CN105359540A - 增强现实体验中允许对于具有恒定亮度的减少的运动模糊控制进行动态控制的双占空比oled - Google Patents

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Abstract

通过根据检测到的用户的头部的移动来减少有机发光二极管(LED)面板的行占空比，提供了具有减少的运动模糊的头戴式显示(HMD)设备。进一步，与行占空比中的减少相配合地增加面板的面板占空比，以保持恒定亮度。该技术可适用于例如其中增强现实图像被显示在世界坐标中的特定位置的情形。诸如加速度计或陀螺仪之类的传感器可被使用以获得用户的头部的角速度。所述角速度指示出根据所述LED面板的角度分辨率在一帧周期中所对向的像素数。基于所述角速度或一帧周期中所对向的像素数，占空比可例如每帧设置一次。

Description

增强现实体验中允许对于具有恒定亮度的减少的运动模糊控制进行动态控制的双占空比OLED
背景
头戴式显示(HMD)设备可用于各种应用中，包括军事、航空、医学、视频游戏、娱乐、运动等等。透视HMD设备允许用户观察物理世界，而光学元件将来自一个或多个小型微显示器的光增加到用户的视觉路径中，以提供增强现实图像。类似地，在将用户与物理世界隔绝的同时，沉浸式HMD设备提供增强现实图像。
概述
本文所述的技术涉及HMD设备以及用于在这样的设备所显示的增强现实图像中减少或避免运动模糊的各种实施例。在扫描并保持显示技术中，图像数据帧被显示并通常被保持一帧周期。在帧被保持的同时，用户的头部可能移动，导致运动模糊。
在一个方法中，提供了一种头戴式显示设备，该头戴式显示设备包括微显示器、传感器和至少一个控制电路。所述微显示器显示诸如图像数据的一个或多个帧之类的增强现实图像，并包括安排成行的发光二极管(LED)的面板。例如，有机LED(OLED)由于它们的快速响应时间而可被使用。传感器可包括例如加速度计或陀螺仪，所述传感器被固定在HMD设备上并随用户的头部移动。传感器因此在头部被旋转时感测用户的头部的角速度。当用户将他们的注意力从增强现实图像转移但仍然看他们的视野中的该增强现实图像时，旋转可发生。至少在当前帧周期期间，增强现实图像的位置可被锁定到现实世界位置。在该情形中，运动模糊可能发生，因为相对于头部运动来说，图像未被足够快地更新。为了解决这个问题，为了减少增强现实图像的运动模糊，所述至少一个控制电路通过并发地减少行的行占空比(RDC)并增加面板的面板占空比(PDC)以响应于所述角速度来控制所述微显示器。行的行占空比的减少导致减少的运动模糊。也可实现功率节省和增加的可靠性。
提供本概述以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。该概述不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在被用来帮助确定所要求保护的主题的范围。
附图简述
在附图中，相同编号的元素彼此对应。
图1是描绘HMD设备与中枢计算系统12通信的一个实施例的示例组件的框图。
图2是HMD设备的一个实施例的一部分的俯视图。
图3A是HMD设备的组件的一个实施例的框图。
图3B描绘了图3A的微显示器120的示例实施例。
图4是图1的处理单元4的组件的一个实施例的框图。
图5A描绘了用于在头戴式显示设备上提供增强现实图像同时减少运动模糊的过程。
图5B描绘了图5A的用于检测用户的头部的旋转以及运动模糊的可能性的步骤502的示例细节。
图5C描绘了图5A的用于确定在保持亮度的同时减少运动模糊的RDC和PDC的步骤503的示例细节。
图5D描绘了图5A的用于使用确定出的RDC和PDC显示锁定到世界坐标系中的某一位置的增强现实图像的步骤505的示例细节。
图6A描绘了在世界坐标系中的固定位置处的示例现实世界图像。
图6B描绘了其中用户观察到作为图6A中的盒子周围的框的增强现实图像的场景。
图6C描绘了其中用户的头部旋转从而导致增强现实图像的运动模糊的可能性的场景。
图6D描绘了图6C的场景的俯视图，示出察觉到的示例像素的移动。
图7A描绘了示出按时间变化的头部旋转的示例图表。
图7B描绘了根据图7A的头部旋转，示出按时间变化的RDC和PDC中的调整的示例图表。
图7C描绘了根据图7B的RDC和PDC，示出按时间变化的LED面板的亮度级的示例图表。
图8A描绘了用于基于头部旋转来设置RDC和PDC的示例图表。
图8B描绘了作为图8A的替代的示例图表，其中提供了RDC和PDC的离散级。
图9A至9D描绘了分别示出面板的第一行、第二行、第Nr×RC/100+1行、最后一行的70％RDC控制信号的公共时间线。
图10C描绘了在存在如图10A中所描绘的70％RDC控制信号以及如图10B中所描绘的43％PDC控制信号时，某一行按时间变化的光输出。
图11C描绘了在存在如图11A中所描绘的43％RDC控制信号以及如图11B中所描绘的70％PDC控制信号时，某一行按时间变化的光输出。
图12A描绘了与图5D中的步骤539对应的图3B的LED面板336的示例实施例，其中电容器在第i行使用列级晶体管T5放电。
图12B描绘了与图5D中的步骤540对应的图3B的LED面板336的示例实施例，其中电容器在第i行使用LED级晶体管T6放电。
图12C描绘了与图5D中的步骤541对应的图3B的LED面板336的示例实施例，其中使用行级晶体管T7终止对LED的供电。
图12D描绘了与图5D中的步骤542对应的图3B的LED面板336的示例实施例，其中使用LED级晶体管T8终止对LED的供电。
图13描绘了与图5D的步骤538相一致的用于使用两个移位寄存器来将显示数据和黑视数据写入行的过程。
详细描述
本文所述的技术提供了一种头戴式显示设备以及一种用于控制这样的设备的方法，该方法减少或避免了由用户的头部的移动而造成的运动模糊。如所述，诸如扫描、采样并保持方法之类的显示技术(其中面板的每一行被照亮一帧周期的持续时间)在用户移动头部(诸如通过旋转头部)同时观看存留在世界空间中的诸如全息图或虚拟物体之类的增强现实图像时可能导致运动模糊。该技术提供了对这样的运动模糊伪影的缓解。进一步，一种附加措施允许对运动模糊进行动态控制，同时保持恒定亮度级，否则亮度级会随运动模糊而波动。
该技术的特征包括减少LED面板的行占空比(RDC)以减少察觉到的运动模糊，基于用户的头部的跟踪到的速度来提供对行占空比的动态控制，相配合地操纵行占空比和面板脉宽调制(PWM)占空比以动态地减少运动模糊，同时保持恒定亮度，以及操纵行和面板占空比(PDC)以优化观看条件以及延长面板寿命。
图1是描绘HMD设备的一个实施例的示例组件的框图。HMD设备2包括通常可以是眼镜架形状的头戴式镜架3，并且包括镜腿102和103，以及包含鼻梁104的前镜片框。在鼻梁104中置入了话筒110以用于记录声音(包括说出的用户命令)以及将对应的音频数据传送给处理单元4。镜片116和119是透视的。这是透视近眼HMD设备的示例。沉浸式HMD设备可被替代地使用。
HMD设备可被戴在用户的头上，使得该用户可以透过显示器看并从而看到包括不是由该HMD设备生成的图像的现实世界场景。HMD设备2可以是自包含的，使得它的所有组件由镜架3来承载。可选地，HMD设备的一个或多个组件不由该镜架来承载。例如，不被该镜架承载的一个或多个组件可以通过导线来物理地附连到该镜架所承载的某一组件。
此外，未被该镜架承载的一个或多个组件可以与该镜架所承载的某一组件进行无线通信，并且没有通过导线或以其他方式物理地附连到该镜架所承载的某一组件。在一种方法中，未被该镜架承载的一个或多个组件可由该用户携带，如在腕上。例如，处理单元4可经由有线链路或经由无线链路连接到该镜架中的组件。术语“HMD设备”可涵盖镜架上的组件和相关联的镜架外的组件两者。
处理单元4包括用于操作HMD设备2的计算能力中的许多能力。该处理器可以执行存储在处理器可读存储设备上的指令以执行本文描述的过程。在一个实施例中，处理单元4与一个或多个中枢计算系统12或其他HMD或诸如蜂窝电话之类的移动设备无线通信。控制电路136提供支持HMD设备2的其他组件的各种电子装置。
中枢计算系统12可以是计算机、游戏系统或控制台等等。根据一示例实施例，中枢计算系统12可包括执行诸如游戏应用、非游戏应用等应用的硬件组件和/或软件组件。中枢计算系统12可包括可执行存储在处理器可读存储设备上的指令以执行本文描述的过程的处理器。
中枢计算系统12进一步包括一个或多个捕捉设备，如捕捉设备20。捕捉设备20可以是例如相机，该相机在视觉上监视一个或多个用户和周围空间，使得该一个或多个用户所执行的姿势和/或移动以及周围空间的结构可以被捕捉、分析并跟踪，以执行一个或多个控制或动作。
中枢计算系统12可被连接到诸如电视机、监视器、高清电视机(HDTV)等可提供游戏或应用视觉的视听设备16。
图2示出了HMD设备2的俯视图，该HMD设备包括镜架中包括镜腿102和鼻梁104的那部分。仅详细描绘了HMD设备2的右侧。在HMD设备2的前面是一个或多个面向前方的或面向房间的相机113。相机可包括可捕捉视频和静态图像以及将图像传送给处理单元4的至少一个可见光视频相机113，如下文所述。相机可被用于标识被用于定位增强现实图像的现实世界目标或位置。并且，深度传感器可由红外发射器115和红外传感器/检测器117的组合来形成。可见光视频相机113也可以是深度传感器的一部分。面向前方的视频相机113面朝外，并具有与用户的视点类似的视点。
HMD设备2的镜架的一部分围绕包括一个或多个透镜的显示器。为了示出HMD设备2的组件，未描绘镜架的围绕显示器的部分。该显示器包括光导光学元件112、不透明滤光器114、前部右侧透视透镜116和后部右侧透视透镜118。在一个实施例中，不透明滤光器114处于透视透镜116之后并与其对齐，光导光学元件112处于不透明滤光器114之后并与其对齐，而透视透镜118处于光导光学元件112之后并与其对齐。透视透镜116和118是眼镜中使用的标准镜片，并且可根据任何验光单(包括无验光单)来制作。在一些实施例中，HMD设备2将仅仅包括一个透视透镜或者不包括透视透镜。在另一替代方案中，处方镜片可以进入光导光学元件112内。不透明滤光器114滤除自然光(要么逐像素地，要么均匀地)以增加增强现实成像的对比度。光导光学元件112将人造光引导到眼睛。类似地，HMD的左侧包括前部左侧透视透镜119和后部左侧透视透镜121。
在镜腿102处或镜腿102内安装有图像源，该图像源(在一个实施例中)包括用于对增强现实图像进行投影的微显示器120、以及用于将图像从微显示器120引导到光导光学元件112中的透镜122。在一个实施例中，透镜122是准直透镜。增强现实发射器可包括微显示器120、诸如透镜122和光导112等一个或多个光学组件、以及诸如驱动器等相关联的电子装置。这样的增强现实发射器与该HMD设备相关联，并向用户的眼睛发射光，其中该光表示增强现实静态图像或视频图像。
结合附图3A进一步讨论的控制电路136提供支持HMD设备2的其他组件的各种电子装置。处于镜腿102内部或安装在镜腿102处的有耳机130和惯性传感器132。在一个实施例中，惯性传感器132包括三轴磁力计132A、三轴陀螺仪132B、以及三轴加速度计132C(参见图3A)。惯性传感器用于感测HMD设备2的位置、定向、突然加速。例如，惯性传感器可以是用于确定用户头部的定向和/或位置的一个或多个传感器。也可以确定诸如旋转之类的头部移动以及旋转的角速度。
微显示器120通过透镜122来投影图像。可使用不同的图像生成技术。例如，使用透射投影技术，光源被光学活性材料调制并且用白光从背后照亮。这些技术通常是使用具有强大背光和高光能量密度的LED类型的显示器来实现的。使用反射技术，外部光被光学活性材料反射并调制。取决于该技术，照明是由白光源或RGB源来向前点亮的。
光导光学元件112将来自微显示器120的光传送到用户的眼睛140，同时允许来自HMD设备2的光穿过光导光学元件112传送到眼睛140，如箭头142所描绘的，从而允许用户除了接收来自微显示器120的增强现实图像之外还具有HMD设备2的前方空间的实际直接视图。从而，光导光学元件112的壁是透视的。光导光学元件112包括第一反射面124(例如镜面或其他表面)。来自微显示器120的光穿过透镜122并入射到反射面124上，反射面124反射该入射光，使得光通过内反射而被陷在包括光导光学元件112的平面基底内。在基底的表面上进行若干次反射之后，所陷的光波到达选择性反射面126的阵列，包括示例表面126。
反射面126将从基底出射的入射光波耦合进用户的眼睛140。由于不同光线以不同角度击中各反射面126，它们将在基底内部行进并以不同角度被反弹。因此，不同光线将被所述反射面中的不同反射面从基底反射出。关于哪些光线将被哪个表面126从基底反射出的选择是通过选择表面126的合适角度来设计的。在一个实施例中，每只眼睛将具有其自己的光导光学元件112。当HMD设备2具有两个光导光学元件时，每只眼睛都可以具有其自己的微显示器120，微显示器120可以在两只眼睛中显示相同图像或者在两只眼睛中显示不同图像。在另一实施例中，可以存在将光反射到两只眼睛中的一个光导光学元件。
与光导光学元件112对齐的不透明滤光器114要么均匀地，要么逐像素地来选择性地阻挡自然光，以免其穿过光导光学元件112。在一个实施例中，不透明滤光器可以是透视LCD面板、电致变色膜、或类似器件。通过从常规LCD中移除基底、背光和漫射体的各层，可以获得透视LCD面板。LCD面板可包括一个或多个透光LCD芯片，所述透光LCD芯片允许光穿过液晶。例如，在LCD投影仪中使用了这样的芯片。
图3A是描绘HMD设备2的各种组件的框图。图4是描述图1的处理单元4的各种组件的框图。HMD设备组件包括跟踪各种条件的许多传感器。HMD设备将从处理单元4接收关于增强现实图像的指令，并且将传感器信息提供回给处理单元4。处理单元4(其组件在图4中描绘)将接收HMD设备2的传感信息。可选地，处理单元4还接收来自中枢计算设备12(参见图1)的传感信息。基于该信息和/或本文所述的其他准则，处理单元4将确定在何处以及在何时向用户提供增强现实图像并相应地将指令发送给HMD设备。
注意，一些组件(例如面向前方的相机113、眼睛跟踪相机134B、微显示器120、不透明滤光器114、眼睛跟踪照明134A、以及耳机130)是以阴影示出的，以指示出这些设备中的每一种都存在两个，其中一个用于HMD设备的左侧，而一个用于HMD设备的右侧。关于面向前方的相机113，在一种方法中，一个相机用于使用可见光获得图像。眼睛跟踪相机134B和眼睛跟踪照明134A是眼睛跟踪组件134的一部分。
在另一方法中，彼此间具有已知间隔的两个或更多个相机被用作深度相机，以便还获得房间内的物体的深度数据，所述深度数据指示出从相机/HMD设备到该物体的距离。HMD设备的相机可基本上复制计算机中枢12提供的深度相机的功能。
来自面向前方的相机的图像可被用于标识用户的视野中的人、手势、以及其他物体。例如，可确定用户何时作出诸如指向某一物体之类的手势。现实世界物体可被标识并与数据流相关联，或者被用作显示先前相关联的数据流的位置。
控制电路300与电源管理电路302通信。控制电路300包括处理器310、与存储器344(例如DRAM)通信的存储器控制器312、相机接口316、相机缓冲器318、显示驱动器320、显示格式化器322、定时生成器326、显示输出接口328、以及显示输入接口330。GPS电路317和/或蜂窝信号处理电路319可被用于标识HMD设备和用户的位置。在一个方法中，GPS电路317和/或蜂窝信号处理电路319处理由HMD设备的一个或多个天线接收到的相应的信号。在另一方法中，HMD设备接收来自诸如用户的蜂窝电话或中枢计算设备之类的其他计算设备的GPS和/或蜂窝信号处理电路的位置数据。HMD设备还可接收位置知晓网络数据以确定位置数据，或者接收由另一计算设备确定的位置数据。蜂窝信号处理电路使用来自一个或多个蜂窝电话塔的信号来确定位置信息。
在一个实施例中，控制电路300的所有组件都通过专用线路或一个或多个总线彼此进行通信。在另一实施例中，控制电路300的每个组件都与处理器310通信。相机接口316提供到两个面向前方的相机113的接口，并且将从面向前方的相机所接收到的图像存储在相机缓冲器318中。显示驱动器320驱动微显示器120。显示格式化器322向控制不透明滤光器114的不透明度控制电路324提供与微显示器120上所正在显示的增强现实图像有关的信息。定时生成器326被用于向该系统提供定时数据。显示输出接口328是用于将来自面向前方的相机112的图像提供给处理单元4的缓冲器。显示输入接口330是用于接收诸如要在微显示器120上显示的增强现实图像之类的图像的缓冲器。
当处理单元通过导线被附连到HMD设备的镜架，或通过无线链路通信，以及通过腕带被佩戴在用户的腕上时，显示输出接口328和显示输入接口330与作为到处理单元4的接口的带接口332进行通信。该方法降低了HMD设备的镜架承载的组件的重量。如上所述，在其他方法中，处理单元可由镜架承载并且不使用带接口。
电源管理电路302包括电压调节器334、眼睛跟踪照明驱动器337、音频DAC和放大器338、话筒前置放大器音频ADC340、以及时钟生成器345。电压调节器334通过带接口332从处理单元4接收电能，并将该电能提供给HMD设备2的其他组件。眼睛跟踪照明驱动器如上文所述的那样为眼睛跟踪照明134A提供红外(IR)光源。音频DAC和放大器338接收来自耳机130的音频信息。话筒前置放大器和音频ADC340提供用于话筒110的接口。电源管理单元302还向三轴磁力计132A、三轴陀螺仪132B以及三轴加速度计132C提供电能并从其接收回数据。
图3B描绘了图3A的微显示器120的示例实施例。微显示器包括LED面板336和电源组件335。LED面板可包括例如具有低延迟的OLED。OLED使用薄膜显示技术，其中有机化合物形成电致发光材料。进一步，像素可由一个或多个OLED形成。例如，一个像素可包括由相应OLED形成的红、蓝和绿子像素。像素被安排成行和列的网格。为了显示图像数据帧，图像数据作为数据信号经列一次一行地被加载到像素中。在该简化示例中，列是C1-C12，而行是R1-R12。面板电源组件335接收PDC控制信号来调整PDC，如本文所述。进一步，行选择信号选择行之一来加载(如写入)数据。在一个方法中，为每一行提供单独的RDC控制信号。关于PDC控制信号和RDC控制信号的附加细节在图5A-13处提供。图12A-12D提供了关于像素的示例电路的细节。
在一个方法中，移位寄存器341和342存储显示数据(用于设置来自LED的可见光发射的亮度级的数据)和黑视(blackout)数据(用于设置LED的黑阶使得没有可见光发射的数据)，用于在基于行占空比的指定时间使某一行变黑，如下文在图5D的步骤538以及图13中进一步阐述的那样。
图4是图1的处理单元4的组件的一个实施例的框图。控制电路404与电源管理电路406通信。控制电路404包括中央处理单元(CPU)420、图形处理单元(GPU)422、高速缓存424、RAM426、与存储器430(例如DRAM)进行通信的存储器控制器428、与闪存434(或其他类型的非易失性存储)进行通信的闪存控制器432、经由带接口402和带接口332(在被使用时)与HMD设备2进行通信的显示输出缓冲器436、经由带接口402和带接口332(在被使用时)与HMD设备2进行通信的显示输入缓冲器438、与用于连接到话筒的外部话筒连接器442进行通信的话筒接口440、用于连接到无线通信设备446的外围部件互连(PCI)express接口444、以及(一个或多个)USB端口448。
在一个实施例中，无线通信组件446可包括启用的通信设备、蓝牙通信设备、红外通信设备等。无线通信组件446是无线通信接口，在一个实现中，该无线通信接口接收与视听设备16所显示的内容同步的数据。进而，可响应于所接收的数据来显示增强现实图像。在一个方法中，这样的数据是从中枢计算系统12、本地网络(即WLAN)、蜂窝电话网络、本地存储设备或其他源接收的。
USB端口可被用于将处理单元4对接到中枢计算设备12，以便将数据或软件加载到处理单元4上以及对处理单元4进行充电。在一个实施例中，CPU420和GPU422是用于确定在何处、何时以及如何向用户的视野内插入增强现实图像的主负荷设备。
电源管理电路406包括时钟生成器460、模数转换器462、电池充电器464、电压调节器466和HMD电源476。模数转换器462连接到充电插座470以用于接收AC供电并为该系统产生DC供电。电压调节器466与用于向该系统提供电能的电池468进行通信。电池充电器464被用来在从充电插孔470接收到电能之际(通过电压调节器466)对电池468进行充电。HMD电源476向HMD设备2提供电力。
确定在何处、如何以及何时插入增强现实图像的计算可由HMD设备2和/或由与HMD设备通信的计算设备来执行。
在一个示例实施例中，HMD设备将基于HMD设备的视野，创建用户所处环境的模型并跟踪该环境中的各种物体。模型以及跟踪信息被提供给处理单元4。HMD设备2所获得的传感器信息被传送给处理单元4。处理单元4细化用户的视野并向HMD设备2提供关于如何、在何处以及何时插入增强现实图像的指令。
图5A描绘了在头戴式显示设备上提供增强现实图像同时减少运动模糊的过程。在步骤500，在头戴式显示设备上启动增强现实应用。这可自动地或响应于例如用户命令而发生。步骤501确定世界坐标系中显示增强现实图像的位置。关于进一步的细节，见例如图6A-6C。步骤502检测用户的头部的旋转并确定运动模糊的可能性。关于进一步的细节，见例如图5B。在一个方法中，这种确定可每个帧周期作出一次。例如，以60Hz的帧率，帧周期是16毫秒。如果存在运动模糊的显著可能性，则步骤503基于用户的头部的旋转确定减少运动模糊同时保持亮度的RDC和PDC。如果没有运动模糊的显著可能性，则步骤504使用标称RDC和PDC。标称占空比可以是不被调整来减少运动模糊的占空比。这些占空比可以是固定的，或者可以在一个或多个帧周期上变化。例如，在用户向外走到阳光照射的环境中时，标称行和/或PDC可被增加以提供更大的总体亮度级。增加的亮度可帮助保持增强现实图像的可见性。接着，步骤505使用合适的RDC和PDC显示被定位在世界坐标系中的指定位置处的增强现实图像。
一种选项是在帧的起始处每帧确定RDC和PDC一次，并对每一行使用相同的RDC。然而，其他选项是可能的。例如，RDC和PDC可每帧被确定不止一次，或少于每帧一次。进一步，不同RDC可被用于不同行。在一些情况中，黑视数据或无数据可被加载到一个或多个行中，在该情况下这些行可具有0％占空比。不同RDC可被用于像素的不同子像素。进一步，可能使用变化的帧率。
图5B描绘了图5A的用于检测用户的头部的旋转以及运动模糊的可能性的步骤502的示例细节。如结合图3A所提及的，诸如磁力计、加速度计或陀螺仪之类的惯性传感器可由HMD设备承载并被用于感测诸如用户的头部的旋转之类的移动。在一个方法中，旋转是在HMD设备的局部坐标系中检测的。步骤510涉及从传感器获得用户的头部的角速度(AV)的读数。在某些情况下，传感器本身可提供该读数。在其他情况中，传感器向外部处理器提供信息，外部处理器处理该信息以提供所述读数。在一个方法中，所述读数可每帧获得一次。在另一可能的方法中，每帧获得多个读数且最当前的读数被使用。
一般来说，LED面板的行的方向中的角速度分量是感兴趣的。例如，假设行是水平的，角速度分量可以是局部坐标系的xh-zh平面中每单位时间的方位角旋转(度数)，如图6D中所描绘的。步骤511确定增强现实图像中的像素被用户的头部以特定角速度旋转所对向的速率。该速率可按每单位时间(诸如帧周期(Fp))所对向的像素数量(Np)来表示，例如Np/Fp＝AV×面板的角度分辨率×Fp。某一时间周期中所对向的像素数是模糊的度量。
面板的角度分辨率或像素密度(以像素/每度为单位)是面板中像素的数量与视野的范围的函数。示例是10-30像素/度。角度分辨率可被定义为每个像素对向角(angularsubtense)，它是通过将任一方向中的视野除以该方向中的对应像素数量来估计的。示例角速度是100-300度/秒。角速度或Np/Fp(作为彼此的代替)可被用于确定RDC和PDC。关于进一步细节也参见图6D和7A。
图5C描绘了图5A的用于确定在保持亮度的同时减少运动模糊的RDC和PDC的步骤503的示例细节。判决步骤520确定Np/Fp是否大于阈值级。例如，见图8A和8B。如果判决步骤520为真，则步骤521基于Np/Fp确定该帧的RDC和PDC。如果判决步骤522为假，则步骤522使用标称RDC和PDC用于该帧。例如，见图7B。
图5D描绘了图5A的用于使用确定出的RDC和PDC显示锁定到世界坐标系中的某一位置的增强现实图像的步骤505的示例细节。在步骤529，帧周期开始。步骤530激活PDC控制信号。步骤531设置行索引＝1以表示面板中的第一行。步骤532开始第i行的行周期。行周期是一个行被寻址的时间与下一行被寻址的时间之间的时间段，且专门用于行以执行诸如重置该行然后将显示数据写入该行的像素中之类的功能(步骤533)。所述重置涉及将电容器接地以确保电容器不保持电荷。
所述写入涉及根据每个LED的所需亮度级来设置电容器(电荷存储元件)的电荷级。如结合图12A-12D进一步阐述的，电荷可被施加于控制来自电源的到达LED的电量的晶体管的控制栅极。越多的电荷导致越多的电能到达LED，因此导致更大的亮度。重置和写入可关于PDC控制信号来定时。
步骤534将RDC控制信号设置为该行的相关联的导通级。RDC控制信号和PDC控制信号一起控制该行的像素何时可发光。
一旦数据已被加载到一行中，则下一行可被选择。在判决步骤535，如果存在帧中的下一行来寻址，则行索引i在步骤536递增，且在步骤532开始下一行的行周期。如果当前行是该帧中的最后一行，则在步骤529下一帧开始。
并且，在步骤534之后，步骤537在合适的时间被执行。该步骤涉及针对第i行将RDC控制信号设置为相关联的关断级。作为响应，多个选项之一可被选择来防止在一帧周期中从该行的LED进一步发光。在步骤538，一个选项是在重置并将显示数据写至下一行(在步骤537的合适的时间之后要用显示数据写入的下一行)之后直接重置并将黑视数据写至第i行。关于进一步细节参见图9A和9C，其中图9A表示第i行，而图9C表示在所述合适的时间之后要被写入显示数据的下一行。在步骤539，另一选项是使用面板级晶体管对第i行中的电容器放电，如在图12A处进一步讨论的(见晶体管T5)。在步骤540，另一选项是使用LED级晶体管对第i行中的电容器放电，如在图12B处进一步讨论的(见晶体管T6)。在步骤541，另一选项是使用行级晶体管终止对第i行中的LED供电，如在图12C处进一步讨论的(见晶体管T7)。在步骤542，另一选项是使用LED级晶体管终止对第i行中的LED供电，如在图12D处进一步讨论的(见晶体管T8)。其他实现也是可能的。
图6A描绘了在世界坐标系中的固定位置处的示例现实世界图像。区域600表示HMD设备的面向前方的相机的视野中的现实世界物体。作为示例，HMD设备可运行一应用，该应用中食品601、602和603(蛋糕粉的盒子)被标识，诸如位于杂货店的货架上。该应用识别这些食品并基于用户的偏好以及食品的匹配特征来确定推荐给用户的一个或多个食品。例如，用户可能偏爱素食食品。食品601被识别为是素食，因为容器上的“V”(标志604)该应用因此推荐该食品，并通过以该物品周围的框的形式提供增强现实图像605向用户突出显示该食品的位置，如图6B中所描绘的。
图6B描绘了其中用户观察到作为图6A中的盒子周围的框的增强现实图像的场景。该增强现实图像可被锁定到世界坐标系611中的食品601的现实世界位置，使得所述框继续在适当的位置出现在食品601的周围，即使用户移动他们的头部同时在他们的视野中继续看向该食品。世界坐标系具有标记为xw、yw和zw的坐标轴。示例像素606是增强现实图像605的一部分。用户被描绘为在他们的头610上戴着HMD设备2并经视线612查看像素606。HMD设备具有局部坐标系611，坐标轴被标记为x、y和z。
图6C描绘了其中用户的头部旋转从而导致增强现实图像的运动模糊的可能性的场景。该增强现实图像看上去位于现实世界中偏移了角度“a”的位置处。该偏移由察觉到的增强现实图像605(包括视线612中的像素606)到增强现实图像605a(包括视线612a中的像素606a)的移动来表示。这导致了增强现实图像中察觉到的模糊，从而降低了用户的体验质量。当增强现实图像的下一帧被显示时，图像的位置将在局部坐标系中改变，因为用于表示该增强现实图像的像素将改变。然而，在一个方法中，图像的位置在世界坐标系中将是固定的，因为用于表示该增强现实图像的像素旨在位于食品601周围的固定位置处。增强现实图像的每个帧的模糊可随着用户的头部继续移动而继续。
图6D描绘了图6C的场景的俯视图，示出察觉到的示例像素的移动。增强现实图像的视野615位于边界线613和614之间。用户的头部610旋转角度“a”，如由用户的头部的中心轴从位置616到位置617的改变所指示的那样。角速度是a/t，其中“t”是移动时间。该示例示出在一个帧周期上发生的相对小的移动，但是该移动可继续而超出一个帧周期，如所提及的。区域618表示该帧周期中所对向的像素数。这对应于运动模糊量。
图7A描绘了示出按时间变化的头部旋转的示例图表。x轴描绘了时间，而y轴描绘了角速度(AV)的大小(或者相当于每帧周期所对向的像素数)。Th是阈值，而L1和L2是相应的大小。该阈值在t1和t2之间以及t3和t4之间被超出，从而触发了RDC和PDC的调整，如图7B中所描绘的。Th可以是0或更大。如果Th大于0，则小于Th的小的头部旋转速率可被忽略。
图7B描绘了根据图7A的头部旋转，示出按时间变化的RDC和PDC中的调整的示例图表。x轴描绘了时间，而y轴描绘了占空比。时间轴在图7A-7C中相同。标绘702(实线)描绘了RDC，而标绘703(虚线)描绘了PDC。在该示例中，RDC处于100％的标称级，而PDC处于30％的标称级。为了实现如图7C所描绘的基本恒定的亮度，可设置条件为RDC(％)×PDC(％)＝常数。该常数可以是：标称RDC(％)×标称PDC(％)＝3000。换言之，LED在一帧周期的大致30％中发光。RDC在t1和t2之间被减少到30％，以及在t3和t4之间被减少到70％。与为了减少运动模糊对RDC的设置相呼应，PDC在t1和t2之间被增加到100％(3000/30)，以及在t3和t4之间被增加到43％(3000/70)，以保持亮度。从而，存在并发的行的RDC的减少与LED面板的PDC的增加。进一步，与角速度成比例地减少RDC和增加PDC。如所提及的，角速度位于关于头戴式显示设备的坐标系的方位角方向中。
注意，RDC控制信号可在重置和写入发生的短时间间隔内无效。因此，100％的RDC可表示RDC控制信号可在RDC控制信号有效的100％的时间内处于导通级，且这可稍微小于全帧周期。
根据这些图的过程包括控制安排成行的LED的面板来显示增强现实图像，其中所述控制包括将行的RDC设置在相关联的初始级(如100％)以及将面板的PDC设置在相关联的初始级(如30％)。该过程包括确定在一时间周期期间用户的头部旋转，且在该时间周期期间将RDC设置在比行的相关联的初始级低的较低级(如30％或70％)以及将面板占空比设置到比面板的相关联的初始级高的较高级(如100％或43％)。该过程进一步包括在该时间周期之后，将RDC设置回行的相关联的初始级以及将PDC设置回面板的相关联的初始级。
图7C描绘了根据图7B的RDC和PDC，示出按时间变化的LED面板的亮度级的示例图表。RDC中的减少可被PDC中的增加来抵消，使得发光二极管发光的时间(且因此面板的亮度)在增强现实图像的一帧周期期间大致恒定(例如在标称亮度级的+/-10％内)。这是令人希望的，因为与减少RDC而不改变PDC的情况相比，它避免了用户察觉到减少的亮度。亮度是在一帧周期每个像素被照亮的总时间的函数。尽管RDC中的减少单独地将导致总照明时间的减少，但是该减少被PDC中的增加抵消，使得每个照明脉冲更长。关于示例细节见图10A-11C。
图8A描绘了用于基于头部旋转来设置RDC和PDC的示例图表。例如，这可在处理器的控制逻辑中实现。一个x轴描绘了Np/Fp，而另一x轴描绘了AV。Y轴描绘了占空比。实线和三角形数据点(标绘704)描绘了RDC，而虚线和正方形数据点(标绘706)描绘了PDC。当Np/Fp小于诸如2个像素之类的下限阈值时，在占空比中不作出改变。当Np/Fp处于该下限阈值与上限阈值(例如12个像素)之间时，占空比被渐进地且成比例地改变。当Np/Fp超出该上限阈值时，不在占空比中作出进一步的改变。出于实际原因，占空比应落在相应的上限和下限之间。在该示例中，RDC的范围在30-100％之间，而PDC的范围也在30-100％之间。类似地，当AV小于一下限阈值(AV1)时，在占空比中不作出改变。当AV处于该下限阈值与一上限阈值(AV2)之间时，占空比被渐进地且成比例地改变。当AV超出该上限阈值时，不在占空比中作出进一步的改变。
图8B描绘了作为图8A的替代的示例图表，其中提供了RDC和PDC的离散级。为了简化该实现，被使用的占空比的级数可被限制到一些离散级，使得Np/Fp或AV的范围与RDC的离散值(实线)之一以及PDC的离散值(虚线)中相应的一个相关联。例如，小于2个像素的Np/Fp与100％/30％(行/面板)占空比相关联，2-4个像素之间的Np/Fp与85％/35％(行/面板)占空比相关联，4-6个像素之间的Np/Fp与73％/41％(行/面板)占空比相关联，6-8个像素之间的Np/Fp与60％/50％(行/面板)占空比相关联，8-10个像素之间的Np/Fp与45％/67％(行/面板)占空比相关联，超出10个像素的Np/Fp与30％/100％(行/面板)占空比相关联。
图9A描绘了示出面板的第一行的70％RDC控制信号(RDCcc)的时间线900。在帧n的开始处，重置操作可被执行以确保该行中LED的电容器被放电。写操作然后被执行以将数据加载到该行的每个像素中。这可涉及根据像素的所需亮度级来在电容器上设置新电荷。RDCcc对于帧n的前70％处于相关联的导通级，而对于帧周期n的剩余30％处于相关联的关断级。处于相关联的导通级的该控制信号指示出该行中的像素被允许(但并非必须)发光。如果PDC控制信号也处于相关联的导通级(且写入LED的数据指示出它应发光)，则像素将发光。在一个选项中，当相应的RDCcc从相关联的导通级转换到相关联的关断级时，重置被附加地或替代地执行。该方法是令人希望的，因为它不会针对每个LED涉及附加的晶体管。在其他方法中，存在针对每个LED的附加的晶体管用于防止从该行进一步照亮。
在一个示例中，存在60Hz的帧率，且帧周期是16毫秒。作为一简化示例，假设有一千个行。从而，每个行周期是16微秒。RDC可被定义为显示器中的任一特定扫描线将照亮其被分配的值的全帧时间的百分比。这是可在0-100％之间指定的值。70％的RDC本身将造成每个行在将数据写入该行之后保持照亮11.2毫秒。这在全帧的时间尺度上。控制该值允许限制运动模糊。指定低于100％的值实际上将在内容的连续帧之间插入黑帧。
进一步，面板PWM占空比可被定义为全面板被照亮的每个行周期的百分比。这可以被指定为0-100％的值。100％的PDC本身将意味着在每个线时间(linetime)期间，面板被照亮完整的16微秒。30％的PDC本身将意味着在每个线时间(linetime)期间，面板被照亮4.8微秒。
尽管独立地操纵RDC或面板占空比将导致可观察到的亮度变化，相配合地控制它们允许在保持恒定亮度的同时对RDC进行调整(有效地控制运动模糊)。除了减少运动模糊之外，还可能在低运动场景中使面板寿命最优化，从而增加RDC并减少了使显示器突显的PDC。
对行的重置和写入在小于行周期的时间内完成，通常在行周期的一小部分内，使得下一行可无延迟地被寻址。一但LED的电容器被充电，在一个方法中它可保持充电达一个帧周期，或者至少是只要RDC控制信号处于相关联的导通级就保持充电。
图9B描绘了示出面板的第二行的70％RDC控制信号的时间线910。与行1的RDC控制信号的导通周期的开始相比，在一行周期的延迟之后，行2的RDC控制信号被设置成导通级。在行1的RDC控制信号被设置成关断级之后的一个行周期后，行2的RDC控制信号被设置成关断级，并保持在关断级直到下一帧(帧n+1)开始之后的一个行周期为止。
图9C描绘了示出具有Nr×RDC/100+1索引的行的70％RDC控制信号的时间线920，其中Nr是一帧中的行数。与行1的RDC控制信号的导通周期的开始相比，在Nr×RDC/100个行周期的延迟之后，该行的RDC控制信号被设置成导通级。该行的RDC控制信号接着在帧n+1的中途被设置成关断级，然后在一个行周期之后再次返回导通级。
与图5D的步骤538相一致，行1中的RDCcc的导通-关断转换可涉及重置并将黑视数据写至行1，这是由时间t1处行Nr×RDC/100+1中显示数据的重置和写入的完成而触发的，如由线921所表示的那样。实质上，t是步骤537中所提及的针对i＝第1行将RDCcc设置为相关联的关断级的“合适的时间”。在第1行之后的Nr×RDC/100行之后，选择行Nr×RDC/100+1。例如，就Nr＝1000且RDC＝70％而言，图9C的行索引是i＝701，这比第1行落后第700行。继续该模式，行2中的RDCcc的导通-关断转换可涉及重置以及将黑视数据写至行2，这由行Nr×RDC/100+2中显示数据的重置和写入的完成而触发。该过程相应地继续。该方法是有利的，因为不使用额外的硬件。相反，控制逻辑可被配置成在每行中执行附加的重置和写入黑视数据。从而，在一个行周期中，每个行被重置并用显示数据写入，接着在该行周期中途被重置并用黑视数据写入。这在RDC<100％时适用。
两个移位寄存器可被使用，其中显示数据初始地被存储在一个寄存器(如341)中，而黑视数据被存储在另一寄存器(如342)中。例如，图13描绘了与图5D的步骤538相一致的用于使用两个移位寄存器来将显示数据和黑视数据写入行的过程。步骤1300包括针对第Nr×RDC/100+1行将显示数据加载到第一寄存器。步骤1301包括将显示数据从第一寄存器写入第Nr×RDC/100+1行，同时将黑视数据加载到第二寄存器。步骤1302包括将黑视数据从第二寄存器写入第1行，同时将针对第Nr×RDC/100+2行的显示数据加载到第一寄存器。步骤1303包括将显示数据从第一寄存器写入第Nr×RDC/100+2行，同时将黑视数据加载到第二寄存器。该过程相应地进行。在一个方法中，对于其中RDC<100％的第一帧，黑视数据将不被写入，直到到达第Nr×RDC/100+1行。
图9D描绘了示出面板的最后一行的70％RDC控制信号的时间线930。与行1的RDC控制信号的导通周期的开始相比，在例如999个行周期(假设1000个行)的延迟之后且在帧n的结束之前一个行周期，最后一行(行1000)的RDC控制信号被设为导通级。行1000的RDC控制信号接着在帧n+1的中途被设置成关断级，然后在帧n+2的开始之前的一个行周期再次返回导通级。
图10C描绘了在存在如图10A中所描绘的70％RDC控制信号1000以及如图10B中所描绘的43％PDC控制信号1010时，某一行按时间变化的光输出1020。在该示例中，LED在帧周期的70％×43％＝30％中发光。
图11C描绘了在存在如图11A中所描绘的43％RDC控制信号1300以及如图11B中所描绘的70％PDC控制信号1310时，某一行按时间变化的光输出1320。在该示例中，LED再次在帧周期的43％×70％＝30％中发光。
图12A描绘了与图5D中的步骤539对应的图3B的LED面板336的示例实施例，其中电容器在第i行使用列级重置晶体管T5放电。面板电路1200包括用于每个LED的电路1202。每个电路1202包括具有阴极(-)和阳极(+)的LED。阴极接地，而阳极连接至晶体管T4。T4的栅极G具有根据电容器C上的电荷设置的电压。LED的亮度由该电荷来控制，因为该电荷控制T4的导通程度。如果T4相对更导通，则它允许相对更多的电流从电力线(PL)到达LED。在写入过程中，当行选择线(RSL)为高时，晶体管T2和T3是导通的，使得电容器根据数据线(DL)上的数据信号被充电。面板电源可根据经线1201施加于晶体管T1的栅极的PDC控制信号(PDCcc)来被导通和关断。当PDCcc为高时，T1是导通的，而电源线接地，因此面板没有光输出。当PDCcc为低时，T1是非导通的，而电源线不接地，因此当RDC控制信号也为高时，可以存在行的光输出。
晶体管T5连接至每一数据线。当RDC控制信号为高(使T5导通)且行选择信号为高(使T2导通)时，电容器C可被放电。在一个方法中，当行占空比控制信号从高向低转换(导通到关断)时，该放电发生在行周期的中途。在一个方法中，线PL与面板中的每个LED通信，线RSL与行中的每个LED通信，而线DL与列中的每个LED通信。
在该情况中，每个发光二极管包括电容器，该电容器根据该发光二极管的所需亮度来被充电至所需电平。进一步，当相应的RDC控制信号处于相关联的导通级时，该电容器处于充电状态，而当相应的RDC控制信号转换到相关联的关断级时，该电容器被重置成放电状态。
电路1200也可被用于实现图5D的步骤538，其中在重置并然后将显示数据写至下一行之后，控制将黑视数据写至第i行。RDCcc被用在控制逻辑内，而不必作为信号施加到面板。将黑视数据写至LED实质上重置了LED，以将LED的电容器提供在放电状态。
图12B描绘了与图5D中的步骤540对应的图3B的LED面板336的示例实施例，其中电容器在第i行使用LED级晶体管T6放电。面板电路1220包括用于每个LED的电路1222。每个电路1222包括LED，其中阴极接地，而阳极连接至晶体管T4。T4的栅极G具有根据电容器C上的电荷设置的电压。在写入过程中，当行选择线(RSL)为高时，晶体管T2和T3是导通的，使得电容器根据数据线(DL)上的数据信号被充电。
进一步，T6可将电容器连接至地。线1221连接至行的每个LED中的T6的栅极，使得当RDC控制信号为高时T6是非导通的。当RDC控制信号为低时，T6是导通的，从而使电容器放电，使得LED不能经T4从电源线接收电力。例如，T6可以是耗尽型MOSFET，而其他晶体管是增强型MOSFET。
如关于图12A所讨论的，面板电源可根据经线1223施加至晶体管T1的栅极的PDCcc来被导通和关断。晶体管T5连接至每个数据线，并可为电容器提供替代的放电路径。
图12C描绘了与图5D中的步骤541对应的图3B的LED面板336的示例实施例，其中使用行级晶体管T7终止对LED的供电。面板电路1230包括用于每个LED的电路1232，且类似于图12A的电路1202。在该情况中，每行存在从电源面板线(PL)分出的单独的行电力线(RPL)。当RDCcc处于相关联的导通级时，由RDCcc控制的T7将PL连接至RPL，而当RDCcc处于相关联的关断级时，T7不将PL连接至RPL。
图12D描绘了与图5D中的步骤542对应的图3B的LED面板336的示例实施例，其中使用LED级晶体管T8终止对LED的供电。面板电路1240包括用于每个LED的电路1242。每个电路1242包括LED，其中阴极接地，而阳极连接至晶体管T8。T8连接至晶体管T4。T4的栅极G具有根据电容器C上的电荷设置的电压。在写入过程中，当行选择线(RSL)为高时，晶体管T2和T3是导通的，使得电容器根据数据线(DL)上的数据信号被充电。
进一步，线1243连接至行中每个LED中的T8的栅极，使得当RDC控制信号处于相关联的导通级时T8是导通的。当T8导通时，LED可从电力线接收电力。当RDC控制信号处于相关联的关断级时，T8是非导通的，使得LED不能从电力线接收电力。
如所讨论的，面板电源可根据经线1241施加于T1的栅极的PDC控制信号来被导通和关断。重置晶体管T5连接至每一数据线。
图12A-12D的电路的其他变型也是可能的。
存储设备和工作存储器是有形、非瞬态计算机或处理器可读的存储/存储器设备的示例。存储设备包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任意方法或技术来实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动的设备。计算机存储设备包括RAM、ROM、EEPROM、高速缓存、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、记忆棒或卡、磁带盒、磁带、介质驱动器、硬盘、磁盘存储或其他磁性存储设备、或能用于存储所需信息且可以由计算机访问的任何其他设备。
尽管用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本主题，但可以理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征或动作。更确切而言，上述具体特征和动作是作为实现权利要求的示例形式公开的。

Claims (10)

1.一种头戴式显示设备，包括：
微显示器，所述微显示器显示增强现实图像并包括安排成行的发光二极管的面板；
传感器，所述传感器感测用户的头部的角速度；以及
至少一个控制电路，为了减少所述增强现实图像的运动模糊，所述至少一个控制电路通过并发地减少所述行的行占空比并增加所述面板的面板占空比以响应于所述角速度来控制所述微显示器。
2.如权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于：
所述行占空比中的减少与所述面板占空比中的增加成比例，使得在所述增强现实图像的一帧周期期间，每个发光二极管的导通时间且因此所述面板的亮度级基本恒定。
3.如权利要求1或2所述的头戴式显示设备，其特征在于：
所述行占空比与所述角速度成比例地减少，而所述面板占空比与所述角速度成比例地增加。
4.如权利要求1至3中任一项所述的头戴式显示设备，其特征在于：
对于每一行，所述行占空比是根据从相关联的导通级转换到相关联的关断级的相应的行占空比控制信号来提供的；
所述面板占空比是根据在相关联的导通级和关断级之间转换的面板占空比控制信号来提供的；以及
在行占空比处于相关联的导通级同时面板占空比处于相关联的导通级时，每一行的发光二极管是导通的，而在其他时间是关断的。
5.如权利要求1至4中任一项所述的头戴式显示设备，其特征在于：
每个发光二极管包括一电容器，该电容器根据该发光二极管的所需亮度来被充电至所需电平；以及
对于每个发光二极管，当相应的行占空比控制信号处于相关联的导通级时，所述电容器处于充电状态，而当该相应的行占空比控制信号转换到相关联的关断级时，所述电容器处于放电状态。
6.如权利要求5所述的头戴式显示设备，其特征在于：
对于每个发光二极管，通过将黑视数据写至该发光二极管，将所述电容器提供在所述放电状态。
7.如权利要求1至6中任一项所述的头戴式显示设备，其特征在于：
所述增强现实图像包括在一帧周期中被写至所述发光二极管的一帧图像数据；
所述面板具有角度分辨率；
所述至少一个控制电路根据所述角速度与所述角度分辨率以及所述帧周期的乘积来确定在所述帧周期中所对向的像素数，每个像素包括所述发光二极管中的一个或多个发光二极管；以及
根据在所述帧周期中所对向的所述像素数，所述行占空比被减少而所述面板占空比被增加。
8.如权利要求1至7中任一项所述的头戴式显示设备，其特征在于：
在行的行占空比减少而面板的面板占空比增加的同时，在所述增强现实图像的多个帧上，所述增强现实图像被锁定至世界坐标系中的固定位置。
9.一种用于控制头戴式显示设备的方法，包括：
使用安排成行的发光二极管的面板显示增强现实图像；
感测用户的头部的旋转；以及
确定所述旋转何时指示出所述增强现实图像的运动模糊可能发生；以及
当所述旋转指示出所述增强现实图像的运动模糊可能发生时，通过并发地减少行的行占空比以及增加面板的面板占空比来减少或避免所述运动模糊。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：
所述行占空比中的减少与所述面板占空比中的增加成比例，使得在所述增强现实图像的一帧周期期间，每个发光二极管的导通时间且因此所述面板的亮度级基本恒定。
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