[发明专利]增强和混合现实的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及增强和混合现实领域，特别涉及一种增强和混合现实的装置及方法。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，简称AR)，是在虚拟现实的基础上发展起来的新技术，也被称之为混合现实(Mixed Reality,简称MR)。是利用虚拟物体对真实场景进行现实增强的技术。增强现实是基于摄像头等采集器件采集到的真实物理环境，通过将文本、二维图像、三维图像模型等虚拟生成的信息标注在显示屏所显示的真实物理环境中的物体上，从而实现对用户身处的现实物理环境的注释、说明、或者增强、强调现实环境的某些效果。增强现实技术给用户一种虚拟对象与现实环境相融合的体验，它能有效地帮助用户认知周围环境，增添周围环境的信息，实现用户与周围环境的交互。

现有增强现实设备主要有视频透视式和光学透视式两种，视频透视式利用摄像头将外界环境拍摄下来后，再与虚拟环境图像融合在一起显示给用户，这种形式最大的问题是存在延时；光学透视式利用组合镜将虚拟环境和现实环境的信息合成后显示给用户，用户通过组合镜直接观看外界环境，克服了视频透视式存在延时的问题，光学透视式，目前的技术是将虚拟环境通过组合镜片、棱镜或波导片等投影到用户视野内进行成像，无法克服光学传播过程中的发散效应，不适合显示高分辨率图像，且结构复杂，成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服以上缺陷，提供一种增强和混合现实的装置及方法，该装置及方法能使人眼看到虚拟图像和现实场景的叠加，实现用户与周围环境的交互，不仅无延时，而且利用结构简单、成本低的部件能克服光学传播过程中的发散效应，显示高分辨率图像，此外，设有负焦距的物镜来对目镜进行补偿，使得看到的现实实景清晰不变形或变形极小。

本发明是这样实现的：

方案(一)：

一种增强和混合现实的装置，其特征在于：该装置包括机架以及一组以上设置于机架上的增强和混合现实光学元件，每组增强和混合现实光学元件包括沿光线入射方向依次设置于光轴上的物镜、微显示装置和目镜，所述物镜为负焦距透镜，所述目镜为正焦距透镜，所述目镜和微显示装置之间的距离小于目镜的焦距；所述微显示装置包括微处理器和微显示屏，所述微处理器与微显示屏相连接，用于控制微显示屏上的虚拟图像显示，所述微显示屏为能在只显示微处理器输出图像和完全透明无图像呈现两种状态之间交替切换的时分显示器，或者为既能显示微处理器输出图像又能透过微显示屏看到前方实景的半透半反显示器，或者为既能显示微处理器输出图像又能透过微显示屏不显示图像部分看到前方实景的透明显示器，或者为既能显示微处理器输出图像又能透过微显示屏不显示图像部分和显示图像部分看到前方实景的透明显示器。

本发明还进一步做了如下改进：所述物镜和微显示装置的距离为0-5mm。

所述微显示装置还包括数据接口和耳机；所述数据接口与微处理器相连接，用于接收外部的声音、图像和文字数据并传送给微处理器；所述耳机与微处理器相连接，用于播放微处理器传送过来的声音数据；所述微显示装置还包括充电电池和充电接口或者所述微显示装置还包括电源接口；所述充电电池分别与微处理器、微显示屏和耳机相连接，用于向微处理器、微显示屏和耳机供电；所述充电接口与充电电池相连接，用于连接外部电源并为充电电池进行充电；所述电源接口分别与微处理器、微显示屏和耳机相连接，用于与连接外部电源对微处理器、微显示屏和耳机进行供电。

为了能用手势进行控制，所述增强和混合现实的装置还包括与微处理器相连接的手势接收控制装置，所述手势接收控制装置包括：捕捉摄像头，设置于机架前端，用于捕捉用户的手势信号；信号分析装置，分别与捕捉摄像头和微处理器相连接，用于获取捕捉摄像头捕捉到的用户手势信号，对手势信号进行分析后传送给微处理器；微处理器根据信号分析装置传输过来的信号控制微显示屏执行相应的动作。

为了能对用户的眼球进行跟踪，使画面向用户所注视的方向移动，所述增强和混合现实的装置还包括与微处理器相连接的眼球跟踪装置，所述眼球跟踪装置包括：眼球跟踪摄像头，设置于机架上且位于眼球前端，用于捕捉眼球的注视方向和眼球在注视方向的停留时间信息；分析判断装置，分别与眼球跟踪摄像头和微处理器相连接，用于获取眼球跟踪摄像头捕捉到的信息并对眼球在所述注视方向的停留时间进行判断，当在所述注视方向的停留时间没达到预设时间时，分析判断装置不输出信号，当在所述注视方向的停留时间达到预设时间时，分析判断装置输出信号给微处理器，微处理器接收到信号后控制微显示屏上的显示画面向所述注视方向移动。