CN108805984B - 显示系统和图像显示方法 - Google Patents

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Abstract

一种显示系统和图像显示方法。该显示系统包括图像显示装置、光波导元件和图像采集装置。图像显示装置包括显示侧以及与显示侧相对的相对侧，且至少部分配置为至少部分透明的，由此可在图像显示装置的显示侧至少部分接收相对侧的环境图像；光波导元件配置为接收第一图像的光线，并将第一图像的光线传导至图像显示装置，由此使得图像显示装置在显示侧显示第一图像；图像采集装置设置在图像显示装置的显示侧，且配置为可同时采集环境图像和第一图像。该显示系统和图像显示方法通过同时采集环境图像和第一图像，提升了显示图像和外界场景的虚实融合效果。

Description

显示系统和图像显示方法
技术领域
本公开的实施例涉及一种显示系统和图像显示方法。
背景技术
增强现实(Augmented Reality，AR)显示系统通过将显示的虚拟场景图像叠加在外界真实场景中，可以实现外界真实场景与虚拟场景的融合。因此，增强现实显示系统可以提升用户对现实世界的认知能力，由此可以大幅提升用户的使用体验。由于光波导具有重量轻、体积小和厚度小等优势，基于光波导的增强现实显示系统受到了广泛的关注。
发明内容
本公开的一个实施例提供了一种显示系统，该显示系统包括图像显示装置、光波导元件和图像采集装置。图像显示装置包括显示侧以及与显示侧相对的相对侧，且至少部分配置为至少部分透明的，由此可在图像显示装置的显示侧至少部分接收相对侧的环境图像；光波导元件配置为接收第一图像的光线，并将第一图像的光线传导至图像显示装置，由此使得图像显示装置在显示侧显示第一图像；图像采集装置设置在图像显示装置的显示侧，且配置为可同时采集环境图像和第一图像。
本公开的另一个实施例提供了一种图像显示方法，该图像显示方法包括：接收第一图像的光线，并将第一图像的光线传导至显示侧；通过透射使得相对侧的环境图像的光线可以在显示侧出射；以及在显示侧同时采集环境图像和第一图像。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例或相关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涉及本公开的一些实施例，并非对本公开的限制。
图1是一种基于光波导的显示系统；
图2(a)是本公开一个实施例提供的一种显示系统的剖面示意图；
图2(b)是本公开一个实施例中光波导本体的全反射条件示意图；
图3(a)是本公开一个实施例中光波导本体的平面示意图；
图3(b)是图3(a)所示的光波导本体沿A-A’线的剖面示意图；
图4是本公开一个实施例提供的一种显示系统的一种应用场景图；
图5是本公开一个实施例提供的另一种显示系统的剖面示意图；以及
图6是本公开另一个实施例提供的一种图像显示方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述参考在附图中示出并在以下描述中详述的非限制性示例实施例，更加全面地说明本公开的示例实施例和它们的多种特征及有利细节。应注意的是，图中示出的特征不是必须按照比例绘制。本公开省略了已知材料、组件和工艺技术的描述，从而不使本公开的示例实施例模糊。所给出的示例仅旨在有利于理解本公开示例实施例的实施，以及进一步使本领域技术人员能够实施示例性实施例。因而，这些示例不应被理解为对本公开的实施例的范围的限制。
除非另外特别定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“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，而只是用来区分不同的组成部分。此外，在本公开各个实施例中，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。
例如，图1是一种基于光波导的显示系统500，如图1所示，所述基于光波导的显示系统500包括光波导本体521、投影装置532和微显示器531。例如，该光波导本体521包括一个反射面522和例如四个半反射半透射面523，该四个半反射半透射面523组合起来实现显示功能，构成一个(光波导)显示装置，并且该显示装置包括显示侧524以及与显示侧524相对的相对侧525。
例如，微显示器531出射的图像光线经投影装置532传输后入射到光波导本体521的反射面522上，光波导本体521的反射面522使得至少部分入射到反射面522上的图像光线的角度满足光波导本体521的全反射条件，并因此使得图像光线可以从光波导本体521的左侧向右侧传递，因此在此情况下可不要求光波导本体521是平直的。在图像光线自左侧向右侧传输的过程中，图像光线将依次入射到四个半反射半透射面523上。入射到每个半反射半透射面523上的部分图像光线将被半反射半透射面523反射，并因此使得部分图像光线的传输角度被半反射半透射面523改变，进而使得所述部分图像光线不再满足光波导本体521的全反射条件，并从光波导本体521的显示侧524输出。此外，光波导本体521的相对侧525的外界场景的环境图像的光线的至少部分可以透过光波导本体521，并从光波导本体521的显示侧524出射。因此，位于光波导本体521的显示侧524的用户可以同时观察到外界场景的环境图像和微显示器531生成的虚拟图像，由此该显示系统500可以实现增强现实显示功能。
发明人注意到，上述基于光波导的显示系统500，由于未对显示图像和外界场景的环境图像进行实时的监测和校准，使得显示图像和环境图像之间可能存在失调，并因此导致虚实融合效果和用户体验较差。此外，由于经过最右侧的半反射半透射面523之后，还有较大比例的图像光线未能从光波导本体521的显示侧524出射，由此使得显示系统500的光能利用率较低。
本公开的实施例提供了一种显示系统和图像显示方法，通过同时采集环境图像和第一图像，提升了显示图像和外界场景的虚实融合效果。
本公开的至少一个实施例提供了一种显示系统，该显示系统包括图像显示装置、光波导元件和图像采集装置。图像显示装置包括显示侧以及与显示侧相对的相对侧，且至少部分配置为至少部分透明的，由此可在图像显示装置的显示侧至少部分接收相对侧的环境图像；光波导元件配置为接收第一图像的光线，并将第一图像的光线传导至图像显示装置，由此使得图像显示装置在显示侧显示第一图像；图像采集装置设置在图像显示装置的显示侧，且配置为可同时采集环境图像和第一图像。
例如，图2(a)是本公开一个实施例提供的一种显示系统100的剖面示意图。例如，如图2(a)所示，该显示系统100可以包括图像显示装置110、光波导元件120和图像采集装置131。例如，本公开一个实施例提供的一种显示系统100可以实现为单目式增强现实眼镜。例如，如图2(a)所示，图像显示装置110可以对应于用户的左眼；又例如，图像显示装置110还可以对应于用户的右眼。
例如，图像显示装置110可以是光波导显示装置，与光波导元件120可以独立形成然后结合在一起，或者二者可以一体形成。例如，如图2(a)所示，当光波导元件120与图像显示装置110结合或一体形成时，所得到的整体结构为光波导本体121，图像显示装置110可以是光波导本体121的中间和右侧的区域。例如，图像显示装置110可以包括显示侧以及与显示侧相对的相对侧162，且至少部分配置为至少部分透明的，由此可在图像显示装置110的显示侧161至少部分接收相对侧162的环境图像，即由环境光产生的图像。例如，图像显示装置110可以透射相对侧162的场景的环境图像的至少部分光线(例如，可见光)，由此使得用户可以在显示侧观察相对侧162的场景的环境图像。
例如，光波导元件120可以配置为接收第一图像的光线。例如，第一图像可以由显示元件133输出，由此可被用户看到，例如，显示元件133可以是显示系统100的组成部分或者由用户自行配置。为清楚起见，有关第一图像和显示元件133的详细内容将在阐述光波导元件120和图像采集装置131等相关内容之后再进行阐述。
例如，光波导元件120配置为可以将第一图像的光线传导至图像显示装置110。由此使得图像显示装置110可以在显示侧显示第一图像。例如，光波导本体121可以包括第一端125(例如，图2(a)所示的左端)和第二端126(例如，图2(a)所示的右端)。例如，光波导元件120所接收的第一图像的光线在耦合进入光波导元件120时，至少部分第一图像的光线的传输角度可以满足光波导元件120和光波导本体121的全反射条件，由此至少部分第一图像的光线可以从光波导本体121的一端(例如，第一端125)向光波导本体121的另一端(例如，第二端126)传输，因此第一图像的光线可以传导至图像显示装置110，并因此使得图像显示装置110可以在显示侧显示第一图像。
例如，光波导元件120的具体结构可以根据实际应用需求进行设定，本公开的部分实施例对此不做具体限定。
例如，如图2(a)所示，光波导元件120可以包括图像导入结构122，图像显示装置110可以包括图像导出结构123，图像导入结构122和图像导出结构123可以设置在光波导本体121中。
例如，图2(b)示出了光波导本体121的全反射条件示意图。例如，在光波导本体121的材料的折射率为n2，光波导本体121的外部介质的折射率为n1的情况下，当光波导本体121内的光线的传输角度(即，与光波导本体121显示面的法线方向t的夹角θ1)大于arcsin(n1/n2)(即，光波导本体121的全反射临界角)时，光线满足光波导本体121的全反射条件。例如，光波导本体121的全反射临界角随光波导本体121的材料的折射率n2的增加而减小，也即，光波导本体121的材料的折射率n2越大，光线越容易满足光波导本体121的全反射条件。
例如，光波导本体121的材料可以根据实际应用需求进行选择，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，光波导本体121的材料对可见光的损耗可以较小(例如，对可见光的损耗可以小于0.2dB/cm)，由此可以提升显示系统100的显示图像的亮度和能量利用率。例如，光波导本体121可以选择折射率较大的材料，由此可以降低光波导本体121的全反射临界角，进而可以提升显示系统100的设计灵活性。例如，制作光波导本体121的材料的折射率n2可以为1.5-1.6；例如，光波导本体121可以选用石英玻璃或氟化物玻璃，但是本公开的实施例不限于此。
例如，图像导入结构122可以配置为使得第一图像的光线(例如，至少部分第一图像的光线)的传输角度满足光波导本体121的全反射条件。例如，图像导入结构122可以是一种反射面，但本公开的实施例不限于此。例如，反射面可以是一种多层介质膜，但本公开的实施例不限于此。例如，图像导入结构122可以对可见光具有高反射率(例如，对可见光的反射率大于99.9％)。
例如，在图像导入结构122是一种反射面的情况下，入射到图像导入结构122上的第一图像的光线可以被图像导入结构122反射而改变传输方向(或角度)，并由此被导入光波导本体121中。例如，在第一图像的光线在光波导本体121内的传输角度满足光波导本体121的全反射条件的情况下，第一图像的光线可以在光波导本体121中传输。
例如，图像导入结构122(例如，反射面)的设置角度可以根据实际应用需求进行设定，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，图像导入结构122与光波导元件120的表面(例如，图3(a)所示的平面)的夹角可以设置为25度，但本公开的实施例不限于此，图像导入结构122与光波导元件120的表面的夹角还可以设置为其它角度，只要图像导入结构122可以使得被图像导入结构122反射的第一图像光线(例如，第一图像的至少部分光线)的传输角度满足光波导元件120的全反射条件即可。
例如，为了使得显示系统100更加紧凑，可以将图像导入结构122设置在光波导本体121的一端，但本公开的实施例不限于此。例如，图像导入结构122的设置位置可以对应于显示元件133的设置位置。例如，图像导入结构122需要能够接收到显示元件133出射的第一图像的光线。
例如，图像显示装置110的图像导出结构123可以配置为通过反射将部分入射到图像导出结构123上的第一图像的光线导出至图像显示装置110的显示侧161，图像导出结构123还配置为通过透射使得部分入射到图像导出结构123上的环境图像的光线在图像显示装置110的显示侧161出射。例如，图2(a)所示的第一图像的光线在显示侧161的出射角度仅为示例，本公开的实施例不限于此。例如，图像导出结构123可以包括多个并列的半反射半透射面124。例如，图像导出结构123所包括的半反射半透射面124的个数、反射率、设置方式可以根据实际应用需求进行设定，本公开的实施例对此不做具体限定。
例如，图像导出结构123可以包括两个半反射半透射面124。例如，一个半反射半透射面124可以设置在光波导本体121的中间区域(例如，光波导本体121的正中央)并用于将第一图像的光线导出到显示侧的用户的眼睛中；另一个半反射半透射面124可以设置在例如光波导本体121的第二端126，并用于将第一图像的光线导出到设置在显示侧的图像采集装置131的集光面。
又例如，图像导出结构123可以还包括五个半反射半透射面124。例如，四个半反射半透射面124可以设置在光波导本体121的中间区域(例如，四个半反射半透射面124可以相对于光波导本体121的沿长度方向的对称轴对称设置)，并用于可将第一图像的光线导出到显示侧的用户的眼睛中；一个半反射半透射面124可以设置在例如光波导本体121的第二端126，并用于可将第一图像的光线导出到设置在显示侧的图像采集装置131的集光面。例如，在光波导本体121的中间区域设置了多个半反射半透射面124的情况下，可以增加显示系统100的出瞳(也即是，图2(a)中示出的出射光束的直径P)，由此可以提升用户的使用体验。
例如，在图像导出结构123多个半反射半透射面124的设置角度相同的情况下，从多个半反射半透射面124耦合输出的第一图像相对于场景图像的大小和位置匹配信息可以是相对应的(例如，可以是相同的)。例如，图像采集装置131采集的环境图像和第一图像之间的位置和尺寸匹配信息可以分别与用户观察到的环境图像和第一图像之间的位置和尺寸匹配信息相同。因此，可以利用图像采集装置131采集的环境图像和第一图像的匹配信息来提升用户观察到的环境图像和第一图像的匹配度，由此可以提升显示系统100的显示图像与环境图像的虚实融合效果。此外，由于图像采集装置131采集装置可以利用未能经例如图2(a)中左侧四个半反射半透射面124反射的部分光线，因此本公开一个实施例提供的一种显示系统100的能量利用率得以提高。
例如，多个半反射半透射面124的反射率可以设计成依次增加、且靠近第二端126的半反射半透射面124的反射率大于靠近第一端125的半反射半透射面124的反射率的形式，由此可以提升显示系统100出射光强的均匀性。例如，如图2(a)所示，在图像导出结构123包括五个半反射半透射面124的情况下，从第一端125至第二端126并列布置的半反射半透射面124的反射率可以依次设置为13％、14.9％、17.6％、21.3％和27.1％，但本公开的实施例不限于此。
例如，图3(a)和图3(b)是本公开一个实施例提供的一种光波导本体121的平面示意图和剖面示意图，图3(b)示出的剖面示意图是沿图3(a)所示的A-A’线剖切得到。例如，在光波导本体121包括反射面和多个半反射半透射面124的情况下，光波导本体121的结构参数可以设计成如下的形式，但本申请的实施例不限于此。
例如，如图3(a)和图3(b)所示，光波导本体121的长度L、宽度W和厚度H的取值可以分别为50mm、28mm和2.5mm。例如，为了使得用户观看到的图像之间无缝隙，多个半反射半透射面124在光波导本体121的显示面的正投影之间不存在间隙。例如，如图3(a)所示，位于左一位置处的半反射半透射面124的在光波导本体121的显示面(即图像显示装置110的显示面)的正投影的右边界与位于左二位置处的半反射半透射面124的在光波导本体121的显示面的正投影的左边界紧邻，由此可以提升用户的使用体验。例如，半透反射半透射面与光波导本体121的显示面的夹角可以设置为25度。例如，半反射半透射面124在光波导本体121的显示面的正投影的宽度D可以设置为5.36mm。例如，左三位置处的半反射半透射面124在光波导本体121的显示面的正投影在长度方向的对称轴可以与光波导本体121在长度方向的对称轴重合，也即，位于左三位置处的半反射半透射面124在光波导本体121的显示面的正投影在长度方向的对称轴与第一端125之间的距离L1可以设置为25mm。例如，位于左五位置处的半反射半透射面124在光波导本体121的显示面的正投影在长度方向的对称轴与第一端125之间的距离L2可以设置为47mm。
例如，图像采集装置131的类型和具体设置方式可以根据实际应用需求进行设定，本公开的部分实施例对此不做具体限定。例如，图像采集装置131可以为CCD型或CMOS型摄像头，但本公开的实施例不限于此。
例如，图像采集装置131可以设置在图像显示装置110的显示侧161，例如，图像采集装置131的集光面可以面向图像显示装置110的相对侧162。例如，图像采集装置131相对于光波导本体121长度和宽度方向的设置位置可以根据实际应用需求进行设定，本公开的实施例对此不做具体限定，只要使得图像采集装置131可同时采集环境图像和第一图像即可。
例如，为了使得显示系统100更加紧凑，可以使得图像采集装置131的集光面在显示侧161与光波导本体121的一端(例如，第二端126)对置，例如，图像采集装置131的集光面在显示侧可以与靠近第二端126的半反射半透射面124(例如，图2(a)中最右侧的半反射半透射面124)对置。例如，根据实际应用需求，图像采集装置131相对于光波导本体121宽度方向的设置位置可以为靠近光波导本体121的第二端126的上侧的位置，但本公开的实施例不限于此。例如，根据图像显示装置110在显示侧161的出射光线的角度，图像采集装置131的集光面的可以平行于图像显示装置110的显示面或者与图像显示装置110的显示面呈一定的角度，本公开的实施例对此不做具体限定。
例如，图像采集装置131的集光面可以紧贴图像显示装置110的位于相对侧162的表面，由此可以避免杂散光入射到图像采集装置131的集光面，并因此可以提升采集图像的信噪比。又例如，图像采集装置131的集光面还可以与图像显示装置110的位于相对侧162的显示面相距一段距离，且在图像采集装置131的集光面和图像显示装置110的位于相对侧162的显示面之间还可以设置光学系统(图2(a)中未示出)，由此使得可以选用一个具有较小集光面的图像采集装置131获取第一图像和环境图像更多的信息(例如，获取完整的第一图像和环境图像)，因此可以在保证虚实融合效果的前提下降低图像采集装置131的成本。
例如，显示系统100还可以包括校准装置134，校准装置134可以通过软件、硬件、固件或它们的任意组合实现，并且可以根据如下的描述实现，而具体实现方式(例如软件编程、FPGA编程等)这里不再详述。例如，校准装置134可以与显示系统100的相关组件(例如，图像采集装置131)通过有线或者无线的方式相连接。又例如，校准装置134还可以根据应用需求、由用户自行配置，例如，校准装置134的功能可以由用户已有的移动电子产品(例如，手机)实现。
例如，校准装置134可以配置为基于图像采集装置131采集的环境图像和第一图像获取匹配信息。例如，校准装置134可以配置为获取环境图像中的场景目标的信息和第一图像中的图像目标的信息(例如，通过边缘检测算法或轮廓提取算法获取目标，然后获取目标的例如尺寸、位置、形状、亮度和颜色等信息)，并基于场景目标的信息和图像目标的信息获取匹配信息(例如，场景目标与图像目标相距的距离)。例如，校准装置134获取环境图像和第一图像的匹配信息的具体方法可以参见移动增强现实的场景识别与跟踪注册技术，本公开的实施例不再赘述。
例如，显示系统100还可以包括图像处理装置135，图像处理装置135可以通过软件、硬件、固件或它们的任意组合实现，并且可以根据如下的描述实现，而具体实现方式(例如软件编程、FPGA编程等)这里不再详述。
例如，图像处理装置135可以配置为为显示元件133输出图像显示信号，例如，图像处理装置135可以根据校准装置134获取的匹配信息和待显示的第一图像为显示元件133输出图像显示信号。例如，图像处理装置135可以配置为驱动显示元件133显示第一图像，且可以配置为基于匹配信息驱动显示元件133刷新第一图像。例如，在校准装置134获取的环境图像中的场景目标的信息和第一图像中的图像目标的信息不匹配的情况下，图像处理装置135可以基于校准装置134获取的匹配信息重新渲染第一图像(例如，可以改变第一图像中的图像目标在图像显示装置110上的显示位置或者可以改变第一图像中的图像目标相对于图像显示装置110的尺寸)，由此可以使得环境图像中的场景目标的位置信息和第一图像中的图像目标更加匹配，由此可以提升显示系统100的显示图像和外界场景的环境图像的虚实融合效果。
例如，显示系统100还可以包括控制器136，控制器136可以通过软件、硬件、固件或它们的任意组合实现，并且可以根据如下的描述实现，而具体实现方式(例如软件编程、FPGA编程等)这里不再详述。例如，控制器136可以配置为基于匹配信息控制输出至光波导元件120的第一图像。例如，控制器136可以配置为基于匹配信息控制图像处理装置135输出的图像显示信号，并基于图像显示信号控制显示元件133显示的第一图像，由此可以控制输出至光波导元件120的第一图像。
例如，显示元件133的类型、设置位置和设置方式可以根据实际应用需求进行设定，本公开的部分实施例对此不做具体限定。例如，显示元件133可以是一种微显示器(例如，有机发光二极管显示器件、硅基微显示器件或液晶显示器件等)。例如，如图2(a)所述，显示元件133可以是显示系统100的组成部分。例如，根据实际应用需求，显示元件133可以设置在图像显示装置110的显示侧161或者相对侧162，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，为了使得显示系统100更加紧凑，可以将显示元件133设置在光波导元件120的一端(例如，光波导本体121的第一端)，但本公开的实施例不限于此。又例如，为了满足用户定制化的需求以及降低显示系统100的成本，显示元件133还可以根据用户的需求自行配置，例如，为提升显示效果，可以将显示系统100的预定位置设置用于用户安装显示元件133的安装件(例如安装槽)，例如，上述安装槽可以设置于图像显示装置110的显示侧161或者相对侧162。
例如，显示系统100还可以包括投影装置132，投影装置132可以配置为透射第一图像且将第一图像的光线输出至光波导元件120中。例如，投影装置132可以配置为将显示元件133出射的第一图像的光线准直为平行光线后将第一图像的光线输出至光波导元件120中。例如，经投影装置132准直后的平行光线可以垂直入射到光波导元件120的光入射面。又例如，经投影装置132准直后的平行光线还可以以一定的角度入射到光波导元件120的光入射面，平行光线的入射角度可以根据实际应用需求进行设定，只要平行光束被图像导入结构122反射后的传输角度满足光波导本体121的全反射条件即可，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，投影装置132还可以配置为将显示元件133出射的第一图像的光线准直为多组(例如，三组)相互平行的光线后将第一图像的光线输出至光波导元件120中。例如，投影装置132和显示元件133可以是两个分立的元件；又例如，投影装置132和显示元件133还可以集成为一个元件，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，图像处理装置133可以是显示系统100的一个独立的组件，也可以与投影装置132和显示元件133集成为一个元件，本公开的实施例对此不做具体限定。
例如，图4是本公开一个实施例提供的一种显示系统100的一种应用场景图。例如，茶杯212是外界场景中的真实物体，而茶壶211是显示系统100显示的虚拟物体。图4左侧的茶壶211和茶杯212是在图像采集装置131和校准装置134没有工作情况下用户看到的图像，用户看到的茶壶211和茶杯212之间存在着明显的位置偏移和尺寸失配；图4右侧的茶壶211和茶杯212是在图像采集装置131和校准装置134正常工作情况下用户看到的图像，用户看到的茶壶211和茶杯212之间的位置和尺寸的匹配度均较好。
例如，对于本公开的显示系统100，首先，图像显示装置110可以显示第一图像(例如，包括图4左侧的茶壶211的图像)；然后，图像采集装置131可以在显示侧161同时采集第一图像和环境图像(例如，包括图4左侧的茶杯212的图像)，并将采集的图像可以传递给校准装置134；接着，校准装置134(例如，可以为显示系统100的组成部分)可以通过例如轮廓提取获取图像中的图像目标(例如，图4左侧的茶壶211)和场景目标(例如，图4左侧的茶杯212)，并因此可以获取图像目标(例如，茶壶211)和场景目标(例如，茶杯212)的信息(例如，尺寸和位置)，通过对比图像目标和场景目标的信息而获取图像目标和场景目标的匹配信息(例如，图像目标尺寸偏小，位置偏左)；最后，图像处理单元可以基于上述匹配信息重新生成图像显示信号(例如，在控制器136的控制下)，并使得显示元件133刷新第一图像，进而，用户可以观察到图4右侧的茶壶211和茶杯212，由此可以提升显示系统100的虚实融合效果。
例如，由于佩戴显示系统100的用户或/和场景目标可能随时间移动，因此，图像采集装置131可以实时监测环境图像和第一图像之间的匹配度，以实时获取匹配信息，图像显示装置110(和显示元件133)可以实时刷新所显示的图像，以提升第一图像与环境图像之间的匹配度。例如，图像采集装置131监测环境图像和第一图像之间匹配度的频率和图像显示装置110刷新所显示的图像的频率可以根据应用场景进行设定。例如，在用户或场景目标之间存在较大的速度差(例如，用户和场景目标之一快速运动，或者用户和场景目标运动方向相反)的情况下，图像采集装置131的监测频率和图像显示装置110(和显示元件133)的图像刷新频率需要较高才能实现较好的虚实融合效果；而在用户或场景目标之间相对静止或者速度差较小的情况下(例如，用户和场景目标均静止，或者运动方向和速度均相同)，图像采集装置131的监测频率和图像显示装置110的图像刷新频率可以设置为较小的数值，由此可以降低显示系统100的功耗。
例如，根据实际应用需求，在图像显示装置110显示第一图像之前，图像采集装置131还可以先采集场景的环境图像，图像处理装置135可以基于环境图像的相关信息(例如，尺寸、位置、形状、亮度和颜色等)驱动显示元件133显示第一图像，由此可以使得显示系统100显示的第一帧图像也具有较好的匹配度，进而可以进一步提升虚实融合效果。
例如，图5是本公开一个实施例提供的另一种显示系统100的剖面示意图。例如，相比于图2(a)所示的显示系统100，图5所示的显示系统100还可以包括第二图像显示装置141和第二光波导元件142，二者同样可以结合或一体形成，由此得到位于图5右侧的第二光波导本体。例如，本公开一个实施例提供的另一种显示系统100可以实现为双目式增强现实眼镜。例如，图像显示装置110和第二图像显示装置141可以分别对应于同一个用户的左眼和右眼。
例如，第二图像显示装置141可以包括显示侧以及与显示侧相对的相对侧，例如，第二图像显示装置141的显示侧和对应侧可以分别对应于图像显示装置110的显示侧161和对应侧162。例如，第二图像显示装置141的至少部分可以配置为至少部分透明的，由此可在第二图像显示装置141的显示侧至少部分接收相对侧的环境图像。例如，第二图像显示装置141的具体设置方式和相关描述可以参见图像显示装置110，重复之处不再赘述。
例如，第二光波导元件142可以配置为接收第二图像的光线。例如，第二图像可以由第二显示元件147生成，并由第二投影装置146输出至第二光波导元件142中。例如，第二显示元件147和第二投影装置146可以是显示系统100的一部分或者由用户自行配置，第二显示元件147和第二投影装置146的具体设置方式和相关描述可以参见显示元件133和投影装置132，重复之处不再赘述。
例如，第二图像可以与第一图像相同或者不同，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，在第二图像与第一图像相同的情况下，用户可以观察到一个虚拟的2D图像；又例如，在第二图像和第一图像是具有视差的一对图像对的情况下，用户可以观察到一个虚拟的3D图像，由此可以进一步提升虚实融合效果。例如，第二光波导元件142可以将第二图像的光线传导至第二图像显示装置141，由此可以使得第二图像显示装置141在显示侧显示第二图像。例如，第二光波导元件142以及第二图像显示装置141的具体结构和设置方式可以参见光波导元件120以及图像显示装置110，重复之处不再赘述。
例如，第二光波导本体可以包括第一端143(例如，图5中第二光波导元件142的右端)和第二端144(例如，图5中第二图像显示装置141的左端)。例如，光波导本体121和第二光波导本体沿光波导本体121的第一端125和第二端126的连线方向并列布置，由此图像显示装置110和第二图像显示装置141彼此相邻并列布置，且光波导本体121的第二端126和第二光波导本体的第二端144对置。
例如，在第二图像显示装置141的显示侧出射的环境图像和第二图像之间的校准方法可以根据实际应用需求进行设定，本公开的实施例对此不做具体限定。
例如，在光波导本体121和第二光波导本体之间的位置关系相对固定的情况下，可以基于在图像显示装置110的显示侧161出射的环境图像和第一图像之间的匹配信息刷新第二图像显示装置141显示的第二图像，由此可以实现在第二图像显示装置141的显示侧出射的环境图像和第二图像之间的校准。又例如，在图像采集装置131的集光面较大的情况下，可以将图像采集装置131对应于光波导本体121的第二端126和第二光波导本体的第二端144设置，以使得图像采集图像可以同时采集图像显示装置110的显示侧161出射的环境图像和第一图像以及在第二图像显示装置141的显示侧出射的环境图像和第二图像。例如，校准装置134首先可以通过例如轮廓提取算法获取场景目标、第一图像目标和第二图像目标；然后可以根据各个目标的信息(位置、形状、尺寸)判断各个目标是从图像显示装置110出射，还是从第二图像显示装置141出射；最后可以分别判断从图像显示装置110出射的场景目标和第一图像目标的匹配度，以及从第二图像显示装置141出射的场景目标和第二图像目标的匹配度。由此上述方法可以在使用一个图像采集装置的情况下，获取两个图像显示装置的匹配信息，由此可以提升显示系统100的虚实融合效果。例如，在上述两种情况下，可以避免设置两个图像采集装置，由此可以降低显示系统100的成本。
再例如，如图5所示，显示系统100还可以包括第二图像采集装置145，第二图像采集装置145可以设置在第二光波导本体的第二端144，且配置为可同时采集从第二图像显示装置141的显示侧出射的环境图像和第二图像。例如，第二图像采集装置145的集光面可以在显示侧与第二光波导本体的第二端144对置。例如，第二图像采集装置145的具体设置方式和相关描述可以参见图像采集装置131，在此不再赘述。
例如，本公开一个实施例提供的另一种显示系统100的第二图像显示装置141可以使用对应于图像显示装置110的校准装置134、控制器136和图像处理装置135实现图像校准、渲染等功能。再例如，本公开一个实施例提供的另一种显示系统100还可以包括第二校准装置、第二控制器和第二图像处理装置。例如，第二校准装置、第二控制器和第二图像处理装置的设置方式和相关描述可以参见校准装置134、控制器136和图像处理装置135，在此不再赘述；例如，第二校准装置和校准装置134可以是两个独立的装置，或者是集成在一起的单个装置，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，第二控制器和控制器136可以是两个独立的器件，或者是集成在一起的单个器件，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，第二图像处理装置和图像处理装置135可以是两个独立的装置，或者是集成在一起的单个装置，本公开的实施例对此不做具体限定。
本公开的至少一个实施例提供了一种图像显示方法，该图像显示方法包括：接收第一图像的光线，并将第一图像的光线传导至显示侧；通过透射使得相对侧的环境图像的光线可以在显示侧出射；以及在显示侧同时采集环境图像和第一图像。
例如，图6是本公开另一个实施例提供的一种图像显示方法的示意性流程图。例如，如图6所示，该图像显示方法可以包括以下步骤：
步骤S10：接收第一图像的光线并将所述第一图像的光线传导至显示侧；
步骤S20：通过透射使得相对侧的环境图像的光线可以在所述显示侧出射；
步骤S30：在所述显示侧同时采集所述环境图像和所述第一图像。
例如，如图6所示，该图像显示方法还可以包括以下步骤：
步骤S40：基于采集的所述环境图像和所述第一图像获取匹配信息；
步骤S50：基于所述匹配信息控制所述第一图像。
例如，该图像显示方法可以通过同时采集环境图像和第一图像，提升显示图像和外界场景的虚实融合效果。例如，该图像显示方法的步骤S10-步骤S50的具体实现方式可以参见本公开一个实施例提供的显示系统，在此不再赘述。
虽然上文中已经用一般性说明及具体实施方式，对本公开作了详尽的描述，但在本公开实施例基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本公开精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本公开要求保护的范围。

Claims (17)

1.一种显示系统，包括：
图像显示装置，包括显示侧以及与所述显示侧相对的相对侧，其中，所述图像显示装置的至少部分配置为至少部分透明的，由此可在所述图像显示装置的显示侧至少部分接收所述相对侧的环境图像；
光波导元件，配置为接收第一图像的光线，并将所述第一图像的光线传导至所述图像显示装置，由此使得所述图像显示装置在所述显示侧显示所述第一图像；
图像采集装置，设置在所述图像显示装置的显示侧，且配置为可同时采集所述环境图像和所述第一图像，其中，所述图像采集装置实时监测所述环境图像和第一图像之间的匹配度；以及
校准装置，所述校准装置配置为基于所述图像采集装置采集的所述环境图像和所述第一图像获取匹配信息，并且其中所述校准装置配置为获取所述环境图像中的场景目标的信息和所述第一图像中的图像目标的信息，并基于所述场景目标的信息和所述图像目标的信息获取所述匹配信息。
2.根据权利要求1所述的显示系统，还包括投影装置，其中，
所述投影装置配置为透射所述第一图像且将所述第一图像的光线输出至所述光波导元件中。
3.根据权利要求2所述的显示系统，还包括显示元件，其中，
所述投影装置配置为将所述显示元件出射的所述第一图像的光线准直为平行光线后将所述第一图像的光线输出至所述光波导元件中。
4.根据权利要求3所述的显示系统，还包括图像处理装置，其中，
所述图像处理装置配置为为所述显示元件输出图像显示信号。
5.根据权利要求4所述的显示系统，其中，
所述图像处理装置配置为驱动所述显示元件显示所述第一图像，且配置为基于所述匹配信息驱动所述显示元件刷新所述第一图像。
6.根据权利要求4所述的显示系统，还包括控制器，其中，
所述控制器配置为基于所述匹配信息控制输出至所述光波导元件的所述第一图像。
7.根据权利要求6所述的显示系统，其中，
所述控制器配置为基于所述匹配信息控制所述图像处理装置输出的所述图像显示信号，并基于所述图像显示信号控制所述显示元件显示的所述第一图像，由此控制输出至所述光波导元件的所述第一图像。
8.根据权利要求1-7任一所述的显示系统，其中，
所述光波导元件和所述图像显示装置彼此结合或一体形成以得到光波导本体，所述光波导元件包括图像导入结构，所述图像显示装置包括图像导出结构，所述光波导本体包括第一端和第二端，所述图像导入结构和所述图像导出结构设置在所述光波导本体中。
9.根据权利要求8所述的显示系统，其中，
所述图像导入结构配置为使得所述第一图像的光线的传输角度满足所述光波导本体的全反射条件。
10.根据权利要求9所述的显示系统，其中，
所述图像导入结构设置在所述光波导本体的所述第一端，且配置为通过反射将所述第一图像的光线导入到所述光波导本体中。
11.根据权利要求8所述的显示系统，其中，
所述图像导出结构包括多个并列的半反射半透射面。
12.根据权利要求11所述的显示系统，其中，
所述多个半反射半透射面的反射率依次增加，且靠近所述第二端的所述半反射半透射面的反射率大于靠近所述第一端的所述半反射半透射面的反射率。
13.根据权利要求12所述的显示系统，其中，
所述图像采集装置设置在所述光波导本体的所述第二端，且在所述显示侧与靠近所述第二端的所述半反射半透射面对置。
14.根据权利要求1-7任一所述的显示系统，还包括第二图像显示装置和第二光波导元件，其中，
所述第二图像显示装置包括显示侧以及与所述显示侧相对的相对侧，且所述第二图像显示装置的至少部分配置为至少部分透明的，由此可在所述第二图像显示装置的显示侧至少部分接收所述相对侧的环境图像；
所述第二光波导元件配置为接收第二图像的光线，并将所述第二图像的光线传导至所述第二图像显示装置，由此使得所述第二图像显示装置在所述显示侧显示所述第二图像。
15.根据权利要求14所述的显示系统，其中，
所述图像显示装置和所述第二图像显示装置彼此相邻且并列布置。
16.根据权利要求15所述的显示系统，还包括第二图像采集装置，其中，
所述第二图像采集装置设置所述第二图像显示装置的显示侧，且配置为可同时采集从所述第二图像显示装置的显示侧出射的所述环境图像和所述第二图像。
17.一种图像显示方法，包括：
接收第一图像的光线，并将所述第一图像的光线传导至显示侧；
通过透射使得相对侧的环境图像的光线可以在所述显示侧出射；
在所述显示侧同时采集所述环境图像和所述第一图像；
在所述显示侧实时监测所述环境图像和第一图像之间的匹配度；
基于采集的所述环境图像中的场景目标的信息和所述第一图像的图像目标的信息获取匹配信息；以及
基于所述匹配信息控制所述第一图像。
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