CN109116559A - 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、光波导元件和光强获取装置。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；光强获取装置配置为获取环境图像的光线强度和第一图像的光线强度。该显示系统和图像显示方法通过获取环境图像的光线强度和第一图像的光线强度，优化了显示图像和外界场景图像的对比度。

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、光波导元件和光强获取装置。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；光强获取装置配置为获取环境图像的光线强度和第一图像的光线强度。
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图像显示装置，其中，所述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，所述第一图像在所述显示侧被显示，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；在显示侧采集环境图像的光线和第一图像的光线，以获取环境图像的光线强度和第一图像的光线强度；以及基于环境图像的光线强度和第一图像的光线强度，控制环境图像的光线强度或/和第一图像的光线强度。
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是是一种基于光波导的显示系统；
图2A是实施例一提供的一种显示系统的剖面示意图；
图2B是光波导本体的全反射条件的示意图；
图3A是光强控制元件的一种示例性的设置方式；
图3B是图3A所示的光强控制元件的一种示例性的驱动时序；
图4是光强调节装置的一种示例性的设置方式；
图5A是实施例一提供的一种光波导本体的平面示意图；
图5B是图5A所示的光波导本体的沿A-A’线的剖面示意图；
图6A是第二偏振控制元件的一种示例性的侧视图；
图6B是图6A所示的第二偏振控制元件的一种示例性的俯视图；
图6C是图6A所示的第二偏振控制元件处于起偏态下的示意图；
图6D是图6A所示的第二偏振控制元件处于非起偏态下的示意图；
图7是实施例三和实施例四提供的一种显示系统的剖面示意图；
图8是实施例五提供的一种显示系统的剖面示意图；
图9A是第一偏振控制元件的一种示例性的侧视图；
图9B是图9A所示的第一偏振控制元件的一种示例性的俯视图；
图9C是图9A所示的第一偏振控制元件处于第一态下的示意图；
图9D是图9A所示的第一偏振控制元件处于第二态下的示意图；
图10是另一种第一偏振控制元件的示意图；
图11是实施例六提供的一种显示系统的剖面示意图；
图12A是实施例七提供的一种显示系统的剖面示意图；
图12B是一种膜层对于s偏振光和p偏振光的反射率曲线；
图13是实施例八提供的图像显示方法的示例性流程图；
图14是实施例九提供的图像显示方法的示例性流程图；以及
图15是图14所示的图像显示方法的一种应用场景图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明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。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“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。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，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，则该相对位置关系也可能相应地改变。
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和至少一个或多个，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出射。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，显示图像的光线强度和外界场景的环境图像的光线强度之间可能会存在不匹配的问题。例如，在白天室外的强光照环境条件下，外界场景的环境图像的光线强度可能会远远大于显示图像的光线强度；又例如，在夜间室外的弱光照环境条件下，显示图像的光线强度可能会远远大于外界场景的环境图像的光线强度。也即，显示图像和外界场景的环境图像之间可能会存在对比度失调问题，并因此导致虚实融合效果和用户体验较差。
本公开的实施例提供了一种显示系统和图像显示方法，通过获取环境图像的光线强度和第一图像的光线强度，优化了显示图像和外界场景图像的对比度。
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、光波导元件和光强获取装置。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；光强获取装置配置为获取环境图像的光线强度和第一图像的光线强度。
本公开的至少一个实施例还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图像显示装置，其中，该图像显示装置包括显示侧以及与显示侧相对的相对侧，第一图像在显示侧被显示，该图像显示装置的至少部分配置为至少部分透明的，由此可在图像显示装置的显示侧至少部分接收相对侧的环境图像；在显示侧采集环境图像的光线和第一图像的光线，以获取环境图像的光线强度和第一图像的光线强度；以及基于环境图像的光线强度和第一图像的光线强度，控制环境图像的光线强度或/和第一图像的光线强度。
例如，该光强获取装置可以包括光强探测装置和光线控制装置；光强探测装置可以设置在图像显示装置的显示侧，且配置为可采集环境图像的光线和第一图像的光线；光线控制装置可以配置为控制不同时刻入射到光强探测装置上的环境图像的光线强度或/和第一图像的光线强度，以使得光强探测装置可获取环境图像的光线强度和第一图像的光线强度。在不同的实施例中，例如，光线控制装置可以包括第一偏振片和第一偏振控制元件，第一偏振片配置为使得图像显示装置中的第一图像的光线或环境图像的光线为第一线偏振光；第一偏振控制元件设置在图像显示装置与光强探测装置之间，配置为可透射第一线偏振光且阻挡第二线偏振光以允许第一线偏振光入射到光强探测装置之中，或者可透射第二线偏振光且阻挡第一线偏振光以允许第二线偏振光入射到光强探测装置之中；第二线偏振光的偏振方向垂直于第一线偏振光的偏振方向。又例如，光线控制装置还可以设置在图像显示装置的相对侧且与光强探测装置对置或者设置在光波导元件的显示侧且与光波导元件的输入端对置，且配置为控制不同时刻入射到光强探测装置上的环境图像的光线强度或者第一图像的光线强度。
下面将结合附图对本发明不同的实施例及其具体示例进行非限制性的说明，如下面所描述的，在不相互抵触的情况下这些具体实施例中不同特征可以相互组合，从而得到新的实施例，这些实施例也都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例提供了一种显示系统100，该显示系统100可以实现为单目式增强现实眼镜。例如，该显示系统100可以对应于用户的左眼；又例如，该显示系统100还可以对应于用户的右眼。
例如，图2A是实施例一提供的一种显示系统100的剖面示意图。例如，如图2A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、光强探测装置131和光线控制装置180，光强探测装置131和光线控制装置180构成该显示系统100的光强获取装置。
例如，光线控制装置180可以包括光强控制元件。例如，通过设置光强控制元件，光强探测装置131可以在不同时刻获取在图像显示装置110显示侧出射的环境图像的光线强度以及第一图像的光线强度和环境图像的光线强度之和，由此显示系统100可以获取第一图像的光线强度，并因此可以基于所获取的第一图像的光线强度和环境图像的光线强度优化第一图像和环境图像之间的对比度。
下面将结合图2-图5具体说明实施例一提供的显示系统100。
例如，如图2A所示，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2A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161以及与显示侧161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，也可以称之为外界场景图像。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，如图2A所示，光波导元件120可以配置为接收第一图像(也可以称之为显示图像)的光线。例如，第一图像可以由显示元件133输出、并经由投影装置132投射而输出至光波导元件120中，由此可被用户看到。例如，显示元件133和投影装置132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和投影装置132的详细内容将在阐述光波导元件120、光强探测装置131和光线控制装置180等相关内容之后再进行详细阐述。
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2A所示的左端)和第二端126(例如，图2A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161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2A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2B示出了光波导本体121的全反射条件的示意图。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；又例如，反射面还可以是一种多层介质膜，但本公开的实施例对此不做具体限定。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5A所示的平面)的夹角可以设置为25、30、35等角度，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2A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光强探测装置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光强探测装置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2A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，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，由此可以提升显示系统100出射光强的均匀性。例如，如图2A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，为了清楚起见，光波导本体121和图像导出结构123的具体设计示例将在阐述光线控制装置180和光强探测装置131等相关内容之后再进行阐述。
例如，光线控制装置180可以设置在图像显示装置110的相对侧、并且可以与光波导元件120的输入端对置。例如，光线控制装置180可以配置为控制不同时刻入射到光强探测装置131上的第一图像的光线强度。例如，如图2A所示，光线控制装置180可以设置在光波导元件120的输入端和投影装置132之间，但本公开的实施例不限于此。又例如，光线控制装置180还可以设置在显示元件133和投影装置132之间。
例如，光线控制装置180可以包括光强控制元件。例如，光强控制元件具体形式可以根据实际应用情况进行设定，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，光强控制元件可以包括电致透射率调节元件，且电致透射率调节元件配置为可处于透光态或阻光态。例如，电致透射率调节元件可以包括聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal，简称PDLC)材料或者电致变色材料，PDLC材料和电致变色材料能够根据施加在其上的电压的变化而呈现透光态和阻光态。
例如，下面将结合图3A和图3B具体阐述光强控制元件的一种示例性的设置方式。
例如，图3A是光强控制元件181的一种示例性的设置方式。例如，图2A示出的光线控制装置180可以实现为图3B示出的光强控制元件181，但本公开的实施例不限于此。
例如，光强控制元件181可以包括第一导电层52、第二导电层53和聚合物分散液晶材料层51，第一导电层52和第二导电层53例如可以为透明导电层。例如，在向第一导电层52和第二导电层53施加电压的情况下，第一导电层52和第二导电层53之间的电场可以使得PDLC材料的性质发生变化，并由此可以使得光强控制元件181呈现透光态，此时显示元件133输出的第一图像可以穿过光强控制元件181并输入至光波导元件120之中；在未向第一导电层52和第二导电层53施加电压的情况下，聚合物分散液晶材料层51的PDLC材料发生逆变化，并由此可以使得光强控制元件181呈现阻光态，此时显示元件133输出的第一图像由于受到光强控制元件181的阻挡而无法输入至光波导元件120之中。例如，光强控制元件181在透光态和阻光态下的透射率(例如，对可见光的透射率)分别为TC1和TC2。例如，TC1和TC2的具体数值可以根据实际应用需求进行设定，TC1例如可以大于99.9％，TC2例如可以小于0.1％。例如，为了清楚起见，对于本公开的光强控制元件181，假设TC1和TC2分别为100％和0％，但本公开的实施例不限于此。
例如，光强控制元件181的具体控制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，可以使得光强控制元件181交替处于透光态和阻光态。例如，图3B是图3A示出的光强控制元件181的一种示例性的驱动时序。例如，可以使用图3B示出的驱动时序驱动图3A示出的光强控制元件181，也即，首先不向光强控制元件181的聚合物分散液晶材料层51施加电压，并使得光强控制元件181元件处于透光态，此时可以使用光强探测装置131获取在图像显示装置110(例如，图像显示装置110的对应于光强探测装置131的区域)的显示侧161出射的第一图像的光线强度Id和环境图像的光线强度Ih之和Id+Ih；然后，向光强控制元件181元件的聚合物分散液晶材料层51施加电压E，并使得光强控制元件181元件处于阻光态，第一图像的光线由于受到光强控制元件181的遮挡而无法输入至光波导元件120之中，因此可以使用光强探测装置131获取在图像显示装置110的显示侧161出射的环境图像的光线强度Ih；由此，经过计算显示系统100可以获取在图像显示装置110的对应于光强探测装置131的区域的显示侧161出射的第一图像的光线强度Id。
例如，在本公开中，第一图像的光线强度Id和环境图像的光线强度Ih不代表具体的数值，而仅用于说明光强探测装置131获取第一图像的光线强度和环境图像的光线强度的方法。
例如，由于图像导出结构123(例如，图像导出结构123的多个半反射半透射面124)的透射率和反射率是已知的或可以测定，因此可以通过在图像显示装置110的对应于光强探测装置131的区域的显示侧出射的第一图像的光线强度Id和环境图像的光线强度Ih，来获取在图像显示装置110的对应于用户眼睛的区域的显示侧出射的第一图像的光线强度和环境图像的光线强度，并由此可以基于上述信息获取第一图像和环境图像之间的图像对比度匹配信息。
例如，通过使得光强控制元件181交替处于透光态和阻光态，可以实时获取第一图像和环境图像之间的图像对比度匹配信息，由此可以使得第一图像和环境图像之间的对比度能够一直处于良好的状态。例如，光强控制元件181处于透光态和阻光态的时间t1和t2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，为了提升显示效果，在能够保证测量准确度的情况下，光强控制元件181处于阻光态的时间t2应该尽可能的短，t2例如可以设置为0.5秒或0.1秒，但本公开的实施例不限于此。例如，光强控制元件181处于透光态的时间t1可以设置为固定值，t1例如可以设置为5分钟。又例如，光强控制元件181处于透光态的时间t1可以根据用户设定的工作模式自动设置为不同的数值；例如，在用户设定的工作模式为静止模式(此时光强变化缓慢)的情况下，t1例如可以设置为30分钟；在用户设定的工作模式为移动模式(此时光强变化迅速)的情况下，t1例如可以设置为1分钟；由此可以在保证第一图像和环境图像之间的对比度具有较好匹配度的情况下降低显示系统100的功耗。
例如，图3A示出的光强控制元件181的具体驱动方式不限于图3B示出的形式。例如，还可以仅在用户感受到第一图像和环境图像之间的对比度存在失调的情况下，使得光强控制元件181处于阻光态(例如，可以在用户主动发起对比度调节命令之后，使得光强控制元件181处于阻光态一段时间)，以获取环境图像的光线强度Ih，并基于在光强控制元件181处于透光态情况下获取的第一图像的光线强度Id和环境图像的光线强度Ih之和Id+Ih，来获取第一图像的光线强度Id。例如，光强控制元件181处于阻光态的时间可以根据实际应用需求进行设定，在此不做具体限定。例如，通过仅在用户感受到第一图像和环境图像之间的对比度存在失调的情况下使得光强控制元件181处于阻光态一段时间，可以进一步的降低显示系统100的功耗。
例如，下面将结合图2A具体阐述光强探测装置131的一种示范性的具体设置方式。
例如，如图2A所示，光强探测装置131可以设置在图像显示装置110的显示侧161，例如，光强探测装置131的集光面可以朝向图像显示装置110的相对侧162。例如，光强探测装置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，光强探测装置131可以是配置为功率计或能量计，此时光强探测装置131可以获取光线强度的平均值(例如，环境图像的光线强度的平均值)。又例如，光强探测装置131还可以是成像型光强探测装置，成像型光强探测装置例如可以为CCD型或CMOS型相机/摄像头，此时光强探测装置131配置为可以获取入射到其上的图像(例如，环境图像)，并由此可以获取入射到光强探测装置131的各个像素处的环境图像的光线强度和第一图像的光线强度。
例如，光强探测装置131可以设置为一直处于工作状态的形式，但本公开的实施例不限于此。例如，光强探测装置131还可以设置为在光强控制元件181处于阻光态和透光态的部分时间内处于工作状态的形式。例如，光强探测装置131可以在光强控制元件181处于阻光态和透光态的情况下分别工作至少一次，由此可以分别采集光强控制元件181处于阻光态和透光态的情况下、在图像显示装置110的显示侧出射的光线强度。例如，可以使用时间同步装置使得光强控制元件181和光强探测装置131处于同步状态，也即，使得光强探测装置131在光强控制元件181处于阻光态和透光态的情况下可以分别至少采集一次入射到其上的光线的强度。例如，光强探测装置131采集一次光强的时间可以设置为0.5秒，但本公开的实施例不限于此。
例如，光强探测装置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，只要使得光强探测装置131可以获取环境图像和第一图像的光线强度即可。
例如，为了使得显示系统100更加紧凑，可以使得光强探测装置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，光强探测装置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2A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，光强探测装置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，光强探测装置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，光强探测装置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光强探测装置131的集光面，并因此可以提升所获取的光线强度信息的准确度。
又例如，光强探测装置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，且在光强探测装置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2A中未示出)，由此使得可以选用一个具有较小集光面的光强探测装置131获取完整的第一图像和环境图像，因此可以获取关于第一图像和环境图像的更多信息，并由此可以在保证第一图像和环境图像之间的对比度具有较好匹配度的前提下降低光强探测装置131的重量和成本。
例如，显示系统100还可以包括计算装置134，下面将结合图2A具体阐述计算装置134的具体设置方式。
例如，如图2A所示，计算装置134可以与光强探测装置131通过电连接等方式实现信号连接，且可以配置为基于光强探测装置131采集的环境图像和第一图像的光线强度获取环境图像和第一图像之间的图像对比度匹配信息。
例如，计算装置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，计算装置134可以与显示系统100的相关组件(例如，光强探测装置131)通过有线或者无线的方式实现信号连接。又例如，计算装置134还可以根据应用需求由用户自行配置，例如，计算装置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，在光强探测装置131为功率计或能量计的情况下，计算装置134可以基于环境图像的光线强度的平均值和第一图像的光线强度的平均值获取图像对比度匹配信息，此时获取的图像对比度匹配信息可以是一种全局的图像对比度匹配信息。
例如，在光强探测装置131为CCD型或CMOS型相机或摄像头的情况下，光强探测装置131可以分别获取环境图像和第一图像，并由此可以获取入射到光强探测装置131的各个像素处的环境图像的光线强度和第一图像的光线强度，此时计算装置134可以基于至少部分像素的环境图像的光线强度和第一图像的光线强度获取图像对比度匹配信息，此时获取的图像对比度匹配信息可以是局部的图像对比度匹配信息或/和全局的图像对比度匹配信息。
例如，在光强探测装置131为CCD型或CMOS型相机或摄像头的情况下，计算装置134基于至少部分像素的环境图像的光线强度和第一图像的光线强度获取图像对比度匹配信息的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，计算装置134可以通过以下的方法获取第一图像和环境图像之间的局部图像对比度匹配信息：首先，计算装置134可以获取第一图像和环境图像的亮度最高的像素的光强值和/或亮度最低的像素的光强值；然后，计算装置134可以基于第一图像和环境图像的亮度最高的像素的光强值的比值或差值和/或亮度最低的像素的光强值的比值或差值获取图像对比度匹配信息。
又例如，计算装置134还可以通过以下的方法获取第一图像和环境图像之间的局部图像对比度匹配信息：首先，计算装置134可以获取第一图像的高亮度区域的光强平均值和/或低亮度区域的光强平均值，以及环境图像的高亮度区域的光强平均值和/或低亮度区域的光强平均值；然后，计算装置134可以基于第一图像和环境图像的高亮度区域的光强平均值的比值或差值和/或第一图像和环境图像的低亮度区域的光强平均值的比值或差值获取局部的图像对比度匹配信息。
例如，在光强探测装置131为CCD型或CMOS型相机或摄像头的情况下，计算装置134还可以获取第一图像和环境图像之间的全局图像对比度匹配信息。例如，首先，计算装置134可以获取第一图像的光强平均值以及环境图像的光强平均值；然后，计算装置134可以基于第一图像和环境图像的光强平均值的比值或差值获取全局的图像对比度匹配信息。
例如，图像对比度匹配信息可以是一种指示第一图像的光线强度和环境图像的光线强度是否匹配的信息。例如，可以使用“1”或“0”分别代表第一图像和环境图像之间的光线强度匹配和不匹配，但本公开的实施例不限于此。例如，在第一图像和环境图像的亮度最高的像素的光强值的比值或高亮度区域的光强平均值的比值或图像的总体平均值的比值大于2或小于1/2的情况下，计算装置134可以判定第一图像和环境图像之间的光线强度不匹配。又例如，图像对比度匹配信息还可以是一种指示第一图像的光线强度和环境图像的光线强度匹配度的数值。例如，根据实际应用需求，可以使用第一图像的光线强度(例如，亮度最高的像素的光线强度或高亮度区域的光线强度光强平均值或光线强度的总体平均值)和环境图像的光线强度的差值的绝对值代表第一图像的光线强度和环境图像的光线强度的匹配度；此时，该数值越大，则代表第一图像的光线强度和环境图像的光线强度的匹配度越差，该数值越小，则代表第一图像的光线强度和环境图像的光线强度的匹配度越好。
例如，显示系统100还可以包括控制器135，下面将结合图2A具体阐述控制器135的具体设置方式。
例如，如图2A所示，控制器135可以与计算装置134和显示元件133通过电连接等方式实现信号连接，且可以配置为基于计算装置134获取的环境图像和第一图像之间的图像对比度匹配信息调节显示元件133输出的第一图像的光线强度，并由此可以控制输出至光波导元件120的第一图像的光线强度。
例如，控制器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，控制器135可以与显示系统100的相关组件(例如，显示元件133)可以通过有线或者无线的方式相连接。又例如，控制器135还可以根据应用需求、由用户自行配置，例如，控制器135的功能可以由用户已有的移动电子产品(例如，手机)实现。或者，控制器135和计算装置134可以通过同一硬件实现，例如形成在同一芯片中，又例如通过同一处理器以及存储器实现，存储器存储有实现控制和计算功能的可执行计算机程序。
例如，控制器135可以配置为基于图像对比度匹配信息控制输出至光波导元件120的第一图像的光线强度。例如，在用户在晴朗的白天使用显示系统100的情况下，在用户从室内走到室外之后，环境图像的光线强度有可能增高并使得环境图像和第一图像之间的图像对比度出现失配，此时可以使用控制器135增加输出至光波导元件120的第一图像的光线强度，以优化环境图像和第一图像之间的图像对比度。又例如，在用户在傍晚的室外使用显示系统100的情况下，环境图像的光线强度将逐渐降低，并因此使得环境图像和第一图像之间的图像对比度出现失配，此时可以使用控制器135降低(例如，逐渐降低)输出至光波导元件120的第一图像的光线强度，以优化环境图像和第一图像之间的图像对比度。例如，在图像对比度匹配信息包括全局图像对比度匹配信息的情况下，可以整体提升/降低输出至光波导元件120的第一图像的光线强度；又例如，在图像对比度匹配信息包括局部图像对比度匹配信息的情况下，可以在保证第一图像的对比度的情况下，根据实际应用需求，提升/降低第一图像的局部区域的光线强度。
例如，显示系统100还可以包括光强调节装置190，下面将结合图2A和图4对光强调节装置190进行具体说明。
例如，如图2A所示，光强调节装置190可以设置在图像显示装置110的相对侧162。例如，光强调节装置190可以仅设置在图像显示装置110的对应于人眼的区域(例如，可以仅覆盖图像显示装置110对应于人眼的区域)，由此可以降低显示系统100的重量和成本。又例如，根据实际应用需求，光强调节装置190还可以设置成覆盖整个图像显示装置110或光波导本体121的形式，本公开的实施例对此不做具体限定。
例如，光强调节装置190可以与图像显示装置110和光波导元件120间隔一段预定的距离(例如，0.5毫米)，由此可以使得图像显示装置110和光波导元件120在显示侧和相对侧的全反射条件一致，进而可以简化显示系统100的设计。例如，可以使用不透明的垫隔物或黏胶等设置在光强调节装置190的四周，由此可以避免环境光线从显示系统100的侧面入射到图像显示装置110之上，然后从图像显示装置110的显示侧出射。
例如，光强调节装置190可以根据实际应用需求(例如，基于图像对比度匹配信息)改变其透射率。例如，光强调节装置190的具体形式和控制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4是光强调节装置190的一种示例性的设置方式。例如，光强调节装置190可以包括液晶光阀，液晶光阀例如可以是TN(扭曲向列)模式。图4示出了一种TN模式的液晶光阀的结构示意图。如图4所示，该液晶光阀可以包括上偏振片11、上基板21、液晶层30、下基板22、偏振方向与上偏振片11垂直的下偏振片12、位于上基板21和液晶层30之间的第一导电层(图4中未示出)以及位于液晶层30和下基板22之间的第二导电层(图4中未示出)。例如，外部光源可以从下偏振片12入射，外部光源中偏振方向与下偏振片12偏振方向相同的光线可以够透过下偏振片12并入射到液晶层30上；在使用第一导电层52和第二导电层53向液晶层30上施加不同的电压的情况下，液晶层30可以使得经过其传输的偏振光旋转不同的角度，由此可以通过改变施加在改变液晶层30上的电压改变从上偏振片11出射的光线的强度。
例如，图4示出的光强调节装置190可以基于图像对比度匹配信息该便其透射率，并由此调节在图像显示装置110显示侧出射的环境图像的光线强度。例如，光强调节装置190可以包括一个液晶光阀，此时光强调节装置190可以调节在图像显示装置110显示侧出射的环境图像的整体的光线强度。又例如，光强调节装置190还可以包括阵列排布的液晶光阀，由此光强调节装置190可以调节在图像显示装置110显示侧出射的环境图像的局部区域的光线强度和整体的光线强度。
例如，如图2A所示，控制器135可以与光强调节装置190电连接，并且可以配置为基于图像对比度匹配信息控制光强调节装置190的透射率。例如，下面将结合图2A对控制器135通过控制光强调节装置190的透射率优化环境图像和第一图像之间的图像对比度的方法进行示例性的说明。
例如，在用户在晴朗的白天使用显示系统100的情况下，用户从室内走到室外之后，环境图像的光线强度有可能增高并使得环境图像和第一图像之间的图像对比度出现失配，此时还可以使用控制器135降低光强调节装置190的透射率，以降低在图像显示装置110显示侧出射的环境图像的光线强度，由此可以优化环境图像和第一图像之间的图像对比度。例如，可以在显示元件133无法进一步提升输出的第一图像的光线强度或者第一图像的光线强度例如即将超出人眼安全阈值的情况下，通过降低光强调节装置190的透射率优化环境图像和第一图像之间的图像对比度。
又例如，在用户在傍晚的室外使用显示系统100的情况下，环境图像的光线强度将逐渐降低，并因此使得环境图像和第一图像之间的图像对比度出现失配，此时可以使用控制器135提升(例如，逐渐提升)光强调节装置190的透射率，以提升在图像显示装置110显示侧出射的环境图像的光线强度，进而可以优化环境图像和第一图像之间的图像对比度。例如，可以在显示元件133输出的第一图像的光线强度较低的情况下，通过增加光强调节装置190的透射率优化环境图像和第一图像之间的图像对比度，由此可以避免人眼看到的图像亮度过低。
例如，在图像对比度匹配信息为全局图像对比度匹配信息的情况下，可以整体提升/降低光强调节装置190的整体透射率，由此可以调节在图像显示装置110显示侧出射的环境图像的整体的光线强度；又例如，在图像对比度匹配信息为局部图像对比度匹配信息的情况下，在保证环境图像的对比度的情况下，根据实际应用需求，可以提升/降低光强调节装置190的局部区域的透射率，由此可以调节在图像显示装置110显示侧出射的环境图像的局部区域光线强度。
例如，下面将结合图2A具体阐述显示元件133和投影装置132的具体设置方式。
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2A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可以配置为投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，下面将结合图5A和图5B具体阐述光波导本体121的一种示例性的设置方式。
例如，图5A和图5B是实施例一提供的一种光波导本体121的平面示意图和剖面示意图，图5B示出的剖面示意图是沿图5A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5A和图5B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5A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，在本实施例中，使用光强探测装置和光线控制装置构成显示系统的光强获取装置，并且使用光强控制元件作为光线控制装置。例如，通过设置光强控制元件，光强探测装置可以在不同时刻获取在图像显示装置显示侧出射的环境图像的光线强度以及第一图像的光线强度和环境图像的光线强度之和，由此显示系统可以获取第一图像的光线强度，并可以基于所获取的第一图像的光线强度和环境图像的光线强度优化第一图像和环境图像之间的对比度，因此可以基于图像对比度匹配信息控制在图像显示装置显示侧出射的环境图像的光线强度或/和第一图像的光线强度，进而可以优化环境图像和第一图像之间的图像对比度。
实施例二
本实施例提供了一种显示系统100，该显示系统100与图2A所示的实施例(即，实施例一)类似，不同之处在于光线控制装置180实现为第二偏振控制元件(例如，图6A-图6D示出的第二偏振控制元件182)，而不是光强控制元件。例如，为了清楚起见，本实施例仅阐述与实施例一的不同之处，与实施例一相似的内容不再赘述。
例如，第二偏振控制元件可以包括电致起偏元件，且电致起偏元件可以配置为可处于起偏态或非起偏态。例如，第二偏振控制元件的具体设置方式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6A和图6B示出了第二偏振控制元件182的一种示例性的设置方式。例如，图6A和图6B分别是第二偏振控制元件182的侧视图和俯视图。例如，如图6A所示，第二偏振控制元件182可以包括起偏装置41(例如线偏振片)，起偏装置41例如可以设置在移动装置42(例如，电控导轨)上。例如，起偏装置41可以使得自然光转换为线偏振光，此时出射的线偏振光的强度与入射到起偏装置41上的自然光的强度的比值可以通过测试获得，通常可以认为出射的线偏振光的强度为入射到起偏装置41上的自然光的强度的一半。例如，为了清楚起见，在本实施例中，出射的线偏振光的强度为入射到起偏装置41上的自然光的强度的一半，但本公开的实施例不限于此。
例如，起偏装置41可以根据实际应用需求在导轨上的移动。例如，如图6C所示，在需要电致起偏元件处于起偏态的情况下，移动装置42可以使得起偏装置41位于与第一图像的光线相交的位置(例如，图6C中示出的位置)，此时起偏装置41可以使得第一图像的光线的强度例如减半；又例如，如图6D所示，在需要电致起偏元件处于非起偏态的情况下，移动装置42可以使得起偏装置41位于与第一图像的光线不相交的位置(例如，图6D中示出的位置)，此时，第一图像的光线穿过电致起偏元件后强度不变。
例如，下面结合图2A具体说明本实施例提供的显示系统100获取第一图像的光线强度Id和环境图像的光线强度Ih的方法。
例如，如图2A所示，在电致起偏元件处于起偏态的情况下，光强探测装置131获取的光线强度I1为第一图像的光线强度的一半Id/2和环境图像的光线强度Ih之和，也即，I1＝Id/2+Ih；在电致起偏元件处于非起偏态的情况下，光强探测装置131获取的光线强度I2为第一图像的光线强度Id和环境图像的光线强度Ih之和，也即，I2＝Id+Ih；由此，可以基于光强探测装置131采集的光强I1和I2获取第一图像的光线强度Id(Id＝2I2-2I1)和环境图像的光线强度Ih(Ih＝2I1-I2)。
例如，由于图像导出结构123(例如，图像导出结构123的多个半反射半透射面124)的透射率和反射率是已知的或可以测定的，因此可以通过在图像显示装置110的对应于光强探测装置131的区域的显示侧出射的第一图像的光线强度Id和环境图像的光线强度Ih，来获取在图像显示装置110的对应于用户眼睛的区域的显示侧出射的第一图像的光线强度和环境图像的光线强度，并由此可以基于上述信息获取第一图像和环境图像之间的图像对比度匹配信息(例如，通过可以通过计算装置134获取)。
例如，控制器135可以配置为基于计算装置134获取的环境图像和第一图像之间的图像对比度匹配信息，来调节显示元件133输出的第一图像的光线强度，并因此可以控制输出至光波导元件120的第一图像的光线强度，由此可以优化第一图像和环境图像之间的对比度。例如，在显示系统100还包括光强调节装置190的情况下，还可以通过控制光强调节装置190透射率来调节在图像显示装置110显示侧出射的环境图像的光线强度。
例如，在本实施例中，通过设置电致起偏元件，光强探测装置可以在不同时刻获取在图像显示装置显示侧出射的第一图像的光线强度的一半和环境图像的光线强度之和，以及第一图像的光线强度和环境图像的光线强度之和，由此显示系统可以获取第一图像的光线强度和和环境图像的光线强度，并可以基于所获取的第一图像的光线强度和环境图像的光线强度优化第一图像和环境图像之间的对比度。
实施例三
本实施例提供了一种显示系统100，该显示系统100与图2A所示的实施例(即，实施例一)类似，不同之处在于光线控制装置180设置在图像显示装置110的相对侧162且与光强探测装置131对置，而不是设置在光波导元件120的显示侧161且与光波导元件120的输入端对置。例如，为了清楚起见，本实施例仅阐述与图2A所示的实施例的不同之处，与图2A所示的实施例相似的内容不再赘述。
例如，图7示出的光线控制装置180可以选用图3A示出的光强控制元件。例如，在显示系统100还包括光强调节装置190的情况下，光强控制元件可以与光强调节装置190可以是两个分立的元件；又例如，在所述光强调节装置190可以局部调节透射率的情况下，光强控制元件的功能还可以由光强调节装置190的对应于光强探测装置131的区域实现。例如，如图7所示，在光强控制元件处于透光态的情况下，光强探测装置131获取的光线强度I1为第一图像的光线强度的Id和环境图像的光线强度Ih之和，也即，I1＝Id+Ih；在光强控制元件处于阻光态的情况下，光强探测装置131获取的光线强度I2为第一图像的光线强度Id，也即，I2＝Id；由此可以基于光强探测装置131采集的光强I1和I2获取第一图像的光线强度Id(Id＝I2)和环境图像的光线强度Ih(Ih＝I1-I2)。
例如，可以基于上述信息获取第一图像和环境图像之间的图像对比度匹配信息(例如，可以通过计算装置134获取)，并可以基于上述图像对比度匹配信息控制(例如，可以通过控制显示元件133出射的第一图像的光线强度或/和光强调节装置190的透射率实现)在图像显示装置110的对应于用户眼睛的区域的显示侧出射的环境图像的光线强度或/和第一图像的光线强度，由此可以优化人眼观察到的第一图像和环境图像之间的对比度。
例如，在本实施例中，通过在图像显示装置的相对侧设置的光强控制元件，光强探测装置可以在不同时刻获取在图像显示装置显示侧出射的第一图像的光线强度和环境图像的光线强度之和，以及第一图像的光线强度，由此显示系统可以获取第一图像的光线强度和和环境图像的光线强度，并可以基于所获取的第一图像的光线强度和环境图像的光线强度优化第一图像和环境图像之间的对比度。
实施例四
本实施例提供了一种显示系统100，该显示系统100与图7所示的实施例(即，实施例三)类似，不同之处在于光线控制装置180实现为第二偏振控制元件182，而不是光强控制元件。例如，为了清楚起见，本实施例仅阐述与实施例三的不同之处，与实施例三相似的内容不再赘述。
例如，第二偏振控制元件182可以包括电致起偏元件，第二偏振控制元件182例如可以选用6A-图6D示出的电致起偏元件。
例如，如图7所示，在电致起偏元件处于起偏态的情况下，光强探测装置131获取的光线强度I1为环境图像的光线强度Ih/2的一半和第一图像的光线强度Id之和，也即，I1＝Id+Ih/2；在电致起偏元件处于非起偏态的情况下，光强探测装置131获取的光线强度I2为第一图像的光线强度Id和环境图像的光线强度Ih之和，也即，I2＝Id+Ih；由此可以基于光强探测装置131采集的光强I1和I2获取环境图像的光线强度Ih(Ih＝2I2-2I1)和第一图像的光线强度Id(Id＝2I1-I2)。
例如，可以基于上述信息获取第一图像和环境图像之间的图像对比度匹配信息(例如，通过计算装置134获取)，并可以基于上述图像对比度匹配信息控制在图像显示装置110的对应于用户眼睛的区域的显示侧出射的环境图像的光线强度或/和第一图像的光线强度，由此可以优化人眼观察到的第一图像和环境图像之间的对比度。
例如，在本实施例中，通过在图像显示装置的相对侧设置的电致起偏元件，光强探测装置可以在不同时刻获取在图像显示装置显示侧出射的环境图像的光线强度的一半和第一图像的光线强度之和，以及环境图像的光线强度和第一图像的光线强度之和，由此显示系统可以获取第一图像的光线强度和和环境图像的光线强度，并可以基于所获取的第一图像的光线强度和环境图像的光线强度优化第一图像和环境图像之间的对比度。
实施例五
本实施例提供了一种显示系统100，该显示系统100与图2A所示的实施例(即，实施例一)类似，不同之处在于光线控制装置的功能由第一偏振控制元件173和一个偏振片实现。例如，为了清楚起见，本实施例仅阐述与实施例一的不同之处，与实施例一相似的内容不再赘述。
例如，图8是实施例五提供的一种显示系统100的剖面示意图。例如，如图9所示，光线控制装置可以包括第一偏振片171和第一偏振控制元件173。例如，第一偏振片171可以设置在图像显示装置110的相对侧且与光波导元件120的输入端对置，第一偏振片171的具体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。例如，第一偏振片171可以设置在光波导元件120的输入端和投影装置132之间；又例如，第一偏振片171还可以设置在显示元件133和投影装置132之间。
例如，由于自然光可以看做是由相互垂直的线偏振光组成，因此在自然光入射到偏振片上之后，自然光的与偏振片的起偏方向相同的线偏振光可以透过线偏振片，而自然光的与偏振片的起偏方向垂直的线偏振光因受到偏振片的阻挡而无法透过线偏振片。
例如，第一偏振片171可以将入射其上的第一图像的光线转换为线偏振光，由此可以使得图像显示装置110中的第一图像的光线为第一线偏振光(例如，s偏振光)。例如，在显示元件133输出的第一图像的光线为自然光的情况下，从第一偏振片171出射的第一线偏振光的强度可以认为是显示元件133输出的自然光的一半。
例如，第一偏振控制元件173可以设置在图像显示装置110与光强探测装置131之间，且可以配置为可透射第一线偏振光且阻挡第二线偏振光以允许第一线偏振光入射到光强探测装置131之中，或者可透射第二线偏振光且阻挡第一线偏振光以允许第二线偏振光入射到光强探测装置131之中。例如，第二线偏振光的偏振方向垂直于第一线偏振光的偏振方向。例如在第一线偏振光为s偏振光的前提下，第二线偏振光可以为p偏振光。
例如，在第一时刻T1，第一偏振控制元件173可以透射第一线偏振光且阻挡第二线偏振光以允许第一线偏振光入射到光强探测装置131之中，此时第一偏振控制元件173处于第一态；在第二时刻T2，第一偏振控制元件173可以透射第二线偏振光且阻挡第一线偏振光以允许第二线偏振光入射到光强探测装置131之中，此时第一偏振控制元件173处于第二态。
例如，第一偏振控制元件173的具体形式和驱动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9A和图9B示出了第一偏振控制元件173的一种示例性的设置方式。例如，图9A和图9B分别是第一偏振控制元件173的侧视图和俯视图。例如，如图9A所示，第一偏振控制元件173可以包括1/2波片61和第一检偏器63。例如，1/2波片61例如可以设置在平移装置62(例如，电动导轨)上，并且可以根据应用需求在平移装置62上的移动；例如，1/2波片61可以使得入射到其上的线偏振光的偏振方向旋转90度，也即从1/2波片61出射的线偏振光的偏振方向与入射到1/2波片61上的线偏振光的偏振方向垂直。例如，第一检偏器63可以设置在平移装置62的靠近第一偏振控制元件173出射面的一侧，第一检偏器63例如可以固定设置在第一偏振控制元件173的第一端(例如，图9B的左侧)。例如，第一检偏器63可以配置为透射第二线偏振光且阻挡第一线偏振光的形式，第一检偏器63例如可以包括线偏振片。
例如，图9C示出了第一偏振控制元件173处于第一态的示意图，此时，1/2波片61位于第一偏振控制元件173的第一端，入射到第一偏振控制元件173上的光将首先经过1/2波片61传输，然后再入射到第一检偏器63上。例如，如图9C所示，对于入射到第一偏振控制元件173上的第一偏振光，在经过1/2波片61传输后，其偏振方向旋转90度(也即转换为第二偏振光)，因此入射到第一偏振控制元件173上的第一偏振光可以透过第一偏振控制元件173。例如，对于入射到第一偏振控制元件173上的第二偏振光，在经过1/2波片61传输后，其偏振方向旋转90度(也即转换为第一偏振光)，因此入射到第一偏振控制元件173上的第二偏振光因受到第一偏振控制元件173的阻挡而无法透过第一偏振控制元件173。
例如，图9D示出了第一偏振控制元件173处于第二态的示意图，此时，由于1/2波片61被平移装置62移动到第一偏振控制元件173的第二端(例如，图9D示出的第一偏振控制元件173的右侧)，入射到第一偏振控制元件173上的光将直接入射到第一检偏器63上。由于第一检偏器63配置为透射第二线偏振光且阻挡第一线偏振光的形式，因此在第二态下，第一偏振控制元件173可以透射第二线偏振光且可以阻挡第一线偏振光。
例如，图10示出了第一偏振控制元件173的另一种示例性的设置方式。例如，如图10所示，第一偏振控制元件173可以包括电光晶体71、第二检偏器72以及位于电光晶体71两侧的电极板。
例如，电光晶体71可以设置在第一偏振控制元件173的靠近入射面的一侧，第二检偏器72可以与电光晶体71对置、且设置在第一偏振控制元件173的靠近出射面的一侧。例如，第二检偏器72可以配置为透射第二线偏振光且阻挡第一线偏振光的形式，但本公开的实施例不限于此，检偏器例如可以包括线偏振片。
例如，在通过电极板向电光晶体71施加一个适当的电压(例如，半波电压)的情况下，电光晶体71可以等价于一个1/2波片，此时，经过电光晶体71传输后的线偏振光的偏振方向将旋转90度；在没有向电光晶体71施加电压的情况下，经过电光晶体71传输后的线偏振光的偏振方向将保持不变。例如，电光晶体71的具体形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，电光晶体71例如可以为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、铌酸锂、钽酸锂。
例如，在第一时刻T1，可以经由电极板向电光晶体71施加半波电压，因此电光晶体71可以将经过其传输的线偏振光的偏振方向旋转90度，也即，可以将第一偏振光转换为第二偏振光，且可以将第二偏振光转换为第一偏振光。由于第二检偏器72配置为透射第二线偏振光且阻挡第一线偏振光的形式，因此在第一时刻T1，第一偏振控制元件173可以透射第一线偏振光且阻挡第二线偏振光，也即，此时第一偏振控制元件173处于第一态。
例如，在第二时刻T2，不向电光晶体71施加电压，经过电光晶体71传输后的线偏振光的偏振方向保持不变。由于第二检偏器72配置为透射第二线偏振光且阻挡第一线偏振光的形式，因此在第二时刻T2，第一偏振控制元件173可以透射第二线偏振光且可以阻挡第一线偏振光，也即，此时第一偏振控制元件173处于第二态。
例如，下面将结合图8具体阐述本实施例提供的显示系统100获取第一图像的光线强度和环境图像的光线强度的示例性方法。
例如，没有经过第一偏振片171传输的第一图像的光线强度可以包括第一偏振光Ids和第二偏振光Idp，且第一图像的第一偏振光Ids的光线强度和第一图像的第二偏振光Idp的光线强度可以均认为等于第一图像的光线强度的Id一半，也即，Ids＝Idp＝Id/2；在经过第一偏振片171之后，由于受到第一偏振片171的作用，第一图像的光线可以仅包括第一偏振光Ids；因此在图像显示装置110显示侧出射的第一图像的光线仅包括第一偏振光Ids。
例如，在图像显示装置110显示侧出射的环境图像的强度可以包括第一偏振光Ihs和第二偏振光Ihp之和，且环境图像的第一偏振光Ihs的光线强度和环境图像的第二偏振光Ihp的光线强度可以均认为等于环境图像的光线强度的Ih一半，也即，Ihs＝Ihp＝Ih/2。
例如，在第一时刻T1，由于第一偏振控制元件173可以透射第一线偏振光且阻挡第二线偏振光，因此，光强探测装置131采集的光线强度I1为第一图像的第一偏振光的光线强度Ids和环境图像的第一偏振光Ihs的光线强度之和，也即，I1＝Ids+Ihs；在第二时刻T2，由于第一偏振控制元件173可以透射第二线偏振光且阻挡第一线偏振光，因此，光强探测装置131采集的光线强度I2为环境图像的第二偏振光的光线强度Ihp，也即，I2＝Ihp；因此可以基于光强探测装置131在第一时刻T1和第二时刻T2采集的光线强度获取第一图像的光线强度Id(Id＝2I1-2I2)和第二图像的光线强度Ih(Ih＝2I2)。
例如，由于图像导出结构123(例如，图像导出结构123的多个半反射半透射面124)的透射率和反射率是已知的或可以测定的，因此可以通过在图像显示装置110的对应于光强探测装置131的区域的显示侧出射的第一图像的光线强度Id和环境图像的光线强度Ih，来获取在图像显示装置110的对应于用户眼睛的区域的显示侧出射的第一图像的光线强度和环境图像的光线强度，并由此可以基于上述信息获取第一图像和环境图像之间的图像对比度匹配信息(例如，通过计算装置134获取)。
例如，控制器135可以配置为基于计算装置134获取的环境图像和第一图像之间的图像对比度匹配信息，来调节显示元件133输出的第一图像的光线强度，并因此可以控制输出至光波导元件120的第一图像的光线强度，由此可以优化第一图像和环境图像之间的对比度。例如，在显示系统100还包括光强调节装置190的情况下，还可以通过控制光强调节装置190透射率来调节在图像显示装置110显示侧出射的环境图像的光线强度。
例如，在本实施例中，通过设置第一偏振片和第一偏振控制元件，光强探测装置可以在不同时刻获取在图像显示装置显示侧出射的第一图像的第一偏振光的光线强度和环境图像的第一偏振光的光线强度之和，以及环境图像的第二偏振光的光线强度，由此显示系统可以获取第一图像的光线强度和环境图像的光线强度，并可以基于所获取的第一图像的光线强度和环境图像的光线强度优化第一图像和环境图像之间的对比度。
实施例六
本实施例提供了一种显示系统100，该显示系统100与图8所示的实施例(即，实施例五)类似，不同之处在于第一偏振片171设置在图像显示装置110的相对侧且与光强探测装置131对置，而不是设置在光波导元件120的显示侧且与光波导元件120的输入端对置。例如，为了清楚起见，本实施例仅阐述与实施例五的不同之处，与实施例五相似的内容不再赘述。
例如，图11示出了一种显示系统100的剖面示意图。例如，图11示出的光线控制装置可以选用图9或图10示出的第一偏振控制元件173。例如，在显示系统100还包括光强调节装置190的情况下，相对于光强调节装置190，第一偏振片171可以更靠近图像显示装置110，但本公开的实施例不限于此。
例如，图像显示装置110显示侧的第一图像的光线强度可以包括第一偏振光Ids和第二偏振光Idp，且第一图像的第一偏振光的光线强度Ids和第一图像的第二偏振光的光线强度Idp可以均认为等于第一图像的光线强度的Id一半，也即，Ids＝Idp＝Id/2。
例如，在没有经过第一偏振片171传输之前，环境图像的强度可以包括第一偏振光Ihs和第二偏振光Ihp之和，且环境图像的第一偏振光Ihs的光线强度和环境图像的第二偏振光Ihp的光线强度可以均认为等于环境图像的光线强度的Ih一半，也即，Ihs＝Ihp＝Ih/2；在经过第一偏振片171之后，由于受到第一偏振片171的作用，环境图像的光线可以仅包括第一偏振光Ihs；因此，在图像显示装置110显示侧出射的环境图像的光线仅包括第一偏振光Ihs。
例如，在第一时刻T1，由于第一偏振控制元件173可以透射第一线偏振光且阻挡第二线偏振光，因此，光强探测装置131采集的光线强度I1为第一图像的第一偏振光的光线强度Ids和环境图像的第一偏振光Ihs的光线强度之和，也即，I1＝Ids+Ihs；在第二时刻T2，由于第一偏振控制元件173可以透射第二线偏振光且阻挡第一线偏振光，因此，光强探测装置131采集的光线强度I2为第一图像的第二偏振光Idp的光线强度，也即，I2＝Idp；因此可以基于光强探测装置131在采集第一时刻T1和第二时刻T2采集的光线强度获取第一图像的光线强度Id(Id＝2I2)和第二图像的光线强度Ih(Ih＝2I1-2I2)。
例如，在本实施例中，通过在图像显示装置的相对侧设置的第一偏振片和在图像显示装置的显示侧设置的第一偏振控制元件，光强探测装置可以在不同时刻获取在图像显示装置显示侧出射的第一图像的第一偏振光的光线强度和环境图像的第一偏振光的光线强度之和，以及第一图像的第二偏振光的光线强度，由此显示系统可以获取第一图像的光线强度和环境图像的光线强度，并可以基于所获取的第一图像的光线强度和环境图像的光线强度优化第一图像和环境图像之间的对比度。
实施例七
本实施例提供了一种显示系统100，该显示系统100与图8所示的实施例(即，实施例五)类似，不同之处在于该显示系统100还包括第二偏振片172，所述第二偏振片172可以配置为使得图像显示装置110中的环境图像的光线为第二线偏振光，第二线偏振光的偏振方向垂直于第一线偏振光的偏振方向。
例如，图12A示出了实施例七提供的显示系统100的剖面示意图。例如，图12A示出的光线控制装置可以选用图9或图10示出的第一偏振控制元件173。例如，如图12A所示，在显示系统100还包括光强调节装置190的情况下，相对于光强调节装置190，第二偏振片172可以更靠近图像显示装置110，但本公开的实施例不限于此。
例如，没有经过第一偏振片171传输的第一图像的光线强度可以包括第一偏振光Ids和第二偏振光Idp，且第一图像的第一偏振光Ids的光线强度和第一图像的第二偏振光Idp的光线强度可以均认为等于第一图像的光线强度的Id一半，也即，Ids＝Idp＝Id/2；在经过第一偏振片171传输之后，由于受到第一偏振片171的作用，第一图像的光线可以仅包括第一偏振光Ids，也即；因此在图像显示装置110显示侧出射的第一图像的光线仅包括第一偏振光Ids。
例如，在没有经过第二偏振片172传输之前，环境图像的强度可以包括第一偏振光Ihs和第二偏振光Ihp之和，且环境图像的第一偏振光Ihs的光线强度和环境图像的第二偏振光Ihp的光线强度可以均认为等于环境图像的光线强度的Ih一半，也即，Ihs＝Ihp＝Ih/2；在经过第二偏振片172传输之后，由于受到第二偏振片172的作用，环境图像的光线可以仅包括第二偏振光Ihp；因此，在图像显示装置110显示侧出射的环境图像的光线仅包括第二偏振光Ihp。
例如，在第一时刻T1，由于第一偏振控制元件173可以透射第一线偏振光且阻挡第二线偏振光，因此，光强探测装置131采集的光线强度I1为第一图像的第一偏振光的光线强度Ids，也即，I1＝Ids；在第二时刻T2，由于第一偏振控制元件173可以透射第二线偏振光且阻挡第一线偏振光，因此，光强探测装置131采集的光线强度I2为环境图像的第二偏振光Ihp的光线强度，也即，I2＝Ihp；因此可以基于光强探测装置131在采集第一时刻T1和第二时刻T2采集的光线强度获取第一图像的光线强度Id(Id＝2I1)和第二图像的光线强度Ih(Ih＝2I2)。
例如，图12B示出了一种膜层(例如介质膜层)对于不同入射角下的s偏振光和p偏振光的反射率。例如，如图12B所示，在没有对膜层进行特殊设计的情况下，膜层对s偏振光和p偏振光的反射率差异随入射角的变化而存在着较大的变化。因此，在光波导元件120和图像显示装置110中的第一图像/环境图像的光线为自然光的情况下，显示系统100的设计需要考虑膜层对s偏振光和p偏振光反射率的差异对显示系统100的显示均匀性的影响，因此膜层设计和加工的难度较大。例如，对于本实施例提供的显示系统100，由于在图像显示装置110中传输的第一图像的光线仅包含例如s偏振光，在图像显示装置110中传输的环境图像的光线仅包含例如p偏振光，因此可以大幅降低膜层设计和加工的难度。
例如，在本实施例中，在图像导出结构123包括多个并列的半反射半透射面124的情况下，与光强探测装置131对置的半反射半透射面124可以替换成偏振合束元件。例如，该偏振合束元件可以通过镀膜的方式设置在图像显示装置110之中。例如，该偏振合束元件可以对s偏振光具有高反射率(例如，反射率大于90％)；与此同时，该偏振合束元件还可以对p偏振光具有高透射率(例如，透射率大于90％)；由此，相比于半反射半透射面124，偏振合束元件可以增加在图像显示装置110的对应于光强探测装置131区域的显示侧出射的第一图像的光线强度和环境图像的光线强度，由此可以提升光强探测装置131所获取的第一图像的光线强度和环境图像的光线强度数值的准确性，进而可以进一步提升该显示系统100的显示效果。
例如，在本实施例中，通过在光波导元件的显示侧设置第一偏振片、在图像显示装置的相对侧设置第二偏振片以及在图像显示装置的显示侧设置第一偏振控制元件，光强探测装置可以在不同时刻获取在图像显示装置的显示侧出射的第一图像的第一偏振光的光线强度以及环境图像的第二偏振光的光线强度，由此显示系统可以获取第一图像的光线强度和环境图像的光线强度，并可以基于所获取的第一图像的光线强度和环境图像的光线强度优化第一图像和环境图像之间的对比度。
例如，为了清楚起见，实施例一至实施例七提供的显示系统均实现为单目增强现实显示装置，但本公开的实施例不限于此。例如，根据实际应用需求，实施例一至实施例七提供的显示系统还可以实现为双目增强现实显示装置。例如，双目增强现实显示装置的具体设置方式可以参照单目增强现实显示装置，在此不再赘述。
实施例八
本实施例提供了一种图像显示方法。例如，如图13所示，该图像显示方法的制造方法包括以下步骤：
步骤S10：接收第一图像的光线，并将第一图像的光线传导显示装置，其中该图像显示装置包括显示侧以及与显示侧相对的相对侧，第一图像在显示侧被显示，图像显示装置的至少部分配置为至少部分透明的，由此可在图像显示装置的显示侧至少部分接收相对侧的环境图像；
步骤S20：在显示侧采集环境图像的光线和第一图像的光线，以获取环境图像的光线强度和第一图像的光线强度；以及
步骤S30：基于环境图像的光线强度和第一图像的光线强度，控制环境图像的光线强度或/和第一图像的光线强度。
例如，步骤S10和步骤S20的具体方法的示例可以参见显示系统的实施例，在此不再赘述。
例如，对于步骤S30，可以首先基于环境图像的光线强度和第一图像的光线强度获取环境图像和第一图像之间的图像对比度匹配信息；然后可以基于图像对比度匹配信息控制在显示侧出射的环境图像的光线强度或/和第一图像的光线强度。
例如，基于环境图像的光线强度和第一图像的光线强度获取环境图像和第一图像之间的图像对比度匹配信息的具体方法以及基于图像对比度匹配信息控制在显示侧出射的环境图像的光线强度或/和第一图像的光线强度的具体方法可以参见显示系统的实施例，在此不再赘述。
实施例九
本实施例提供了一种图像显示方法，该图像显示方法可用于调节上述的任一显示系统的光线强度(例如，环境图像的光线强度或/和第一图像的光线强度)。
例如，该图像显示方法可以通过在图像显示装置的显示侧(例如，相对于光强探测装置的区域)采集的环境图像的光线强度和第一图像的光线强度，控制环境图像的光线强度或/和第一图像的光线强度(例如，人眼观察到的环境图像的光线强度或/和第一图像的光线强度)，并由此可以优化环境图像和第一图像之间的对比度，进而可以提升显示质量。
例如，图14示出了图像显示方法的示例性流程图。下面将结合图14具体阐述该图像显示方法及其提升图像对比度的原理。
例如，如图14所示，可以首先监测外界场景和增强现实显示图像的光强(也即，环境图像的光线强度和第一图像的光线强度)。例如，可以使用光强探测装置获取环境图像的光线强度和第一图像的光线强度的方法监测外界场景和增强现实显示图像的光强。例如，外界场景和增强现实显示图像的光强的监测频率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，获取环境图像的光线强度和第一图像的光线强度的方法可以参见显示系统的实施例，在此不再赘述。
例如，如图14所示，在获取了环境图像的光线强度和第一图像的光线强度之后，可以基于环境图像的光线强度和第一图像的光线强度获取环境图像和第一图像之间的图像对比度匹配信息。例如，可以通过使用计算装置计算对比度的方法获取环境图像和第一图像之间的图像对比度匹配信息，例如，环境图像和第一图像之间的图像对比度匹配信息的具体计算方法参见显示系统的实施例，在此不再赘述。
例如，如图14所示，在获取了环境图像和第一图像之间的图像对比度匹配信息之后、可以判定环境图像和第一图像之间的图像对比度是否满足实际应用需求。例如，判定环境图像和第一图像之间的图像对比度是否满足实际应用需求的方法可以参见显示系统的实施例，在此不再赘述。
例如，如图14所示，在判定环境图像和第一图像之间的图像对比度满足实际应用需求的情况下，可以不对显示系统输出的光线强度(例如，环境图像和/或第一图像的光线强度)进行调节，而是(例如，使得显示系统)直接返回到光线强度监测状态。
例如，如图14所示，在判定环境图像和第一图像之间的图像对比度不满足实际应用需求的情况下，可以首先确定第一图像的光线强度需要调节多少才能够满足图像对比度要求，以及调节后的第一图像的光线强度(即，增强现实显示图像的光强)是否位于人眼安全阈值之内，以及是否位于显示系统的电量消耗阈值之内。
例如，如图14所示，在调节后的第一图像的光线强度(即，增强现实显示图像的光强)位于人眼安全阈值和显示系统的电量消耗阈值之内的情况下，可以通过增加第一图像的光线强度(即，增强现实显示图像的光强)来满足图像对比度要求。例如，在调节后的第一图像的光线强度(即，增强现实显示图像的光强)位于人眼安全阈值和显示系统的电量消耗阈值之外的情况下，可以首先在满足人眼安全阈值和显示系统的电量消耗阈值的情况下，使得第一图像的光线强度增加至最大，然后再执行下述步骤。
例如，如图14所示，在判定环境图像和第一图像之间的图像对比度不满足实际应用需求，且将第一图像的光线强度调节至最大的情况下，可以判定环境图像(即，外界场景图像)中是否存在局部高亮区域(即图14示出的局部高亮物体)。
例如，如图14所示，在判定环境图像中不存在局部高亮区域的情况下，可以通过降低光强调节装置(即，图14示出的光强调节单元)的整体透射率来降低从图像显示装置显示侧出射的环境图像的光线的整体强度，以满足图像对比要求。
例如，如图14所示，在判定环境图像中存在局部高亮区域的情况下，首先，可以通过降低光强调节装置(即，图14示出的光强调节单元)的局部透射率来降低从图像显示装置显示侧出射的环境图像的局部高亮区域的光线强度(例如，在保证环境图像的对比的情况下)；然后，可以判定在环境图像的局部高亮区域的光线强度降低之后，环境图像和第一图像之间是否满足图像对比度要求。例如，如图14所示，在判定图像对比度要求得到满足的情况下，可以结束本周期的光线强度调节，并使得显示系统返回光线强度监测状态。例如，如图14所示，在判定图像对比度要求没有得到满足的情况下，可以通过降低光强调节装置(即，图14示出的光强调节单元)的整体透射率来降低在图像显示装置显示侧出射的环境图像的光线的整体强度，以满足图像对比要求；此时，在满足图像对比要求之后可以结束本周期的光线强度调节，并可以使得显示系统返回光线强度监测状态。
例如，下面结合图15示出的应用场景图具体说明图14所示的图像显示方法。例如，图15所示的真实场景图像(即，环境图像)中包括一个书桌和一个台灯；需要在真实场景中叠加增强现实显示图像(即，第一图像)“茶杯”。例如，由于真实场景中的台灯是一个局部高亮度的物体，当使用显示系统观察增强现实的图像“茶杯”时，真实场景中的台灯会降低人眼观察到的显示图像和真实场景图像的对比度。为了提升显示图像和真实场景图像的对比度，可以降低局部高亮度的物体“台灯”的光线强度，相比于整体降低真实场景图像的光线强度，降低对应于局部高亮度的物体的区域的光线亮度可以实现更好的图像对比度。
例如，可以使用以下的步骤降低局部高亮度的物体“台灯”的光线强度，以优化显示图像和真实场景图像的对比度。
例如，可以使用光强探测装置获取外界场景图像的光线强度和增强现实显示图像的光线强度，并基于外界场景的光线强度和增强现实显示图像的光线强度计算图像对比度(例如，图像对比度匹配信息)。例如，在图像对比度不满足对比度要求的情况下，可以执行以下步骤：首先，在人眼安全阈值范围和系统电量消耗阈值范围内提升显示图像亮度；其次，如果图像对比度仍然不能够满足对比度要求，可以通过调节光强调节装置(即，光强调节单元)的透射率降低外界场景的光线强度。
例如，在降低外界场景图像的光线强度时，可以执行以下步骤：首先，可以判断外界场景图像是否存在局部高亮度物体，如果存在局部高亮度物体，首先可以通过降低光强调节装置(即，光强调节单元)的对应于局部高亮度物体的局部区域的透射率降低外界场景图像的局部高亮度物体的光线强度，以使得外界场景图像中“台灯”的亮度和外界场景图像实现整体的亮度平衡；如果此时还不能够满足图像对比度要求，则可以通过降低光强调节装置(即，光强调节单元)的整体透射率以进一步降低外界场景图像的光线强度，由此可以使得外界场景的图像亮度和增强现实显示图像的亮度能够满足图像对比度要求。由此显示图像“茶杯”能够获得良好的对比度，进而可以提升显示效果。
例如，图14和图15以环境图像的光线强度大于第一图像的光线强度(也即，需要调低环境图像的光线强度)为例阐述了本实施例提供的图像显示方法，但是本实施例不限于此。例如，该图像显示方法还可以应用于环境图像的光线强度小于第一图像的光线强度的情况(也即，需要增加环境图像的光线强度)，具体的方法可以参照图14和图15以及相关描述，在此不再赘述。
本公开的实施例提供了一种显示系统和图像显示方法，通过获取环境图像的光线强度和第一图像的光线强度，优化了显示图像和外界场景图像的对比度。
显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。
以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (19)

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；
光强获取装置，配置为获取所述环境图像的光线强度和所述第一图像的光线强度。
2.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述光强获取装置包括：
光强探测装置，设置在所述图像显示装置的显示侧，且配置为可采集所述环境图像的光线和所述第一图像的光线；
光线控制装置，配置为控制不同时刻入射到所述光强探测装置上的所述环境图像的光线强度或/和所述第一图像的光线强度，以使得所述光强探测装置可获取所述环境图像的光线强度和所述第一图像的光线强度。
3.根据权利要求2所述的显示系统，其中，所述光线控制装置包括：
第一偏振片，配置为使得所述图像显示装置中的所述第一图像的光线或所述环境图像的光线为第一线偏振光；
第一偏振控制元件，设置在所述图像显示装置与所述光强探测装置之间，配置为可透射所述第一线偏振光且阻挡所述第二线偏振光以允许所述第一线偏振光入射到所述光强探测装置之中，或者可透射所述第二线偏振光且阻挡所述第一线偏振光以允许所述第二线偏振光入射到所述光强探测装置之中；
其中，所述第二线偏振光的偏振方向垂直于所述第一线偏振光的偏振方向。
4.根据权利要求3所述的显示系统，还包括第二偏振片，其中，
所述第一偏振片配置为使得所述图像显示装置中的所述第一图像的光线为所述第一线偏振光；
所述第二偏振片配置为使得所述图像显示装置中的所述环境图像的光线为所述第二线偏振光。
5.根据权利要求4所述的显示系统，还包括偏振合束元件，其中，
所述偏振合束元件配置为透射至少部分所述第二线偏振光且反射至少部分所述第一线偏振光。
6.根据权利要求2所述的显示系统，其中，
所述光线控制装置设置在所述图像显示装置的相对侧且与所述光强探测装置对置或者设置在所述光波导元件的显示侧且与所述光波导元件的输入端对置，且配置为控制不同时刻入射到所述光强探测装置上的所述环境图像的光线强度或者所述第一图像的光线强度。
7.根据权利要求6所述的显示系统，其中，
所述光线控制装置包括光强控制元件或第二偏振控制元件，
所述光强控制元件包括电致透射率调节元件，且所述电致透射率调节元件配置为可处于透光态或阻光态，
所述第二偏振控制元件包括电致起偏元件，且所述电致起偏元件配置为可处于起偏态或非起偏态。
8.根据权利要求2所述的显示系统，还包括计算装置，其中，
所述计算装置配置为基于所述环境图像的光线强度和所述第一图像的光线强度获取所述环境图像和所述第一图像之间的图像对比度匹配信息。
9.根据权利要求8所述的显示系统，其中，
所述光强探测装置配置为获取所述环境图像的光线强度的平均值和所述第一图像的光线强度的平均值，由此基于所述环境图像的光线强度的平均值和所述第一图像的光线强度的平均值、使用所述计算装置获取所述图像对比度匹配信息。
10.根据权利要求8所述的显示系统，其中，
所述光强探测装置配置为获取所述环境图像和所述第一图像，并因此获取入射到所述光强探测装置的各个像素处的所述环境图像的光线强度和所述第一图像的光线强度，由此基于至少部分像素的所述环境图像的光线强度和所述第一图像的光线强度、使用所述计算装置获取所述图像对比度匹配信息。
11.根据权利要求8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图像对比度匹配信息控制输出至所述光波导元件的所述第一图像的光线强度。
12.根据权利要求11所述的显示系统，还包括光强调节装置，其中，所述光强调节装置设置在所述图像显示装置的相对侧，所述控制器还配置为基于所述图像对比度匹配信息控制所述光强调节装置的透射率。
13.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投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。
14.根据权利要求13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。
15.根据权利要求1-14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。
16.根据权利要求15所述的显示系统，其中，
所述图像导入结构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，且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。
17.根据权利要求15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。
18.一种图像显示方法，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图像显示装置，其中，所述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，所述第一图像在所述显示侧被显示，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；在所述显示侧采集所述环境图像的光线和所述第一图像的光线，以获取所述环境图像的光线强度和所述第一图像的光线强度；以及
基于所述环境图像的光线强度和所述第一图像的光线强度，控制所述环境图像的光线强度或/和所述第一图像的光线强度。
19.根据权利要求18所述的图像显示方法，其中，
基于所述环境图像的光线强度和所述第一图像的光线强度获取所述环境图像和所述第一图像之间的图像对比度匹配信息；
基于所述图像对比度匹配信息控制在所述显示侧出射的所述环境图像的光线强度或/和所述第一图像的光线强度。
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