一种带有探测和防护功能的通用智能眼镜的制作方法

本发明涉及智能眼镜，尤其涉及一种带有探测和防护功能的通用智能眼镜。

背景技术：

1、增强现实(以及虚拟现实)技术是近年来发展迅速、备受关注的一项新型人机交互技术。增强现实技术融合虚拟世界和现实世界，以产生虚实物体共存并实时可交互的可视化环境。增强现实本质上提供了一种全新的计算机交互界面和手段，可广泛应用于工业(如远程支持、巡检、信息可视化等)、国防(如军事训练、作战、维修等)、公共安全(应急救援、监控、巡逻等)、教育等，未来更有可能成为继手机之后的下一代计算平台。

2、现代探测技术不仅可工作于可见光波段，还可以用于电磁、红外、紫外等，大大延拓了人类感知外部环境的能力。随着信息技术和人工智能技术的发展，智能探测技术和设备不仅可以完成信号采集、处理和输出，还可以完成探测信息的智能处理，如信息增强、信息融合、特征采集、目标检测、目标识别等。另一方面，随着半导体芯片技术和制程工艺的发展，使得探测技术的效率越来越高、探测设备的体积和功耗越来越小。

3、将智能探测技术与增强现实技术结合起来，发挥两者探测、处理、显示方面的优势，可最大程度提升人类感知、认知效率，具有非常广阔的前景。

4、现有技术存在产品的问题点如下：

5、一、将智能探测与增强现实紧密结合起来，仍属于一个较为新兴的技术和应用领域，现有技术相关产品较少。二、现有的智能眼镜普遍以集成可见光传感器为主，功能较为单一。三、部分集成其他传感器的智能眼镜，智能化水平较低，无法满足众多行业应用。四、现有智能眼镜普遍缺乏眼部防护设计，不适用于特殊行业应用。

技术实现思路

1、为解决目前通用智能眼镜存在的问题，本发明提供一种带有探测和防护功能的通用智能眼镜，以达到增加智能眼镜功能、提升眼镜智能化的目的。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带有探测和防护功能的通用智能眼镜，包括智能头戴单元、线缆、电池盒；

3、智能头戴单元由增强现实显示模组、探测器模组、中央处理单元、无线数据通信模块、可见光相机、定位模块、音频模块、人机交互模块组成；实现智能信息处理、虚实对齐显示、提示信息标识、人机交互处理功能。线缆实现电源传输、电量信息通信功能；电池盒通过线缆对智能头戴单元进行供电，并对内部电池进行电源管理。

4、作为优选的，所述中央处理单元、无线数据通信模块、定位模块、音频模块、人机交互模块通过焊接的组装方式，形成pcb主板；pcb主板、增强现实显示模组通过螺钉及pc注塑的形式与主壳装配至一起形成眼镜主体；眼镜主体上通过粘贴方式连接防护镜片，所述防护镜片包括前镜片与后镜片；所述眼镜主体上设有弹性固定装置，使智能头戴单元固定在专用头盔上，组合使用。

5、作为优选的，所述防护镜片包括一个具有弯曲形态的遮光层，以及与该遮光层相连接的电致变色层，所述遮光层具有优秀的光遮蔽性，在无电流通过时，能有效阻挡阳光透过；所述电致变色层在经过电流通过时能改变其光遮蔽性，以达到调节光线透过量的目的；该电致变色遮光片可设有各种装饰图案或标识；所述遮光层和电致变色层之间安装有导电层，所述导电层为导电材料制成的独立层，或在已有层上进行涂覆形成导电层，以便于其变色层能有效地接收并分布电流。

6、利用柔韧的导电材料用于制作遮光片的底部基层，使得整个遮光片可弯曲，弯曲弧度可以在5度到150度之间变动，以适应不同的设备形状需求。

7、在遮光片的底部基层上涂覆的电致变色材料层，实现电致变色功能。电致变色层的厚度可以在0.001mm至1mm范围内调整，以达到最佳的电致变色效果。

8、电致变色层上覆盖有细分化镀金纳米线构成的电极网，用于实现电致变色层的均匀电化。微电极线粗在50nm-200nm之间，电化更均匀。

9、材料通过介电处理，使得在低于3.6v的电压下就能实现颜色的可逆变化，且该变化的反应时间小于5秒，这使得电致变色遮光片能够更快速、准确地应对环境光线的变化。

10、电致变色遮光片的整体厚度控制在1mm以下，避免让用电致变色玻璃的产品变得过于厚重。

11、该电致变色遮光片能够按照环境光强度的变化，在0％-75％的范围内调节自身的透光度。

12、所述防护镜片上设有与导电层相连的电源装置，该电源装置包括但不限于电池、太阳能电池、充电设备；

13、该防护镜片采用透明防弹材料；根据面罩的技术参数要求，充分发挥材料的粘接性能、透光性能、能量吸收性能，以达到厚度薄，重量轻，更好的防护及光学性能。

14、防护镜片由面板、底板组成，利用硬而脆的面板受冲击后破裂来吸收一部分入射能量，继而通过底板的变形来吸收剩余能量；将聚碳酸酯(pc)用于防护镜片的结构材料，将二氧化硅(sio2)用于接受冲击，通过改变pc与其它透明材料的组合结构，制造出不同面密度的防弹试样，然后进行光学性能和防弹性能测试，对轻型防护镜片进行结构优化研究。使其达到采用1.1g破片标准测试时，穿透概率50％时模拟破片或特定弹丸的平均着靶速度不低于210m/s。

15、作为优选的，所述增强现实显示模组的虚实对齐显示步骤如下：

16、步骤a，通过相机标定技术获取相机内部参数；

17、步骤b，对于原型设备，通过spaam虚实标定方法获取对齐转换矩阵m；

18、步骤c，对于同型号其余设备，操作者佩戴设备，并基于标定物1完成对m的调整，保证虚拟物体与实际物体对齐。

19、作为优选的，步骤a所述的方法，其特征在于：包括以下步骤：

20、a1，使用相机对准标定物2，拍摄符合要求的多个相机姿态的照片；

21、a2，基于张正友相机标定方法对相机进行标定，获取相机内部参数，包含像元尺寸(fx,fy)、主点(ux,uy)和畸变参数(k1,k2,d1,d2,d3,)。

22、

23、d＝[k1,k2,k3,d1,d2]

24、a3，根据重投影误差对所拍摄的照片进行挑选，优化相机内部参数。

25、作为优选的，步骤b中所述spaam方法，其特征在于：包括以下步骤：

26、b1，设置一个虚实标定的标志物1，用于操作者对齐虚拟物体和实际物体；

27、b2,佩戴设备，操作者移动设备，使得设备上的虚拟物体与实际物体重合，记录此时的虚拟物体坐标、相机所拍摄实际物体坐标和此时实际物体的深度。

28、b3，根据相机记录的坐标及深度信息计算该点在相机下的三维坐标p(px,py,pz)并和人眼下的二维坐标组成一组数据，两者对应关系如下式所示，其中s为标志点在人眼下的深度，x1，y1为虚拟物体在显示器中的坐标，g组成的矩阵为人眼+屏幕所组成的虚拟相机的外参内参组合矩阵。

29、

30、b4，建立相机坐标系和显示器坐标系转换方程组，如下式所示，以此求解矩阵g，此处g有12个未知数，因此至少要6组点对才可解出此矩阵。

31、

32、作为优选的，步骤c所述的方法，其特征在于：包括以下步骤：

33、c1，操作者佩戴ar设备，将设备对准标志物1；

34、c2，根据ar设备里的虚拟物体与透过ar显示器看到的实际之间的大小、位置关系调整步骤3得到的基础转换矩阵m，使得虚拟物体与实际物体对齐。

35、作为优选的，步骤c2中所述对基础矩阵的调整方法，包括以下步骤：

36、c21，计算相机到显示器的像素坐标映射

37、

38、u，v为相机像素坐标，x，y为显示器坐标，q33为相机到显示器的映射矩阵。

39、

40、

41、c22，平移调整策略

42、因此如果要调节虚拟物体屏幕坐标(x，y)的平移，直接调节q02和q12即可；

43、c23，缩放调整策略

44、对于水平方向的缩放调节，可针对水平方向上两个点(u1，v1)、(u2，v2)来推导：

45、

46、q00(u2-u1)+q01(v2-v1)＝x2-x1

47、因此若要水平方向的宽度(x2-x1)缩小n倍，q00和q01也就要相应缩小n倍。同理

48、q10(u2-u1)+q11(v2-v1)＝y2-y1

49、若要竖直方向的宽度(y2-y1)缩小n倍，q10和q11也就要相应缩小n倍。

50、c24，旋转调整

51、

52、根据上式，可以看到，如果要对屏幕坐标(x，y)进行旋转变换，则对其左乘对应旋转矩阵即可：

53、

54、假设绕点(x1，y1)旋转θrad，则旋转矩阵r为：

55、

56、因此若要进行旋转调整，则只需对其q矩阵左乘r即可。

57、主要需要调整的参数包括缩放系数q00、q01(水平方向缩放)，q10、q11(竖直方向缩放)，平移系数q02(水平方向平移)，q12(竖直方向平移)，和旋转参数，除此之外的参数均不需要调整。具体调整策略如下：

58、(q00、q01)×n，水平方向尺寸缩放n倍；

59、(q10、q11)×n，竖直方向尺寸缩放n倍；

60、q02增加，向右平移；q02减小，向左平移；

61、q12增加，向上平移；q12减小，向下平移；

62、θ为正，顺时针旋转，θ为负，逆时针旋转。

63、所述整机组装好后，需要通过探测与显示的联合标校对齐技术(见实施2.0)使探测数据或智能处理后的探测信息在增强现实显示时，显示虚像和实际物理目标具有高的对齐精度(包括视线、尺寸、旋转等)，从而实现虚实对齐显示。

64、作为优选的，所述无线数据通信模块包括无线遥控模块、无线遥控接收模块、中央处理器；

65、所述无线遥控模块包括电源管理和控制模块，物理按键模块、指令处理编码调制模块、无线射频数据交互模块；所述电源管理和控制模块通过电源管理芯片实现无线遥控模块的硬件设备供电以及电量指示、预警等功能；物理按键模块是人机交互物理按键，通过手指按触将信息采集并编码传递给指令处理单元；指令处理编码调制模块将按键的信息经过编码调制转化为机器代码，经过调制算法，通过无线射频数据交互模块实现与智能头戴单元进行通信；无线射频数据交互模块根据物理机构的要求设计合适的天线形态，实现无线电磁波数据的发送和接收；

66、所述无线遥控接收模块，实现无线数据的接收，并通过中央处理器进行信息解析执行，并通过增强显示模组显示；

67、智能头戴单元的无线数据通信模块通过位于智能头戴单元内部的天线接收已经进行编码的电磁波信号，并解调信号传输中央处理器，根据指令的要求，中央处理器可以实现虚像在智能头戴单元上呈现，进而实现对虚拟场景中物体的控制。

68、本发明的有益效果是：1.该智能眼镜综合运用增强现实、现代探测、人工智能、人机工效等技术，实现了探测信息的智能处理技术、虚实融合的增强现实显示技术、基于人机工效的一体化集成技术。

69、2.该智能眼镜包含了智能信息处理、虚实对齐显示、提示信息标识、人机交互处理四部分。智能信息处理部分接收探测信息，对探测信息就行智能处理，包括但不限于信息增强、信息融合、特征提取、目标检测、目标识别等；虚实对齐显示部分包括完成不同探测器和增强现实显示的联合标校，使得探测数据或智能处理后的探测信息在增强现实进行显示时，显示虚像和实际物理目标具有非常高的对齐精度(包括视线、尺寸、旋转等)，从而实现虚实对齐显示。提示信息标识根据实际需要，将相关提示信息准确地显示在相关目标或感兴趣区域附近，确保满足实际需求。

70、3.电致变色遮光片具有弯曲的特性，能够适用于更多需要弯曲的场景，同时，通过使用特定的制备技术和优化材料配比，提高了电致变色遮光片的反应速度和稳定性，改善用户的使用体验，减少了生产成本。采用于各类型设备的可视防护板块，或者乘坐工具的遮光处，能遍布到生活中各方面。