一种多波段轻量化宽视域头戴增强显示装置的制作方法

本发明涉及头戴式显示设备，具体为一种多波段轻量化宽视域头戴增强显示装置。

背景技术：

1、随着信息技术、虚拟现实(vr)和增强现实(ar)技术的迅速发展，头戴增强显示装置(hmd，head-mounted display)逐渐成为科技应用的热点之一。hmd在融合虚拟信息与现实环境，营造沉浸式体验方面展现出巨大潜能，并伴随着市场需求的持续攀升。近年来，国内外学者和企业对此领域的研究日益深入，应用场景涵盖教育、医疗、制造业、航空航天以及军事等多个领域。

2、在国际研究方面，欧美地区的技术发展相对成熟。诸如oculus、microsoft及magicleap等知名企业，不仅成功推出了多款先进的hmd产品，还通过持续的研发活动推动技术进步。同时，众多学术机构亦积极投身于hmd领域的研究，涵盖人机交互、视觉显示技术、内容创作等多个方面，旨在促进产业标准化及应用生态的发展。在国内研究方面，随着技术的逐步演进和市场需求的增加，各大高校和研究机构纷纷投入hmd技术的研究与开发。近年来，多项国家级科研项目聚焦于增强现实技术及其在实际应用中的创新，推动了相关技术的本土化开发。

3、hmd技术的研究不仅为技术进步提供了科学依据，更为数字化转型注入了新动能。在教育领域，hmd能够创建沉浸式的学习环境，有效提升学习效果与学生兴趣。在医疗领域，它为医生提供模拟培训和患者康复方案，降低了医疗风险。而在军事领域中，hmd则能够为士兵提供全面的态势感知和信息掌握能力，使其能够在复杂多变的战斗环境中灵活应对。因此，深入研究hmd的技术进展与应用潜力，对推动各行业的创新与发展具有重要的现实意义。

4、尽管hmd技术已经取得了一定进展，但目前市面上大多数hmd设备仍存在显著不足。例如，microsoft hololens 2虽然支持增强现实功能，但其视场角仅为52°，难以提供宽广的视觉体验。而美国的gpnvg-18虽然视场角达到97°，因其重量较大，长时间佩戴容易引发不适和疲劳。以及，单一波段下的视角，成像效果较差。因此，研发一种多波段轻量化宽视域头戴增强显示装置及系统显得尤为必要，这将显著提升军事和应急响应等领域的作战和救援效率，同时推动技术创新与市场扩展。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：提供一种多波段轻量化宽视域头戴增强显示装置。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种多波段轻量化宽视域头戴增强显示装置，包括：采用分体式设计，并通信连接的主控装置100和头戴显示装置200；其中，

4、头戴显示装置200包括头戴式主体结构210，以及位于头戴式主体结构210前端的图像采集系统220、微型显示装置230和光学成像系统240；

5、图像采集系统220位于微型显示装置230之上，光学成像系统240位于微型显示装置230发出的光线路径上；

6、其中，图像采集系统220上设有三路摄像头，分别具有不同的光谱响应特性，用于采集周围环境的不同光波段信息和实时图像。

7、在本发明的一实施例中，三路摄像头包括可见光摄像头221、红外摄像头222、近红外摄像头223；红外摄像头222位于三路摄像头之间。

8、在本发明的一实施例中，可见光摄像头221、红外摄像头222、近红外摄像头223的摄像头中心在同一水平线上。

9、在本发明的一实施例中，头戴式主体结构210包括头戴式壳体，头戴式壳体上设置有第一全功能数据接口224、图像增强模式按键225、图像处理按键226、第一显示屏亮度调节按键227和第二显示屏亮度调节按键228；

10、图像增强模式按键225位于壳体的顶部；图像增强模式按键225、图像处理按键226位于壳体的一侧，第一显示屏亮度调节按键227和第二显示屏亮度调节按键228位于壳体的另一侧；

11、其中，第一全功能数据接口224用于与主控装置100进行数据传输和通信；

12、图像增强模式按键225用于激活图像增强显示模式；

13、图像处理按键226被设定为直接对多波段的图像进行处理；

14、第一显示屏亮度调节按键227和第二显示屏亮度调节按键228用来调节微型显示装置230的亮度；

15、以及，图像增强显示模式、对多波段的图像进行处理的算法集成在主控装置100中；主控装置100接收到图像增强模式按键225、图像处理按键226的信号，执行对应图像操作，处理后的图像在微型显示装置230上显示。

16、在本发明的一实施例中，微型显示装置230包括微型显示屏231和遮光镜片232；

17、遮光镜片232位于微型显示屏231前端，并通过调节件233，将遮光镜片232与头戴式主体结构210连接，并通过调节件233实现遮光镜片232的更换、姿态可调；

18、微型显示屏231通过光机支架234与头戴式主体结构210连接。

19、在本发明的一实施例中，光学成像系统240包括棱镜241、偏振分束器242、半透半反曲面镜243；棱镜241位于微型显示装置230中微型显示屏231发出的光线路径上，光线经过棱镜241后投射在偏振分束器242上，被分成两路光线，被反射的光线透过半透半反曲面镜243用于形成放大的虚拟图像，被投射的光线用于使得用户看到现实世界，且用户能够在同一视野中看到现实世界和虚拟图像。

20、在本发明的一实施例中，头戴式主体结构210包括可调节头带212；可调节头带212与头戴式壳体通过头戴支架211连接；以及，头戴式壳体采用同时兼备轻质和硬度的材料制成；头带212采用弹性材料制成。

21、在本发明的一实施例中，主控装置100外部设置有第二全功能数据接口110，用于与图像采集装置220中的第一全功能数据接口224物理连接。

22、在本发明的一实施例中，主控装置100的内部集成有图像处理模块，用于实时处理来自头戴显示装置200的图像。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、本发明集成了可见、近红外以及红外摄像头，可分别捕捉不同波段的光谱信息，能够在不同使用场景下针对不同目标特性，实现更加全面、准确的图像采集和识别，提高了图像信息的丰富度。其中，可见摄像头可在低照度条件下(0.001lux)清晰成像，使得装置在夜间、昏暗的室内环境或光线受限的户外场景下，依然能够捕捉并呈现高质量的图像信息，极大地拓展了装置的应用范围，实现了装置在全天候、多场景下的精准监测功能。此外，采用了宽视域设计，使得用户能够在更广阔的视角范围内获取清晰的图像信息，提高了用户在使用过程中的信息获取效率，增强了用户的沉浸感和参与度。三种不同波段摄像头的协同工作，能够实现对环境信息的多层次、多维度捕捉。红外摄像头位于模组的中央，可见光摄像头与近红外摄像头分辨位于红外摄像头的左右两侧，且三个摄像头中心在同一水平线上。这种排布方式能够显著减少盲区，提高环境感知的准确性和完整性，对于3d重建、目标检测、场景识别等应用具有重要意义。

25、轻量化设计头戴显示装置的主体结构采用碳纤维等轻质高强度材料制作，有效减轻了整体重量，定制的多波段摄像头体积小，重量轻，在确保性能的同时进一步缩减了空间占用，提升了头戴部分的紧凑性和集成度。头戴显示装置其电力供应由主控装置通过全功能数据线直接提供，无需额外电池，不仅简化了设备结构，更大幅度地减轻了整体重量。此外，光学成像系统的光学系统采用质量轻盈、性能可靠的方案。综上所述，本发明通过一系列精心设计的优化措施，成功地实现了头戴显示装置的轻量化设计，为用户带来了更加舒适的使用体验。

26、本发明所述的多波段轻量化宽视域头戴增强显示装置与系统，在材料的选择和结构设计上进行了优化，实现了装置的轻量化，整个头戴显示部分仅重300g，极大地提升了佩戴的舒适性。