CN107203047A - 基于裸眼3d显示的增强现实系统 - Google Patents

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陈佳毅
李焜阳
张爱琴
范杭
陈朝春
周延桂
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Abstract

本发明公开了一种基于裸眼3D显示的增强现实系统，包括裸眼3D显示终端、跟踪识别模块和半反半透镜，所述裸眼3D显示终端包括背光模组、光源控制模块、透镜阵列和图像显示层，所述跟踪识别模块用于获取观看者人眼或者人脸所在视区的位置信息，并将所述位置信息传送至所述光源控制模块；所述光源控制模块分别与所述背光模组和图像显示层电性连接。本发明提供的增强现实系统将裸眼立体显示和增强现实结合起来，不仅降低了增强现实系统中存在的不适感、模糊感和闪烁感，提高了图像或者交互信息的出屏感和层次感，观看者在观看视区内可以看到清晰的三维成像扑面而来的真实感。

Description

基于裸眼3D显示的增强现实系统
技术领域
本发明涉及一种增强现实领域，具体公开了一种基于裸眼3D显示的增强现实系统。
背景技术
裸眼3D显示(又称自由立体显示)是显示技术重要的发展趋势，有着光明的发展前景。该技术主要是基于双目视差原理，即通过不同的技术方案使得观看者的左右眼分别接受不同的图像，经观看者大脑处理后融合成立体影像，从而产生立体视觉效果。
目前主流的裸眼立体显示技术主要包括柱状透镜技术、视差屏障技术以及指向式背光技术这三种。不管是柱状透镜技术还是视差屏障技术，这两种技术方案都会使得图像的分辨率损失一半以上。而指向式背光技术不仅不会降低图像的分辨率，而且还能实现较低的串扰率，因而有着更好的应用前景。
相比于平面显示，基于双目视差的立体显示给我们双眼输送的有一定景深的图像能够带来更好的深度信息，且三维图像比二维图像更具立体感和真实感。随着技术的成熟，立体显示技术会慢慢的取代平面显示，而无需辅助设备的自由立体显示更是必然趋势。
相比于当前热门的AR等增强现实方案，融合了自由立体显示技术的增强现实系统可以一定程度上减少由于辅助式设备带来的负重等，给观看者提供更好的舒适度。
在增强现实系统中往往存在由于辅助式设备给观看者带来的疲劳度和不适感，由于分辨率下降带来的模糊感，由于人眼跟踪精确度问题带来的闪烁感，以上这些问题都会降低用户的观看体验，增强现实领域发展存在一定的技术瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于裸眼3D显示的增强现实系统，旨在解决现有的增强现实系统存在的不适感、模糊感和闪烁感的缺陷。
为此，本发明提供了一种基于裸眼3D显示的增强现实系统，包括裸眼3D显示终端、跟踪识别模块和半反半透镜，所述裸眼3D显示终端包括背光模组、光源控制模块、透镜阵列和图像显示层，所述跟踪识别模块用于获取观看者人眼或者人脸所在视区的位置信息，并将所述位置信息传送至所述光源控制模块；
所述光源控制模块分别与所述背光模组和图像显示层电性连接，所述光源控制模块从所述图像显示层中获取图像刷新的同步信号，并同步控制所述背光模组发出照明光束，所述背光模组发出的所述照明光束依次经所述透镜阵列和所述图像显示层后，经所述半反半透镜反射在一观看视区。
优选地，还包括一固定支架，所述裸眼3D显示终端、跟踪识别模块和半反半透镜安装于所述固定支架上。
优选地，所述半反半透镜为一无色透明的分光镜。
优选地，所述半反半透镜与所述图像显示层之间的角度为0°～90°，以及，根据所述观看视区与所述半反半透镜之间的距离调整所述半反半透镜至所述图像显示层的垂直距离。
优选地，所述背光模组包括若干能独立控制亮度的发光单元，所述图像显示层包括若干图像显示单元，所述发光单元与所述图像显示单元一一对应。
优选地，所述发光单元为发光二极管或者有机发光二极管。
优选地，所述的光源控制模块从所述图像显示层中获取图像刷新的同步信号，并同步控制所述发光模块，使得所述发光模块以大于或等于100Hz的频率输出照明光束。
优选地，所述透镜阵列设置于所述背光模组和所述图像显示层之间，包括多个透镜，并且所述透镜阵列对应于至少两个所述发光单元。
优选地，所述透镜阵列为菲涅尔透镜阵列。
优选地，所述跟踪识别模块包括一个或者多个摄像头模块。
本发明的有益效果是：
本发明提供的基于裸眼3D显示的增强现实系统将裸眼立体显示和增强现实结合起来，裸眼3D显示终端发出的照明光束通过半反半透镜反射至一观看视区，在该观看视区与透过所述半反半透镜的光线叠加在一起形成增强现实画面，不仅降低了增强现实系统中存在的不适感、模糊感和闪烁感，提高了图像或者交互信息的出屏感和层次感，观看者在观看视区内可以看到清晰的三维成像扑面而来的真实感。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明第一实施例提供的基于裸眼3D显示的增强现实系统的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的基于裸眼3D显示的增强现实系统从背光模块投射至观看视区的结构示意图；
图3是本发明第二实施例提供的基于裸眼3D显示的增强现实系统的结构示意图。
图中：
10—裸眼3D显示终端；11—背光模组；12—透镜阵列；13—光源控制模块；20—图像显示层；30—半反半透镜；40—人眼跟踪模块；50—固定支架；60—观看视区。
具体实施方式
本发明实施例所提供的基于裸眼3D显示的增强现实系统可以克服当前增强现实辅助式设备带来的疲劳度和不适感，由于分辨率下降带来的模糊感，由于人眼跟踪精确度问题带来的闪烁感，从而实现高分辨率低串扰率，精准的人眼跟踪和瞳孔定位，良好的出屏效果以及扑面而来的真实感，无需佩戴任何辅助设备。
在本发明所述的各个实施例中，为了方便描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书中以及权力要求书中使用的术语“连接”并非限定于物理的或者机械的连接，也可以是电性的连接。不管是直接的还是间接的，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，该相对位置关系也相应地改变。
图1是本发明第一实施例提供的基于裸眼3D显示的增强现实系统的结构示意图。如图1所示，该基于裸眼3D显示的增强现实系统包括裸眼3D显示终端10、跟踪识别模块40和半反半透镜30。
所述裸眼3D显示终端10包括背光模组11、光源控制模块13、透镜阵列12和图像显示层20。
所述背光模组11包括若干能独立控制亮度的发光单元，并且背光模组11受光源控制模块13的控制，根据人眼跟踪模块40由观看视区60反馈得到的信息实时切换发光单元的位置和数量，以达到最优的立体显示效果和增强现实系统的出屏感。在本实施例中，所述的背光模组11以大于或者等于100Hz的频率交替刷新立体图像，并与图像显示层20的刷新频率保持一致，从而最大程度地降低背光模组11和图像显示层20由于拍频带来的拍频。
所述图像显示层20包括若干图像显示单元，所述发光单元与所述图像显示单元一一对应。所述发光单元为发光二极管或者有机发光二极管。图像显示层20用于刷新立体图形序列，图形显示单元可以为一个液晶显示单元(LCD)也可以是有机发光二极管(OLED)屏幕等。图像显示单元的刷新频率优选与背光模组11的刷新频率保持一致，优选选择以100Hz或以上的频率交替刷新立体图像序列。背光模组11的特定发光单元经过透镜阵列12后以透射方式穿透图像显示单元的过程中，所述图像显示单元加载图像信息，并传递到特定的观看视区60的空间位置。所述的光源控制模块13分别与所述的背光模组11和所述的图像显示单元电性连接。光源控制模块13用于获取图像显示单元的同步信号，并以此频率同步控制背光模组11，使得背光模组11能够以大于或者等于100Hz的频率输出照明光束。
所述光源控制模块13分别与所述背光模组11和图像显示层20电性连接，所述的光源控制模块13从所述图像显示层20中获取图像刷新的同步信号，并同步控制所述发光模块，使得所述发光模块以大于或等于100Hz的频率输出照明光束。所述背光模组11发出的所述照明光束依次经所述透镜阵列12和所述图像显示层20后，经所述半反半透镜30反射在一观看视区60。
所述透镜阵列12设置于所述背光模组11和所述图像显示层20之间，包括多个透镜，并且所述透镜阵列12对应于至少两个所述发光单元。所述透镜阵列12为菲涅尔透镜阵列12。
所述跟踪识别模块包括一个或者多个摄像头模块，用于获取观看者人眼或者人脸所在视区的位置信息，并将所述位置信息传送至所述光源控制模块13。如图1所示，该增强现实系统的跟踪模块以最优的角度放置于半反半透镜30与图像显示层20两个模块之间，上述的最优角度以最佳的跟踪精度和系统需求为标准，且保证不会被半反半透镜30等其他模块所遮档而影响跟踪效果。
所述半反半透镜30为一无色透明的分光镜。所述半反半透镜30与所述图像显示层20之间的角度为0°～90°，优选为45°。所述半反半透镜30与所述图像显示层20之间的垂直距离可以根据所述观看视区60与半反半透镜30的距离进行调整。在本实施例中，半反半透镜30是一种具有特定反射率和透过率的无色透明的分光镜，上述的半反半透镜30将来自图像显示层20的光线导至特定的观看视区60并配合人眼跟踪模块40实现立体现实的增强现实效果。该增强现实系统所采用的半反半透镜30的反射率和透过率是根据背光模组11所提供和观看视区60所需的亮度以及系统整体的观看效果进行适当的调整。
此外，本实施例提供的基于裸眼3D显示的增强现实系统还包括一固定支架50，所述裸眼3D显示终端10、跟踪识别模块和半反半透镜30安装于所述固定支架50上。
图2是本发明实施例提供的基于裸眼3D显示的增强现实系统从背光模块投射至观看视区的结构示意图。工作时，背光模组11发出的光经过透镜阵列12后打到图像显示层20，并以透射的方式穿透上述的图像显示层20的过程中，所述图像显示层20加载图像信息，并通过半反半透镜30反射至特定的观看视区60，在该观看视区60与透过所述半反半透镜30的光线叠加在一起形成增强现实画面。
图3是本发明第二实施例提供的基于裸眼3D显示的增强现实系统的结构示意图。如图3所示，该基于裸眼3D显示技术的增强现实系统的跟踪模块放置于系统的顶部由支架所固定，跟踪模块的选择以最佳的跟踪精度为标准，受观看距离所影响，采用广角的摄像头以改进达到最优的观看效果。
上述实施方式提供的基于裸眼3D显示的增强现实系统将裸眼立体显示和增强现实结合起来，裸眼3D显示终端10发出的照明光束通过半反半透镜30反射至一观看视区60，在该观看视区60与透过所述半反半透镜30的光线叠加在一起形成增强现实画面，不仅降低了增强现实系统中存在的不适感、模糊感和闪烁感，提高了图像或者交互信息的出屏感和层次感，观看者在观看视区60内可以看到清晰的三维成像扑面而来的真实感。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于裸眼3D显示的增强现实系统，其特征在于其包括：裸眼3D显示终端、跟踪识别模块和半反半透镜，所述裸眼3D显示终端包括背光模组、光源控制模块、透镜阵列和图像显示层，所述跟踪识别模块用于获取观看者人眼或者人脸所在视区的位置信息，并将所述位置信息传送至所述光源控制模块；
所述光源控制模块分别与所述背光模组和图像显示层电性连接，所述光源控制模块从所述图像显示层中获取图像刷新的同步信号，并同步控制所述背光模组发出照明光束，所述背光模组发出的所述照明光束依次经所述透镜阵列和所述图像显示层后，经所述半反半透镜反射在一观看视区。
2.如权利要求1所述的基于裸眼3D显示的增强现实系统，其特征在于：还包括一固定支架，所述裸眼3D显示终端、跟踪识别模块和半反半透镜安装于所述固定支架上。
3.如权利要求2所述的基于裸眼3D显示的增强现实系统，其特征在于：所述半反半透镜为一无色透明的分光镜。
4.如权利要求3所述的基于裸眼3D显示的增强现实系统，其特征在于：所述半反半透镜与所述图像显示层之间的角度为0°～90°，以及，根据所述观看视区与所述半反半透镜之间的距离调整所述半反半透镜至所述图像显示层的垂直距离。
5.如权利要求4所述的基于裸眼3D显示的增强现实系统，其特征在于：所述背光模组包括若干能独立控制亮度的发光单元，所述图像显示层包括若干图像显示单元，所述发光单元与所述图像显示单元一一对应。
6.如权利要求5所述的基于裸眼3D显示的增强现实系统，其特征在于：所述发光单元为发光二极管或者有机发光二极管。
7.如权利要求6所述的基于裸眼3D显示的增强现实系统，其特征在于：所述的光源控制模块从所述图像显示层中获取图像刷新的同步信号，并同步控制所述发光模块，使得所述发光模块以大于或等于100Hz的频率输出照明光束。
8.如权利要求7所述的基于裸眼3D显示的增强现实系统，其特征在于：所述透镜阵列设置于所述背光模组和所述图像显示层之间，包括多个透镜，并且所述透镜阵列对应于至少两个所述发光单元。
9.如权利要求8所述的基于裸眼3D显示的增强现实系统，其特征在于：所述透镜阵列为菲涅尔透镜阵列。
10.如权利要求9所述的基于裸眼3D显示的增强现实系统，其特征在于：所述跟踪识别模块包括一个或者多个摄像头模块。
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