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一种头戴式眼控 虚拟现实设备

阅读：254发布：2020-07-12

专利汇可以提供一种头戴式眼控虚拟现实设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明通过在头戴式虚拟现实设备中增加了眼控装置，解决了用户在使用虚拟现实设备时，交互体验不佳的问题，本发明提供的一种头戴式眼控虚拟现实设备，由头戴式虚拟现实设备和眼控装置组成，头戴式虚拟现实设备包括壳体、置于壳体内部的镜杯和显示装置，眼控装置置于头戴式虚拟现实设备的壳体内部，包括红外摄像头、红外反射装置、红外光源以及数据传输线。，下面是一种头戴式眼控虚拟现实设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种头戴式眼控虚拟现实设备，包括头戴式虚拟现实设备和眼控装置，其特征在于：
所述头戴式虚拟现实设备包括壳体、置于壳体内部的镜杯和显示装置，所述眼控装置置于头戴式虚拟现实设备中，包括红外摄像头、红外反射装置、红外光源以及数据传输线。
2.如权利要求1所述的一种头戴式眼控虚拟现实设备，其特征在于：所述壳体为前壳、后壳组成的密闭壳体；所述镜杯包括光学透镜和透镜支架，光学透镜通过透镜支架安装固定在后壳上；所述显示装置安装固定在前壳上，至少包括显示屏、显示屏支架及控制板；所述红外反射装置安装在镜杯内侧与显示屏之间，固定在前壳的显示屏上，或者固定于镜杯内侧的透镜支架上；所述红外摄像头至少为一个，安装固定在镜杯内侧与显示屏之间；所述红外光源的数量至少为一个，红外光源安装固定在镜杯外侧，或者安装固定在镜杯内侧与显示屏之间；用户在使用所述设备时，光线透过光学透镜，照射到红外反射装置上，对应波段的红外线被反射回来，并被红外摄像头捕获，红外摄像头捕获到清晰的眼部图像，然后通过数据传输线传送到计算单元做图像分析处理。
3.如权利要求2所述的一种头戴式眼控虚拟现实设备，其特征在于：所述红外反射装置为可以反射红外光线的部件，包括红外截止滤光片或红外反射膜；所述红外反射膜为可以反射红外光线的薄膜，通过电镀或是粘贴的方式固定在显示屏上；所述红外反射装置与显示屏之间呈一定夹角，度数在0°-40°之间。
4.如权利要求2所述的一种头戴式眼控虚拟现实设备，其特征在于：所述红外光源安装固定在镜杯内侧与显示屏之间时，与所述红外摄像头相邻。
5.如权利要求1～4任一所述的一种头戴式眼控虚拟现实设备，其特征在于：当所述红外反射装置、红外摄像头、红外光源和数据传输线都安装固定在透镜支架上时，所述眼控装置与光学透镜一起组成镜杯，所述镜杯通过卡扣、螺旋或螺钉安装固定在后壳上。
6.如权利要求2所述的一种头戴式眼控虚拟现实设备，其特征在于：透镜的内表面和或外表面上增加增透膜；所述由前后壳组成的密闭壳体内部壳体壁为亚光材料。
7.如权利要求5所述的一种头戴式眼控虚拟现实设备，其特征在于：所述镜杯还包括计算单元，根据摄像头所拍摄的眼睛图像直接计算出眼睛位置坐标，并通过有线或无线的方式进行数据传输。
8.一种虹膜识别方法，用于如权利要求1所述的头戴式眼控虚拟现实设备，其特征在于所述方法包括步骤：
a.用户开始使用头戴式眼控虚拟现实设备时，对其眼部图像进行拍摄；
b.对拍摄的图像进行处理，提取用户的虹膜特征，进行身份比对；
c.根据虹膜特征判断该用户是否首次使用所述虚拟现实设备；
d.若为首次使用，则进行以下操作：
d-1.录入用户身份信息；
d-2.设备记录用户的虹膜特征；
d-3.将该用户的虹膜特征与录入的用户身份信息进行关联；
d-4.将关联结果存储在数据库中；
d-5.用户在虚拟现实设备中进行其它具体操作；
e.若不是首次使用，用户则可以直接进行其它具体操作；
所述具体操作包括：用户登录、支付或眼球追踪。
9.一种眼球追踪方法，用于如权利要求1所述的头戴式眼控虚拟现实设备，其特征在于所述方法包括步骤：
a.用户开始使用头戴式眼控虚拟现实设备时，对其眼部图像进行拍摄；
b.对拍摄的图像进行处理，提取用户的虹膜特征，进行身份比对；
c.根据虹膜特征判断该用户是否首次使用所述虚拟现实设备；
d.若为首次使用，则进行以下操作：
d-1.录入用户身份信息；
d-2.设备记录用户的虹膜特征；
d-3.开始眼球追踪校准；
d-4.校准结束后，得到眼球追踪校准文件，与虹膜特征及用户身份信息关联并进行存储；
d-5.存储完成后，进入步骤f；
e.若不是首次使用,设备根据用户的虹膜特征，在数据库中调用相应的用户身份信息及眼球追踪校准文件；
f.对用户眼部图像进行连续拍摄，计算眼球在各个图像中的相对位置；
g.根据用户眼球在图像中的位置信息，尤其是瞳孔中心在图像中的位置坐标，以及该用户的眼球追踪校准文件，计算出眼睛在显示屏中注视点的位置信息；
h.根据注视点位置信息，用户可以通过眼球活动与头戴式眼控虚拟现实设备的显示屏进行人机交互。
10.如权利要求9所述的一种眼球追踪方法，其特征在于：所述眼球追踪方法可以和基于PC、一体机或手机的头戴式虚拟现实设备相结合。

说明书全文

一种头戴式眼控虚拟现实设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种通过眼球运动来操作虚拟现实设备的装置，并可结合虹膜识别方法来进行身份认证。

背景技术

[0002] 头戴式虚拟现实设备，又称VR眼镜，或者VR头盔，是目前正在快速发展和普及的虚拟现实产品，比较著名的厂商有Oculus等。

[0003] 现有头戴式虚拟现实设备基本都是通过鼠标、键盘或者游戏手柄等来完成对虚拟现实场景的人机交互。然而因为头戴式虚拟现实设备会遮挡人的视线使得无法看到外部场景，使用鼠标、键盘或者游戏手柄在虚拟现实中进行人机交互在很多情况下是不方便的。

发明内容

[0004] 本发明旨在解决用户在使用虚拟现实设备时，人机交互体验不佳的问题。

[0005] 本发明提供一种头戴式眼控虚拟现实设备，无需依赖鼠标、键盘或者游戏手柄等，使用者只需通过眼球运动即可在虚拟现实场景中进行人机交互，操作过程简单、快捷，对虚拟现实用户来说，用户体验将显著改善。例如在射击类游戏中只需用眼睛锁定目标即可按键发射。也可在虚拟场景中用眼睛进行菜单选择，或用眼睛打字输入密码等。对一些操作较简单的应用，比如看视频等，则可以通过眼睛选择视频节目，并控制开始、暂停等按钮，完全摆脱对手的依赖。

[0006] 根据本发明的实施方式，提出一种头戴式眼控虚拟现实设备，包括头戴式虚拟现实设备和眼控装置，其特征在于：所述头戴式虚拟现实设备包括壳体、置于壳体内部的镜杯和显示装置，所述眼控装置置于头戴式虚拟现实设备中，包括红外摄像头、红外反射装置、红外光源以及数据传输线。

[0007] 根据本发明的实施方式，所述壳体为前壳、后壳组成的密闭壳体；所述镜杯包括光学透镜和透镜支架，光学透镜通过透镜支架安装固定在后壳上；所述显示装置安装固定在前壳上，至少包括显示屏、显示屏支架及控制板；所述红外反射装置安装在镜杯内侧与显示屏之间，固定在前壳的显示屏上，或者固定于镜杯内侧的透镜支架上；所述红外摄像头至少为一个，安装固定在镜杯内侧与显示屏之间；所述红外光源的数量至少为一个，红外光源安装固定在镜杯外侧，或者安装固定在镜杯内侧与显示屏之间；用户在使用所述设备时，光线透过光学透镜，照射到红外反射装置上，对应波段的红外线被反射回来，并被红外摄像头捕获，红外摄像头捕获到清晰的眼部图像，然后通过数据传输线传送到计算单元做图像分析处理。

[0008] 根据本发明的实施方式，所述红外反射装置为可以反射红外光线的部件，包括红外截止滤光片或红外反射膜；所述红外反射膜为可以反射红外光线的薄膜，通过电镀或是粘贴的方式固定在显示屏上；所述红外反射装置与显示屏之间呈一定夹角，度数在0°-40°之间。

[0009] 根据本发明的实施方式，所述红外光源安装固定在镜杯内侧与显示屏之间时，与所述红外摄像头相邻。

[0010] 根据本发明的实施方式，当所述红外反射装置、红外摄像头、红外光源和数据传输线都安装固定在透镜支架上时，所述眼控装置与光学透镜一起组成镜杯，所述镜杯通过卡扣、螺旋或螺钉安装固定在后壳上。

[0011] 根据本发明的实施方式，透镜的内表面和或外表面上增加增透膜；所述由前后壳组成的密闭壳体内部壳体壁为亚光材料。

[0012] 根据本发明的实施方式，所述镜杯还包括计算单元，根据摄像头所拍摄的眼睛图像直接计算出眼睛位置坐标，并通过有线或无线的方式进行数据传输。

[0013] 根据本发明的另一实施方式，还提出一种虹膜识别方法，用于如上所述的头戴式眼控虚拟现实设备，所述方法包括步骤：

[0014] a.用户开始使用头戴式眼控虚拟现实设备时，对其眼部图像进行拍摄；

[0015] b.对拍摄的图像进行处理，提取用户的虹膜特征，进行身份比对；

[0016] c.根据虹膜特征判断该用户是否首次使用所述虚拟现实设备；

[0017] d.若为首次使用，则进行以下操作：

[0018] d-1.录入用户身份信息；

[0019] d-2.设备记录用户的虹膜特征；

[0020] d-3.将该用户的虹膜特征与录入的用户身份信息进行关联；

[0021] d-4.将关联结果存储在数据库中；

[0022] d-5.用户在虚拟现实设备中进行其它具体操作；

[0023] e.若不是首次使用，用户则可以直接进行其它具体操作；

[0024] 所述具体操作包括：用户登录、支付或眼球追踪。

[0025] 根据本发明的另一实施方式，还提出一种眼球追踪方法，用于如上所述的头戴式眼控虚拟现实设备，所述方法包括步骤：

[0026] a.用户开始使用头戴式眼控虚拟现实设备时，对其眼部图像进行拍摄；

[0027] b.对拍摄的图像进行处理，提取用户的虹膜特征，进行身份比对；

[0028] c.根据虹膜特征判断该用户是否首次使用所述虚拟现实设备；

[0029] d.若为首次使用，则进行以下操作：

[0030] d-1.录入用户身份信息；

[0031] d-2.设备记录用户的虹膜特征；

[0032] d-3.开始眼球追踪校准；

[0033] d-4.校准结束后，得到眼球追踪校准文件，与虹膜特征及用户身份信息关联并进行存储；

[0034] d-5.存储完成后，进入步骤f；

[0035] e.若不是首次使用,设备根据用户的虹膜特征，在数据库中调用相应的用户身份信息及眼球追踪校准文件；

[0036] f.对用户眼部图像进行连续拍摄，计算眼球在各个图像中的相对位置；

[0037] g.根据用户眼球在图像中的位置信息，尤其是瞳孔中心在图像中的位置坐标，以及该用户的眼球追踪校准文件，计算出眼睛在显示屏中注视点的位置信息；

[0038] h.根据注视点位置信息，用户可以通过眼球活动与头戴式眼控虚拟现实设备的显示屏进行人机交互。

[0039] 根据本发明的实施方式，所述眼球追踪方法可以和基于PC、一体机或手机的头戴式虚拟现实设备相结合。

[0040] 本发明提供的头戴式眼控虚拟现实设备及其实现方法，让用户在进行虚拟现实的三维场景体验时，可以通过眼球运动进行人机交互，方便易用，达到更佳的虚拟现实用户体验。附图说明

[0041] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

[0042] 图1为头戴式眼控虚拟现实设备的结构示意图。

[0043] 图2为头戴式眼控虚拟现实设备中眼控装置的结构示意图。

具体实施方式

[0044] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

[0045] 根据本发明的实施方式，提出一种头戴式眼控虚拟现实设备，如附图1所示，所述头戴式眼控虚拟现实设备包括头戴式虚拟现实设备和眼控装置104，所述头戴式虚拟现实设备包括壳体、置于壳体内部的镜杯和显示装置102，所述眼控装置置于头戴式虚拟现实设备中，包括红外摄像头、红外反射装置、红外光源以及数据传输线，所述壳体是由前壳101、后壳103组成的密闭壳体。显示装置102安装固定在前壳101中，由显示屏、显示屏支架和控制板组成，后壳103上固定着一对至少包括光学透镜和透镜支架的镜杯，光学透镜通过透镜支架安装固定在后壳上，眼控装置104安装在显示装置102与后壳103之间。

[0046] 附图2示出了眼控装置104的具体结构，所述眼控装置104由两个红外摄像头1042、一个红外反射装置1041、两个红外光源1043以及视频传输线1040组成。其中：两个红外光源1043对称安装固定在一个镜杯的外侧靠近人眼的地方，，红外光源也可以安装固定在镜杯内侧与显示屏之间，优选的与所述红外摄像头相邻；两个红外摄像头1042对称地安装固定在该镜杯内侧与显示屏之间；红外反射装置1041为红外反射膜，安装在显示装置102的显示屏上，也可以固定于镜杯内侧的透镜支架上。

[0047] 为了让红外摄像头1042拍摄到清晰的人眼图像，选择波长为940nm的红外光源1043提供红外光，红外摄像头1042在镜杯内侧，拍摄从红外反射装置1044反射过来的红外图像。

[0048] 用户在使用时，外部光线透过光学透镜，照射到显示屏前的红外反射装置上，对应波段的红外线被反射回来，并被面朝红外反射装置侧的红外摄像头捕获，红外摄像头捕获到清晰的眼部图像，然后通过数据传输线1040或者无线传送到头戴式虚拟现实设备的计算单元做图像分析处理。所述计算单元可以集成在镜杯上，可以集成在控制板上，也可以是外接的其它计算单元。

[0049] 所述红外反射装置为可以反射红外光线的部件，包括红外截止滤光片或红外反射膜；所述红外反射膜为可以反射红外光线的薄膜，通过电镀或是粘贴的方式固定在显示屏上；所述红外反射装置与显示屏之间呈一定夹角，所述夹角根据红外摄像头的安装位置确定，度数在0°-40°之间。

[0050] 当所述红外反射装置、红外摄像头、红外光源和数据传输线都安装固定在透镜支架上时，所述眼控装置与光学透镜一起组成镜杯，所述镜杯通过卡扣、螺旋或螺钉安装固定在后壳上，可进行拆卸和替换。

[0051] 透镜的内表面和或外表面上可以增加增透膜，用于使红外光线透过，降低透镜红外反射的干扰；所述由前后壳组成的密闭壳体内部壳体壁为亚光材料，降低红外光线在壳体内部的反射。

[0052] 根据本发明的另一实施方式，本发明还提供了一种虹膜识别方法，用于所述头戴式眼控虚拟现实设备，所述虹膜识别方法包括：

[0053] a.用户开始使用头戴式眼控虚拟现实设备时，对其眼部图像进行拍摄；

[0054] b.对拍摄的图像进行处理，提取用户的虹膜特征，进行身份比对；

[0055] c.根据虹膜特征判断该用户是否首次使用所述虚拟现实设备；

[0056] d.若为首次使用，则进行以下操作：

[0057] d-1.录入用户身份信息；

[0058] d-2.设备记录用户的虹膜特征；

[0059] d-3.将该用户的虹膜特征与录入的用户身份信息进行关联；

[0060] d-4.将关联结果存储在数据库中；

[0061] d-5.用户在虚拟现实设备中进行其它具体操作；

[0062] e.若不是首次使用，用户则可以直接进行其它具体操作；

[0063] 所述具体操作可以包括：用户登录、支付或眼球追踪。

[0064] 根据本发明的另一实施方式，本发明还提供了一种眼球追踪方法，用于所述头戴式眼控虚拟现实设备，所述眼球追踪方法包括：

[0065] a.用户开始使用头戴式眼控虚拟现实设备时，对其的眼部图像进行拍摄；

[0066] b.对拍摄的图像进行处理，提取用户的虹膜特征，进行身份比对；

[0067] c.根据虹膜特征判断该用户是否首次使用所述虚拟现实设备；

[0068] d.若为首次使用，则进行以下操作：

[0069] d-1.录入用户身份信息；

[0070] d-2.设备记录用户的虹膜特征；

[0071] d-3.开始眼球追踪校准；

[0072] d-4.校准结束后，得到眼球追踪校准文件，与虹膜特征及用户身份信息关联并进行存储；

[0073] d-5.存储完成后，进入步骤f；

[0074] e.若不是首次使用,设备根据用户的虹膜特征，在数据库中调用相应的用户身份信息及眼球追踪校准文件；

[0075] f.对用户眼部图像进行连续拍摄，计算眼球在各个图像中的相对位置；

[0076] g.根据用户眼球在图像中的位置信息，尤其是瞳孔中心在图像中的位置坐标，以及该用户的眼球追踪校准文件，计算出眼睛在显示屏中注视点的位置信息；

[0077] h.根据注视点位置信息，用户可以通过眼球活动与头戴式眼控虚拟现实设备的显示屏进行人机交互。

[0078] 上述眼球追踪方法可以和基于PC、一体机或手机的头戴式虚拟现实设备相结合。

[0079] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

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