[發明專利]一種大景深真三維增強現實顯示方法及系統

在審

• 申請號: 201711027389.9
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107908013A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 樓益民;吳鋒民;胡娟梅
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G02B27/22
• 分類號: G02B27/22;G02B27/01
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 黃歡娣,邱啟旺

技術領域

本發明涉及增強現實領域，具體涉及一種大景深真三維增強現實顯示方法及系統。

背景技術

增強現實技術是將數字方法生成的信息(包括虛擬物體，場景、數據、圖像等)疊加到真實世界中的，以增強用戶對客觀環境的感知能力的技術。具有非常廣闊的應用前景。隨著技術的進步，人們已經開發了多種增強現實技術與系統。目前市場上的增強現實顯示系統，主要基于雙目視差原理，利用自由曲面、棱鏡、波導等器件將二維圖像投射到人的雙眼中，形成立體視覺。這種技術不能提供真三維信息，會引起使用者的聚焦與匯聚競爭沖突問題，并引起視覺疲勞等不良反應。

基于全息原理的增強現實顯示技術，利用重構的波前信息來顯示三維虛擬場景。可以有效解決使用者的視覺疲勞問題。但是其三維效果、景深、視角受到了顯示像素尺寸的制約。而且顯示性能受到全息圖巨大計算量的限制。

基于集成成像的增強現實顯示技術，利用四維光場來顯示三維虛擬場景。可以提供連續的水平、垂直視差和運動視差。較好地解決了聚焦與匯聚的競爭問題。但是這種系統的三維景深受到了集成成像系統景深的嚴重制約，只能在有限距離內實現虛擬三維信息與真實三維環境的正確疊加。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是克服背景技術中的缺點，提供一種大景深真三維增強現實顯示方法及系統。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種大景深真三維增強現實顯示方法，該方法包括：光源照射由微顯示器和透鏡陣列組成的信息顯示模組，在三維空間中得到虛擬真三維圖像，然后經信息組合模組，虛擬真三維圖像信息疊加到現實客觀環境中，實現真三維增強現實顯示；所述光源為由多個點光源組成的時序照明模組，點光源中心距離所述微顯示器中心的距離不同，點光源發生近似球面波，照射信息顯示模組，且所述微顯示器不在透鏡陣列的1倍焦距處，不同位置的點光源照射下，虛擬真三維圖像疊加的深度不同，從而實現大景深真三維增強現實顯示。

進一步地，不同的點光源按設定時序依次照明，同時微顯示器按時序同步刷新顯示信息。

一種大景深真三維增強現實顯示系統，包括由多個點光源組成的時序照明模組、由微顯示器和透鏡陣列組成的信息顯示模組、信息組合模組；點光源發生近似球面波，照射信息顯示模組，在三維空間中得到虛擬真三維圖像，然后經信息組合模組，虛擬真三維圖像信息疊加到現實客觀環境中，實現真三維增強現實顯示。所述透鏡陣列不在微顯示器的1倍焦距處，且點光源中心距離所述微顯示器中心的距離不同，不同位置的點光源照射下，虛擬真三維圖像疊加的深度不同，從而實現大景深真三維增強現實顯示。

進一步地，包括控制器，控制器與所述點光源和微顯示器相連，控制器控制各個不同位置的點光源按設定時序依次照明，并控制微顯示器按時序同步刷新顯示信息。

進一步地，信息組合模組為離軸全息透鏡、波導鏡片、離軸半反射鏡、自由曲面鏡等。

進一步地，所述微顯示器為透射式液晶(LCD)微顯示器、反射式數字微鏡(DMD)微顯示器、反射式硅基液晶(LCOS)微顯示器等。

進一步地，所述透鏡陣列為菲涅耳透鏡陣列，球面透鏡陣列等，優選為菲涅耳透鏡陣列。

進一步地，所述微顯示器為透射式液晶(LCD)微顯示器，位于透鏡陣列的兩倍物方焦距內或者兩倍像方焦距內，更優選位于透鏡陣列的一倍物方焦距以內或者一倍像方焦距內；或所述微顯示器為反射式微顯示器，位于透鏡陣列的兩倍物方焦距內，更優選位于透鏡陣列的一倍物方焦距以內。

進一步地，所述點光源位于垂直于所述微顯示器所在平面的直線上。

進一步地，還包括反射鏡、棱鏡和耦合光柵；虛擬真三維圖像經反射鏡反射、棱鏡折射、耦合光柵衍射后，疊加到現實客觀環境中，實現真三維增強現實顯示。

本發明的有益效果在于：

(1)解決了當前增強現實顯示系統中圖像景深受限制的問題，提供一種大景深真三維增強現實顯示系統。

(2)解決了當前增強現實顯示系統中觀察者的聚焦與匯聚競爭沖突問題，提供一種大景深范圍內的真三維圖像信息。

(3)解決了當前增強現實顯示系統景深控制機構復雜，響應速度低等問題，提供了一種能夠實時響應的大景深真三維圖像顯示系統。

附圖說明

圖1和圖2為實施例1所述的顯示系統；

圖3為實施例2所述的顯示系統；

圖4為實施例3所述的顯示系統；

圖5為實施例4所述的顯示系統；

圖6為實施例5所述的顯示系統；

圖7為實施例6所述的顯示系統；