CN107037584A - 一种智能眼镜透视方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能眼镜技术领域，尤其涉及一种智能眼镜透视方法及***。所述智能眼镜透视方法包括以下步骤：步骤a：装配智能眼镜，使人眼光轴、放大镜光轴、相机光轴在同一直线上，显示屏法线方向与放大镜光轴平行，单个人眼对应的半屏显示区域中心与放大镜光心的连线与人眼光轴在同一条直线上；步骤b：运行智能眼镜，通过相机对外界景物生成图像，使图像按一定的映射关系显示在显示屏上；步骤c：佩戴智能眼镜，通过放大镜对显示屏上显示的图像进行放大，将图像拉远到人眼能舒适观看的距离进行显示。本发明使得人眼在佩戴智能眼镜时就如同裸眼一样准确感知外界景物的位姿、大小信息，提高佩戴者的舒适度和观看准确度。

Description

一种智能眼镜透视方法及***

技术领域

本发明涉及智能眼镜技术领域，尤其涉及一种智能眼镜透视方法及***。

背景技术

对于大多数眼镜，外界景物光能穿过眼镜被人眼接收到，它们是光学透明的。而当人佩戴智能眼镜时，景物光无法被人眼接收到，人眼是通过观看显示屏上的图像间接地感知外界景物，此时可能出现人眼间接感知到的外界景物位姿、大小等信息与人眼裸眼直接感知的外界景物信息不一致的情况，从而导致人眼无法准确的感知外界景物。

发明内容

本发明提供了一种智能眼镜透视方法及***，旨在解决现有的智能眼镜在佩戴过程中人眼间接感知到的外界景物位姿、大小等信息与人眼裸眼直接感知的外界景物信息不一致的技术问题。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：一种智能眼镜透视方法，包括以下步骤：

步骤a：装配智能眼镜，使人眼光轴、放大镜光轴、相机光轴在同一直线上，显示屏法线方向与放大镜光轴平行，单个人眼对应的半屏显示区域中心与放大镜光心的连线与人眼光轴在同一条直线上；

步骤b：运行智能眼镜，通过相机对外界景物生成图像，使图像按一定 的映射关系显示在显示屏上；

步骤c：佩戴智能眼镜，通过放大镜对显示屏上显示的图像进行放大，将图像拉远到人眼能舒适观看的距离进行显示。

本发明实施例采取的技术方案还包括：所述步骤a前还包括：选定智能眼镜显示屏的大小与分辨率；设定放大镜焦距；并分别设定人眼光心到放大镜光心的距离、放大镜光心到显示屏的距离、以及放大镜光心到相机光心的距离。

本发明实施例采取的技术方案还包括：所述a前还包括：以避免人眼视场缺失为目标计算所需相机视场角，并以匹配显示屏分辨率为目标计算所需相机分辨率。

本发明实施例采取的技术方案还包括：所述计算相机视场角的计算方式为：

相机水平视场角为：

相机垂直视场角为:

在上述公式中，d_em为人眼光心到放大镜光心的距离，d_mc为放大镜光心到相机光心的距离，d_md为放大镜光心到显示屏的距离，f_m为放大镜焦距，q_x及q_y为单个相机对应的显示屏半屏显示区域宽度及高度，d_eo为人眼光心 到景物的距离，d_co为相机光心到景物的距离，f_c为相机焦距，dX为相机单个像素横向物理尺寸，dY为相机单个像素纵向尺寸，d_ev为人眼到虚像的距离，d_mv为放大镜光心到景物虚像的距离，d_vo为景物虚像到景物的距离，s_d为显示屏中景物大小，s_v为对应虚像大小，s_o为景物大小，s_c为景物在相机中成像大小，dx为显示屏上单个像素横向物理尺寸、dy为显示屏上单个像素纵向尺寸。

本发明实施例采取的技术方案还包括：所述计算相机分辨率的计算公式为：

在上述公式中,N_x为单眼对应半屏显示区域横向最大像素数、N_y为纵向最大像素数。

本发明实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤b中，所述使图像按一定的映射关系显示在显示屏上即为将图像以一定缩放比例显示给人眼；所述图像缩放比例的求解方法包括：在满足透视要求下，景物在显示屏中应该要占有的像素数与景物在相机中占有的像素数的比值即为图像缩放比例p＝(p_x,p_y)，其中p_x为水平方向上的缩放比例，p_y为垂直方向上的缩放比例；景物在显示屏上大小与显示屏上单个像素的物理尺寸的比值就是景物在显示屏上占的像素数，而景物在相机上成像大小与相机成像面上单个像素的物理尺寸比值就是景物在相机成像面上占的像素数，即：

在横向方向上图像缩放比例p_x为：

在纵向方向上图像缩放比例p_y为：

本发明实施例采取的另一技术方案为：一种智能眼镜透视***，包括相机、显示屏及放大镜；所述相机与人眼的位置相对应，所述显示屏位于相机与放大镜之间，所述放大镜位于智能眼镜靠近人眼的一侧，且人眼光轴、放大镜光轴及相机光轴在同一直线上，显示屏法线方向与放大镜光轴平行，单个人眼对应的半屏显示区域中心与放大镜光心的连线与人眼光轴在同一条直线上；所述相机用于对外界景物生成图像，所述图像按一定的映射关系显示在显示屏上，所述放大镜用于对显示屏上显示的图像进行放大，将图像拉远到人眼能舒适观看的距离进行显示。

本发明实施例采取的技术方案还包括：还包括运算处理单元，所述运算处理单元分别与相机及显示屏信号连接，用于对相机生成的图像进行畸变校正、极线校正处理，并通过显示屏显示处理后的图像。

本发明实施例采取的技术方案还包括：所述相机视场角的计算方式为：

相机水平视场角为：

相机垂直视场角为:

所述相机分辨率的计算公式为：

在上述公式中，d_em为人眼光心到放大镜光心的距离，d_mc为放大镜光心到相机光心的距离，d_md为放大镜光心到显示屏的距离，f_m为放大镜焦距，q_x及q_y为单个相机对应的显示屏半屏显示区域宽度及高度，d_eo为人眼光心到景物的距离，d_co为相机光心到景物的距离，f_c为相机焦距，dX为相机单个像素横向物理尺寸，dY为相机单个像素纵向尺寸，d_ev为人眼到虚像的距离，d_mv为放大镜光心到景物虚像的距离，d_vo为景物虚像到景物的距离，s_d为显示屏中景物大小，s_v为对应虚像大小，s_o为景物大小，s_c为景物在相机中成像大小，dx为显示屏上单个像素横向物理尺寸、dy为显示屏上单个像素纵向尺寸；N_x为单眼对应半屏显示区域横向最大像素数、N_y为纵向最大像素数。

本发明实施例采取的技术方案还包括：所述图像按一定的映射关系显示在显示屏上具体为：将图像以一定缩放比例显示给人眼；所述图像缩放比例的求解方法包括：景物在显示屏中应该要占有的像素数与景物在相机中占有的像素数的比值即为图像缩放比例p＝(p_x,p_y)，其中p_x为水平方向上的缩放比例，p_y为垂直方向上的缩放比例；景物在显示屏上大小与显示屏上单个像素的物理尺寸的比值就是景物在显示屏上占的像素数，而景物在相机上成像大小与相机成像面上单个像素的物理尺寸比值就是景物在相机 成像面上占的像素数，即：

在横向方向上图像缩放比例p_x为：

在纵向方向上图像缩放比例p_y为：

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明实施例的智能眼镜透视方法及***通过相机对外界景物成像，生成的图像在处理后通过显示屏显示，并通过放大镜对显示屏上的图像进行放大，从而将图像拉远到人眼能舒适观看的距离，使得人眼在佩戴智能眼镜时就如同裸眼一样准确感知外界景物的位姿、大小信息，提高佩戴者的舒适度和观看准确度。

附图说明

图1为本发明实施例的智能眼镜透视方法的流程图；

图2为本发明实施例的智能眼镜参数标识图；

图3是本发明实施例的智能眼镜透视视觉示意图；

图4(a)、图4(b)、图4(c)是本发明实施例的相机视场计算方式示意图；

图5是本发明实施例的智能眼镜透视***的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描 述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1，是本发明实施例的智能眼镜透视方法的流程图。本发明实施例的智能眼镜透视方法包括以下步骤：

步骤100：选定智能眼镜显示屏的大小与分辨率；

在步骤100中，本发明实施例的智能眼镜包括相机、显示屏及放大镜，显示屏位于相机与放大镜之间，放大镜位于智能眼镜靠近人眼的一侧，相机用于对外界景物生成图像，生成的图像由运算处理单元处理后(比如畸变校校正、极线校校正)通过显示屏进行显示，放大镜用于放大显示屏上显示的图像，并将图像拉远到人眼能舒适观看的距离，也就是人眼明视距离(250mm左右)，使得人眼在佩戴本发明实施例的智能眼镜时可以如同裸眼一样准确感知外界景物的位姿及大小等信息。

步骤200：设定放大镜焦距；

步骤300：分别设定人眼光心到放大镜光心的距离、放大镜光心到显示屏的距离、以及放大镜光心到相机光心的距离；

步骤400：计算相机视场角，并计算相机分辨率；

在步骤400中，选定相机视场角可以避免人眼的视场出现黑边等视场缺少情况，选定相机分辨率可以避免图像需要插值后放大给人眼看。

步骤500：装配智能眼镜，并使人眼光轴、放大镜光轴、相机光轴在同一直线上，显示屏法线方向与放大镜光轴平行，单个人眼对应的半屏显示区域中心与放大镜光心的连线与人眼光轴在同一条直线上；

在步骤500中，具体如图2和图3所示，图2是本发明实施例的智能眼镜参数标识图，图3是本发明实施例的智能眼镜透视视觉示意图。在图2中，a为人眼光心到放大镜光心的距离d_em，b为放大镜光心到显示屏的距离d_md，c为放大镜光心到相机光心的距离d_mc。在图3中，实线横轴代表了人眼、放大镜、相机的光轴以及显示屏的法线，其中人眼在横轴的e点，放大镜在m点，显示屏在d点，f1到m的距离是放大镜的焦距，相机在c点，f2到c的距离为相机的焦距，v点为显示屏上显示的图像在放大镜中对应虚像的位置，o点为外界给定一景物的位置。景物在人眼中的成像与裸眼时景物在人眼内的成像会相同，从而做到透视。

在已经满足了智能眼镜的装配要求的前提下，进一步假设已经根据人眼视觉特性等因素选定了显示屏、放大镜以及确定了放大镜光心与显示屏的距离d_md、放大镜光心与相机光心的距离d_mc、人眼光心到放大镜光心的距离d_em，从而已知如下智能眼镜参数：放大镜光心与相机光心的距离d_mc、放大镜光心与显示屏的距离d_md、人眼光心与放大镜光心的距离d_em、放大镜焦 距f_m、单个相机对应的显示屏半屏显示区域宽度为q_x、高度为q_y、单眼对应显示屏半屏显示区域横向最大像素数为N_x、纵向最大像素数为N_y，从而根据以上参数计算计算相机视场角及分辨率；

其中，计算相机视场角的方式为：

已知：人眼光心到放大镜光心的距离d_em、放大镜光心到相机光心的距离d_mc、放大镜光心到显示屏的距离d_md、放大镜焦距f_m、单个相机对应的显示屏半屏显示区域宽度q_x及高度q_y；

求：在透视前提下，相机需要的最小视场角α＝(α_x,α_y)，其中α_x为水平视场角，α_y为垂直视场角；

解：当外界景物在显示屏上的图像刚好充满显示屏时，景物对应相机的视场角就为相机需要的最小视场角。由此，已知景物在显示屏上成像大小为显示屏半屏图像显示区域大小，求景物在相机对应的视场角，所得视场角的值就是待求解的值。为了方便说明，令d_eo为人眼光心到景物的距离，d_co为相机光心到景物的距离，f_c为相机焦距，相机单个像素横向物理尺寸为dX、纵向尺寸为dY，d_ev为人眼到虚像的距离，d_mv为放大镜光心到景物虚像的距离，d_vo为景物虚像到景物的距离，显示屏中景物大小为s_d，则对应虚像大小为s_v，景物大小为s_o，景物在相机中成像大小为s_c，显示屏上单个像素横向物理尺寸为dx、纵向尺寸为dy。其中：d_co＝d_eo-d_em-d_mc，d_vo＝d_eo-d_em-d_mv，d_ev＝d_em+d_mv。

当相机视场角过小时，在满足透视的前提下，就可能出现相机得到的图像无法覆盖满显示屏(在一定意义上说就是要覆盖满人眼的视场)，导致佩戴智能眼镜透视方法及***时人眼的视场出现黑边等视场缺失情况。在满 足透视的前提下，为了确保相机得到的图像能覆盖满显示屏，则相机视场角需要不能小于某特定值，具体如图4(a)、图4(b)、图4(c)所示，为相机视场计算方式示意图。其中，实线横轴代表了人眼、放大镜、相机共同的光轴以及显示屏的法线。在图4(a)的横轴上，a为人眼，b为放大镜，c为显示屏，d为显示屏显示的图像在放大镜中的虚像，c处竖线的长度代表显示屏半屏图像显示区域的大小，则在透视前提下，人眼通过观看显示屏上图像获得的在d距离外的视场为V。在图4(b)的横轴上，相较于图4(a)多了一个相机，当相机视场角为θ时，相机的视场为W。要尽量避免人眼视场出现黑边等视场缺失情况，就需要让相机视场尽可能多的包含人眼通过观看显示屏的图像获得的视场。在图4(c)中，相机视场角θ足够大到满足 所以当景物在d距离外，在透视前提下，能确保不出现人眼看到黑边等视场缺失情况。

在图3中，景物相对于相机的视场角为给定s_d求α的计算步骤如下：

1)由s_d求得虚像大小

2)由s_v求得景物大小s_o:

3)由s_o求景物相对于相机的视场角:

所以把单个相机对应显示屏显示区域大小代入公式(2)就可以求得相机需要 的最小视场角。

相机水平视场角为：

相机垂直视场角为:

其中d_eo越小需要的视场角越大，本发明建议限定d_eo最小值为人眼明视距离250mm，把此d_eo的最小值代入公式(3)和公式(4)就可以得到相机视场角需要不能小于的那个特定值。

根据人眼的视觉分辨能力等因素选定显示屏的分辨率后，当相机的分辨率过低时，就会导致相机分辨率匹配不上显示屏的分辨率，需要把相机采集的图像插值后显示给人眼看，也就是放大图像。在透视的前提下，为了匹配上显示屏的分辨率(在一定意义上说就是要匹配上人眼的分辨率)，不把图像插值后显示给人眼看，则相机分辨率同样不能小于某特定值。本发明实施例计算相机分辨率的方式为：

已知：人眼光心到放大镜光心的距离d_em、放大镜光心到相机光心的距离d_mc、放大镜光心到显示屏的距离d_md、放大镜焦距f_m、单个相机对应的显示屏半屏显示区域宽度q_x及高度q_y、显示屏半屏横向最大像素数N_x、纵向最大像素数N_y；

求：在透视前提下，若图像在显示屏显示时图像不能插值放大，则需要相机最小分辨率；相机在横轴上分辨率用表示、纵轴上分辨率用表 示；

解：相机最小分辨率要求的是相机采集图像与显示屏上图像1：1显示，景物在相机采集图像中像素数与显示屏上占有的像素数相同。由此，先给定景物在显示屏上成像大小，由此可以得到对应的像素数L_d，然后求对应景物大小s_o，然后由景物大小与景物在相机成像中像素数L_c(L_c＝L_d)求得相机最小分辨率。计算步骤如下：

1)给定s_d求像素数L_d，先不区分水平方向与垂直方向，令显示屏上单个像素的物理尺寸为d'_XY，

则：

由此也可知景物在相机中像素数也同样为L_d。

2)求景物的实际大小s_o；

由公式(1)知

3)由景物大小s_o和在相机中占用像素数L_d求相机分辨率得：

其中，人眼光心与放大镜光心的距离d_em值可以在使用者佩戴时测量得到，d_eo越小需要的分辨率越大，本发明建议限定d_eo最小值为人眼明视距离250mm,把此d_eo的最小值代入公式(5)和公式(6)就可以得到相机分辨率需要不能小于的那个特定值。

步骤600：上电运行智能眼镜，通过智能眼镜的相机对外界景物生成图 像，并对生成图像进行畸变校校正、极线校校正后，使图像按一定的映射关系显示在显示屏上；

在步骤600中，相机采集的图像到显示屏上显示的图像的映射关系选定方法包括：将相机采集的图像映射到显示屏上需要解决以下问题：

1、相机镜头存在一定的径向畸变和切向畸变，生成的图像需要消除畸变，图像畸变消除可以通过相机标定得到包括畸变系数在内的相机内参，然后相机内参求得去畸变的图像；此图像畸变消除方法为现有技术，本发明将不再赘述。

2、智能眼镜上的两个相机往往没有做到精准对齐，两个相机得到的图像之间存在垂直视差，如果存在视差的图像被显示出来给人眼看时，会给人的双目立体视觉带来困难，所以需要通过极线校正消除垂直视差；此消除垂直视差方法为现有技术，本发明将不再赘述。

3、选定好相机视场角和分辨率后，常无法刚好做到相机采集的图像1：1映射到显示屏上就能满足透视要求，而需要缩小图像显示给人眼看才能做到透视。即，当相机采集到图像后，采集到的图像与显示屏上图像需要满足什么映射关系才能做到透视，也就是图像以什么缩放比例显示给人眼看。此缩放比例值的求解方法如下：

已知：d_em、d_eo、d_mc、d_md、f_m、q_x、q_y、N_x、N_y、

求：在透视前提下，相机采集图像在显示屏显示时图像的缩放比例。

解：

在满足透视前提下，景物在显示屏中应该要占有的像素数与景物在相机中占有的像素数的比值就为图像缩放比例p＝(p_x,p_y)，其中p_x为水平方向上的缩放比例，p_y为垂直方向上的缩放比例。求解过程如下：

1)给定景物大小s_o求景物在显示屏大小

如图1所示人眼看到的景物在放大镜中的虚像大小应该满足：

从而

由此可进一步求得显示屏上景物大小为：

2)计算景物在相机上成像大小为：

3)计算图像缩放比例p

景物在显示屏上大小与显示屏上单个像素的物理尺寸的比值就是景物在显示屏上占的像素数，而景物在相机上成像大小与相机成像面上单个像素的物理尺寸比值就是景物在相机成像面上占的像素数。所以：

在横向方向上图像缩放比例

把公式(8)、(9)代入得：

同理求得在纵向方向上图像缩放比例p_y：

其中

步骤700：佩戴智能眼镜，通过智能眼镜放大镜对显示屏上显示的图像进行放大，将图像拉远到人眼能舒适观看的距离进行显示，实现智能眼镜的透视。

请参阅图5，是本发明实施例的智能眼镜透视***的结构示意图。本发明实施例的智能眼镜透视***包括相机1、运算处理单元2、显示屏3及放大镜4；其中，相机1包括两个，所述两个相机1分别与人眼5的位置相对应；运算处理单元2分别与相机1及显示屏3信号连接，显示屏3位于相机1与放大镜4之间，放大镜4位于智能眼镜靠近人眼5的一侧。相机1用于对外界景物生成图像，运算处理单元2用于对相机1生成的图像进行畸变校正、极线校正等处理，并使处理后的图像按一定的映射关系显示在显示屏3上，放大镜4用于对显示屏3上显示的图像进行放大，从而将图像拉远到人眼5能舒适观看的距离，也就是人眼明视距离，使得人眼在佩戴本发明实施例的智能眼镜时可以如同裸眼一样准确感知外界景物的位姿及大小等信息。

具体地，本发明实施例的智能眼镜透视***的装配方式包括：选定智能眼镜显示屏3的大小与分辨率；设定放大镜4焦距；分别设定人眼5光心到放大镜4光心的距离、放大镜4光心到显示屏3的距离、以及放大镜4光心到相机1光心的距离；计算相机1视场角及分辨率后，装配智能眼镜，并使人眼光轴、放大镜4光轴、相机1光轴在同一直线上，显示屏3法线方向与放大镜4光轴平行，单个人眼5对应的半屏显示区域中心与放大镜4光心的连线与人眼5光轴在同一条直线上；上电运行智能眼镜，通过智能眼镜的相机1对外界景物生成图像，并通过运算处理单元2对生成图像进行畸变校正、极线校正后，使图像按一定的映射关系显示在显示屏3上；佩戴智能眼镜，通过智能眼镜放大镜4对显示屏3上显示的图像进行放大，将图像拉远到人眼能舒适观看的距离进行显示，实现智能眼镜的透视。其中，选定相机1的视场角可以避免人眼5的视场出现黑边等视场缺少情况，选定相机1的分辨率可以避免图像需要插值后放大给人眼5看。

在本发明实施例中，具体如图2和图3所示，图2是本发明实施例的智能眼镜参数标识图，图3是本发明实施例的智能眼镜透视视觉示意图。在图2中，a为人眼5光心到放大镜4光心的距离d_em，b为放大镜4光心到显示屏3的距离d_md，c为放大镜4光心到相机1光心的距离d_mc。在图3中，实线横轴代表了人眼5、放大镜4、相机1的光轴以及显示屏3的法线，其中人眼5在横轴的e点，放大镜4在m点，显示屏3在d点，f1到m 的距离是放大镜4的焦距，相机1在c点，f2到c的距离为相机1的焦距，v点为显示屏3上显示的图像在放大镜4中对应虚像的位置，o点为外界给定一景物的位置。景物在人眼5中的成像与裸眼时景物在人眼5内的成像会相同，从而做到透视。

在已经满足了智能眼镜的装配要求的前提下，进一步假设已经根据人眼5视觉特性等因素选定了显示屏3、放大镜4以及确定了放大镜4光心与显示屏3的距离d_md、放大镜4光心与相机1光心的距离d_mc、人眼5光心到放大镜4光心的距离d_em，从而已知如下智能眼镜参数：放大镜4光心与相机1光心的距离d_mc、放大镜4光心与显示屏3的距离d_md、人眼5光心与放大镜4光心的距离d_em、放大镜4焦距f_m、单个相机1对应的显示屏3半屏显示区域宽度为q_x、高度为q_y、显示屏3半屏横向最大像素数为N_x、纵向最大像素数为N_y，从而根据以上参数计算计算相机1视场角及分辨率；

其中，计算相机1视场角的方式为：

已知：人眼5光心到放大镜4光心的距离d_em、放大镜4光心到相机1光心的距离d_mc、放大镜4光心到显示屏3的距离d_md、放大镜4焦距f_m、单个相机1对应的显示屏3半屏显示区域宽度q_x及高度q_y；

求：在透视前提下，相机1需要的最小视场角α＝(α_x,α_y)，其中α_x为水平视场角，α_y为垂直视场角；

解：当外界景物在显示屏3上的图像刚好充满显示屏3时，景物对应相机1的视场角就为相机1需要的最小视场角。由此，已知景物在显示屏3上成像大小为显示屏3半屏图像显示区域大小，求景物在相机1对应的视 场角，所得视场角的值就是待求解的值。为了方便说明，令d_eo为人眼5光心到景物的距离，d_co为相机1光心到景物的距离，f_c为相机1焦距，相机1单个像素横向物理尺寸为dX、纵向尺寸为dY，d_ev为人眼5到虚像的距离，d_mv为放大镜4光心到景物虚像的距离，d_vo为景物虚像到景物的距离，显示屏3中景物大小为s_d，则对应虚像大小为s_v，景物大小为s_o，景物在相机1中成像大小为s_c，显示屏3上单个像素横向物理尺寸为dx、纵向尺寸为dy。

其中：d_co＝d_eo-d_em-d_mc，d_vo＝d_eo-d_em-d_mv，d_ev＝d_em+d_mv。

当相机1视场角过小时，在满足透视的前提下，就可能出现相机1得到的图像无法覆盖满显示屏3(在一定意义上说就是要覆盖满人眼5的视场)，导致佩戴智能眼镜透视方法及***时人眼5的视场出现黑边等视场缺失情况。在满足透视的前提下，为了确保相机1得到的图像能覆盖满显示屏3，则相机1视场角需要不能小于某特定值，具体如图4(a)、图4(b)、图4(c)所示，为相机1视场计算方式示意图。其中，实线横轴代表了人眼5、放大镜4、相机1共同的光轴以及显示屏3的法线。在图4(a)的横轴上，a为人眼5，b为放大镜4，c为显示屏3，d为显示屏3显示的图像在放大镜4 中的虚像，c处竖线的长度代表显示屏3半屏图像显示区域的大小，则在透视前提下，人眼5通过观看显示屏3上图像获得的在d距离外的视场为V。在图4(b)的横轴上，相较于图4(a)多了一个相机1，当相机1视场角为θ时，相机1的视场为W。要尽量避免人眼5视场出现黑边等视场缺失情况，就需要让相机1视场尽可能多的包含人眼5通过观看显示屏3的图像获得的视场。在图4(c)中，相机1视场角θ足够大到满足所以当景物在d距离外，在透视前提下，能确保不出现人眼5看到黑边等视场缺失情况。

在图3中，景物相对于相机1的视场角为给定s_d求α的计算步骤如下：

1)由s_d求得虚像大小

2)由s_v求得景物大小s_o:

3)由s_o求景物相对于相机1的视场角:

所以把单个相机1对应显示屏3显示区域大小代入公式(2)就可以求得相机1需要的最小视场角。

相机1水平视场角为：

相机1垂直视场角为:

其中d_eo越小需要的视场角越大，本发明建议限定d_eo最小值为人眼明视距离250mm，把此d_eo的最小值代入公式(3)和公式(4)就可以得到相机1视场角需要不能小于的那个特定值。

根据人眼的视觉分辨能力等因素选定显示屏3的分辨率后，当相机1 的分辨率过低时，就会导致相机1分辨率匹配不上显示屏3的分辨率，需要把相机1采集的图像插值后显示给人眼看，也就是放大图像。在透视的前提下，为了匹配上显示屏3的分辨率(在一定意义上说就是要匹配上人眼的分辨率)，不把图像插值后显示给人眼看，则相机1分辨率同样不能小于某特定值。

本发明实施例计算相机1分辨率的方式为：

已知：人眼5光心到放大镜4光心的距离d_em、放大镜4光心到相机1光心的距离d_mc、放大镜4光心到显示屏3的距离d_md、放大镜4焦距f_m、单个相机1对应的显示屏3半屏显示区域宽度q_x及高度q_y、显示屏3半屏横向最大像素数N_x、纵向最大像素数N_y；

求：在透视前提下，若图像在显示屏3显示时图像不能插值放大，则需要相机1最小分辨率；相机1在横轴上分辨率用表示、纵轴上分辨率用表示；

解：相机1最小分辨率要求的是相机1采集图像与显示屏3上图像1：1显示，景物在相机1采集图像中像素数与显示屏3上占有的像素数相同。由此，先给定景物在显示屏3上成像大小，由此可以得到对应的像素数L_d，然后求对应景物大小s_o，然后由景物大小与景物在相机1成像中像素数L_c(L_c＝L_d)求得相机1最小分辨率。计算步骤如下：

1)给定s_d求像素数L_d，先不区分水平方向与垂直方向，令显示屏3上单个像素的物理尺寸为d'_XY，

则：

由此也可知景物在相机1中像素数也同样为L_d。

2)求景物的实际大小s_o；

由公式(1)知

3)由景物大小s_o和在相机1中占用像素数L_d求相机1分辨率得：

其中，人眼5光心与放大镜4光心的距离d_em值可以在使用者佩戴时测量得到，d_eo越小需要的分辨率越大，本发明建议限定d_eo最小值为人眼5明视距离250mm,把此d_eo的最小值代入公式(5)和公式(6)就可以得到相机1分辨率需要不能小于的那个特定值。

在本发明实施例中，相机1采集的图像到显示屏3上显示的图像的映射关系选定方法包括：将相机1采集的图像映射到显示屏3上需要解决以下问题：

1、相机1镜头存在一定的径向畸变和切向畸变，生成的图像需要消除畸变，图像畸变消除可以通过相机1标定得到包括畸变系数在内的相机1内参，然后相机1内参求得去畸变的图像；此图像畸变消除方法为现有技术，本发明将不再赘述。

2、智能眼镜上的两个相机1往往没有做到精准对齐，两个相机1得到的图像之间存在垂直视差，如果存在视差的图像被显示出来给人眼5看时， 会给人的双目立体视觉带来困难，所以需要通过极线校正消除垂直视差；此消除垂直视差方法为现有技术，本发明将不再赘述。

3、选定好相机1视场角和分辨率后，常无法刚好做到相机1采集的图像1：1映射到显示屏3上就能满足透视，而需要缩小图像显示给人眼5看才能做到透视。即，当相机1采集到图像后，采集到的图像与显示屏3上图像需要满足什么映射关系才能做到透视，也就是图像以什么缩放比例显示给人眼5看。此缩放比例值的求解方法如下：

已知：d_em、d_eo、d_mc、d_md、f_m、q_x、q_y、N_x、N_y、

求：在透视前提下，相机1采集图像在显示屏3显示时图像的缩放比例。

解：

在满足透视前提下，景物在显示屏3中应该要占有的像素数与景物在相机1中占有的像素数的比值就为图像缩放比例p＝(p_x,p_y)，其中p_x为水平方向上的缩放比例，p_y为垂直方向上的缩放比例。求解过程如下：

1)给定景物大小s_o求景物在显示屏3大小

如图1所示人眼5看到的景物在放大镜4中的虚像大小应该满足：

从而

由此可进一步求得显示屏3上景物大小为：

2)计算景物在相机1上成像大小为：

3)计算图像缩放比例p

景物在显示屏3上大小与显示屏3上单个像素的物理尺寸的比值就是景物在显示屏3上占的像素数，而景物在相机1上成像大小与相机1成像面上单个像素的物理尺寸比值就是景物在相机1成像面上占的像素数。所以：在横向方向上图像缩放比例

把公式(8)、(9)代入得：

同理求得在纵向方向上图像缩放比例p_y：

其中

本发明实施例的智能眼镜透视方法及***通过相机对外界景物成像，生成的图像在处理后通过显示屏显示，并通过放大镜对显示屏上的图像进行放大，从而将图像拉远到人眼能舒适观看的距离，使得人眼在佩戴智能眼镜时就如同裸眼一样准确感知外界景物的位姿、大小信息，提高佩戴者的舒适度和观看准确度。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能眼镜透视方法，包括以下步骤：

步骤a：装配智能眼镜，使人眼光轴、放大镜光轴、相机光轴在同一直线上，显示屏法线方向与放大镜光轴平行，单个人眼对应的半屏显示区域中心与放大镜光心的连线与人眼光轴在同一条直线上；

步骤b：运行智能眼镜，通过相机对外界景物生成图像，使图像按一定的映射关系显示在显示屏上；

步骤c：佩戴智能眼镜，通过放大镜对显示屏上显示的图像进行放大，将图像拉远到人眼能舒适观看的距离进行显示。

2.根据权利要求1所述的智能眼镜透视方法，其特征在于：所述步骤a前还包括：选定智能眼镜显示屏的大小与分辨率；设定放大镜焦距；并分别设定人眼光心到放大镜光心的距离、放大镜光心到显示屏的距离、以及放大镜光心到相机光心的距离。

3.根据权利要求2所述的智能眼镜透视方法，其特征在于：所述a前还包括：以避免人眼视场缺失为目标计算所需相机视场角，并以匹配显示屏分辨率为目标计算所需相机分辨率。

4.根据权利要求3所述的智能眼镜透视方法，其特征在于：所述计算相机视场角的计算方式为：

相机水平视场角为：

相机垂直视场角为:

在上述公式中，d_em为人眼光心到放大镜光心的距离，d_mc为放大镜光心到相机光心的距离，d_md为放大镜光心到显示屏的距离，f_m为放大镜焦距，q_x及q_y为单个相机对应的显示屏半屏显示区域宽度及高度，d_eo为人眼光心到景物的距离，d_co为相机光心到景物的距离，f_c为相机焦距，dX为相机单个像素横向物理尺寸，dY为相机单个像素纵向尺寸，d_ev为人眼到虚像的距离，d_mv为放大镜光心到景物虚像的距离，d_vo为景物虚像到景物的距离，s_d为显示屏中景物大小，s_v为对应虚像大小，s_o为景物大小，s_c为景物在相机中成像大小，dx为显示屏上单个像素横向物理尺寸、dy为显示屏上单个像素纵向尺寸。

5.根据权利要求4所述的智能眼镜透视方法，其特征在于：所述计算相机分辨率的计算公式为：

在上述公式中,N_x为单眼对应半屏显示区域横向最大像素数、N_y为纵向最大像素数。

6.根据权利要求1至5任一项所述的智能眼镜透视方法，其特征在于：在所述步骤b中，所述使图像按一定的映射关系显示在显示屏上即为将图像以一定缩放比例显示给人眼；所述图像缩放比例的求解方法包括：在满足透视要求下，景物在显示屏中应该要占有的像素数与景物在相机中占有的像素数的比值即为图像缩放比例p＝(p_x,p_y)，其中p_x为水平方向上的缩放比例，p_y为垂直方向上的缩放比例；景物在显示屏上大小与显示屏上单个像素的物理尺寸的比值就是景物在显示屏上占的像素数，而景物在相机上成像大小与相机成像面上单个像素的物理尺寸比值就是景物在相机成像面上占的像素数，即：

在横向方向上图像缩放比例p_x为：

在纵向方向上图像缩放比例p_y为：

7.一种智能眼镜透视***，其特征在于：包括相机、显示屏及放大镜；所述相机与人眼的位置相对应，所述显示屏位于相机与放大镜之间，所述放大镜位于智能眼镜靠近人眼的一侧，且人眼光轴、放大镜光轴及相机光轴在同一直线上，显示屏法线方向与放大镜光轴平行，单个人眼对应的半屏显示区域中心与放大镜光心的连线与人眼光轴在同一条直线上；所述相机用于对外界景物生成图像，所述图像按一定的映射关系显示在显示屏上，所述放大镜用于对显示屏上显示的图像进行放大，将图像拉远到人眼能舒适观看的距离进行显示。

8.根据权利要求7所述的智能眼镜透视***，其特征在于：还包括运算处理单元，所述运算处理单元分别与相机及显示屏信号连接，用于对相机生成的图像进行畸变校正、极线校校正处理，并通过显示屏显示处理后的图像。

9.根据权利要求8所述的智能眼镜透视***，其特征在于：所述相机视场角的计算方式为：

相机水平视场角为：

相机垂直视场角为:

所述相机分辨率的计算公式为：

在上述公式中，d_em为人眼光心到放大镜光心的距离，d_mc为放大镜光心到相机光心的距离，d_md为放大镜光心到显示屏的距离，f_m为放大镜焦距，q_x及q_y为单个相机对应的显示屏半屏显示区域宽度及高度，d_eo为人眼光心到景物的距离，d_co为相机光心到景物的距离，f_c为相机焦距，dX为相机单个像素横向物理尺寸，dY为相机单个像素纵向尺寸，d_ev为人眼到虚像的距离，d_mv为放大镜光心到景物虚像的距离，d_vo为景物虚像到景物的距离，s_d为显示屏中景物大小，s_v为对应虚像大小，s_o为景物大小，s_c为景物在相机中成像大小，dx为显示屏上单个像素横向物理尺寸、dy为显示屏上单个像素纵向尺寸；N_x为单眼对应半屏显示区域横向最大像素数、N_y为纵向最大像素数。

10.根据权利要求7至9任一项所述的智能眼镜透视***，其特征在于：所述图像按一定的映射关系显示在显示屏上具体为：将图像以一定缩放比例显示给人眼；所述图像缩放比例的求解方法包括：景物在显示屏中应该要占有的像素数与景物在相机中占有的像素数的比值即为图像缩放比例p＝(p_x,p_y)，其中p_x为水平方向上的缩放比例，p_y为垂直方向上的缩放比例；景物在显示屏上大小与显示屏上单个像素的物理尺寸的比值就是景物在显示屏上占的像素数，而景物在相机上成像大小与相机成像面上单个像素的物理尺寸比值就是景物在相机成像面上占的像素数，即：

在横向方向上图像缩放比例p_x为：

4

在纵向方向上图像缩放比例p_y为：

5