結果，指明此手勢的類別，進而指出其代表的具體含義。此黑箱的作用在于迅速地將獲得的紅外圖像上的手勢進行分類，所以將其稱之為“分類器”。
[0047]分類器進行手勢分類的過程耗時很少，但是獲取分類器卻需要耗費大量時間。如圖4所示，首先要對佩戴者的各種手勢進行建模，確立其手勢模型。確定手勢模型后就要對各類手勢的特征進行提取。然后依據(jù)各種手勢的具體特征，通過實測獲取有足夠元素數(shù)量的訓練集，其具體過程為:實驗人員在紅外傳感單元5A和5B前做出代表某種含義的手勢，獲得紅外圖像后提取此手勢的特征，然后將其特征與其具體含義聯(lián)系在一起，就獲得了訓練集中的一個元素，實驗人員做出另外的手勢并重復這一過程，就能獲得訓練集中的其他元素。一般說來，一個較為優(yōu)異的訓練集所含元素個數(shù)一般都在千個以上，這需要耗費大量時間，元素個數(shù)越多，算法也就越復雜，分類精度也就越高。根據(jù)訓練集獲得分類器的過程稱為“訓練”，訓練集有了足夠數(shù)量的元素之后就能經(jīng)過訓練來獲得足夠精度的分類器。
[0048]在線操作指的是佩戴者在使用手勢識別模塊時系統(tǒng)進行的操作。此過程也可以分為四步，首先要紅外光束射向人體前方形成紅外光幕，人手在這個光幕中活動，反射回來的光線被紅外傳感器接收，形成紅外圖像，手勢識別模塊中的控制電路對此紅外圖像進行特征提取，之后利用離線操作獲得的分類器對該圖像進行判斷，最終得出結果，給出此手勢的具體含義。
[0049]上述部件的位置關系如下:
[0050]頭盔主體I是其他各個模塊的承載物。參見圖1，照明單元分為左右兩個光源2L和2R，分別位于頭盔主體I左右兩側。圖像顯示單元也分為左右兩個同樣的光學系統(tǒng)3L和3R，分別位于佩戴者左右眼睛的前方?？臻g光調(diào)制器模塊4位于佩戴者眉心附近，手勢識別模塊5被安裝于佩戴者額頭附近。音響模塊6L和6R同樣也是分為左右兩個，分別位于左右耳附近。中央控制器7和電源模塊8可以根據(jù)頭盔上剩余空間安置，要保證頭盔配重合理，使用者佩戴舒適。不透光護目鏡9安裝于頭盔上方，有滑輪可保證其可被推下遮擋外部光線。
[0051]左半部照明單元2L、圖像顯示單元3L以及空間光調(diào)制器4共同構成了實現(xiàn)左眼雙通道顯示的光學系統(tǒng)。其中各個部件的位置關系參見圖2。沿著光束傳播方向依次放置著LED光源201、微孔空間濾波器202、擴束準直透鏡203和像差校正鏡204，這幾個部件共同構成了照明單元2L。照明單元2L發(fā)出的光束隨后傳播至圖像顯示單元3L，光束首先被平面反射鏡301反射，然后經(jīng)過由凹面鏡302、膠合直角棱鏡303和凸面鏡304膠合而成的光學組合器。光束經(jīng)過光學組合器之后到達空間光調(diào)制器模塊單元4，被其調(diào)制并反射后的光波原路返回再次經(jīng)過光學組合器，此時光束不能通過光學組合器，被其反射后進入人眼。
[0052]構成手勢識別模塊的各個部件位置參見圖3。其中包括居于中心位置處的紅外光源單元5B，分立兩側的紅外傳感單元5A和5C，以及控制電路。在紅外光源單元5B中包含有光源503，以及位于光源503前方的紅外擴束光學系統(tǒng)504。紅外傳感器單元5A和5C有著同樣的結構，其中包含有紅外物鏡501A和501B，以及位于此光學系統(tǒng)像面處的二維紅外傳感器502A和502B。
【主權項】
1.一種具有手勢識別功能的全息頭盔顯示器，其特征在于，包括頭盔主體(I)，在該頭盔主體(I)的前兩側左右對稱地設有左照明單元(2L)和右照明單元(2R)，在該頭盔主體(I)的前方、左右眼睛部位對稱地設有左圖像顯示單元(3L)和右圖像顯示單元(3R)，在所述的左光學系統(tǒng)(3L)和右光學系統(tǒng)(3R)之間設有空間光調(diào)制器模塊(4)，在該頭盔主體(I)的后兩側、左右耳朵部位對稱地設有左音響模塊(6L)和右音響模塊(6R)，在該頭盔主體⑴上還設有中央控制器(7)和電源模塊⑶； 所述的左照明單元(2L)發(fā)出的光束經(jīng)所述的左圖像顯示單元(3L)到達空間光調(diào)制器模塊(4)，經(jīng)調(diào)制后的反射光通過所述的左圖像顯示單元(3L)反射后進入人眼； 所述的右照明單元(2R)發(fā)出的光束經(jīng)所述的右圖像顯示單元(3R)到達空間光調(diào)制器模塊(4)，經(jīng)調(diào)制后的反射光通過所述的右圖像顯示單元(3R)反射后進入人眼； 所述的左照明單元(2L)和右照明單元(2R)提供光源，所述的左圖像顯示單元(3L)和右圖像顯示單元(3R)用于在使用者眼前顯示圖像，所述的空間光調(diào)制器模塊(4)對經(jīng)過的光線波面進行調(diào)制以重建圖像，所述的左音響模塊(6L)和右音響模塊(6R)向佩戴者傳遞聲音信息，所述的中央控制器模塊⑵用來控制空間光調(diào)制器模塊⑷中信息流的獲取、處理與顯示。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有手勢識別功能的全息頭盔顯示器，其特征在于，所述的空間光調(diào)制器模塊(4)的上方還設有手勢識別模塊(5)，當使用者需要對系統(tǒng)進行一定設置時，手勢識別模塊(5)對使用者的控制手勢進行識別，令使用者在不需要觸碰其他設備的情況下就能對整個系統(tǒng)進行控制。
3.根據(jù)權利要求1所述的具有手勢識別功能的全息頭盔顯示器，其特征在于，在所述的頭盔主體(I)的上方外部安裝有不透光護目鏡(9)。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的具有手勢識別功能的全息頭盔顯示器，其特征在于，所述的左照明單元(2L)和右照明單元(2R)分別由沿光束傳播方向依次放置的LED光源(201)、微孔空間濾波器(202)、擴束準直透鏡(203)和像差校正鏡(204)構成。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的具有手勢識別功能的全息頭盔顯示器，其特征在于，所述的左圖像顯示單元(3L)和右圖像顯示單元(3R)分別由平面反射鏡(301)、凹面鏡(302)、膠合直角棱鏡(303)和凸面鏡(304)構成，所述的凹面鏡(302)、膠合直角棱鏡(303)和凸面鏡膠合成一體，放置在所述的平面反射鏡(301)的反射光路上。
6.根據(jù)權利要求2所述的具有手勢識別功能的全息頭盔顯示器，其特征在于，所述的手勢識別模塊包括控制電路、左紅外傳感單元(5A)、右紅外傳感單元(5C)，以及位于左紅外傳感單元(5A)和右紅外傳感單元(5C)之間的紅外光源單元(5B)； 所述的左紅外傳感單元(5A)包括左紅外物鏡(501A)和左二維紅外傳感器(502A)； 所述的右紅外傳感單元(5C)包括右紅外物鏡(501B)和左二維紅外傳感器(502B)； 所述的紅外光源單元(5B)包含光源(503)，以及位于該光源(503)前方的紅外擴束光學系統(tǒng)(504) ο
【專利摘要】一種具有手勢識別功能的全息頭盔顯示器，包括頭盔主體，在該頭盔主體的前兩側左右對稱地設有左照明單元和右照明單元，在該頭盔主體的前方、左右眼睛部位對稱地設有左圖像顯示單元和右圖像顯示單元，在所述的左光學系統(tǒng)和右光學系統(tǒng)之間設有空間光調(diào)制器模塊，該空間光調(diào)制器模塊的上方設有手勢識別模塊，在該頭盔主體的后兩側、左右耳朵部位對稱地設有左音響模塊和右音響模塊，在該頭盔主體上還設有中央控制器和電源模塊。本發(fā)明能夠有效地提升人與可穿戴設備的交互性，使信息的輸入簡便快捷，使手勢識別在夜晚的環(huán)境下也能實現(xiàn)，提高了整個系統(tǒng)的環(huán)境適應性與可用性，使人感受到的三維圖像更加自然真實，長時間使用也不會有不適感。
【IPC分類】G06F3-01, G02B27-22, G02B27-01
【公開號】CN104570366
【申請?zhí)枴緾N201510021657
【發(fā)明人】朱箐, 呂向博, 楊寶喜, 黃惠杰, 張方, 王健
【申請人】中國科學院上海光學精密機械研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月16日