基于偏振定向和組合定位的智能復合眼鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于偏振定向和組合定位的智能復合眼鏡，其結構是在鏡框上安裝了四組前視攝像頭和偏振片，以完成場景圖像和偏振圖像的攝??；通過嵌入在鏡腿中的嵌入式信息處理與綜合控制模塊，進行偏振、場景、運動等信號的數(shù)據(jù)處理，以產(chǎn)生方位、距離、位置等相關信息；在將這些信息進行可視化處理、并與場景等圖像合成之后，傳送至安裝在鏡框上沿的顯示單元中予以顯示。本發(fā)明既可保留普通眼鏡的基本功能、直接觀看到實際景象，還能在佩戴之后通過顯示單元看到一個虛擬的圖像，該虛擬圖像既可以是實際景象的一部分，也可以是各類有關定向、測距、查詢、提示等以文字或圖形方式顯現(xiàn)的信息。
【專利說明】基于偏振定向和組合定位的智能復合眼鏡

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能眼鏡，具體地說是一種基于偏振定向和組合定位的智能復合眼鏡。

【背景技術】
[0002]定向與定位是人們在戶外(尤其是在地標不明確的地區(qū)，如沙漠或海洋之中)活動時所需要的最基本的條件之一。目前能夠為個人使用的定向與定位工具，主要包括有指南針、六分儀、GPS以及車載慣性導航設備等，這些設備的使用準確有效，但是這些裝備多為獨立設備，攜帶和使用有所不便；另外，指南針僅有定向功能，不能實現(xiàn)定位；六分儀的操作比較復雜，耗時較長；GPS依靠衛(wèi)星通訊，時常受制于人，且更新速率有限；單純的慣導定向設備價格高昂，并存在有較大的積累誤差。
[0003]目前雖有多款具有顯示功能的智能眼鏡上市，但這些智能眼鏡無法通過簡單的技術改進，而使其滿足定向和定位的要求。盡管現(xiàn)在的定位、定向技術本身已經(jīng)較為成熟，而且具有不同的實現(xiàn)方式、得到了廣泛的應用，但相關產(chǎn)品多屬專用的設備，相對于眼鏡而言，都有體積和功耗太大之虞，無法實現(xiàn)與眼鏡的直接結合。
[0004]另外，眼鏡本身是一款增強視力或擴大視角的光學設備，對于眼鏡的改造和功能的添加，應以不影響、至少是少影響眼鏡的常規(guī)功能為前提。而目前流行的智能眼鏡多屬單目、單攝像頭方式。對于EyeTap類型的智能眼鏡而言，攝像頭的位置完全與觀察者某側瞳孔的位置相重合(如圖1所示)，其目的是使得獲取的影像能從視角方面完全復現(xiàn)觀察者裸眼看到的景象(如圖2所示)。
[0005]然而，由于攝像頭對瞳孔的全面遮擋，被遮擋的眼睛就只能看到通過光學系統(tǒng)所傳輸?shù)钠聊粓D像，其他所有視覺信息就只能由另一側未被遮擋的眼睛獲取。此外，這種設置方式還可能使得雙目所視的兩側圖像之間出現(xiàn)同步不暢等問題，并影響縱深感。所以，另外一些智能眼鏡就將攝像頭偏移至眼鏡的其它位置，以便進行瞳孔避讓或偏離(如圖3、圖4所示)。
[0006]但是，這種瞳孔避讓或偏離的設置方式，會因攝像頭的位置偏離了瞳孔實際觀察的位置而導致了 “視差”的出現(xiàn)。其結果是發(fā)生了經(jīng)過處理的虛擬圖像和直接觀察的現(xiàn)實圖像在觀測角度上產(chǎn)生偏離，進而造成了虛實圖像重組后的失真問題(如圖5所示)。
[0007]圖中，由于攝像頭與瞳孔不在同一位置而出現(xiàn)的視差，導致了 T型走廊墻面上虛擬顯示的窗口與實際物理墻面成一夾角，使得圖像變形，匹配欠佳。
[0008]對此，尚可根據(jù)攝像頭到瞳孔的距離，使用特定的算法進行圖像補償。但使用單獨的攝像頭無法確定景深，即便是獲得補償，也只能是作用于一個固定距離或是固定焦點，難以同時照顧近景和遠景的更多情況。
[0009]盡管上述多種智能眼鏡各有優(yōu)缺點，但在現(xiàn)有模式下，難以相互協(xié)調(diào)。即，要么犧牲一側眼睛直視的效果和相應的視野，要么接受可視信息重組后的變形。況且，兩者均有一個共同的問題，就是只能使用一側的眼睛進行虛擬影像的觀察。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的就是提供一種基于偏振定向和組合定位的智能復合眼鏡，主要是為方便使用者的戶外或野外的活動而設計，并且解決現(xiàn)有智能眼鏡存在的瞳孔遮擋和圖形的失真及偏離問題。
[0011]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:一種基于偏振定向和組合定位的智能復合眼鏡，包括鏡框和鏡腿，其特征是，還包括有:
偏振與攝像傳感單元，由呈陣列分布并安裝于所述鏡框上的若干攝像組件所組成，用于完成場景圖像和偏振圖像的攝?。幻總€所述攝像組件是在前視攝像頭的前端設置有偏振片和濾光片；
紅外傳感單元，安裝在所述鏡框的鼻梁架上，用于對所述偏振與攝像傳感單元中的所述前視攝像頭進行焦距調(diào)整；
嵌入式信息處理與綜合控制模塊，安裝在所述鏡腿中，用于對各傳感單元的輸入信息進行數(shù)據(jù)處理，得出顯示單元目視遮擋部分的場景圖像信息、目視前方的方向信息、眼鏡佩戴者從初始位置至當前位置的位置變化信息，并根據(jù)操作指令將得出的相關信息送顯示單元予以顯示；
顯示單元，由微型顯示器和光學投影組件所組成，安裝在所述鏡框上左、右眼框上沿的中部，但不遮擋人眼對前方的觀察視線，用于顯示目視前方遮擋區(qū)域的場景圖像、顯示目視前方的方向信息、顯示眼鏡佩戴者從初始位置至當前位置的位置變化信息，并可兼做計算機顯示器；
無線通訊單元，安裝在所述鏡框或所述鏡腿上，用于接收眼鏡佩戴者通過可穿戴輸入設備發(fā)出的操作指令，并向所述嵌入式信息處理與綜合控制模塊進行傳輸；以及
電源管理單元，安裝在所述鏡腿中，通過對電源的管理，為上述各部分中的電路提供工作電壓。
[0012]本發(fā)明還包括有:
慣性傳感單元，安裝在所述鏡腿中，用于將眼鏡佩戴者的運動方向、加速度、速度的變化信息輸入到所述嵌入式信息處理與綜合控制模塊，進行運動距離的估算。
[0013]所述嵌入式信息處理與綜合控制模塊包括有通訊與總控單元、偏振信息處理單元、攝像信息處理單元、紅外信息處理單元、圖像合成單元以及存儲基礎信息數(shù)據(jù)庫的存儲單元。
[0014]在所述鏡框中可以安裝或不安裝鏡片，所述鏡片可以是有色鏡片、無色鏡片、平光鏡片、曲面鏡片或視力矯正鏡片。
[0015]各所述攝像組件中的前視攝像頭的中心軸線相互平行，所述偏振片和所述濾光片的光學平面均分別垂直于攝像頭的中心軸線。
[0016]各所述攝像組件中的前視攝像頭的焦距均可調(diào)整，各所述前視攝像頭的焦距可以相同或不同。
[0017]在所述鏡腿的外側面安裝有用于擴展觀測視野的側視攝像頭。
[0018]在兩條所述鏡腿之間連接一條拱形頭帶，所述頭帶可以調(diào)整長度，還可掛接附加功能單元。
[0019]在兩條所述鏡腿之間連接一條頭帶，所述頭帶可以調(diào)整長度，還可掛接附加的功能單元。
[0020]基于偏振光的定位和導航方法，是以太陽光在大氣中的自然偏振特性為理論依據(jù)，利用大氣偏振光獲取裝置提取大氣偏振模式的信息并結合地理坐標和太陽位置，計算得到觀察者測量方向與地理南北方向之間的角度數(shù)據(jù)。同時，結合慣性傳感等信息，也可完成定位任務。這種偏振光定位方法充分利用了大氣偏振模式的穩(wěn)定性和不變性，在技術上具有抗干擾能力強、適用范圍廣、定位誤差不隨時間累積等特點。尤其是在沒有或難以檢測出GPS信號的情況下，其應用價值更顯重要。
[0021]本發(fā)明通過在鏡框上安裝呈陣列分布的前視攝像頭，并且在每個前視攝像頭前加裝偏振片和濾光片，形成偏振與攝像傳感單元，以完成場景圖像和偏振圖像的攝取。通過嵌接在鏡框或鏡腿中的紅外傳感單元、慣性傳感單元和嵌入式信息處理與綜合控制模塊，進行偏振、場景、運動等各類信號的采集和處理，以生成方位、距離、位置等相關數(shù)據(jù)信息。在將這些數(shù)據(jù)信息進行可視化處理、并與場景等圖像合成之后，實時傳送至顯示單元予以顯
/Jn ο
[0022]這樣，佩戴者便能以最為便捷的方式，直接“看到”目視前方的方向信息，以及從初始位置到當前位置的出行距離信息。使用者在佩戴本發(fā)明智能復合眼鏡后，在保留普通眼鏡的基本功能、能夠直接看到實際景象的同時，還可通過顯示單元看到一個虛擬的圖像。該虛擬圖像既可以是所遮擋的實際景象的一部分，也可以是有關定向、測距、查詢或提示等以文字或圖形方式顯現(xiàn)的各類信息。
[0023]以下是本發(fā)明所涉及和所采用技術內(nèi)容的詳細說明。
[0024]一、偏振定向概念與基于智能眼鏡的可穿戴定向方法。
[0025]天空偏振光分布模式和生物偏振光導航機理，為偏振光導航技術奠定了基礎。通過偏振光圖景，結合時間基準和太陽路徑表，便可計算得出使用者目視的方向信息。例如Lambrinos D與Wehner R等結合其偏振信息處理機制,設計了六通道偏振光導航傳感器。對該方法的進一步簡化和改進，又形成了偏振光導航的四通道傳感電路。
[0026]按照這些方法，每個檢測通道中均需設置一只光電二極管，用以接收檢測通道中的大氣偏振光信息，并轉換為傳感器硬件電路模塊的輸入信號。通過以模擬方式工作的對數(shù)放大器、運算放大器、濾波電路和模數(shù)轉換等一系列環(huán)節(jié)，進行增益與數(shù)字化處理。然后，進行偏振方向特征提取和偏振主方向角度的解算，最終獲得偏振航向角度信息。
[0027]盡管這種使用模數(shù)結合的處理方法作為獨立儀器使用時較為有效，但畢竟難以直接裝入可穿戴設備中。同時，儀器級別的偏振檢測定向設備具有非常高的精度要求，對其工作環(huán)境同樣要求苛刻，傳感器平臺本身甚至需要具有良好的暗室效應，需要傳感單元之間精確的位置關系，以及測量過程中的運動要求等。
[0028]本發(fā)明將偏振定向技術與作為可穿戴設備之一的智能眼鏡相結合，使之能為使用者提供一個相對準確的方位，而并非制作一款較高精度的定位設備。因此，本發(fā)明采用雙目結構以及相對簡單的四通道檢偏定向技術，并使用中心軸線相互平行的四只攝像頭代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光敏二極管，由此實現(xiàn)了檢偏定向與智能眼鏡的有機結合。
[0029]本發(fā)明充分利用已經(jīng)微型化的相關器件和組件，充分結合眼鏡的自身結構，很好地解決了現(xiàn)有智能眼鏡中雙目視覺欠缺、瞳孔遮擋和虛擬圖形偏離等問題，并且還派生出視場拓展技術、自動對焦方法以及固定焦距圖像合成等功能。
[0030]二、基于“數(shù)字分光”技術的偏振定向信息獲取。
[0031]為了獲得偏振光的光強數(shù)據(jù)，在前視攝像頭的前端裝配了濾光片和偏振片，形成一個鏡頭護罩。這樣，既保護了攝像頭免受污染和劃傷，又使攝像頭成為一個“偏振光傳感器”，由此取代了傳統(tǒng)的光敏二極管的設置。而且，用攝像頭替代光敏二極管，還可在獲得偏振信息的同時，與傳統(tǒng)智能眼鏡一樣，進行場景圖像的獲取。所以，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實際上是在處理每個攝像頭的圖像信息以供顯示的過程中，再按照一定的比例選定其中部分幀數(shù)，進行“圖像抽取-灰度處理-光強轉換”的運算，得出每個攝像頭相應的偏振光強等信息，再計算處理得出方向信息。
[0032]其最大的優(yōu)點是，這種對于攝像頭攝入的整個光束分別進行圖像信息和光強信息的處理方式，并不因為對于光學通路的“拆分”而在各自的光通量方面產(chǎn)生任何影響。這恰恰相當于能將一束光線拆分并服務于兩種用途的物理分光器，而且沒有任何由于拆分而引起的光線衰減。因此，可稱其為“數(shù)字分光器”。這樣，從光敏二極管到帶通濾波器，偏振定向系統(tǒng)中所使用的模擬器件幾乎可以全部被替代，并使其體積、功耗等整體參數(shù)基本取決于數(shù)字電路。這樣對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和存儲能力盡管有很高的要求，但依目前的芯片技術和軟件技術而言，均是可以實現(xiàn)的，并且也已經(jīng)可以使系統(tǒng)做得小巧和精致，直接用于智能眼鏡等可穿戴設備中。
[0033]三、基于偏振定向方式的組合定位問題。
[0034]使用GPS等設備可以進行“絕對定位”，即獲得目標方位的詳細的經(jīng)緯度參數(shù)。與之不同的是，本發(fā)明所述的定位是一種“相對定位”，其主要目的是在于解決勘察、旅行、遠足等工作或運動過程中，使用者在任意時刻相對于初始位置的確定以及行程的記錄，即解決“向何方走多遠”的問題。
[0035]通過前述偏振光檢測的數(shù)字化和可視化方法，可以解決可穿戴設備的定向問題。但是，按此方式僅僅依靠偏振方式還是無法實現(xiàn)定位要求的。在不求助于GPS等定位系統(tǒng)的情況下，使用慣性器件，就是一個較為現(xiàn)實和可行的遠距定位方式。
[0036]隨著三軸加速度傳感芯片等新型技術和器件的出現(xiàn)，慣性傳感的小型、微型化，使其應用領域日趨擴展和成熟。所以，可穿戴運動系統(tǒng)的基準位置定標和測量等問題均可借助此類技術，通過對加速度、速度、位移等物理量的檢測來實現(xiàn)。在本人在先前申請專利的“用于電子設備的可穿戴式輸入裝置”中(申請?zhí)?CN201410272210.6)，也公開了與之類似的慣性傳感定位的技術解決方式。
[0037]在上述發(fā)明中，慣性傳感單元與地面之間的任何運動均會被悉數(shù)記錄。動作單元中的加速度信息通過一次積分、二重積分運算和相關角速度數(shù)值的修正后，得到各自的速度、距離等參數(shù)。然而，這些參數(shù)并不包含方向信息。若與本發(fā)明按照偏振方式所提供的方向信息進行“組合”，作為“第一手資料”實時傳至數(shù)據(jù)處理單元，便可一并進行運動辨識與方向、路徑的統(tǒng)計。進而，在初始位置已知的情況下，根據(jù)實測距離和定向信息，在完成“重復路徑消隱”等工作后，即可推算得出使用者二維的相對位置坐標，由此得到使用者在任意時刻相對初始位置的定位。
[0038]四、圖像顯示的“同位虛擬”技術本發(fā)明采用的“同位虛擬”技術，正是為了解決現(xiàn)有智能眼鏡存在的處理后的虛擬圖像與直接觀察的現(xiàn)實圖像在觀測角度上會產(chǎn)生偏離，造成虛實圖像重組后的失真問題，以及只能使用一側的眼睛進行虛擬影像的觀察的問題而設計。
[0039]本發(fā)明的眼鏡基本形狀與傳統(tǒng)的眼鏡近似，如圖6所示，但在鏡框的四角又各安裝一個前視攝像頭，并在每個攝像頭前端設置一個偏振片。這樣，既保證了偏振定向必須具有四個通道的基本要求，又能使前視攝像頭完全避開了眼鏡鏡片的主要可視區(qū)域(即瞳孔區(qū)域)。
[0040]鑒于目前尚無能在2-3cm的極近距離直接投射觀看的薄膜類液晶產(chǎn)品，所以本發(fā)明只能選用帶有光學系統(tǒng)的液晶投射模塊，分別用作虛擬圖像對應于左、右雙目的顯示單元，并且，顯示單元的設置也基本避開了主要的瞳孔區(qū)域。這種具有雙目效應的顯示單元的設置方式，與現(xiàn)有智能眼鏡的單側顯示結構和效果自然大不相同。
[0041]在圖像處理的過程中，因需兼顧偏振檢測時的分組需要，特選定偏振與攝像傳感單元中左側的兩個攝像組件為第一組，右側的兩個攝像組件為第二組。每一組內(nèi)偏振片的起始偏振化方向相互垂直，構成相互正交的感受通道。兩組之間的偏振化方向可固定于直角之內(nèi)的任意角度，一般多以60°或90°為佳。
[0042]此外，各攝像組件中攝像頭的光學參數(shù)需要完全一致，且光軸平行。但因其安裝位置不同，使得對于同一時刻攝入的四幅圖像而言，除了可能具有亮度的差異之外，取景范圍自然有所不同。為了合成可供左、右鏡框上的兩個顯示單元各自的顯示內(nèi)容，首先要對四個前視攝像頭的攝入內(nèi)容作為子圖進行分別處理，再進行合成。
[0043]為了簡化虛擬圖像的處理過程，可暫不考慮亮度的偏差。因鏡框一側的上、下兩個攝像頭的光軸均與該側瞳孔的光軸并不相重合，所以需結合二者的信息，先形成與瞳孔在高度上一致的虛擬圖像，即在位置上縱向取中。若以左側兩個攝像組件為例，可如圖7所示。同樣，橫向范圍的位置修正需要分別借鑒左邊的兩個攝像頭和右邊的兩個攝像頭的縱向取中后的虛擬圖像進行(如圖8所示)。
[0044]當然，此時不能簡單地進行橫向位置取中，而是需要按照一定的距離比例，將虛擬的圖像進行“右移”，使其恰到瞳孔位置。右側圖像同樣需要在縱向居中的基礎上進行橫向的左移，其原理與左側圖像處理方式相同。
[0045]左、右兩側的圖像信息各自經(jīng)過縱向、橫向的數(shù)字處理后，合成為左、右虛擬圖像，分別顯示于左側的顯示單元和右側的顯示單元。在視覺上，也就相當于具有了左、右兩個“虛擬攝像頭”的觀察效果。
[0046]若是考慮到每個攝像頭因為偏振片的偏差帶來的亮度的變化，情況則略顯復雜，但仍可通過實驗，建立相應的數(shù)學模型，并通過軟件方式進行補償。
[0047]本發(fā)明采用的“同位虛擬”技術，就是使用多個攝像頭攝像并將所攝圖像綜合處理，使其相對于從與瞳孔位置相同的“虛擬攝像頭”進行場景拍攝，以使攝像角度與瞳孔觀察的角度保持一致。這樣，既可避開瞳孔位置、不會影響正常視場，又能形成相對于從瞳孔角度所見的信息，即與瞳孔“同位”。因此，從顯示單元上看到的虛擬圖像和直接看到的真實圖像可以保持觀察角度的一致。具體體現(xiàn)在能夠達到圖2所顯示的效果，使墻面上的虛擬顯示窗口所顯示的內(nèi)容與直接看到的實際墻面從方位、比例等方面，盡可能地貼合。
[0048]五、基于攝像陣列的圖像重組技術。
[0049]在本發(fā)明中，“同位虛擬”技術的實現(xiàn)尚需基于圖像重組的技術，而在不需進行同位虛擬的情況下，還可通過圖像重組，特別是通過安裝在兩側鏡腿上的側視攝像頭的并入，可在更大程度上拓展視野。該項技術的核心主要在于圖像的拼接和剪裁。為此，可首先考慮簡化后的單目雙攝像及其圖像顯示的情況(如圖9所示)。
[0050]該方式可由一個微型顯示屏和兩個攝像頭所組成，構成“圖像雙采、合成顯示”的模式。虛擬瞳孔兩側的攝像頭所拍攝的左、右視野內(nèi)容有所重和并相關。因視角不同，還可由此而確定景深。進而，可將視角的解碼信息和視差通過相應的算法，形成虛擬的瞳孔視角。即，映射到虛擬瞳孔區(qū)的虛擬圖像應是左、右兩側攝像內(nèi)容重組的結果。如有需要，還可相應地拓展視野。
[0051]現(xiàn)階段較為流行的二維變形技術(例如基于View Morphing等方法的中間視角圖像合成軟件)可將一幅數(shù)字圖像以一種自然流暢的方式變換成另外一幅數(shù)字圖像。但由于其預處理過程復雜且運算量太大，一般只是多見于以離線方式進行影像作品的后期效果制作。盡管隨著嵌入式處理器運算能力的提高，將來亦可實時完成此類工作，但在目前的可穿戴技術條件下尚難實現(xiàn)。
[0052]若是考慮到本發(fā)明每一時刻僅對虛擬瞳孔四周以陣列方式同時產(chǎn)生的四幅“圖片”進行處理、使其成為分別對應于雙眼瞳孔位置的視覺信息的具體特點，則可大大簡化重組方案與算法，使之能用現(xiàn)有嵌入式處理器實時完成。
[0053]六、基于紅外測距技術的近距快速定位對焦方法。
[0054]本發(fā)明智能復合眼鏡主要是為滿足戶外活動的需求而設計，此時以觀察遠處景物為主，焦距問題并不明顯，定于無窮遠即可。盡管如此，本發(fā)明仍需考慮許多近距離或室內(nèi)使用的情況。在這種情況下，能使智能眼鏡迅速、準確地聚焦，即解決近距離的定位問題尤顯重要。
[0055]實際上，目前許多類似于手機應用的微型攝像頭已經(jīng)具備了電子對焦的功能。當攝像頭捕捉到圖像后，處理器便會選擇部分區(qū)域作為對焦區(qū)域，相關原始數(shù)據(jù)就會在處理器中得到分析，并用一個對焦評價函數(shù)對圖像清晰度進行評價，即檢查圖像中毗鄰像素之間的密度差異。如果對焦不準，原始圖像毗鄰的像素密度將十分接近。從數(shù)字信號處理角度而言，就是高頻分量不足。于是，處理器根據(jù)評價結果，通過攝像頭中的調(diào)焦電路實施對焦動作。
[0056]本發(fā)明使用紅外傳感單元進行紅外測距，利用紅外測距方式可以實時得到距離信息，在進行數(shù)據(jù)處理后，即能夠形成近距離的快速定位調(diào)焦參數(shù)，使得眼鏡上的攝像陣列具有了寬廣的焦距調(diào)節(jié)范圍和更為靈活的圖像處理方式。同時，本發(fā)明智能復合眼鏡還可使人眼觀察的景物通過攝像頭反映在顯示單元中，使其更加清晰。即，通過這種調(diào)焦方式，達到普通的雙光眼鏡的變焦或是液晶眼鏡的液晶調(diào)焦的作用效果。
[0057]目前，從工業(yè)機器人的運動定位，到醫(yī)療領域中的靜脈定位，甚至是具有定位功能的玩具小車，數(shù)米之內(nèi)的紅外測距技術已經(jīng)非常成熟。本發(fā)明使用紅外測距技術的最大特點，就是在數(shù)厘米至數(shù)米的較近距離內(nèi)，都能夠準確定位本眼鏡所朝向的物體，并進行實時測距。數(shù)據(jù)處理器將距離信息進行處理后，立即控制眼眶上相應位置的攝像組件中的攝像頭，并使其迅速完成調(diào)焦動作，以保證虛擬顯示區(qū)域的內(nèi)容始終清晰。
[0058]另外，根據(jù)對于所目視的物體測距后的結果和其他要求，甚至可將不同焦距范圍的攝像頭進行組合使用。這樣，既可將其調(diào)整到同一焦距，又可選用其不同焦距范圍進行單獨的圖像處理和顯示，以“多焦距”方式從整體獲得更大的調(diào)焦范圍。而此類功能對于目前的軟件控制技術而言，已經(jīng)不是問題，只是需要使用者在實際使用過程中進行適應或選擇。
[0059]由此即可將可視物體的焦距與使用者具體的視力情況以更為靈活、方便的方式進行匹配，不必手工控制，同時還能夠解決自動調(diào)焦的范圍受限的問題。甚至可將最為常用的一組焦距或方式按照佩戴時所適合的習慣進行“固定”，即根據(jù)不同的焦距適應情況，通過軟件的調(diào)整，進行適合佩戴者自身特點的焦距“定制”，以滿足個性化的使用要求。
[0060]這不僅對于難以避免“花眼”癥狀的中老年人來說意義重大，而且對于某些處于長時間近距離閱讀的青年使用者同樣會有所幫助。即，有望使其在使用屏幕的閱讀過程中，改變閱讀模式，能因不必強制其調(diào)節(jié)晶體曲率的睫狀肌進行近距離聚焦而得到放松，進而減輕視覺疲勞。特別是，尚有可能預防或緩解年輕人群中比較廣泛的近視問題。
[0061]近距離、多焦距的定位技術還可以協(xié)助實現(xiàn)不同景深、更大視場的圖像拼接。如果此時再將側視攝像頭所拍攝的畫面并入，則可在一定程度上產(chǎn)生廣泛應用于虛擬現(xiàn)實和計算機視覺等多種領域的全景信息的效果。這樣就可在不方便轉頭、轉身的情況下，滿足擴大視野和觀察、拍攝周邊環(huán)境等特殊需求。
[0062]綜上所述，本發(fā)明將偏振光定向技術應用于智能眼鏡之上，輔之以慣性傳感和紅外定位等技術,形成了以偏振檢測、綜合定位、數(shù)據(jù)處理、信息整合和虛實顯示等一體化為技術特征的新型智能復合眼鏡。通過全環(huán)節(jié)、全過程數(shù)字化處理的方法和技術，使相關信息能以圖形圖像方式直接通過液晶-光學投影系統(tǒng)投射于佩戴者的眼睛中。由此可在保證具有正常的視覺內(nèi)容和足夠的視野范圍的同時，還能直接讀出方向、位置和距離等多種信息，以滿足使用者的戶外或野外活動的使用需要。
[0063]本發(fā)明智能復合眼鏡的主要特點是:①將四通道檢偏組件直接裝配于眼鏡框架上，形成具有一定精度的定向功能模塊；②使用攝像頭與相應的處理器組合，通過“數(shù)字分光”取代傳統(tǒng)的光電二極管進行入射光的強度信號采集；③在攝像頭表面裝配具有濾光片和偏振片，并以此作為保護玻璃片，在使攝像頭成為偏振光“傳感器”的同時，保護其免受污染和劃傷；④使用“同位虛擬”的瞳孔視野合成技術，既相當于能從瞳孔角度拍攝景象，又可避免攝像頭對于瞳孔的直接遮擋；⑤通過多個攝像頭所攝圖像的處理，可在虛擬圖像中也形成具有立體效果的雙目視覺；⑥在兩個鏡腿的前端外側面各裝一個不帶偏振檢測功能的側視攝像頭，以便必要時擴大眼鏡視野，或在需要時對身邊兩側的人或物進行不動聲色的觀察或拍照；⑦因為各種功能模塊的添加，使得眼鏡自身增重不少，為了減輕眼鏡佩戴時鼻梁和耳根所承受的壓力，可在兩個鏡腿之間增加一條可調(diào)節(jié)、可拆卸的頭帶，以利于分壓和穩(wěn)定；甚至，還可將一些附帶的功能模塊掛接或裝入至該頭帶，以增加眼鏡的其他功能。
[0064]本發(fā)明從重新規(guī)劃眼鏡自身結構和功能的角度，很好地解決了傳統(tǒng)智能眼鏡存在的瞳孔遮擋和圖形偏離等相關問題。通過對方向、距離信息的采樣、處理和顯示，實現(xiàn)了智能眼鏡的定向與定位。將本發(fā)明與本人在先申請專利的“用于電子設備的可穿戴式輸入裝置”相配合，可在充分獲得各類信息的同時，盡量“解放”使用者的雙手。本發(fā)明最大的優(yōu)勢還在于，完全利用自然參數(shù)和自身數(shù)據(jù)工作，具有適應不同氣候的特點和較強的電磁抗擾能力，并且不會受類似GPS等他人因素的影響和制約，使用更加靈活自如。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0065]圖1是現(xiàn)有EyeTap智能眼鏡的使用狀態(tài)圖。
[0066]圖2是佩戴EyeTap智能眼鏡時虛實圖像重組后的顯示效果圖。
[0067]圖3是一種攝像頭避讓瞳孔位置的智能眼鏡的局部結構示意圖。
[0068]圖4是一種攝像頭偏離瞳孔位置的智能眼鏡的使用狀態(tài)參考圖。
[0069]圖5是佩戴圖3類型眼鏡時虛實圖像重組后的顯示效果圖。
[0070]圖6是本發(fā)明的外觀結構示意圖。
[0071]圖7是本發(fā)明采用的“同位虛擬”技術中縱向取中的虛擬圖像處理方式示意圖。
[0072]圖8是本發(fā)明采用的“同位虛擬”技術中橫向修正的虛擬圖像處理方式示意圖。
[0073]圖9是本發(fā)明采用的“同位虛擬”技術中簡化后的單目雙攝像的圖像顯示示意圖。
[0074]圖10是本發(fā)明具體實現(xiàn)方式的結構框圖。
[0075]圖11是偏振與攝像傳感單元中單個攝像組件的結構示意圖。
[0076]圖12是偏振定向信息獲取方式的工作流程圖。
[0077]圖13是佩戴本發(fā)明眼鏡觀看時實際場景與虛擬區(qū)域疊加所形成的圖像。
[0078]圖14是佩戴本發(fā)明眼鏡觀看時實際場景與虛擬圖像在眼鏡中的顯示效果示意圖。
[0079]圖15是佩戴本發(fā)明眼鏡的兩個視覺區(qū)域的大致劃分圖。
[0080]圖16是本發(fā)明智能復合眼鏡的工作流程圖。
[0081]圖中:01、左側鏡腿，02、左下攝像組件，03、左上攝像組件，04、左側鏡腿空腔，05、左側顯示單元，06、左側光學鏡片，07、紅外收發(fā)器，08、鏡框，09、右側光學鏡片，10、右側顯示單元，11、右上攝像組件，12、右下攝像組件，13、右側鏡腿，14、側視攝像頭，15、右側鏡腿空腔，16、頭帶，21、前視攝像頭，22、攝像組件安裝底座，23、內(nèi)固定環(huán)，24、外固定環(huán)，25、偏振片，26、濾光片，27、橡膠壓緊與密封圈。

【具體實施方式】
[0082]本發(fā)明智能復合眼鏡的外形結構如圖6所示，在鏡框08的兩邊安裝有左側鏡腿01和右側鏡腿13，構成傳統(tǒng)的眼鏡框架；在左側鏡腿01中開設有左側鏡腿空腔04，在右側鏡腿13中開設有右側鏡腿空腔15。上述眼鏡框架是本發(fā)明中所有硬件模塊的載體，且不影響傳統(tǒng)鏡片的安裝。所以，在鏡框08中既可不裝鏡片，也可安裝光學鏡片。圖6中的左側光學鏡片06和右側光學鏡片09可以是平光鏡片、有色鏡片，還可是具有視力矯正功能的各類光學鏡片。后者可以實現(xiàn)矯正眼鏡與智能眼鏡的合二為一，以滿足不同使用者的使用需要。在鏡框08的四角各裝一個攝像組件，左上角的是左上攝像組件03，左下角的是左下攝像組件02，右上角的是右上攝像組件11，右下角的是右下攝像組件12，四個攝像組件在同一基面構成一個前向攝像陣列，構成偏振與攝像傳感單元。
[0083]如圖11所示，每個攝像組件的一種具體實現(xiàn)和裝配方式是:先將具有外螺扣的攝像組件安裝底座22通過具有雙面螺扣的內(nèi)固定環(huán)23旋緊在鏡框08的預留孔內(nèi)，前視攝像頭21安裝在攝像組件安裝底座22所形成的空腔中。在攝像組件安裝底座22的前端口安裝有偏振片25和濾光片26，偏振片25與濾光片26之間夾襯有橡膠壓緊與密封圈27，再通過具有內(nèi)螺扣的外固定環(huán)24對內(nèi)固定環(huán)23前端口的旋接緊固，即可將攝像組件固定于鏡框08上。攝像組件中的偏振片25和濾光片26的光學平面分別垂直于前視攝像頭21的光軸線。
[0084]為了構成有效的檢偏器，左下攝像組件02和左上攝像組件03可設定為第一組，右上攝像組件11和右下攝像組件12可設定為第二組；每一組內(nèi)偏振片的起始偏振化方向相互垂直，構成相互正交的感受通道，兩組之間的偏振化方向可固定于60°，由此形成光軸相互平行的左、右兩組偏振檢測單元。
[0085]圖6中，在鏡框08的兩個眼眶的上沿中部各安裝一個顯示單元，即左側顯示單元05和右側顯示單元10。兩個顯示單元均是由微型顯示器和光學投影組件所組成。微型顯示器用于近距離提供可視圖像；光學投影組件是由菲涅爾透鏡和棱鏡等所組成的一個光學系統(tǒng)，可將微型顯示器中所顯示的圖形或圖像予以放大，并轉換成平行光束投射到觀察者的瞳孔之中，等效于將晶體前端的物距大大延伸，從而，使得使用者能夠以很大的視角對微型顯示器所顯示的畫面進行輕松和清晰的觀看。
[0086]在鏡框08中心的鼻梁架上安裝有紅外收發(fā)器07，作為紅外傳感單元，用于對攝像組件中的前視攝像頭21進行焦距調(diào)整，還可用于測距。
[0087]本發(fā)明智能復合眼鏡的總體結構如圖10所示，包括有偏振與攝像傳感單元、紅外傳感單元、慣性傳感單元、嵌入式信息處理與綜合控制模塊、顯示單元、無線通訊單元和電源管理單元等部分。其中，嵌入式信息處理與綜合控制模塊、無線通訊單元以及慣性傳感單元等以電路形式構成的電路組件可安裝在左側鏡腿空腔04內(nèi)，電池及與之相關的電路組件可安裝在右側鏡腿空腔15內(nèi)(圖6)。
[0088]在硬件電路足夠強大的時候，嵌入式信息處理與綜合控制模塊可以采用單一的集成處理器電路。由于本發(fā)明中的嵌入式信息處理與綜合控制模塊的數(shù)據(jù)處理量巨大，單一的數(shù)據(jù)處理器的運算速度很可能無法滿足本發(fā)明眼鏡的實際觀察和使用需要。因此，在目前的條件下，可設置若干個專用數(shù)據(jù)處理器。每個數(shù)據(jù)處理器進行單一功能的數(shù)據(jù)處理，再由一個數(shù)據(jù)處理器進行總控協(xié)調(diào)和對外通訊，即由ARM、DSP以及基于FPGA的處理器等不同類型的數(shù)據(jù)處理器組成一個處理器陣列，所有處理器和智能器件之間均通過I2C等總線進行連接與通信。
[0089]嵌入式信息處理與綜合控制模塊包括通訊與總控單元、偏振信息處理單元、攝像信息處理單元、紅外信息處理單元、慣性信息處理單元、圖像合成單元、電源管理單元以及存儲單元等，在存儲單元中存儲有自然偏振等基礎信息數(shù)據(jù)庫，如圖10所示。
[0090]其中，通訊與總控單元分別與各信息處理單元通過總線連接，對其進行總控與協(xié)調(diào)；并且直接與所述無線通訊單元相接，用以接收穿戴式輸入設備輸入的相應操作指令。
[0091]偏振與攝像傳感單元分別與偏振信息處理單元和攝像信息處理單元相接，用以輸入陣列攝像組件攝取的偏振光強信息和景物圖像信息；對于攝像信息處理單元處理后的景物圖像數(shù)據(jù)信息，通過圖像合成單元的合成處理，輸出到顯示單元，形成虛實結合的景物圖像；對于偏振信息處理單元處理得到的偏振光強信息，比較基礎信息存儲單元中存入的偏振基礎數(shù)據(jù)庫信息，得出眼鏡目視前方的方向信息，再經(jīng)圖像合成單元，送顯示單元予以顯
/Jn ο
[0092]紅外傳感單元與紅外信息處理單元相接，僅僅在近距觀察時使用。紅外距離信息經(jīng)紅外信息處理單元處理后，直接用于調(diào)整各對應攝像組件中前視攝像頭的焦距。
[0093]慣性傳感單元與慣性信息處理單元相接，用以輸入慣性傳感單元與地面之間的運動信息。經(jīng)慣性信息處理單元的數(shù)據(jù)處理結果并結合方向信息，可以推算得出眼鏡使用者的相對位置坐標，以得到眼鏡使用者在任意時刻相對初始位置的定位信息，經(jīng)圖像合成單元，送顯示單元予以顯示。
[0094]本發(fā)明是實際眼鏡與虛擬眼鏡的復合體，而且其虛擬圖像同樣可有類同于雙目視覺的立體效果和景深。使用者在佩戴本發(fā)明眼鏡之后，各傳感檢測單元感知方向便與使用者臉部的朝向保持一致。因此，若需調(diào)整各傳感檢測單元對于天空的感知視角，僅需輕松、緩慢、穩(wěn)定地轉動頭部即可。同時，還可以從微型顯示器中同步看到定向的過程和效果。
[0095]偏振傳感器的功能是獲得偏振圖像，在本發(fā)明中使用帶有偏振片的攝像頭完成偏振光的檢測和信號轉換，偏振信息處理單元用于信號的調(diào)理和誤差補償。
[0096]在不同的天氣環(huán)境下，使用不同的濾鏡有助于提高攝像頭對于相應光照的敏感程度。所以，本發(fā)明在攝像組件中加裝濾光片，以便對于入射光進行特定波段的選擇，避免不同波段之間的干擾，增加穩(wěn)定性。
[0097]濾光片26和偏振片25在提供相應功能的同時，也形成了對前視攝像頭21的保護。攝像組件通過外固定環(huán)24的旋緊方式予以固定，以便拆卸和調(diào)換。偏振片25可以繞其軸向進行一定角度的旋轉安放，以供裝配和使用過程中的調(diào)試。
[0098]在測向過程中，需要盡量使眼鏡的觀測方向與太陽矢量相垂直，即令前視攝像頭21的光軸從正對太陽的方向側轉90°，這樣就可避開太陽光的直射，轉而向垂直于陽光的方向觀測，此時能使測量通道處于最大偏振方向，且具有很強的穩(wěn)定性，以利于快速定向。若遇陰雨等光線不好、無法大致定位太陽方向的情況時，則需要面向不同高度和方向多做幾次嘗試即可。初次定向后，鏡框內(nèi)的慣性傳感裝置就可提供連續(xù)的角度變化信息。其累積誤差可由下一次偏振定向所糾正。此外，因陽光照度在一日之內(nèi)的變化極大，所以，攝像組件應當具備靈敏度高、響應范圍大和線性度好的特點。
[0099]DigitalOptics公司推出的自動對焦攝像頭模塊mems | cam在Z軸方向高度5.1mm,并集成了 OmniVis1n 8835圖像傳感器和富士通Milbeaut圖像信號處理器。其聚焦范圍從1cm到無窮遠，而峰值功耗僅為0.45mW，非常適合安裝在本發(fā)明以及其他可穿戴設備中使用。
[0100]對于場景圖像的獲取而言，本發(fā)明同樣可在前述使用攝像陣列完成組合模式使用的基礎上，對其各個攝像頭進行分別使用，以便在需要對精細圖像或某物品的局部進行仔細觀察時，選定某一攝像頭單獨工作。此時，根據(jù)使用者的視力情況等具體要求，可對于每側鏡片的四個攝像頭進行焦距的初步“固定”，即進行“粗調(diào)”，分為很近(精細操作，物距20cm左右)、較近(正常閱讀，物距40cm左右)、較遠(觀看電視，物距4m左右)和很遠(眺望遠方，物距無限遠)共四個檔次。然后，數(shù)據(jù)處理器根據(jù)紅外傳感單元07的檢測輸出結果，實現(xiàn)精確的對焦調(diào)整動作。
[0101]另一方面，若是某個攝像頭出現(xiàn)故障，本發(fā)明也能通過軟件選擇和屏蔽的方法，保證主要功能的實現(xiàn)。實際上，只要左右兩側各有一個前視攝像頭完好無損，其基本的立體視覺就能夠保證。
[0102]本發(fā)明中的慣性傳感單元包括慣性傳感器芯片和相應的數(shù)據(jù)處理電路，以進行加速度、速度和距離的運動信息測量。通過加速度、速度的變化情況，進行運動距離的估計，再與不同時刻的運動方向變化等數(shù)據(jù)進行對照、組合后，能夠處理成為運動過程中的定位結果。慣性傳感器芯片可選Bosch公司的9軸MEMS慣性測量單元BMX055，其內(nèi)部集成了 12位三軸加速度計、16位三軸陀螺儀和寬量程三軸磁力計，封裝尺寸僅為4.5X3.0X0.95mm,功耗小于15mW。
[0103]由于各攝像組件之間固有的設置距離，使得圖像不能完全重合。對于相鄰攝像頭之間的重疊部分，也可以直接形成具有立體視覺效果的圖像，分別顯示于左、右兩個微型顯示器中，或者是進行具有瞳孔直視效果的“同位虛擬”工作。此外，還可將相鄰圖像予以對齊，并拼接成為一幅圖片，以便在保證高分辨率的同時，對視場也有適度的擴大。
[0104]此后的顯示工作則與現(xiàn)有的智能眼鏡技術相同。高精度的微型顯示器可以使用基于Himax Display公司的0.37〃彩色串行LCOS組件HX7318完成，其分辨率為1366X768。裝于智能眼鏡之后，能令使用者感到這種顯示效果能與2.4米外的25英寸高清屏幕近似。
[0105]所以，使用此類微型顯示器并輔之以相應技術后，同樣可以用其播放影視類內(nèi)容。不過，若考慮能使眼睛長時間、舒適地觀看此類內(nèi)容，顯示單元最好設計成為位置可調(diào)的結構，使其既能以避開主要瞳孔視區(qū)的常規(guī)方式工作，又能在需要時正對瞳孔，使佩戴者以平視、且“全屏”的方式觀看。
[0106]在本發(fā)明智能復合眼鏡中，因采用了數(shù)字分光技術而使得攝像環(huán)節(jié)能夠“一分為二”，既提供場景圖像數(shù)據(jù)，又提供偏振定向數(shù)據(jù)；同時，又需要進行與智能眼鏡相關的多項服務。所以，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的工作量非常之大。如前所述，目前的單一數(shù)據(jù)處理器結構難以滿足智能眼鏡的數(shù)據(jù)處理內(nèi)容與要求。為此，本發(fā)明采用了多核處理方式，使得核心處理器能夠根據(jù)總的任務統(tǒng)一協(xié)調(diào)。而基于專用處理器所構成的各個處理單元，則按其特點和任務接收指令，各自進行相關的數(shù)據(jù)處理，并最終在圖像合成處理單元合成，以圖形或圖像方式顯示于微型顯示器中。
[0107]鑒于視頻圖像的顯示一般要求每秒鐘24幅以上，不僅數(shù)據(jù)量大，實時要求亦高，所以，系統(tǒng)對此類內(nèi)容需優(yōu)先處理。另外，結合慣性傳感單元對于運動狀態(tài)的檢測，可以判斷使用者究竟是處于行進間的觀察狀態(tài)，還是處于靜止時的閱讀狀態(tài)。所以，無論所視景物的遠近，均能根據(jù)使用者的使用情況，由數(shù)據(jù)處理器自動選定合適焦距。特別是在使用者處于穩(wěn)定、平靜的環(huán)境(例如閱讀)時，系統(tǒng)也可選定某一焦距合適的攝像頭，將其所攝圖像可以不經(jīng)處理，直接映射于使用者觀看時感到最為輕松與合適的“虛擬平面”上。
[0108]同樣，基于紅外檢測的自動對焦工作也同樣需要迅速、準確。鑒于現(xiàn)有的紅外近程測距、控制方法已經(jīng)非常成熟，并且，在本發(fā)明中不需要紅外遠程測距，所以可選用功耗較低、指向性好的器件即可。
[0109]在本發(fā)明中，可以使用具有較強事件管理能力的ARM處理器進行系統(tǒng)控制、通訊等工作，在數(shù)字信號處理等領域則使用DSP以及可實現(xiàn)專用邏輯和重新配置的FPGA芯片。例如，使用Freescale公司封裝尺寸為2X 1.61 X0.56 mm、功耗1mW左右的32位嵌入式處理器KL02，以及Movidius Myriad I等類型的專用視覺處理器。
[0110]圖10中，嵌入式信息處理與綜合控制模塊可由ARM、DSP以及基于FPGA的處理器等不同類型的數(shù)據(jù)處理器所構成的一個處理器陣列，包括偏振檢測處理單元和相應的基礎信息數(shù)據(jù)存儲單元、攝像信息處理單元、慣性信息處理單元、紅外信息處理單元、圖像合成處理單元，以及通訊與總控單元。所有數(shù)據(jù)處理器和智能器件之間均通過I2C等總線進行連接，而對外則可使用藍牙等無線通訊技術，以接收使用者發(fā)出的系統(tǒng)啟?；蚬δ苓x擇等指令。
[0111]偏振定向信息獲取方式的工作流程如圖12所示，偏振定向部分通過測量偏振濾光器接收到的光強度之差來計算偏振的方向。對于檢偏方向垂直的兩個偏振光傳輸通道(通道I和通道2)中的光強信號進行對數(shù)運算，理論上能夠降低光強的變化對檢測結果的影響。具體說來，就是數(shù)字分光處理后，由偏振檢測處理單元先行提取圖像灰度信息，予以數(shù)字濾波、累計并加權平均處理，綜合成為該通道有效像素點的灰度信息，進而解算為偏振光光強值。通過偏振方向特征提取、偏振主方向角度解算，以及進行太陽的方位、誤差、亮度等補償運算，可以推算出地理北的位置。
[0112]在偏振定向的計算過程中，需要以時間信息和太陽方位作為參考數(shù)據(jù)。精準的實時時鐘可由系統(tǒng)自身提供，而太陽在任何時刻、任何地點的標高和方位需要經(jīng)由太陽路徑表得到。所以，系統(tǒng)還需要將其形成一個基礎信息數(shù)據(jù)庫，供定向模塊隨時調(diào)用。
[0113]在本發(fā)明中，定向信息與慣性傳感單元記錄的速度、距離等信息結合后，可以形成一個完整的“運動路徑圖”。在初始位置已知或將出發(fā)位置設為原點的情況下，可隨時完成其當前時刻的行程統(tǒng)計和重復路徑消隱等工作，并迅速推算出使用者此時相對于原點的二維或三維位置坐標。另外，尚可按照慣性單元得到的相關數(shù)據(jù)，“順便”進行佩戴者的運動方式、動作次數(shù)等詳細統(tǒng)計。
[0114]對于使用傳統(tǒng)智能眼鏡觀看得到的圖2、圖5兩個虛實圖像重組后的顯示場景，使用本發(fā)明眼鏡觀看，可以得到圖13所示的顯示效果圖?？梢钥吹?，下半部的實際場景和上半部的虛擬圖像在整個可視的視野中實現(xiàn)了較好的影像復合。對于定向、定位等文本信息，既可以與場景圖像重疊顯示，也可按照淡化場景、直至無背景的方式顯示，如圖14所示。
[0115]佩戴本發(fā)明眼鏡的視覺范圍如圖15所示，其大致可以分為上下兩個部分:即通過眼鏡能夠直接看到的實際區(qū)域，為“直接觀察區(qū)”。因裝于眼鏡框架上的微型顯示組件的遮擋而無法直接看到的區(qū)域，通過由攝像方式拍攝，并通過微型顯示器的顯示而“間接”看到的區(qū)域，為“虛擬顯示區(qū)”。在虛擬顯示區(qū)中，除了能夠顯示被微型顯示器遮擋的場景之外，還可按照圖形、圖像或文本等方式顯示方向、距離等各類本發(fā)明特有的提示信息。
[0116]在圖6中還可看到，在兩個鏡腿的前端外側，各安裝一個外側攝像頭14，以與前視攝像頭結合，擴大眼鏡的視野。在兩個鏡腿之間，還連接一根拱形頭帶16，以減少眼鏡對佩戴者的鼻梁和耳部的壓力，同時，該頭帶16還可擴展嵌入系統(tǒng)的安裝位置，附加更多的使用功能。
[0117]本發(fā)明整個系統(tǒng)的工作流程如圖16所示。系統(tǒng)的初始化過程包括位置坐標系的清零和基礎方向的標定。此后，自動進入“行進”模式。攝像組件的輸出經(jīng)數(shù)字分光處理后，由嵌入式信息處理與綜合控制模塊生成場景和方向信息。同時，方向信息與經(jīng)由慣性傳感器所得到的速度、距離等信息共同生成當前的位置信息。所有的場景、方向、位置等信息均可顯示于左右兩側的顯示單元，以供使用者實時觀看。具體的系統(tǒng)功能和顯示方式可有多種，均由所述的無線通訊單元接收使用者通過其它可穿戴設備以藍牙等方式發(fā)出的指令，進行選擇、操作和控制。若是系統(tǒng)僅僅是處于閱讀等“靜觀”模式，則可將與之無關的方向、距離等信息處理單元予以關閉，以便加快顯示功能部分的運算速度、提高顯示質量，并盡量節(jié)約能源。
[0118]另外，即便是整個系統(tǒng)的工作結束、全部處于關閉狀態(tài)，本發(fā)明則因裝配有普通鏡片而仍然可以起到一個普通眼鏡的基本作用。
【權利要求】
1.一種基于偏振定向和組合定位的智能復合眼鏡，包括鏡框和鏡腿，其特征是，還包括有: 偏振與攝像傳感單元，由呈陣列分布并安裝于所述鏡框上的若干攝像組件所組成，用于完成場景圖像和偏振圖像的攝取；每個所述攝像組件是在前視攝像頭的前端設置有偏振片和濾光片； 紅外傳感單元，安裝在所述鏡框的鼻梁架上，用于對所述偏振與攝像傳感單元中的所述前視攝像頭進行焦距調(diào)整； 嵌入式信息處理與綜合控制模塊，安裝在所述鏡腿中，用于對各傳感單元的輸入信息進行數(shù)據(jù)處理，得出顯示單元目視遮擋部分的場景圖像信息、目視前方的方向信息、眼鏡佩戴者從初始位置至當前位置的位置變化信息，并根據(jù)操作指令將得出的相關信息送顯示單元予以顯示； 顯示單元，由微型顯示器和光學投影組件所組成，安裝在所述鏡框的左、右眼框上沿中部，但不遮擋人眼對前方的觀察視線，用于顯示目視前方遮擋區(qū)域的場景圖像、顯示目視前方的方向信息、顯示眼鏡佩戴者從初始位置至當前位置的位置變化信息，并可兼做計算機顯示器； 無線通訊單元，安裝在所述鏡框或所述鏡腿上，用于接收眼鏡佩戴者通過可穿戴輸入設備發(fā)出的操作指令，并向所述嵌入式信息處理與綜合控制模塊進行傳輸；以及 電源管理單元，安裝在所述鏡腿中，通過對電源的管理，為上述各部分中的電路提供工作電壓。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于偏振定向和組合定位的智能復合眼鏡，其特征是，還包括有: 慣性傳感單元，安裝在所述鏡腿中，用于將眼鏡佩戴者的運動方向、加速度、速度的變化信息輸入到所述嵌入式信息處理與綜合控制模塊，進行運動距離的估算。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于偏振定向和組合定位的智能復合眼鏡，其特征是，所述嵌入式信息處理與綜合控制模塊包括有通訊與總控單元、偏振信息處理單元、攝像信息處理單元、紅外信息處理單元、圖像合成單元以及存儲單元。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于偏振定向和組合定位的智能復合眼鏡，其特征是，在所述鏡框中可以安裝或不安裝鏡片，所述鏡片可以是有色鏡片、無色鏡片、平光鏡片、曲面鏡片或視力矯正鏡片。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于偏振定向和組合定位的智能復合眼鏡，其特征是，各所述攝像組件中的前視攝像頭的中心軸線相互平行，所述偏振片和所述濾光片的光學平面均垂直于攝像頭的中心軸線。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于偏振定向和組合定位的智能復合眼鏡，其特征是，各所述攝像組件中的前視攝像頭的焦距均可調(diào)整，各所述前視攝像頭的焦距可以相同或不同。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于偏振定向和組合定位的智能復合眼鏡，其特征是，在所述鏡腿的外側面安裝有用于擴展觀測視野的側視攝像頭。
8.根據(jù)權利要求1所述的基于偏振定向和組合定位的智能復合眼鏡，其特征是，在兩條所述鏡腿之間連接一條拱形頭帶，所述頭帶可以調(diào)整長度，還可掛接附加功能單元。
【文檔編號】H04N13/00GK104243959SQ201410524713
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月8日 優(yōu)先權日:2014年10月8日
【發(fā)明者】原碩朋 申請人:原碩朋