折/衍混合透视型头盔显示器光学系统设计

为满足头盔显示器(HMD)对大视场、高像质和彩色显示的要求,提出了改进型 HMD 光学系统。该系统以彩色 LCD 为图像源实现彩色显示;以折/衍混合单透镜代替双胶合,利用其负色散和波面任意整形特性消除系统色差及改善波前像差。图像源发出的光束在分束器附近成中间像,可增大系统视场;出瞳在中继光学组元中间成像,可减小系统口径,增大出瞳直径;球面耦合器将分束器反射过来的光束准直后投射到人眼,能消除人眼反复观察不同焦距的视频图像和外界图像所造成的疲劳。该系统垂轴色差小于 42μm,视场扩大为 40°(水平)×30°(垂直),分辨力接近人眼的最小分辨能力;口径小于 46mm,重量比现有 HMD 光学系统下降 47%。     

单兵智能头盔在消防救援中的探索与应用

目的 在消防装备于高层建筑、地下建筑、大型商业综合体等复杂救援环境中无法满足信息感知和状态感知需求的背景下,探索和分析智能头盔当前在应急救援、军队作战、采矿安全等领域的应用研究现状,以期解决当前消防救援活动中环境视野差、协同效率低、救援人员健康状态无法保证等问题,提高消防救援装备的功能性和保障性,避免救援活动中可能发生的安全事故。方法 人工智能、多设备协作、多模态感知等概念是智慧消防新的发展结合点,以消防救援装备的智能化、集成化趋势为基础,提出了利用增强现实技术满足视觉增强、信息协同、物体识别等信息感知需求,利用脑电监测技术满足人员健康状态监测、疲劳预警等状态感知需求。结论 在城市快速发展的背景下,单兵智能头盔在消防救援领域的应用具有可靠性高、功能扩展性强、任务辅助效率高等优势,但同时面临功耗大、重量大、设备交互研究不足等挑战;适用于消防救援场景的单兵智能头盔有动态舒适性多目标优化、多通道类人感知和意图协同交互、系统故障诊断及容错控制等方面的设计研究趋势。     

基于双目相机的光栅立体印刷图像合成

目的研究一种基于双目相机的光栅立体图像合成方法。方法首先用双目相机采集场景中2个观察角度的二维平面图像数据。基于双目立体视觉理论,采用一种鲁棒性较强的基于区域分割的图像匹配方法,得到精度较高的深度图。然后分析序列视差图像的成像模型,建立一种基于双目图像对生成序列视差图像的方法,得到连续角度等间隔的序列图像。最后基于柱镜光栅的光学特性形成的立体印刷图像编码规则,对序列视差图像进行纵向条纹抽样分割,等间隔的抽取每幅序列视差图像中的对应列实现光栅立体图像的合成。结果验证了该光栅立体图像合成方法的有效性。结论基于双目相机的光栅立体合成方法,可以使立体印刷产品实现个性化、便捷化的即时输出。     

基于双目立体视觉的物流包装箱尺寸测量研究

目的 针对物流行业运输中包装箱的非接触自动测量,提出一种基于改进SURF配准算法的双目立体尺寸测量方法。方法 首先采用二进制FREAK描述子代替传统SURF的描述子,解决传统SURF描述子计算耗时、描述向量生成依赖于特征主方向,且主方向计算误差会在后续步骤中出现传导放大 的缺点;其次,采用PROSAC删除误匹配点,并利用FREAK级联匹配的方式进一步提高算法的匹配 速度和匹配准确率。最后,利用视差优化和边缘提取算法获得精确三维空间体,实现非接触尺寸测量。结果 实验表明改进算法可快速提取图片特征点并准确匹配,对不同规格包装箱检测结果显示,基于改进算法的测量方法测量误差小,检测速度快。结论 改进图像匹配算法可有效提高图像匹配准确率,减少测量时间,对于提高物流行业运输效率、减少人工成本具有重要意义。     

基于双目立体视觉偏折术的标定

相位测量偏折术(PMD)是近几年在光学测量领域内普遍使用的一种非接触式的高精度测量方法,而系统几何标定是相位测量偏折术获得高精度测量的先决条件。由于LCD显示屏位于摄像机的视野之外,增加了标定的困难,本文提出的基于双目立体视觉的相位测量偏折测量系统,通过姿态转换几何标定方法进行系统标定,标定左右两个摄像机与LCD显示器之间的相对位置关系,并通过实验验证了该标定方法的可行性和准确性。     

一种头盔显示器的滤波处理和图像准备

为一套基于多传感器的实验室头盔显示器设备的头位信号处理过程引入离散扩展卡尔曼滤波(EKF)环节,并在图像准备程序处理中加入图像快速角度补偿计算.用软件EKF和图像处理结合的方式消除多传感器和渲染外场景条件下头位感应的噪声和延迟.二级卡尔曼滤波器用于补偿输入误差和测量误差,图像快速角度补偿流程针对设备图像准备过程设计,能够降低图像处理单元对于渲染过程的延迟时间.经过三自由度转台测试,使用此集成方法能够较好地减少头盔显示系统使用中多传感器产生的干扰和延迟,保证头盔显示器的定位质量.     

基于双目立体视觉的机器人测量技术研究

本文利用双目立体视觉技术、机器人手眼关系以及机器人的正向运动学模型获得空间点在世界坐标系下的坐标值，从而可以构建多个点在空间的三维模型，并且获得任意被测两点之间的空间几何尺寸。     

一种双目立体视觉系统的校准方法

基于双目立体视觉系统的图像分析以及人工神经网络的三维空间建模算法,设计了一种针对双目立体视觉相机的校准方法,并可应用于运动目标点的轨迹追踪。将均匀分布目标点的校准平面放置在有效视野内的不同位置,通过双目立体视觉系统来捕获处于不同位置的校准平面图像。在图像处理之后,使用校准点中心的二维坐标作为人工神经网络训练的输入样本集,通过建立人工神经网络模型结构,实现目标点二维平面坐标到三维空间坐标的映射关系。采用这种具有通用性的方法,可以有效修正系统中存在的失真因子,获得目标三维位置信息,而无需进行复杂的相机校准操作。实验表明,提出的方案具有良好的可行性和鲁棒性。     

模块化智能头盔的应用设计研究

目的利用现代工业设计的方法和模块化的设计理念,设计一款为适应不同领域工作需求的功能型智能头盔。方法通过运用举例分析的方法,在充分考虑人机的基础上验证了模块化智能头盔的适用性。结论随着现代生产复杂性的提升以及智能芯片与传感器的发展,头盔的设计表现出越来越强的模块化、智能化的设计趋势。     

双目立体视觉中特征点三维坐标重构校准研究

双目立体视觉是一种商业化较成熟的三维测量技术,左右摄像机内外参数的精确标定是实现三维重构的基础和关键。针对棋盘格和圆点两种标定板图案研究了相应的图像处理技术,实现了标定点的亚像素精度定位及其有效排序。采用基于单映性约束和非线性优化的多视角平面标定算法实现了摄像机光学及空间位置参数求解。用极线约束残差法衡量标定结果的准确度。基于桥式三坐标标准实现标定点三维重构平面度以及多平面空间夹角测量结果的校准,基于光学三坐标标准实现了标定点三维重构空间距离的校准,并分析了校准结果的不确定度。圆标志点三维重构空间距离示值误差为0.029 mm,不确定度U=24 μm（k=2）     

头戴式虚拟现实设备的热舒适研究

目的了解头戴式虚拟现实设备的热特性,以及用户的主观热舒适感受。方法让被试者使用头戴设备45min,过程中采用温度记录器记录数据,最后用主观量表获取热舒适评分。获得的数据用SPSS进行方差分析,并结合设备的物理属性进一步进行主观热舒适影响因素分析。结果三款头戴设备的平均微环境温度在使用时间内共上升了8.11℃,主观热不适程度随使用时间的增加而增强。数据统计结果表明,三款设备间的微环境温度和主观热舒适数据差异显著(p0.05)。结论头戴式虚拟现实设备在使用时间内的微环境温度变化会对用户造成"轻微不适"的热感受,在提升产品热舒适方面可以从显示器的发热性和目镜的散热性入手。用户更青睐透气性强、且对面部相对不造成压力的S款设计。     

立体显示技术的原理、体视因素和术语

阐述了立体显示技术的原理;解释并分析了实现立体视的视觉因素及其相互关系,给出了其解析式。针对国内立体显示技术所用术语不统一的状况,对立体显示技术的术语进行了讨论。在分析了目前国内相关文章中使用的术语的基础上,归纳并尝试给出更为规范、准确的称谓。     

半透膜阵列式平板显示设计

微型化、轻型化的穿透式平板显示是近年来穿透式头盔显示的主要发展方向.本文针对传统的45°倾角半透膜阵列式平板显示的鬼像产生问题进行分析,提出了一种改进型的平板显示结构.通过减小膜层倾角,不仅使得各视场光线在波导中的倾角增加从而保证出瞳扩展,而且改变了产生鬼像光线的传播路径.同时,采用有膜层和无膜层的双层波导结构以及特定的尺寸限制,有效地约束鬼像产生的条件.根据分析计算,设计了一种膜层倾角为24°的系统结构,实现了水平和垂直方向的二维扩展,以及20°水平视场和13.4°垂直视场的显示输出.     

基于振动触觉感知研究的头戴预警设备开发设计

目的 在预警场景下应用振动触觉传递警报信号以弥补受损的感觉通道,探索头戴振动设备的合理形式,从而为头戴振动设备的工业设计提供指导.方法 围绕空间分布位置、时间和振动参数设置实验,研究振动触觉的特征,提出一种振动触觉系统.在实验一中,对头部进行触觉感知性测量以比较不同位置的灵敏性,确定振动作用于头部的适宜部位.在实验二中,组合不同的时间模式以及强弱程度形成7种振动模式,通过比较得出适于传达警报信息的触觉模式.基于实验结论,设计出一款应用于建筑工地场景下的工程预警头盔.结果 前额无毛区域与颞部中央区域感受性最灵敏;时间间隔短、强度高的振动模式更适于传达警报信息.结论 感知实验的结论为振动组件的布置和振动警报模式的参数设定提供了依据,并有效地被运用于针对具体场景的头戴设备设计中.     

基于冰浆蓄冷的集中制冷冷藏陈列柜的实验研究

冷藏陈列柜是超市、卖场等场所经常使用的制冷保鲜设备,这里将冰蓄冷技术应用于冷藏陈列柜,以冷水作为循环介质,开发一种基于动态冰浆蓄冷的集中制冷冷藏陈列柜新型产品.集中制冷模式将制冷机组和陈列柜柜体分离,没有冷凝器放热;动态冰蓄冷可以充分利用低谷电力;采用冷水作为循环介质,蒸发器的温度处于0℃以上,杜绝了结霜和融霜问题,因此大幅度降低了冷藏陈列柜的能耗.新型冷藏陈列柜的柜内温度场分布实验结果表明:冰浆集中制冷冷藏陈列柜在一定的运行条件下完全可以达到现有冷藏陈列柜的保温效果,而且温度波动很小.     

新型歼击机平显武器瞄准符号显示格式的实验研究

比较飞行员对格斗模式下平显（Head Up Display,HUD）导弹一航炮两种瞄准符号显示格式的认知操作效果和使用评价意见,在此基础上提出新型歼击机HUD导弹一航炮显示的建议方案。实验采用2×2重复测量设计,以151名空军现役歼击机飞行员为实验对象,完成HUD导弹一航炮不同显示格式画面的测试,并在实验结束后对每种显示格式做出“优、良、中、差”的等级评定。根据工效学实验的结果数据和飞行员的使用性评价意见,提出新型歼击机HUD武器瞄准符号显示格式的优化方案。     

果蔬用敞开式陈列柜温湿度场分布特性实验

为研究带单层风幕的敞开式果蔬陈列柜温湿度分布规律,采用了一种立式敞开式陈列柜试验平台作为研究对象,分析陈列柜稳态运行阶段回温、降温和节能帘对温湿度场分布特性的影响。试验结果表明: 在无节能帘条件下,回温工况结束时温湿度场比降温工况均匀,其温度、相对湿度分布的变异系数分别为0.25、0.08。陈列柜左部温度和相对湿度均低于右部;4层搁架温度、相对湿度分布差异显著（P<0.05）。稳态运行阶段,搁架温度和相对湿度分布呈周期性振荡,周期约为17min;运用线性回归方法建立各测点相对湿度关于温度的函数模型,回归方程表明：相对湿度与温度呈线性正相关;与无节能帘时相比,节能帘条件下的柜内平均相对湿度高5.74%RH,平均温度低0.43℃,温度、相对湿度的波动幅度小,降温时间短和回温时间长。研究结果为果蔬用敞开式陈列柜性能的优化提供参考。     

用于平视显示中全息光栅的光学性能全自动检测

针对在平视显示技术中对高性能全息光栅快速检测的要求,本文提出一种全自动测量及记录系统。该系统基于步进电机精密旋转台及labview编程控制技术。运用该系统对采用卤化银制备的全息透射位相型光栅的多种光学性能全自动检测。通过对不同波段360°全方位入射条件下光栅的透射率变化,分析光栅的衍射特性,并得到优化光栅衍射效率的制备方法。全息光栅360°检测装置能够在平视显示技术中为全息光栅的放置位置提供有效的数据支持。     

专业显示器性能测试方法研究

对2种应用广泛的专业显示器的时间稳定性、空间均匀性、色域、色品恒定性、通道独立性及色温6个方面的性能进行了测试,并比较了这2台显示器的显示性能的优劣。测试结果表明:在时间稳定性、色品恒定性及通道独立性方面,专业显示器B略优于专业显示器A;在空间均匀性方面,专业显示器A较好;而在其他特性方面,两者相差不大。总体来说,2种专业显示器的性能均比较稳定。