一種基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)，包括：信息采集模塊、微處理器、頭戴式顯示器；所述信息采集模塊，用于采集所述頭戴式顯示器佩戴者的頭部運(yùn)動的角加速度信息、線速度信息和位置信息；所述微處理器與所述信息采集模塊之間通信連接；所述微處理器接收所述信息采集模塊輸出的角加速度信息、線速度信息和位置信息，計算出所述佩戴者頭部運(yùn)動的位移信息后，調(diào)整與所述微處理器水平綁定的頭戴式顯示器中的虛擬畫面；所述頭戴式顯示器與所述微處理器之間通信連接，所述頭戴式顯示器接收所述微處理器輸出的調(diào)整后的虛擬畫面，并進(jìn)行顯示。本實(shí)用新型為觀看到真實(shí)性、趣味性的畫面提供良好的顯示設(shè)備。
【專利說明】
一種基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程視頻教育、娛樂(玩游戲、觀看視頻)、軍事等領(lǐng)域，因而，互聯(lián)網(wǎng)在人們的生活中扮演著不可或缺的角色。其中，視頻、游戲顯示畫面、虛擬現(xiàn)實(shí)等均通過計算機(jī)或手機(jī)的顯示屏進(jìn)行相應(yīng)的顯示。
[0003]然而，孩子通過顯示屏觀看教育視頻時，由于處于一個非封閉式的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而使得孩子的注意力不集中，其學(xué)習(xí)效率差。人們在進(jìn)行游戲、視頻等娛樂項(xiàng)目時，通過顯示屏觀看其顯示畫面，無法體驗(yàn)到顯示畫面中的真實(shí)性和趣味性。因此，本領(lǐng)域亟需實(shí)現(xiàn)帶有真實(shí)性、趣味性觀看虛擬畫面的顯示設(shè)備。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下:
[0005]本實(shí)用新型提供一種基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)，包括:信息采集模塊、微處理器、頭戴式顯示器;所述信息采集模塊，用于采集所述頭戴式顯示器佩戴者的頭部運(yùn)動的角加速度信息、線速度信息和位置信息;所述微處理器與所述信息采集模塊之間通信連接;所述微處理器接收所述信息采集模塊輸出的角加速度信息、線速度信息和位置信息，計算出所述佩戴者頭部運(yùn)動的位移信息后，調(diào)整與所述微處理器水平綁定的頭戴式顯示器中的虛擬畫面;所述頭戴式顯示器與所述微處理器之間通信連接，所述頭戴式顯示器接收所述微處理器輸出的調(diào)整后的虛擬畫面，并進(jìn)行顯示。
[0006]進(jìn)一步，所述信息采集模塊嵌入設(shè)置或凸設(shè)在所述頭戴式顯示器上。
[0007]進(jìn)一步，所述信息采集模塊包括:兩個陀螺儀傳感器，用于采集所述佩戴者頭部運(yùn)動的角加速度信息;兩個加速度傳感器，用于采集所述佩戴者頭部運(yùn)動的線加速度信息;兩個溫度傳感器，用于采集溫度漂移輔助信息;兩個電子羅盤傳感器，用于采集零軸漂移輔助?目息O
[0008]進(jìn)一步，一個陀螺儀傳感器、一個加速度傳感器、一個溫度傳感器和一個電子羅盤傳感器集成在同一個電路板上。
[0009]進(jìn)一步，所述信息采集模塊包括:兩個六軸傳感器，用于采集所述佩戴者頭部運(yùn)動的角加速度信息、線加速度信息、溫度漂移輔助信息和零軸漂移輔助信息。
[0010]進(jìn)一步，所述信息采集模塊還包括:位置追蹤器，用于采集所述佩戴者頭部運(yùn)動的位置信息。
[0011 ]進(jìn)一步，所述兩個六軸傳感器或兩個電路板分別關(guān)于安裝板的中心對稱設(shè)置，所述安裝板設(shè)置在所述頭戴式顯示器的正前方。
[0012]進(jìn)一步，所述六軸傳感器的型號為博世ΒΜΙ055。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014]1、本基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)，包括信息采集模塊、微處理器和頭戴式顯示器，其中，信息采集模塊、微處理器和頭戴式顯示器均是由電路和物理部件組成，為觀看到真實(shí)性、趣味性的畫面提供良好的顯示設(shè)備。
[0015]在顯示系統(tǒng)中，信息采集模塊用于獲取頭戴式顯示器佩戴者的頭部運(yùn)動信息，微處理器根據(jù)佩戴者頭部運(yùn)動信息，調(diào)整顯示畫面，在頭戴式顯示器上顯示調(diào)整后的顯示畫面，供佩戴者觀看到帶有真實(shí)性、趣味性的畫面。另外，還能保證孩子在視頻學(xué)習(xí)時，處于一個封閉的學(xué)習(xí)環(huán)境，提高孩子的學(xué)習(xí)效率。
[0016]2、本基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)中，六軸傳感器或兩個電路板分別關(guān)于安裝板的中心對稱設(shè)置，其安裝位置有利于傳感器采集到佩戴者更為精準(zhǔn)的頭部運(yùn)動數(shù)據(jù);并且為避免頭戴式顯示器佩戴者出現(xiàn)眩暈狀態(tài)，提供良好的硬件基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0017]下面將以明確易懂的方式，結(jié)合【附圖說明】優(yōu)選實(shí)施方式，對一種基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)的上述特性、技術(shù)特征、優(yōu)點(diǎn)及其實(shí)現(xiàn)方式予以進(jìn)一步說明。
[0018]圖1是本實(shí)用新型一種基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本實(shí)用新型另一種基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]附圖標(biāo)號說明:
[0021 ] 10、信息采集模塊，11、傳感器模塊，12、六軸傳感器，13、位置追蹤器，20、微處理器，30、頭戴式顯示器。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對照【附圖說明】本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖，并獲得其他的實(shí)施方式。
[0023]為使圖面簡潔，各圖中只示意性地表示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分，它們并不代表其作為產(chǎn)品的實(shí)際結(jié)構(gòu)。另外，以使圖面簡潔便于理解，在有些圖中具有相同結(jié)構(gòu)或功能的部件，僅示意性地繪示了其中的一個，或僅標(biāo)出了其中的一個。在本文中，“一個”不僅表示“僅此一個”，也可以表示“多于一個”的情形。
[0024]如圖1所示，一種基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)，包括:信息采集模塊10、微處理器20、頭戴式顯示器30;
[0025]所述信息采集模塊10，用于采集所述頭戴式顯示器30佩戴者的頭部運(yùn)動的角加速度信息、線速度信息和位置信息；
[0026]所述微處理器20與信息采集模塊10之間通信連接;所述微處理器20接收所述信息采集模塊10輸出的角加速度信息、線速度信息和位置信息，計算出所述佩戴者頭部運(yùn)動的位移信息后，調(diào)整與所述微處理器20水平綁定的頭戴式顯示器30中的虛擬畫面；
[0027]所述頭戴式顯示器30與所述微處理器20之間通信連接，所述頭戴式顯示器30接收所述微處理器20輸出的調(diào)整后的虛擬畫面，并進(jìn)行顯示。
[0028]具體的，微處理器20可以為計算機(jī)或手機(jī)中的M⑶處理器，計算機(jī)或手機(jī)中的主機(jī)與顯示器水平綁定，信息采集模塊10(陀螺儀傳感器)獲取初始位置數(shù)據(jù)，根據(jù)計算機(jī)軟件算法精確人體頭部的初始方位來顯示第一幀視景圖片。
[0029]頭戴式顯示器30是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的一種人機(jī)交互設(shè)備，可固定佩戴在佩戴者的頭部。本顯示系統(tǒng)可以根據(jù)佩戴者的視覺系統(tǒng)和運(yùn)動感知來改變圖像的視角和圖形，從而達(dá)到實(shí)時顯示相應(yīng)的視景圖像。本顯示系統(tǒng)還可以精確測量出佩戴者的頭部位置和視線方向信息，以及人體線性移動或者角度旋轉(zhuǎn)位置的預(yù)測量與補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ瑢?shí)時顯示相應(yīng)不同的視景圖像，虛擬以達(dá)到與現(xiàn)實(shí)生活中的感官一致，可以有效地降低長時間佩戴頭戴式顯示器30或者快速旋轉(zhuǎn)頭戴式顯示器30給人體帶來的眩暈感，從而讓佩戴者的沉浸感更加強(qiáng)烈。
[0030]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述信息采集模塊10嵌入設(shè)置或凸設(shè)在所述頭戴式顯示器30上。
[0031]進(jìn)一步優(yōu)選的，如圖2所示，所述信息采集模塊10包括兩個陀螺儀傳感器、兩個加速度傳感器、兩個溫度傳感器、兩個電子羅盤傳感器，一個陀螺儀傳感器、一個加速度傳感器、一個溫度傳感器和一個電子羅盤傳感器集成在同一個傳感器模塊11(同一個電路板)上；
[0032]所述陀螺儀傳感器，用于采集所述佩戴者頭部運(yùn)動的角加速度信息;所述加速度傳感器，用于采集所述佩戴者頭部運(yùn)動的線加速度信息;所述溫度傳感器，用于采集溫度漂移輔助信息;所述電子羅盤傳感器，用于采集零軸漂移輔助信息。
[0033]陀螺儀傳感器的原理是一個旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。人們利用這個原理，利用陀螺儀傳感器來保持方向?？梢赃M(jìn)行增添陀螺傳感器數(shù)量以獲得多階數(shù)據(jù)的采集，來提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，從而降低延遲，改善頭戴式顯示器30的眩暈問題。
[0034]溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)，以及電子羅盤傳感器采集到的數(shù)據(jù)可以起到數(shù)據(jù)輔助作用，如雙軸傾角補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、計算傳感器與磁北夾角和指向零點(diǎn)的修正功能，根據(jù)地區(qū)磁場溫度等差異，起到一定的數(shù)據(jù)輔助功能，可以提高數(shù)據(jù)測量的精確度。
[0035]進(jìn)一步優(yōu)選的，如圖1所示，所述信息采集模塊10包括兩個六軸傳感器12，用于采集所述佩戴者頭部運(yùn)動的角加速度信息、線加速度信息、溫度漂移輔助信息和零軸漂移輔助信息。所述六軸傳感器12的型號為博世BM1055。
[0036]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述信息采集模塊10還包括位置追蹤器13，用于采集所述佩戴者頭部運(yùn)動的位置信息。
[0037]具體的，本實(shí)用新型中分別在用戶運(yùn)動平臺、頭戴式顯示器30上各自安裝兩個加速度計傳感器、兩個陀螺儀，通過兩個加速度計傳感器、兩個陀螺儀的運(yùn)動偏差來計算頭部移動的真實(shí)數(shù)據(jù)，以減小位移帶來的偏差與延時。本實(shí)用新型中還可以通過使用多個加速度傳感器、多個陀螺儀，采集多個線性運(yùn)動的數(shù)據(jù)，解決頭戴顯示器移動中的數(shù)據(jù)偏差。
[0038]由于傳感器采集到的數(shù)據(jù)都存在一定的誤差，可通過差分均值補(bǔ)償來提高傳感器的精度。通過溫度漂移數(shù)據(jù)以及零軸漂移數(shù)據(jù)對常值誤差進(jìn)行補(bǔ)償，以達(dá)到減少常值誤差偏移，以提高陀螺儀數(shù)據(jù)的精確度。通過隨機(jī)誤差算法，對陀螺儀數(shù)據(jù)經(jīng)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償，以提高陀螺儀數(shù)據(jù)的精確度，降低位移偏差帶來的數(shù)據(jù)延遲。
[0039]當(dāng)佩戴者左右旋轉(zhuǎn)、前后運(yùn)動等復(fù)合運(yùn)動時，通過頭戴式顯示器30左右旋轉(zhuǎn)的角加速度和前后運(yùn)動的線加速度，角加速度是通過陀螺儀傳感器采集，線加速度是通過兩邊的加速度傳感器采集，將采集到的兩組數(shù)據(jù)交給計算機(jī)，計算機(jī)通過數(shù)據(jù)差分等算法，計算得出角位移和線位移，最終計算出頭部運(yùn)動的三自由度位置信息。
[0040]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述兩個六軸傳感器12或兩個電路板分別關(guān)于安裝板的中心對稱設(shè)置，即一個六軸傳感器12或一個電路板設(shè)置在安裝板的左側(cè)，另一個六軸傳感器12或另一個電路板設(shè)置在安裝板的右側(cè);一個六軸傳感器12或一個電路板設(shè)置在安裝板上對角線的一端點(diǎn)處，另一個六軸傳感器12或另一個電路板設(shè)置在安裝板上對角線的另一端點(diǎn)處；所述安裝板設(shè)置在所述頭戴式顯示器30的正前方。
[0041]具體的，通過陀螺儀傳感器和加速度計傳感器來對頭部運(yùn)動進(jìn)行預(yù)測，利用預(yù)測算法給出頭部運(yùn)動的提前量，從而縮短位置傳感器的跟蹤延時。對側(cè)設(shè)置的陀螺儀傳感器的相反運(yùn)動方向，形成角速度偏移量的差分，可將偏差數(shù)據(jù)縮小在一個可控的范圍內(nèi)；兩組傳感器信號采集之后輸出到計算機(jī)側(cè)進(jìn)行處理，從而對頭部運(yùn)動的位置信息進(jìn)行有效預(yù)測，相對位置信息進(jìn)行圖像處理與視景變換。
[0042]在手機(jī)VR頭盔的領(lǐng)域中，可以選擇外置傳感器，內(nèi)嵌傳感器到VR頭盔之中，按照以上方案安置兩個陀螺儀傳感器。通過USB HID協(xié)議發(fā)送兩組不同的傳感器數(shù)據(jù)到手機(jī)端，通過安裝特定應(yīng)用程序處理該傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行特殊算法處理，可以達(dá)到相同反眩暈的效果O
[0043]具體的，本基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)包括:頭戴式顯示器30、PCB、M⑶處理器、兩個陀螺儀傳感器、兩個加速度計傳感器、兩個溫度傳感器以及一個位置追蹤器13，傳感器安置在PCB的特殊位置，溫度傳感器采集當(dāng)前溫度狀況，加速度傳感器采集線性位移數(shù)據(jù)，陀螺儀傳感器采集角速度位移數(shù)據(jù)，位置追蹤器13捕獲人體位置數(shù)據(jù)，傳感器采集到的信息將通過MCU處理器，進(jìn)行算法處理，將當(dāng)前方位的圖像信息實(shí)時更新到頭戴顯示器上呈現(xiàn)給用戶頭部，以達(dá)到虛擬現(xiàn)實(shí)的效果。
[0044]綜上所述，通過以上方案改進(jìn)并縮小了數(shù)據(jù)偏差范圍，從而降低數(shù)據(jù)延遲帶來的視景失真從而給用戶帶來虛擬現(xiàn)實(shí)的不真實(shí)感。簡單有效地解決了眩暈問題，讓用戶更加自然舒適地體驗(yàn)VR虛擬現(xiàn)實(shí)帶來的真實(shí)與震撼。
[0045]應(yīng)當(dāng)說明的是，上述實(shí)施例均可根據(jù)需要自由組合。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)，其特征在于，包括: 信息采集模塊、微處理器、頭戴式顯示器； 所述信息采集模塊，用于采集所述頭戴式顯示器佩戴者的頭部運(yùn)動的角加速度信息、線速度信息和位置信息； 所述微處理器與所述信息采集模塊之間通信連接;所述微處理器接收所述信息采集模塊輸出的角加速度信息、線速度信息和位置信息，計算出所述佩戴者頭部運(yùn)動的位移信息后，調(diào)整與所述微處理器水平綁定的頭戴式顯示器中的虛擬畫面； 所述頭戴式顯示器與所述微處理器之間通信連接，所述頭戴式顯示器接收所述微處理器輸出的調(diào)整后的虛擬畫面，并進(jìn)行顯示。2.如權(quán)利要求1所述的基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)，其特征在于: 所述信息采集模塊嵌入設(shè)置或凸設(shè)在所述頭戴式顯示器上。3.如權(quán)利要求1所述的基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述信息采集模塊包括: 兩個陀螺儀傳感器，用于采集所述佩戴者頭部運(yùn)動的角加速度信息； 兩個加速度傳感器，用于采集所述佩戴者頭部運(yùn)動的線加速度信息； 兩個溫度傳感器，用于采集溫度漂移輔助信息； 兩個電子羅盤傳感器，用于采集零軸漂移輔助信息。4.如權(quán)利要求3所述的基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)，其特征在于: 一個陀螺儀傳感器、一個加速度傳感器、一個溫度傳感器和一個電子羅盤傳感器集成在同一個電路板上。5.如權(quán)利要求1所述的基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述信息采集模塊包括: 兩個六軸傳感器，用于采集所述佩戴者頭部運(yùn)動的角加速度信息、線加速度信息、溫度漂移輔助信息和零軸漂移輔助信息。6.如權(quán)利要求3或5所述的基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述信息采集模塊還包括: 位置追蹤器，用于采集所述佩戴者頭部運(yùn)動的位置信息。7.如權(quán)利要求4或5所述的基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)，其特征在于: 所述兩個六軸傳感器或兩個電路板分別關(guān)于安裝板的中心對稱設(shè)置，所述安裝板設(shè)置在所述頭戴式顯示器的正前方。8.如權(quán)利要求5所述的基于頭戴式顯示器的顯示系統(tǒng)，其特征在于: 所述六軸傳感器的型號為博世BM1055。
【文檔編號】H04W4/02GK205581842SQ201620262760
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】翁建波
【申請人】小派科技（上海）有限責(zé)任公司