CN114035345A - 智能眼镜及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能眼镜及其工作方法。所述智能眼镜包括：安装有镜片的镜框；安装于镜框两侧的两个镜腿，其中每个镜腿能够相对于所述镜框做开合运动；两组惯性传感器，其中每组惯性传感器安装于对应的一个镜腿上，每组惯性传感器包括加速度计、磁力计和陀螺仪中的一个或多个；与每组惯性传感器电性相连的处理器，其根据每组惯性传感器感应得到的数据计算对应的镜腿的姿态，并计算两个镜腿的姿态的相关性，基于所述相关性和预定阈值判断镜腿是处于闭合状态，还是处于打开状态。此方案能够简单方便的实现镜腿开合状态的精确识别。

Description

智能眼镜及其工作方法

【技术领域】

本发明涉及智能眼镜领域，具体是一种基于惯性传感器判断镜腿开合状态的智能眼镜及其工作方法。

【背景技术】

目前的智能眼镜受制于体积小而导致电池电量不足，从而影响到设备续航及用户体验。然而，实际上智能眼镜在不佩戴时，仍然是会消耗电能，从而导致设备续航时长缩短。因此，希望提出一种新的方案来判断出智能眼镜是否处于使用状态，如果处于使用状态，就可以工作在正常工作模式，如果处于不使用状态，则可以进入低功耗模式，此时可以降低功耗，延长续航时长。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种智能眼镜及其工作方法，其不仅可以判断镜腿的开合状态，并且硬件结构比较简单且识别精度高。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种智能眼镜，其包括：安装有镜片的镜框；安装于镜框两侧的两个镜腿，其中每个镜腿能够相对于所述镜框做开合运动；两组惯性传感器，其中每组惯性传感器安装于对应的一个镜腿上，每组惯性传感器包括加速度计、磁力计和陀螺仪中的一个或多个；与每组惯性传感器电性相连的处理器，其根据每组惯性传感器感应得到的数据计算对应的镜腿的姿态，并计算两个镜腿的姿态的相关性，基于所述相关性和预定阈值判断镜腿是处于闭合状态，还是处于打开状态。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种智能眼镜的工作方法，所述智能眼镜包括安装有镜片的镜框、安装于镜框两侧的两个镜腿、分别安装于两个镜腿上的两组惯性传感器和处理器，每组惯性传感器包括加速度计、磁力计和陀螺仪中的一个或多个，所述工作方法包括：所述处理器根据每组惯性传感器感应得到的数据计算对应的镜腿的姿态，并计算两个镜腿的姿态的相关性，基于所述相关性和预定阈值判断镜腿是处于闭合状态，还是处于打开状态。

与现有技术相比，本发明基于两组惯性传感器判断镜腿的开合状态，硬件结构比较简单，并且识别精度高，还可以进一步优化智能眼镜的功耗模式切换和延长续航能力。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1是本发明的智能眼镜在一个实施例中的结构示意图，此时镜腿处于打开状态；

图2是图1中的智能眼镜的镜腿处于闭合状态的结构示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。本文中的“和/或”包括和以及或，比如A和/或B包括A，或者B，或者A和B三种情况。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“耦接”等术语应做广义理解；例如，可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1是本发明的智能眼镜在一个实施例中的结构示意图，此时镜腿处于打开状态；图2是图1中的智能眼镜的镜腿处于闭合状态的结果示意图。

如图1和2所示的，所述智能眼镜100包括安装有镜片的镜框110、安装于镜框110两侧的两个镜腿120，其中每个镜腿120能够相对于所述镜框110做开合运动。所述智能眼镜100还包括两组惯性传感器130和与每组惯性传感器电性相连的处理器(未图示)，其中每组惯性传感器130安装于对应的一个镜腿120上。每组惯性传感器130包括加速度计、磁力计和陀螺仪中的一个或多个。

所述微处理器可以安装于镜框110或镜腿120中。所述微处理器根据每组惯性传感器130感应得到的数据计算对应的镜腿的姿态q_a和q_b，并计算两个镜腿的姿态q_a和q_b的相关性R，基于所述相关性R和预定阈值判断镜腿是处于闭合状态，还是处于打开状态。所述智能眼镜还包括安装于镜框或镜腿上的电池(未图示)，所述电池给两组惯性传感器130、处理器等器件供电。

在一个进一步的实施例中，在镜腿被判定为闭合状态时，所述处理器使得所述智能眼镜100进入低功耗模式，这样可以降低功耗，延长续航时长，在镜腿被判定为打开状态时，所述处理器使得所述智能眼镜100进入正常工作模式。

两组惯性传感器130的坐标系一致。在镜腿120处于打开状态时，如图1所示，第一组惯性传感器130的x1、y1和z1的朝向和第二组惯性传感器130的x2、y2和z2的朝向接近一致，那么此时两个镜腿的姿态的相关性最高。在镜腿120处于闭合状态时，如图2所示的，相当于一组惯性传感器130的坐标轴保持不动，另外一组惯性传感器130绕z轴旋转180°，此时两组惯性传感器130的坐标轴是z轴一致，x和y轴相反，那么此时两个镜腿的姿态的相关性较低，因此可以利用镜腿的姿态的相关性及预定阈值来判断智能眼镜的镜腿开合的状态。需要注意的是，图1和2中仅仅示意性的显示了一个块，实际上该块内集成多个惯性传感器，比如加速度计、磁力计和陀螺仪等。每组惯性传感器130中的加速度计、磁力计和陀螺仪被固定联合安装，两组惯性传感器130中的加速度计、磁力计和陀螺仪的坐标系一致。

在一个实施例中，先并对两个镜腿的姿态q_a和q_b进行归一化处理，之后计算两个镜腿的姿态q_a，q_b的相关性R:

R＝Correlation(q_a,q_b),-1≤R≤1。

可用两组四元数分别表示两个镜腿的姿态，其中镜腿a的姿态为q_a：

q_a＝[q_a0,q_a1,q_a2,q_a3]

四元数由标量和矢量两个部分组成，q_a中第一个元素q_a0为标量部分，后三个元素q_a1，q_a2，q_a3为矢量部分，组合在一起后可以用于表示载体姿态。后文中的四元数都以此形式表示。

其中镜腿b的姿态为q_b：

q_b＝[q_b0,q_b1,q_b2,q_b3]

则两者姿态的相关性为：

cor＝q_a*q_b＝q_a0*q_b0+q_a1*q_b1+q_a2*q_b2+q_a3*q_b3。当相关性R小于预定阈值thd时，判定镜腿为闭合状态，当相关性R大于预定阈值thd时，判定镜腿为打开状态。

在一个实施例，设预定阈值thd＝0.75，实际测试结果如下表所示：

镜腿的实际状态	相关性R	判断状态
			打开	0.984068	打开
打开	0.989532	打开
			打开	0.990218	打开
闭合	0.113416	闭合
			闭合	0.137515	闭合
闭合	0.137684	闭合
			闭合	0.672297	闭合

当然，也可以设置多个预定阈值thd，大于较大的预定阈值才认为是打开状态，小于较小的阈值才认为是闭合状态，如果相关性小于较大的预定阈值，大于较小的预定阈值，则认为判断可能有误，需要重新采集数据进行重新判断。

可见，本发明利用两组惯性传感器来判断镜腿的开合状态，硬件结构比较简单，并且识别精度高，此外还可以进一步优化智能眼镜的功耗模式切换和延长续航能力，从而可以克服智能眼镜电池容量小、续航不足等缺点。

在一个实施例中，在进行开合状态判断前，需要先对所述陀螺仪进行校准，对所述磁力计进行校准。所述磁力计为三轴磁力计，所述陀螺仪为三轴陀螺仪。

对所述陀螺仪进行校准包括：智能眼镜保持静止状态，采集一段时间所述陀螺仪的数据并对三轴中每轴数据求均值，并将均值作为所述陀螺仪的每轴的零偏值，所述陀螺仪的每轴的读数减去对应轴的零偏值被认为是对应轴的校准后陀螺仪值。

对所述磁力计进行校准包括：拿起智能眼镜摇晃，采集所述磁力计的足够多的数据，计算得到所述磁力计的三轴零偏值以及地磁场强度。

具体的计算过程如下：

由球心公式可得：

fun＝(M_x-O_x)²+(M_y-O_y)²+(M_z-O_z)²-R²

其中磁力计的输出值为[M_x，M_x，M_x]，待求系数三轴零偏值为[O_x，O_x，O_x],地磁场强度为R。通过采集若干组磁力计的输出值对待求系数进行拟合，得到残差σ，若残差小于预设阈值则认为校准成功并保存校准参数O_x，O_x，O_x，R。

如果采集到的磁力计的数据满足再次校准条件(即残差小于预设阈值)，则更新磁力计的校准参数，即三轴零偏值和地磁场强度。如果采集到的陀螺仪的数据满足再次校准条件，则更新陀螺仪的校准参数，即三轴零偏值。陀螺仪校准条件为：采集若干组陀螺仪数据，若三轴数据方差都小于所设阈值则更新三轴零偏值。这样可以保证磁力计和所述陀螺仪的实时校准，提高精度。

在实际使用过程中地磁易受到周围电磁环境干扰，影响到镜腿的姿态和的计算准确度。为了提高准确度，在一个实施例中，所述处理器结合所述磁力计感应得到的数据和/或所述陀螺仪感应得到的数据判断是否存在磁干扰，如果存在磁干扰，则禁用所述磁力计的数据来计算镜腿的姿态，如果不存在，则允许利用所述磁力计的数据来计算镜腿的姿态。

判断磁力计是否受到干扰主要通过两种方式。

方式一如下：

设当前采集到的磁力计的数据为：

RawMag＝[Mx,My,Mz]

设预先计算并完成保存的磁力计校准参数为：

ParaMagCali＝[Ox,Oy,Oz,R]，

其中Ox为x轴的零偏值，Oy为y轴的零偏值，Oz为z轴的零偏值，R为地磁场强度。

由磁力计的数据和校准参数可以得到当前地磁场强度：

Radius＝sqrt((Mx-Ox)²+(My-Oy)²+(Mz-Oz)²)

并得到当前地磁场强度和校准参数中R的比值：

Ratio＝Radius/R

最后将比值Ratio与阈值比较，若超出阈值则认为当前存在磁干扰，否则认为不存在干扰。

方式二如下：

设某一时间段内由磁力计和加速度计得到的姿态变化量为：

Δq_mag＝[q_m0,q_m1,q_m2,q_m3]

其中q_m0……q_m3为由磁力计和加速度计得到的姿态参数。

由陀螺仪计算得到的姿态变化量为：

Δq_gyro＝[q_g0,q_g1,q_g2,q_g3]

其中q_g0……q_g3为由陀螺仪计算得到的姿态参数，将Δq_mag和Δq_gyro进行比较，若两值差异超过预定阈值则认为当前存在磁干扰。在无磁干扰时，利用每个惯性传感器130的加速度计和磁力计的输出计算对应的镜腿的姿态。

具体的，由加速度计[A_x,A_y,A_z]可计算得到俯仰角P和横滚角R，结合磁力计输出[M_x,M_y,M_Z]可得：

其中[M_xn,M_yn,M_zn]为磁力计投影到水平面上的值。

由上式可计算出：

最后得到航向角Y：

Y＝arctan(-M_xn/M_yn)

三个姿态角(即俯仰角P，横滚角R，航向角Y)都获取后即可得到镜腿的姿态，通过转换就可得到姿态四元数q。

在存在磁干扰时，利用每个惯性传感器130的加速度计和陀螺仪的输出计算对应的镜腿的姿态，具体的，使用陀螺仪在原先姿态的基础上积分解算出镜腿当前的姿态。这样可以进一步的提高姿态计算的准确度。

具体的，设检测受到磁干扰时，当前姿态为atti_t，陀螺仪输出为ω，则之后姿态可表示为：

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种智能眼镜的工作方法，所述工作方法包括：所述处理器根据每组惯性传感器感应得到的数据计算对应的镜腿的姿态，并计算两个镜腿的姿态的相关性，基于所述相关性和预定阈值判断镜腿是处于闭合状态，还是处于打开状态。

在一个实施例中，当相关性小于预定阈值时，判定镜腿为闭合状态，当相关性大于预定阈值时，判定镜腿为打开状态，在镜腿被判定为闭合状态时，所述处理器使得所述智能眼镜进入低功耗模式，在镜腿被判定为打开状态时，所述处理器使得所述智能眼镜进入正常工作模式。

在一个实施例中，每组惯性传感器中的加速度计、磁力计和陀螺仪被固定联合安装，坐标系一致，结合所述磁力计感应得到的数据和所述陀螺仪感应得到的数据判断是否存在磁干扰，如果存在磁干扰，则禁用所述磁力计的数据来计算镜腿的姿态，如果不存在，则允许利用所述磁力计的数据来计算镜腿的姿态，在无磁干扰时，利用每个惯性传感器的所述加速度计和所述磁力计的输出计算对应的镜腿的姿态；在存在磁干扰时，利用每个惯性传感器的所述加速度计和所述陀螺仪的输出计算对应的镜腿的姿态。

在一个实施例中，在进行开合状态判断前，需要先对所述陀螺仪进行校准，对所述磁力计进行校准。所述磁力计为三轴磁力计，所述陀螺仪为三轴陀螺仪。对所述陀螺仪进行校准包括：智能眼镜保持静止状态，采集一段时间所述陀螺仪的数据并对三轴中每轴数据求均值，并将均值作为所述陀螺仪的每轴的零偏值，所述陀螺仪的每轴的读数减去对应轴的零偏值被认为是对应轴的校准后陀螺仪值。对所述磁力计进行校准包括：拿起智能眼镜摇晃，采集所述磁力计的足够多的数据，计算得到所述磁力计的三轴零偏值以及地磁场强度。如果采集到的磁力计的数据满足再次校准条件，则更新磁力计的校准参数，即三轴零偏值和地磁场强度；如果采集到的陀螺仪的数据满足再次校准条件，则更新陀螺仪的校准参数，即三轴零偏值。这样可以保证磁力计和所述陀螺仪的实时校准，提高精度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和变型。

Claims (11)

1.一种智能眼镜，其包括：

安装有镜片的镜框；

安装于镜框两侧的两个镜腿，其中每个镜腿能够相对于所述镜框做开合运动；

两组惯性传感器，其中每组惯性传感器安装于对应的一个镜腿上，每组惯性传感器包括加速度计、磁力计和陀螺仪中的一个或多个；

与每组惯性传感器电性相连的处理器，其根据每组惯性传感器感应得到的数据计算对应的镜腿的姿态，并计算两个镜腿的姿态的相关性，基于所述相关性和预定阈值判断镜腿是处于闭合状态，还是处于打开状态。

2.根据权利要求1所述的智能眼镜，其特征在于，

当相关性小于预定阈值时，判定镜腿为闭合状态，当相关性大于预定阈值时，判定镜腿为打开状态，

在镜腿被判定为闭合状态时，所述处理器使得所述智能眼镜进入低功耗模式，在镜腿被判定为打开状态时，所述处理器使得所述智能眼镜进入正常工作模式，

所述智能眼镜还包括安装于镜框或镜腿上的电池，所述处理器安装于镜框或镜腿上。

3.根据权利要求1所述的智能眼镜，其特征在于，每组惯性传感器中的加速度计、磁力计和陀螺仪被固定联合安装，坐标系一致，

所述处理器结合所述磁力计感应得到的数据和/或所述陀螺仪感应得到的数据判断是否存在磁干扰，如果存在磁干扰，则禁用所述磁力计的数据来计算镜腿的姿态，如果不存在，则允许利用所述磁力计的数据来计算镜腿的姿态。

4.根据权利要求3所述的智能眼镜，其特征在于，

在无磁干扰时，利用每个惯性传感器的加速度计和磁力计的输出计算对应的镜腿的姿态；

在存在磁干扰时，利用每个惯性传感器的加速度计和陀螺仪的输出计算对应的镜腿的姿态。

5.根据权利要求1所述的智能眼镜，其特征在于，在进行开合状态判断前，对所述陀螺仪进行校准，所述陀螺仪为三轴陀螺仪，

对所述陀螺仪进行校准包括：智能眼镜保持静止状态，采集一段时间所述陀螺仪的数据并对三轴中每轴数据求均值，并将均值作为所述陀螺仪的每轴的零偏值，所述陀螺仪的每轴的读数减去对应轴的零偏值被认为是对应轴的校准后陀螺仪值。

6.根据权利要求5所述的智能眼镜，其特征在于，在进行开合状态判断前，对所述磁力计进行校准，所述磁力计为三轴磁力计，

对所述磁力计进行校准包括：拿起智能眼镜摇晃，采集所述磁力计的多个数据，计算得到所述磁力计的三轴零偏值以及地磁场强度。

7.根据权利要求6所述的智能眼镜，其特征在于，

如果采集到的磁力计的数据满足再次校准条件，则更新磁力计的校准参数，即三轴零偏值和地磁场强度；

如果采集到的陀螺仪的数据满足再次校准条件，则更新陀螺仪的校准参数，即三轴零偏值。

8.一种智能眼镜的工作方法，其特征在于，所述智能眼镜包括安装有镜片的镜框、安装于镜框两侧的两个镜腿、分别安装于两个镜腿上的两组惯性传感器和处理器，每组惯性传感器包括加速度计、磁力计和陀螺仪中的一个或多个，所述工作方法包括：

所述处理器根据每组惯性传感器感应得到的数据计算对应的镜腿的姿态，并计算两个镜腿的姿态的相关性，基于所述相关性和预定阈值判断镜腿是处于闭合状态，还是处于打开状态。

9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，

当相关性小于预定阈值时，判定镜腿为闭合状态，当相关性大于预定阈值时，判定镜腿为打开状态，

在镜腿被判定为闭合状态时，所述处理器使得所述智能眼镜进入低功耗模式，在镜腿被判定为打开状态时，所述处理器使得所述智能眼镜进入正常工作模式。

10.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，每组惯性传感器中的加速度计、磁力计和陀螺仪被固定联合安装，坐标系一致，

结合所述磁力计感应得到的数据和/或所述陀螺仪感应得到的数据判断是否存在磁干扰，如果存在磁干扰，则禁用所述磁力计的数据来计算镜腿的姿态，如果不存在，则允许利用所述磁力计的数据来计算镜腿的姿态，

在无磁干扰时，利用每个惯性传感器的所述加速度计和所述磁力计的输出计算对应的镜腿的姿态；

在存在磁干扰时，利用每个惯性传感器的所述加速度计和所述陀螺仪的输出计算对应的镜腿的姿态。

11.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，在进行开合状态判断前，对所述陀螺仪进行校准，所述陀螺仪为三轴陀螺仪，

对所述陀螺仪进行校准包括：智能眼镜保持静止状态，采集一段时间所述陀螺仪的数据并对三轴的每轴数据求均值，将均值作为所述陀螺仪的每轴的零偏值，所述陀螺仪的每轴的读数减去对应轴的零偏值被认为是对应轴的校准后陀螺仪值，

在进行开合状态判断前，对所述磁力计进行校准，所述磁力计为三轴磁力计，

对所述磁力计进行校准包括：拿起智能眼镜摇晃，采集所述磁力计的多个数据，计算得到所述磁力计的三轴零偏值以及地磁场强度。

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