专利名称：一种头戴式手动视频透视立体显示器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种可配戴在用户头部的视频透视式手动立体显示器，属于头戴式
视频透视立体显示器的改造技术。
背景技术：
增强现实技术是一种可以把计算机所生成的二维或三维信息叠加到真实环境中，从而增强用户对真实环境的感知的一种崭新的技术领域。在增强现实技术的研究领域中，跟踪注册、虚实融合以及实时交互被认为是增强现实技术的三大基本特征，同时也是急需研究与突破的三大方面。其中，虚实融合是指把计算机所产生的虚拟物体与真实环境相互融合在一起，让用户感觉这些计算机所生成的虚拟物体或数字信息是真实环境中不可或缺的一部分。因此，要实现虚实融合，除了需要有合适的虚实融合算法(软件方法)，更重要的是还需要有相应的硬件显示设备来支持虚实融合的显示。 目前可用于增强现实系统并能实现虚实融合的显示设备主要分为三大类(1)头戴式头盔显示器，如视网膜显示器，视频透视式头盔显示器以及光学透视式头盔显示器等三类；(2)手持式显示器，如带摄像头的手机或PDA等；(3)固定式显示器。在这三种均支持虚实融合的显示设备中，头戴式头盔显示器凭借其能产生较好的虚实融合效果，易于携带，可以应用于多人参与交互的增强现实系统中等优点被广泛应用于增强现实系统中。特别是视频透视式头盔，它不但能够对系统的延时进行一定程度的补偿，同时相比于光学透视式头盔(光学透视式头盔普遍存在虚拟物体亮度不足等缺陷)而言，能够产生更好的融合效果，因此，它被广泛应用于增强现实系统之中。 视频透视式头盔主要分为双目式的与单目式两类。单目式的头盔由于只有一个摄像头，因此并不能进行手部跟踪与深度检测，也无法进行立体显示，影响用户的体验感觉。因此，为了进一步提高用户在增强现实应用系统的体验，双目式视频透视式头盔显示器将会成为增强现实系统广泛采用的头盔显示器。目前商用的双目式头盔显示器的价格比较高昂(通常在8万元人民币左右)，而且存在以下几方面的不足 1)受到摄像头可视范围的影响，目前的视频透视式头盔显示的可视范围相对于用户的眼睛的可视范围来说，比较窄小； 2)受到重量设计不能过大的影响，输出的图像分辨率相对较低，一般只有640 X 480，最高不超过800 X 600 ; 3)由于不同的人其双眼的瞳孔距离(简称瞳距)是有所差别的，如果人的双眼瞳距与透视式头盔的两个摄像头的光学中心距离不相吻合的话，就会产生棱镜效应，不但令立体效果降低，还会有可能使部分用户因其双眼瞳距与摄像头的光学中心距离相差较大而
出现视物疲劳，头晕，恶心等症状。
实用新型内容本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种能调节两个摄像头的光学中心距离，解决因两个摄像头的光学中心距离与用户双眼瞳距不匹配而导致视物疲劳等现象的
不足的头戴式手动视频透视立体显示器。本实用新型设计合理，使用方便。 本实用新型的技术方案是包括有两个摄像头、立体眼镜、立体眼镜托架及其控制
装置，其中两个摄像头固定在支架上，立体眼镜固定在立体眼镜托架上，两个摄像头的信号
输出端与控制装置的输入端连接，控制装置的输出端与立体眼镜的信号输入端连接，其中
两个摄像头连接有能调整相互之间的距离的驱动装置，驱动装置包括有主轴丝杆及两个丝
杆螺母，主轴丝杆装设在立体眼镜托架，两个丝杆螺母与主轴丝杆组成螺旋传动副，两个摄
像头分别与两个丝杆螺母连接。 上述主轴丝杆通过导轨固定板装设在立体眼镜托架上，其中主轴丝杆装设在导轨固定板上，导轨固定板装设在立体眼镜托架上。 上述主轴丝杆通过两个主轴丝杆固定件固定在导轨固定板上，其中一个主轴丝杆固定件通过连接件固定在导轨固定板上，同时另一个主轴丝杆固定件卡住主轴丝杆的细轴处，以阻止主轴丝杆与导轨固定板的相对左右移动。[0012] 上述连接件为内六角螺栓。 上述主轴丝杆上装设有方便用户手动旋转主轴丝杆的手柄。[0014] 上述主轴丝杆左右两端的丝杆螺纹旋向相反。 上述两个摄像头分别通过万能胶粘紧在两个摄像头角度调整块，两个摄像头角度调整块通过连接件与两个滑块连接件连接，两个滑块连接件分别与两个丝杆螺母相连接。[0016] 上述连接件为内六角螺栓，两个摄像头角度调整块通过内六角螺栓与两个滑块连接件的通孔相连接。 上述两个滑块连接件分别与两个滑块相连接，两个滑块安装在导轨上。 上述导轨固定板上安装有光栅尺主尺，两个滑块中的任一滑块上安装有光栅尺读数头。 本实用新型由于采用可以对两个摄像头进行距离调节的结构，使两个摄像头之间的距离与当前用户的瞳距相匹配，从而获得更佳的三维立体体验效果。本实用新型提高用户的体现效果，避免或减轻用户因双眼的瞳距与两个摄像头之间的距离不一致而出现的疲劳、头晕等不良症状。本实用新型是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的头戴式视频透视立体显示器。
图1是本实用新型的总体工作原理图；[0021] 图2是本实用新型的整体构成图；[0022] 图3是本实用新型的摄像头安装局部示意图；[0023] 图4是本实用新型的光栅尺安装示意图；[0024] 图5是本实用新型主轴丝杆的安装示意图。
具体实施方式
[0025] 实施例 本实用新型头戴式视频透视立体显示器的总体工作原理图如图1所示，主要由手动传动机构23、光栅尺24和单片机计数电路22三大部分所组成，其具体结构如下[0027] 本实用新型头戴式视频透视立体显示器的结构示意图如图2、3、4、5所示，包括有两个摄像头2、 13，两个摄像头角度调整块1 、 11 ，两个滑块连接件5、 16，两个滑块6、 17，导轨19，导轨固定板8，主轴丝杆4，两个主轴丝杆固定件12、 15，两个丝杆螺母3、 14，光栅尺主尺7，光栅尺读数头18，立体眼镜10，立体眼镜托架9。 本实施例中，上述的两个摄像头2、13分别通过万能胶粘紧在两个摄像头角度调整块1、11上。两个摄像头角度调整块1、11通过内六角螺栓与两个滑块连接件5、16的通孔相连接。这样，两个摄像头之间夹角的调整可以通过调整两个摄像头角度调整块1、11与两个滑块连接件5、 16之间的夹角来实现。 本实施例中，光栅尺24用来测量摄像头13的平移量，由于左右两个摄像头2、13的平移量相同，移动的方向相反。因此，当测量出其中一个摄像头的平移量后，可推算出2个摄像头的实际距离。光栅尺24的光栅主尺7固定在导轨固定板8上，光栅尺读数头18安装在滑块17上，随着滑块一起运动。当摇动主轴丝杆时，光栅尺读数头随着滑块一起运动，并与光栅尺主尺产生莫尔条纹。光栅尺读数头中的光敏元件将莫尔条纹光信号转化成电信号，经过放大整成，输出2条TTL方波。单片机对所获得的方波数进行计算，从而推算出摄像头的平移量。 本实施例中，主轴丝杆固定件15通过两个内六角螺栓固定在导轨固定板8上，同时与丝杆固定件12套住丝杆主轴4，这样避免丝杆主轴4的左右移动。上述的滑块连接件16其上的通孔28上放置丝杆螺母14。丝杆螺母的固定方法是使用两个内六角螺栓分别插入到自身的两个通孔30、31与滑块连接件16上的两个通孔27、29中，使丝杆螺母14与滑快连接件16固定起来。同理，滑块连接件5与丝杆螺母3通过相类似的方法连接在一起。同时，主轴丝杆4与丝杆螺母3， 14形成切向力，当摇动主轴丝杆4时，其切向力转换成平移动力，推动两个摄像头2， 13左右运动。 本实施例中，主轴丝杆4的主轴两侧分别被加工成旋向相反的螺纹。这样，两个摄像头在移动的方向刚好相反，实现两摄像头之间的距离的縮小与增大。[0032] 本实用新型的工作原理如下两个摄像头在主轴丝杆的作用下相互运动，同时光栅主尺7及光栅尺读数头18相对位移，光栅尺读数头18里面的光敏元件将莫尔条纹光信号转化成模拟电压信号，并通过放大整形转化成数字信号，送入单片机计数电路22 。单片机计数电路22主要由单片机及其配套电路所组成，主要用于连接光栅尺与计算机，对光栅尺读数头18输出信号进行计数，推算出两个摄像头之间的距离并把计算出来的距离值发送到计算机25中，方便计算机进行进一步的处理。 丝杆传动机构23的两个摄像头用于获取左、右眼应当看到的真实环境信号，并把视频帧信号通过USB接口转送到计算机上。计算机获取到视频帧信号后经过相应的处理，通过VGA显示接口传回立体液晶眼镜中。这样，用户就能通过立体液晶眼镜看到在他前方的真实景象的同时也可以看到计算机产生的虚拟模型，实现虚实融合。
权利要求一种头戴式手动视频透视立体显示器，包括有两个摄像头(2、13)、立体眼镜(10)、立体眼镜托架(9)及其控制装置，其中两个摄像头(2、13)固定在支架上，立体眼镜(10)固定在立体眼镜托架(9)上，两个摄像头(2、13)的信号输出端与控制装置的输入端连接，控制装置的输出端与立体眼镜(10)的信号输入端连接，其特征在于两个摄像头(2、13)连接有能调整相互之间的距离的驱动装置，驱动装置包括有主轴丝杆(4)及两个丝杆螺母(3、14)，主轴丝杆(4)装设在立体眼镜托架(9)上，两个丝杆螺母(3、14)与主轴丝杆(4)组成螺旋传动副，两个摄像头(2、13)分别与两个丝杆螺母(3、14)连接。
2. 根据权利要求1所述的头戴式手动视频透视立体显示器，其特征在于上述主轴丝杆 (4)通过导轨固定板(8)装设在立体眼镜托架(9)上，其中主轴丝杆(4)装设在导轨固定板 (8)上，导轨固定板(8)装设在立体眼镜托架(9)上。
3. 根据权利要求1所述的头戴式手动视频透视立体显示器，其特征在于上述主轴丝杆 (4)通过两个主轴丝杆固定件(12、15)固定在导轨固定板(8)上，其中一个主轴丝杆固定 件(15)通过连接件固定在导轨固定板(8)上，同时另一个主轴丝杆固定件(12)卡住主轴 丝杆(4)的细轴处，以阻止主轴丝杆(4)与导轨固定板(8)的相对左右移动。
4. 根据权利要求3所述的头戴式手动视频透视立体显示器，其特征在于上述连接件为 内六角螺栓。
5. 根据权利要求1所述的头戴式手动视频透视立体显示器，其特征在于上述主轴丝杆 (4)上装设有方便用户手动旋转主轴丝杆(4)的手柄。
6. 根据权利要求5所述的头戴式手动视频透视立体显示器，其特征在于上述主轴丝杆 (4)左右两端的丝杆螺纹旋向相反。
7. 根据权利要求1至6任一项所述的头戴式手动视频透视立体显示器，其特征在于上 述两个摄像头(2、13)分别通过万能胶粘紧在两个摄像头角度调整块(1、11)上，两个摄像 头角度调整块(IUI)通过连接件与两个滑块连接件(5、16)连接，两个滑块连接件(5、16) 分别与两个丝杆螺母(3、 14)相连接。
8. 根据权利要求7所述的头戴式手动视频透视立体显示器，其特征在于上述连接件为 内六角螺栓，两个摄像头角度调整块(1、11)通过内六角螺栓与两个滑块连接件(5、16)的 通孔相连接。
9. 根据权利要求8所述的头戴式手动视频透视立体显示器，其特征在于上述两个滑块 连接件(5、16)分别与两个滑块(6、17)相连接，两个滑块(6、17)安装在导轨(19)上。
10. 根据权利要求9所述的头戴式手动视频透视立体显示器，其特征在于上述导轨固 定板(8)上安装有光栅尺主尺(7)，两个滑块(6、17)中的任一滑块上安装有光栅尺读数头 (18)。
专利摘要本实用新型是一种头戴式手动视频透视立体显示器。包括两个摄像头、立体眼镜、立体眼镜托架及其控制装置，两个摄像头固定在支架上，立体眼镜固定在立体眼镜托架上，两个摄像头的信号输出端与控制装置的输入端连接，控制装置的输出端与立体眼镜的信号输入端连接，其中两个摄像头连接有能调整相互之间的距离的驱动装置，驱动装置包括主轴丝杆及两个丝杆螺母，主轴丝杆装设在立体眼镜托架，两个丝杆螺母与主轴丝杆组成螺旋传动副，两个摄像头分别与两个丝杆螺母连接。本实用新型可以对两个摄像头进行距离调节，使两摄像头之间的距离与当前用户的瞳距相匹配，从而获得更佳的三维立体体验效果。且避免或减轻用户因双眼的瞳距与两摄像头之间的距离不一致而出现的疲劳、头晕等不良症状。
文档编号G02B27/01GK201489193SQ20092019428
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月8日 优先权日2009年9月8日
发明者任超宏, 何汉武, 刘吉安, 吴悦明, 郑德涛, 陈和恩 申请人:广东工业大学