AR增强现实眼镜的制作方法

本实用新型涉及虚拟现实领域，特别是涉及一种AR增强现实眼镜。

背景技术：

传统的教材，多为平面印刷的纸质书本，虽然色彩斑斓，但一方面，互动性较差，另一方面，生产成本高，随着电子技术的高速发展，出线了电子教材，电子教材，是指数字化、交互功能的智能化将教材内容以科学直观的视、音、图、文展现出来的通过电子介质阅读的课本。电子课本多角度、多维度地呈现教材内容方便学生理解和掌握教材知识，为传统教材模式向网络化教材转变提供了良好范式。此外电子课本加入书签、笔记和标注等功能，更好的提高了学生的积极性。

但现有技术的电子教材仍然不能将教材中的环境真实的展现在学生面前，不能让学生感同身受，因此其互动性仍然有待提高，不能让学生印象更加深刻。

随着虚拟现实技术的高速发展，诞生了AR增强现实技术，它是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动，广泛应用于教育行业。现有技术中，基于AR增强现实的魔法书，对书中图像识别度不高，导致设备反应时间长，且经常出现播放错误。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种识别精度高、识别效率高、能激发读者兴趣、提升阅读效果的AR增强现实眼镜。

本实用新型所采用的技术方案是：AR增强现实眼镜，包括可佩戴于用户眼部的镜框、安装于镜框背离用户眼部一侧的用于识别并将二维图像转换为三维动画并播放的智能终端；所述智能终端包括用于采集二维图像的图像采集模块、存储有若干二维图像和三维动画的存储模块、用于识别图像采集模块采集到的二维图像的识别模块、用于根据识别模块识别结果以播放存储模块中三维动画图像信息的播放模块、用于播放三维动画中音频信息的声音模块、用于进行控制的控制模块，所述控制模块与图像采集模块、存储模块、识别模块、播放模块、声音模块电连接以进行控制。

对上述技术方案的进一步改进为，所述识别模块包括图像检测与定位单元、图像预处理单元、图像特征提取单元和匹配识别单元；所述图像特征提取单元提取的特征为全局特征和局部特征中的一种或两种。

对上述技术方案的进一步改进为，所述智能终端为手机，所述图像采集模块为手机上的摄像头，所述播放模块为手机的显示屏，所述声音模块为手机的喇叭。

对上述技术方案的进一步改进为，所述镜框上设有一安装盒，智能终端可拆卸的安装于安装盒内。

对上述技术方案的进一步改进为，还包括连接于镜框背离智能终端一侧用于将镜框固定于用户头部的固定带。

对上述技术方案的进一步改进为，所述固定带包括连接于镜框两端的主体带、一端连接于主体带中部另一端连接于镜框中部的中间带，所述主体带和中间带均为松紧带。

本实用新型的有益效果为：

1、一方面，本实用新型中，用户佩戴AR增强现实眼镜，通过智能终端采集教材上的二维图像，将其转换为三维动画并播放，实现二维图像的三维化、动画化，能更好的激发读者的兴趣，通过生动形象的动画加深读者的印象，以提升阅读效果。第二方面，图像采集模块采集教材中二维图像信息，经识别模块识别并与存储模块中存储的二维图像进行匹配，根据匹配结果，在控制模块控制下，播放模块和声音模块播放存储模块中对应该二维图像的三维动画图像信息和音频信息，以形成带声音的动画，智能化程度高，识别精度高，识别效率高，播放准确

2、所述识别模块包括图像检测与定位单元、图像预处理单元、图像特征提取单元和匹配识别单元；所述图像特征提取单元提取的特征为全局特征和局部特征中的一种或两种。首先，图像检测与定位单元对图像采集模块采集到的二维图像进行检测，将主体部分从背景部分提取出来，检测及定位主体部分的形状、位置及尺寸等信息；然后，图像预处理单元对二维图像进行预处理，主要是排除噪声、光照条件、图像采集角度等各种因素对采集的主体部分的影响，使得主体部分对其他因素不敏感；然后，图像特征提取单元通过全局特征和局部特征相结合的方式提取主体部分的特征，识别精度高，如当主体部分为拿着萝卜的兔子时，整个拿着萝卜的兔子为整体特征，描述主体部分的整体特性，得到的特征向量中每一维都包含整个拿着萝卜的兔子的信息，而对其中的兔子耳朵、眼睛、手、脚、萝卜等为局部特征，采用局部特征识别，当二维图像中的一部分被遮挡时也能准确识别出该二维图像，识别精度高；再然后，通过匹配识别单元对图像特征提取单元提取的全局特征或局部特征进行分类或组合，以将该二维图像与储存模块储存的二维图像相匹配。

其中，全局特征提取为主成分分析，即将主体部分按行或列重新排列成一维向量，然后将其视为一维离散信号进行后续处理。假设X＝[x₁，x₂，…x_n]为主体部分的样本集，其中，x_i(i＝1,2，…n)表示样本集中第i个样本，W＝[w₁，w ₂，…w_m]表示线性变换矩阵，其中，wj(j＝1,2，…m)表示第j个主成分，线性变换可表示为，其中，为整个样本向量集的平均向量，y_i是高维空间向量x_i线性变换后所对应的低维向量。主成分w_j是X的协方差矩阵St对应的特征向量：

设λ₁，λ₂，…λ_M为矩阵S_t的特征值，且λ₁≥λ₂≥…≥λ_M，则主成分矩阵中wj是特征值λ_j对应的特征向量，将这些特征向量转为二维图像的形式时仍然显示为主体部分的轮廓。

局部特征提取采用Gabor小波，在二维图像中，采取多个不同方向、不同尺度的的滤波响应来描述二维图像的局部纹理信息，识别精度高。

二维Gabor小波定义为，

其中，(x，y)表示当前坐标，φN决定了滤波器的方向，而δ和k决定了高斯窗口的大小。

3、智能终端为手机，所述图像采集模块为手机上的摄像头，所述播放模块为手机的显示屏，所述声音模块为手机的喇叭，手机体积较小，便于携带，且手机都设有摄像头、显示屏、喇叭等部件，系统集成度高，进一步增加了本实用新型使用的便利性。

4、所述镜框上设有一安装盒，智能终端可拆卸的安装于安装盒内，当用户需要佩戴本实用新型的眼镜来观看教材时，将智能终端装设于镜框上即可，当不需要观看教材时，智能终端能独立使用，安装和拆卸方便，实现了本实用新型的多元化用途。

5、还包括连接于镜框背离智能终端一侧用于将镜框固定于用户头部的固定带，通过固定带，防止镜框掉落，保证观看的稳定性。

6、所述固定带包括连接于镜框两端的主体带、一端连接于主体带中部另一端连接于镜框中部的中间带。由于镜框装上智能终端后，整体重量较大，通过固定带从镜框两侧和中间对镜框进行固定，固定效果好，防止镜框掉落，保证观看的稳定性，同时，所述主体带和中间带均为松紧带，具有弹性，能适合不同头围的用户，提高了本实用新型的适用范围。

附图说明

图1为本实用新型的立体图；

图2为本实用新型的侧视图；

图3为本实用新型的工作原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1和图2所示，分别为本实用新型的立体图和侧视图。

AR增强现实眼镜100，包括可佩戴于用户眼部的镜框110、安装于镜框110背离用户眼部一侧的用于识别并将二维图像转换为三维动画并播放的智能终端120。

所述智能终端120包括用于采集二维图像的图像采集模块121、存储有若干二维图像和三维动画的存储模块122、用于识别图像采集模块121采集到的二维图像的识别模块123、用于根据识别模块123识别结果以播放存储模块122中三维动画图像信息的播放模块124、用于播放三维动画中音频信息的声音模块125、用于进行控制的控制模块126，所述控制模块126与图像采集模块121、存储模块122、识别模块123、播放模块124、声音模块125电连接以进行控制。

所述识别模块123包括图像检测与定位单元123a、图像预处理单元123b、图像特征提取单元123c和匹配识别单元123d；所述图像特征提取单元123c提取的特征为全局特征和局部特征中的一种或两种。首先，图像检测与定位单元123a对图像采集模块121采集到的二维图像进行检测，将主体部分从背景部分提取出来，检测及定位主体部分的形状、位置及尺寸等信息；然后，图像预处理单元123b对二维图像进行预处理，主要是排除噪声、光照条件、图像采集角度等各种因素对采集的主体部分的影响，使得主体部分对其他因素不敏感；然后，图像特征提取单元123c通过全局特征和局部特征相结合的方式提取主体部分的特征，识别精度高，如当主体部分为拿着萝卜的兔子时，整个拿着萝卜的兔子为整体特征，描述主体部分的整体特性，得到的特征向量中每一维都包含整个拿着萝卜的兔子的信息，而对其中的兔子耳朵、眼睛、手、脚、萝卜等为局部特征，采用局部特征识别，当二维图像中的一部分被遮挡时也能准确识别出该二维图像，识别精度高；再然后，通过匹配识别单元123d对图像特征提取单元123c提取的全局特征或局部特征进行分类或组合，以将该二维图像与存储模块122储存的二维图像相匹配。

其中，全局特征提取为主成分分析，即将主体部分按行或列重新排列成一维向量，然后将其视为一维离散信号进行后续处理。假设X＝[x₁，x₂，…x_n]为主体部分的样本集，其中，x_i(i＝1,2，…n)表示样本集中第i个样本，W＝[w₁，w ₂，…w_m]表示线性变换矩阵，其中，wj(j＝1,2，…m)表示第j个主成分，线性变换可表示为，其中，为整个样本向量集的平均向量，y_i是高维空间向量x_i线性变换后所对应的低维向量。主成分w_j是X的协方差矩阵St对应的特征向量：

设λ₁，λ₂，…λ_M为矩阵S_t的特征值，且λ₁≥λ₂≥…≥λ_M，则主成分矩阵中wj是特征值λ_j对应的特征向量，将这些特征向量转为二维图像的形式时仍然显示为主体部分的轮廓。

局部特征提取采用Gabor小波，在二维图像中，采取多个不同方向、不同尺度的的滤波响应来描述二维图像的局部纹理信息，识别精度高。

二维Gabor小波定义为，

其中，(x，y)表示当前坐标，φN决定了滤波器的方向，而δ和k决定了高斯窗口的大小。

智能终端120为手机，所述图像采集模块121为手机上的摄像头，所述播放模块124为手机的显示屏，所述声音模块125为手机的喇叭，手机体积较小，便于携带，且手机都设有摄像头、显示屏、喇叭等部件，系统集成度高，进一步增加了本实用新型使用的便利性。

所述镜框110上设有一安装盒111，智能终端120可拆卸的安装于安装盒111内，当用户需要佩戴本实用新型的眼镜100来观看教材时，将智能终端120装设于镜框110上即可，当不需要观看教材时，智能终端120能独立使用，安装和拆卸方便，实现了本实用新型的多元化用途。

还包括连接于镜框110背离智能终端120一侧用于将镜框110固定于用户头部的固定带130，通过固定带130，防止镜框110掉落，保证观看的稳定性。

所述固定带130包括连接于镜框110两端的主体带131、一端连接于主体带131中部另一端连接于镜框110中部的中间带132。由于镜框110装上智能终端120后，整体重量较大，通过固定带130从镜框110两侧和中间对镜框110进行固定，固定效果好，防止镜框110掉落，保证观看的稳定性，同时，所述主体带131和中间带132均为松紧带，具有弹性，能适合不同头围的用户，提高了本实用新型的适用范围。

一方面，本实用新型中，用户佩戴AR增强现实眼镜100，通过智能终端120采集教材上的二维图像，将其转换为三维动画并播放，实现二维图像的三维化、动画化，能更好的激发读者的兴趣，通过生动形象的动画加深读者的印象，以提升阅读效果。第二方面，图像采集模块121采集教材中二维图像信息，经识别模块123识别并与存储模块122中存储的二维图像进行匹配，根据匹配结果，在控制模块126控制下，播放模块124和声音模块125播放存储模块122中对应该二维图像的三维动画图像信息和音频信息，以形成带声音的动画，智能化程度高，识别精度高，识别效率高，播放准确。

如图3所示，为本实用新型的工作原理图。

本实用新型的工作原理为：

首先，将智能终端120卡设于镜框110上，将镜框110通过固定带130固定于用户头部，然后，通过智能终端120，手机上的摄像头，采集教材上的二维图像；然后，图像检测与定位单元123a对图像采集模块121采集到的二维图像进行检测，将主体部分从背景部分提取出来，检测及定位主体部分的形状、位置及尺寸等信息；然后，图像预处理单元123b对二维图像进行预处理，主要是排除噪声、光照条件、图像采集角度等各种因素对采集的主体部分的影响，使得主体部分对其他因素不敏感；然后，图像特征提取单元123c通过全局特征和局部特征相结合的方式提取主体部分的特征，识别精度高；再然后，通过匹配识别单元123d对图像特征提取单元123c提取的全局特征或局部特征进行分类或组合，以将该二维图像与存储模块122储存的二维图像相匹配；最后，根据匹配结果，在控制模块126控制下，播放模块124和声音模块125播放存储模块122中对应该二维图像的三维动画图像信息和音频信息，以形成带声音的动画。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。