一种增强现实的装置和实现方法与流程

文档序号：12824083阅读：1036来源：国知局

本发明涉及增强现实技术，特别是一种增强现实的装置和实现方法。

背景技术：

增强现实(augmentedreality，下面简称ar)，是一种结合虚拟化技术来呈现世界的方式，ar能为我们提供现实中无法直接获知的信息。随着移动设备计算能力的快速提升，ar技术的应用越来越广泛。如医生可以利用增强现实技术，轻易地进行手术部位的精确定位。增强现实在工业上也已经出现很多应用，目前主要用于大型器械的维修和制造上，通过为维修人员装备头戴式展示器，维修人员可以在维修时轻松获取对他们有用的很多帮助信息。此外，增强现实在游戏和娱乐中的应用同样很多。

相关技术中，用户可以通过佩戴增强现实设备，体验增强现实场景。该增强现实设备能够通过设置在设备上的摄像头实时获取该用户周围环境的图像，并发送至增强现实服务器中，以便增强现实服务器能够将该用户周围环境的图像与计算机图形系统产生的虚拟场景进行处理和叠加，生成增强现实场景，再通过增强现实设备中的显示装置将该增强现实场景呈现给用户。

目前很多增强现实设备是将增强信息合成到现实场景的二维影像中，无法再现现实场景的深度感受。利用光学反射原理在组合玻璃上投影显示增强信息，虽然可以解决景深问题，但显示效果受环境光的影响较大，同时受组合玻璃安装角度、空间位置和形状大小的限制。视网膜直接投影设备可以很好地将增强信息叠加到现实三维场景中，但需要复杂精密的可穿戴设备，成本高、开发周期长，而且使用不便。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种增强现实的装置和实现方法。

本发明提供了一种增强现实的装置，包括：

显示屏幕，用于显示增强信息，同时其透明度可控，通过显示屏幕透明状态的不断切换，使得现实场景和增强信息可以叠加显示；

成像设备，用于生成增强信息，并将其传输至显示屏幕；

控制器，用于计算增强信息生成在显示屏幕上的位置，同时还用于控制显示屏幕和成像设备。

优选地，所述控制器设有计算装置，所述计算装置用于计算增强信息生成在显示屏幕上的位置。

优选地，所述显示屏幕采用透光度可控液晶膜材料制成，所述控制器设有电位差波形发生器，所述电位差波形发生器电连接显示屏幕，用于控制显示屏幕的透明度。

优选地，所述控制器还设有用于感知方位的传感器，所述传感器用于测量方位数据并将其上传至控制器。

优选地，所述控制器还设有通讯装置，所述通讯装置用于将控制器获得的信息上传至服务器，以及从服务器下载信息。

本发明还提供了一种增强现实的实现方法，包括以下步骤：

s1、控制器确定显示屏幕当前的方位，以及相应的屏幕坐标系(i1，j1，k1，1)及相对于参考坐标系(i0，j0，k0，0)的旋转矩阵a；

s2、控制器提取需要叠加到现实场景中的增强信息及其在参考坐标系(i0，j0，k0，0)中的坐标；

s3、控制器计算增强信息在显示屏幕上生成位置的坐标；

s4、控制器控制显示屏幕的透明度；

s5、控制器控制成像设备将增强信息传输至显示屏幕上由步骤s3计算得到的位置坐标。

优选地，所述步骤s3包括以下步骤：

s31、确定现实场景中需叠加增强信息的点在参考坐标系中的坐标为同时计算其在屏幕坐标系中的坐标

其中a为屏幕坐系标相对于参考坐标系的旋转矩阵，为参考坐标系原点在屏幕坐标系中的坐标；

s32、判定显示屏幕的曲率是否大于阀值，若小于等于阀值，则执行步骤s33的计算步骤，若大于阀值，则执行步骤s34的计算步骤；

s33、确定使用者的眼睛相对于屏幕坐标系中的坐标为计算投影点和观察者的眼睛连线与屏幕坐标系k1-j1平面的交点为

s34、计算投影点和观察者的连线与屏幕曲面的交点

其中是屏幕在(i1，j1，k1，1)坐标系下的曲面方程。

综上所述，本发明具有以下优点：

使用本发明不需要任何穿戴设备，用户就可以看到叠加在现实三维场景中的增强信息，而不是叠加有增强信息的合成二维场景影像，同时受环境光影响小。另外，本发明安装简单，受安装空间、角度和形状限制小，使用范围广发，应用场景灵活。本发明的实现方法投影点计算准确度高，计算量较小。

附图说明

图1为本实施例的增强现实装置的应用场景示意图；

图2为本实施例的增强现实装置的结构框图；

图3为增强现实实现方法的流程图；

图4为投影位置坐标计算示意图；

图5为真实场景的应用示意图；

图6为使用者看到的经增强现实装置处理后的图像信息。

具体实施方式

下面结合实施方式及附图对本发明作进一步详细、完整地说明。

如图1-6所示，本发明提供了一种增强现实的装置，包括：

显示屏幕，用于显示增强信息，同时其透明度可控，通过显示屏幕透明状态的不断切换，使得现实场景和增强信息可以叠加显示；

成像设备，用于生成增强信息，并将其传输至显示屏幕；

控制器，用于计算增强信息生成在显示屏幕上的位置，同时还用于控制显示屏幕和成像设备。

所述显示屏幕采用透光度可控液晶膜材料制成，所述控制器设有电位差波形发生器，所述电位差波形发生器电连接显示屏幕，用于控制显示屏幕的透明度。

本发明的显示屏幕可以在透明和不透明之间切换，比如采用透光度可控液晶膜材料，该种材料由两层透明的导电薄膜和夹在中间的液晶分子构成，两层导电薄膜分别连接两个电极。当电极之间没有电位差的时候，液晶分子的排列是无序的，液晶膜材料是不透明的。在电极之间施加电位差，则液晶分子有序排列，使液晶膜材料进入透明状态。其透明度可以通过电位差的高低进行调制，因此可以通过控制电位差波形发生器来控制显示屏幕的透明度，当电位差波形发生器连接电源和屏幕电极时，用于在电极之间产生一定波形的电位差，从而控制液晶膜材料的通断电状态，实现屏幕透明状态的切换，通常波形频率不应小于48赫兹。

所述控制器设有计算装置，所述计算装置用于计算增强信息生成在显示屏幕上的位置。

所述控制器还设有用于感知方位的传感器，所述传感器用于测量方位数据并将其上传至控制器。

在移动应用的场景中，需要感知设备的位置和方向，以便于计算投影位置，因此设置了感知方位的传感器，便于精确定位。

所述控制器还设有通讯装置，所述通讯装置用于将控制器获得的信息上传至服务器，以及从服务器下载信息。

使用者在使用本增强现实显示装置时，通过控制屏幕的透明度可以调整观察者所能看到的图像。当屏幕处于透明状态时，观察者可以看到屏幕另一侧的现实场景，即如图5所示，人眼观察到的雕像。当屏幕处于不透明状态时，观察者可以看到屏幕上呈现的增强影像信息。由于人类视觉的暂留效应，视觉暂留时间约为0.05至0.2秒，而当屏幕透明状态切换的频率足够高时(大于48赫兹)，使用者可以同时看到现实场景和投影叠加在场景中的增强信息，即如图6所示，人眼能看到在雕像的特定部位出现尺寸线以及尺寸值等增强信息。

如图4所示，如果希望在现实场景中的一点r处叠加增加信息时，则这些信息的投影位置应该是观察者的眼睛和r点连线与屏幕的交点a。而r点的位置坐标在参考坐标系(i0，j0，k0，0)中的坐标是已知的，那么其在的屏幕坐标系(i1，j1，k1，1)中的坐标可以通过以下步骤获得。