一種基于頭戴式顯示器的顯示系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于頭戴式顯示器的顯示系統，包括：信息采集模塊、微處理器、頭戴式顯示器；所述信息采集模塊，用于采集所述頭戴式顯示器佩戴者的頭部運動的角加速度信息、線速度信息和位置信息；所述微處理器與所述信息采集模塊之間通信連接；所述微處理器接收所述信息采集模塊輸出的角加速度信息、線速度信息和位置信息，計算出所述佩戴者頭部運動的位移信息后，調整與所述微處理器水平綁定的頭戴式顯示器中的虛擬畫面；所述頭戴式顯示器與所述微處理器之間通信連接，所述頭戴式顯示器接收所述微處理器輸出的調整后的虛擬畫面，并進行顯示。本實用新型為觀看到真實性、趣味性的畫面提供良好的顯示設備。
【專利說明】
一種基于頭戴式顯示器的顯示系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種基于頭戴式顯示器的顯示系統。
【背景技術】
[0002]隨著互聯網技術的飛速發展，互聯網廣泛應用于遠程視頻教育、娛樂(玩游戲、觀看視頻)、軍事等領域，因而，互聯網在人們的生活中扮演著不可或缺的角色。其中，視頻、游戲顯示畫面、虛擬現實等均通過計算機或手機的顯示屏進行相應的顯示。
[0003]然而，孩子通過顯示屏觀看教育視頻時，由于處于一個非封閉式的學習環境，從而使得孩子的注意力不集中，其學習效率差。人們在進行游戲、視頻等娛樂項目時，通過顯示屏觀看其顯示畫面，無法體驗到顯示畫面中的真實性和趣味性。因此，本領域亟需實現帶有真實性、趣味性觀看虛擬畫面的顯示設備。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型提供的技術方案如下:
[0005]本實用新型提供一種基于頭戴式顯示器的顯示系統，包括:信息采集模塊、微處理器、頭戴式顯示器;所述信息采集模塊，用于采集所述頭戴式顯示器佩戴者的頭部運動的角加速度信息、線速度信息和位置信息;所述微處理器與所述信息采集模塊之間通信連接;所述微處理器接收所述信息采集模塊輸出的角加速度信息、線速度信息和位置信息，計算出所述佩戴者頭部運動的位移信息后，調整與所述微處理器水平綁定的頭戴式顯示器中的虛擬畫面;所述頭戴式顯示器與所述微處理器之間通信連接，所述頭戴式顯示器接收所述微處理器輸出的調整后的虛擬畫面，并進行顯示。
[0006]進一步，所述信息采集模塊嵌入設置或凸設在所述頭戴式顯示器上。
[0007]進一步，所述信息采集模塊包括:兩個陀螺儀傳感器，用于采集所述佩戴者頭部運動的角加速度信息;兩個加速度傳感器，用于采集所述佩戴者頭部運動的線加速度信息;兩個溫度傳感器，用于采集溫度漂移輔助信息;兩個電子羅盤傳感器，用于采集零軸漂移輔助?目息O
[0008]進一步，一個陀螺儀傳感器、一個加速度傳感器、一個溫度傳感器和一個電子羅盤傳感器集成在同一個電路板上。
[0009]進一步，所述信息采集模塊包括:兩個六軸傳感器，用于采集所述佩戴者頭部運動的角加速度信息、線加速度信息、溫度漂移輔助信息和零軸漂移輔助信息。
[0010]進一步，所述信息采集模塊還包括:位置追蹤器，用于采集所述佩戴者頭部運動的位置信息。
[0011 ]進一步，所述兩個六軸傳感器或兩個電路板分別關于安裝板的中心對稱設置，所述安裝板設置在所述頭戴式顯示器的正前方。
[0012]進一步，所述六軸傳感器的型號為博世ΒΜΙ055。
[0013]與現有技術相比，本實用新型具有以下優點:
[0014]1、本基于頭戴式顯示器的顯示系統，包括信息采集模塊、微處理器和頭戴式顯示器，其中，信息采集模塊、微處理器和頭戴式顯示器均是由電路和物理部件組成，為觀看到真實性、趣味性的畫面提供良好的顯示設備。
[0015]在顯示系統中，信息采集模塊用于獲取頭戴式顯示器佩戴者的頭部運動信息，微處理器根據佩戴者頭部運動信息，調整顯示畫面，在頭戴式顯示器上顯示調整后的顯示畫面，供佩戴者觀看到帶有真實性、趣味性的畫面。另外，還能保證孩子在視頻學習時，處于一個封閉的學習環境，提高孩子的學習效率。
[0016]2、本基于頭戴式顯示器的顯示系統中，六軸傳感器或兩個電路板分別關于安裝板的中心對稱設置，其安裝位置有利于傳感器采集到佩戴者更為精準的頭部運動數據;并且為避免頭戴式顯示器佩戴者出現眩暈狀態，提供良好的硬件基礎。
【附圖說明】
[0017]下面將以明確易懂的方式，結合【附圖說明】優選實施方式，對一種基于頭戴式顯示器的顯示系統的上述特性、技術特征、優點及其實現方式予以進一步說明。
[0018]圖1是本實用新型一種基于頭戴式顯示器的顯示系統的結構示意圖；
[0019]圖2是本實用新型另一種基于頭戴式顯示器的顯示系統的結構示意圖。
[0020]附圖標號說明:
[0021 ] 10、信息采集模塊，11、傳感器模塊，12、六軸傳感器，13、位置追蹤器，20、微處理器，30、頭戴式顯示器。
【具體實施方式】
[0022]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對照【附圖說明】本實用新型的【具體實施方式】。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖，并獲得其他的實施方式。
[0023]為使圖面簡潔，各圖中只示意性地表示出了與本實用新型相關的部分，它們并不代表其作為產品的實際結構。另外，以使圖面簡潔便于理解，在有些圖中具有相同結構或功能的部件，僅示意性地繪示了其中的一個，或僅標出了其中的一個。在本文中，“一個”不僅表示“僅此一個”，也可以表示“多于一個”的情形。
[0024]如圖1所示，一種基于頭戴式顯示器的顯示系統，包括:信息采集模塊10、微處理器20、頭戴式顯示器30;
[0025]所述信息采集模塊10，用于采集所述頭戴式顯示器30佩戴者的頭部運動的角加速度信息、線速度信息和位置信息；
[0026]所述微處理器20與信息采集模塊10之間通信連接;所述微處理器20接收所述信息采集模塊10輸出的角加速度信息、線速度信息和位置信息，計算出所述佩戴者頭部運動的位移信息后，調整與所述微處理器20水平綁定的頭戴式顯示器30中的虛擬畫面；
[0027]所述頭戴式顯示器30與所述微處理器20之間通信連接，所述頭戴式顯示器30接收所述微處理器20輸出的調整后的虛擬畫面，并進行顯示。
[0028]具體的，微處理器20可以為計算機或手機中的M⑶處理器，計算機或手機中的主機與顯示器水平綁定，信息采集模塊10(陀螺儀傳感器)獲取初始位置數據，根據計算機軟件算法精確人體頭部的初始方位來顯示第一幀視景圖片。
[0029]頭戴式顯示器30是虛擬現實系統中的一種人機交互設備，可固定佩戴在佩戴者的頭部。本顯示系統可以根據佩戴者的視覺系統和運動感知來改變圖像的視角和圖形，從而達到實時顯示相應的視景圖像。本顯示系統還可以精確測量出佩戴者的頭部位置和視線方向信息，以及人體線性移動或者角度旋轉位置的預測量與補償的方法，實時顯示相應不同的視景圖像，虛擬以達到與現實生活中的感官一致，可以有效地降低長時間佩戴頭戴式顯示器30或者快速旋轉頭戴式顯示器30給人體帶來的眩暈感，從而讓佩戴者的沉浸感更加強烈。
[0030]進一步優選的，所述信息采集模塊10嵌入設置或凸設在所述頭戴式顯示器30上。
[0031]進一步優選的，如圖2所示，所述信息采集模塊10包括兩個陀螺儀傳感器、兩個加速度傳感器、兩個溫度傳感器、兩個電子羅盤傳感器，一個陀螺儀傳感器、一個加速度傳感器、一個溫度傳感器和一個電子羅盤傳感器集成在同一個傳感器模塊11(同一個電路板)上；
[0032]所述陀螺儀傳感器，用于采集所述佩戴者頭部運動的角加速度信息;所述加速度傳感器，用于采集所述佩戴者頭部運動的線加速度信息;所述溫度傳感器，用于采集溫度漂移輔助信息;所述電子羅盤傳感器，用于采集零軸漂移輔助信息。
[0033]陀螺儀傳感器的原理是一個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。人們利用這個原理，利用陀螺儀傳感器來保持方向。可以進行增添陀螺傳感器數量以獲得多階數據的采集，來提高數據的精準度，從而降低延遲，改善頭戴式顯示器30的眩暈問題。
[0034]溫度傳感器采集到的數據，以及電子羅盤傳感器采集到的數據可以起到數據輔助作用，如雙軸傾角補償、溫度補償、計算傳感器與磁北夾角和指向零點的修正功能，根據地區磁場溫度等差異，起到一定的數據輔助功能，可以提高數據測量的精確度。
[0035]進一步優選的，如圖1所示，所述信息采集模塊10包括兩個六軸傳感器12，用于采集所述佩戴者頭部運動的角加速度信息、線加速度信息、溫度漂移輔助信息和零軸漂移輔助信息。所述六軸傳感器12的型號為博世BM1055。
[0036]進一步優選的，所述信息采集模塊10還包括位置追蹤器13，用于采集所述佩戴者頭部運動的位置信息。
[0037]具體的，本實用新型中分別在用戶運動平臺、頭戴式顯示器30上各自安裝兩個加速度計傳感器、兩個陀螺儀，通過兩個加速度計傳感器、兩個陀螺儀的運動偏差來計算頭部移動的真實數據，以減小位移帶來的偏差與延時。本實用新型中還可以通過使用多個加速度傳感器、多個陀螺儀，采集多個線性運動的數據，解決頭戴顯示器移動中的數據偏差。
[0038]由于傳感器采集到的數據都存在一定的誤差，可通過差分均值補償來提高傳感器的精度。通過溫度漂移數據以及零軸漂移數據對常值誤差進行補償，以達到減少常值誤差偏移，以提高陀螺儀數據的精確度。通過隨機誤差算法，對陀螺儀數據經行數據補償，以提高陀螺儀數據的精確度，降低位移偏差帶來的數據延遲。
[0039]當佩戴者左右旋轉、前后運動等復合運動時，通過頭戴式顯示器30左右旋轉的角加速度和前后運動的線加速度，角加速度是通過陀螺儀傳感器采集，線加速度是通過兩邊的加速度傳感器采集，將采集到的兩組數據交給計算機，計算機通過數據差分等算法，計算得出角位移和線位移，最終計算出頭部運動的三自由度位置信息。
[0040]進一步優選的，所述兩個六軸傳感器12或兩個電路板分別關于安裝板的中心對稱設置，即一個六軸傳感器12或一個電路板設置在安裝板的左側，另一個六軸傳感器12或另一個電路板設置在安裝板的右側;一個六軸傳感器12或一個電路板設置在安裝板上對角線的一端點處，另一個六軸傳感器12或另一個電路板設置在安裝板上對角線的另一端點處；所述安裝板設置在所述頭戴式顯示器30的正前方。
[0041]具體的，通過陀螺儀傳感器和加速度計傳感器來對頭部運動進行預測，利用預測算法給出頭部運動的提前量，從而縮短位置傳感器的跟蹤延時。對側設置的陀螺儀傳感器的相反運動方向，形成角速度偏移量的差分，可將偏差數據縮小在一個可控的范圍內；兩組傳感器信號采集之后輸出到計算機側進行處理，從而對頭部運動的位置信息進行有效預測，相對位置信息進行圖像處理與視景變換。
[0042]在手機VR頭盔的領域中，可以選擇外置傳感器，內嵌傳感器到VR頭盔之中，按照以上方案安置兩個陀螺儀傳感器。通過USB HID協議發送兩組不同的傳感器數據到手機端，通過安裝特定應用程序處理該傳感器數據并進行特殊算法處理，可以達到相同反眩暈的效果O
[0043]具體的，本基于頭戴式顯示器的顯示系統包括:頭戴式顯示器30、PCB、M⑶處理器、兩個陀螺儀傳感器、兩個加速度計傳感器、兩個溫度傳感器以及一個位置追蹤器13，傳感器安置在PCB的特殊位置，溫度傳感器采集當前溫度狀況，加速度傳感器采集線性位移數據，陀螺儀傳感器采集角速度位移數據，位置追蹤器13捕獲人體位置數據，傳感器采集到的信息將通過MCU處理器，進行算法處理，將當前方位的圖像信息實時更新到頭戴顯示器上呈現給用戶頭部，以達到虛擬現實的效果。
[0044]綜上所述，通過以上方案改進并縮小了數據偏差范圍，從而降低數據延遲帶來的視景失真從而給用戶帶來虛擬現實的不真實感。簡單有效地解決了眩暈問題，讓用戶更加自然舒適地體驗VR虛擬現實帶來的真實與震撼。
[0045]應當說明的是，上述實施例均可根據需要自由組合。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于頭戴式顯示器的顯示系統，其特征在于，包括: 信息采集模塊、微處理器、頭戴式顯示器； 所述信息采集模塊，用于采集所述頭戴式顯示器佩戴者的頭部運動的角加速度信息、線速度信息和位置信息； 所述微處理器與所述信息采集模塊之間通信連接;所述微處理器接收所述信息采集模塊輸出的角加速度信息、線速度信息和位置信息，計算出所述佩戴者頭部運動的位移信息后，調整與所述微處理器水平綁定的頭戴式顯示器中的虛擬畫面； 所述頭戴式顯示器與所述微處理器之間通信連接，所述頭戴式顯示器接收所述微處理器輸出的調整后的虛擬畫面，并進行顯示。2.如權利要求1所述的基于頭戴式顯示器的顯示系統，其特征在于: 所述信息采集模塊嵌入設置或凸設在所述頭戴式顯示器上。3.如權利要求1所述的基于頭戴式顯示器的顯示系統，其特征在于，所述信息采集模塊包括: 兩個陀螺儀傳感器，用于采集所述佩戴者頭部運動的角加速度信息； 兩個加速度傳感器，用于采集所述佩戴者頭部運動的線加速度信息； 兩個溫度傳感器，用于采集溫度漂移輔助信息； 兩個電子羅盤傳感器，用于采集零軸漂移輔助信息。4.如權利要求3所述的基于頭戴式顯示器的顯示系統，其特征在于: 一個陀螺儀傳感器、一個加速度傳感器、一個溫度傳感器和一個電子羅盤傳感器集成在同一個電路板上。5.如權利要求1所述的基于頭戴式顯示器的顯示系統，其特征在于，所述信息采集模塊包括: 兩個六軸傳感器，用于采集所述佩戴者頭部運動的角加速度信息、線加速度信息、溫度漂移輔助信息和零軸漂移輔助信息。6.如權利要求3或5所述的基于頭戴式顯示器的顯示系統，其特征在于，所述信息采集模塊還包括: 位置追蹤器，用于采集所述佩戴者頭部運動的位置信息。7.如權利要求4或5所述的基于頭戴式顯示器的顯示系統，其特征在于: 所述兩個六軸傳感器或兩個電路板分別關于安裝板的中心對稱設置，所述安裝板設置在所述頭戴式顯示器的正前方。8.如權利要求5所述的基于頭戴式顯示器的顯示系統，其特征在于: 所述六軸傳感器的型號為博世BM1055。
【文檔編號】H04W4/02GK205581842SQ201620262760
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月31日
【發明人】翁建波
【申請人】小派科技（上海）有限責任公司