CN107529054B - 显示屏、头戴显示设备及其显示控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于获得焦距认知的显示屏、头戴显示设备及其显示控制方法和装置，该显示屏包括显示面板和柱面透镜阵列，所述柱面透镜阵列设置在所述显示面板的出光面上，所述柱面透镜阵列被设置为将所述显示面板输出的光线分光投射至两个视点，且所述两个视点之间的间距小于或者等于人眼的瞳孔直径。根据本发明的显示屏，可以使得观看者能够在通过头戴显示设备进行虚拟现实体验时获得准确的焦距认知，提高沉浸感。

Description

显示屏、头戴显示设备及其显示控制方法和装置

技术领域

本发明涉及光学技术领域，更具体地，本发明涉及一种用于获得焦距认知的显示屏、一种头戴显示设备、一种头戴显示设备的显示控制方法及显示控制装置。

背景技术

人们对于三维图像的物理感知主要取决于四个因素，分别为观看物体的左右眼图像的视差、观看物体的左右眼角度(幅奏角度)、眼睛观看物体时对物体聚焦、及运动视差。

目前的虚拟现实设备(Virtual Reality,VR)的三维显示主要从以上视差、幅奏角度、及运动视差三方面进行设计，却不得不避开准确的焦距认知。

如图1a和图1b所示，焦距认知的作用体现在：当人们观看眼前的物体A时，经过物体A反射的光线会分别在左眼EL和右眼ER的视网膜上会形成多个像，为了看清楚该物体A，大脑会控制眼部肌肉收缩以使晶状体形变，进而将多个像合在一起，形成一个清晰的像，与此同时，眼部肌肉的收缩程度会给大脑反馈一个聚焦深度的信息，该聚焦深度即为物体(光源)A与人眼之间的垂直距离。

对于虚拟现实设备而言，如图2所示，观看者在通过虚拟现实设备观看影像时，左、右视差图像中表示相同物体A的同源像点LA、RA发出的光分别对应进入左眼EL、右眼ER，观看者在左、右眼视差图像的诱导下看到物体A的立体像A′，该立体像A′相对被透镜模组拉深的显示屏DM，将被拉近至更为接近观看者的位置，其中，立体像A′与人眼之间的垂直距离即为视差角深度Ad，而观看者通过焦距认知获得的焦点却是落在被透镜模组拉深的显示屏DM上。这说明，对于物体A而言，其聚焦深度AD将大于视差角深度Ad，进而无法实现视差角深度与聚焦深度一致的准确焦距认知，这不仅无法实现真实的近在咫尺的虚拟现实体验，也会导致人眼产生疲劳感，对于部分人还会造成3D眩晕。因此，非常有必要提供一种使得观影者能够通过虚拟现实设备获得准确焦距认知的方案。

发明内容

本发明实施例的一个目的是提供一种能够使得观看者获得准确的焦距认知的技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于获得焦距认知的显示屏，其包括显示面板和柱面透镜阵列，该柱面透镜阵列设置在显示面板的出光面上，该柱面透镜阵列被设置为将显示面板输出的光线分光投射至两个视点，且此两个视点之间的间距小于或者等于人眼的瞳孔直径。

可选地，该柱面透镜阵列的入射光面与显示面板的出光面完全贴合在一起。

可选地，该柱面透镜阵列将显示面板的显示区域划分为与柱面透镜一一对应的像素区域，每一像素区域具有相同的尺寸，每一像素区域包括相邻偶数列像素点或者相邻偶数行像素点。

可选地，该出光面被成形为内凹的单曲面，该出光面的弯曲方向与柱面透镜阵列中柱面透镜的排列方向一致。

可选地，该出光面具有一致的弯曲曲率。

根据本发明的第二方面，还提供了一种头戴显示设备，其包括视窗、透镜模组和显示模组，透镜模组位于视窗与显示模组之间，显示模组包括两块根据本发明的第一方面的显示屏，分别作为左眼显示屏和右眼显示屏，左眼显示屏与右眼显示屏在头戴显示设备的左右方向上并排设置；左眼显示屏形成的两个视点位于视窗限定的左眼瞳孔位置，右眼显示屏形成的两个视点位于视窗限定的右眼瞳孔位置。

可选地，每一显示屏被设置为使得柱面透镜阵列中每一柱面透镜的长度延伸方向与头戴显示设备的高度方向或者所述头戴显示设备的左右方向一致。

可选地，透镜模组被设置为将显示模组投放至距离视窗小于或者等于10m的范围内。

根据本发明的第三方面，还提供了一种根据本发明第二方面的头戴显示设备的显示控制方法，其包括：

获取对应左眼第一视点的摄像机、对应左眼第二视点的摄像机、对应右眼第一视点的摄像机、及对应右眼第二视点的摄像机分别在同一时刻采集到的左眼第一图像、左眼第二图像、右眼第一图像、及右眼第二图像；

从左眼第一图像中提取位于奇数列的各左一图像区域、及从左眼第二图像中提取位于偶数列的各左二图像区域，其中，位于奇数列的各左一图像区域与位于偶数列的各左二图像区域均与左眼显示屏的柱面透镜一一对应；

将位于奇数列的各左一图像区域与位于偶数列的各左二图像区域间隔排列合成左眼视差图像，以使位于奇数列的各左一图像区域发出的光线经由对应柱面透镜入射至左眼第一视点、及使位于偶数列的各左二图像区域发出的光线经由对应柱面透镜入射至左眼第二视点；

从右眼第一图像中提取位于奇数列的各右一图像区域、及从右眼第二图像中提取位于偶数列的各右二图像区域，其中，位于奇数列的各右一图像区域与位于偶数列的各右二图像区域均与右眼显示屏的柱面透镜一一对应；

将位于奇数列的各右一图像区域与位于偶数列的各右二图像区域间隔排列合成右眼视差图像，以使位于奇数列的各右一图像区域发出的光线经由对应柱面透镜入射至右眼第一视点、及使位于偶数列的各右二图像区域发出的光线经由对应柱面透镜入射至右眼第二视点；

控制左眼显示屏显示左眼视差图像、及右眼显示屏显示右眼视差图像。

根据本发明的第四方面，还提供了一种根据本发明第二方面的头戴显示设备的显示控制装置，其包括：

图像获得模块，用于获取对应左眼第一视点的摄像机、对应左眼第二视点的摄像机、对应右眼第一视点的摄像机、及对应右眼第二视点的摄像机分别在同一时刻采集到的左眼第一图像、左眼第二图像、右眼第一图像、及右眼第二图像；

左眼图像提取模块，用于从左眼第一图像中提取位于奇数列的各左一图像区域、及从左眼第二图像中提取位于偶数列的各左二图像区域，其中，位于奇数列的各左一图像区域与位于偶数列的各左二图像区域均与左眼显示屏的柱面透镜一一对应；

左眼图像合成模块，用于将位于奇数列的各左一图像区域与位于偶数列的各左二图像区域间隔排列合成左眼视差图像，以使位于奇数列的各左一图像区域发出的光线经由对应柱面透镜入射至左眼第一视点、及使位于偶数列的各左二图像区域发出的光线经由对应柱面透镜入射至左眼第二视点；

右眼图像提取模块，用于从右眼第一图像中提取位于奇数列的各右一图像区域、及从右眼第二图像中提取位于偶数列的各右二图像区域，其中，位于奇数列的各右一图像区域与位于偶数列的各右二图像区域均与右眼显示屏的柱面透镜一一对应；

右眼图像合成模块，用于将位于奇数列的各右一图像区域与位于偶数列的各右二图像区域间隔排列合成右眼视差图像，以使位于奇数列的各右一图像区域发出的光线经由对应柱面透镜入射至右眼第一视点、及使位于偶数列的各右二图像区域发出的光线经由对应柱面透镜入射至右眼第二视点；以及，

显示控制模块，用于控制左眼显示屏显示左眼视差图像、及右眼显示屏显示右眼视差图像。

本发明的一个有益效果在于，由于本发明显示屏通过柱面透镜阵列的分光作用形成两个视点，且此两个视点的间距小于或者等于人眼的瞳孔直径，因此，通过该柱面透镜阵列能够将显示面板的显示区域划分为对应观看者一只眼睛的第一视点的第一显示区域、及对应同一只眼睛的第二视点的第二显示区域。这样，如果设置显示屏通过第一显示区域和第二显示区域同时显示同一物体的同源像点，则该只眼睛对于该物体的聚焦点将落在同源像点输出光线的交汇点上，而不是像现有技术一样落在被透镜模组拉深的显示屏上。在此基础上，根据本发明的头戴显示设备通过设置两块该种显示屏分别显示左眼视差图像和右眼视差图像，便能够获得对于同一物体的聚焦深度等于视差角深度的效果，进而使得观看者能够通过该种头戴显示装置获得准确的焦距认知，提升观看者的沉浸感，并减弱视觉疲劳与3D眩晕。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1a为物体反射的光线分别在左眼和右眼的视网膜上形成多个像的示意图；

图1b为左眼、右眼将图1a中形成的多个像合在一起以形成一个清晰的像的示意图；

图2为虚拟现实设备的成像示意图；

图3为根据本发明实施例的显示屏的结构示意图；

图4为根据本发明另一实施例的显示屏的结构示意图；

图5为根据本发明实施例的头戴显示装置的结构示意图；

图6为基于图5所示头戴显示装置实现准确焦距认知的视觉效果示意图；

图7为根据本发明实施例的显示控制方法的流程示意图；

图8为根据本发明实施例的显示控制装置的原理框图；

图9为根据本发明实施例的显示控制装置的硬件结构的原理框图；

图10为根据本发明实施例的虚拟现实设备的原理框图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

<显示屏>

图3是根据本发明实施例的用于获得焦距认知的显示屏的结构示意图。

根据图3所示，本发明该实施例的显示屏300包括显示面板310和柱面透镜阵列320。

显示面板310用于呈现图像。

显示面板310输出的光线经由显示面板310的出光面311入射至观看者的瞳孔，进而进入观看者的眼睛成像。

柱面透镜阵列320设置在显示面板310的出光面311上，以使显示面板310输出的光线通过柱面透镜阵列320的折射作用后入射至观看者的瞳孔。

柱面透镜阵列320被设置为将显示面板310输出的光线分光投射至两个视点，分别为第一视点E1和第二视点E2，且此两个视点E1、E2之间的间距eg小于或者等于人眼的瞳孔直径，以使得到达此两个视点的光线能够进入观看者的同一只眼睛进行成像。

按照柱面透镜阵列320的该种设置，显示面板310应该位于柱面透镜阵列320的焦平面上。

由于瞳孔会在虹膜上平滑肌的伸缩作用下进行缩小或者放大，进而控制进入瞳孔的光量，因此，本发明实施例中所指的瞳孔直径可以是瞳孔的最大直径。

正常成人的瞳孔直径为2.5mm至5mm，两个视点E1、E2之间的间距eg例如可以设置为是3.5mm、4mm等。

根据本发明该实施例的显示屏300，柱面透镜阵列320可以将显示面板310的显示区域划分为对应观看者一只眼睛的第一视点E1的第一显示区域、及对应该只眼睛的第二视点E2的第二显示区域。这样，通过设置显示面板310在第一显示区域和第二显示区域呈现表示相同物体F的同源像点，则同源像点输出的光线将在显示面板310与观看者之间的位置交汇、再分别投射至该只眼睛的第一视点E1和第二视点E2，进而会按照图1a所示，在该只眼睛的视网膜上形成物体F的多个像，并会按照图1b所示，在大脑控制眼部肌肉收缩以使晶状体形变的作用下，将多个像合在一起形成物体F的清晰的像，与此同时，眼部肌肉的收缩程度会给大脑反馈一个该物体F的聚焦深度，该聚焦深度即等于物体F的同源像点输出的光线的交汇点至该只眼睛的垂直距离。

进一步地，在头戴显示设备设置两块根据本发明该实施例的显示屏300的情况下，其中，一块显示屏作为对应左眼的左眼显示屏，另一块显示屏作为对应右眼的右眼显示屏，通过设置左眼显示屏对于物体F的同源像点的像素坐标关系、及右眼显示屏对于物体F的同源像点的像素坐标关系满足：同源像点输出光线的交汇点距离眼睛的垂直距离等于观看者通过左、右视差图像诱导所看到的物体F的立体像距离眼睛的垂直距离，便可以使得对于物体F的视差角深度与对于物体F的聚焦深度一致，这样，观看者便可以通过头戴显示装置获得准确的焦距认知，提升观看者的沉浸感。

在本发明的一个实施例中，显示面板310可以是LCD面板。

在该实施例中，显示屏300还包括用于提供光源的背光板(图中未示出)，该背光板设置在显示面板310的入光面一侧。

在本发明的一个实施例中，显示面板310也可以是LED面板。

在本发明的一个实施例中，柱面透镜阵列320可以粘贴在显示面板310的出光面上。

在本发明的一个实施例中，柱面透镜阵列320与显示面板310可以设置相适配的卡合结构，以使柱面透镜阵列320通过该卡合结构设置在显示面板310的出光面上。

在本发明的一个实施例中，柱面透镜阵列320的入射光面与显示面板310的出光面311具有相同的形状，以使柱面透镜阵列320的入射光面可以与显示面板310的出光面311完全贴合，而没有间隙。

例如，在显示面板310的出光面311为平面的实施例中，柱面透镜阵列320中的每一柱面透镜321为平凸柱面透镜，以使得柱面透镜阵列320的入射光面为平面。

根据本发明该实施例，有利于通过柱面透镜阵列320的柱面透镜321进行可靠的分光。

在本发明的一个实施例中，参照图3所示，柱面透镜阵列320可以将显示面板310的显示区域划分为与柱面透镜321一一对应的像素区域，每一像素区域具有相同的尺寸，每一像素区域包括相邻偶数列像素点或者相邻偶数行像素点。

在该实施例中，柱面透镜阵列320包括紧密排列的一排柱面透镜，每一柱面透镜对应一个像素区域。

每一柱面透镜将对应的像素区域均分为两部分，分别为对应第一视点的第一像素区域310a和对应第二视点的第二像素区域310b，并且由每一柱面透镜321的具有最大厚度处的中截面实现对应像素区域的两部分的均分。进而，柱面透镜阵列320可以将显示面板310的显示区域划分为在柱面透镜的排列方向上间隔设置的第一像素区域310a和第二像素区域310b，以使得第一像素区域310a输出的光线将在对应柱面透镜321的折射作用下入射至第一视点E1、及使得第二像素区域310b输出的光线将在对应柱面透镜321的折射作用下入射至第二视点E2。

由柱面透镜阵列320划分得到的所有第一像素区域310a的集合即构成上述的第一显示区域，而由柱面透镜阵列320划分得到的所有第二像素区域310b的集合即构成上述的第二显示区域。

以每一像素区域包括相邻八列像素点为例，柱面透镜阵列320的节距(或者称之为每一柱面透镜的宽度)等于八列像素点的宽度，每一柱面透镜的具有最大厚度处的中截面均分八列像素点，得到对应第一视点的第一像素区域(包括四列像素点)和对应第二视点的第二像素区域(包括另外四列像素点)。

根据本发明该实施例，可以简化柱面透镜阵列320的成型工艺、并降低显示屏的制造成本。

在本发明另外的实施例中，柱面透镜阵列320可以包括呈矩阵结构排列的多排(大于或者等于两排)柱面透镜，以使得一列柱面透镜对应一个像素区域，该像素区域包括相邻偶数列像素点，或者使得一行柱面透镜对应一个像素区域，而该像素区域则包括相邻偶数行像素点。

在本发明的一个实施例中，柱面透镜阵列320可以为一体成型结构。

在本发明的一个实施例中，柱面透镜阵列320的材质例如为聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚乙烯(polyethylene，PE)等透明材料。

在本发明另外的实施例中，柱面透镜阵列320也可以由其他制作透镜的透明材料成型。

图4是根据本发明另一实施例的显示屏的结构示意图。

根据图4所示，在该实施例中，显示面板310的出光面311被成形为内凹的单曲面，且出光面的弯曲方向与柱面透镜阵列320中柱面透镜321的排列方向一致，以能够在柱面透镜321尺寸一定的情况下，相对出光面311为平面的结构拉近两个视点E1、E2之间的距离，进而实现使得两个视点E1、E2之间的距离小于或者等于人眼的瞳孔直径的设计。

在柱面透镜阵列320包括呈矩阵结构排列的多排柱面透镜的实施例中，该排列方向应理解为是能够通过各柱面透镜划分出间隔设置的第一像素区域310a与第二像素区域310b的方向。

根据本发明该实施例，可以基于相同尺寸的柱面透镜321获得较小间距的两个视点E1、E2，进而有利于实现使得两个视点E1、E2之间的间距小于或者等于人眼E的瞳孔直径的目的。

在该实施例中，为了使得柱面透镜阵列320的入射光面与显示面板310的出光面311完成贴合，该柱面透镜阵列320的入射光面也将为与出光面311相一致的曲面。

进一步地，以上出光面311可以具有一致的弯曲曲率，以能够通过参数完全相同的柱面透镜321获得对应两个视点E1、E2的分光效果，提高柱面透镜阵列320的结构一致性，简化生成工艺，降低制造成本。

<头戴显示设备>

图5是根据本发明实施例的头戴显示设备的结构示意图。

根据图5所示，本发明实施例的头戴显示设备500包括显示模组510、透镜模组520和视窗530。

透镜模组520在头戴显示设备500的前后方向P1上位于显示模组510与视窗530之间，以使显示模组510输出的光线经过透镜模组520的作用到达视窗530，进而进入观看者的眼睛。

显示模组510包括两块根据本发明任一实施例的显示屏300，分别作为对应左眼的左眼显示屏300a和对应右眼的右眼显示屏300b，这说明，左眼显示屏300a和右眼显示屏300b在左右方向P2上并排设置。

以上前后方向P1、左右方向P2均根据头戴显示设备500在使用状态时的方位定义，其中，指向观看者前侧的方向为前方、指向观看者后侧的方向为后方、指向观看者左侧的方向为左方、及指向观看者右侧的方向为右方。

左眼显示屏300a形成的两个视点位于视窗530限定的左眼瞳孔位置，右眼显示屏300b形成的两个视点位于视窗530限定的右眼瞳孔位置。

由于观看者在佩戴头戴显示设备500时，观看者的眼睛与视窗530之间的间隙较小，因此，以上视窗530限定的左眼瞳孔位置及右眼瞳孔位置可以认为是在视窗530上。

以上视窗530限定的左眼瞳孔位置及右眼瞳孔位置也可以位于视窗530的后方，以在观看者佩戴头戴显示设备500时，使得左眼瞳孔位置及右眼瞳孔位置能够基本位于观看者的对应瞳孔上。在该例子中，可以根据视窗530限定的观看者眼睛与视窗530之间的间隙确定显示屏300a、300b形成的两个视点为位置。

根据本发明该实施例，参照图6所示，头戴显示设备500根据通过视差角获得立体显示效果的设计，可以通过左眼显示屏300a呈现左眼视差图像、及通过右眼显示屏300b呈现右眼视差图像，这样，对于左眼视差图像和右眼视差图像上的物体F，观看者便可在左、右视差图像的诱导下看到物体F的立体像F′，该立体像F′相对被透镜模组520拉深的显示模组510′而言，更接近观看者。与此同时，通过设置左眼显示屏300a对于物体F的一对同源像点FL1、FL2的像素坐标关系、及右眼显示屏300b对于物体F的另一对同源像点FR1、FR2满足：每对同源像点输出的光线的交汇点距离眼睛的垂直距离等于立体像F′距离眼睛的垂直距离，即可以使得对于物体F的视差角深度Fd与对于物体F的聚焦深度FD一致，这样，便可以通过头戴显示装置500获得准确的焦距认知，提升观看者的沉浸感。

另外，对于现有头戴显示设备，由于观看者对于图像所呈现物体的聚焦点均位于被透镜模组拉深的显示模组上，因此，观看者在注视物体F时，视线范围内的其他物体也将是清晰的，这与人的视觉习惯不符，会降低头戴显示设备的沉浸感。而根据本发明该实施例的头戴显示设备500，由于观看者可以获得准确的焦距认知，因此，当观看者注视物体F的立体像F′时，眼睛的聚焦点就会落在物体F的立体像F′的位置，而其他位置的立体像，因对应的聚焦深度与物体F不同就会变得模糊，进而将更符合人的感知习惯，提升观看者的沉浸感。

再者，参照图2所示，由于观看者通过现有头戴显示设备无法获得准确的焦距认知，因此，为了减轻该现象所导致的不适感，现有头戴显示设备基本设置为使得透镜模组能够将显示模组投放至距离视窗10m以上的位置，甚至达到50m，以避开眼睛对于焦距感知比较敏感的近距离区域，这也造成观看者通过现有头戴显示设备无法获得近在咫尺的虚拟现实体验的主要原因。而对于本发明实施例的头戴显示设备500，由于观看者可以获得准确的焦距认知，因此，即使设置透镜模组520将显示模组510投放至距离视窗530较近的位置(眼睛对于焦距感知比较敏感的区域)，观看者也不会有任何的不适和眩晕。

基于上述原因，在本发明的一个实施例中，透镜模组520可以被设置为将显示模组510投放至距离视窗530为小于或者等于10m的范围内，例如投放至距离视窗530为5m的位置。

根据本发明该实施例，观看者将能够通过头戴显示设备获得近在咫尺的虚拟现实体验。

根据本发明的一个实施例，头戴显示设备500可以包括外罩，以上显示模组510和透镜模组520均安装在外罩中，而视窗530则通过外罩向外露出。

在本发明的一个实施例中，透镜模组520包括对应左眼的左眼透镜组件和对应右眼的右眼透镜组件，每一透镜组件包括独立的镜筒和安装在镜筒中的透镜。

在本发明该实施例中，每一透镜组件采用单独的镜筒，可以实现两个显示屏300a、300b之间的挡光。

每一透镜组件可以采用最基本的光学结构，即仅设置一个凸透镜。

每一透镜组件也可以采用凸透镜结合凹透镜的组合结构，以解决色彩还原失真等问题。

在本发明的一个实施例中，视窗530可以包括对应左眼的左眼视窗和对应右眼的右眼视窗，二者相互独立地设置在头戴显示设备500的外罩上。

在本发明的一个实施例中，透镜模组520包括对应左眼的左眼透镜组件和对应右眼的右眼透镜组件，每一透镜组件包括独立的镜筒和安装在镜筒中的透镜。

在本发明的一个实施例中，每一显示屏300a、300b可以被设置为使得柱面透镜阵列320中每一柱面透镜的长度延伸方向与头戴显示设备的高度方向一致，以使每一显示屏300a、300b的两个视点在头戴显示设备的左右方向P2上排列。

头戴显示设备的高度方向垂直于图5中所示的前后方向P1和左右方向P2。

柱面透镜的长度延伸方向与柱面透镜的圆柱面对应的中心线延伸方向一致。

在本发明另外的实施例中，每一显示屏300a、300b也可以被设置为使得柱面透镜阵列320中每一柱面透镜的长度延伸方向与头戴显示设备的左右方向P2一致。这样，每一显示屏300a、300b的两个视点将在高度方向上排列。

<显示控制方法>

图7是根据本发明实施例的以上任一种头戴显示设备的显示控制方法的流程示意图。

根据图5和图7所示，本发明实施例的显示控制方法包括如下步骤：

步骤S710，获取对应左眼第一视点的摄像机、对应左眼第二视点的摄像机、对应右眼第一视点的摄像机、及对应右眼第二视点的摄像机分别在同一时刻采集到的左眼第一图像、左眼第二图像、右眼第一图像、及右眼第二图像。

该对应左眼第一视点的摄像机和对应左眼第二视点的摄像机是按照左眼显示屏300a形成的两个视点的位置及所具有的视差角度进行设置。

该对应右眼第一视点的摄像机和对应右眼第二视点的摄像机是按照右眼显示屏300b形成的两个视点的位置及所具有的视差角度进行设置。

四个摄像机同步动作拍摄场景图像，可以得到在同一时刻采集到的左眼第一图像(来自对应左眼第一视点的摄像机)、左眼第二图像(来自对应左眼第二视点的摄像机)、右眼第一图像(来自对应右眼第一视点的摄像机)、及右眼第二图像(来自对应右眼第二视点的摄像机)。

这样，参照图6所示，场景中物体F与各摄像机的垂直距离即为对应物体F的视差角深度Fd，根据头戴显示设备500限定的左眼两个视点、右眼两个视点与被透镜模组520拉深的显示模组510′之间的垂直距离h、及左眼两个视点、右眼两个视点之间的间距eg，便可得到对应左眼两个视点、及右眼两个视点的聚焦同源像点之间的像素坐标差值ΔP：

进一步地，技术人员可以根据公式(1)和显示面板310的像素尺寸匹配设计头戴显示设备的透镜模组520、柱面透镜321的尺寸、及两个视点E1、E2之间的间距eg，以实现将显示面板310输出的光线分光投射至两个视点的目的。以上各部分的参数匹配设计是本领域公知手段，故在此不再详细描述。

步骤S721，从左眼第一图像中提取位于奇数列的各左一图像区域、及从左眼第二图像中提取位于偶数列的各左二图像区域，其中，位于奇数列的各左一图像区域与位于偶数列的各左二图像区域均与左眼显示屏300a的柱面透镜阵列320的各柱面透镜321一一对应。

每一左一图像区域和每一左二图像区域具有相同的宽度，该宽度对应的像素列或者像素行的数量已由上述匹配设计的结构确定。

步骤S722，从右眼第一图像中提取位于奇数列的各右一图像区域、及从右眼第二图像中提取位于偶数列的各右二图像区域，其中，位于奇数列的各右一图像区域与位于偶数列的各右二图像区域均与右眼显示屏300b的柱面透镜阵列320的各柱面透镜321一一对应。

每一右一图像区域和每一右二图像区域具有相同的宽度，该宽度对应的像素列或者像素行的数量已由上述匹配设计的结构确定。

步骤S731，将位于奇数列的各左一图像区域与位于偶数列的各左二图像区域间隔排列合成左眼视差图像，以使位于奇数列的各左一图像区域发出的光线经由对应柱面透镜321入射至左眼第一视点、及使位于偶数列的各左二图像区域发出的光线经由对应柱面透镜321入射至左眼第二视点。

根据该步骤S731，左眼显示屏300a将通过每一柱面透镜321划分出的第一像素区域310a显示对应同一柱面透镜321的左一图像区域，及通过每一柱面透镜321划分出的第二像素区域310b显示对应同一柱面透镜321的左二图像区域。

步骤S732，将位于奇数列的各右一图像区域与位于偶数列的各右二图像区域间隔排列合成右眼视差图像，以使位于奇数列的各右一图像区域发出的光线经由对应柱面透镜321入射至右眼第一视点、及使位于偶数列的各右二图像区域发出的光线经由对应柱面透镜321入射至右眼第二视点。

根据该步骤S732，右眼显示屏300b将通过每一柱面透镜321划分出的第一像素区域310a显示对应同一柱面透镜321的右一图像区域，及通过每一柱面透镜321划分出的第二像素区域显示对应同一柱面透镜321的右二图像区域。

步骤S740，控制左眼显示屏显示左眼视差图像、及右眼显示屏显示所述右眼视差图像。

左眼视差图像和右眼视差图像为观看者的双眼提供双目视差信息。空间场景中同一物体在左、右视差图像中所成的像点称为同源像点，在此被定义为是用于形成视差的视差同源像点，视差同源像点在左眼视差图像和右眼视差图像中的像素坐标差异即为视差。

视差包括垂直视差和水平视差，由于水平视差是实现立体显示的主要因素，且垂直视差会引起观看者的视觉疲劳，因此，左眼视差图像和右眼视差图像可以为仅具有水平视差的图像对。

根据以上步骤S721的划分，在左眼视差图像中，左一图像区域与左二图像区域中表示相同物体的同源像点的像素坐标差值将满足：该物体对于左眼显示屏300a的两个视点E1、E2的聚焦深度等于该物体所呈立体像的视差角深度。

根据以上步骤S722的划分，在右眼视差图像中，右一图像区域与右二图像区域中表示该物体的同源像点的像素坐标差值将满足：该物体对于右眼显示屏300b的两个视点E1、E2的聚焦深度也等于该物体所呈立体像的视差角深度。

在此，将左一图像区域与左二图像区域中表示相同物体的同源像点、及右一图像区域与右二图像区域中表示该物体的同源像点定义为是用于使得观看者获得焦距认知的聚焦同源像点。

根据该步骤S740的控制显示，参见图6所示，观看者在通过头戴显示设备500注视物体F的立体像F′时，左眼EL通过对应的两个视点E1、E2形成的物体F的聚焦深度、及右眼ER通过对应的两个视点E1、E2形成的物体F的聚焦深度，均将等于物体F所呈立体像F′的视差角深度Fd，进而获得准确的焦距认知。在此，由于双眼对于物体F的聚焦深度FD均与所观看到的立体像F′的视差角深度Fd一致，而且这些视觉信息的反馈均对应于同一物体，因此，观看者在大脑中会将这些视觉信息聚合在一起，得到类似图6所示的视觉效果，即观看者对于物体F的视觉认知将是双眼对于物体F的聚焦点与立体像重合在一起。

<显示控制装置>

图8是根据本发明实施例的以上任一种头戴显示设备的显示控制装置的原理框图。

根据图8所示，本发明该实施例的显示控制装置包括图像获取模块8100、左眼图像提取模块8210、右眼图像提取模块8220、左眼图像合成模块8310、右眼图像合成模块8320、及显示控制模块8400。

该图像获取模块8100用于获取对应左眼第一视点的摄像机、对应左眼第二视点的摄像机、对应右眼第一视点的摄像机、及对应右眼第二视点的摄像机分别在同一时刻采集到的左眼第一图像、左眼第二图像、右眼第一图像、及右眼第二图像。

该左眼图像提取模块8210用于从左眼第一图像中提取位于奇数列的各左一图像区域、及从左眼第二图像中提取位于偶数列的各左二图像区域，其中，位于奇数列的各左一图像区域与位于偶数列的各左二图像区域均与左眼显示屏300a的柱面透镜阵列320的各柱面透镜321一一对应。

该左眼图像合成模块8310用于将位于奇数列的各左一图像区域与位于偶数列的各左二图像区域间隔排列合成左眼视差图像，以使位于奇数列的各左一图像区域发出的光线经由对应柱面透镜321入射至左眼第一视点、及使位于偶数列的各左二图像区域发出的光线经由对应柱面透镜321入射至左眼第二视点。

该右眼图像提取模块8220用于从右眼第一图像中提取位于奇数列的各右一图像区域、及从右眼第二图像中提取位于偶数列的各右二图像区域，其中，位于奇数列的各右一图像区域与位于偶数列的各右二图像区域均与右眼显示屏300b的柱面透镜阵列320的各柱面透镜321一一对应。

该右眼图像合成模块8320用于将位于奇数列的各右一图像区域与位于偶数列的各右二图像区域间隔排列合成右眼视差图像，以使位于奇数列的各右一图像区域发出的光线经由对应柱面透镜321入射至右眼第一视点、及使位于偶数列的各右二图像区域发出的光线经由对应柱面透镜321入射至右眼第二视点。

该显示控制模块8400用于控制左眼显示屏300a显示左眼视差图像、及右眼显示屏300b显示所述右眼视差图像。

<硬件结构>

图9是根据本发明实施例的以上任一种头戴显示设备的显示控制装置的硬件结构框图。

根据图9所示，该显示控制装置可以包括至少一个处理器910和至少一个存储器920。

该存储器920用于存储指令，该指令用于控制处理器910进行操作以执行根据本发明的显示控制方法。

该存储器920可以包括高速随机存储器，还可以包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。

该显示控制装置还可以包括通信装置930，以通过通信装置930进行数据、指令的传输，该通信装置930可以是有线通信装置，例如USB通信装置等，也可以是无线通信装置，例如蓝牙通信装置、WIFI通信装置等。

<虚拟现实设备>

图10是根据本发明实施例的虚拟现实设备的原理框图。

根据图10所示，本发明该实施例的虚拟现实设备包括根据本发明实施例的头戴显示设备500和根据本发明实施例的显示控制装置，在此被标记为1010。

显示控制装置1010被设置为用于按照本发明实施例的显示控制方法控制头戴显示设备500的左眼显示屏300a和右眼显示屏300b进行图像显示，以使观看者能够获得准确的焦距认知。

以上显示控制装置可以集成在头戴显示设备500上，也可以相对于头戴显示设备500单独设置，例如设置在于头戴显示设备通信连接的主机中。

本领域技术人员公知的是，随着诸如大规模集成电路技术的电子信息技术的发展和软件硬件化的趋势，要明确划分计算机系统软、硬件界限已经显得比较困难了。因为，任何操作可以软件来实现，也可以由硬件来实现。任何指令的执行可以由硬件完成，同样也可以由软件来完成。对于某一机器功能采用硬件实现方案还是软件实现方案，取决于价格、速度、可靠性、存储容量、变更周期等非技术性因素。因此，对于电子信息技术领域的普通技术人员来说，更为直接和清楚地描述一个技术方案的方式是描述该方案中的各个操作。在知道所要执行的操作的情况下，本领域技术人员可以基于对所述非技术性因素的考虑直接设计出期望的产品。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如python、java、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

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、方法和计算机程序产品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、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令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。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。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动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。对于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。

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。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种用于获得焦距认知的显示屏，其特征在于，包括显示面板和柱面透镜阵列，所述柱面透镜阵列设置在所述显示面板的出光面上，所述柱面透镜阵列被设置为将所述显示面板输出的光线分光投射至两个视点，且所述两个视点之间的间距小于或者等于人眼的瞳孔直径，

其中，所述柱面透镜阵列将所述显示面板的显示区域划分为对应观看者一只眼睛的第一视点的第一显示区域、及对应该只眼睛的第二视点的第二显示区域，所述显示面板在所述第一显示区域和所述第二显示区域呈现表示相同物体的同源像点，所述同源像点输出的光线在所述显示面板和所述观看者之间的位置形成交汇点，并投射至该只眼睛的所述第一视点和所述第二视点，该只眼睛对于该物体的聚焦点落在所述同源像点输出光线的所述交汇点上。

2.根据权利要求1所述的显示屏，其特征在于，所述柱面透镜阵列的入射光面与所述显示面板的出光面完全贴合在一起。

3.根据权利要求1所述的显示屏，其特征在于，所述柱面透镜阵列将所述显示面板的显示区域划分为与柱面透镜一一对应的像素区域，每一像素区域具有相同的尺寸，每一像素区域包括相邻偶数列像素点或者相邻偶数行像素点。

4.根据权利要求1至3任一所述的显示屏，其特征在于，所述出光面被成形为内凹的单曲面，所述出光面的弯曲方向与所述柱面透镜阵列中柱面透镜的排列方向一致。

5.根据权利要求4所述的显示屏，其特征在于，所述出光面具有一致的弯曲曲率。

6.一种头戴显示设备，其特征在于，包括视窗、透镜模组和显示模组，所述透镜模组位于所述视窗与所述显示模组之间，所述显示模组包括两块根据权利要求1至5中任一项所述的显示屏，分别作为左眼显示屏和右眼显示屏，所述左眼显示屏与所述右眼显示屏在所述头戴显示设备的左右方向上并排设置；所述左眼显示屏形成的两个视点位于所述视窗限定的左眼瞳孔位置，所述右眼显示屏形成的两个视点位于所述视窗限定的右眼瞳孔位置。

7.根据权利要求6所述的头戴显示设备，其特征在于，每一所述显示屏被设置为使得柱面透镜阵列中每一柱面透镜的长度延伸方向与所述头戴显示设备的高度方向或者所述头戴显示设备的左右方向一致。

8.根据权利要求6所述的头戴显示设备，其特征在于，所述透镜模组被设置为将所述显示模组投放至距离所述视窗小于或者等于10m的范围内。

9.一种根据权利要求6至8中任一项所述头戴显示设备的显示控制方法，其特征在于，包括：

获取对应左眼第一视点的摄像机、对应左眼第二视点的摄像机、对应右眼第一视点的摄像机、及对应右眼第二视点的摄像机分别在同一时刻采集到的左眼第一图像、左眼第二图像、右眼第一图像、及右眼第二图像；

从所述左眼第一图像中提取位于奇数列的各左一图像区域、及从所述左眼第二图像中提取位于偶数列的各左二图像区域，其中，所述位于奇数列的各左一图像区域与所述位于偶数列的各左二图像区域均与左眼显示屏的柱面透镜一一对应；

将位于奇数列的各左一图像区域与位于偶数列的各左二图像区域间隔排列合成左眼视差图像，以使位于奇数列的各左一图像区域发出的光线经由对应柱面透镜入射至左眼第一视点、及使位于偶数列的各左二图像区域发出的光线经由对应柱面透镜入射至左眼第二视点；

从所述右眼第一图像中提取位于奇数列的各右一图像区域、及从所述右眼第二图像中提取位于偶数列的各右二图像区域，其中，所述位于奇数列的各右一图像区域与所述位于偶数列的各右二图像区域均与右眼显示屏的柱面透镜一一对应；

将位于奇数列的各右一图像区域与位于偶数列的各右二图像区域间隔排列合成右眼视差图像，以使位于奇数列的各右一图像区域发出的光线经由对应柱面透镜入射至右眼第一视点、及使位于偶数列的各右二图像区域发出的光线经由对应柱面透镜入射至右眼第二视点；

控制所述左眼显示屏显示所述左眼视差图像、及所述右眼显示屏显示所述右眼视差图像。

10.一种根据权利要求6至8中任一项所述头戴显示设备的显示控制装置，其特征在于，包括：

图像获得模块，用于获取对应左眼第一视点的摄像机、对应左眼第二视点的摄像机、对应右眼第一视点的摄像机、及对应右眼第二视点的摄像机分别在同一时刻采集到的左眼第一图像、左眼第二图像、右眼第一图像、及右眼第二图像；

左眼图像提取模块，用于从所述左眼第一图像中提取位于奇数列的各左一图像区域、及从所述左眼第二图像中提取位于偶数列的各左二图像区域，其中，所述位于奇数列的各左一图像区域与所述位于偶数列的各左二图像区域均与左眼显示屏的柱面透镜一一对应；

左眼图像合成模块，用于将位于奇数列的各左一图像区域与位于偶数列的各左二图像区域间隔排列合成左眼视差图像，以使位于奇数列的各左一图像区域发出的光线经由对应柱面透镜入射至左眼第一视点、及使位于偶数列的各左二图像区域发出的光线经由对应柱面透镜入射至左眼第二视点；

右眼图像提取模块，用于从所述右眼第一图像中提取位于奇数列的各右一图像区域、及从所述右眼第二图像中提取位于偶数列的各右二图像区域，其中，所述位于奇数列的各右一图像区域与所述位于偶数列的各右二图像区域均与右眼显示屏的柱面透镜一一对应；

右眼图像合成模块，用于将位于奇数列的各右一图像区域与位于偶数列的各右二图像区域间隔排列合成右眼视差图像，以使位于奇数列的各右一图像区域发出的光线经由对应柱面透镜入射至右眼第一视点、及使位于偶数列的各右二图像区域发出的光线经由对应柱面透镜入射至右眼第二视点；以及，

显示控制模块，用于控制所述左眼显示屏显示所述左眼视差图像、及所述右眼显示屏显示所述右眼视差图像。