[发明专利]基于红外夜视功能的增强现实智能头盔研制

说明书

技术领域

本发明利用增强现实技术，研制一款智能头盔，配有便携式智能眼镜和红外夜视仪，用于显示在夜间人眼观察到的物体的温度、位置信息，实现人眼所见的现实物体的热度信息展示，增强对物理世界的感知。

背景技术

现代战争对高科技的需求越来越多，智能头盔显示器作为一种良好的人机交互装置，在现代军队装备中得到广泛应用，特别是近年来增强现实技术的发展及全息显示器的运用，为智能头盔的研制提供了有力支持。

现代头盔显示器(HMD)，一开始主要为了满足武装直升机的需要，六十年代越南战争中，美国的UH-1B直升机前端安装了旋转炮塔，驾驶员头戴具有瞄准功能的头盔瞄准具，提高了战斗力。从此，各国竞相开展了飞行员头盔显示器的研究。目前在军用航空头盔显示器方面最领先的是视景系统国际(VSI)公司。VSI生产的JHMCS联合头盔提示系统已经大量装备在美军的F-15、F-16和F/A-18战机上。我国HMD/HMS的研制工作起步较晚，在较先进的SU30战机上装备的头盔显示系统还是采用镀膜组合器，存在透光不强，反射率低等缺点。系统整体性能也跟国外先进水平相差很远。因此为了提高我军的装备现代化水平和作战能力，智能头盔显示器的研制变得非常迫切。

增强现实(AugmentedReality，AR)，是在虚拟现实的基础上发展起来的新技术，也被称为混合现实。它通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。增强现实提供了在一般情况下，不同于人类可以感知的信息。它不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中，用户利用头盔显示器，把真实世界与电脑图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。

增强现实作为一门新兴领域，结合了计算机图形学(ComputerGraphics)、图像处理(ImageProcessing)、机器视觉(MachineVision)等诸多学科的技术。同时也依赖于显示设备、图形加速设备(GraphicsCards)、传感器(Sensor)、跟踪器(Tracker)、交互工具(InteractiveTools)等硬件设备的发展。增强现实系统不是将用户与现实世界隔离，而是利用虚拟的圈形和文字等信息对真实世界的场景进行增强，实现真实世界和虚拟世界的无缝融合，并能够使用户如在真实环境中一样自然实时地交互。

发明内容

研制一款智能头盔，配有便携式智能眼镜和红外夜视仪，具备GPS定位、陀螺仪测姿功能，可用于显示在夜间人眼观察到的物体的温度、位置信息，实现人眼所见的现实物体的热度信息展示。随着佩戴人的位置、视野的移动，实时加载显示相应地物的热度信息内容。除用半透明伪彩色图像进行展示外，并提供相应的温度值、方位信息。

夜视功能的实现主要利用夜视仪来实现。夜视仪将来自目标的人眼看不见的光(微光或红光)信号转换为电信号，然后再把电信号放大，并把电信号转换为人眼可见的光信号。根据夜视仪所使用的光信号的不同，可将夜视仪分为微光夜视仪和红外夜视仪。与微光夜视仪相比，红外夜视仪可实现全天候、穿透烟、雾、霾、雪等恶劣条件的限制并识别目标背景的伪装，特别适用于夜间不良气象条件下对目标的探测。从原理上可分为：主动式夜视仪和被动式夜视仪。主动式夜视仪即传统意义上的红外微光夜视仪，这种夜视仪，通过增像管放大信号，将微光信息转化为可见的信息，从原理上来说是需要光源的。在全黑情况下，如果没有红外辅助光源，是无法看到目标的。被动夜视仪，就是夜成像夜视仪，通过热成像的原理产生可见图像，不需要光源，只需要观测物体的温度差即可。

以往的头盔显示系统无法同时显示夜视图像和信息符号，佩戴者必须在这两种功能间进行切换。通过内置在头盔中的数字夜视摄像头(DNVC)，智能头盔显示系统可把飞行信息和目标信息叠加显示在夜视图像上，从而大大拓展夜间视野范围，增强士兵夜间态势感知能力。

增强现实技术主要利用Unity3D开发环境，支持vuforia、OculusRift、HoloLens、ARToolkit、Metaio等多种AR平台的开发。主要的技术流程包括以下五部分：

(1)获取真实场景信息

在头盔显示器前方安装摄像头，用于摄取真实世界的景象。真实场景信息的获取也可以通过加载先前存储于本地的真实空间信息或使用远程服务器下载别人上传的真实场景信息。

(2)对真实场景和相机位置信息进行分析；