[發明專利]一種頭戴式多深度立體圖像顯示系統及顯示方法

有效

• 申請號: 201711029585.X
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107894666B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 張卓鵬;魏一振;錢偉
• 申請（專利權）人: 杭州光粒科技有限公司
• 主分類號: G02B30/52
• 分類號: G02B30/52
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 高燕

1.一種頭戴式多深度立體圖像顯示系統，其特征在于，包括：

處理單元，接收三維圖像信息，提取三維圖像中各個像素點的顏色數據和表征深度信息的三維坐標數據，根據像素點的三維坐標將所有像素點分配成若干個對應不同空間深度的像素點組；像素點的分配方法為：將深度與某一透散射元件所代表的深度一致的像素點分配至對應該透散射元件相應深度的像素點組；將深度處于兩相鄰透散射元件所代表的深度之間的像素點拆分成兩個新像素點，該兩個新像素點色彩一致、強度不同，再將該兩個新像素點分別分配至對應該相鄰透散射元件相應深度的像素點組；將深度小于所有透散射元件所代表深度以及大于所有透散射元件所代表深度的像素點分配至對應最臨近深度的像素點組；

多平面光學單元，包括若干層透明態/散射態可控的透散射元件和深度圖像再現控制模塊；所述深度圖像再現控制模塊用于控制透散射元件的透明度，使其中一層透散射元件切換至散射狀態以接收和顯示來自投影單元的相應深度的像素點組，以及使其余透散射元件切換至透明狀態以允許來自投影單元的像素點組投影至指定透散射元件并允許人眼看見；

投影單元，包括微型顯示器、投影鏡頭以及設置在微型顯示器和投影鏡頭之間光路上的液晶盒和雙折射晶體，通過深度圖像再現控制模塊控制液晶盒的施加電壓，以有選擇地將各個像素點組以一定頻率分別投射到代表相應深度的透散射元件上，以產生在多平面光學單元中可見的中繼立體圖像；

目視單元，包括目鏡鏡片，將多平面光學單元中的中繼立體圖像投射到人眼。

2.根據權利要求1所述的頭戴式多深度立體圖像顯示系統，其特征在于，所述的處理單元包括：

深度信息提取模塊，提取三維圖像中像素點的顏色數據及三維坐標數據，傳輸給深度信息分配模塊；

深度信息分配模塊，將所有像素點分配成若干個對應不同空間深度范圍的像素點組。

3.根據權利要求2所述的頭戴式多深度立體圖像顯示系統，其特征在于，還包括視線追蹤單元，用于提取人眼注視的數據，并將數據傳輸給深度信息分配模塊，深度信息分配模塊遴選出能覆蓋人眼注視范圍內的像素點的透散射元件，在本次遴選至遴選結果發生首次變化的后續某次遴選期間，選中的透散射元件執行透明態/散射態切換模式，其他透散射元件全部或部分處于透明狀態以選擇性地減少執行透明態/散射態切換模式的透散射元件數量。

4.根據權利要求1～3任一項所述的頭戴式多深度立體圖像顯示系統，其特征在于，所述的目鏡鏡片為半透半反非球面棱鏡，其面型方程為：

其中，j＝[(m+n)²+m+3n]/2+1，m、n為正整數；c是中心曲率，k為二次曲面常數，C_j為x^myⁿ項的系數。

5.一種多深度立體圖像的顯示方法，其特征在于，包括：

(1)提取三維圖像中各個像素點的顏色數據和三維坐標數據，根據像素點的三維坐標將所有像素點分配成若干個對應不同空間深度的像素點組；像素點的分配方法為：將深度與某一透散射元件所代表的深度一致的像素點分配至對應該透散射元件相應深度的像素點組；將深度處于兩相鄰透散射元件所代表的深度之間的像素點拆分成兩個新像素點，該兩個新像素點色彩一致、強度不同，再將該兩個新像素點分別分配至對應該相鄰透散射元件相應深度的像素點組；將深度小于所有透散射元件所代表深度以及大于所有透散射元件所代表深度的像素點分配至對應最臨近深度的像素點組；

(2)通過投影單元將各個像素點組以一定頻率分別投射到多平面光學單元中代表相應深度的透散射元件上，以產生在多平面光學單元中可見的中繼立體圖像；所述投影單元包括微型顯示器、投影鏡頭以及設置在微型顯示器和投影鏡頭之間光路上的液晶盒和雙折射晶體，有選擇地對液晶盒施加電壓，對進入液晶盒的偏振光進行旋光，從而改變出射光的偏振態；雙折射晶體會導致不同偏振態的光之間產生一定的光程差，使雙折射晶體的出射光產生調焦效應，在不同空間深度的透散射元件上形成更佳的中繼像；

(3)中繼立體圖像經過目視單元的放大成像后投射到人眼。