CN107589845B - 一种显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种显示系统，涉及显示技术领域，在二维显示的基础上，增加全息立体投影显示于背景画面前，并结合手势识别技术使该显示系统具有人机交互的功能，增强人的视觉体验。该显示系统包括具有第一显示区域的显示屏；处理装置，用于根据预先存储的全息影像数据源调制激光投影装置出射的激光；激光投影装置，用于通过出射的激光在第一显示区域前方投影显示全息影像；光电探测装置，用于采集观看者控制投影显示的全息影像的第一手势信息；处理装置还用于根据第一手势信息生成对应的第一控制信号，对激光投影装置出射的激光进行再次调制，以使激光投影装置投影显示与第一控制信号对应的全息影像。

Description

一种显示系统
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示系统。
背景技术
增强现实技术(Augmented Reality，AR)是一种将虚拟信息进行现实化增强的技术。现有的AR技术将真实环境与虚拟物体进行实时叠加呈现在同一个画面中，虚拟物体通过全息投影技术在空间中投影出物体的立体影像，即物体的虚拟三维影像，从而使观看者获得比二维画面更真实立体的感官，增强观看者的现实真实感受。
发明内容
本发明的实施例提供一种显示系统，通过将显示屏显示技术、全息投影技术以及手势识别技术有机地结合在一起形成显示系统，为观看者带来全新的感官体验，在传统二维显示画面的基础上，增加全息立体投影显示于背景画面前，并结合手势识别技术使该显示系统具有人机交互的功能，增强人的视觉体验。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明实施例提供了一种显示系统，所述显示系统包括：具有第一显示区域的显示屏；处理装置，用于根据预先存储的全息影像数据源调制激光投影装置出射的激光；所述激光投影装置，用于通过出射的所述激光在所述第一显示区域前方投影显示全息影像；光电探测装置，用于采集观看者控制投影显示的所述全息影像的第一手势信息；所述处理装置还用于，根据所述第一手势信息生成对应的第一控制信号，对所述激光投影装置出射的所述激光进行再次调制，以使所述激光投影装置投影显示与所述第一控制信号对应的全息影像。
作为一种可选的方式，所述光电探测装置集成在所述第一显示区域的边缘；所述光电探测装置用于采集观看者控制显示的所述全息影像的第一手势信息，还包括：采集所述第一显示区域显示的画面中邻近所述光电探测装置的像素光亮度和/或所述激光投影装置出射的激光光线亮度进行背景光校正。
优选的，所述光电探测装置的数量至少为两个。
进一步优选的，所述光电探测装置分布在所述第一显示区域中相对于人眼水平视线的上下边缘处。
作为另一种可选的方式，所述激光投影装置包括：设置在所述显示屏背离所述第一显示区域一侧的激光器；与所述激光器相连的光纤分束器；设置在所述第一显示区域相对于人眼水平视线的两侧处镂空的光纤激光出射端口；其中，所述激光器发出的激光经过所述光纤分束器的分束从所述光纤激光出射端口出射具有相干性的两束激光，所述两束激光在所述第一显示区域前方的光线重叠区域为全息显示区域。
优选的，所述光纤激光出射端口的开口所在的平面与所述第一显示区域所在平面之间具有预设夹角，所述预设夹角为α，Arctan(D/H)≤α≤Arctan(2D/H)；其中，D为所述第一显示区域的对角线长度，H为所述第一显示区域平行于人眼水平视线方向的长度。
进一步优选的，所述激光器为输出波长为532nm的绿光半导体激光器。
作为再一种可选的方式，当所述第一手势信息为手指向观看者视线左前方平移的信息时，所述第一控制信号为所述全息投影向左移动的信号；当所述第一手势信息为手指向观看者视线右前方平移的信息时，所述第一控制信号为所述全息投影向右移动的信号；当所述第一手势信息为手指顺时针转圈的信息时，所述第一控制信号为所述全息投影顺时针转动的信号；当所述第一手势信息为手指逆时针转圈的信息时，所述第一控制信号为所述全息投影逆时针转动的信号；当所述第一手势信息为手滑动的信息时，所述第一控制信号为所述全息投影旋转的信号，且滑动程度与旋转角度成正比。
作为又一种可选的方式，当不启动所述激光投影装置时，所述光电探测装置用于，采集观看者控制所述第一显示区域显示的画面的第二手势信息；所述处理装置，用于根据所述第二手势信息生成对应的第二控制信号，并对接收到的显示信号进行处理，以使所述第一显示区域显示与处理后的所述显示信号对应的画面。
优选的，所述光电探测装置集成在所述第一显示区域的边缘；所述光电探测装置用于采集观看者控制所述第一显示区域显示的画面的第二手势信息，还包括：采集所述第一显示区域显示的画面中邻近所述光电探测装置的像素光亮度进行背景光校正。
基于此，通过本发明实施例提供的上述显示系统，将显示屏显示技术、全息投影技术以及手势识别技术有机地结合在一起形成一整套新型的显示系统，该显示系统可为观看者带来全新的感官体验，在传统二维显示画面的基础上，增加全息立体投影显示于背景画面前，并结合手势识别技术使该显示系统具有人机交互的功能，增强人的视觉体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种显示系统的结构示意图一；
图2为本发明实施例提供的一种显示系统的结构示意图二；
图3为本发明实施例提供的一种显示系统中全息显示区域的区域位置说明示意图；
图4为本发明实施例提供的一种显示系统中光纤激光出射端口与显示屏夹角的说明示意图。
附图标记：
11-第一显示区域；12-显示屏；13-光电探测装置；21-激光器；22-光纤分束器；23、24-光纤激光出射端口；31-全息显示区域。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要指出的是，除非另有定义，本发明实施例中所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
例如，本发明专利申请说明书以及权利要求书中所使用的术语“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，仅是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“前方”、“后方”等指示的方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于说明本发明的技术方案的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例提供了一种显示系统，该显示系统包括：具有第一显示区域的显示屏；处理装置，用于根据预先存储的全息影像数据源调制激光投影装置出射的激光；激光投影装置，用于通过出射的激光在第一显示区域前方投影显示全息影像；光电探测装置，用于采集观看者控制投影显示的全息影像的第一手势信息；上述处理装置还用于，根据第一手势信息生成对应的第一控制信号，对激光投影装置出射的激光进行再次调制，以使激光投影装置投影显示与第一控制信号对应的全息影像。
需要说明的是，第一、显示屏显示的画面为二维画面，可作为全息影像投影显示时的显示背景画面。示例的，当激光投影装置在第一显示区域前方投影显示一个花瓶的正面全息影像时，后方的显示屏可以显示出展览馆或博物馆的二维画面，使得观看者获得人亲身在展览馆或博物馆的身临其境的体验。
这里，上述的“前方”即指第一显示区域显示画面的前方，即显示屏中用于使观看者观看画面的一侧。
第二、光电探测装置的具体可以包括发射探测光(通常为红外光)的发射单元和接受反射光的接收单元。利用不同手势下反射光反射回接收单元的路径不同，可采集手的运动轨迹。
或者，光电探测装置也可以包括成像单元，如相机、或CCD元件(Charge CoupledDevice，电荷耦合元件)和图像处理单元，通过对手成像再利用立体视觉算法进行图像处理，从而实现手势识别。其中，立体视觉算法包括：单目、双目、多目立体视觉算法。此处以双目立体视觉算法为例进行说明，当光电探测装置的数量为多个时，与人眼类似，可以通过视差原理计算出手的具体三维位置，即对观看者手所处的位置进行定位，获得手的运动轨迹，从而实现手势识别。光电探测装置与处理装置之间的连接方式可以为有线连接或者无线(如WIFI)连接。
第三、预先存储在处理装置中的全息影像数据源示例的可以为全息数字底片或全息影像底片数据，包含一个物体的360°全方位的信息，例如可以为前述花瓶360°全貌的信息。
处理装置可以根据预先存储的全息影像数据源，对激光投影装置出射的激光(即输出信号)进行调制，以使激光投影装置在第一显示区域前方投影显示相应的全息影像，例如可以是前述一个花瓶的正面形貌，使得观看者观看时能够得到与观看实际的原物时完全相同的视觉效果，其中包括该物体的实际各种位置视差。
处理装置与激光投影装置之间的连接方式可以为有线连接或者无线(如WIFI)连接。
当光电探测装置采集到的滑动手势信息时，处理装置调用预先存储的全息影像数据源，并根据滑动手势信息生成对应的旋转信号对激光投影装置出射的激光进行再次调制，以使激光投影装置在第一显示区域前方投影显示旋转后的花瓶的形貌，以使观看者进一步获取花瓶的全貌，从而将物体的不同角度的全息影像显示出来，实现观看者与投影显示的全息影像之间的互动。
随着滑动手势滑动程度越大，全息影像旋转的角度也就越大，从而使得观看者能够全方位观赏物体的形貌。
这里，处理装置生成的对应第一控制信号可以为电压信号或者电流信号。
基于此，通过本发明实施例提供的上述显示系统，将显示屏显示技术、全息投影技术以及手势识别技术有机地结合在一起形成一整套新型的显示系统，该显示系统可为观看者带来全新的感官体验，在传统二维显示画面的基础上，增加全息立体投影显示于背景画面前，并结合手势识别技术使该显示系统具有人机交互的功能，增强人的视觉体验。
在上述基础上，优选的，可以在与光电探测装置连接的处理装置(示例的可以为集成到显示屏内部的主机)中的程序内预先写入手势信息与控制信号的对应关系，即预先对手势轨迹进行规定。
示例的，可以为手指向观看者左视线平移表示全息影像向左移动，手指向观看者右视线平移表示全息影像向右移动，以实现全息影像的向左/向右平移；手指顺时针转圈表示全息影像顺时针转动，手指逆时针转圈表示全息影像逆时针转动；手滑动表示全息影像旋转，且滑动程度与旋转角度成正比，即滑动程度越大，旋转角度越大等等，具体手势指令可根据观看者的实际使用需求灵活调整，本发明实施例对此不作限定。
上述光电探测装置可以设置在显示屏四周的边框上。为提高显示屏集成化的程度，并进一步使得整体结构更加薄型化，优选的，可以采用例如半导体薄膜工艺将光电探测装置集成在第一显示区域的边缘，即内嵌在显示屏的第一显示区域内部，从而可充分利用现有的显示产品的制备工艺。
由于光电探测装置集成在第一显示区域的边缘，激光投影装置投影显示的全息影像也位于第一显示区域前方，进行手势识别时容易受到显示光线和/或投影出射的激光影响。因此，为提高手势识别的精度，进一步优选的，上述光电探测装置还用于：采集第一显示区域显示的画面中邻近光电探测装置的像素光亮度和/或激光投影装置出射的激光光线亮度进行背景光校正。
其中，上述的背景光指的是光电探测装置(如探测器)的背景噪声，光电探测装置在进行手势识别时，需要排除显示屏的光和/或激光的干扰，通过主动排除邻近像素光亮度和/或激光的光亮度，可以提高光电探测装置的探测的准确性。
这里，显示屏中的电路板(控制电路)在输入显示画面的信号时，输入的电压信号与像素光亮度是一一对应的。示例的，可以将光电探测装置与显示屏中的电路板相连，以获取第一显示区域显示的画面中邻近光电探测装置位置处的像素光亮度。
由于光电探测装置的探测原理是出射探测光并接收物体不同方位的反射光，故可以在光电探测装置中增加相应的接受单元，以采集激光投影装置出射的激光光线亮度。
考虑到当光电探测装置的数量仅为一个时，只能感受到观看者手上下左右的方位，不能实现定位的效果，即不能计算出手距离显示屏的距离，能够识别的手势很有限，不能应用于旋转、滑动等复杂手势识别中。故本发明实施例进一步优选的，如图1所示，光电探测装置13的数量至少为两个。
并且，参考图1所示，光电探测装置13可以分布在显示屏12的第一显示区域11中相对于人眼水平视线的上下边缘处，以更为精确地获取显示屏12前方的观看者的手势信息。
优选地，光电探测装置13的数量为偶数，且对称分布。
进一步的，如图2所示，上述激光投影装置具体包括：设置在显示屏12背离第一显示区域11(图中未标识出)一侧的激光器21；与激光器21相连的光纤分束器22。参考图1所示，设置在第一显示区域11相对于人眼水平视线的两侧处镂空的光纤激光出射端口23和24。其中，如图3所示，激光器21发出的激光经过光纤分束器22(图中未标识出)的分束从光纤激光出射端口出射具有相干性的两束激光，两束激光(如图中虚线所示)在第一显示区域11前方的光线重叠区域为全息显示区域31。
这里，激光器21出射的激光只要是在可见光波段范内，可被人眼识别即可。示例的可以为输出波长为532nm的绿光半导体激光器。激光器21与光纤分束器22的连接可通过光纤等，具体结构及相干性的两束激光形成全息投影的具体原理可参见现有技术，本发明实施例对此不再赘述。
显示屏四周的边框示例的可以采用塑料材质，以便于形成两个镂空的光纤激光出射端口23，以使得激光射出。
光纤激光出射端口23的开口所在的平面与第一显示区域所在平面之间具有一定的夹角，该夹角取值范围与全息影像的显示区域有关。
如图4所示，第一显示区域11的对角线长度为D，第一显示区域11平行于人眼水平视线方向的长度为H。相对于人眼的观看舒适度，显示屏的最佳观看L为(1.5×D)，相对应的，投影显示的全息影像应该处于显示屏前方1/3L～2/3L位置处，即如图中虚线重叠区域。
以使，投影显示的全息影像位于显示屏与观看者之间，并且避免观看者的手势动作出现在全息显示区域31，影响手势识别的精度。
根据上述设计需要，光纤激光出射端口23的开口所在的平面与第一显示区域所在平面之间的夹角α应满足以下条件：
Figure BDA0001412282470000081
在上述基础上，进一步的，当不启动激光投影装置时，上述光电探测装置也可用于，采集观看者控制第一显示区域显示的画面的第二手势信息；上述处理装置也可用于根据第二手势信息生成对应的第二控制信号，并对接收到的外界的显示信号进行处理，以使第一显示区域显示与处理后的显示信号对应的画面。
即实现观看者与显示屏之间的人机交互。相应的第二控制信号例如可为控制第一显示区域内显示的二维画面在平面方向内旋转、缩小或放大等。
光电探测装置可以集成在第一显示区域的边缘，从而可充分利用现有的显示产品的制备工艺。同样的，为提高观看者与显示屏之间的人机交互的手势识别精度，上述光电探测装置还用于：采集第一显示区域显示的画面中邻近光电探测装置的像素光亮度进行背景光校正。具体采集校正过程可参见上文，此处不再赘述。
需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解：实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括但不限于ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种显示系统，其特征在于，所述显示系统包括：
具有第一显示区域的显示屏；
处理装置，用于根据预先存储的全息影像数据源调制激光投影装置出射的激光；
所述激光投影装置，用于通过出射的所述激光在所述第一显示区域前方投影显示全息影像；
光电探测装置，用于采集观看者控制投影显示的所述全息影像的第一手势信息；
所述处理装置还用于，根据所述第一手势信息生成对应的第一控制信号，对所述激光投影装置出射的所述激光进行再次调制，以使所述激光投影装置投影显示与所述第一控制信号对应的全息影像；
所述激光投影装置包括：
设置在所述显示屏背离所述第一显示区域一侧的激光器；
与所述激光器相连的光纤分束器；
设置在所述第一显示区域相对于人眼水平视线的两侧处镂空的光纤激光出射端口；
其中，所述激光器发出的激光经过所述光纤分束器的分束从所述光纤激光出射端口出射具有相干性的两束激光，所述两束激光在所述第一显示区域前方的光线重叠区域为全息显示区域；
所述光纤激光出射端口的开口所在的平面与所述第一显示区域所在平面之间具有预设夹角，所述预设夹角为α，Arctan(D/H)≤α≤Arctan(2D/H)；其中，D为所述第一显示区域的对角线长度，H为所述第一显示区域平行于人眼水平视线方向的长度。
2.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述光电探测装置集成在所述第一显示区域的边缘；
所述光电探测装置用于采集观看者控制显示的所述全息影像的第一手势信息，还包括：
采集所述第一显示区域显示的画面中邻近所述光电探测装置的像素光亮度和/或所述激光投影装置出射的激光光线亮度进行背景光校正。
3.根据权利要求2所述的显示系统，其特征在于，所述光电探测装置的数量至少为两个。
4.根据权利要求3所述的显示系统，其特征在于，所述光电探测装置分布在所述第一显示区域中相对于人眼水平视线的上下边缘处。
5.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述激光器为输出波长为532nm的绿光半导体激光器。
6.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，
当所述第一手势信息为手指向观看者视线左前方平移的信息时，所述第一控制信号为所述全息影像向左移动的信号；
当所述第一手势信息为手指向观看者视线右前方平移的信息时，所述第一控制信号为所述全息影像向右移动的信号；
当所述第一手势信息为手指顺时针转圈的信息时，所述第一控制信号为所述全息影像顺时针转动的信号；
当所述第一手势信息为手指逆时针转圈的信息时，所述第一控制信号为所述全息影像逆时针转动的信号；
当所述第一手势信息为手滑动的信息时，所述第一控制信号为所述全息影像旋转的信号，且滑动程度与旋转角度成正比。
7.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，当不启动所述激光投影装置时，
所述光电探测装置用于，采集观看者控制所述第一显示区域显示的画面的第二手势信息；
所述处理装置，用于根据所述第二手势信息生成对应的第二控制信号，并对接收到的显示信号进行处理，以使所述第一显示区域显示与处理后的所述显示信号对应的画面。
8.根据权利要求7所述的显示系统，其特征在于，所述光电探测装置集成在所述第一显示区域的边缘；
所述光电探测装置用于采集观看者控制所述第一显示区域显示的画面的第二手势信息，还包括：
采集所述第一显示区域显示的画面中邻近所述光电探测装置的像素光亮度进行背景光校正。
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