用于增強(qiáng)現(xiàn)實的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于增強(qiáng)現(xiàn)實的系統(tǒng)和方法。
[0002]本發(fā)明更具體地涉及通過頭戴式顯示器(HMD)生成、檢索并顯示計算機(jī)生成的全息圖像。
【背景技術(shù)】
[0003]具有多個顯示特征的頭戴式設(shè)備在本領(lǐng)域中是已知的。這種設(shè)備包括所謂的‘智能眼鏡’，這允許其佩戴者可視化圖像或文本從而增強(qiáng)現(xiàn)實。
[0004]為了提高佩戴者視覺舒適度，希望提供多種方法和系統(tǒng)，其中，以特別適配于佩戴者和/或佩戴設(shè)備的定制方式顯示圖像和文本。
[0005]此外，為了提高佩戴者人體工學(xué)舒適度，希望提供一種輕型、緊湊的頭戴式設(shè)備，并且尤其是一種在使用時具有低能量需求的設(shè)備。
[0006]另外，關(guān)于安全性，在通信中使用的用于數(shù)據(jù)交換的某些類型的電磁波可能造成健康問題，尤其是靠近頭部定位的裝置，如HMD。因此，希望提供一種其運行限制或避免將佩戴者暴露于這種電磁波下的頭戴式設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明總體上提供了用頭戴式設(shè)備顯示計算機(jī)生成的全息圖像的方法和系統(tǒng)。
[0008]在一些方面，本發(fā)明提供用于檢索并顯示計算機(jī)生成的全息圖像的方法和系統(tǒng)。在其他方面，本發(fā)明提供了用于創(chuàng)建計算機(jī)生成的全息圖像的方法和系統(tǒng)，其中，所述全息圖像可用于隨后的檢索和顯示。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，可以通過矯正由于光學(xué)像差引起的圖像失真來增強(qiáng)顯示質(zhì)量和佩戴者視覺體驗。這種像差可能由于設(shè)備的幾何形狀和設(shè)計引起。
[0010]在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明借助于相位空間光調(diào)制器(SLM)實現(xiàn)計算機(jī)生成的全息圖像顯示。所述SLM可以選自僅相位SLM以及相位和振幅SLM。對計算機(jī)生成的全息圖像進(jìn)行相位編碼在能耗和圖像質(zhì)量方面是非常有利，并且提供如在下文所描述的進(jìn)一步優(yōu)點。
[0011]發(fā)明方法
[0012]概括地，本發(fā)明提供一種用于處理計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)的計算機(jī)實現(xiàn)的方法。所述方法包括:
[0013](a)由至少一個通信終端檢測配備有頭戴式計算機(jī)生成的全息圖像顯示設(shè)備的佩戴者的存在的步驟;以及
[0014](b)響應(yīng)于在步驟(a)檢測到的存在，將計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)從所述設(shè)備和所述通信終端中的一者傳輸?shù)剿鲈O(shè)備和所述通信終端中的另一者的步驟。
[0015]步驟(b)可以包括通過光通信傳輸所述計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)。
[0016]本發(fā)明的方法還可以包括:
[0017](C)由至少一個光源發(fā)射光束的步驟，該光束適合(被安排成、被配置成)用于通過照亮所述設(shè)備來顯示全息圖像，其中，所述光源設(shè)置在至少一個遠(yuǎn)程照明終端上和/或內(nèi)置于所述設(shè)備上。
[0018]其中，所述光源設(shè)置在所述通信終端上，步驟(b)可以包括將所述計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)從所述光源傳輸至所述設(shè)備。
[0019]所述至少一個通信終端和/或所述至少一個照明終端可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)連接到服務(wù)器。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實施例，步驟(b)可以是將所述計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)從所述通信終端傳輸至所述設(shè)備的步驟。
[0021]在這個第一實施例中，步驟(b)可以包括將計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)從多個遠(yuǎn)端通信終端依次傳輸至所述設(shè)備的步驟，其中，所述通信終端中的每一者經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)連接到通信服務(wù)器，并且其中，該依次發(fā)射反映了對佩戴者從一個通信終端附近到另一個通信終端附近的存在的連續(xù)檢測步驟，從而定義了所述佩戴者根據(jù)時間的移動。
[0022]在這個第一實施例中，本發(fā)明的方法可以進(jìn)一步包括:
[0023](a2)確定所述佩戴者的位置的步驟，其中，根據(jù)在步驟(a2)確定的該位置定義步驟(b)中的該計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)。
[0024]在這個第一實施例中，本發(fā)明的方法可以進(jìn)一步包括:
[0025](d)檢測該佩戴者的移動的步驟，以及
[0026](e)根據(jù)步驟(d)中對該移動的識別來生成控制信號的步驟，該控制信號用于選擇有待從所述通信終端傳輸?shù)剿鲈O(shè)備的另一項計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)。
[0027]根據(jù)第二實施例，本發(fā)明的方法包括:
[0028](i)檢測配備有所述頭戴式計算機(jī)生成的全息圖像顯示設(shè)備的佩戴者的移動的步驟，以及
[0029](ii)根據(jù)步驟(i)中對該移動的識別來采集圖像數(shù)據(jù)的步驟，并且
[0030]步驟(b)是將計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)從所述設(shè)備向所述通信終端傳輸?shù)牟襟E。
[0031]在這個第二實施例中，步驟(ii)可以包括選自以下各項的一項或多項:從菜單中選擇選項、在虛擬鍵盤上輸入至少一個鍵、在虛擬記事本上手寫、以及拍攝數(shù)字圖片。
[0032]在這個第二實施例中，所述至少一個通信終端可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)連接到通信服務(wù)器上并且步驟(b)中的數(shù)據(jù)可以可選地聯(lián)合位置存儲在通信數(shù)據(jù)庫中。
[0033]概括地(包括第一實施例和第二實施例)，本發(fā)明的方法可以進(jìn)一步包括(al)在數(shù)據(jù)庫中預(yù)登記標(biāo)識符與所述佩戴者之間的關(guān)聯(lián)的預(yù)備步驟，其中，根據(jù)所述標(biāo)識符、可選地依據(jù)訪問權(quán)限定義步驟(b)中的數(shù)據(jù)。
[0034]本發(fā)明的系統(tǒng)和設(shè)備
[0035]本發(fā)明提供一種照明終端，包括:
[0036]-光源，該光源適合(被安排成、被配置成)用于通過光照來顯示全息圖像，
[0037]-傳感器，該傳感器適合(被安排成、被配置成)用于檢測配備有頭戴式計算機(jī)生成的全息圖像顯示設(shè)備的佩戴者的存在，以及
[0038]-可選地，通信接口，該通信接口適合(被安排成、被配置成)用于從和/或向所述照明終端傳輸計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)。
[0039]此照明終端適合(被安排成、被配置成)用于實現(xiàn)本發(fā)明的方法。
[0040]本發(fā)明還提供了一種包括本文中所描述的多個照明終端的系統(tǒng)，其中，所述照明終端中的每一者經(jīng)由照明網(wǎng)絡(luò)連接到照明服務(wù)器。這種系統(tǒng)適合(被安排成、被配置成)用于實現(xiàn)本發(fā)明的方法。
[0041]本發(fā)明還提供了一種頭戴式計算機(jī)生成的全息圖像顯示設(shè)備，該顯示設(shè)備包括:
[0042]-通信接口，該通信接口適合(被安排成、被配置成)用于從和/或向所述設(shè)備傳輸計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)，
[0043]-相位空間光調(diào)制器，例如，由例如LCoS(硅上液晶)或玻璃透射式有源矩陣液晶制成的僅相位空間光調(diào)制器或者相位幅度空間光調(diào)制器，以及
[0044]-可選地，光源，該光源適合(被安排成、被配置成)用于基于光照來顯示全息圖像，其中，該光照包括照亮SLM; S卩，光源適合(被安排成、被配置成)用于進(jìn)行光照以顯示全息圖像。
[0045]此設(shè)備適合(被安排成、被配置成)用于實現(xiàn)本發(fā)明的方法。
【附圖說明】
[0046]圖1至圖4示出了本發(fā)明的方法的實施例。
[0047]圖5示出了在本發(fā)明的方法中有用的示例性數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)。
[0048]圖6至圖8示出了本發(fā)明的頭戴式設(shè)備的示例性結(jié)構(gòu)。
[0049]定義
[0050]提供了以下定義來對本發(fā)明進(jìn)行描述。
[0051]“計算機(jī)生成的全息圖像”在本領(lǐng)域中是已知的。這類全息圖像可以通過閱讀(照亮)計算機(jī)生成的全息圖而被顯示。計算機(jī)生成的全息圖又被稱為合成或數(shù)字全息圖。計算機(jī)生成的全息圖通常是通過選擇2D或3D圖像而獲得的，并且以數(shù)字方式計算其全息圖。全息圖像可以通過光重構(gòu)(即，通過用合適的(安排的、配置的)光束(全息圖的參考光束)照亮(讀取)全息圖)而被顯示。該圖像可以是“真實的”(因為它可以顯示在物理屏幕或支撐件上)或者是“空中的”(虛擬的)。全息圖可以被印刷于全息支撐件上或被實現(xiàn)于如下文解釋的SLM上。
[0052]“計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)”HD在本領(lǐng)域中是已知的。它們通常包括編碼數(shù)據(jù)(編碼數(shù)據(jù)集)，該編碼數(shù)據(jù)允許顯示計算機(jī)生成的全息圖像以便受測者可看到。計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)包括針對計算機(jī)生成的全息圖像自身(其“內(nèi)容”，其可以是圖片、字母數(shù)字字符及其組合等)編碼的數(shù)據(jù)，包括圖像(2D、3D)的每個像素的相位和振幅的信息。計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)還可以進(jìn)一步包括針對全息圖像在佩戴者的視野中顯示的位置(定位)(例如，參照設(shè)備HMD的框架)和/或針對有待被可視化(縮放或放大)的圖像的大小和/或針對有待被可視化的全息圖像的焦點平面的位置編碼的數(shù)據(jù)。針對全息圖像位置、大小和焦點平面的這類數(shù)據(jù)對于將全息圖像顯示在配備有內(nèi)置光源的設(shè)備HMD上是特別有用的。當(dāng)設(shè)備HMD沒有配備內(nèi)置光源時，(即，當(dāng)光源遠(yuǎn)離設(shè)備HMD時)，可以考慮位置和焦點平面的數(shù)據(jù)被隱含地包括在計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)中。然而，所述數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步包括圖像大小的數(shù)據(jù)(例如，用于縮放)。計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)還可以提供有待顯示的若干圖像，例如，用于多路顯示。計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)可以提供一種顏色的(例如，黑色和白色)或者多于一種顏色的(例如，使用至少三種顏色，例如，三原色)圖像。對針對計算機(jī)生成的全息圖像自身(其“內(nèi)容”)編碼的數(shù)據(jù)有利地進(jìn)行相位編碼。數(shù)據(jù)HD可以被解碼并被傳輸至顯示裝置(例如，傳輸至SLM)，以便允許基于合適的(安排的、配置的)光照讀取全息圖并顯示相應(yīng)的全息圖像。根據(jù)本發(fā)明，所述數(shù)據(jù)HD可以存儲在HMD的存儲器中和/或在如通信終端COM TERM等終端上的存儲器中和/或在經(jīng)由如通信服務(wù)器COM SERV等服務(wù)器可訪問的數(shù)據(jù)庫中。全息圖像數(shù)據(jù)HD的集合可以存儲在計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)的全息圖像數(shù)據(jù)庫HOLO DB中。所述數(shù)據(jù)庫DB包括適合(被安排成、被配置成)用于存儲和檢索全息圖像數(shù)據(jù)集的存儲器并且可以是如通信服務(wù)器COM SERV等服務(wù)器的一部分，或者經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)COMNETW連接到該服務(wù)器上。在圖5上示出了計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)的實例。圖5展示了包括計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)HD的數(shù)據(jù)庫HOLO DB的實例。全息圖像可以是字母數(shù)字字符(字母“A”、“B”，等;數(shù)字“I”、“2”等)或更復(fù)雜的圖像(如圖片)。該數(shù)據(jù)可以包括圖像在佩戴者的視野中的位置L0C。進(jìn)一步地，可以根據(jù)訪問權(quán)限AC定義數(shù)據(jù)集。在圖5上，可以例如使用標(biāo)識符(H0L0 i)從數(shù)據(jù)庫中檢索計算機(jī)生成的全息圖像數(shù)據(jù)HD的每個集合。數(shù)據(jù)HD可以是數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)可以對應(yīng)于如圖像和/或文本等內(nèi)容。該數(shù)據(jù)還可以對應(yīng)于呈文本部分和/或圖標(biāo)形式的選項菜單。
[0053]“服務(wù)器” SERV在本領(lǐng)域中是已知的。服務(wù)器SERV可以經(jīng)由擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)NETW與多個終端TERM連接。網(wǎng)絡(luò)NETW允許數(shù)據(jù)傳輸并且可以依賴于如射頻通信(W1-F1、藍(lán)牙、3G、4G等)和/或如L1-Fi或FSO等光通信(紅外IR、近紅外NIR、短波長紅外SWIR、可見光等)的無線通信和/或有線通信(以太網(wǎng)、光纖)。服務(wù)器SERV可以包括一個或多個數(shù)據(jù)庫DB和/或其可以連接到一個或多個數(shù)據(jù)庫DB。服務(wù)器SERV可以是通信服務(wù)器C