CN105158917B - 显示器及其透射率/反射率确定方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显示器及其透射率/反射率确定方法和装置。其中，显示器包括显示装置、光源系统、显示控制装置以及光源控制装置。光源系统在光源控制装置的控制下在不同的工作模式下向显示装置投射不同的有序光，显示装置可以对投射到其上的有序光进行调节。多种工作模式下从显示装置出射的所有光的叠加向用户呈现预期三维虚拟图像。本发明的显示器显示出的三维虚拟图像是带有人眼调节线索的立体图像，可以解决使用现有立体显示设备观看立体图像容易造成视觉疲劳的问题。

Description

显示器及其透射率/反射率确定方法和装置

技术领域

本发明涉及一种显示设备，特别是涉及一种显示器及其透射率/ 反射率确定方法和装置。

背景技术

在现有的显示器中，其背光一般是散射光。这样，可以使得显示器显示的图像具有足够的可视角度，以确保显示器上的每一个像素能够在大角度范围内被观察到。但是这种显示器一般只能用于显示平面图像，不能显示三维立体图像。

现有的三维显示装置大多是分别为左眼和右眼提供稍有差别的平面图像。这些稍有差别的平面图像经视网膜反馈至大脑，从而欺骗大脑，令观察者产生3D的感觉。由于人为制造视差的方式所构造的3D 景象并不是真正的立体图像，在观看这些3D景象时的人眼所感觉的图像所在位置和图像的实际位置(屏幕)不同，此时人眼会按照感觉的图像位置进行调焦。由于图像的实际位置在屏幕上，因此调焦后会看不清图像。此时人眼需要再次调焦到屏幕。如此反复调节，造成视觉疲劳，降低用户的观看体验。

因此，亟需一种可以产生不易导致视觉疲劳的三维立体图像的三维立体图像的显示器，以解决使用现有三维显示设备观看三维图像容易造成视觉疲劳的问题。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种能够产生不易导致视觉疲劳的三维立体图像的三维图像显示方案，以解决通过现有显示设备观看三维图像容易造成视觉疲劳的问题。

根据本发明的一个方面，公开了一种显示器，包括：显示装置，该显示装置包括多个像素，每个像素的透射率或反射率能够被调节，从而在显示装置上形成透射率分布或反射率分布；

光源系统，用于向显示装置投射有序光，有序光在空间中各个位置的方向是确定的，使得显示装置的每一个像素的出射光的方向是确定的，光源系统具有多种工作模式，在不同的工作模式下，向显示装置投射不同的有序光；显示控制装置，用于控制显示装置，在光源系统处于每一种工作模式的期间，在显示装置上形成对应于该工作模式的透射率分布或反射率分布；光源控制装置，用于控制光源系统在多种工作模式之间切换，其中，显示装置在多种工作模式下透射或反射的所有光的叠加向用户呈现预期三维虚拟图像。

由此，光源控制装置可以控制光源系统在多种工作模式之间切换，为显示装置提供多种工作模式下的有序光。基于每一种工作模式下的有序光，显示控制装置可以控制显示装置，在其上形成与该工作模式的有序光对应的透射率分布或反射率分布。每一种工作模式下的有序光在该工作模式下的透射率分布或反射率分布的调节下，在显示装置上的每个像素上可以形成具有特定强度及方向的出射光(透射光或反射光)。多种工作模式下透射或反射的所有光的叠加效果就可以构成向用户呈现的预期三维虚拟图像。

本发明的显示器所呈现的三维虚拟图像是根据像点成像原理形成的，其带有人眼调节线索，因此可以解决使用现有立体显示设备观看立体图像容易造成视觉疲劳的问题。

优选地，光源控制装置可以在预定周期内控制光源系统经历多种工作模式。

可以将预定周期优选地控制在人眼视觉暂留时间内，这样，基于视觉暂留原理，光源系统在光源控制装置的控制下，在预定周期内产生的多种有序光经显示装置出射后，可以叠加起来形成三维虚拟图像，供用户观看。

优选地，光源系统经历多种工作模式的预定周期可以在1/1200s 至1/120s之间。

这样，可以充分保证预定周期内的多种工作模式处于人眼视觉暂留时间内，使得周期内的多种工作模式下的有序光从显示装置出射后，可以叠加起来形成需要显示的目标图像。

优选地，有序光形成的有序光场，在显示装置处具有预先设定的光强分布I(i,x,y,r)，其中，i为工作模式序号，x、y为像素在显示装置上的坐标，r为代表方向的单位矢量，多种工作模式下投射的有序光场相互正交；或者，多种工作模式下投射的有序光场的序列可以是满足压缩感知的有限等距约束的随机序列。

优选地，本发明显示器的光源系统可以包括：点光源；光学系统，用于将点光源发出的光转变为有序光。

由此，光源系统可以采用光学系统和点光源，以为显示装置提供有序光。

优选地，本发明显示器的光源系统还可以包括多个点光源，每个点光源的位置可以对应于多种工作模式。

这样，光源系统可以采用多个点光源，多个点光源在光学系统的作用下，可以为显示装置产生多种工作模式下的有序光。

优选地，向显示装置投射的有序光可以是平行光、会聚光或发散光。

也就是说，每个工作模式下，光源系统向显示装置投射的有序光可以有多种形式。

优选地，光源系统包括点光源和光学系统时，光学系统可以包括如下所示的任一种：

凸透镜；

菲涅尔透镜；

全息图。

这样，光学系统可以采用上述光学元件对点光源发出的光进行调节，以产生有序光。

优选地，光学系统采用上述光学元件时，还可以包括用于反射显示装置的出射光的半反半透镜。

这样，半反半透镜可以将显示装置显示的图像投射到人眼的同时，还可以将外界的实景也投射进人眼，因此，本发明的显示器可以作为AR(Augmented Reality，增强现实)显示器，提升用户的观看体验。

优选地，光源系统包括点光源和光学系统时，光学系统还可以包括如下所示的任一种：

凹面镜；或

凹面镜组，该凹面镜组包括多个凹面镜，多个凹面镜具有共同的焦点。

由此，光学系统还可以采用凹面镜或凹面镜组来对点光源进行调节。

优选地，光学系统采用凹面镜或凹面镜组时，凹面镜可以是半反半透镜。

这样，半反半透镜可以将显示装置显示的图像投射到人眼的同时，还可以将外界的实景也投射进人眼，因此，本发明的显示器可以作为 AR(Augmented Reality，增强现实)显示器，提升用户的观看体验。

优选地，多个凹面镜还可以分别为完整的球面的位于两个平面之间的一部分，两个平面可以是垂直于多个凹面镜共同的轴线的平面。

由此，多个椭球凹面镜可以采用部分结构的椭球凹面镜，这样可以节省材料，降低成本。

优选地，光源系统还可以包括多个点光源，每个点光源的位置对应于多种工作模式。

这样，可以采用多个点光源以提供多种模式下的有序光。

根据本发明的另一个方面，还公开了一种根据预期三维虚拟图像确定用于本发明的显示器的显示装置的多个像素的透射率分布或反射率分布的方法，包括：确定每个像素的预期出射光的预期方向，预期出射光的预期方向是预期三维虚拟图像上的像点与像素的连线的延长线；对于每一种工作模式，确定出射光的方向与预期方向相同的像素，设置其透射率或反射率大于零，并设置其它像素的透射率或反射率为零。

由此，可以确定多种工作模式下参与形成预期三维虚拟图像的像素，并将参与形成预期三维虚拟图像的像素的透射率或反射率设为一个大于零的值，这样多种工作模式下的有序光入射到显示装置上后，在参与形成预期三维虚拟图像的像素的透射率或反射率的调节作用下，就可以初步显示出与预期三维虚拟图像相似的虚拟图像。

优选地，确定显示装置的多个像素的透射率分布或反射率分布的方法还可以包括：确定每个像素在每个预期方向上的预期出射光的光强，其中，对于每一种工作模式，根据每个像素在每个预期方向上的预期出射光的光强确定出射光与预期出射光方向相同的像素的透射率或反射率。

这样，可以基于预期三维虚拟图像，预先确定每个工作模式下参与形成预期三维虚拟图像的像素的每个预期出射方向上的出射光的强度，然后根据预先确定的光强确定透射率或反射率。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种根据本发明的显示器呈现预期三维虚拟图像的方法，包括：使用上文所述的确定用于本发明的显示器的显示装置的多个像素的透射率分布或反射率分布的方法，确定每一种工作模式下，多个像素的透射率分布或反射率分布；在光源控制装置控制光源系统在多种工作模式之间切换的同时，相应地改变显示装置上呈现的透射率分布或反射率分布，以使其与光源系统的工作模式对应。

由此，就可以根据预期三维虚拟图像，确定本发明的显示器的显示装置的每个工作模式下的透射率分布或反射率分布，以显示出与预期三维虚拟图像对应的三维虚拟图像。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种根据预期三维虚拟图像确定用于上文所述的显示器的显示装置的所述多个像素的透射率分布或反射率分布的装置，包括：预期方向确定模块，用于确定每个像素的预期出射光的方向，预期出射光的方向是预期三维虚拟图像上的像点与像素的连线的延长线；透射率或反射率设定模块，用于对于每一种工作模式，确定出射光与预期出射光方向相同的像素，设置其透射率或反射率大于零，并设置其它像素的透射率或反射率为零。

优选地，确定用于上文所述的显示器的显示装置的多个像素的透射率分布或反射率分布的装置，还可以包括：预期光强确定模块，用于确定每个像素的预期出射光的强度，其中，透射率或反射率设定模块根据光强确定出射光与预期出射光方向相同的像素的透射率或反射率。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种控制根据上文所述的显示器呈现预期三维虚拟图像的装置，包括：根据预期三维虚拟图像确定用于上文所述的显示器的显示装置的多个像素的透射率分布或反射率分布的装置，用于确定每一种工作模式下，所多个像素的透射率分布或反射率分布；显示装置控制模块，用于在光源控制装置控制光源系统在多种工作模式之间切换的同时，相应地改变显示装置上呈现的透射率分布或反射率分布，以使其与光源系统的工作模式对应。

由此，为实现上述方法，提供了装置上的支持。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了基于本发明的显示器的结构的示意性方框图。

图2示出了图1中的光源系统的一种可选结构的示意图。

图3示出了本发明的显示器的一种实施例的结构示意图。

图4示出了本发明的显示器的另一种实施例的结构示意图。

图5是根据预期三维虚拟图像确定本发明的显示器的显示装置的多个像素的透射率分布或反射率分布的方法流程图。

图6是图5所示方法的一个可选步骤S30的流程示意图。

图7是图5或图6所示方法的一个可选步骤S40的示意图。

图8是根据本发明的根据预期三维虚拟图像确定本发明的显示器的显示装置的多个像素的透射率分布或反射率分布的装置的可选结构示意图。

图9示出了一种控制本发明的显示器呈现三维虚拟图像的装置的结构图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明公开了一种显示器，该显示器可以用来显示三维虚拟图像，其显示的三维虚拟图像带有人眼调节线索，使得用户观看时不易产生视觉疲劳。

下面首先结合图1对本发明的显示器的结构作详细说明。

图1示出了基于本发明的显示器的结构的示意性方框图。

如图1所示，本发明的显示器包括显示装置1、光源系统2、显示控制装置3以及光源控制装置4。

显示装置1包括多个像素，多个像素的透射率或反射率能够被调节，从而在显示装置1上形成透射率分布或反射率分布。

也就是说，显示装置1可以对投射到其上的光进行调节。其中，显示装置1可以是透射式显示装置，也可以是反射式显示装置。

例如，显示装置1可以采用液晶显示屏等透射式显示装置。显示装置1采用液晶显示屏时，可以通过调节液晶显示屏中液晶两端的电压改变各个液晶的透射率。显示装置1还可以采用反射式显示装置，反射式显示装置可以由透射式显示装置加反射装置组成。例如可以采用LCOS (Liquid crystal on silicon，即液晶附硅，也叫硅基液晶，是一种基于反射模式，尺寸非常小的矩阵液晶显示装置)、DMD(Digital Micro mirror Device，数字微镜元件，由美国德州一仪器公司开发的一种极小的反射镜)作为反射式显示装置。

由上可知，显示装置1采用透射式显示装置时，可以对入射到其上的光的调节主要是强度调节，即透射式显示装置可以改变其上出射光的强度。显示装置1采用反射式显示装置时，调节则包括强度调节和方向调节，即反射式显示装置可以改变其上出射光的强度和出射方向。

光源系统2用于向显示装置1投射有序光，本发明中的有序光是指在空间中各个位置具有确定方向的光。光源系统2具有多种工作模式，在不同的工作模式下，光源系统2向显示装置1投射不同的有序光。

其中，有序光可以是平行光、会聚光、发散光，或这些形式的光的组合，也可以由多种特定形式的光经过特定的介质产生的其它形式的光。例如，有序光可以是通过激光照射全息图产生的光，也可以是通过扩束后的激光照射在一层或者多层的粗糙表面上形成的激光散斑，还可以由散射光经过两层液晶板的空间调制以后形成等等。另外，有序光还可以通过其它方式产生，此处不再赘述。

有序光形成的有序光场在显示装置1处具有预先设定的光强分布 I(i,x,y,r)，其中，i为工作模式序号，x、y为像素在显示装置1上的坐标，r为代表方向的单位矢量。

有序光场是有序光形成的光场，可以用来描述有序光在空间各个位置的光强分布(此处的光强分布包括光的强度和方向)，本发明中的有序光场主要用来描述有序光在显示装置1处的光强分布。因此，多种工作模式下的光强分布可以用I(i,x,y,r)表示，其中，I为光强，i 为工作模式序号，x、y为像素在显示装置上的坐标，r为代表方向的单位矢量，I(i,x,y,r)就可以用来表示不同工作模式下的有序光投射到显示装置上的某处位置的光强大小和方向。

其中，有序光场也可以有多种产生方式，且多种工作模式下的有序光场之间可以具有一定的联系。例如，多种工作模式下投射的有序光场可以相互正交，如可以是通过小波变换基、离散余弦变换(DCT) 的基、或者傅立叶变换基等产生的多个序列的有序光场，或者多种工作模式下投射的有序光场的序列可以是满足压缩感知的有限等距约束的随机序列。当然，多种工作模式下的有序光场之间也可以是相互独立的。

由于光源系统1用于产生多种工作模式的有序光，因此，光源系统1也可以是由多种类型的光学元件或组件组成，以产生上述多种类型的有序光。例如，光源系统1可以由激光参考光和全息图组成，此时，使用激光参考光照射全息图可以产生有序光。光源系统1也可以由激光发射器、扩束器和带有粗糙表面(如可以毛玻璃的表面，或者是凹凸印刷产生的不光滑表面，或者是全息印刷产生的不光滑表面) 的介质组成，此时，可以使用多层粗糙表面以产生多种工作模式下的有序光。具体地说，扩束后的激光照射在第一个粗糙表面后产生的激光散斑可以作为一个工作模式下的有序光，然后该 工作模式下的有序光可以作为次级照明光照射到下一个粗糙表面，再次发生干涉，产生下一级的激光散斑作为下一个工作模式下的有序光，以此类推，可以产生多种工作模式下的有序光。另外，光源系统1还可以由两层或者多层透射式液晶板和一个散射光源组成，其中，散射光可以由点光源入射到均匀的背光板产生，散射光在多层液晶板的空间调制作用下，可以形成具有确定方向的有序光。当然，光源系统1还可以是上述多种构成方式的组合或者由其它光学系统组成。

另外，可以通过改变一个光源系统的相关参数以得到多种工作模式的有序光(或有序光场)，也可以通过在多个不同光源系统之间进行切换以得到多种工作模式的有序光(或有序光场)。

举例来说，在光源系统由激光参考光和全息图组成的情况下，通过对激光参考光的调制，使得激光参考光依次以不同的方向照射全息图，可以产生多种序列的有序光场，即多种工作模式的有序光(或有序光场)。

有序光投射到显示装置后，可以使得显示装置上的每一个像素的出射光的方向也是确定的。其中，显示装置上的每个像素的出射光的方向与投射到其上的有序光的方向有关。例如有序光是平行光时，显示装置的每个像素的出射光具有一个出射方向，且多个像素的出射光的出射方向相互平行。

另外，应该知道，基于不同的有序光，显示装置的每个像素可以具有唯一一个方向的出射光，也可以具有两个、三个、甚至更多个不同方向的出射光。

显示控制装置3用于控制显示装置1上的多个像素的透射率或反射率，使得光源系统2处于每一个工作模式下，在显示装置1上形成对应于该工作模式的透射率分布或反射率分布。

根据上文中关于显示装置1的介绍可知，显示装置1采用不同的装置(透射式或反射式)时，显示控制装置3可以有不同的控制方式。

例如，显示装置1采用液晶显示屏时，显示控制装置3可以通过改变液晶显示屏两端的电压的方式来调节显示装置1上的多个像素的透射率。应该知道，调节显示装置上的多个像素的透射率或反射率是已经成熟的现有技术，此处不再赘述。

光源控制装置4用于控制光源系统2在多种工作模式之间切换，其中，显示装置1在多种工作模式下透射或反射的所有光的叠加可以形成需要向用户呈现的预期三维虚拟图像。

具体地说，光源控制装置4在控制光源系统2在多种工作模式之间切换的时候，如果切换时间足够短(小于人眼视觉暂留时间)，基于视觉暂留原理，对于用户来说，多种工作模式下入射到显示装置上并出射出去的光(透射光或反射光)可以看成是同时存在的。

因此，当多种工作模式下分别从显示装置1出射的光的反向延长线交于需要向用户呈现的空间中预期三维虚拟图像上的像点(位于预期的三维空间位置)时，人眼就会感觉看到了位于该预期的三维空间位置处的像点。如果像点足够多，就可以构成与预期三维虚拟图像相似的图像。

其中，从显示装置1出射的光的反向延长线交于多个像点以形成三维虚拟图像时，此时的多个像点是 虚像点。当从显示装置1出射的光的延长线交于多个像点时，这多个像点是实像点，其是由显示装置 1的出射光本身相交形成的。

综上，本发明的显示器是基于人眼视觉暂留原理来呈现三维虚拟图像的。因此，光源控制装置4可以在预定周期内控制光源系统2经历多种工作模式，其中，预定周期可以优选地设置在1/1200s至1/120s 之间，这样，在显示器上可以在极短的时间内显示多种工作模式的有序光，使得对于用户来说，多种工作模式下从显示装置出射的光可以看成是同时发出的，在多种工作模式下的有序光入射到显示器上并出射出去的光线会聚成预期三维虚拟图像上的多个像点时，就可以构成与预期三维虚拟图像相似的图像。

图2示出了图1中的光源系统的一种可选结构的示意图。

如图2所示，光源系统2可以可选地包括点光源21和光学系统 22。

点光源21用于发射散射光，光学系统22用于对点光源21发出的光进行调制，使其变成具有特定方向的有序光。例如，平行光、会聚光等等。

其中，光学系统22可以是凸透镜、菲涅尔透镜、全息图、凹面镜、凹面镜组等多种光学元件或光学组件。

光源控制装置(图2中未示出)可以通过改变点光源21的位置，或改变光学系统22的位置，或同时改变点光源21和光学系统22的位置，以产生多种工作模式的有序光。

图3示出了本发明的显示器的一种实施例的结构示意图。

如图3所示，本发明实施例的光学系统可以采用凸透镜221，凸透镜221可以对点光源21发出的光进行调制，使其变成具有一定方向的平行光入射到显示装置1上。

也就是说，本实施例中不同工作模式下的有序光是以不同角度入射到显示装置1上的平行光。

对本发明实施例的显示器来说，可以通过移动点光源21或凸透镜221的方式来产生不同工作模式下的有序光(平行光)。

图中所示是通过在不同时刻移动点光源21的方式来产生不同工作模式的有序光的情况。

另外，本发明实施例的显示器还可以包括一个半反半透镜，半反半透镜可以用来反射显示装置的出射光，并透射外界环境的光。这样，用户在观看显示装置显示的图像的同时，还可以观看外界实景，提升用户的观看体验。

其中，本发明实施例中的凸透镜221还可以换成菲涅尔透镜、全息图等光学元件或光学组件。

采用菲涅尔透镜的情况与本发明实施例的情况类似，此处不再赘述。当光学系统采用全息图时，可以利用不同方向或不同波前的激光参考光照射全息图，以产生不同的有序光。

图4示出了本发明的显示器的另一种实施例的结构示意图。

如图4所示，本发明实施例的光学系统还可以采用凹面镜组222，凹面镜组222包括多个具有共同焦点的凹面镜，点光源21可以优选地位于凹面镜组222的共同焦点处。

这样，凹面镜组222可以将点光源21发出的光转变为平行光，入射到显示装置上。同时移动凹面镜组222和焦点21，就可以产生不同方向的平行光。

其中，凹面镜组222可以优选地分别为完整的凹面镜的一部分，具体地说，多个凹面镜可以分别为完整的球面的位于两个平面之间的一部分，两个平面垂直于所述多个凹面镜共同的轴线。另外，多个凹面镜还可以优选地采用半反半透镜。

这样，多个凹面镜采用部分结构就可以将点光源21发出的光变成平行光，节约材料，且采用半反半透镜时，用户进行观看时，还可以看到外部环境，这样，可以起到增强现实的作用，可以进一步增加观看体验。

上面参考图1至图4详细叙述了本发明的显示器的结构和图像显示原理，由于本发明的显示器主要是通过调节显示装置上的透射率分布或反射率分布来向用户显示三维虚拟图像的，因此，为了使得本发明的显示器所显示的三维虚拟图像可以接近需要向用户显示的预期三维虚拟图像，还需要根据预期三维虚拟图像来确定每种工作模式下的显示装置的透射率分布或反射率分布，以使得显示的图像可以接近预期三维虚拟图像。

下面就基于需要向用户显示的三维虚拟图像确定本发明的显示器的显示装置的透射率分布或反射率分布的方法做进一步详细说明。

图5是根据预期三维虚拟图像确定本发明的显示器的显示装置的多个像素的透射率分布或反射率分布的方法流程图。

在步骤S10，确定每个像素的预期出射光的预期方向，预期出射光的预期方向是预期三维虚拟图像上的像点与像素的连线的延长线。

其中，预期出射光是指可以构成预期三维虚拟图像上的像点的光。也就是说，基于需要显示的预期三维虚拟图像上的多个像点，可以确定多个像点中的每个像点与显示装置上多个像素的连线，连线的方向或连线的延长线的方向就是构成该连线的像素的预期出射光的预期方向，由于预期三维虚拟图像上有多个像点，因此，显示装置的每个像素可以有多种不同预期方向的预期出射光。

在确定了显示装置上的每个像素的预期出射光的预期方向后，还可以根据确定的显示装置的每个像素的预期方向，来确定多种工作模式下投射到显示装置上的有序光，使得多种工作模式下的有序光入射到显示装置并出射出去后的光的出射方向可以与显示装置的多个像素的预期出射光的预期方向一致。

也就是说，对于一种工作模式下为显示装置提供的有序光而言，

该有序光入射到显示装置并出射出去后，其出射光的方向与用以形成预期三维虚拟图像的某些像点的预期出射光相同。继而，多种工作模式下的有序光入射到显示装置并出射出去后的所有出射光可以构成用于显示预期三维虚拟图像的多个像点的预期出射光。当多个像点足够多时，就可以形成与预期三维虚拟图像形状接近的图像。

换句话说，只要使得多种工作模式下的有序光入射到显示装置并出射出去的出射光的方向对应于显示装置的全部像素的预期方向即可。

综上，基于需要显示的预期三维虚拟图像，可以确定显示装置的每个像素的预期出射光的预期方向，以及多种工作模式下为显示装置提供的有序光。

在步骤S20，对于每一种工作模式，确定出射光的方向与预期方向相同的像素，设置其透射率或反射率大于零，并设置其它像素的透射率或反射率为零。

由步骤S10的相关描述可知，基于需要显示的预期三维虚拟图像可以确定多种工作模式下的有序光。因此，在每种工作模式下的有序光确定后，就可以通过现有的光路追迹技术或者软件模拟等现有技术确定每种工作模式下的有序光入射到显示装置的每个像素的入射方向。然后，根据显示装置的光学特性(透射或反射)，可以确定显示装置的每个像素的出射光的出射方向，此处的每个像素的出射光的出射方向是在假设显示装置的每个像素都可以透射或反射入射到其上的光的情况下做出的。

在确定每种工作模式下每个像素的出射光的出射方向后，就可以从中找出与预期方向相同的像素。换句话说，也就是从显示装置的多个像素的出射光中找出参与形成虚拟图像的光，以此找出参与形成虚拟图像的像素。

因此，根据确定的显示装置的每个像素的预期方向以及每个工作模式下的有序光，可以确定每种工作模式下显示装置上参与形成预期三维虚拟图像的像素，并将每种工作模式下参与形成预期三维虚拟图像的像素的透射率或反射率设为有效值(大于零的值)，将不参与图像形成的像素的透射率或反射率设为无效值(零)。

由此，可以确定多种工作模式下参与形成预期三维虚拟图像的像素，并将参与形成预期三维虚拟图像的像素的透射率或反射率设为一个大于零的值，这样多种工作模式下的有序光入射到显示装置上后，在参与形成预期三维虚拟图像的像素的透射率或反射率的调节作用下，就可以初步显示出与预期三维虚拟图像相似的虚拟图像。

为了使得显示的虚拟图像在强度(也可称为亮度)上可以与预期三维虚拟图像匹配，可以根据预期三维虚拟图像的强度来进一步限定每种工作模式下的显示装置的透射率分布或反射率分布，以使得多种工作模式下的有序光在与之对应的工作模式下的透射率分布或反射率分布的调节下，可以显示出与预期三维虚拟图像的强度相同的图像。

图6是图5所示方法的一个可选步骤S30的流程示意图。

在步骤S30，确定每个像素在每个预期方向上的预期出射光的光强，其中，对于每一种工作模式，根据预期出射光的光强确定出射光与预期出射光方向相同的像素的透射率或反射率。

具体地说，基于预期三维虚拟图像上的一个像点，可以确定形成该像点的多种预期出射光及其预期方向(可参考步骤S10的相关描述)。多种预期出射光的光强的总和等于该像点的强度。因此，可以预先确定每个预期出射光的光强，其中，可以有多种确定每种预期出射光的光强的方法，只要使得形成该像点的所有预期出射光的光强的总和与该像点的强度相等即可。

确定了所有预期出射光的光强后，就可以根据图5中步骤S20 描述的方法，确定每个工作模式下与预期出射光方向相同的像素。该像素的出射光的光强等于预期出射光的光强，还等于入射到该像素的其出射方向与预期出射光的方向相同的光的光强与该像素的透射率或反射率的乘积，由此就可以确定该像素的透射率或反射率。

举例来说，预期三维虚拟图像的光场分布为y(t)，多种工作模式下的有序光场用A(t)表示，显示装置上多种工作模式下的透射率分布或反射率分布用X(t)表示。

为了使得呈现的三维虚拟图像与预期三维虚拟图像尽可能接近，需要求||y(t)-A(t)X(t)||₂的最小值。由于多种工作模式下的有序光场A(t) 是确定的，所以可以使用压缩感知的算法进行计算，求出显示装置在多种工作模式下的透射率分布或反射率分布X(t)。

图7是图5或图6所示方法的一个可选步骤S40的示意图。

在步骤S40，在光源控制装置控制光源系统在多种工作模式之间切换的同时，相应地改变显示装置上呈现的透射率分布或反射率分布，以使其与光源系统的工作模式对应。

由此，就可以根据预期三维虚拟图像，确定本发明的显示器的显示装置的每个工作模式下的透射率分布或反射率分布。

具体地说，基于预期三维虚拟图像上的一个像点可以确定每个工作模式下显示装置上参与形成该像点的像素的透射率分布或反射率分布。所以可以基于预期三维虚拟图像上的多个像点，以确定每种工作模式下显示装置上参与形成该多个像点的像素的透射率或反射率。

综上，基于预期三维虚拟图像，就可以确定显示装置的透射率分布或反射率分布，使得多种工作模式下的有序光在与之对应的工作模式下的透射率分布或反射率分布的调节作用下，可以显示出与预期三维虚拟图像的强度相同的图像。

上面参考图5、图6、图7详细描述了根据预期三维虚拟图像确定本发明的显示器的显示装置的多个像素的透射率分布或反射率分布的方法，下面参考图8描述根据本发明的根据预期三维虚拟图像确定本发明的显示器的显示装置的多个像素的透射率分布或反射率分布的装置。

下面描述的装置的很多功能分别与上面参考图5、图6、图7 描述的步骤的功能相同。为了避免重复，这里重点描述该装置可以具有的结构，而对于一些细节，可以参考上文图5、图6、图7中的相应描述。

图8是根据本发明的根据预期三维虚拟图像确定本发明的显示器的显示装置的多个像素的透射率分布或反射率分布的装置的可选结构示意图。

通过本发明实施例的装置可以确定显示装置的透射率分布或反射率分布，以使得显示器所成的三维虚拟图像接近预期三维虚拟图像。

如图8所示，装置可以包括预期方向确定模块100和透射率或反射率设定模块200。

预期方向确定模块100用于确定每个像素在每个预期方向上的预期方向确定模块，用于确定每个像素的预期出射光的预期方向，预期出射光的预期方向是预期三维虚拟图像上的像点与像素的连线的延长线。

透射率或反射率设定模块200用于对于每一种工作模式，确定出射光的方向与预期方向相同的像素，设置其透射率或反射率大于零，并设置其它像素的透射率或反射率为零。

作为一种优选实施例，装置还可以可选地包括预期光强确定模块 300，预期光强确定模块300用于确定每个像素在每个预期方向上的预期出射光的光强。

其中，对于每一种工作模式，预期光强确定模块300根据光强确定出射光与预期出射光方向相同的像素的透射率或反射率。

图9是控制基于本发明的显示器呈现三维虚拟图像的装置的结构图。

如图9所示，装置包括像素分布确定模块500和显示装置控制模块400。

像素分布确定模块500用于确定每一种工作模式下，显示装置上多个像素的透射率分布或反射率分布。显示装置控制模块400用于在光源控制装置控制光源系统在多种工作模式之间切换的同时，相应地改变显示装置上呈现的透射率分布或反射率分布，以使其与光源系统的工作模式对应。

其中，像素分布确定模块500可以选用上文图8中所示的像素透射率或反射率分布装置，即像素分布确定模块500可以包括预期方向确定模块100、透射率或反射率设定模块200和预期光强确定模块300。其具体功能可参加图8的相关描述，此处不再赘述。

综上，本发明的显示器主要是通过调节多种工作模式下的显示装置的透射率分布或反射率分布，以此来显示出与预期三维虚拟图像强度相同的虚拟图像。其对多种工作模式下的有序光的要求并不严格。

由于显示装置的像素调节技术已经很成熟，因此，本发明的显示器可以将需要显示的三维虚拟图像通过采用现有常规显示设备和像素调节技术显示出来，且显示出的三维虚拟图像是带有人眼调节线索的立体图像，该三维虚拟图像的成像位置就在期望人眼感受的位置上，当用户观看时，就像该三维虚拟图像真实存在于空间中预定位置处一样，人眼只需要像观看空间中真实的物体一样观看该三维虚拟图像，因此，不会如现有技术中那样针对感受位置和实际显示位置来反复调节眼睛的焦距，从而解决了使用现有立体显示设备观看立体图像容易造成视觉疲劳的问题。

上文中已经参考附图详细描述了根据本发明的显示器及其图像和透射率/反射率确定方法和装置。

此外，根据本发明的方法还可以实现为一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读介质，在该计算机可读介质上存储有用于执行本发明的方法中限定的上述功能的计算机程序。本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标记的功能也可以以不同于附图中所标记的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (18)

1.一种显示器，包括：

显示装置，该显示装置包括多个像素，每个所述像素的透射率或反射率能够被调节，从而在所述显示装置上形成透射率分布或反射率分布；

光源系统，用于向所述显示装置投射有序光，所述有序光在空间中各个位置的方向是确定的，使得所述显示装置的每一个像素的出射光的方向是确定的，所述光源系统具有多种工作模式，在不同的工作模式下，向所述显示装置投射不同的有序光；

显示控制装置，用于控制所述显示装置，在所述光源系统处于每一种工作模式的期间，在所述显示装置上形成对应于该工作模式的透射率分布或反射率分布；

光源控制装置，用于控制所述光源系统在所述多种工作模式之间切换，

其中，所述显示装置在所述多种工作模式下透射或反射的所有光的延长线或反向延长线交于多个像点，所述多个像点的叠加构成向用户呈现的预期三维虚拟图像。

2.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述光源控制装置在预定周期内控制所述光源系统经历所述多种工作模式。

3.根据权利要求2所述的显示器，其中，所述预定周期在1/1200s至1/120s之间。

4.根据权利要求1所述的显示器，其中，

所述有序光形成的有序光场，在所述显示装置处具有预先设定的光强分布I(i,x,y,r)，其中，i为工作模式序号，x、y为像素在所述显示装置上的坐标，r为代表方向的单位矢量，

所述多种工作模式下投射的有序光场相互正交；或者，

所述多种工作模式下投射的有序光场的序列是满足压缩感知的有限等距约束的随机序列。

5.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述光源系统包括：

点光源；

光学系统，用于将所述点光源发出的光转变为所述有序光。

6.根据权利要求5所述的显示器，其中，所述光源系统包括多个点光源，每个点光源的位置对应于所述多种工作模式。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的显示器，其中，所述有序光是平行光、会聚光或发散光。

8.根据权利要求5所述的显示器，其中，所述光学系统包括如下所示的任一种：

凸透镜；

菲涅尔透镜；

全息图。

9.根据权利要求8所述的显示器，还包括：

半反半透镜，用于反射所述显示装置的出射光。

10.根据权利要求5所述的显示器，其中，所述光学系统包括如下所示的任一种：

凹面镜；或

凹面镜组，该凹面镜组包括多个凹面镜，所述多个凹面镜具有共同的焦点。

11.根据权利要求10所述的显示器，其中，

所述凹面镜是半反半透镜。

12.根据权利要求11所述的显示器，其中，所述多个凹面镜分别为完整的球面的位于两个平面之间的一部分，所述两个平面垂直于所述多个凹面镜共同的轴线。

13.一种根据预期三维虚拟图像确定用于根据权利要求1所述的显示器的显示装置的所述多个像素的透射率分布或反射率分布的方法，包括：

确定每个所述像素的预期出射光的预期方向，所述预期出射光的预期方向是所述预期三维虚拟图像上的像点与所述像素的连线的延长线；

对于每一种工作模式，确定所述出射光的方向与所述预期方向相同的像素，设置其透射率或反射率大于零，并设置其它像素的透射率或反射率为零。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

确定每个所述像素在每个预期方向上的预期出射光的光强，

其中，对于每一种工作模式，根据所述光强确定所述出射光与所述预期出射光方向相同的像素的透射率或反射率。

15.一种控制根据权利要求1所述的显示器呈现预期三维虚拟图像的方法，包括：

使用根据权利要求13或14所述的方法，确定每一种工作模式下，所述多个像素的透射率分布或反射率分布；

在所述光源控制装置控制所述光源系统在所述多种工作模式之间切换的同时，相应地改变所述显示装置上呈现的透射率分布或反射率分布，以使其与所述光源系统的工作模式对应。

16.一种根据预期三维虚拟图像确定用于根据权利要求1所述的显示器的显示装置的所述多个像素的透射率分布或反射率分布的装置，包括：

预期方向确定模块，用于确定每个所述像素的预期出射光的预期方向，所述预期出射光的预期方向是所述预期三维虚拟图像上的像点与所述像素的连线的延长线；

透射率或反射率设定模块，用于对于每一种工作模式，确定所述出射光的方向与所述预期方向相同的像素，设置其透射率或反射率大于零，并设置其它像素的透射率或反射率为零。

17.根据权利要求16所述的装置，还包括：

预期光强确定模块，用于确定每个所述像素在每个预期方向上的预期出射光的光强，

其中，对于每一种工作模式，所述预期光强确定模块根据所述光强确定所述出射光与所述预期出射光方向相同的像素的透射率或反射率。

18.一种控制根据权利要求1所述的显示器呈现预期三维虚拟图像的装置，包括：

根据权利要求16或17所述的装置，用于确定每一种工作模式下，所述多个像素的透射率分布或反射率分布；

显示装置控制模块，用于在所述光源控制装置控制所述光源系统在所述多种工作模式之间切换的同时，相应地改变所述显示装置上呈现的透射率分布或反射率分布，以使其与所述光源系统的工作模式对应。