一种内置摄像头和九轴传感器的智能头盔装置的制作方法

1.本实用新型涉及物理领域，尤其涉及信息交互装置，具体而言是一种内置摄像头和九轴传感器的智能头盔装置。


背景技术：

2.现有技术中，各种各样的视频对话技术不断涌现，如视频电话、电脑加摄像头和手机等，但是都还有各种各样的缺点：视频电话和电脑加摄像头的视频对话方式只能在固定的位置进行操作，双方的互动性不强。而用手机进行视频对话则可以随意移动，但是在视频对话时也是需要使用者手持调整到合适角度，才能更好使用，用户体验不好、手臂也容易疲劳。
3.有赖于电子技术的进步，近年来，各种各样强大的图形渲染游戏越来越多，但大部分的这些游戏中，使用者是以第三者角色来操纵游戏的。当然也有越来越多的游戏，使用者也能以第一视角来操纵游戏，但游戏角色呆板，并不能再现使用者的音容相貌，使用者的代入感并不是很强。
4.在电影《头号玩家》中，通过强大的虚拟图形处理技术，游戏中的人物都可以再现现实生活中人的相貌和表情。由腾讯互娱事业群的next studio 与epic games、cubic motion和3lateral等业内各领域顶尖公司联合团队开发“数字虚拟人技术”则可以将使用者代入更真实的面对面交流中，游戏中，角色也能再现使用者的音容相貌。只要相应的动捕设备，戴在使用者的头上，它就能实时跟踪多个面部特征点，并将这些数据实时地映射到虚拟人的面部rig（骨骼绑定）驱动虚拟人的3d脸部模型，动作表情以每秒60帧输出在屏幕上。
5.电影《头号玩家》中，使用者的图像是由戴在脖子上的视频拍摄装置来捕捉面部图像的。因为视频拍摄装置只能从下向上拍摄使用者的面部图像，所以实际拍摄到的面部图像并不完整。而在“数字虚拟人技术”中，使用者是通过固定在头上的框架式视频拍摄装置来捕捉面部图像的，视频拍摄装置可以很好的拍摄面部图像，但框架式视频拍摄装置非常大，影响使用者的使用体验。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种内置摄像头和九轴传感器的智能头盔装置，所述的这种内置摄像头和九轴传感器的智能头盔装置要解决现有技术中电子游戏角色呆板，并不能再现使用者的音容相貌，使用者的代入感并不是很强、视频拍摄装置实际拍摄到的面部图像不完整的技术问题。
7.本实用新型的一种内置摄像头和九轴传感器的智能头盔装置，包括头盔、处理单元和供电单元，头盔内设置有显示器、受话器、扬声器，头盔前侧设置有至少两个摄像头，显示器位于使用者眼部的前侧，受话器与使用者嘴部相邻设置，扬声器与使用者耳部相邻设置；
8.所述的处理单元的信号输出端连接到显示器和扬声器信号输入端，处理单元的信
号输入端连接到受话器、摄像头的信号输出端；
9.所述的供电单元连接到显示器、受话器、扬声器、摄像头和处理单元的电源端。
10.优选的，所述的头盔的前侧设置有透明面罩，摄像头位于头盔面部前侧透明区域之外。这样摄像头可以直接拍摄到使用者的面部图像，且不遮挡使用者的视线。
11.优选的，所述的头盔内设置有九轴传感器，九轴传感器包括三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴磁力计，所述处理单元的信号输入端连接到三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴磁力计的信号输出端，所述供电单元连接到三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴磁力计的电源端。
12.优选的，所述的显示器为ar视频播放装置或者vr视频播放装置。
13.优选的，所述的供电单元采用电池。
14.优选的，所述的电池采用充电电池。本实用新型与现有技术相比，其效果是积极和明显的。本实用新型的一种内置摄像头和九轴传感器的智能头盔装置内置有摄像头，使用者不需要拿着手机调整到合适角度进行视频对话，可以避免手部疲劳，使用体验更好。同时因为头盔内置有不少于两个的摄像头，摄像头可以从多个角度和方向拍摄到使用者的面部图像，然后通过处理单元合成为一个三维的面部图像特征，不存在单一角度摄像头（如从下至上拍摄）拍摄面部图像因视角和遮蔽导致面部图像不完整的问题，也不需要超长的固定于头部的框架式视频拍摄装置来拍摄面部图像，从而导致头部活动固难的问题。内置的摄像头位于头盔的透明面罩区域之外，不会遮挡使用者的视线。
15.使用者只需戴上头盔，就可以直接进行视频对话，或者将虚拟的图像投影到游戏中去，使使用者有更强的游戏代入感。
16.本智能头盔还设置有九轴传感器，可以知道使用者头部当前所处的方向，偏转角度，是否处理移动状态，以及移动状态的角度方向和速度。这将进一步增强视频对话功能，而且这在游戏中将有极强的角色代入感，角色的转向，抬头等操作也可以仅依靠头部的移动实现。另外智能头盔在装上九轴传感器后，可以通过头部的姿态操纵航模等。
附图说明
17.图1为本实用新型的一种内置摄像头和九轴传感器的智能头盔装置的正视结构示意图。
18.图2为本实用新型的一种内置摄像头和九轴传感器的智能头盔装置的侧视结构示意图。
19.图3为本实用新型的一种内置摄像头和九轴传感器的智能头盔装置的俯视结构示意图。
具体实施方式
20.以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述，但本实用新型并不限制于本实施例，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。
21.实施例1
22.如图1、图2和图3所示，本实用新型的一种内置摄像头和九轴传感器的智能头盔装置，包括头盔1、处理单元和供电单元，头盔1内设置有显示器、受话器3、扬声器，头盔1前侧
设置有至少两个摄像头，显示器位于使用者眼部的前侧，受话器3与使用者嘴部相邻设置，扬声器与使用者耳部相邻设置；
23.所述的处理单元的信号输出端连接到显示器和扬声器信号输入端，处理单元的信号输入端连接到受话器3、摄像头的信号输出端；
24.所述的供电单元连接到显示器、受话器3、扬声器、摄像头和处理单元的电源端。
25.优选的，所述的头盔1的前侧设置有透明面罩2，摄像头位于头盔面部前侧透明区域之外。这样摄像头可以直接拍摄到使用者的面部图像，且不遮挡使用者的视线。
26.优选的，所述头盔内设置有九轴传感器，九轴传感器包括三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴磁力计，所述处理单元的信号输入端连接到三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴磁力计的信号输出端，所述供电单元连接到三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴磁力计的电源端。
27.优选的，所述的显示器为ar视频播放装置或者vr视频播放装置。
28.优选的，所述的供电单元采用电池。
29.优选的，所述的电池采用充电电池。
30.具体的，本实施例中的显示器、受话器3、扬声器、处理单元、供电单元、九轴传感器、三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁力计、ar视频播放装置和vr视频播放装置均采用现有技术中的公知方案，本领域技术人员均已了解，在此不再赘述。摄像头拍摄到的面部图像合成为三维面部图像的技术方案，也采用现有技术中的公知方案，在此不再赘述。
31.本实施例的工作原理：
32.角速度传感器也称为陀螺仪，角速度传感器的原理：一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。
33.mems微机电陀螺仪指集机械元素、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统，其核心部件通过掺杂技术、光刻技术、腐蚀技术、liga技术、封装技术等批量生产的，它大大地简化了设备结构和电路装置，从而具备优越的操作特性，应用于运动物体的位置控制和姿态控制以及其它需要精确角度测量的场合；单轴的角速度传感器只能测量单一方向的改变，因此一般的系统要测量x、y、z轴三个方向的改变，就需要三个单轴的角速度传感器，即三轴陀螺仪。
34.加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器，加速度传感器的原理是牛顿第二定律，即加速度定律，a(加速度)=f(惯性力)/m(质量)，只需要测量惯性力就可以得到加速度，用电磁力去平衡惯性力就可以得到惯性力对应于电流的关系，用实验去标定这个比例系数就行。
35.通过测量由于重力引起的加速度，可以计算出装置相对于水平面的倾斜角度；通过分析动态加速度，可以分析出装置移动的方式；由于加速度传感器可以利用力的分解原理，通过重力加速度在不同轴向上的分量来判断倾角，同时，它没有积分误差，所以加速度传感器在相对静止的条件下，可以有效校正陀螺仪的误差，但在运动状态下，加速度传感器输出的可信度就要下降，因为它测量的是重力和外力的合力。
36.三轴磁力计采用的是磁传感器。磁传感器是把磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素引起敏感元件磁性能变化转换成电信号，以这种方式来检测相应物理量的器件。磁力计即是检验地磁与器件原始位置的偏角的器件，电子指南针即是这种器件的应用。通过
同时检验器件x、y、z轴相对于地磁的偏角，则可以标定设备当时的姿态。
37.本智能头盔通过三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁力计可以知道使用者头部当前所处的方向、偏转角度、是否处理移动状态、以及移动状态的角度方向和速度，精确记录人体头部的运动姿态信息。头盔1装上九轴传感器后，可以应用于方向定位、移动速度测量，也可以确定头部的姿态和方向，并根据头部的姿态操纵航模等。
38.本智能头盔的处理单元对多个摄像头拍摄到的使用者面部的图像进行处理，合成使用者面部的三维图像，使用时视频交流或游戏中的自己可以自由变身，视频或者游戏中的自己可以快速变成另一个虚拟的角色，但在视频和游戏中的虚拟的角色还是完全保留使用者的各种表情，在现实生活中，使用者的表情、动作和发出的声音可以实时地传输给虚拟的角色，这将使虚拟的角色更加真实。通过虚拟合成技术，使用者能“穿越时空”，与游戏中的远古人物一较高下，很轻松就能实现虚拟的角色换衣服，换皮肤，使用者可以和任何一个“人”在视频或者游戏中实时互动交流。