一种头戴式虚拟现实设备及安全保护方法与流程

本发明涉及虚拟现实设备技术领域，更具体地，涉及一种头戴式虚拟现实设备、及用于头戴式虚拟现实设备的安全保护方法。

背景技术：

虚拟现实(virtualreality，简称vr)技术将是支撑一个定性和定量相结合，感性认识和理性认识相结合的综合集成多维信息空间的关键技术。随着网络的速度的提升，基于虚拟现实技术的一个互联网时代正悄然走来，它将极大地改变人们的生产和生活方式。其具体内涵是：综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。

虚拟现实设备的沉浸感来自于与外界的隔绝，尤其是视觉和听觉的隔绝，使得大脑被欺骗，产生脱离于现实世界的虚拟沉浸感。

当用户佩戴好头戴式虚拟现实设备后，将会完全沉浸在虚拟现实中，完全看不到现实世界的情况，容易发生碰撞，进而造成人身伤害。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种能够保护用户安全的头戴式虚拟现实设备。

根据本发明的第一方面，提供了一种头戴式虚拟现实设备，包括位移检测模块、判断模块和报警模块，所述位移检测模块被设置为检测用户的移动位移；所述判断模块被设置为根据用户的初始位置及所述移动位移判断所述用户是否处于安全范围内；所述报警模块被设置为在所述判断模块的判断结果为否时发出警报以提示所述用户。

可选的是，所述位移检测模块包括全景摄像头和第一处理单元，所述第一处理单元被设置为根据所述全景摄像头采集的全景图像检测所述用户的所述移动位移。

可选的是，所述位移检测模块还包括惯性测量单元，所述第一处理单元还被设置为根据所述惯性测量单元测得的数据对所述移动位移进行修正。

可选的是，所述第一处理单元和所述判断模块由一处理器芯片提供。

可选的是，所述惯性检测单元包括三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器。

可选的是，所述头戴式虚拟现实设备还包括初始距离检测模块和安全范围确定模块，所述初始距离检测模块被设置为检测所述初始位置与环境中每一物体之间的初始距离；所述安全范围确定模块被设置为根据所述初始距离确定所述安全范围。

可选的是，所述初始距离检测模块包括深度摄像头和第二处理单元，所述第二处理单元被设置为根据所述深度摄像头采集的灰度图像确定所述环境中每一物体与所述初始位置之间的所述初始距离。

可选的是，所述初始距离检测模块还包括rgb摄像头，所述第二处理单元还被设置为根据所述rgb摄像头采集的rgb图像修正所述初始距离。

可选的是，所述安全范围确定模块和所述第二处理单元由一处理器芯片提供。

可选的是，所述报警模块包括扬声器。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于头戴式虚拟现实设备的安全保护方法，包括：

检测用户的移动位移；

根据所述移动位移和所述用户的初始位置判断所述用户是否超出安全范围，如是，则：

发出警报提示所述用户。

可选的是，所述检测用户的移动位移之前包括：

检测所述初始位置与环境中每一物体之间的初始距离；

根据所述初始距离确定所述安全范围。

可选的是，所述检测用户的移动位移的方法具体为：

采集两帧所述用户所处环境的全景图像；

根据所述两帧全景图像中每一物体的位置变化计算出所述用户的所述移动位移。

本发明的一个有益效果在于，通过对用户的移动位移的实时监测，以保证用户处于安全范围内，就能够保护用户安全，防止用户与周围物体发送碰撞、导致对用户造成人身伤害的问题发生。而且本发明既可以不用借助外设，例如是电脑等，也不需要实时构建地图，可以有效降低计算量，又能够准确识别当前位置是否安全，增加设备使用的灵活性。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为根据本发明一种头戴式虚拟现实设备的一种实施结构的方框原理图；

图2为根据本发明一种头戴式虚拟现实设备的另一种实施结构的方框原理图；

图3为根据本发明用于头戴式虚拟现实设备的安全保护方法的一种实施方式的流程图。

附图标记说明：

u1-位移检测模块；u11-全景摄像头；

u12-第一处理单元；u13-惯性测量单元；

u2-判断模块；u3-报警模块；

u4-初始距离检测模块；u41-深度摄像头；

u42-第二处理单元；u43-rgb摄像头；

u5-安全范围确定模块。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了解决现有技术中存在的用户在使用头戴式虚拟现实设备时，由于看不见现实世界的情况，容易发生碰撞、进而对用户造成人身伤害的问题，提供了一种头戴式虚拟现实设备，如图1所示，包括位移检测模块u1、判断模块u2和报警模块u3，位移检测模块u1被设置为检测用户的移动位移；判断模块u2被设置为根据用户的初始位置和移动位移判断用户是否处于安全范围内；报警模块u3被设置为在判断模块u2的判断结果为否时发出警报以提示用户。

具体的，安全范围可以是以初始位置为中心的、半径为设定值的圆形封闭区域，其中，该设定值小于该初始位置与距其最近的物体之间的距离；安全范围也可以是一个包含该初始位置、但将该环境中所有物体都排除在外的封闭区域，其中，每一物体距该安全范围边界的最小距离均大于预定距离，每一物体距该安全范围边界的最小距离可以均相等。因此通过初始位置和移动位移就可以判断出用户是否超出安全范围的边界，即判断用户是否处于安全范围内。如果用户超出安全范围的边界，则说明存在用户与周围物体发生碰撞的可能，通过报警提示用户，以保证用户安全。

进一步地，可以是位移检测模块u1实时将移动位移传送至判断模块u2，以实时判断用户是否处于安全范围内；也可以是位移检测模块u1间隔设定时间例如是1秒将间隔移动位移传送至判断模块u2，以间隔设定时间判断用户是否处于安全范围。

在此基础上，判断模块u2可以是实时根据移动位移更新初始位置，例如，根据初始位置和第一移动位移可以得到用户的第一位置，再将第一位置作为接收到第二移动位移时的初始位置，根据初始位置(即第一位置)和第二移动位移可以得到用户的第二位置，再将第二位置作为接收到第三移动位移时的初始位置，以此类推。其中，判断模块u2依次接收到第一移动位移、第二移动位移和第三移动位移，且第一移动位移、第二移动位移和第三移动位移是连续的。

这样，通过对用户的移动位移的监测，以保证用户处于安全范围内，就能够保护用户安全，防止用户与周围物体发送碰撞、导致对用户造成人身伤害的问题发生。而且本发明既可以不用借助外设，例如是电脑等，也不需要实时构建地图，可以有效降低计算量，又能够准确识别当前位置是否安全，增加设备使用的灵活性。

在本发明的一个具体实施例中，如图2所示，该位移检测模块u1包括全景摄像头u11和第一处理单元u12，第一处理单元u12被设置为根据全景摄像头u11采集的全景图像检测出用户的移动位移。

具体的，全景摄像头u11采集的可以是包括用户周围所有物体的全景图像，该第一处理单元u12例如可以是根据全景摄像头u11采集的每连续两帧全景图像中每一物体的位置变化情况计算出用户的实时移动位移；第一处理单元u12也可以是根据全景摄像头u11间隔设定时间采集的两帧全景图像中每一物体的位置变化情况计算出用户的间隔移动位移。

在本发明的另一个具体实施例中，该全景摄像头u11可以由多个设置在同水平面上的普通摄像头代替，且这多个普通摄像头的拍摄视角可以拼接为360度，这样，就可以将每一普通摄像头采集的图像拼接为全景图像。

进一步地，该位移检测模块u1还包括惯性测量单元u13，第一处理单元u12还被设置为根据惯性测量单元测得的数据对移动位移进行修正。

在此基础上，该惯性测量单元u13可以包括三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器。三轴加速度传感器可以采集用户的空间加速度数据，三轴陀螺仪传感器可以采集用户的空间角速度数据，通过惯性导航算法，也可以计算出用户的移动位移，通过三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器对根据全景图像得到的移动位移进行修正，能够使得测得的移动位移更加精确。

根据图2所示，该头戴式虚拟现实设备还可以包括初始距离检测模块u4和安全范围确定模块u5，初始距离检测模块u4被设置为检测用户的初始位置与环境中每一物体之间的初始距离；安全范围确定模块u5被设置为根据初始距离确定安全范围。

其中，初始位置具体为检测用户移动位移之前用户所在的位置；环境中的物体具体指用户所处的现实环境中、位于用户前后左右四周以及上方的在用户移动过程中能够碰触到的物体。

例如，当初始距离检测模块u4检测到用户的初始位置与环境中最近物体之间的距离为1米的情况下，可以确定安全范围为以用户的初始位置为圆心、半径为0.8米的圆形区域。

再例如，可以是在检测到第一物体与初始位置之间的距离为a，第二物体与初始位置之间的距离为b，第三物体与初始位置之间的距离为c，第四物体与初始位置之间的距离为d，第五物体与初始位置之间的距离为e，第六物体与初始位置之间的距离为f，且初始位置位于第一物体、第二物体、第三物体、第四物体、第五物体和第六物体环绕之间的情况下，可以标定六个标定点，第一标定点位于靠近初始位置的第一物体与初始位置之间的连线上，第二标定点位于靠近初始位置的第二物体与初始位置之间的连线上，第三标定点位于靠近初始位置的第三物体与初始位置之间的连线上，第四标定点位于靠近初始位置的第四物体与初始位置之间的连线上，第五标定点位于靠近初始位置的第五物体与初始位置之间的连线上，第六标定点位于靠近初始位置的第六物体与初始位置之间的连线上，且第一标定点与第一物体之间的距离、第二标定点与第二物体之间的距离、第三标定点与第三物体之间的距离、第四标定点与第四物体之间的距离、第五标定点与第五物体之间的距离、及第六标定点与第六物体之间的距离均为设定距离例如是0.1米，将相邻的两个标定点连接起来构成的封闭区域就可以是安全范围。

在本发明的一个具体实施例中，该初始距离检测模块u4可以包括深度摄像头u41和第二处理单元u42，第二处理单元u42被设置为根据深度摄像头u41采集的灰度图像确定环境中每一物体与用户之间的初始距离。

具体的，可以是在用户在初始位置时，以该初始位置为圆心，旋转一周，以使得深度摄像头u41采集环境中所有物体的图像。

由于深度摄像头采集深度图像，深度图像中像素的灰度值仅与视场窗口平面到物体表面的距离有关。因此，深度图像首先具有空间颜色无关性，不会遇到光照、阴影等因素影响，其次，深度图像的灰度值与图像的横、纵坐标组合在一起，在一定的空间范围内，可以用来表示物体在3d空间的坐标，因此可以等效成在3d空间模式识别，可以克服遮挡或重叠问题。更重要的是，深度图像摄像机的成像原理可以很好地保证相机标定的鲁棒性，适应各种环境的变化，使之容易自调节重新标定且不需要测量标定物。

因此，根据当前灰度图像中每一像素的灰度值，就可以计算出每一物体与用户之间的初始距离，例如在某一物体的不同位置与用户的初始位置之间的距离不同的情况下，可以将该物体与初始位置之间的最小距离作为该物体与初始位置的初始距离。

进一步地，该初始距离检测模块u4还包括rgb摄像头u43，第二处理单元u42还被设置为根据rgb摄像头采集的rgb图像对初始距离进行修正。

深度摄像头u41用于测量视觉范围内的物体深度信息和轮廓信息，rgb摄像头用于获得物体表面的纹理信息，第二处理单元u42通过对这两个摄像头采集的图像相结合进行处理就可以很好的判断物体的距离的形状，使得到的初始距离更加精确。

该初始距离检测模块u4可以是由距离传感器提供，在本发明的另一个具体实施例中，该初始距离检测模块u4是由普通摄像头和第三处理单元提供，第三处理单元被设置为根据普通摄像头采集的每连续两帧图像中每一物体的位置变化情况计算出用户的移动位移。具体的，上述判断模块u2、第一处理单元u12、安全范围确定模块u5和第二处理单元u42可以均由一处理器芯片提供。该处理器芯片例如可以是cpu处理器芯片或者是微处理器mcu芯片等。

进一步地，该报警模块u3可以包括扬声器，当判断模块u2判断出用户超出安全范围时，可以控制扬声器发声，例如可以是“滴滴”声等。报警模块u3也可以包括显示屏，在判断模块u2判断出用户超出安全范围时，可以控制显示屏显示类似于“超出安全区域”的提示。报警模块u3还可以是马达，在判断模块u2判断出用户超出安全范围时，可以控制马达振动。

本发明还提供了一种用于头戴式虚拟现实设备的安全保护方法。图3为根据本发明用于头戴式虚拟现实设备的安全保护方法的一种实施方式的流程图。

根据图3所示，该安全保护方法包括以下步骤：

步骤s301，检测用户的移动位移。

进一步地，检测用户的移动位移的方法具体可以为：

采集两帧用户所处环境的全景图像；

根据两帧全景图像中每一物体的位置变化情况计算出用户的移动位移。

步骤s302，根据移动位移和用户的初始位置判断用户是否超出安全范围，如是，则执行步骤s303；如否，则继续执行步骤s301。

步骤s303，发出警报提示用户。

在本发明的一个具体实施例中，该安全保护方法还包括：

检测初始位置与环境中每一物体之间的初始距离；

根据初始距离确定安全距离。

上述各实施例主要重点描述与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分相互参见即可。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。