AR增強現實眼鏡的制作方法

本實用新型涉及虛擬現實領域，特別是涉及一種AR增強現實眼鏡。

背景技術：

傳統的教材，多為平面印刷的紙質書本，雖然色彩斑斕，但一方面，互動性較差，另一方面，生產成本高，隨著電子技術的高速發展，出線了電子教材，電子教材，是指數字化、交互功能的智能化將教材內容以科學直觀的視、音、圖、文展現出來的通過電子介質閱讀的課本。電子課本多角度、多維度地呈現教材內容方便學生理解和掌握教材知識，為傳統教材模式向網絡化教材轉變提供了良好范式。此外電子課本加入書簽、筆記和標注等功能，更好的提高了學生的積極性。

但現有技術的電子教材仍然不能將教材中的環境真實的展現在學生面前，不能讓學生感同身受，因此其互動性仍然有待提高，不能讓學生印象更加深刻。

隨著虛擬現實技術的高速發展，誕生了AR增強現實技術，它是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度并加上相應圖像、視頻、3D模型的技術，這種技術的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現實世界并進行互動，廣泛應用于教育行業。現有技術中，基于AR增強現實的魔法書，對書中圖像識別度不高，導致設備反應時間長，且經常出現播放錯誤。

技術實現要素：

為解決上述問題，本實用新型提供一種識別精度高、識別效率高、能激發讀者興趣、提升閱讀效果的AR增強現實眼鏡。

本實用新型所采用的技術方案是：AR增強現實眼鏡，包括可佩戴于用戶眼部的鏡框、安裝于鏡框背離用戶眼部一側的用于識別并將二維圖像轉換為三維動畫并播放的智能終端；所述智能終端包括用于采集二維圖像的圖像采集模塊、存儲有若干二維圖像和三維動畫的存儲模塊、用于識別圖像采集模塊采集到的二維圖像的識別模塊、用于根據識別模塊識別結果以播放存儲模塊中三維動畫圖像信息的播放模塊、用于播放三維動畫中音頻信息的聲音模塊、用于進行控制的控制模塊，所述控制模塊與圖像采集模塊、存儲模塊、識別模塊、播放模塊、聲音模塊電連接以進行控制。

對上述技術方案的進一步改進為，所述識別模塊包括圖像檢測與定位單元、圖像預處理單元、圖像特征提取單元和匹配識別單元；所述圖像特征提取單元提取的特征為全局特征和局部特征中的一種或兩種。

對上述技術方案的進一步改進為，所述智能終端為手機，所述圖像采集模塊為手機上的攝像頭，所述播放模塊為手機的顯示屏，所述聲音模塊為手機的喇叭。

對上述技術方案的進一步改進為，所述鏡框上設有一安裝盒，智能終端可拆卸的安裝于安裝盒內。

對上述技術方案的進一步改進為，還包括連接于鏡框背離智能終端一側用于將鏡框固定于用戶頭部的固定帶。

對上述技術方案的進一步改進為，所述固定帶包括連接于鏡框兩端的主體帶、一端連接于主體帶中部另一端連接于鏡框中部的中間帶，所述主體帶和中間帶均為松緊帶。

本實用新型的有益效果為：

1、一方面，本實用新型中，用戶佩戴AR增強現實眼鏡，通過智能終端采集教材上的二維圖像，將其轉換為三維動畫并播放，實現二維圖像的三維化、動畫化，能更好的激發讀者的興趣，通過生動形象的動畫加深讀者的印象，以提升閱讀效果。第二方面，圖像采集模塊采集教材中二維圖像信息，經識別模塊識別并與存儲模塊中存儲的二維圖像進行匹配，根據匹配結果，在控制模塊控制下，播放模塊和聲音模塊播放存儲模塊中對應該二維圖像的三維動畫圖像信息和音頻信息，以形成帶聲音的動畫，智能化程度高，識別精度高，識別效率高，播放準確

2、所述識別模塊包括圖像檢測與定位單元、圖像預處理單元、圖像特征提取單元和匹配識別單元；所述圖像特征提取單元提取的特征為全局特征和局部特征中的一種或兩種。首先，圖像檢測與定位單元對圖像采集模塊采集到的二維圖像進行檢測，將主體部分從背景部分提取出來，檢測及定位主體部分的形狀、位置及尺寸等信息；然后，圖像預處理單元對二維圖像進行預處理，主要是排除噪聲、光照條件、圖像采集角度等各種因素對采集的主體部分的影響，使得主體部分對其他因素不敏感；然后，圖像特征提取單元通過全局特征和局部特征相結合的方式提取主體部分的特征，識別精度高，如當主體部分為拿著蘿卜的兔子時，整個拿著蘿卜的兔子為整體特征，描述主體部分的整體特性，得到的特征向量中每一維都包含整個拿著蘿卜的兔子的信息，而對其中的兔子耳朵、眼睛、手、腳、蘿卜等為局部特征，采用局部特征識別，當二維圖像中的一部分被遮擋時也能準確識別出該二維圖像，識別精度高；再然后，通過匹配識別單元對圖像特征提取單元提取的全局特征或局部特征進行分類或組合，以將該二維圖像與儲存模塊儲存的二維圖像相匹配。

其中，全局特征提取為主成分分析，即將主體部分按行或列重新排列成一維向量，然后將其視為一維離散信號進行后續處理。假設X＝[x₁，x₂，…x_n]為主體部分的樣本集，其中，x_i(i＝1,2，…n)表示樣本集中第i個樣本，W＝[w₁，w ₂，…w_m]表示線性變換矩陣，其中，wj(j＝1,2，…m)表示第j個主成分，線性變換可表示為，其中，為整個樣本向量集的平均向量，y_i是高維空間向量x_i線性變換后所對應的低維向量。主成分w_j是X的協方差矩陣St對應的特征向量：

設λ₁，λ₂，…λ_M為矩陣S_t的特征值，且λ₁≥λ₂≥…≥λ_M，則主成分矩陣中wj是特征值λ_j對應的特征向量，將這些特征向量轉為二維圖像的形式時仍然顯示為主體部分的輪廓。

局部特征提取采用Gabor小波，在二維圖像中，采取多個不同方向、不同尺度的的濾波響應來描述二維圖像的局部紋理信息，識別精度高。

二維Gabor小波定義為，

其中，(x，y)表示當前坐標，φN決定了濾波器的方向，而δ和k決定了高斯窗口的大小。

3、智能終端為手機，所述圖像采集模塊為手機上的攝像頭，所述播放模塊為手機的顯示屏，所述聲音模塊為手機的喇叭，手機體積較小，便于攜帶，且手機都設有攝像頭、顯示屏、喇叭等部件，系統集成度高，進一步增加了本實用新型使用的便利性。

4、所述鏡框上設有一安裝盒，智能終端可拆卸的安裝于安裝盒內，當用戶需要佩戴本實用新型的眼鏡來觀看教材時，將智能終端裝設于鏡框上即可，當不需要觀看教材時，智能終端能獨立使用，安裝和拆卸方便，實現了本實用新型的多元化用途。

5、還包括連接于鏡框背離智能終端一側用于將鏡框固定于用戶頭部的固定帶，通過固定帶，防止鏡框掉落，保證觀看的穩定性。

6、所述固定帶包括連接于鏡框兩端的主體帶、一端連接于主體帶中部另一端連接于鏡框中部的中間帶。由于鏡框裝上智能終端后，整體重量較大，通過固定帶從鏡框兩側和中間對鏡框進行固定，固定效果好，防止鏡框掉落，保證觀看的穩定性，同時，所述主體帶和中間帶均為松緊帶，具有彈性，能適合不同頭圍的用戶，提高了本實用新型的適用范圍。

附圖說明

圖1為本實用新型的立體圖；

圖2為本實用新型的側視圖；

圖3為本實用新型的工作原理圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型作進一步的說明。

如圖1和圖2所示，分別為本實用新型的立體圖和側視圖。

AR增強現實眼鏡100，包括可佩戴于用戶眼部的鏡框110、安裝于鏡框110背離用戶眼部一側的用于識別并將二維圖像轉換為三維動畫并播放的智能終端120。

所述智能終端120包括用于采集二維圖像的圖像采集模塊121、存儲有若干二維圖像和三維動畫的存儲模塊122、用于識別圖像采集模塊121采集到的二維圖像的識別模塊123、用于根據識別模塊123識別結果以播放存儲模塊122中三維動畫圖像信息的播放模塊124、用于播放三維動畫中音頻信息的聲音模塊125、用于進行控制的控制模塊126，所述控制模塊126與圖像采集模塊121、存儲模塊122、識別模塊123、播放模塊124、聲音模塊125電連接以進行控制。

所述識別模塊123包括圖像檢測與定位單元123a、圖像預處理單元123b、圖像特征提取單元123c和匹配識別單元123d；所述圖像特征提取單元123c提取的特征為全局特征和局部特征中的一種或兩種。首先，圖像檢測與定位單元123a對圖像采集模塊121采集到的二維圖像進行檢測，將主體部分從背景部分提取出來，檢測及定位主體部分的形狀、位置及尺寸等信息；然后，圖像預處理單元123b對二維圖像進行預處理，主要是排除噪聲、光照條件、圖像采集角度等各種因素對采集的主體部分的影響，使得主體部分對其他因素不敏感；然后，圖像特征提取單元123c通過全局特征和局部特征相結合的方式提取主體部分的特征，識別精度高，如當主體部分為拿著蘿卜的兔子時，整個拿著蘿卜的兔子為整體特征，描述主體部分的整體特性，得到的特征向量中每一維都包含整個拿著蘿卜的兔子的信息，而對其中的兔子耳朵、眼睛、手、腳、蘿卜等為局部特征，采用局部特征識別，當二維圖像中的一部分被遮擋時也能準確識別出該二維圖像，識別精度高；再然后，通過匹配識別單元123d對圖像特征提取單元123c提取的全局特征或局部特征進行分類或組合，以將該二維圖像與存儲模塊122儲存的二維圖像相匹配。

其中，全局特征提取為主成分分析，即將主體部分按行或列重新排列成一維向量，然后將其視為一維離散信號進行后續處理。假設X＝[x₁，x₂，…x_n]為主體部分的樣本集，其中，x_i(i＝1,2，…n)表示樣本集中第i個樣本，W＝[w₁，w ₂，…w_m]表示線性變換矩陣，其中，wj(j＝1,2，…m)表示第j個主成分，線性變換可表示為，其中，為整個樣本向量集的平均向量，y_i是高維空間向量x_i線性變換后所對應的低維向量。主成分w_j是X的協方差矩陣St對應的特征向量：

設λ₁，λ₂，…λ_M為矩陣S_t的特征值，且λ₁≥λ₂≥…≥λ_M，則主成分矩陣中wj是特征值λ_j對應的特征向量，將這些特征向量轉為二維圖像的形式時仍然顯示為主體部分的輪廓。

局部特征提取采用Gabor小波，在二維圖像中，采取多個不同方向、不同尺度的的濾波響應來描述二維圖像的局部紋理信息，識別精度高。

二維Gabor小波定義為，

其中，(x，y)表示當前坐標，φN決定了濾波器的方向，而δ和k決定了高斯窗口的大小。

智能終端120為手機，所述圖像采集模塊121為手機上的攝像頭，所述播放模塊124為手機的顯示屏，所述聲音模塊125為手機的喇叭，手機體積較小，便于攜帶，且手機都設有攝像頭、顯示屏、喇叭等部件，系統集成度高，進一步增加了本實用新型使用的便利性。

所述鏡框110上設有一安裝盒111，智能終端120可拆卸的安裝于安裝盒111內，當用戶需要佩戴本實用新型的眼鏡100來觀看教材時，將智能終端120裝設于鏡框110上即可，當不需要觀看教材時，智能終端120能獨立使用，安裝和拆卸方便，實現了本實用新型的多元化用途。

還包括連接于鏡框110背離智能終端120一側用于將鏡框110固定于用戶頭部的固定帶130，通過固定帶130，防止鏡框110掉落，保證觀看的穩定性。

所述固定帶130包括連接于鏡框110兩端的主體帶131、一端連接于主體帶131中部另一端連接于鏡框110中部的中間帶132。由于鏡框110裝上智能終端120后，整體重量較大，通過固定帶130從鏡框110兩側和中間對鏡框110進行固定，固定效果好，防止鏡框110掉落，保證觀看的穩定性，同時，所述主體帶131和中間帶132均為松緊帶，具有彈性，能適合不同頭圍的用戶，提高了本實用新型的適用范圍。

一方面，本實用新型中，用戶佩戴AR增強現實眼鏡100，通過智能終端120采集教材上的二維圖像，將其轉換為三維動畫并播放，實現二維圖像的三維化、動畫化，能更好的激發讀者的興趣，通過生動形象的動畫加深讀者的印象，以提升閱讀效果。第二方面，圖像采集模塊121采集教材中二維圖像信息，經識別模塊123識別并與存儲模塊122中存儲的二維圖像進行匹配，根據匹配結果，在控制模塊126控制下，播放模塊124和聲音模塊125播放存儲模塊122中對應該二維圖像的三維動畫圖像信息和音頻信息，以形成帶聲音的動畫，智能化程度高，識別精度高，識別效率高，播放準確。

如圖3所示，為本實用新型的工作原理圖。

本實用新型的工作原理為：

首先，將智能終端120卡設于鏡框110上，將鏡框110通過固定帶130固定于用戶頭部，然后，通過智能終端120，手機上的攝像頭，采集教材上的二維圖像；然后，圖像檢測與定位單元123a對圖像采集模塊121采集到的二維圖像進行檢測，將主體部分從背景部分提取出來，檢測及定位主體部分的形狀、位置及尺寸等信息；然后，圖像預處理單元123b對二維圖像進行預處理，主要是排除噪聲、光照條件、圖像采集角度等各種因素對采集的主體部分的影響，使得主體部分對其他因素不敏感；然后，圖像特征提取單元123c通過全局特征和局部特征相結合的方式提取主體部分的特征，識別精度高；再然后，通過匹配識別單元123d對圖像特征提取單元123c提取的全局特征或局部特征進行分類或組合，以將該二維圖像與存儲模塊122儲存的二維圖像相匹配；最后，根據匹配結果，在控制模塊126控制下，播放模塊124和聲音模塊125播放存儲模塊122中對應該二維圖像的三維動畫圖像信息和音頻信息，以形成帶聲音的動畫。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。