一种具有脑电控制功能的虚拟现实头盔.pdf

本发明涉及一种具有脑电控制功能的虚拟现实头盔。用户在佩戴本发明所述头盔时，与用户面部、头部皮肤紧密接触的电极可以自动收集用户的脑电、眼电、面部肌电信号。通过头盔内部的信号处理模块对收集来的脑电、眼电、面部肌电信号进行处理并用于控制虚拟环境和特征动作，可以为虚拟现实头盔引入更加丰富的头部传感控制功能，从而提供给虚拟现实头盔用户更加酷炫美好的虚拟现实体验。

1.  一种具有脑电控制功能的虚拟现实头盔，主要为一种分布式脑电极与虚拟现实头盔相结合的结构，其具体特征包括：虚拟现实头盔的主体，用于固定虚拟现实头盔的箍带，与用户面部接触的软垫，与用户头部皮肤紧密接触的探查电极，与耳部皮肤紧密接触的参考电极等； 
其中所述的与用户头部皮肤紧密接触的探查电极可以有一个或多个，主要分布在与用户面部接触的软垫上、用于固定虚拟现实头盔的箍带上；
其中所述的与耳部皮肤紧密接触的参考电极，以外接或沿箍带布局的方式固定在虚拟现实头盔上。

2.  根据权利要求1所述的具有脑电控制功能的虚拟现实头盔，其特征是：一个或多个探查电极分布在虚拟现实头盔的箍带或与用户面部接触的软垫上，在佩戴本发明所述的虚拟现实头盔时，所有的探查电极通过软垫、箍带与用户面部、头部皮肤的挤压实现可靠稳定地接触。

3.  根据权利要求1所述的具有脑电控制功能的虚拟现实头盔，其特征是：参考电极通过外接或沿箍带布局的方式固定在虚拟现实头盔上，方便用户根据需要选择是否安装参考电极。

4.  根据权利要求1所述的具有脑电控制功能的虚拟现实头盔，其特征是：固定或者外接在虚拟现实头盔上的电极可以多种多样，以在佩戴时既有足够的舒适度又可稳定可靠地与人体皮肤接触为准。

5.  根据权利要求1所述的具有脑电控制功能的虚拟现实头盔，其特征是：通过频繁地采样各探查电极分别与参考电极之间的电位差，并通过处理分离，不仅可以得到脑电信号，还可以得到眼电信号、肌电信号，并分别实现相应的传感控制功能，从而同时实现脑电控制、眼电控制、面部肌电控制等功能，为用户提供更加酷炫美好的虚拟现实体验。

一种具有脑电控制功能的虚拟现实头盔
技术领域
本发明涉及一种具有脑电控制功能的虚拟现实头盔，特别是一种具有采集人体脑电信号、眼点信号、面部肌电信号并用以增强头部跟踪控制功能的虚拟现实头盔。
背景技术
虚拟现实头盔，是指一种通过利用头盔显示器将人的对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉的头盔。其工作原理是头盔内部左右眼屏幕分别显示带有视角差异的左右眼的图像，人眼获取这种带有视角差异的图像信息后在脑海中产生立体感。
近几年电子技术的不断发展，虚拟现实头盔已经允许用户通过九轴传感器等先进的传感手段根据自己在虚拟环境中的视点和位置来控制虚拟画面。
随着头部跟踪技术的不断完善，近两年虚拟现实头盔的热度又被炒到了风口浪尖，不仅有微软、索尼、三星等老牌的科技巨头公司对虚拟现实头盔的研发相继进行了大手笔的投入，更涌现出一批以虚拟现实设备为主打产品的新兴公司，其中主打虚拟现实头盔的美国的Oculus VR公司，建立仅仅两年就被Facebook以20亿美元的价格收购。
现有技术的不足
目前市场上已经推出的产品或者开发套件，在游戏应用中，除了头盔自带的九轴传感器外，更多的控制功能都是要通过外接位置追踪摄像头、体感手套、跑步机、手柄、鼠标等外置控制设备来实现，尚没有一款头盔具有可以通过脑电信号、眼电信号、面部肌电信号实现对虚拟场景的控制功能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是在虚拟现实头盔中实现脑电、眼电、面部肌电等控制功能。
本发明所涉及的一种具有脑电控制功能的虚拟现实头盔，其主要特征包括：虚拟现实头盔主体；用于固定虚拟现实头盔的箍带；虚拟现实头盔与人面部接触的软垫；与用户面部、头部紧密接触的电极等。
所述的虚拟现实头盔主体，其内部包含虚拟现实头盔的主板、显示器、近眼投射透镜等，除了具有现有虚拟现实头盔的主流功能外，还包含了支持脑电、眼电、肌电控制功能的电路模块。
所述的用于固定虚拟现实头盔的箍带，其基本功能是在人佩戴虚拟现实头盔时实现头盔与人头部的固定，在本发明中，此箍带还可用于布置和固定脑电电极。根据不同的需要，此箍带可以设计为不同的形状，以达到最佳的固定效果和佩戴舒适度。
所述的虚拟现实头盔与人面部接触的软垫，其基本功能是在用户佩戴虚拟现实头盔时减轻头盔对面部的压迫感以提高佩戴的舒适度，在本发明中，此软垫还可以用来布置和镶嵌电极，也可以将此软垫直接换为较软材质的电极的组合。
所述的与用户面部、头部紧密接触的电极，其功能是采集人体脑部、眼部、面部肌肉等活动时产生的微弱脑电信号。根据不同的需要，电极可以设计为多种形式：包括镶嵌在与人面部接触的软垫中的金属或导电硅胶电极、替代与人面部接触的软垫的软电极、外接在虚拟现实头盔主体上的耳夹式或贴片式电极等，总之可以根据不同的需求，采用不同的电极形式。
本发明与现有技术相比的有益效果是，增强和实现了更多的头部跟踪控制功能，给虚拟现实用户提供了更加酷炫的虚拟现实体验。
附图说明
图1：国际脑电图学会标定的10~20电极导联定位标准。
图2：具有脑电控制功能的虚拟现实头盔结构示意图。
具体实施方式
以下结合图2所示的实施例对本发明做进一步说明。
图1所示为国际脑电图学会标定的10~20电极导联定位标准，本实施例参考了这个定位标准，选用了图1所示的Fp1和Fp2作为单极导联法的探查电极、A1和A2或任选其一作为参考电极。
图2所示是本实施例的一种具有脑电控制功能的虚拟现实头盔结构示意图，其中：虚拟现实头盔的主体（001）、箍带（002）、与人体面部接触的软垫（003），构成了虚拟现实头盔的基本结构。软垫（003）里镶嵌有探查电极（101）和探查电极（102）对应于图1所示的10~20电极导联定位标准中的Fp1和Fp2，虚拟现实头盔主体（001）留有外接参考电极的插孔，通过接头（103）、连线（104）将参考电极（105）连接到虚拟现实头盔主体（001）上。
用户在佩戴虚拟现实头盔时，通过人体面部与软垫（003）的挤压，使探查电极（101）和探查电极（102）可以有效稳定地与人体面部接触。参考电极（105）可以是耳夹式的，也可以是粘性导电硅胶式的，只要在佩戴时既可保证足够的舒适度又可以保证与皮肤稳定可靠接触即可。
在本实施例中，脑电信号、眼电信号、面部肌电信号的采样共用同一组电极和同一脑电模块来完成。通过频繁采样探查电极（101）和探查电极（102）分别到参考电极（105）之间的电位差信号，并将此信号送入虚拟现实头盔的主体（001）中的脑电模块进行预处理，分离出脑电信号、眼电信号和面部肌电信号。
通过对脑电信号的处理，可以判断出人的专注度等大脑活动状态，因此本发明所述的虚拟现实头盔可以通过专注度控制虚拟现实场景，也可以及时通知用户是否大脑已经处于疲劳状态，从而有效避免因为过度游戏对身体产生的危害；通过对眼电信号进行处理，可以判断出人眼球的运动状态，因此本发明所述的虚拟现实头盔可以追踪到人眼球的运动状态，并可用于控制虚拟现实场景或虚拟特征动作；通过对面部肌电信号进行处理，可以判断出面部的皱眉、下颚咬合等动作，并可以通过这些特征信号控制虚拟现实场景或虚拟特征动作。
因此本发明所述的虚拟现实头盔可以实现脑电控制、眼电控制、面部肌电控制等现有虚拟现实头盔所没有的更加丰富的头部跟踪控制功能。