智能穿戴眼镜及其控制方法与流程

1.本发明涉及智能穿戴设备技术领域，更为具体地，涉及一种智能穿戴眼镜及其控制方法。


背景技术：

2.智能穿戴眼镜主要包括ar眼镜、vr眼镜以及mr眼镜；其中，ar眼镜是一种利用增强现实(augmented reality，ar)技术原理设计的头戴设备，vr眼镜是一种利用虚拟现实(virtual reality，vr)技术原理设计的头戴设备，mr眼镜是一种利用混合现实(mixed reality，mr)技术原理设计的头戴设备。
3.当近视或者远视用户使用这些智能穿戴眼镜时，为了可以清晰成像，需要先佩戴近视眼镜或远视眼镜，然后再佩戴这些智能穿戴眼镜(包括ar眼镜、vr眼镜以及mr眼镜)。然而，这种现有的两重穿戴模式，极大地影响了用户佩戴增强现实设备的舒适性，“厚重”的佩戴方式往往使得用户在公共场合缺失佩戴此产品的意愿。
4.基于上述技术需求，亟需一种能够有效提升近视或者远视用户佩戴智能穿戴眼镜舒适度的方法。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种智能穿戴眼镜，以解决现有的近视或者远视用户佩戴智能穿戴眼镜舒适度差的问题。
6.本发明提供的智能穿戴眼镜，包括镜架和设置在所述镜架上的镜片，在所述镜片的内部设置有压电调光结构，在所述镜架上设置有控制器以及与用户眼部位置对应的红外摄像头和红外灯；
7.其中，所述红外摄像头、所述红外灯以及所述压电调光结构均与所述控制器电性连接，所述控制器基于所述红外摄像头和所述红外灯计算所述用户眼睛的屈光度并根据所述屈光度通过所述压电调光结构调节所述镜片呈现的透镜凹凸程度。
8.此外，优选的方案是，所述镜片和所述红外摄像头均在所述镜架上设置有两个；其中，两个所述红外摄像头分别设置在两个所述镜片的上方，所述红外灯设置在两个所述红外摄像头之间。
9.此外，优选的方案是，在所述镜架的两侧均连接有镜脚，在两个镜脚上均设置有扬声器，两个所述扬声器均与所述控制器电性连接。
10.此外，优选的方案是，所述镜片包括三层玻璃板，在所述三层玻璃板之间形成有第一调整间隙和第二调整间隙，在所述第一调整间隙和所述第二调整间隙内均设置有所述压电调光结构；其中，
11.所述压电调光结构包括设置在所述第一调整间隙或所述第二调整间隙内的压电玻璃膜；在所述压电玻璃膜的一侧设置有压电执行器，在所述压电玻璃膜的另一侧填充有液态聚合物。
12.此外，优选的方案是，在所述三层玻璃板的一侧设置有衍射波导片。
13.另一方面，本发明还提供一种前述的智能穿戴眼镜的控制方法，所述使控制方法包括：
14.基于所述控制器打开所述红外灯；
15.通过两个所述红外摄像头分别获取用户两眼的至少两帧图像；
16.通过两个所述红外摄像头获取的图像计算用户两眼的屈光度；
17.基于计算出的用户两眼的屈光度分别调整两个所述镜片内部的压电调光结构，以使两个所述镜片分别呈现出相应屈光度的透镜。
18.此外，优选的方案是，所述控制方法还包括：
19.若通过两个所述红外摄像头首次获取的图像无法计算出用户两眼的屈光度，则通过所述红外摄像头重复获取用户两眼的图像并进行相应的屈光度计算，直至计算出用户两眼的屈光度。
20.此外，优选的方案是，通过两个所述红外摄像头获取的图像计算用户两眼的屈光度的过程包括：
21.对获取的图像进行瞳孔特征点提取，以得到相应的瞳孔特征；
22.通过预设的屈光度识别模型对得到的瞳孔特征进行计算处理，以识别出用户两眼的屈光度。
23.此外，优选的方案是，基于计算出的用户两眼的屈光度分别调整两个所述镜片内部的压电调光结构，以使两个所述镜片分别呈现出相应屈光度的透镜的过程包括：
24.若计算出的用户眼部的屈光度为负值，则对靠近用户眼部的压电执行器进行加压，以使靠近用户眼部的压电玻璃膜向远离用户眼部的方向扩张，使得所述镜片呈现出相应屈光度的凹透镜；
25.若计算出的用户眼部的屈光度为正值，则对远离用户眼部的压电执行器进行加压，以使远离用户眼部的压电玻璃膜向远离用户眼部的方向扩张，使得所述镜片呈现出相应屈光度的凸透镜。
26.此外，优选的方案是，所述控制方法还包括：
27.判断用户眼睛处于非正常屈光度的时长是否处于预设时长范围内；
28.若所述用户眼睛处于非正常屈光度的时长超出所述预设时长范围，则通过扬声器对所述用户发出语音提醒。
29.和现有技术相比，上述根据本发明的智能穿戴眼镜，有如下有益效果：
30.本发明提供的智能穿戴眼镜及其控制方法，先通过近眼侧朝向用户眼球的红外摄像头捕捉用户瞳孔图像，然后通过用户瞳孔图像计算出用户瞳孔的屈光度；最后根据计算的用户瞳孔的屈光度调节压电执行器以实现智能穿戴眼镜自动调焦的功能，使得视力异常的用户可以仅通过智能穿戴眼镜即可清晰地观看景色，不需要再通过支架额外悬挂镜片，能够显著提升用户的佩戴舒适度。
31.为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
32.通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
33.图1为本发明提供的智能穿戴眼镜的示意图；
34.图2为本发明提供的镜片在呈现凸透镜时的截面图；
35.图3为本发明提供的镜片在呈现凹透镜时的截面图；
36.图4为本发明提供的智能穿戴眼镜的控制方法的流程图；
37.附图标记：第一红外摄像头1、第二红外摄像头2、红外灯3、右侧扬声器4、左侧扬声器5、第一镜片6、第二镜片7、压电执行器8、压电玻璃膜9、玻璃板10、液态聚合物11、衍射波导片12。
38.在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
39.在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.图1示出了本发明提供的智能穿戴眼镜的结构，图2示出了本发明提供的镜片在呈现凸透镜时的截面结构，图3示出了本发明提供的镜片在呈现凹透镜时的截面结构。
42.结合图1至图3可知，本发明提供的智能穿戴眼镜，包括作为眼镜支撑主体的镜架和安装在镜架上的镜片(通常左右对称设置有两片，如图1中的第一镜片6和第二镜片7)，在镜片的内部设置有压电调光结构，压电调光结构可以调节镜片呈现出的透镜的凹凸程度；在镜架上设置有控制器(通常设置在镜架的内部，图中未示出)以及与用户眼部位置前后对应的红外摄像头和红外灯3，红外灯3用于向用户眼部发射红外光线，红外摄像头用于接收用户眼球反射回的红外光线，从而拍摄出用户两个眼球的图像；其中，红外摄像头、红外灯3以及压电调光结构均与控制器电性连接，并由控制器进行控制；在实际控制过程中，控制器会基于红外摄像头和红外灯3获得用户眼部的图像，然后基于用户眼部的图像计算出用户眼睛的屈光度，最后通过压电调光结构调节镜片呈现的透镜的凹凸程度。
43.通常情况下，与用户的双眼对应，红外摄像头需要在镜架上设置两个(包括第一红外摄像头1和第二红外摄像头2)；其中，两个红外摄像头分别设置在两个镜片的上方，并分别与用户的双眼前后对应；并且，由于红外灯3的照射范围较广，因此仅需要在两个红外摄
像头之间的中间位置设置一个即可。
44.另外，为实现用户对智能穿戴眼镜的穿戴，需要在镜架的两侧均连接镜脚，在实际佩戴过程中，需要将两个镜脚搭设在用户的双耳上。此外，为避免用户在非正常屈光度的情况下长时间佩戴智能穿戴眼镜，可以在两个镜脚上均设置与用户耳部位置对应的扬声器(包括左侧扬声器5和右侧扬声器4)，两个扬声器均与控制器电性连接；在实际使用过程中，若用户眼睛长时间处于非正常屈光度的情况下，则通过扬声器对用户发出语音提醒，如：提醒用户：“长时间用眼过度，请及时休息”，并记录用户的眼睛使用数据，生成用户眼睛健康数据报告提供给用户。
45.在本发明的一个具体地实施方式中，为实现压电调光结构对镜片呈现的透镜凹凸程度的调节，镜片可以包括三层前后并排设置的玻璃板10，相邻的两层玻璃板之间不连接，形成有间隙，如图2和图3所示，从左至右依次记为第一调整间隙和第二调整间隙，在第一调整间隙和第二调整间隙内均设置有压电调光结构，并且，第一调整间隙和第二调整间隙均为密封结构。
46.进一步地，处于第一调整间隙或第二调整间隙内的压电调光结构包括设置在第一调整间隙或第二调整间隙内的压电玻璃膜9，压电玻璃膜与玻璃板的侧面平行，压电玻璃膜将第一调整间隙或第二调整间隙分为左右两部分空间，在压电玻璃膜的一侧(图中的左侧空间)设置有压电执行器8，在压电玻璃膜9的另一侧(图中的右侧空间)填充有液态聚合物11，其中，压电执行器用于控制压电玻璃膜的扩缩程度，液态聚合物11用于在压电玻璃膜9形变后流动填充压电玻璃膜9形变产生的空间。
47.具体地，压电玻璃膜9需要具有一定的压电特性，通常选用氮化铝、氧化锌以及pzt系列的材料；液态聚合物11往往是具备介电常数和高透明度的复合介电弹性体，可以选用的液态电解质种类丰富，包括离子液体，无机盐溶液，有机溶液，将其与弹性体前驱溶液混合搅拌成均匀乳液。
48.需要说明的是，压电执行器8基于逆压电效应(某些材料在被施加电场后会呈现线性扩缩)带动压电玻璃膜往特定方向移动，形成一个线性的扩缩变化。如图2和图3所示，若控制器得到的用户眼部的屈光度为负值，则给右侧的压电执行器加压，左侧的压电执行器不工作，则镜片呈现出相应屈光度的凹透镜。反之若控制器得到的用户眼部的屈光度为正值，则给左侧压电执行器加压，右侧压电执行器不工作，使得镜片呈现出凸透镜。此处需要进一步说明的是，镜片呈现出的透镜结构为两个压电玻璃膜之间的形成的结构，与两个压电玻璃膜外部的玻璃板无关。
49.此外，为进一步提升本发明提供的智能穿戴眼镜对外部光线的接收范围，可以在三层玻璃板的远离用户眼球的一侧(即最左侧玻璃板的外侧)设置衍射波导片12，通过衍射波导片12进光线进行衍射，扩大智能穿戴眼镜的视角。
50.为进一步说明本发明提供的智能穿戴眼镜的工作原理，图4示出了本发明提供的智能穿戴眼镜的控制方法的流程图；由图4可知，
51.本发明提供的智能穿戴眼镜的控制方法包括：
52.智能穿戴眼镜预先进行系统初始化，当用户佩戴上本发明提供的智能穿戴眼镜后，控制器通过脉冲式控制方式开启位于镜架内侧的红外灯(led灯)，红外灯会向用户的两只眼睛发射红外光线；
53.红外光线经用户眼球反射后到达两个红外摄像头，通过两个红外摄像头分别获取用户两眼的多帧(至少两帧)图像；
54.控制器通过两个红外摄像头获取的图像计算用户两眼的屈光度；
55.基于计算出的用户两眼的屈光度分别调整两个镜片内部的压电调光结构，以使两个镜片分别呈现出相应屈光度的透镜。
56.进一步地，如图4所示，控制方法还包括：
57.若通过两个红外摄像头首次获取的图像无法计算出用户两眼的屈光度，则通过红外摄像头重复获取用户两眼的图像并进行相应的屈光度计算，直至计算出用户两眼的屈光度。
58.具体地，通过两个红外摄像头获取的图像计算用户两眼的屈光度的过程包括：
59.对获取的图像进行瞳孔特征点提取，以得到相应的瞳孔特征；
60.通过预设的屈光度识别模型对得到的瞳孔特征进行计算处理，从而识别出用户两眼的屈光度。
61.需要说明的是，对于屈光度识别模型，需要预先使用一系列的人眼瞳孔样本进行训练，以形成人眼瞳孔的图像特征(主要是位置特征和亮度特征)、屈光度以及近视或远视度数三者之间的对应关系。(例如，第一类图像特征对应的屈光度为-1d，对应的近视度数为100
°
，第二类图像特征对应的屈光度为1d，对应的远视度数为100
°
)然后，提取待识别用户的眼部瞳孔图像的瞳孔特征，将待识别用户的眼部瞳孔图像的瞳孔特征输入屈光度识别模型即可得到相应的屈光度以及相应的近视或远视度数，以实现后续对镜片呈现的透镜的凹凸程度的调节。
62.在一个优选的实施方式中，屈光度识别模型的内部需要设置多个算法来实现屈光度的识别，例如，由于红外线摄像头的位置原因，往往拍的照片会出现所得眼瞳图像的亮暗分界模糊等问题，此时屈光度识别模型可以利用曲波变换对图像进行去噪和边缘粗略位置检测，然后由最小二乘拟合边缘点和瞳孔更精确地定位，得出轮廓曲线的平面几何参数，以计算得到眼瞳屈光度。
63.对于曲波变换，需要通过足够小的分块将曲线近似地当作每个分块地直线来看，利用局部地脊波分析其特性。平方可积函数空间l2的曲波紧框架由分析元γ
μ
＝γ
μ
(x1,x2)μ∈m
t
组成，并且有如下特征：
64.变换定义：α
μ
＝＜f,γ
μ
＞μ∈m
t
65.最小二乘法是解决曲线拟合问题最常用的方法，其基本思路是：
66.f(x)＝α1ψ1(x)+α2ψ2(x)+
…
+αmψm(x)
67.其中，ψk(x)是事先选定的一组线性无关的函数,αk是待定系数，(k＝1,2，
…
,m,m《n),拟合准则是使yi与f(xi)的距离δi的平方和最小，称为最小二乘准则，通过最小二乘拟合边缘点和瞳孔更精确地定位，得出轮廓曲线的平面几何参数，即可计算得到眼瞳屈光度。
68.需要说明的是，对于屈光度识别模型的设计，为模型设计领域的常用技术手段，既可以使用本发明提供的通过算法拟合的方式进行设计，也可以使用神经网络模型进行设计，由于现有技术中对于屈光度识别模型有诸多记载，因此，对于本技术提供的使用算法拟合的方式设计屈光度识别模型的技术细节以及使用神经网络模型进行于屈光度识别模型设计的技术细节，在此不再赘述。
69.在本发明的一个具体地实施方式中，根据上面收集到的用户眼睛的屈光度以及对应的近视或远视度数，对照正常眼睛的屈光度情况，生成不同的电压信号驱动压电执行器。进一步地，基于计算出的用户两眼的屈光度分别调整两个镜片内部的压电调光结构，以使两个镜片分别呈现出相应屈光度的透镜的过程包括：
70.若计算出的用户眼部的屈光度为负值，则对靠近用户眼部的压电执行器进行加压，以使靠近用户眼部的压电玻璃膜向远离用户眼部的方向扩张，使得镜片呈现出相应屈光度的凹透镜；
71.若计算出的用户眼部的屈光度为正值，则对远离用户眼部的压电执行器进行加压，以使远离用户眼部的压电玻璃膜向远离用户眼部的方向扩张，使得镜片呈现出相应屈光度的凸透镜。
72.此外，为保护用户的眼部健康，控制方法还可以包括：
73.判断用户眼睛处于非正常屈光度的时长是否处于预设时长范围内(根据实际情况而定，例如，2h)；若用户眼睛处于非正常屈光度的时长超出预设时长范围，则通过扬声器对用户发出语音提醒；例如，通过语音的方式提醒用户：“长时间用眼过度，请及时休息”，并记录用户的眼睛使用数据，生成用户眼睛健康数据报告提供给用户。
74.由上述具体实施方式可知，本发明提供的智能穿戴眼镜及其控制方法至少具备以下优点：
75.首先，当近视、远视用户在使用智能穿戴眼镜时，不需要再通过支架额外悬挂镜片，系统会自动识别当前用户的目视焦点，根据焦点调整镜片厚度，从而实现纠正用户的屈光不正，用户不必再添加额外的镜片就可以看到清晰的画面；此外，还能够收集用户的注视焦点变化，当用户焦点长时间处于极限状态时(即长时间处于非正常屈光度状态下)，通过智能穿戴眼镜的扬声器，及时提醒用户注意保护用眼。
76.如上参照图1至图4以示例的方式描述根据本发明的智能穿戴眼镜及其控制方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的智能穿戴眼镜及其控制方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

技术特征：
1.一种智能穿戴眼镜，包括镜架和设置在所述镜架上的镜片；其特征在于，在所述镜片的内部设置有压电调光结构，在所述镜架上设置有控制器以及与用户眼部位置对应的红外摄像头和红外灯；其中，所述红外摄像头、所述红外灯以及所述压电调光结构均与所述控制器电性连接，所述控制器基于所述红外摄像头和所述红外灯计算所述用户的眼睛屈光度，并根据所述屈光度通过所述压电调光结构调节所述镜片呈现的透镜凹凸程度。2.如权利要求1所述的智能穿戴眼镜，其特征在于，所述镜片和所述红外摄像头均在所述镜架上设置有两个；其中，两个所述红外摄像头分别设置在两个所述镜片的上方，所述红外灯设置在两个所述红外摄像头之间。3.如权利要求2所述的智能穿戴眼镜，其特征在于，在所述镜架的两侧均连接有镜脚，在两个镜脚上均设置有扬声器，两个所述扬声器均与所述控制器电性连接。4.如权利要求1至3中任意一项所述的智能穿戴眼镜，其特征在于，所述镜片包括三层玻璃板，在所述三层玻璃板之间形成有第一调整间隙和第二调整间隙，在所述第一调整间隙和所述第二调整间隙内均设置有所述压电调光结构；其中，所述压电调光结构包括设置在所述第一调整间隙或所述第二调整间隙内的压电玻璃膜；在所述压电玻璃膜的一侧设置有压电执行器，在所述压电玻璃膜的另一侧填充有液态聚合物。5.如权利要求4所述的智能穿戴眼镜，其特征在于，在所述三层玻璃板的一侧设置有衍射波导片。6.一种如权利要求1至5中任意一项所述的智能穿戴眼镜的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：基于所述控制器打开所述红外灯；通过两个所述红外摄像头分别获取用户两眼的至少两帧图像；通过两个所述红外摄像头获取的图像计算用户两眼的屈光度；基于计算出的用户两眼的屈光度分别调整两个所述镜片内部的压电调光结构，以使两个所述镜片分别呈现出相应屈光度的透镜。7.如权利要求6所述的智能穿戴眼镜的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：若通过两个所述红外摄像头首次获取的图像无法计算出用户两眼的屈光度，则通过所述红外摄像头重复获取用户两眼的图像并进行相应的屈光度计算，直至计算出用户两眼的屈光度。8.如权利要求7所述的智能穿戴眼镜的控制方法，其特征在于，通过两个所述红外摄像头获取的图像计算用户两眼的屈光度的过程包括：对获取的图像进行瞳孔特征点提取，以得到相应的瞳孔特征；通过预设的屈光度识别模型对得到的瞳孔特征进行计算处理，以识别出用户两眼的屈光度。9.如权利要求8所述的智能穿戴眼镜的控制方法，其特征在于，基于计算出的用户两眼的屈光度分别调整两个所述镜片内部的压电调光结构，以使两
个所述镜片分别呈现出相应屈光度的透镜的过程包括：若计算出的用户眼部的屈光度为负值，则对靠近用户眼部的压电执行器进行加压，以使靠近用户眼部的压电玻璃膜向远离用户眼部的方向扩张，使得所述镜片呈现出相应屈光度的凹透镜；若计算出的用户眼部的屈光度为正值，则对远离用户眼部的压电执行器进行加压，以使远离用户眼部的压电玻璃膜向远离用户眼部的方向扩张，使得所述镜片呈现出相应屈光度的凸透镜。10.如权利要求9所述的智能穿戴眼镜的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：判断用户眼睛处于非正常屈光度的时长是否处于预设时长范围内；若所述用户眼睛处于非正常屈光度的时长超出所述预设时长范围，则通过扬声器对所述用户发出语音提醒。

技术总结
本发明提供一种智能穿戴眼镜及其控制方法，其中的智能穿戴眼镜包括镜架和设置在所述镜架上的镜片；在所述镜片的内部设置有压电调光结构，在所述镜架上设置有控制器以及与用户眼部位置对应的红外摄像头和红外灯；其中，所述红外摄像头、所述红外灯以及所述压电调光结构均与所述控制器电性连接，所述控制器基于所述红外摄像头和所述红外灯计算所述用户眼睛的屈光度并通过所述压电调光结构调节所述镜片呈现的透镜凹凸程度。本发明提供的智能穿戴眼镜能够解决现有的近视或者远视用户佩戴智能穿戴眼镜舒适度差的问题。能穿戴眼镜舒适度差的问题。能穿戴眼镜舒适度差的问题。


技术研发人员：王文彦 李兴旺 尹伟
受保护的技术使用者：歌尔股份有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/9/14