CN114384537A - 一种跟踪敏感环境空间信息的ar设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跟踪敏感环境空间信息的AR设备，包括：设备支架和佩戴组件；设备支架上安装有设备本体；设备本体包括处理器，以及与处理器连接的探测光发生器、返回光接收器和显示器；探测光发生器在处理器的控制下向被测目标发射探测光照；返回光接收器接收探测光照与被测目标相遇后折回的部分光线；处理器根据部分光线解算输出设备本体与被测目标的空间距离和方位信息，并通过显示器进行显示。可实时采集、跟踪使用者敏感环境内的空间信息，准确获取电力施工与检修现场需要测定的一些敏感目标之间的距离和方位。实现空间多点信息动态监测测量跟踪，并通过显示器提供使用场景的空间敏感目标相对距离和方位的实时AR显示。

Description

一种跟踪敏感环境空间信息的AR设备

技术领域

本发明涉及空间测距技术领域，特别涉及一种跟踪敏感环境空间信息的AR设备。

背景技术

电力施工与检修现场需要测定一些敏感目标之间的距离，也需要动态跟踪一些移动目标之间、以及移动目标与固定目标之间的实时距离与方位。现有的全站仪，设备笨重、操作复杂，一般需要多人配合，可能还需要给被测对象立标，工作效率较低，也不能实时跟踪空间多目标的相对位置。一些便携式激光测距装置可以单人拿在手掌工作，但依然需要对准目标并进行多次测量才能获取空间两点的距离，无法实现空间多点的相对位置的实时获取与显示。

因此，在现有的获取空间多目标相对位置的基础上，如何提供一种跟踪敏感环境空间信息的AR设备，以实时采集、跟踪使用者敏感环境空间信息，成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种至少解决上述部分技术问题的跟踪敏感环境空间信息的AR设备，该设备可实时采集、跟踪使用者敏感环境空间信息，提高电力施工与检修的安全性与效率。

本发明实施例提供一种跟踪敏感环境空间信息的AR设备，包括：设备支架和佩戴组件；所述设备支架上安装有设备本体；

所述设备本体包括处理器，以及与所述处理器连接的探测光发生器、返回光接收器和显示器；

所述探测光发生器在所述处理器的控制下向被测目标发射探测光照；

所述返回光接收器接收所述探测光照与所述被测目标相遇后折回的部分光线；所述处理器根据所述部分光线解算输出所述设备本体与所述被测目标的空间距离和方位信息，并通过所述显示器进行显示。

进一步地，当所述被测目标上具有多个测量点位时，所述处理器根据所述部分光线解算输出所述被测目标上各测量点位之间的相对空间距离和相对方位信息，并通过所述显示器进行显示。

进一步地，所述设备本体外部设置有与所述处理器连接的RGB相机；

所述RGB相机采集相应视场内场景及被测目标的图像；

并结合所述设备本体与所述被测目标的空间距离和方位信息混合显示在所述显示器上；或结合所述被测目标上各测量点位之间的相对空间距离和相对方位信息混合显示在所述显示器上。

进一步地，所述设备本体内部还包括与所述处理器连接的输入模块和声音采集模块；所述输入模块通过所述声音采集模块拾取语音指令；所述处理器根据所述语音指令控制所述RGB相机图像捕获的启停。

进一步地，所述探测光发生器包括：依次连接的高速脉冲发生器和阵列激光器；

所述高速脉冲发生器通过所述处理器控制发射高速电脉冲；所述阵列激光器根据所述高速电脉冲发射点阵状系列脉冲激光；

所述返回光接收器包括：依次连接的第一激光传感器、信号放大器和时间数字转换电路；

所述第一激光传感器接收所述脉冲激光返回的部分激光，并将所述部分激光进行光电转换，生成电信号；所述信号放大器将所述电信号进行放大和滤波，送入所述时间数字转换电路；所述时间数字转换电路将所述部分激光相对于光发射时间的差值进行数字化，数字化后的系列时间差数据经所述处理器解算，输出所述设备本体与所述被测目标的空间距离和方位信息，或所述被测目标上各测量点位之间的相对空间距离和相对方位信息。

进一步地，所述探测光发生器包括：依次连接的泛光激光器和激光幅度调制器；

所述泛光激光器通过所述处理器控制发射幅度稳定的红外激光；所述激光幅度调制器将所述红外激光调制成按预设频率和幅度变化的连续泛光；

所述返回光接收器包括：依次连接的第二激光传感器、鉴相器和模数转换器；

所述第二激光传感器接收所述连续泛光返回的部分激光，以及所述激光幅度调制器取样的探测光，并将所述部分激光和探测光进行光电转换，生成电信号；所述鉴相器对所述电信号进行鉴相，生成相位差信息；所述模数转换器将所述相位差信息数字化；数字化后的所述相位差信息经所述处理器解算，输出所述设备本体与所述被测目标的空间距离和方位信息，或所述被测目标上各测量点位之间的相对空间距离和相对方位信息。

进一步地，所述探测光发生器包括：依次连接的红外发生器和光斑编码器；

所述红外发生器通过所述处理器控制发射连续的红外泛光激光；所述光斑编码器将所述红外泛光激光编码成形状各异的光斑，生成光斑阵列；

所述返回光接收器包括：依次连接的红外滤色片和红外摄像头；

所述红外滤色片接收所述光斑阵列返回的红外光和环境光，并对所述红外光和环境光生成的混合光线进行滤波，保留输出所述红外光；所述红外光耦合给所述红外摄像头，完成返回光斑的图像采集；所述处理器对所述图像进行解算，输出所述设备本体与所述被测目标的空间距离和方位信息，或所述被测目标上各测量点位之间的相对空间距离和相对方位信息。

进一步地，所述显示器具有不透明、半透明或透明的导光介质；所述导光介质为光学棱镜、光学组合器或光学波导。

进一步地，所述声音采集模块还用于拾取使用环境的声音信息，并对所述声音信息进行主动降噪，发送至远端服务器。

进一步地，所述设备本体还包括与所述处理器连接的扬声器；所述扬声器用于将从所述远端服务器获取的音频通过电磁式音圈驱动或骨传导传入使用者的耳管。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的一种跟踪敏感环境空间信息的AR设备，包括：设备支架和佩戴组件；设备支架上安装有设备本体；设备本体包括处理器，以及与处理器连接的探测光发生器、返回光接收器和显示器；探测光发生器在处理器的控制下向被测目标发射探测光照；返回光接收器接收探测光照与被测目标相遇后折回的部分光线；处理器根据部分光线解算输出设备本体与被测目标的空间距离和方位信息，并通过显示器进行显示。可实时采集、跟踪使用者敏感环境内的空间信息，准确获取电力施工与检修现场需要测定的一些敏感目标之间的距离和方位。将现有空间单点测距或静态空间两点测距，拓展到空间多点信息动态监测测量跟踪，并通过显示器提供使用场景的空间敏感目标相对距离和方位的实时AR显示。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的跟踪敏感环境空间信息的AR设备示意图；

图2为本发明实施例提供的跟踪敏感环境空间信息的AR设备框图；

图3为本发明实施例提供的空间测距基本原理图；

图4为本发明实施例提供的直接飞行时间测量法核心测量部件电路组成示意图；

图5为本发明实施例提供的间接飞行时间测量法核心测量部件电路组成示意图；

图6为本发明实施例提供的结构光测距法核心测量部件电路组成示意图。

附图中：1-设备支架；2-佩戴组件；3-处理器；4-探测光发生器；5-返回光接收器；6-显示器；7-RGB相机；8-输入模块；9-声音采集模块；10-高速脉冲发生器；11-阵列激光器；12-第一激光传感器；13-信号放大器；14-时间数字转换电路；15-泛光激光器；16-激光幅度调制器；17-第二激光传感器；18-鉴相器；19-模数转换器；20-红外发生器；21-光斑编码器；22-红外滤色片；23-红外摄像头；24-扬声器；25-存储器；26-显示驱动电路；27-接口电路；28-通信单元；29-供电电路；30-显示屏；31-被测目标；32-被测目标点。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供一种跟踪敏感环境空间信息的AR设备，参照图1和图2所示，包括：设备支架1和佩戴组件2；设备支架1上安装有设备本体。

设备本体包括处理器3，以及与处理器3连接的探测光发生器4、返回光接收器5和显示器6。

探测光发生器4在处理器3的控制下向被测目标31发射探测光照。

返回光接收器5接收探测光照与被测目标31相遇后折回的部分光线；处理器3根据部分光线解算输出设备本体与被测目标31的空间距离和方位信息，并通过显示器6进行显示。

本实施例提供的跟踪敏感环境空间信息的AR设备，可实时采集、跟踪使用者敏感环境内的空间信息，通过在被测目标上贴标，对空间多点静态或动态检测目标进行实时监测跟踪，准确获取电力施工与检修现场需要测定的一些敏感目标之间的距离和方位。将现有空间单点测距或静态空间两点测距，拓展到空间多点动态监测测量跟踪，并通过显示器提供使用场景的空间敏感目标(敏感目标由设备使用场景决定，可由设备使用者选取。例如：空间敏感目标可以为电力施工与检修现场的工程车吊臂与高压电线)相对距离和方位的实时AR显示。该AR设备可有效提高电力施工与检修的安全性和工作效率，减少或避免事故的发生。

具体地，本实施例提供的AR设备可设置成头戴的形式或眼睛的形式，以方便供电力施工与检修行业的使用者使用，本实施例对其外形不作限定。可选地，设置成头戴式AR设备的外形可参照图1所示，包括设备支架1，该设备支架1佩戴在使用者的头部，可固定在使用者的额头上方以方便在使用者的视野内提供显示信息。该设备支架1可提供鼻托或类似设计，以方便将AR设备搁置在使用者的鼻部。进一步地，该设备支架1可利用固定元件(即佩戴组件2)支撑在使用者的头部上，固定元件可沿使用者的头部两侧缠绕或延伸。设备支架1可提供围绕使用者头部周边区域的结构，以将设备支架1的任何内部部件支撑在它们的组装位置内。例如，设备支架1可内置并支撑各种内部部件，包括处理器3、存储器25和其他电路等，它们为该头戴式AR设备提供计算和处理功能。

其中，参照图1所示，设备支架1包括或支撑一组探测光发生器4和一组返回光接收器5。探测光发生器4发射探测光照向被测目标31，当探测光与被测目标31相遇时，部分光会折回该头戴式AR设备，折回的部分光线被返回光接收器5接收，并经光传感器感知、处理与计算，得到被测目标点32相对AR设备的单点距离和被测目标31上各点位与AR设备的相对距离，结合AR设备内置的角度测量传感器的信息，解算多个被测目标点32的距离与方位角，进而解算被测目标31上各测量点32的相对空间距离和方位。测距结果可以在显示器6实时显示与刷新，实现使用者对敏感环境空间信息的获取与跟踪。AR设备可能包含一个或数个RGB相机7，其采集的RGB图像可以与上述空间距离、方位信息混合显示，将空间距离和方位信息与真实世界融合形成超越现实的增强现实图像，供人眼观看。一般情况下被测目标可以基于设备使用者的操作，在AR设备的显示界面选取，动态跟踪空间两点距离的情况下一般需要在该被测目标上贴标。

施工或检修作业人员佩戴上该AR头戴或眼镜，近眼实时显示视野内的场景信息，根据需要，通过处理器标定敏感目标，启用测距功能，可以实时显示该敏感目标与施工人员的距离、方位，也可以实时显示敏感目标与固定目标或另一敏感目标的距离与相对方位。提高电力施工与检修的安全性与效率。对于建筑施工行业的机械操作人员，或者工厂建设机械施工人员，使用该类AR头戴或眼镜可以减少或避免事故的发生。

对于机动车驾驶人员，AR设备可以与抬头显示系统HUD设备结合设计，或与HUD集成融合。可以获取更丰富的驾驶环境周边的移动或固定目标的实时相对空间信息，雨雾天气下这些移动或固定目标的实时相对空间信息对驾驶员安全驾驶会起到重要的作用。

高尔夫爱好者戴上本申请涉及的AR眼镜，可以实时获知敏感对象(高尔夫球)与使用者的相对距离和方位，也可以获取场景里高尔夫球与球洞的相对距离和相对方位，提高可玩性。

具体地，实现单点视距测量的主要技术包括超声波测距、毫米波雷达、激光雷达和三角法测距等。应用于空间多点测距的技术包括双目定位测距、直接飞行时间测量(dTOF)、间接飞行时间测量(iTOF)和结构光测距等。其中双目定位测距属于被动式空间定位与测距技术，而直接飞行时间测量、间接飞行时间测量和结构光测距属于主动式空间定位与测距技术。

参照图3所示，为本实施例中使用的空间信息测距获取方法的基本原理。在三维空间中，分别以x、y、z分别表示左右、前后和上下的三个方向，O是原点，xOy是水平面，yOz是一个竖直面，xOz是另一个竖直面。空间中的任意一点P的位置可以用坐标P(x，y，z)唯一表达，当然也可以用空间点距离原点O的距离L和OP直线与xOy面构成的水平角α、与yOz面构成的方位角β表达，即P(L，α，β)的形式。人们在测量空间点在三维坐标的位置时通常容易获得被测目标点P距离观测位置O的直线距离L，以及位于观测位置O的测量设备在测量目标距离时在左右、上下两个方向的角度偏移量。通过对P(L，α，β)向P(x，y，z)换算，可以得到P点的空间三维坐标。同时或分次获得P1点的坐标P1(x1，y1，z1)和P2点的坐标P2(x2，y2，z2)，通过简单计算即可获得P1与P2的空间距离ML，以及P1P2线段的空间姿态。更多的空间点Pi与观测点O的距离和方位信息都可以获得，各目标点Pi之间的距离信息和线段姿态信息都可以获得。如果结合O点的绝对位置信息，则可以标定P在三维空间的绝对位置。

在一种实施方式，参照图4所示，实现空间测距可以采用直接飞行时间测量法，即所谓脉冲法。采用直接飞行时间测量法测量空间距离的核心测量部件电路组成示意图如图4所示。直接飞行时间测量法核心测量部件电路，包括特殊的探测光发生器4和特殊的返回光接收器5，以及处理器3。

直接飞行时间测量法特殊的探测光发生器4主要包括高速脉冲发生器10和阵列激光器11两个部件。测量时，处理器3控制高速电脉冲的产生，高速脉冲发生器10与阵列激光器11相连并控制阵列激光器11发射点阵状系列脉冲激光，点阵状系列脉冲激光打在被测目标的各测量点位，打在各测量点位的部分激光会被反射回来，部分反射光被特殊的返回光接收器5接收。

直接飞行时间测量法特殊的返回光接收器5，包括第一激光传感器12、信号放大器13和时间数字转换电路(TDC)14。部分反射光被返回光接收器5接收后，第一激光传感器12完成返回光的光电转换，小信号经放大器放大和滤波后送进时间数字转换电路(TDC)14，将被测目标的各测量点位的返回光相对于光发射时间Ti的差值数字化，数字化后的系列时间差数据经处理器3，通过距离Li＝c*Ti/2换算(c为光速)，得出将被测目标的各测量点位与AR设备的相对距离阵列，形成距离图像。进一步地，结合AR设备自带的角度传感器(角度传感器为sensor里的一种：运动与旋转检测)和点位在距离图像中的相对位置，得出各被测目标测量点对于AR设备的空间方位，包括距离和方位角，进而解算出被测目标的各测量点位之间的相对空间距离和相对方位。具体地，高速脉冲发生器10和时间数字转换电路(TDC)14可以集成在一个封装内，也可以采用专用集成电路或高速FPGA实现，本实施例对其不作限定。

在另外的一种实施方式，参照图5所示，实现空间测距可以采用间接飞行时间测量法，即所谓相位法。采用间接飞行时间测量法测量空间距离的核心测量部件电路组成示意图如图5所示。间接飞行时间测量法核心测量部件电路包括特殊的探测光发生器4和特殊的返回光接收器5，以及处理器3。

间接飞行时间测量法特殊的探测光发生器4，主要包括泛光激光器15和激光幅度调制器16两个部件。测量时，在处理器3控制下启动泛光激光器15发射连续的红外激光，泛光激光器15与激光幅度调试器相连，激光幅度调试器将泛光激光器15发出的幅度稳定的红外激光调制成按一定频率变化的、幅度以正弦变化的连续泛光，这个按一定频率变化的、幅度成正弦变化的连续泛光打在被测目标上各测量点位，打在各测量点位的部分激光会被反射回来，部分反射光被特殊的返回光接收器5接收。

间接飞行时间测量法特殊的返回光接收器5包括第二激光传感器17、鉴相器18和模数转换器(ADC)19。部分反射光和从探测光发生器4中的幅度调制器取样的探测光都会被送进返回光接收器5，第二激光传感器17检测各测量点的探测光和返回光，并完成光电转换，形成各测量点的探测光和返回光信号组合，送给鉴相器18鉴相，形成被测目标上各测量点位的探测光和返回光相位差信息，该相位差信息进一步送给模数转化器，完成各测量点位探测光和返回光相位差信息的数字化，数字化信息送给处理器3，计算出被测目标上各测量点位与AR设备的距离阵列，形成距离图像。进一步，结合AR设备自带的角度传感器和点位在距离图像中的相对位置，得出各测量点对于AR设备的空间方位，包括空间距离和方位角，进而解算出被测目标的各测量点位之间的相对空间距离和相对方位。其中，从幅度调制器取样探测光为间接飞行时间测距法的原理所决定。该方法需要同时检测探测光和返回光，并比较二者的相位差，进而解算飞行时间和被测目标到设备的距离。

在另外的一种实施方式，参照图6所示，实现空间测距可以采用结构光测距法。采用结构光测距法测量空间距离的核心测量部件电路组成示意图如图6所示。结构光测距法核心测量部件电路，包括特殊的探测光发生器4和特殊的返回光接收器5，以及处理器3。

结构光测距法特殊的探测光发生器4，主要包括红外发生器20和光斑编码器21两个部件。测量时，在处理器3控制下启动红外发生器20发射连续的红外泛光激光，红外发生器20与光斑编码器21相连，光斑编码器21可以将红外发生器20发出的红外泛光激光编码成形状各异的光斑，根据图案不同光斑可以分为三类：条纹光、编码光或散斑。这个被编码的光斑阵列投射出去打在被测目标上，打在被测目标上各测量点的光斑的部分光子会被反射回来，部分被反射回来的红外光被特殊的返回光接收器5接收。

结构光测距法特殊的返回光接收器5，包括红外滤色片22和红外摄像头23。部分被反射回来的红外光和环境光都会照进返回光接收器5，为了显像准确，这些混合光线会经过红外滤色片22滤波，过滤掉环境光，保留红外发生器20发射频段的红外光，经过过滤的返回光进一步耦合给红外摄像头23，完成返回光斑的图像采集。由于在具体的设计中探测光发生器4和返回光接收器5的相对位置是固定的，投射在被测目标上的光线畸变程度取决于物体表面的深度，所以在红外摄像头23采集的图像中可以得到一张拥有被测目标上各测量点距离信息的图像。进一步，结合AR设备自带的角度传感器和光斑点位在距离图像(该距离图像通过对编码结构光的返回光解算得出)中的相对位置，得出各测量点对于AR设备的空间方位，包括空间距离和方位角，进而解算出被测目标的各测量点位之间的相对空间距离和相对方位。

具体地，本实施例提供的跟踪敏感环境空间信息的AR设备框图参照图2所示，包括：具有一个或多个处理单元的处理器3，该一个或多个处理单元包括其上存储有指令的程序存储器或被配置为访问其内置存储有指令的随机存取存储器25。该指令或计算机程序可被配置为执行相对于该AR设备所做的操作。可选地，处理器3可以是能够处理、接收或传输数据或指令的任何电子设备。

进一步地，还包括：一组探测光发生器4。根据前述的测距原理和实现的具体差异，该探测光发生器4的组成可能会有所不同。对于图1所示的主动式空间测距设备，一般包括一个或一组激光发生器：例如直接飞行时间测量法图4所示的阵列激光器11、间接飞行时间测量法图5所示的泛光激光器15，以及结构光测距法图6所示的红外发生器20。可能还包括某种形式的激光调制或编码器，例如直接飞行时间测量法图4所示的高速脉冲发生器10、间接飞行时间测量法图5所示的激光幅度调制器16，以及结构光测距法图6所示的光斑编码器21。

进一步地，还包括：一组返回光接收器5。根据前述的测距原理和实现的具体差异，该返回光接收器5的组成可能会有所不同。对于图1所示的主动式空间测距设备，一般包括一个或一组激光传感器：例如直接飞行时间测量法图4所示的第一激光传感器12、间接飞行时间测量法图5所示的第二激光传感器17，以及结构光测距法图6所示的红外摄像头23。可能还包括某种形式的返回光或电信号调理电路，例如，直接飞行时间测量法图4所示的光电信号放大器13和时间数字转换电路(TDC)14、间接飞行时间测量法图5所示的检测探测光样品与返回光相位差异的鉴相器18和模数转换器(ADC)19，以及结构光测距法图6所示的红外滤色片22。

进一步地，还包括：用于为使用者显示视觉信息的显示器6。显示器6可提供图像或视频显示，以及空间距离、方位信息混合输出。显示器6可以是不透明、透明或半透明的显示器6。显示器6(近眼显示的光学部分)可具有透明或半透明的导光介质，代表图像的光通过该导光介质被引导到使用者的眼睛中。显示器6可利用LCD(液晶显示器)、OLED(有机电激光显示、有机发光半导体)、MicroLED(以自发光的微米量级的LED为发光像素单元，将其组装到驱动面板上形成高密度LED阵列)或Lcos(液晶附硅)等技术进行制作。导光介质可以是光学波导、光学组合器或光学棱镜等。即，导光介质可能是不透明的棱镜、半透明的墨镜或接近全透明的波导，本实施例对其不作限定。其中，光学波导即光波导(optical waveguide)是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导。具体地，该AR设备可包括显示驱动电路26，该显示驱动电路26与处理器3相连，提供显示器6所需的合适的电信号。

进一步地，还可以配置有用于捕获该AR设备外部环境图像和视频的RGB相机7。RGB相机7可以是一只独立摄像头或根据需要配置的摄像头组合或阵列。RGB相机7可被配置为：捕获位于RGB相机7的视场内的场景或对象的图像。在处理器3的参与下可以根据多种数字格式中的任何一种格式将该图像或视频存储在存储器25中，RGB相机7采集的图像或视频可以在AR设备本地显示器中与空间距离、方位信息混合或单独显示；也可以在处理器3的控制下通过接口电路27传送给外部显示屏30显示，还可以藉由通信单元28将采集的视频或图像传输给其他设备相关人。

进一步地，还包括：输入模块8，用于跟踪AR设备运动和使用者操控的一个或多个输入/sensor。该输入/sensor可以包括面部特征检测、语音检测、运动与旋转检测，以及触摸检测、按键输入或虚拟键盘等的一种或数种。面部特征检测结果可以用于使用者的身份识别，避免越权的使用者获取设备敏感信息。语音检测可以拾取使用者对AR设备发出的指令，完成菜单操作、视频或图像捕获的启停等。可选地，菜单操作包括：对被测对象及其测量点的选择、对RGB相机7采集的使用者视场内场景或对象的选择、对发射激光的强度(波长或频率)的选择，以及对拥有操控权利的使用者的设定等，本实施例对该功能设定不作限定。运动与旋转检测信息可以用于获取AR设备的位移和姿态，如上述，这些信息参与空间点的方位和空间距离的确定、以及方位的计算等，进而更为精确地输出被测目标的空间距离和方位信息。同时，运动与旋转检测信息还可以用于检测使用者的头部动作，进而对AR设备进行操控，将RGB相机7采集的图像或视频更好的引导到使用者的视野范围内。触摸检测可以作为AR设备的人机交互的选择之一，按键输入可以是开机按键，或其他操作键盘。进一步地，一个或多个输入/sensor可以包括一种虚拟键盘系统，AR设备的使用者通过这个虚拟键盘输入文字、符号、图形等信息，完成更复杂的人机交互。

进一步地，该AR设备还包括一组供电电路29。供电电路29可以是完成多路电压转换的电源分配网络，也可以是包括电池的具备后备电源功能的储能电路，或者是具备实施充电管理功能的充电电路，或者它们三者的组合。供电电路29为包括处理器3、显示器6、RGB相机7、探测光发生器4和返回光接收器5以及通信单元28在内的所有单元或模块提供其工作所需电压、电流等级的供电，还可以为外部显示屏30供电。

可选地，还包括一组通信单元28。通信单元28为AR设备提供远程和近程的、有线或无线的对外信息联络通道，包括外部输入的指令和信息，以及AR设备对外发出的数据。通信单元28可以包括近距离的无线蓝牙通信、USB接口和远距离的蜂窝移动通信、无线局域网、局域网等。该通信单元28通过处理器3与返回光接收器5、RGB相机7、输入/sensor(输入模块8)相连，可以从AR设备获得测距结果、图像或视频数据和其他来自AR设备的有用信息。通信单元28通过处理器3与存储器25、显示器6、声音采集模块9相连，还可以为AR设备提供来自外部的数据，包括来自外部视频显示数据和音频播放数据。

进一步地，还包括：声音采集模块9和扬声器24，声音采集模块9为一组麦克风。可以根据设计需要采用单麦克风设计或多麦克风设计，也可以采用阵列麦克风设计，麦克风用于拾取使用者的语音信息和语音指令，或使用环境的声音信息。多麦克风或麦克风阵列的设计可以提供更优异的拾音效果，降低上行语音噪声，同时多麦克风可以设计主动降噪，降低扬声器24播放的环境噪声影响。该声音采集模块9和RGB相机7共同实现音视频采集，采集使用者周围环境的音视频，实现将采集的上行录音和图像传送给远端的监听者。进一步地，AR设备还可以配置一只扬声器或一组扬声器，用于外放，用于将采集的语音或从远端获取的音频进行本地播放。扬声器24可以是传统电磁式音圈驱动，也可以采用骨传导技术。多扬声器设计可以播放立体声音源。采用多麦设计时还可以采用主动降噪技术，滤除部分环境噪声，降低环境噪声进入使用者耳管的分量，提高使用者的听觉感受。

进一步地，还可以包括一组接口电路27，一个外部的显示屏30可以接在接口电路27上，用于AR设备信息的本地外显。接口电路27可以是USB接口，也可以是DP接口或HDMI接口。显示屏30一般是显示尺寸较AR设备本机显示器尺寸更大的显示设备，本地显示屏用于提供更高分辨率、受众更多的信息展示。

本实施例，基于测量空间单点相对AR设备使用者的相对位置和相对方位，解算空间单点的坐标信息；分次或同时获取空间多点相对AR设备使用者的相对位置和相对方位，解算空间多点的坐标信息，可以形成被测空间目标相对使用者的深度图像。进一步可以计算空间任意两点的相对距离和相对方位，对于使用者敏感的目标测量点，可以实时显示这些目标测点距离和方位，供使用者实时查看。

在电力行业、在建筑行业、在工厂建设中，施工或检修人员有实时检测施工场地或设备场地的一些敏感目标与另一些敏感目标的相对距离的需要，施工或检修人员戴上本实施例提供的AR设备(AR眼镜或头戴)，在进行施工或检修作业的同时可以实时查看敏感目标距离、方位，相对于传统的采用全站仪或手持式测距设备需要第三人辅助，以及占用施工或检修作业人员双手的缺陷，使用本实施例提供的AR眼镜或头戴可是检测任务变得更加便利，提高了施工与检修的安全性，同时提高了工作效率。

无论采用单点测距、多点测距或点阵测距，都可以提供相应的空间信息给不同需求的使用者。无论该带测距功能的AR设备实施成头戴形式或眼镜形态，或者与其他信息系统融合设计，都是为了满足不同行业、不同场景使用者的需要。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种跟踪敏感环境空间信息的AR设备，其特征在于，包括：设备支架(1)和佩戴组件(2)；所述设备支架(1)上安装有设备本体；

所述设备本体包括处理器(3)，以及与所述处理器(3)连接的探测光发生器(4)、返回光接收器(5)和显示器(6)；

所述探测光发生器(4)在所述处理器(3)的控制下向被测目标发射探测光照；

所述返回光接收器(5)接收所述探测光照与所述被测目标相遇后折回的部分光线；所述处理器(3)根据所述部分光线解算输出所述设备本体与所述被测目标的空间距离和方位信息，并通过所述显示器(6)进行显示。

2.如权利要求1所述的一种跟踪敏感环境空间信息的AR设备，其特征在于，当所述被测目标上具有多个测量点位时，所述处理器(3)根据所述部分光线解算输出所述被测目标上各测量点位之间的相对空间距离和相对方位信息，并通过所述显示器(6)进行显示。

3.如权利要求1或2所述的一种跟踪敏感环境空间信息的AR设备，其特征在于，所述设备本体外部设置有与所述处理器(3)连接的RGB相机(7)；

所述RGB相机(7)采集相应视场内场景及被测目标的图像；

并结合所述设备本体与所述被测目标的空间距离和方位信息混合显示在所述显示器(6)上；或结合所述被测目标上各测量点位之间的相对空间距离和相对方位信息混合显示在所述显示器(6)上。

4.如权利要求3所述的一种跟踪敏感环境空间信息的AR设备，其特征在于，所述设备本体内部还包括与所述处理器(3)连接的输入模块(8)和声音采集模块(9)；所述输入模块(8)通过所述声音采集模块(9)拾取语音指令；所述处理器(3)根据所述语音指令控制所述RGB相机(7)图像捕获的启停。

5.如权利要求1或2所述的一种跟踪敏感环境空间信息的AR设备，其特征在于，所述探测光发生器(4)包括：依次连接的高速脉冲发生器(10)和阵列激光器(11)；

所述高速脉冲发生器(10)通过所述处理器(3)控制发射高速电脉冲；所述阵列激光器(11)根据所述高速电脉冲发射点阵状系列脉冲激光；

所述返回光接收器(5)包括：依次连接的第一激光传感器(12)、信号放大器(13)和时间数字转换电路(14)；

所述第一激光传感器(12)接收所述脉冲激光返回的部分激光，并将所述部分激光进行光电转换，生成电信号；所述信号放大器(13)将所述电信号进行放大和滤波，送入所述时间数字转换电路(14)；所述时间数字转换电路(14)将所述部分激光相对于光发射时间的差值进行数字化，数字化后的系列时间差数据经所述处理器(3)解算，输出所述设备本体与所述被测目标的空间距离和方位信息，或所述被测目标上各测量点位之间的相对空间距离和相对方位信息。

6.如权利要求1或2所述的一种跟踪敏感环境空间信息的AR设备，其特征在于，所述探测光发生器(4)包括：依次连接的泛光激光器(15)和激光幅度调制器(16)；

所述泛光激光器(15)通过所述处理器(3)控制发射幅度稳定的红外激光；所述激光幅度调制器(16)将所述红外激光调制成按预设频率和幅度变化的连续泛光；

所述返回光接收器(5)包括：依次连接的第二激光传感器(17)、鉴相器(18)和模数转换器(19)；

所述第二激光传感器(17)接收所述连续泛光返回的部分激光，以及所述激光幅度调制器(16)取样的探测光，并将所述部分激光和探测光进行光电转换，生成电信号；所述鉴相器(18)对所述电信号进行鉴相，生成相位差信息；所述模数转换器(19)将所述相位差信息数字化；数字化后的所述相位差信息经所述处理器(3)解算，输出所述设备本体与所述被测目标的空间距离和方位信息，或所述被测目标上各测量点位之间的相对空间距离和相对方位信息。

7.如权利要求1或2所述的一种跟踪敏感环境空间信息的AR设备，其特征在于，所述探测光发生器(4)包括：依次连接的红外发生器(20)和光斑编码器(21)；

所述红外发生器(20)通过所述处理器(3)控制发射连续的红外泛光激光；所述光斑编码器(21)将所述红外泛光激光编码成形状各异的光斑，生成光斑阵列；

所述返回光接收器(5)包括：依次连接的红外滤色片(22)和红外摄像头(23)；

所述红外滤色片(22)接收所述光斑阵列返回的红外光和环境光，并对所述红外光和环境光生成的混合光线进行滤波，保留输出所述红外光；所述红外光耦合给所述红外摄像头(23)，完成返回光斑的图像采集；所述处理器(3)对所述图像进行解算，输出所述设备本体与所述被测目标的空间距离和方位信息，或所述被测目标上各测量点位之间的相对空间距离和相对方位信息。

8.如权利要求1所述的一种跟踪敏感环境空间信息的AR设备，其特征在于，所述显示器(6)具有不透明、半透明或透明的导光介质；所述导光介质为光学棱镜、光学组合器或光学波导。

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