任意一個(gè)中，產(chǎn)生顯示器的虛擬圖像（使 用已知技術(shù)）使得用戶(hù)以合適的尺寸和距離看到虛擬圖像以允許輕松觀(guān)看。例如，即使物 理顯示設(shè)備可能是微小的（例如，IOmmX IOmm)并且可能離用戶(hù)的眼睛緊緊幾毫米，虛擬圖 像也可以布置成在離用戶(hù)（例如）20m的距離處由用戶(hù)感覺(jué)，具有5mX 5m的感覺(jué)尺寸。
[0008] 然而，其它HMD允許用戶(hù)僅僅看到顯示圖像，也就是說(shuō)它們遮擋圍繞用戶(hù)的真實(shí) 世界環(huán)境。該類(lèi)型的HMD可以將實(shí)際顯示設(shè)備定位在用戶(hù)的眼睛的前方，與將虛擬顯示圖 像置于用戶(hù)的合適距離（例如，與上述的光學(xué)透視HMD類(lèi)似的虛擬距離和感覺(jué)尺寸），從而 以輕松方式聚焦的適當(dāng)?shù)耐哥R或其它光學(xué)部件關(guān)聯(lián)。該類(lèi)型的設(shè)備可以用于觀(guān)看電影或類(lèi) 似記錄內(nèi)容，或者用于觀(guān)看表示圍繞用戶(hù)的虛擬空間的所謂的虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容。然而當(dāng)然例 如通過(guò)使用面朝前照相機(jī)生成用于顯示在顯示設(shè)備上的圖像，能夠在該類(lèi)型的HMD上顯示 真實(shí)世界視圖。
[0009] 盡管HMD的最初開(kāi)發(fā)可能由這些設(shè)備的軍事和專(zhuān)業(yè)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)，但是HMD越來(lái)越流 行由普通用戶(hù)例如用于計(jì)算機(jī)游戲或家用計(jì)算應(yīng)用中。
[0010] 已通過(guò)總體介紹提供前面的段落，并且不旨在限制以下權(quán)利要求的范圍。所述的 實(shí)施例與另外的優(yōu)點(diǎn)一起將參考結(jié)合附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)描述最佳地理解。
[0011] 本發(fā)明的各種方面和特征在附帶的權(quán)利要求中并且在伴隨的描述的文字中限定， 并且至少包括頭戴式裝置（如顯示器）和操作頭戴式裝置的方法以及計(jì)算機(jī)程序。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 本發(fā)明及其許多伴隨優(yōu)點(diǎn)的更完整領(lǐng)會(huì)將容易地獲得，原因是當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí) 其通過(guò)參考以下詳細(xì)描述變得更好理解，其中：
[0013] 圖1示意性地示出由用戶(hù)穿戴的HMD ;
[0014] 圖2是HMD的示意性平面圖；
[0015] 圖3示意性地示出由HMD形成虛擬圖像；
[0016] 圖4示意性地示出用于HMD中的另一類(lèi)型的顯示器；
[0017] 圖5示意性地示出一對(duì)立體圖像；
[0018] 圖6和7示意性地示出用戶(hù)穿戴連接到Sony?1 Playstation 3?游戲控制臺(tái)的 HMD ；
[0019] 圖8示意性地示出HMD的用戶(hù)的視圖的變化；
[0020] 圖9a和9b示意性地示出具有運(yùn)動(dòng)感測(cè)的HMD ;
[0021] 圖10示意性地示出基于光流檢測(cè)的位置傳感器；
[0022] 圖11示意性地示出響應(yīng)HMD位置或運(yùn)動(dòng)檢測(cè)生成圖像；
[0023] 圖12示意性地示出安裝在HMD上的魚(yú)眼透鏡；
[0024] 圖13示意性地示出由圖12的透鏡捕獲的圖像；
[0025] 圖14示意性地示出圖像扭曲處理；
[0026] 圖15示意性地示出校正處理；
[0027] 圖16示意性地示出特征點(diǎn)匹配處理；
[0028] 圖17示意性地示出向上定向的光源的陣列；
[0029] 圖18示意性地示出捕獲圖像的特征；
[0030] 圖19示意性地示出橫向定向的光源的陣列；
[0031] 圖20示意性地示出捕獲圖像的特征；
[0032] 圖21示意性地示出偏航檢測(cè)裝置；
[0033] 圖22示意性地示出基于圖像的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置；
[0034] 圖23是包含HMD的房間的示意性平面圖；
[0035] 圖24示意性地示出魚(yú)眼透鏡的視點(diǎn)；
[0036] 圖25示意性地示出偏航檢測(cè)器；
[0037] 圖26示意性地示出魚(yú)眼圖像和矩形圖像之間的變換；
[0038] 圖27示意性地示出由于HMD取向引起的對(duì)魚(yú)眼圖像的影響；
[0039] 圖28示意性地示出取向校正處理；
[0040] 圖29是示出檢測(cè)的組合的示意性流程圖；
[0041] 圖30示意性地示出將圖像分割成諸如象限的區(qū)域；以及
[0042] 圖31是示出檢測(cè)處理的示意性流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 現(xiàn)在參考圖1，用戶(hù)10正在用戶(hù)的頭部30上穿戴HMD 20(作為一般頭戴式裝置的 例子，其它例子包括音頻頭戴式耳機(jī)或頭戴式光源）。HMD包括在該例子中由后帶和頂帶形 成的框架40,以及顯示部分50。
[0044] 注意圖1的HMD還可以包括下面將結(jié)合其它圖描述、但是為了該初始解釋的清楚 起見(jiàn)未在圖1中顯示的另外特征。
[0045] 圖1的HMD完全（或至少基本完全）遮擋周?chē)h(huán)境的用戶(hù)視圖。用戶(hù)可以看到的 全部是顯示在HMD內(nèi)的一對(duì)圖像。
[0046] HMD具有關(guān)聯(lián)的頭戴式耳機(jī)音頻換能器或耳塞60,其配合到用戶(hù)的左和右耳70 中。耳塞60重放從外部源提供的音頻信號(hào)，所述外部源可以與提供顯示給用戶(hù)的眼睛的視 頻信號(hào)的視頻信號(hào)源相同。
[0047] 用戶(hù)只能看到由HMD顯示的內(nèi)容，并且受到耳塞和關(guān)聯(lián)電子器件的噪聲阻擋或主 動(dòng)抑制性質(zhì)的限制，只能聽(tīng)到經(jīng)由耳塞提供的內(nèi)容的事實(shí)的組合，意味著該HMD可以被視 為所謂的"全浸"HMD。然而注意在一些實(shí)施例中HMD不是全浸HMD，并且可以提供至少一些 設(shè)備以便用戶(hù)看到和/或聽(tīng)到用戶(hù)的周?chē)?。這可以通過(guò)在顯示裝置中提供一定程度的透明 度或部分透明度，和/或通過(guò)經(jīng)由HMD的顯示器投影外部的視圖（使用照相機(jī)、例如安裝在 HMD上的照相機(jī)捕獲），和/或通過(guò)允許周?chē)曇魝鬏斀?jīng)過(guò)耳塞和/或通過(guò)提供麥克風(fēng)以取 決于環(huán)境聲音生成輸入聲音信號(hào)（用于傳輸?shù)蕉?br>[0048] 面朝前照相機(jī)122可以在使用中在HMD的前方捕獲圖像。天線(xiàn)124 可以提供通信設(shè)備或者可以簡(jiǎn)單地作為定向天線(xiàn)布置以允許檢測(cè)附近藍(lán)牙發(fā)射器的方向。
[0049] 在操作中，提供視頻信號(hào)以便由HMD顯示。這可以由諸如視頻游戲機(jī)或數(shù)據(jù)處理 裝置（如個(gè)人計(jì)算機(jī)）的外部視頻信號(hào)源80提供，在該情況下信號(hào)可以通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)連 接82傳輸?shù)紿MD。合適的無(wú)線(xiàn)連接的例子包括Bluetooth⑨連接。用于耳塞60的音頻信 號(hào)可以由相同連接運(yùn)載。類(lèi)似地，從HMD傳到視頻（音頻）信號(hào)源的任何控制信號(hào)可以由 相同連接運(yùn)載。此外，電源83(包括一個(gè)或多個(gè)電池和/或可連接到電源插座）可以通過(guò) 線(xiàn)纜84連結(jié)到HMD。注意電源83和視頻信號(hào)源80可以是獨(dú)立單元或者可以具體化為相 同物理單元?？梢杂杏糜陔娏鸵曨l（和實(shí)際用于音頻）信號(hào)供應(yīng)的獨(dú)立線(xiàn)纜，或者這些 可以組合以便在單個(gè)線(xiàn)纜上運(yùn)載（例如，與USB線(xiàn)纜中一樣，使用獨(dú)立導(dǎo)體，或者以類(lèi)似于 "以太網(wǎng)供電"布置的方式，其中數(shù)據(jù)作為平衡信號(hào)并且電力作為直流電流在相同物理線(xiàn)的 集合上運(yùn)載）。視頻和/或音頻信號(hào)可以例如由光纖線(xiàn)纜運(yùn)載。在其它實(shí)施例中，與生成圖 像和/或音頻信號(hào)以便呈現(xiàn)給用戶(hù)關(guān)聯(lián)的功能性的至少一部分可以由HMD自身的電路和/ 或處理形成部分執(zhí)行。電源可以作為HMD自身的一部分被提供。
[0050] 本發(fā)明的一些實(shí)施例可應(yīng)用于具有將HMD連結(jié)到諸如電源和/或視頻（和/或音 頻）信號(hào)源的另一設(shè)備的至少一個(gè)電纜和/或光纜的HMD。因此，本發(fā)明的實(shí)施例可以例如 包括：
[0051] (a)HMD具有其自身的