新型显示头盔过载稳定性研究

目的研究某新型显示头盔的过载稳定性,为该型产品研制和使用提供依据。方法 6名男性志愿者参加稳定性静加载试验,用三维空间坐标测量仪测量头盔在垂直方向上的位移,同时由志愿者主诉显示信息的变化情况。6人中的5人完成了载人离心机试验,采用Sigma Scan Pro软件对高清录像进行分析计算得到头盔位移,并根据志愿者的主诉量化分析显示信息的丢失情况。结果静加载试验中,志愿者可看到全部显示信息,头盔最大位移11.0 mm。载人离心机试验时,+3.0 Gz 10 s暴露和暴露结束后,志愿者均能看到全部显示信息;+5.0 Gz 10 s和+7.0 Gz 10 s暴露时分别有2名及3名志愿者出现视力变化,部分显示信息丢失。结论该型显示头盔具有较好的过载稳定性,抗荷耐力合格的志愿者在试验载荷内能看到全部显示信息。

直升机飞行员综合显示头盔优化技术设计研究

目的:探索提高综合显示头盔佩戴舒适性的方法路径,提出综合显示头盔优化的初步措施。方法:分析直升机飞行员综合显示头盔实际应用中暴露出的相关问题,结合国内外综合显示头盔的发展趋势,对综合显示头盔的功能、结构、设计、材料等方面进行优化。结果:从安全防护、人机工效、平台显示、夜视观察、跟踪定位、材料工艺等多方面提出了优化措施,对头盔各个功能模块进行了优化设计,为研制轻质化、个体化的高效能综合显示头盔提供了理论参考。结论:未来新型综合显示头盔研制应当从设计源头抓起,充分考虑航空工效性能,不断提高头盔舒适性和使用可靠性。

虚拟显示头盔的军事应用

虚拟现实技术与现代微型显示器技术相结合,在军事领域得到了广泛地应用,各式各样的虚拟现实头盔显示器应运而生。军用虚拟现实头盔显示器已成为国防高科技重点发展的技术项目,在研发、生产高新尖武器装备和军事训练方面具有举足轻重的作用。

综合视景在直升机头盔显示系统上的应用

引言 随着航空领域技术的迅速发展,直升机作为一种多用途和高机动性的空中装备,在现代战场航空领域中扮演着越来越重要的角色。直升机具有垂直起降和悬停能力,能够在复杂地形和恶劣天气条件下执行各种任务,包括侦察、攻击、救援、运输等。然而,直升机飞行员实现在复杂的飞行环境中做出快速而准确的决策时面临着诸多挑战[1]。因此,提高飞行员的态势感知能力,成为提升直升机执行任务能力的关键。

登月航天服头盔显示界面色彩设计

为研究月球探索任务中不同色相在登月航天服头盔显示界面中的显著性程度,设计了灰色和黑色两种背景下的色相视觉搜索试验,通过计算平均反应时间对目标色和干扰色的显著性程度进行评价。试验结果表明:背景色对搜索效率具有显著影响;月球的环境颜色包含灰色和黑色,需选择适用于这两种背景的颜色作为登月航天服头盔显示界面的色彩;红色作为目标色时显著性最强,适合作为重要程度或紧急程度较高的信息的颜色;青色和蓝色作为干扰色时显著性最弱,适合作为重要程度或紧急程度较低的信息的颜色。上述结论可为登月航天服头盔显示界面的色彩设计提供理论基础。

飞行员综合显示头盔稳定性离心机试验方法研究

目的 在载人离心机＋Gg环境中获取飞行员综合显示头盔位移的客观测量数据和受试者主观评价数据,探讨综合显示头盔稳定性的离心机试验评价方法. 方法 12名健康男性受试者,按随机数字表法分为A、B两组,每组6人.测试的飞行员综合显示头盔分为A型和B型（包括BⅠ和BⅡ）.A组测试A型综合显示头盔,B组测试BⅠ、BⅡ型综合显示头盔.在载人离心机上,按预设的不同“梯形”加速度曲线完成各型头盔测试.G值增长率为3 G/s,峰值期持续10s.A型测试载荷峰值为3.5、4.0、5.0、5.5、6.0 G;BⅠ型测试载荷峰值为3.5、5.0、6.5、7.0、8.0 G;BⅡ型测试载荷峰值为3.5、5.0、6.0、6.5、7.0、8.0G.在离心机座舱内受试者正前方安装高清摄像机,记录不同载荷条件下头盔位移的视频,利用SigmaScan Pro软件计算出头盔位移的客观数据;同时受试者根据对显示信息的观察,在显示信息的纸质画面上记录信息变化,取得量化的主观数据.利用SPSS 19.0统计软件进行主、客观数据与G值之间的相关性分析. 结果 3种综合显示头盔的位移客观测量数据和主观描述视场下移量的数据均与G值呈高度正相关（r=0.847～0.994,P＜0.05）,且客观数据与主观数据之间也呈显著正相关（r=0.542～0.602,P＜0.01）. 结论 本离心机试验方法获得的综合显示头盔位移客观数据可较真实地反映头盔显示信息视场的变化,与G值相关性强,能够用于判断飞行员综合显示头盔在载荷环境中的稳定性,可为该类型装备的设计、改进和鉴定提供测试手段.

用于头盔显示器的折/衍混合目镜设计(英文)

设计了一个用于头盔显示器的 4 0°目镜 ,由两片镜组成 ,其中含有一个二元衍射面和一个非球面 该折 /衍目镜具有 10mm的出瞳直径和 2 5mm的出瞳距离 ,结构紧凑 ,总重量仅为 16 .6 g 像差特性优于传统的折射目镜 ,轴上视场传递函数良好 。

轻型大视场自由曲面棱镜头盔显示器的设计

轻型大视场头盔显示器(HMD)在虚拟现实、增强现实、军事和反恐等领域具有广阔的应用前景。传统的目镜结构形式难以满足头盔显示器对系统视场、体积和重量的苛刻要求。通过采用自由曲面(FFS)棱镜实现了大视场轻型头盔显示器目视光学系统,讨论了FFS头盔显示系统的设计方法并给出了设计结果。

超大视场头盔显示光学系统设计

设计了大视场头盔显示器的目视光学系统,用于满足头盔显示器对大视场、小畸变、高分辨率以及轻量化的苛刻要求。采用4×3阵列式排列、视场角为33°×24°的12组高质量成像目镜系统拼接成单眼目视光学系统来实现系统的大视场设计。为了使系统轻量化,每个单元目镜只采用一片透镜;透镜一面采用二元光学衍射面,利用其特殊色散特性校正目镜系统色差;另一面采用非球面,用于校正目镜光学系统的初、高级单色像差。其图像源为高亮度、高分辨率的OLED微显示器。设计结果显示:单目目视光学系统水平视场达到120°,垂直视场为60°,角分辨率为43pixel/(°);单个目镜系统传递函数在40lp/mm处,轴上视场高于0.62,全视场高于0.1;系统畸变小于3%;系统的双目视场为160°×60°,双目重叠视场为80°×60°。该设计实现了超大视场,满足头盔显示光学系统的成像要求。

头盔显示器发展综述

随着虚拟现实与增强现实技术的快速发展,近年来越来越多的虚拟现实与增强现实相关应用走入大众视野.在众多显示设备中,头盔显示器以其高沉浸感、实时交互性及其广阔的应用领域在虚拟现实与增强现实技术中占据重要地位.文中介绍了头盔显示器光学系统成像原理;分析总结了从不同的技术角度解决的传统头盔显示器体积与质量大、调焦与辐辏不匹配等问题的3种新型头盔显示器,包括自由曲面头盔显示器、波导型头盔显示器和真实立体感头盔显示器,阐述了用户佩戴头盔显示器的视疲劳主观和客观评测方法;最后对头盔显示器的未来发展趋势进行了展望.

60°对角视场的折/衍混合透视型头盔显示器(英文)

分析了离轴、大视场角透视型头盔显示器光学系统的设计方法,提出了利用衍射光学的独特性质设计了大视场、宽波段、离轴折/衍混合透视型头盔显示器光学系统.该系统具有10 mm的出瞳直径和22 mm的出瞳距离,且满足人因素要求.另外,该系统色差仅14μm,系统口径小于46 mm,满足双目视觉要求.整个系统适合具有15 mm对角直径SVGA分辩率的彩色液晶显示器(LCD) .

头盔显示/瞄准系统仿真技术研究

随着虚拟现实与仿真技术的不断发展,头盔显示/瞄准仿真技术的概念及其应用越来越多地用于战斗机和直升机地面飞行模拟器的作战和训练。论述了电磁场法确定头位的头盔显示/瞄准仿真系统的设计方法和系统结构,以及在地面飞行模拟器虚拟现实仿真环境中的应用,着重讨论了头位和方位参量的获取以及系统精度的保持等几个关键技术问题。供从事头盔仿真设计和系统综合的工程师们参考。

双自由曲面大视场头盔显示光学系统设计

视场大小是评价头盔显示器在虚拟现实等领域的关键性能指标,为了克服视场增加带来各类像差急剧增大的困难,提出了一种基于双自由曲面的大视场头盔显示光学系统。首先,分析了双椭球结构实现大视场与低畸变的基本原理,指出了其难以校正除畸变以外其他像差的原因。接着,提出根据系统对称性和光路走向采用竖直方向对称、水平方向不对称的自由曲面反射镜校正离轴像差,完成了基于双自由曲面反射镜的大视场头盔显示光学系统设计。系统视场范围为106.3°（H）×80°（V）,最大相对畸变为6.97%,出瞳直径8 mm,点眼距19 mm。单目系统向外倾斜8°时,双目视场范围为122.3°（H）×80°（V）,双目重叠视场为90.3°（H）×80°（V）,瞳距在55~71 mm范围内可调节。对系统性能分析结果表明：相比双椭球结构,系统成像质量得到较大提高;视场范围和相对畸变满足虚拟现实领域的应用要求。

头盔显示器的发展与应用

本文对头盔显示器的发展历史及其在军事、工业、医疗、娱乐业的应用状况和特点进行了介绍 ,对头盔显示器中的图象源、光学系统、定位传感器等关键技术以及在我国发展头盔显示器件的必要性进行了分析。

塑料非球面透镜在头盔3D显示中的应用

研究了塑料非球面透镜用于3D头盔光学系统中的特性,给出了具体的设计实例,并同传统 Erfle目镜作了比较。设计结果表明,在保证有效焦距、出瞳直径、出瞳距离和视场角不变的情况下,Erfle目镜系统由原来的5片减少为3片,同时其材料的总厚度仅为24 mm,缩小为 Erfle目镜的1/3;质量仅为39 g,缩小为 Erfle目镜1/10;光学系统垂轴像差在0°视场最大值为20μm,60°视场为 62μm,均比 Er fle目镜有非常大的改善;场曲也有了较好的改善,从 0.95 降至 0.25。因此该目镜系统不但可以满足HMDs 式3D显示系统对视场、出瞳直径和出瞳距离的要求,而且在结构上更趋向轻、小,其像差特性亦可以满足目视系统的要求。

基于衍射光学的头盔显示光学系统

基于一个传统五片式Erfle透镜头盔显示光学系统,通过引入一个衍射光学面,设计了一款改进型的三片式头盔显示光学系统。与传统系统相比,改进系统总长缩短了28.6%,总质量减轻了36.1%,实现了整机系统的小型化和轻量化。改进系统出瞳距离为20 mm,出瞳直径为12 mm,轴向球差小于0.06 mm,场曲小于0.5 mm,畸变小于2%,MTF在30 lp/mm处基本都大于0.4,满足头盔显示光学系统的要求,为头盔显示光学系统的轻小型设计提供了一种新途径。

机载护目镜型头盔显示器畸变校正

根据机载飞行头盔特点及人机工程要求,设计了护目镜型头盔显示器光学系统.分析了该光学系统的光学性能和畸变特点,研究了该光学系统畸变的算法软件校正方法,设计了预畸变校正算法软件,并对护目镜型头盔显示器光学系统进行了畸变校正.结果显示:校正后光学系统具有很高的成像质量,空间频率为50lp/mm时,全视场调制传递函数接近0.2;同时畸变小于0.5%,系统满足机载护目镜型头盔显示器性能指标要求.

基于图标特征的头盔显示界面布局实验研究

为了解决头盔瞄准显示系统HMDs界面信息图标布局不合理导致飞行员信息误读的问题,对HMDs界面区域进行划分,梳理了3,5,7个图标呈现时的67种布局形式.基于图标的实心、40%透明度、空心3种特征,通过被试执行搜索记忆任务的正确率和反应时进行对比分析.实验结果表明,在HMDs界面中,图标呈现区域和数量对目标搜索和记忆有影响.随着图标数量的增加,被试记忆准确性下降,反应时增加.相同时间压力下被试对3类特征图标的记忆准确性不同,3个图标时,空心图标的准确性最优,但数量上升到7个图标时,实心图标的记忆准确性最优;实心图标和40%透明度图标记忆准确性没有显著性差异.

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%。

头盔显示器中折射/衍射塑料光学系统设计

研究了塑料透镜在头盔系统中的应用,设计了全塑料(聚甲基丙烯酸甲脂-PMMA)头盔光学系统.引入衍射面,利用其负色散性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;出瞳在中继透镜组中间成像,可减小系统口径,增大出瞳直径.该系统镜头部分重量仅为6 g,目视系统中需重点校正的像散和垂轴色差的最大值分别为0.44 mm和20μm,最大畸变为2.5%;系统最小角分辨率为0.9 mrad,视场为40°(H)×30°(V).