[发明专利]用于轮廓形成系统的头戴式显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及位于表面以下的介质的非侵入式测试的领域。具体 而言，本发明涉及表面以下介质的表征的显示。

背景技术

例如在地球物理勘探领域中，已经寻求和开发非侵入式技术作 为包括钻探的常规原位测试技术的补充或者替代，因为这些技术无 破坏性。在钻探例如在粒状土壤中不可行的一些情况下，这样的非 侵入式技术是勘探地下的唯一方式。另外，它们一般更为成本有效。

非侵入式技术也在各种其他领域中用于勘探位于表面以下的 介质，例如用于评估道路、桥梁、建筑物中的钢条接合、混凝土墙 壁等的结构状况，或者用于在采矿或者军事应用中检测表面下特征， 比如空隙、隐藏的下部结构和承载能力。

通常，在计算机监视器上显示被表征介质的断片的二维或者三 维轮廓或者被表征介质的分析数据。显示的数据可能不便于非专家 用户理解和解释显示的数据以供它的实际表征使用。

因此，尽管在该领域中进行了诸多努力，但是仍然需要一种允 许表面以下介质的轮廓形成并且便于显示表征数据的系统。

发明内容

在评估道路、桥梁、建筑物中的钢条接合、混凝土墙壁等的结 构状况时，或者在采矿或者军事应用中检测表面下特征时，以三维 形式将表面以下介质可视化将是便利的。与真实世界的表面叠加将 表面以下介质可视化，就如同用户可以透过表面看见的一样，从而 用户可以将表面下特征在真实环境中的位置可视化，这将甚至更为 便利。根据本发明的一个方面，用户佩戴与虚拟现实目镜相似的头 戴式显示器，以便优选地在立体视觉中显示在真实环境中参考定位 (reference)的表面以下介质的图像。图像与用户的真实环境叠加， 从而用户可以在表面内行走或者移动并且在三维中将表面以下介质 可视化，就如同他可以透过表面看见的一样。

因而，本发明提供一种头戴式显示器，用以通过显示由轮廓形 成(profiling)系统提供的并且在用户的真实环境中参考定位的表面 以下介质的表征的图像来透过表面将介质可视化。与用户的真实环 境叠加，在佩戴头戴式显示器的个人的一只眼睛或者双眼前投影表 面以下介质的图像。头戴式显示器包括用于确定它在真实环境中的 位置和定向的定位传感器，比如惯性定位传感器。当用户在介质周 围移动时，更新介质的图像以显示介质，就如同可以透过表面看见 它一样。在本发明的一个实施例中，在立体视觉中显示表面以下介 质的图像，用户由此在三维中将介质可视化。

例如，这样的头戴式显示器可以有利地在挖掘项目中由重型设 备如反铲的操作者使用。使用头戴式显示器，操作者将表面视为半 透明材料，并且可以看见表面以下管线或者障碍物，因而调整他的 操作。另一例子是在下部结构检查中使用头戴式显示器。头戴式显 示器提供表面以下密度不同地带的可视化。检查者然后可以透过表 面检查下部结构。另外，在钻井应用中，可以通过将地下和钻杆柱 可视化来优化爆破装药的数量和放置。

本发明的一个方面提供一种用于由用户用来将表面下介质的 表征可视化的头戴式显示装置。该显示装置包括输入、定位传感器、 处理单元和第一显示系统。该输入用于接收在参考系中用三维表示 来表征表面下介质的模型。该模型使用轮廓形成系统来提供。该定 位传感器用于感测用户的第一只眼睛在参考系中的位置和定向。该 处理单元用于利用第一位置和定向来将模型透视地投影于位于第一 只眼睛前的第一表面上，以提供表征表面下介质的第一图像。该第 一显示系统用于在第一表面上与第一只眼睛前的真实环境的第一图 像叠加显示表征表面下介质的第一图像。

本发明的另一方面提供一种用于由用户用来将表面下介质的 表征可视化的系统。该系统包括：轮廓形成系统，用于提供表面下 介质的表征；三维模型处理器，用于处理表面下介质的表征，以提 供在参考系中用三维图形表示来表征表面下介质的模型；以及头戴 式显示设备。该头戴式显示设备具有：输入，用于接收该模型；定 位传感器，用于感测用户的第一只眼睛在参考系中的位置和定向； 处理单元，用于利用位置和定向将模型透视地投影于位于第一只眼 睛前的第一表面上，以提供表征表面下介质的第一图像；以及第一 显示系统，用于在第一表面上与第一只眼睛前的真实环境的图像叠 加显示表征表面下介质的第一图像。