专利名称：随身投影显示增强现实系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及随身投影显示增强现实系统，属于虚拟现实技术领域。
背景技术：
目前视频透视式和光学透视式头盔显示器作为增强现实系统的传统输出技术已 经使用了多年。头盔显示器作为虚拟与真实场景的融合显示输出设备具有浸没感强，高亮 度的优点。然而，它们面临着技术上和人体工程学上的不足。例如视频透视式头盔显示器 是一种封闭式的显示设备。一旦断电用户无法看到外界的景象；在某些需要考虑安全性的 特殊领域，限制了其使用范围。此外，视频透视式头盔显示器由于采用了双摄像机拍摄真实 场景替代人眼观察世界，而摄像机与用户的视点不能保持完全的重合，从而使用户看到的 视频景象与真实景象存在偏差。对于光学透视式头盔显示器而言，由于光学透射式头盔显 示器前方的光学透镜组允许来自真实和虚拟环境中的光线同时通过。这一问题的存在，使 得显示的虚拟物体呈现出半透明的状态，从而破坏了真实景象与虚拟场景相融合的真实感 以及遮挡提供给人们的深度信息。另外，由于头盔显示器一般较笨重，图像的快速移动会造 成使用者头晕呕吐等不适症状。基于上述原因，近年来基于投影显示的增强现实系统逐步显现出技术上的优势， 成为虚拟现实技术领域的研究热点。基于投影显示的增强现实系统利用前向投影仪将计算 机生成的多媒体信息直接投影到真实场景之上，无需用户佩戴任何显示设备。根据不同应 用目的，可以使用单个固定的投影仪。为增加显示的灵活性和投影范围，也可以将投影仪安 装在旋转装置上。相对于头盔显示而言，投影显示能够达到较高的分辨率，适于用户观察， 提高了用户对增强显示环境的适应性和舒适度。此外，基于投影显示的增强现实系统不仅 扩大了用户的观察范围，可多人共享，且不会使用户产生头晕症状。然而，现有的基于投影 的增强现实系统存在的最大问题在于投影仪需要安装在固定位置，或需要用户手持投影仪 设备。此外，并且现有投影设备的投影角度无法根据用户的需求做出实时的调整。
发明内容
为了解决现有基于投影的增强现实系统技术中投影仪需安装在固定位置或需要 用户手持，以及投影角度不能变化的问题，本发明设计发明了一种随身投影显示增强现实 系统。本发明所述的随身投影显示增强现实系统包括摄像机、投影仪、反射镜、角度锁定 结构、反射镜运动控制结构、移动计算设备。所述的摄像机可采用普通的CCD或CMOS摄像机或摄像头，用于采集真实场景的图 像，并提供给移动计算设备。所述的投影仪为达到随身的目的，可采用微型投影仪，用于将计算机生成的多媒 体信息投影至用户所处的真实场景之中，无需安装在固定位置和用户手持。所述的反射镜为普通的平面反射镜，能满足水平投影时不影响投影视场，折转投影时反射镜与投影仪出瞳间的角度可调，角度调整范围为0到50度，并能手动锁紧。所述的角度锁定结构包括两个普通的螺丝，用于固定反射镜的位置。所述的反射镜运动控制结构由直线滑道导轨和导向柱构成。直线滑道导轨能够满 足反射镜的推拉运动，从而实现反射镜在不使用状况下能够回收至投影仪的背面，导向柱 用于实现反射镜角度的旋转功能。所述的移动计算设备可采用超便携PC、PDA或智能手机等能够用于对输入的场景 图像进行视频分析和识别、生成多媒体信息的设备或计算单元。本发明各组成部分的连接关系为投影仪与移动计算设备通过VGA信号线进行连 接，或者集成于移动计算设备中；摄像机通过数据线与移动计算设备相连接，或者集成于移 动计算设备中；反射镜通过角度锁定结构安装于投影仪的入瞳处，反射镜镜框两侧安装角 度锁定结构；反射镜运动控制结构安装于投影仪的侧面，若投影仪集成于移动计算设备，则 反射镜运动控制结构安装在移动计算设备的侧面。本发明所述的随身投影显示增强现实系统的工作过程为启动摄像机、移动计算 设备和投影仪。摄像机拍摄真实场景的图像，并将图像传输至移动计算设备。移动计算设 备对输入的场景图像进行视频分析和识别，根据识别的结果将对应的多媒体展示信息输入 至投影仪。通过调节投影仪入瞳处安装的反射镜与光轴间的夹角，可将多媒体信息投影至 用户所需的投影位置。一旦用户确定了投影仪投影所需显示的空间位置，可利用反射镜镜 框两侧安装的角度锁定结构进行角度锁紧，从而实现真实场景的投影增强显示。系统在不 使用情况下，反射镜可通过反射镜运动控制结构的直线滑道导轨回收至投影仪背面。有益效果本发明的随身投影显示增强现实系统无需固定安装或要求用户手持，可随身佩戴 在用户的胸前，通过识别算法自动识别场景，并将计算设备产生的多媒体信息投影显示到 真实场景中，增强用户对场景的感官认识和体验，投影仪投影出的影像位置能够根据用户 的需求做出手动调节。本发明体积小巧、性价比高，其各组成部分能够进一步被集成为投影 显示增强模块，广泛应用在手机、数码相机、笔记本等移动设备上，实现真实场景的多媒体 信息增强，拓展用户对周围环境的认知能力。
图1为本发明的随身投影显示增强现实系统的结构示意图；图2为本发明的随身投影显示增强现实系统在使用状态下的外观示意图；图3为本发明的随身投影显示增强现实系统在不使用状态下的外观示意图；图4为具体实施例中佩戴集成了本发明的设备的用户所看到的场景投影显示增 强效果。标号说明 1-摄像机，2-投影仪，3-反射镜，4-角度锁定结构，5-反射镜运动控制结构，6_移 动计算设备。
具体实施例方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和具体实施实例对本发明内容做进一步详细说明。参照图1的系统结构示意图，本发明的随身投影显示增强现实系统主要分为六个 部分摄像机1，投影仪2，反射镜3，角度锁定结构4，反射镜运动控制结构5，移动计算设备 6。摄像机1为普通的CXD或CMOS摄像机，用于拍摄真实场景的图像。投影仪2为一 款重量轻、体积小、能够佩戴在用户身上的微型投影仪，用于投影由移动计算设备6生成的 多媒体信息。反光镜3为光路调节设备，用于将投影仪2投影出的光路反射到不同的空间 位置。角度锁定结构4用于锁定反射镜3与投影仪2之间的角度。反射镜运动控制结构5 用于实现反射镜3的推拉运动及旋转运动。移动计算设备6为计算单元，用于对摄像机1 拍摄到的真实场景图像进行视频分析和识别。微型投影仪2与移动计算设备6可通过VGA信号线进行连接，也可将微型投影仪 2集成于移动计算设备6中；摄像机1通过数据线与移动计算设备6相连接，也可集成于移 动计算设备6中。图2是随身投影显示设备的外观示意图。安装在反射镜3镜框两侧的角度锁定结 构，用于锁定反射镜3与投影仪2之间的角度，直线滑道导轨和导向柱的结构用来实现反射 镜3的推拉运动及旋转运动。图3是设备在不使用情况下，反射镜3可通过滑道导轨回收至投影仪2背面。本发明所述的随身投影显示增强现实系统可以集成于智能手机、PDA、MP4等设备 中，其重量可以达到150克以下，完全能满足随身的需求。下面以将微型投影仪集成于智 能手机中为例，详细说明本系统随身的特点及集成方法利用智能手机上集成的微处理器 作为移动计算设备进行场景视频的分析与计算。微型投影仪芯片可通过集成电路集成在 手机的微处理器上，将微处理器生成的多媒体信息投影至用户所处的真实场景之中。若智 能手机上配备有摄像头，则可直接利用摄像头获取用户所处的真实场景图像。反射镜安装 在微型投影仪的出瞳处，且反射镜镜框两侧安装角度锁定结构。反射镜运动控制结构安装 在手机的两侧用于控制反射镜的推拉运动及旋转运动。整个系统的体积可以制作到不超过 115X60X20毫米，重量可以小于150克，以便用户长时间随身佩戴于胸前。本具体实施方式
再以博物馆导览场景为例，说明集成了本发明所述的随身投影显 示增强现实系统的设备的工作过程当随身佩戴该设备的用户进入博物馆，本设备的摄像 机将实时拍摄展馆中的真实场景，通过移动计算设备的识别算法对真实场景中的展品进行 识别，根据识别的结果将移动计算设备生成的多媒体信息如该展品的文字、视频或三维模 型通过微型投影仪投影到真实场景中。角度可调的反射镜可控制投影仪投影出的媒体信息 在空间中显示的位置，实现虚实场景的无缝融合，提高用户对展品的认知和参观兴趣，如当 反射镜与光轴的夹角为0度时，投影仪可将多媒体信息投影至地面上显示，当用户逐步增 大反射镜与光轴间夹角至50度时，投影仪投影的图像将逐步从地面显示过渡至用户的正 前方显示。安装在反射镜镜框两侧的角度锁定结构可以进行手动角度锁定，用户在不使用 本设备的情况下，可通过滑道导轨将反射镜回收至投影仪背面。图4所示为佩戴该设备的用户所看到的场景投影显示增强效果。当用户看到不同 的名画时，该设备能够在真实环境上投影出用户所观看名画的作者、年份、画的类别以及该 作者的其他画作信息。通过实验验证，该设备能够实现真实场景的多媒体信息增强，拓展用
5户对周围环境的感知和认知能力。 以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，用于解释本发明，并不用于限定本 发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应 包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
随身投影显示增强现实系统，其特征在于包括摄像机、投影仪、反射镜、角度锁定结构、反射镜运动控制结构、移动计算设备；所述的反射镜能满足水平投影时不影响投影视场，折转投影时反射镜与投影仪出瞳间的角度可调，并能手动锁紧；在随身投影显示增强设备不使用时可通过反射镜运动控制结构的直线滑道导轨回收至投影仪背面；所述的反射镜运动控制结构由直线滑道导轨和导向柱构成；直线滑道导轨能够满足反射镜的推拉运动，实现反射镜在不使用状况下能够回收至投影仪的背面，导向柱用于实现反射镜角度的旋转功能；所述的角度锁定结构包括两个普通的螺丝，用于固定反射镜的位置；各组成部分的连接关系为投影仪与移动计算设备通过VGA信号线进行连接，或者集成于移动计算设备中；摄像机通过数据线与移动计算设备相连接，或者集成于移动计算设备中；反射镜通过角度锁定结构安装于投影仪的入瞳处，反射镜镜框两侧安装角度锁定结构；反射镜运动控制结构安装于投影仪的侧面，若投影仪集成于移动计算设备，则反射镜运动控制结构安装在移动计算设备的侧面。
2.根据权利要求1所述的随身投影显示增强现实系统，其特征在于所述的反射镜可 调角度范围为0到50度。
3.根据权利要求1所述的随身投影显示增强现实系统，其特征在于当该系统为随身 便携时，所述的投影仪为微型投影仪，无需安装在固定位置和用户手持，并且可将系统内所 有部件集成为一体，重量为150克以下。
4.根据权利要求1所述的随身投影显示增强现实系统，其特征在于所述的移动计算 设备采用能够用于对输入的场景图像进行视频分析和识别、生成多媒体信息的超便携设备 或计算单元。
全文摘要
本发明涉及随身投影显示增强现实系统，属于虚拟现实技术领域。本发明所述的随身投影显示增强现实系统包括摄像机、投影仪、反射镜、角度锁定结构、反射镜运动控制结构、移动计算设备。本发明无需固定安装或要求用户手持，可随身佩戴在用户的胸前，通过识别算法自动识别场景，并将移动计算设备产生的多媒体信息投影显示到真实场景中，增强用户对场景的感官认识和体验，投影仪投影出的影像位置能够根据用户的需求做出手动调节。本发明体积小巧、性价比高，其各组成部分能够进一步被集成为投影显示增强模块，广泛应用在手机、数码相机、笔记本等移动设备上，实现真实场景的多媒体信息增强，拓展用户对周围环境的认知能力。
文档编号G03B21/28GK101893811SQ20101021349
公开日2010年11月24日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者常军, 王涌天, 陈靖 申请人:北京理工大学