專利名稱：隨身投影顯示增強現(xiàn)實系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隨身投影顯示增強現(xiàn)實系統(tǒng)，屬于虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前視頻透視式和光學(xué)透視式頭盔顯示器作為增強現(xiàn)實系統(tǒng)的傳統(tǒng)輸出技術(shù)已 經(jīng)使用了多年。頭盔顯示器作為虛擬與真實場景的融合顯示輸出設(shè)備具有浸沒感強，高亮 度的優(yōu)點。然而，它們面臨著技術(shù)上和人體工程學(xué)上的不足。例如視頻透視式頭盔顯示器 是一種封閉式的顯示設(shè)備。一旦斷電用戶無法看到外界的景象；在某些需要考慮安全性的 特殊領(lǐng)域，限制了其使用范圍。此外，視頻透視式頭盔顯示器由于采用了雙攝像機拍攝真實 場景替代人眼觀察世界，而攝像機與用戶的視點不能保持完全的重合，從而使用戶看到的 視頻景象與真實景象存在偏差。對于光學(xué)透視式頭盔顯示器而言，由于光學(xué)透射式頭盔顯 示器前方的光學(xué)透鏡組允許來自真實和虛擬環(huán)境中的光線同時通過。這一問題的存在，使 得顯示的虛擬物體呈現(xiàn)出半透明的狀態(tài)，從而破壞了真實景象與虛擬場景相融合的真實感 以及遮擋提供給人們的深度信息。另外，由于頭盔顯示器一般較笨重，圖像的快速移動會造 成使用者頭暈嘔吐等不適癥狀。基于上述原因，近年來基于投影顯示的增強現(xiàn)實系統(tǒng)逐步顯現(xiàn)出技術(shù)上的優(yōu)勢， 成為虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點?；谕队帮@示的增強現(xiàn)實系統(tǒng)利用前向投影儀將計算 機生成的多媒體信息直接投影到真實場景之上，無需用戶佩戴任何顯示設(shè)備。根據(jù)不同應(yīng) 用目的，可以使用單個固定的投影儀。為增加顯示的靈活性和投影范圍，也可以將投影儀安 裝在旋轉(zhuǎn)裝置上。相對于頭盔顯示而言，投影顯示能夠達到較高的分辨率，適于用戶觀察， 提高了用戶對增強顯示環(huán)境的適應(yīng)性和舒適度。此外，基于投影顯示的增強現(xiàn)實系統(tǒng)不僅 擴大了用戶的觀察范圍，可多人共享，且不會使用戶產(chǎn)生頭暈癥狀。然而，現(xiàn)有的基于投影 的增強現(xiàn)實系統(tǒng)存在的最大問題在于投影儀需要安裝在固定位置，或需要用戶手持投影儀 設(shè)備。此外，并且現(xiàn)有投影設(shè)備的投影角度無法根據(jù)用戶的需求做出實時的調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有基于投影的增強現(xiàn)實系統(tǒng)技術(shù)中投影儀需安裝在固定位置或需要 用戶手持，以及投影角度不能變化的問題，本發(fā)明設(shè)計發(fā)明了一種隨身投影顯示增強現(xiàn)實 系統(tǒng)。本發(fā)明所述的隨身投影顯示增強現(xiàn)實系統(tǒng)包括攝像機、投影儀、反射鏡、角度鎖定 結(jié)構(gòu)、反射鏡運動控制結(jié)構(gòu)、移動計算設(shè)備。所述的攝像機可采用普通的CCD或CMOS攝像機或攝像頭，用于采集真實場景的圖 像，并提供給移動計算設(shè)備。所述的投影儀為達到隨身的目的，可采用微型投影儀，用于將計算機生成的多媒 體信息投影至用戶所處的真實場景之中，無需安裝在固定位置和用戶手持。所述的反射鏡為普通的平面反射鏡，能滿足水平投影時不影響投影視場，折轉(zhuǎn)投影時反射鏡與投影儀出瞳間的角度可調(diào)，角度調(diào)整范圍為0到50度，并能手動鎖緊。所述的角度鎖定結(jié)構(gòu)包括兩個普通的螺絲，用于固定反射鏡的位置。所述的反射鏡運動控制結(jié)構(gòu)由直線滑道導(dǎo)軌和導(dǎo)向柱構(gòu)成。直線滑道導(dǎo)軌能夠滿 足反射鏡的推拉運動，從而實現(xiàn)反射鏡在不使用狀況下能夠回收至投影儀的背面，導(dǎo)向柱 用于實現(xiàn)反射鏡角度的旋轉(zhuǎn)功能。所述的移動計算設(shè)備可采用超便攜PC、PDA或智能手機等能夠用于對輸入的場景 圖像進行視頻分析和識別、生成多媒體信息的設(shè)備或計算單元。本發(fā)明各組成部分的連接關(guān)系為投影儀與移動計算設(shè)備通過VGA信號線進行連 接，或者集成于移動計算設(shè)備中；攝像機通過數(shù)據(jù)線與移動計算設(shè)備相連接，或者集成于移 動計算設(shè)備中；反射鏡通過角度鎖定結(jié)構(gòu)安裝于投影儀的入瞳處，反射鏡鏡框兩側(cè)安裝角 度鎖定結(jié)構(gòu)；反射鏡運動控制結(jié)構(gòu)安裝于投影儀的側(cè)面，若投影儀集成于移動計算設(shè)備，則 反射鏡運動控制結(jié)構(gòu)安裝在移動計算設(shè)備的側(cè)面。本發(fā)明所述的隨身投影顯示增強現(xiàn)實系統(tǒng)的工作過程為啟動攝像機、移動計算 設(shè)備和投影儀。攝像機拍攝真實場景的圖像，并將圖像傳輸至移動計算設(shè)備。移動計算設(shè) 備對輸入的場景圖像進行視頻分析和識別，根據(jù)識別的結(jié)果將對應(yīng)的多媒體展示信息輸入 至投影儀。通過調(diào)節(jié)投影儀入瞳處安裝的反射鏡與光軸間的夾角，可將多媒體信息投影至 用戶所需的投影位置。一旦用戶確定了投影儀投影所需顯示的空間位置，可利用反射鏡鏡 框兩側(cè)安裝的角度鎖定結(jié)構(gòu)進行角度鎖緊，從而實現(xiàn)真實場景的投影增強顯示。系統(tǒng)在不 使用情況下，反射鏡可通過反射鏡運動控制結(jié)構(gòu)的直線滑道導(dǎo)軌回收至投影儀背面。有益效果本發(fā)明的隨身投影顯示增強現(xiàn)實系統(tǒng)無需固定安裝或要求用戶手持，可隨身佩戴 在用戶的胸前，通過識別算法自動識別場景，并將計算設(shè)備產(chǎn)生的多媒體信息投影顯示到 真實場景中，增強用戶對場景的感官認識和體驗，投影儀投影出的影像位置能夠根據(jù)用戶 的需求做出手動調(diào)節(jié)。本發(fā)明體積小巧、性價比高，其各組成部分能夠進一步被集成為投影 顯示增強模塊，廣泛應(yīng)用在手機、數(shù)碼相機、筆記本等移動設(shè)備上，實現(xiàn)真實場景的多媒體 信息增強，拓展用戶對周圍環(huán)境的認知能力。


圖1為本發(fā)明的隨身投影顯示增強現(xiàn)實系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的隨身投影顯示增強現(xiàn)實系統(tǒng)在使用狀態(tài)下的外觀示意圖；圖3為本發(fā)明的隨身投影顯示增強現(xiàn)實系統(tǒng)在不使用狀態(tài)下的外觀示意圖；圖4為具體實施例中佩戴集成了本發(fā)明的設(shè)備的用戶所看到的場景投影顯示增 強效果。標(biāo)號說明 1-攝像機，2-投影儀，3-反射鏡，4-角度鎖定結(jié)構(gòu)，5-反射鏡運動控制結(jié)構(gòu)，6_移 動計算設(shè)備。
具體實施例方式
為了更好的說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和具體實施實例對本發(fā)明內(nèi)容做進一步詳細說明。參照圖1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明的隨身投影顯示增強現(xiàn)實系統(tǒng)主要分為六個 部分攝像機1，投影儀2，反射鏡3，角度鎖定結(jié)構(gòu)4，反射鏡運動控制結(jié)構(gòu)5，移動計算設(shè)備 6。攝像機1為普通的CXD或CMOS攝像機，用于拍攝真實場景的圖像。投影儀2為一 款重量輕、體積小、能夠佩戴在用戶身上的微型投影儀，用于投影由移動計算設(shè)備6生成的 多媒體信息。反光鏡3為光路調(diào)節(jié)設(shè)備，用于將投影儀2投影出的光路反射到不同的空間 位置。角度鎖定結(jié)構(gòu)4用于鎖定反射鏡3與投影儀2之間的角度。反射鏡運動控制結(jié)構(gòu)5 用于實現(xiàn)反射鏡3的推拉運動及旋轉(zhuǎn)運動。移動計算設(shè)備6為計算單元，用于對攝像機1 拍攝到的真實場景圖像進行視頻分析和識別。微型投影儀2與移動計算設(shè)備6可通過VGA信號線進行連接，也可將微型投影儀 2集成于移動計算設(shè)備6中；攝像機1通過數(shù)據(jù)線與移動計算設(shè)備6相連接，也可集成于移 動計算設(shè)備6中。圖2是隨身投影顯示設(shè)備的外觀示意圖。安裝在反射鏡3鏡框兩側(cè)的角度鎖定結(jié) 構(gòu)，用于鎖定反射鏡3與投影儀2之間的角度，直線滑道導(dǎo)軌和導(dǎo)向柱的結(jié)構(gòu)用來實現(xiàn)反射 鏡3的推拉運動及旋轉(zhuǎn)運動。圖3是設(shè)備在不使用情況下，反射鏡3可通過滑道導(dǎo)軌回收至投影儀2背面。本發(fā)明所述的隨身投影顯示增強現(xiàn)實系統(tǒng)可以集成于智能手機、PDA、MP4等設(shè)備 中，其重量可以達到150克以下，完全能滿足隨身的需求。下面以將微型投影儀集成于智 能手機中為例，詳細說明本系統(tǒng)隨身的特點及集成方法利用智能手機上集成的微處理器 作為移動計算設(shè)備進行場景視頻的分析與計算。微型投影儀芯片可通過集成電路集成在 手機的微處理器上，將微處理器生成的多媒體信息投影至用戶所處的真實場景之中。若智 能手機上配備有攝像頭，則可直接利用攝像頭獲取用戶所處的真實場景圖像。反射鏡安裝 在微型投影儀的出瞳處，且反射鏡鏡框兩側(cè)安裝角度鎖定結(jié)構(gòu)。反射鏡運動控制結(jié)構(gòu)安裝 在手機的兩側(cè)用于控制反射鏡的推拉運動及旋轉(zhuǎn)運動。整個系統(tǒng)的體積可以制作到不超過 115X60X20毫米，重量可以小于150克，以便用戶長時間隨身佩戴于胸前。本具體實施方式
再以博物館導(dǎo)覽場景為例，說明集成了本發(fā)明所述的隨身投影顯 示增強現(xiàn)實系統(tǒng)的設(shè)備的工作過程當(dāng)隨身佩戴該設(shè)備的用戶進入博物館，本設(shè)備的攝像 機將實時拍攝展館中的真實場景，通過移動計算設(shè)備的識別算法對真實場景中的展品進行 識別，根據(jù)識別的結(jié)果將移動計算設(shè)備生成的多媒體信息如該展品的文字、視頻或三維模 型通過微型投影儀投影到真實場景中。角度可調(diào)的反射鏡可控制投影儀投影出的媒體信息 在空間中顯示的位置，實現(xiàn)虛實場景的無縫融合，提高用戶對展品的認知和參觀興趣，如當(dāng) 反射鏡與光軸的夾角為0度時，投影儀可將多媒體信息投影至地面上顯示，當(dāng)用戶逐步增 大反射鏡與光軸間夾角至50度時，投影儀投影的圖像將逐步從地面顯示過渡至用戶的正 前方顯示。安裝在反射鏡鏡框兩側(cè)的角度鎖定結(jié)構(gòu)可以進行手動角度鎖定，用戶在不使用 本設(shè)備的情況下，可通過滑道導(dǎo)軌將反射鏡回收至投影儀背面。圖4所示為佩戴該設(shè)備的用戶所看到的場景投影顯示增強效果。當(dāng)用戶看到不同 的名畫時，該設(shè)備能夠在真實環(huán)境上投影出用戶所觀看名畫的作者、年份、畫的類別以及該 作者的其他畫作信息。通過實驗驗證，該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)真實場景的多媒體信息增強，拓展用
5戶對周圍環(huán)境的感知和認知能力。 以上所述的具體描述，對發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說 明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例，用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本 發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng) 包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
隨身投影顯示增強現(xiàn)實系統(tǒng)，其特征在于包括攝像機、投影儀、反射鏡、角度鎖定結(jié)構(gòu)、反射鏡運動控制結(jié)構(gòu)、移動計算設(shè)備；所述的反射鏡能滿足水平投影時不影響投影視場，折轉(zhuǎn)投影時反射鏡與投影儀出瞳間的角度可調(diào)，并能手動鎖緊；在隨身投影顯示增強設(shè)備不使用時可通過反射鏡運動控制結(jié)構(gòu)的直線滑道導(dǎo)軌回收至投影儀背面；所述的反射鏡運動控制結(jié)構(gòu)由直線滑道導(dǎo)軌和導(dǎo)向柱構(gòu)成；直線滑道導(dǎo)軌能夠滿足反射鏡的推拉運動，實現(xiàn)反射鏡在不使用狀況下能夠回收至投影儀的背面，導(dǎo)向柱用于實現(xiàn)反射鏡角度的旋轉(zhuǎn)功能；所述的角度鎖定結(jié)構(gòu)包括兩個普通的螺絲，用于固定反射鏡的位置；各組成部分的連接關(guān)系為投影儀與移動計算設(shè)備通過VGA信號線進行連接，或者集成于移動計算設(shè)備中；攝像機通過數(shù)據(jù)線與移動計算設(shè)備相連接，或者集成于移動計算設(shè)備中；反射鏡通過角度鎖定結(jié)構(gòu)安裝于投影儀的入瞳處，反射鏡鏡框兩側(cè)安裝角度鎖定結(jié)構(gòu)；反射鏡運動控制結(jié)構(gòu)安裝于投影儀的側(cè)面，若投影儀集成于移動計算設(shè)備，則反射鏡運動控制結(jié)構(gòu)安裝在移動計算設(shè)備的側(cè)面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨身投影顯示增強現(xiàn)實系統(tǒng)，其特征在于所述的反射鏡可 調(diào)角度范圍為0到50度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨身投影顯示增強現(xiàn)實系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)該系統(tǒng)為隨身 便攜時，所述的投影儀為微型投影儀，無需安裝在固定位置和用戶手持，并且可將系統(tǒng)內(nèi)所 有部件集成為一體，重量為150克以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨身投影顯示增強現(xiàn)實系統(tǒng)，其特征在于所述的移動計算 設(shè)備采用能夠用于對輸入的場景圖像進行視頻分析和識別、生成多媒體信息的超便攜設(shè)備 或計算單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及隨身投影顯示增強現(xiàn)實系統(tǒng)，屬于虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述的隨身投影顯示增強現(xiàn)實系統(tǒng)包括攝像機、投影儀、反射鏡、角度鎖定結(jié)構(gòu)、反射鏡運動控制結(jié)構(gòu)、移動計算設(shè)備。本發(fā)明無需固定安裝或要求用戶手持，可隨身佩戴在用戶的胸前，通過識別算法自動識別場景，并將移動計算設(shè)備產(chǎn)生的多媒體信息投影顯示到真實場景中，增強用戶對場景的感官認識和體驗，投影儀投影出的影像位置能夠根據(jù)用戶的需求做出手動調(diào)節(jié)。本發(fā)明體積小巧、性價比高，其各組成部分能夠進一步被集成為投影顯示增強模塊，廣泛應(yīng)用在手機、數(shù)碼相機、筆記本等移動設(shè)備上，實現(xiàn)真實場景的多媒體信息增強，拓展用戶對周圍環(huán)境的認知能力。
文檔編號G03B21/28GK101893811SQ20101021349
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者常軍, 王涌天, 陳靖 申請人:北京理工大學(xué)