本發(fā)明屬于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示領(lǐng)域，尤其涉及一種立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著電子顯示器件和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(augmentedreality，ar)顯示越來(lái)越受到研究者和產(chǎn)業(yè)的關(guān)注。ar顯示是為了增強(qiáng)觀看者的觀看現(xiàn)實(shí)三維場(chǎng)景感知，是將2d圖像和3d圖像無(wú)縫融入觀看者觀看的三維真實(shí)場(chǎng)景的一種顯示技術(shù)。

現(xiàn)如今，ar顯示主要分為單目ar顯示和雙目立體ar顯示。單目ar顯示是將2d圖像疊加在真實(shí)3d場(chǎng)景中，如google眼鏡，但2d圖像不能在位于真實(shí)場(chǎng)景物體深度平面上顯示。雙目立體ar顯示是將3d圖像疊加在真實(shí)3d場(chǎng)景中，但是雙目立體ar顯示裝置存在虛擬場(chǎng)景和真實(shí)場(chǎng)景的單目焦點(diǎn)調(diào)節(jié)和雙目會(huì)聚不一致的特性，違背天然的視覺(jué)特性，從而使得雙目立體ar顯示裝置具有視疲勞特性，不利應(yīng)用于消費(fèi)市場(chǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提出一種立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置及方法，在3d顯示模式下，該立體式ar顯示裝置具有雙目立體ar顯示功能，并且可消除雙目立體ar顯示的視疲勞特性。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置，包括虛擬圖像顯示源和半透半反鏡，所述虛擬圖像顯示源和所述半透半反鏡設(shè)置沿光軸順次排布，所述半透半反鏡與光軸呈一定的角度，人眼觀察位置位于所述半透半反鏡的前方；所述虛擬圖像顯示源顯示虛擬場(chǎng)景圖像，所述虛擬場(chǎng)景圖像發(fā)出的光束經(jīng)所述半透半反鏡反射后進(jìn)入人眼，真實(shí)場(chǎng)景的光線通過(guò)所述半透半反鏡透射進(jìn)入人眼，以使人眼在空間對(duì)應(yīng)的位置感知真實(shí)三維場(chǎng)景的光線與所述虛擬圖像發(fā)出的光線融合成增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。

進(jìn)一步地，虛擬圖像顯示源包括背光源背板和顯示面板，顯示面板為液晶面板。

進(jìn)一步地，背光源背板為面光源，顯示面板顯示2d圖像。

進(jìn)一步地，背光源背板為點(diǎn)光源，顯示面板顯示圖像元圖像。

一種立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示方法，虛擬圖像顯示源顯示虛擬場(chǎng)景圖像，所述虛擬場(chǎng)景圖像發(fā)出的光束經(jīng)所述半透半反鏡反射后進(jìn)入人眼，真實(shí)三維場(chǎng)景的光線通過(guò)所述半透半反鏡透射進(jìn)入人眼，以使人眼在空間對(duì)應(yīng)的位置感知真實(shí)三維場(chǎng)景的光線與所述虛擬圖像發(fā)出的光線融合成增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述背光源背板的點(diǎn)光源點(diǎn)亮?xí)r，所述顯示面板顯示圖像元圖像，所述圖像元圖像構(gòu)成所述虛擬場(chǎng)景圖像，所述虛擬場(chǎng)景圖像發(fā)出的光束會(huì)聚形成3d實(shí)像；所述3d實(shí)像經(jīng)所述半透半反鏡反射后進(jìn)入人眼后形成可以被人眼觀察到的第一3d虛像；真實(shí)三維場(chǎng)景的光線通過(guò)所述半透半反鏡透射進(jìn)入人眼；人眼在空間對(duì)應(yīng)位置感知真實(shí)三維場(chǎng)景的光線與所述第一3d虛像融合成所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述背光源背板的點(diǎn)光源點(diǎn)亮?xí)r，所述顯示面板顯示圖像元圖像；所述圖像元圖像構(gòu)成所述虛擬場(chǎng)景圖像；所述虛擬場(chǎng)景圖像發(fā)出的光束發(fā)散形成3d虛像；所述3d虛像經(jīng)所述半透半反鏡反射后進(jìn)入人眼后形成可以被人眼觀察到的第二3d虛像；真實(shí)三維場(chǎng)景的光線通過(guò)所述半透半反鏡透射進(jìn)入人眼；人眼在空間對(duì)應(yīng)位置感知真實(shí)場(chǎng)景的光線與所述第二3d虛像融合成所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述背光源背板的面光源點(diǎn)亮?xí)r，所述顯示面板顯示所述虛擬場(chǎng)景圖像，所述虛擬場(chǎng)景圖像發(fā)出的光束形成2d圖像；所述2d圖像經(jīng)過(guò)所述半透半反鏡反射進(jìn)入人眼后形成可以被人眼觀察到的2d虛像；真實(shí)三維場(chǎng)景的光線通過(guò)所述半透半反鏡透射進(jìn)入人眼；人眼在空間對(duì)應(yīng)位置感知真實(shí)場(chǎng)景的光線與所述2d虛像融合成所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。

一種可穿戴設(shè)備，包括所述的立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置。

有益效果：本發(fā)明應(yīng)用在ar顯示領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)單目顯示與立體顯示的相互切換；該裝置能夠同時(shí)顯示集成成像的的實(shí)模式和虛模式，增強(qiáng)ar顯示的深度感；消除了虛擬場(chǎng)景和真實(shí)場(chǎng)景的調(diào)節(jié)沖突，解決了現(xiàn)有ar顯示裝置具有視疲勞的缺陷；相比傳統(tǒng)集成成像顯示，當(dāng)顯示面板在不同時(shí)刻顯示不同大小的圖像元圖像，可以通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整背光源背板像素點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同時(shí)刻的顯示面板顯示不同大小的圖像元圖像照明。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置在3d模式的點(diǎn)光源陣列與圖像元關(guān)系示意圖；

圖3是立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置在3d模式的背光源背板的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置在3d模式的顯示面板的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置在3d模式實(shí)模式的工作原理示意圖；

圖6是立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置在3d模式虛模式的工作原理示意圖；

圖7是立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置在2d模式的工作原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示是本發(fā)明所述的立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括虛擬圖像顯示源12和半透半反鏡3，其中所述虛擬圖像顯示源12包括背光源背板1、顯示面板2。顯示面板2具體采用液晶面板，具有顯示圖像功能，顯示2d圖像或者圖像元圖像。背光源背板1用于對(duì)顯示面板提供照明，采用主動(dòng)發(fā)光面板，如oled(有機(jī)發(fā)光二極管)、pdp(等離子顯示面板)、fed(場(chǎng)致發(fā)射顯示器)、cnt(碳納米管顯示器)、sed(表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射顯示器)等。半透半反鏡3具體包括透明基板和薄的金屬層，在透鏡基板上沉積形成薄的金屬層，金屬層為鋁(al)、銅(cu)、銀(ag)、鈦(ti)等一種或者以上的合金構(gòu)成。背光源背板1和顯示面板2構(gòu)成一個(gè)虛擬圖像顯示源12，虛擬圖像顯示源12和半透半反鏡3設(shè)置沿光軸順次排布，半透半反鏡3與光軸呈一定的角度，人眼觀察位置位于半透半反鏡3的前方；虛擬圖像顯示源12顯示虛擬場(chǎng)景圖像，虛擬場(chǎng)景圖像發(fā)出的光束經(jīng)半透半反鏡3反射后進(jìn)入人眼，真實(shí)場(chǎng)景的光線通過(guò)半透半反鏡3透射進(jìn)入人眼，以使人眼在空間對(duì)應(yīng)的位置感知真實(shí)三維場(chǎng)景的光線與虛擬圖像發(fā)出的光線融合成增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。

如圖2所示是立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置在3d模式下點(diǎn)光源陣列與圖像元之間的關(guān)系示意圖，背光源背板表現(xiàn)點(diǎn)光源陣列特性，與此同時(shí)，顯示面板顯示圖像元圖像，光線將沿原有的光學(xué)路徑形成集成3d圖像，此時(shí)該顯示裝置工作于3d模式下。為了使得點(diǎn)光源對(duì)對(duì)應(yīng)圖像元照明，且保證點(diǎn)光源不會(huì)對(duì)對(duì)應(yīng)圖像元的相鄰圖像元照明，根據(jù)式(1)可以得出圖像元區(qū)域大小與點(diǎn)光源大小之間的精準(zhǔn)匹配關(guān)系，根據(jù)式(2)可以得出背光源背板發(fā)出的點(diǎn)光源陣列的排布情況。

其中，sls表示點(diǎn)光源的大??；sele表示圖像元區(qū)域大??；表示點(diǎn)光源的發(fā)散角度；g表示背光源背板與顯示面板之間的間距；l表示點(diǎn)光源之間的間距。

如圖3所示是立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置在3d模式下背光源背板的平面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示是立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置在3d模式下顯示面板的平面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3和4所示，背光源背板1采用可編程的主動(dòng)發(fā)光面板，背光源背板1的像素點(diǎn)亮區(qū)域的光學(xué)特性表現(xiàn)為點(diǎn)光源特性，其中，背光源背板1的像素點(diǎn)亮區(qū)域與顯示面板上的圖像元要一一對(duì)應(yīng)。背光源背板1的像素點(diǎn)亮區(qū)域的大小與點(diǎn)亮背光源背板1的像素個(gè)數(shù)有關(guān)，背光源背板1的像素點(diǎn)亮區(qū)域形狀與圖像元的形狀不僅限于此，具體形狀根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)所決定的。

當(dāng)背光源背板1的光學(xué)特性表現(xiàn)為點(diǎn)光源陣列特性時(shí)，顯示面板2顯示圖像元圖像，此時(shí)立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置工作于3d模式。由于背光源背板1和顯示面板2所組成的虛擬圖像顯示源12能夠同時(shí)具有集成成像顯示的實(shí)模式和虛模式特性，以下分別單獨(dú)介紹立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置分別在實(shí)模式下和虛模式下的工作原理，如圖5和圖6所示。

如圖5為立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置在3d模式的實(shí)模式下的工作原理示意圖，當(dāng)背光源背板1的點(diǎn)光源點(diǎn)亮?xí)r，顯示面板2顯示圖像元圖像，圖像元圖像構(gòu)成虛擬場(chǎng)景圖像，虛擬場(chǎng)景圖像發(fā)出的光束會(huì)聚形成3d實(shí)像；3d實(shí)像經(jīng)半透半反鏡3反射后進(jìn)入人眼后形成可以被人眼觀察到的第一3d虛像；真實(shí)三維場(chǎng)景的光線通過(guò)半透半反鏡3透射進(jìn)入人眼；人眼在空間對(duì)應(yīng)位置感知真實(shí)三維場(chǎng)景的光線與第一3d虛像融合成增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。

如圖6為立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置在3d模式的虛模式下的工作原理示意圖，當(dāng)背光源背板1的點(diǎn)光源點(diǎn)亮?xí)r，顯示面板2顯示圖像元圖像；圖像元圖像構(gòu)成虛擬場(chǎng)景圖像；虛擬場(chǎng)景圖像發(fā)出的光束發(fā)散形成3d虛像；3d虛像經(jīng)半透半反鏡3反射后進(jìn)入人眼后形成可以被人眼觀察到的第二3d虛像；真實(shí)三維場(chǎng)景的光線通過(guò)半透半反鏡3透射進(jìn)入人眼；人眼在空間對(duì)應(yīng)位置感知真實(shí)場(chǎng)景的光線與第二3d虛像融合成增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。

如圖7所示是立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置在2d模式下的工作原理示意圖，背光源背板1的光學(xué)特性表現(xiàn)為面光源特性，即背光源背板1的像素全部點(diǎn)亮，與此同時(shí)，顯示面板顯示2d圖像，此時(shí)，ar顯示裝置工作于2d模式。當(dāng)2d圖像透過(guò)半透半反鏡3成像形成對(duì)應(yīng)2d圖像的虛像，由于半透半反鏡3具有透射的功能，所以真實(shí)三維場(chǎng)景可以透過(guò)半透半反鏡3。當(dāng)觀察者處在空間中對(duì)應(yīng)的位置可以感受到虛擬場(chǎng)景和真實(shí)三維場(chǎng)景融合。

本發(fā)明可應(yīng)用于可穿戴設(shè)備，該設(shè)備包括本發(fā)明的立體式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置。