頭戴式視覺輔助系統(tǒng)及其成像方法
【專利摘要】一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)及其成像方法。頭戴式視覺輔助系統(tǒng)包括分光鏡、投影光源、影像感測器、計算裝置、控制裝置及眼鏡架。投影光源經(jīng)分光鏡投射出輔助信息。影像感測器擷取眼球影像。計算裝置根據(jù)眼球影像計算物距及觀看方向?？刂蒲b置根據(jù)物距控制投射光源調(diào)整輔助信息的成像位置，并根據(jù)觀看方向控制投射光源調(diào)整投射光線角度及分光鏡的角度。眼鏡架承載投影光源、分光鏡、影像感測器、計算裝置及控制裝置。
【專利說明】頭戴式視覺輔助系統(tǒng)及其成像方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種電子裝置，且特別是有關(guān)于一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)及其成像方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技日新月異，人們對于信息的吸收也日漸增加。一般常見的多媒體播放裝置、網(wǎng)絡(luò)通訊裝置及計算機裝置等都是搭配CRT或LCD顯示器來顯示影像加。但是其所能顯示的影像像素及大小，是受限于顯示器的尺寸大小及其效能。目前傳統(tǒng)的CRT或IXD顯示器，皆無法兼顧尺寸及攜帶輕便的需求。為解決上述問題，市場上推出一種頭戴式顯示器(Head-Mounted Display, HMD)。頭戴式顯示器是在左右眼睛前方各放置有一小型映像管或是液晶顯示器。頭戴式顯示器例如是利用兩眼視差的三維效果，將各別映像管或是液晶顯示器所輸出的影像經(jīng)過分光鏡投射至使用者的視網(wǎng)膜。
[0003]然而，在傳統(tǒng)頭戴式顯示器(如google glasses)中，眼睛的對焦需同時考慮所正看到的現(xiàn)實世界中的對象以及輔助信息。若是正想看的物體與呈現(xiàn)的輔助信息不在同一成像平面上，則眼睛為了能看清楚現(xiàn)實對象及輔助信息，必須不斷調(diào)節(jié)水晶體以變更焦距適應(yīng)不同物距的兩個想看清楚的部分。如此一來，容易造成使用者的眼球疲勞而感到不適。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是有關(guān)于一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)及其成像方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，提出一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)。頭戴式視覺輔助系統(tǒng)包括分光鏡、投影光源、影像感測器、計算裝置、控制裝置及眼鏡架。投影光源經(jīng)分光鏡投射出輔助信息。影像感測器擷取眼球影像。計算裝置根據(jù)眼球影像計算物距及觀看方向。控制裝置根據(jù)物距控制投射光源調(diào)整輔助信息的成像位置，并根據(jù)觀看方向控制投射光源調(diào)整投射光線角度及分光鏡的角度。眼鏡架承載投影光源、分光鏡、影像感測器、計算裝置及控制裝置。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，提出一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的成像方法。頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的成像方法，包括:經(jīng)由影像感測器擷取眼球影像；根據(jù)眼球影像計算物距及觀看方向；以及根據(jù)物距控制投射光源調(diào)整輔助信息的成像位置，并根據(jù)觀看方向控制投射光源調(diào)整投射光線角度及分光鏡的角度。
[0007]為了對本發(fā)明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1繪示為依照第一實施例的一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的外觀示意圖。
[0009]圖2繪示為依照第一實施例的一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的方塊圖。
[0010]圖3繪示為依照第一實施例的一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的成像方法的流程圖。
[0011]圖4繪示為依照第二實施例的一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的外觀示意圖。
[0012]圖5繪示為依照第二實施例的一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的成像方法的流程圖。
[0013]圖6繪示為依照第三實施例的一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的外觀示意圖。
[0014]圖7繪示為依照第三實施例的一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的方塊圖。
[0015]圖8繪示為依照第三實施例的一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的成像方法的流程圖。
[0016][標號說明]
[0017]1、3、4:頭戴式視覺輔助系統(tǒng)11:投影光源
[0018]12:分光鏡13a、13b:影像感測器
[0019]14:計算裝置15:控制裝置
[0020]16:眼鏡架21?27、81?85:步驟
[0021]S1:眼球影像S2:物距
[0022]S3:觀看方向S4:輔助信息
[0023]S5:右眼眼球影像S6:左眼眼球影像

【具體實施方式】
[0024]第一實施例
[0025]請同時參照圖1及圖2，圖1繪示為依照第一實施例的一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的外觀示意圖，圖2繪示為依照第一實施例的一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的方塊圖。頭戴式視覺輔助系統(tǒng)I包括投影光源11、分光鏡(Beam Splitter) 12、影像感測器13a、計算裝置14、控制裝置15及眼鏡架16。投影光源11經(jīng)分光鏡12投射輔助信息S4，輔助信息S4例如為使用者所觀看的對象的輔助說明文字或圖樣。
[0026]影像感測器13a擷取眼球影像SI。影像感測器13a可以設(shè)置于眼鏡架16的左邊內(nèi)側(cè)、右邊內(nèi)側(cè)或中央內(nèi)側(cè)。為方便說明起見，圖1繪示的影像感測器13a是以設(shè)置于眼鏡架16的左邊內(nèi)側(cè)為例說明。影像感測器13a例如是紅外線影像感測器，且頭戴式視覺輔助系統(tǒng)I還可還包括一紅外線輔助光源。紅外線輔助光源提供紅外線光線以輔助紅外線影像感測器擷取眼球影像SI。當眼球影像SI不夠清晰時，可通過增強紅外線光線以提高眼球影像SI的清晰度。
[0027]計算裝置14例如為中央處理器或集成電路，且計算裝置14根據(jù)眼球影像SI計算物距S2及觀看方向S3。物距S2是指使用者與其所觀看對象之間的距離，而觀看方向S3是指使用者觀看對象的方向。控制裝置15根據(jù)物距S2控制投射光源11調(diào)整輔助信息的成像位置，并根據(jù)觀看方向S3控制投射光源11調(diào)整一投射光線角度及分光鏡12的角度。眼鏡架16承載投影光源11、分光鏡12、影像感測器13a、計算裝置14及控制裝置15。
[0028]請同時參照圖2及圖3，圖3繪示為依照第一實施例的一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的成像方法的流程圖。頭戴式視覺輔助系統(tǒng)I的成像方法包括如下步驟:首先如步驟21所示，影像感測器13a擷取眼球影像SI。接著如步驟22所示，計算裝置14將眼球影像SI進行透視校正(Perspective Correct1n)以產(chǎn)生眼球正向影像及眼球側(cè)向影像。跟著如步驟23所示，計算裝置14分別根據(jù)眼球正向影像及眼球側(cè)向影像取得瞳孔位置及眼球曲光程度。然后如步驟24所示，計算裝置14根據(jù)瞳孔位置及眼球曲光程度計算物距S2及觀看方向S3。接著如步驟25所示，控制裝置15根據(jù)物距S2控制投射光源11調(diào)整輔助信息S4的成像位置，并根據(jù)觀看方向S3控制投射光源11調(diào)整一投射光線角度及分光鏡12的角度。
[0029]前述輔助信息S4的成像位置可隨實際物距彈性地調(diào)整，且投射光線角度及分光鏡12的角度可隨觀看方向S3而適當?shù)卣{(diào)整。如此一來，將能減少使用者的眼球疲勞而提高觀看時的舒適度。
[0030]第二實施例
[0031]請同時參照圖1、圖4及圖5，圖4繪示為依照第二實施例的一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的外觀示意圖，圖5繪示為依照第二實施例的一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的成像方法的流程圖。頭戴式視覺輔助系統(tǒng)3與頭戴式視覺輔助系統(tǒng)I主要不同之處在于頭戴式視覺輔助系統(tǒng)3的影像感測器13a是設(shè)置于眼鏡架16的中央內(nèi)側(cè)。頭戴式視覺輔助系統(tǒng)3的影像感測器13a所擷取的眼球影像SI需包括左眼眼球及右眼眼球，因此需搭配一廣角鏡片(Wide-Angle Lens)。為避免眼球影像SI失真，頭戴式視覺輔助系統(tǒng)3的成像方法需將所擷取的眼球影像SI先進行一廣角鏡校正(Wide-Angle Lens Correct1n)。
[0032]頭戴式視覺輔助系統(tǒng)3的成像方法包括如下步驟:首先如步驟21所示，影像感測器13a擷取眼球影像SI。接著如步驟26所示，將眼球影像SI進行廣角鏡校正以產(chǎn)生廣角校正影像。跟著如步驟23所示,計算裝置14將廣角校正影像進行透視校正(PerspectiveCorrect1n)以產(chǎn)生眼球正向影像及眼球側(cè)向影像。跟著如步驟23所示，計算裝置14分別根據(jù)眼球正向影像及眼球側(cè)向影像取得瞳孔位置及眼球曲光程度。然后如步驟24所示，計算裝置14根據(jù)瞳孔位置及眼球曲光程度計算物距S2及觀看方向S3。接著如步驟25所示，控制裝置15根據(jù)物距S2控制投射光源11調(diào)整輔助信息S4的成像位置，并根據(jù)觀看方向S3控制投射光源11調(diào)整一投射光線角度及分光鏡12的角度。
[0033]第三實施例
[0034]請同時參照圖1、圖6、圖7及圖8，圖6繪示為依照第三實施例的一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的外觀示意圖，圖7繪示為依照第三實施例的一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的方塊圖，圖8繪示為依照第三實施例的一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的成像方法的流程圖。頭戴式視覺輔助系統(tǒng)4與頭戴式視覺輔助系統(tǒng)I主要不同之處在于頭戴式視覺輔助系統(tǒng)3還包括影像感測器13b。影像感測器13a是以設(shè)置于眼鏡架16的左邊內(nèi)側(cè)，而影像感測器13b是以設(shè)置于眼鏡架16的右邊內(nèi)側(cè)。
[0035]頭戴式視覺輔助系統(tǒng)4的成像方法包括如下步驟:首先如步驟81所示，影像感測器13a擷取左眼眼球影像S6，且影像感測器13b擷取右眼眼球影像S5。接著如步驟82所示，計算裝置14將左眼眼球影像S6進行透視校正以產(chǎn)生左眼眼球正向影像及左眼眼球側(cè)向影像，且計算裝置14將右眼眼球影S5像進行透視校正以產(chǎn)生右眼眼球正向影像及右眼眼球側(cè)向影像。跟著如步驟83所示，計算裝置14分別根據(jù)左眼眼球正向影像及左眼眼球側(cè)向影像取得左眼瞳孔位置及左眼眼球曲光程度，分別根據(jù)右眼眼球正向影像及右眼眼球側(cè)向影像取得右眼瞳孔位置及右眼眼球曲光程度。然后如步驟84所示，計算裝置14根據(jù)左眼瞳孔位置、左眼眼球曲光程度、右眼瞳孔位置及右眼眼球曲光程度計算物距S2及觀看方向S3。接著如步驟85所示，控制裝置15根據(jù)物距S2控制投射光源11調(diào)整輔助信息S4的成像位置，并根據(jù)觀看方向S3控制投射光源11調(diào)整投射光線角度及分光鏡12的角度。
[0036]綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當視所附的權(quán)利要求范圍所界定者為準。
【權(quán)利要求】
1.一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)，包括: 一分光鏡; 一投影光源，用以經(jīng)該分光鏡投射出一輔助信息； 一第一影像感測器，用以擷取一第一眼球影像； 一計算裝置，用以根據(jù)該第一眼球影像計算一物距及一觀看方向；以及一控制裝置，用以根據(jù)該物距控制該投射光源調(diào)整該輔助信息的一成像位置，并根據(jù)該觀看方向控制該投射光源調(diào)整一投射光線角度及該分光鏡的角度； 一眼鏡架，用以承載該投影光源、該分光鏡、該第一影像感測器、該計算裝置及該控制>j-U ρ?α裝直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式視覺輔助系統(tǒng)，其中該第一影像感測器為一紅外線影像感測器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頭戴式視覺輔助系統(tǒng)，還包括: 一紅外線輔助光源，用以提供一紅外線光線以輔助該紅外線影像感測器擷取該第一眼球影像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式視覺輔助系統(tǒng)，其中該第一影像感測器是設(shè)置于該眼鏡架的左邊內(nèi)側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式視覺輔助系統(tǒng)，其中該第一影像感測器是設(shè)置于該眼鏡架的右邊內(nèi)側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式視覺輔助系統(tǒng)，其中該第一影像感測器是設(shè)置于該眼鏡架的中央內(nèi)側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式視覺輔助系統(tǒng)，其中該計算裝置將該第一眼球影像進行一透視校正以產(chǎn)生一第一眼球正向影像及一第一眼球側(cè)向影像，并分別根據(jù)該第一眼球正向影像及該第一眼球側(cè)向影像取得一第一瞳孔位置及一第一眼球曲光程度，該計算裝置根據(jù)該第一瞳孔位置及該第一眼球曲光程度計算該物距及該觀看方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式視覺輔助系統(tǒng)，還包括: 一第二影像感測器，用以擷取一第二眼球影像； 其中，該計算裝置根據(jù)該第一眼球影像及該第二眼球影像計算該物距及該觀看方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的頭戴式視覺輔助系統(tǒng)，其中該計算裝置將該第一眼球影像進行一透視校正以產(chǎn)生一第一眼球正向影像及一第一眼球側(cè)向影像，并分別根據(jù)該第一眼球正向影像及該第一眼球側(cè)向影像取得一第一瞳孔位置及一第一眼球曲光程度，該計算裝置將該第二眼球影像進行該透視校正以產(chǎn)生一第二眼球正向影像及一第二眼球側(cè)向影像，并分別根據(jù)該第二眼球正向影像及該第二眼球側(cè)向影像取得一第二瞳孔位置及一第二眼球曲光程度，該計算裝置根據(jù)該第一瞳孔位置、該第二瞳孔位置、該第一眼球曲光程度及該第二眼球曲光程度計算該物距及該觀看方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式視覺輔助系統(tǒng)，其中該計算裝置將第一眼球影像進行一廣角鏡校正以輸出一廣角校正影像，并將該廣角校正影像進行一透視校正以產(chǎn)生一第一眼球正向影像及一第一眼球側(cè)向影像，并分別根據(jù)該第一眼球正向影像及該第一眼球側(cè)向影像取得一第一瞳孔位置及一第一眼球曲光程度，該計算裝置根據(jù)該第一瞳孔位置及該第一眼球曲光程度計算該物距及該觀看方向。
11.一種頭戴式視覺輔助系統(tǒng)的成像方法，包括: 經(jīng)由一第一影像感測器擷取一第一眼球影像； 根據(jù)該第一眼球影像計算一物距及一觀看方向；以及 根據(jù)該物距控制一投射光源調(diào)整一輔助信息的一成像位置，并根據(jù)該觀看方向控制一投射光源調(diào)整一投射光線角度及一分光鏡的角度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像方法，其中該第一影像感測器為一紅外線影像感測器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成像方法，還包括: 提供一紅外線光線以輔助該紅外線影像感測器擷取該第一眼球影像。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像方法，其中該第一影像感測器是設(shè)置于該眼鏡架的左邊內(nèi)側(cè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像方法，其中該第一影像感測器是設(shè)置于該眼鏡架的右邊內(nèi)側(cè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像方法，其中該第一影像感測器是設(shè)置于該眼鏡架的中央內(nèi)側(cè)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像方法，其中該計算步驟包括: 將該第一眼球影像進行一透視校正以產(chǎn)生一第一眼球正向影像及一第一眼球側(cè)向影像； 分別根據(jù)該第一眼球正向影像及該第一眼球側(cè)向影像取得一第一瞳孔位置及一第一眼球曲光程度；以及 根據(jù)該第一瞳孔位置及該第一眼球曲光程度計算該物距及該觀看方向。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像方法，還包括: 經(jīng)由一第二影像感測器擷取一第二眼球影像； 其中，該計算步驟根據(jù)該第一眼球影像及該第二眼球影像計算該物距及該觀看方向。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的成像方法，其中該計算步驟包括: 將該第一眼球影像進行一透視校正以產(chǎn)生一第一眼球正向影像及一第一眼球側(cè)向影像； 將該第二眼球影像進行該透視校正以產(chǎn)生一第二眼球正向影像及一第二眼球側(cè)向影像； 分別根據(jù)該第一眼球正向影像及該第一眼球側(cè)向影像取得一第一瞳孔位置及一第一眼球曲光程度； 分別根據(jù)該第二眼球正向影像及該第二眼球側(cè)向影像取得一第二瞳孔位置及一第二眼球曲光程度；以及 根據(jù)該第一瞳孔位置、該第二瞳孔位置、該第一眼球曲光程度及該第二眼球曲光程度計算該物距及該觀看方向。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像方法，其中該計算步驟還包括: 將第一眼球影像進行一廣角鏡校正以輸出一廣角校正影像； 將該廣角校正影像進行一透視校正以產(chǎn)生一第一眼球正向影像及一第一眼球側(cè)向影像； 分別根據(jù)該第一眼球正向影像及該第一眼球側(cè)向影像取得一第一瞳孔位置及一第一眼球曲光程度；以及 根據(jù)該第一瞳孔位置及該第一眼球曲光程度計算該物距及該觀看方向。
【文檔編號】H04N13/04GK104345454SQ201310364463
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】李宗德, 楊文助, 程之奇 申請人:廣達電腦股份有限公司