一种头戴式电子辅助视觉设备及其图像自动放大方法

技术领域

本发明涉及一种智能医疗器械领域，尤其是涉及一种头戴式电子辅助视觉设备及其图像自动放大的方法。

背景技术

黄斑变性是一种常见的医学疾病，尤其常见于老年人。患有黄斑变性的人通常视网膜(特别是视网膜的黄斑)受损或功能失调。黄斑通常是眼睛分辨率最高的。通常，受损或功能失调的黄斑可能对人前方的光线没有正常反应。结果，患者可能在视野中心或其周围的某个区域视觉模糊或没有视觉。黄斑变性可能会限制一个人识别面孔、驾驶、阅读等方面的能力。黄斑的恶化可能从视网膜中心部向外扩展，然而，它不太可能影响视网膜的外围区域。

随着AR/VR可穿戴设备的技术发展，越来越多的头戴式设备(HMD)被设计成捕捉用户的周围场景图像，并通过AR显示系统实时显示捕捉到的场景，并可对显示的场景进行放大或修改。头戴式设备(HMD)通常包括图像放大单元，可让用户放大相机捕捉到的内容以弥补分辨率的不足。现有技术中，HMD放大倍数的调整通常是用户通过遥控器上或设备本身上的按钮或触摸滑动手动调整实现的。当用户对视野内有几个感兴趣的但距离不同的目标物体时，不难想象，用户需要不断地在这些目标物体之间手动调整放大倍数才能看清，对低视力用户来说手动调整步骤繁琐。此外，当需要在两个预设放大倍数之间切换时(例如佩戴者在阅读时，偶尔与坐在桌子对面的人交谈)，手动调整放大倍数通常不精确且速度较慢。特别是视力受损的用户通常无法直观地确定物体在一定距离内所需的放大倍数。因此，亟需一种改进的在头戴式电子视觉辅助设备以解决现有技术中的不足。

发明内容

为解决现有技术中用户手动调整放大倍数步骤繁琐、不精确且速度慢的技术问题，本发明的目的在于提供一种可按用户需求精确、直观、快速的自动放大目标物体图像的头戴式电子辅助视觉设备。

为实现上述发明目的之一，本发明的一实施方式提供一种头戴式电子辅助视觉设备，包括存储单元、处理单元及图像放大单元，还包括至少一个测距单元，所述测距单元被配置为用于获取用户感兴趣的目标物体与所述设备之间的距离数据和/或所述物体的三维轮廓数据并输出至所述处理单元；

所述存储单元被配置为存储所述距离数据与所述图像放大单元的放大倍数的对应关系表；

所述处理单元被配置为确认用户感兴趣的目标物体并对所述距离数据和/或所述物体的三维轮廓数据进行运算并根据所述对应关系表输出与所述距离数据匹配的放大倍数至所述图像放大单元；

所述图像放大单元被配置为可自动调整至所述匹配的放大倍数。

作为本发明一实施方式的进一步改进，还包括显示单元，所述用户感兴趣的目标物体设置于所述显示单元的用户可视的选中框范围内。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述的选中框可配置为由所述处理单元自动选择或由用户按需选择。

作为本发明一实施方式的进一步改进，当所述匹配的放大倍数大于设定值时，所述选中框在显示单元上自动消失或变淡。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述对应关系表的距离数据包括一个或多个距离区间，所述一个或多个距离区间分别对应预设的放大倍数。

作为本发明一实施方式的进一步改进，还包括用户调节单元，所述用户调节单元包括用于用户与所述设备数据交互的调节部，所述调节部可向所述处理单元输出放大倍数调节信号，所述处理单元根据所述调节信号修改所述对应关系表中的放大倍数，所述存储单元存储并自动更新为修改后的对应关系表。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述调节部为设置于所述设备上的触控操作面板或可输入控制指令以自动调节所述图像放大单元的放大倍数的语音模块、手势识别模块、脑电感应模块、肌电感应模块。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述测距单元包括微机电MEMS传感器、超声传感器、激光测距传感器，毫米波传感器，雷达测距传感器、结构光传感器，光学测距传感器、摄像头中的一种或几种的组合。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述图像放大单元包括摄像头、微型显示器和/或微型投影仪。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述测距单元的数量大于等于2，所述处理单元对该多个测距单元测量的距离数据进行分类、权重赋值或平均中的一种或多种运算，用于获取所述目标物体与设备之间的最优距离数据。

本发明还提供了一种头戴式电子辅助视觉设备图像自动放大的方法，所述设备包括存储单元、处理单元、图像放大单元和测距单元，包括以下步骤：

确定用户感兴趣的目标物体；

所述存储单元存储所述距离数据与所述图像放大单元的放大倍数的对应关系表；

所述测距单元获取用户感兴趣的目标物体与所述设备之间的距离数据和/或所述物体的三维轮廓数据并输出至所述处理单元；

所述处理单元对所述距离数据进行运算并根据所述对应关系表输出与所述距离数据匹配的放大倍数至所述图像放大单元；

所述图像放大单元自动调整至所述匹配的放大倍数。

作为本发明一实施方式的进一步改进，在所述确定用户感兴趣的目标物体步骤中，将所述用户感兴趣的目标物体设置于用户可视的选中框范围内。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述的选中框由所述处理单元自动选择或由用户按需选择。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述对应关系表的距离数据包括一个或多个距离区间，所述一个或多个距离区间对应预设的放大倍数，所述处理单元判断测距单元获取的距离数据落入多个距离区间中哪一个区间，并将该区间对应的放大倍数输出至图像放大单元。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述设备还包括用户调节单元，所述用户调节单元包括用于用户与所述设备数据交互的调节部，所述调节部可向所述处理单元输出放大倍数调节信号，所述处理单元根据所述调节信号修改所述对应关系表中的放大倍数，所述存储单元存储并自动更新为修改后的对应关系表。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述测距单元包括微机电MEMS传感器、超声传感器、激光测距传感器，毫米波传感器，雷达测距传感器、结构光传感器，光学测距传感器、摄像头中的一种或几种的组合。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述图像放大单元包括摄像头、微型显示器和/或微型投影仪。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述测距单元的数量大于等于2，所述处理单元对该多个测距单元测量的距离数据进行分类、权重赋值或平均中的一种或多种运算，用于获取所述目标物体与设备之间的最优距离数据。

作为本发明一实施方式的进一步改进，当所述处理单元接收到用户调节单元输出的所述放大倍数调节信号后，所述处理单元即时根据所述调节信号修改所述对应关系表中的放大倍数，所述存储单元存储并自动更新为修改后的对应关系表。

作为本发明一实施方式的进一步改进，当用户调节单元输出的所述调节信号保持时间超过预设时间时，所述处理单元根据所述调节信号修改所述对应关系表中的放大倍数，所述存储单元存储并自动更新为修改后的对应关系表。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述调节部为设置于所述设备上的触控操作面板或可输入控制指令以自动调节所述图像放大单元的放大倍数的语音模块、手势识别模块、脑电感应模块、肌电感应模块。

附图说明

图1是头戴式电子辅助视觉设备100的一种实施例的硬件模块示意图；

图2是头戴式电子辅助视觉设备100的一种实施例的软件流程示意图；

图3是头戴式电子辅助视觉设备100的一种实施例的结构示意图；

图4是头戴式电子辅助视觉设备100的确定用户感兴趣的目标物体的选中框结构示意图。

其中：

100、头戴式电子辅助视觉设备；101、可穿戴支架；102、存储单元；103、处理单元；104、图像放大单元；105、测距单元；106、调节部；107、显示单元；108、选中框。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

参见图1，本发明的实施例提供一种头戴式电子辅助视觉设备100，包括与处理单元103相连接的存储单元102、测距单元105及图像放大单元104。测距单元105用于获取用户感兴趣的目标物体与设备100之间的距离数据和/或所述物体的三维轮廓数据并输出至处理单元103。存储单元102可用于存储距离数据与图像放大单元104的放大倍数的对应关系表；处理单元103确认用户感兴趣的目标物体并对测距单元105获取的距离数据和/或物体的三维轮廓数据进行运算，并根据对应关系表输出与该距离数据匹配的放大倍数至图像放大单元104。图像放大单元104接收到处理单元103的信号后可自动调整其放大倍数至该匹配的放大倍数，尤其对视力受损的用户可对其感兴趣的目标物体按需实现精确、直观、快速的自动放大，与现有技术相比避免了重复繁琐的手动调整。

用户感兴趣的目标物体设置于显示单元107的用户可视的选中框108范围内，给用户以非常直观的方式确认需放大的用户感兴趣的目标物体。本实施方式中的选中框108具有高对比度，比如将用户感兴趣的目标物体设置于显示单元的红框内，使其在颜色反差、清晰度等方便都具有优势。当然，选中框108也可以根据不同屏幕显示参数设置为不同具有高对比度的其他颜色。

存储单元102旨在允许长期存储计算机程序指令和其他数据。用作存储单元102可包括各种类型的非易失性信息存储设备，诸如闪存存储器模块、硬盘驱动器或固态驱动器。头戴式电子辅助视觉设备100还包括位于本体中的电源，向头戴式电子辅助视觉设备100的各个部件供应电力。在一些具体实施中，电源可包括任何合适类型的电池，诸如可再充电电池。在包括电池的具体实施例中，头戴式电子辅助视觉设备100可包括便于有线或无线再充电的部件。

测距单元105可以是微机电MEMS传感器、超声传感器、激光测距传感器，毫米波传感器，雷达测距传感器、结构光传感器，光学测距传感器中、摄像头的一种或几种的组合，可安装在头戴式电子视觉辅助设备100的大致平行于用户眼睛的平面上。在一种优选的实施例中，测距单元的数量大于等于2，处理单元103对该多个测距单元105测量的距离数据进行分类、权重赋值或平均中的一种或多种运算，用于获取目标物体与设备100之间的最优距离数据。图像放大单元104可以是摄像头、微型显示器和/或微型投影仪，其中微型投影仪可以是波导式微型投影系统，或者反射式微型投影系统。本实施例中的图像放大单元104是摄像头。

本实施例中，对应关系表的距离数据包括一个或多个距离区间的集合，一个或多个距离区间分别对应预设的放大倍数。如处理单元103计算出目标物体与设备的距离是0.5m，根据对应关系表则得出应将摄像头的自动放大倍数自动调整至1.5。

参见图3，在本发明的一种实施例中，头戴式电子辅助视觉设备100还包括可穿戴支架101，存储单元102、测距单元105及图像放大单元104可设置于可穿戴支架101上，处理单元103可以设置在可穿戴支架101上，也可以设置于可穿戴支架101以外的设备上，比如遥控器或外接的移动终端设备，如智能手机。头戴式电子辅助视觉设备100还包括用户调节单元，用户调节单元105包括用于用户与设备100数据交互的调节部106，调节部106可向处理单元103输出放大倍数调节信号，处理单元103根据调节信号修改对应关系表中的放大倍数，存储单元102存储并自动更新为修改后的对应关系表。

在一种优选的实施例中，用户调节单元的调节部106为一体设置于可穿戴支架101上的触控操作面板，通过用户操作触控操作面板实现图像放大倍数的调节。当测距单元105将测得的目标物体至设备的距离(比如0.5m)输入给处理单元103之后，处理单元103根据对应关系表中距离与放大倍数的对应关系得出放大倍数是1.5。此时如果用户觉得需要进一步修改放大倍数，可以使用触控操作面板手动进一步调节放大倍数，如修改为1.4，此时存储单元102应将修改后的放大倍数1.4替换之前预设的放大倍数1.5，从而根据用户的需求不断自动优化对应关系表，使其更加符合不同用户的实际需要。

在另一种优选的实施例中，调节部106还可以是语音模块，语音模块可向所述处理单元输入语音指令以自动调节图像放大单元的放大倍数。例如由语音模块向处理单元输入用户所需要的放大倍数、放大或者缩小的语音指令，无需用户手动调节即可实现自动调节图像放大单元的放大倍数。在其他优选的实施例中，调节部106还可以是可输入控制指令以自动调节图像放大单元的放大倍数的手势识别模块、脑电感应模块或肌电感应模块。

选中框108可配置为由处理单元103自动选择或由用户按需选择。当由处理单元103自动选中时，选中框108可以由系统默认始终设置于显示单元107的中央区域，当用户需要放大感兴趣的目标物体时，可以通过转动头部移动HMD使得感兴趣的目标物体始终位于显示单元的红框内。当由用户按需选择时，用户可通过调节部106比如触控操作面板选中感兴趣的目标物体，也可以通过语音模块输入选中用户感兴趣的目标物体。

比如，用户视野里在不同距离里有人脸、水杯等多个物体，用户可通过不同方式使用选中框108选择感兴趣的目标物体。在一个实施例中，用户可通过触控操作面板操作选中框108选中水杯；在另一实施例中，用户可通过语音输入控制选中框108选中水杯；在另一实施例中，用户可通过云端储存的用户过往使用数据控制选中框108选中水杯。选中框108确定了用户感兴趣的目标物体后，由测距单元105测量得到距离数据，根据该距离数据与放大倍数的对应关系表自动得出放大倍数，由放大单元自动执行放大水杯至该放大倍数，辅助用户在不丢失感兴趣的目标物体的情况下无需用户手动调节即可实现自动调节图像放大单元的放大倍数。优选地，为了防止已被放大后的物体图像再被不适当地放大，当自动匹配的放大倍数大于设定值时，选中框在显示单元上自动消失或变淡，此处的变淡包括颜色变淡或对比度低使得用户视野中难以分辨出该选中框。

参见图2，本发明的实施例提供一种头戴式电子辅助视觉设备100图像自动放大的方法，设备100包括可穿戴支架101、设置于可穿戴支架101上的存储单元102、处理单元103、图像放大单元104和测距单元105，包括以下步骤：

确定用户感兴趣的目标物体；具体地，通过将用户感兴趣的目标物体设置于用户可视的选中框范围内来选择并确认用户感兴趣的目标物体。

存储单元存储102距离数据与图像放大单元104的放大倍数的对应关系表；

测距单元105获取用户感兴趣的目标物体与设备100之间的距离数据和/或物体的三维轮廓数据并输出至处理单元103；

处理单元103对距离数据进行运算并根据对应关系表输出与距离数据匹配的放大倍数至图像放大单元104；

图像放大单元104接收到处理单元103的信号后可自动调整其放大倍数至该匹配的放大倍数，对视力受损的用户可对其感兴趣的目标物体实现精确、直观、快速的自动放大，与现有技术相比避免了重复繁琐的手动调整。

测距单元105可以是微机电MEMS传感器、超声传感器、激光测距传感器，毫米波传感器，雷达测距传感器、结构光传感器，光学测距传感器、摄像头中的一种或几种的组合，安装在头戴式电子视觉辅助设备100的大致平行于用户眼睛的平面上。在一种优选的实施例中，测距单元的数量大于等于2，处理单元103对该多个测距单元105测量的距离数据进行分类、权重赋值或平均中的一种或多种运算，用于获取目标物体与设备100之间的最优距离数据。

图像放大单元104可以是摄像头、微型显示器和/或微型投影仪，其中微型投影仪可以是波导式微型投影系统，或者反射式微型投影系统。本实施例中的图像放大单元104是摄像头。测距单元的数量大于等于2，所述处理单元对该多个测距单元测量的距离数据进行分类、权重赋值或平均中的一种或多种运算，用于获取所述目标物体与设备之间的最优最精确的距离数据。

本实施例中，对应关系表的距离数据包括一个或多个距离区间，一个或多个距离区间对应预设的放大倍数。处理单元判断测距单元获取的距离数据落入多个距离区间中哪一个区间，并将该区间对应的放大倍数输出至图像放大单元。如处理单元103计算出目标物体与设备的距离是0.5m，根据对应关系表则得出应将摄像头的自动放大倍数自动调整至1.5。

设备100还包括用户调节单元，用户调节单元包括用于用户与设备100数据交互的调节部106，调节部106可向处理单元103输出放大倍数调节信号，处理单元103根据调节信号修改对应关系表中的放大倍数，存储单元102存储并自动更新为修改后的对应关系表。

在一种优选的实施例中，用户调节单元的调节部106为一体设置于可穿戴支架101上的触控操作面板，通过用户操作触控操作面板实现图像放大倍数的调节。当测距单元105将测得的目标物体至设备的距离(比如0.5m)输入给处理单元103之后，处理单元103根据对应关系表中距离与放大倍数的对应关系得出放大倍数是1.5。此时如果用户觉得需要进一步修改放大倍数，可以使用触控操作面板手动调整新的放大倍数，处理单元103根据所述调节信号可即时修改为新对应关系表中的放大倍数，如修改为1.4，此时存储单元102应将修改后的放大倍数1.4替换之前预设的放大倍数1.5。在其他的实施例中，处理单元103也可以判断调节信号保持时间是否超过预设时间(比如2秒、3秒或5秒)，超过设定预设时间之后将放大倍数由原对应关系表的1.5被调整至新对应关系表的1.4，从而根据用户的需求不断机器学习自动优化对应关系表，使其更加符合不同用户的实际需要。在另一种优选的实施例中，对应关系表还可随时收集保存到云端，通过分析云端保存和更新的用户数据，可根据不同用户使用习惯获取更适合自己的放大倍数，大大地提升用户体验。

在另一种优选的实施例中，用户调节单元的调节部106为也可以设置为语音模块，语音模块可向处理单元103输入语音指令以自动调节图像放大单元的放大倍数，例如由语音模块输入用户所需要的放大倍数、放大或者缩小的语音指令。当所述处理单元103接收到该语音指令时，处理单元103根据用户修改后的放大倍数修改对应关系表中的放大倍数，存储单元102存储并自动更新为修改后的对应关系表。这样用户可以根据自己的需求和视力情况自主调节至合适的放大倍数，无需用户手动调节即可自动调节图像放大单元的放大倍数，由设备100智能的记录并更新适合该用户的更优的对应关系表，使用更加人性化，符合不同低视力用户的使用需求。在其他优选的实施例中，调节部106还可以是可输入控制指令以自动调节图像放大单元的放大倍数的手势识别模块、脑电感应模块或肌电感应模块。

选中框108可由处理单元103自动选择或由用户按需选择。当由处理单元103自动选中时，选中框108可以由系统默认始终设置于显示单元107的中央区域，当用户需要放大感兴趣的目标物体时，可以通过转动头部移动HMD使得感兴趣的目标物体始终位于显示单元的红框内。当由用户按需选择时，用户可通过调节部106比如触控操作面板选中感兴趣的目标物体，也可以通过语音模块输入选中用户感兴趣的目标物体。

比如，用户视野里在不同距离里有人脸、水杯等多个物体，用户可通过不同方式使用选中框108选择感兴趣的目标物体。在一个实施例中，用户可通过触控操作面板操作选中框108选中水杯；在另一实施例中，用户可通过语音输入控制选中框108选中水杯；在另一实施例中，用户可通过云端储存的用户过往使用数据控制选中框108选中水杯。选中框108确定了用户感兴趣的目标物体后，由测距单元105测量得到距离数据，根据该距离数据与放大倍数的对应关系表自动得出放大倍数，由放大单元自动执行放大水杯至该放大倍数，辅助用户在不丢失感兴趣的目标物体的情况下无需用户手动调节即可实现自动调节图像放大单元的放大倍数。优选地，为了防止已被放大后的物体图像再被不适当地放大，当自动匹配的放大倍数大于设定值时，选中框在显示单元上自动消失，此处的变淡包括颜色变淡或对比度低使得用户视野中难以分辨出该选中框。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。