CN110133862B - 一种基于透明oled阵列的增强现实显示装置及图像重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及增强现实技术领域，具体涉及一种基于透明OLED阵列的增强现实显示装置及图像重建方法，包括计算机和透明OLED阵列，透明OLED阵列包括若干层等间距排列的OLED屏，若干层OLED屏均与计算机连接，计算机执行以下步骤：A1)将立体帧压缩为N幅二维图像；A2)将N幅二维图像依次显示在N层OLED屏上；A3)控制OLED屏未被图像覆盖的区域为透明状态；A4)重复步骤A1至A3，更新立体帧。本发明的实质性效果是：1、无需额外的光学元件就能实现增强现实功能；2、提高了图像亮度；3、相比于液晶屏，透明OLED支持更多层数显示屏的堆叠，提高了虚拟重构图像质量；4、提供了一种更加适合透明OLED阵列的图像重建优化算法，使其显示的图像更加清晰。

Description

一种基于透明OLED阵列的增强现实显示装置及图像重建方法

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，具体涉及一种基于透明OLED阵列的增强现实显示装置及图像重建方法。

背景技术

增强现实技术是一种将现实世界和虚拟世界相互融合并可以被人类感知的新技术，在医疗、军事、娱乐等领域具有无可比拟的优势，因此获得了越来越广泛的关注。但目前市面上相关产品大都采用传统的双目视差原理重构虚拟的三维立体图像，观看者长期使用会感到疲劳，即辐辏调节冲突，而且虚拟画面的立体感较弱。一种主流的三维显示技术采用堆叠液晶屏的方式，能够克服辐辏调节冲突，并取得了很好效果。该方法重构的虚拟图像质量与液晶屏层数有关，层数越多，质量越高。然而采用堆叠液晶屏的方式有以下缺点：1、液晶屏无法自发光，需要背光板提供光源，增大了显示装置体积；2、液晶屏透过率低(≤10％)，背光发出的光线穿过多层液晶层后，光强衰减剧烈，为保证一定观看亮度，液晶屏的堆叠数一般不超过3层，降低了虚拟图像质量；3、液晶屏需要检偏器和起偏器，外界自然光无法透过液晶屏，因此采用液晶屏实现增强现实需要额外的光学设备，进一步增大了显示器体积和难度。

如中国专利CN108037592A，公开日2018年5月15日，一种光场显示系统。该光场显示系统，包括：显示单元，包括至少一个显示设备，显示单元在不同时刻显示的图像由源图像中不同的显示像素组成或者在同一个时刻显示的多个图像由源图像中不同的显示像素组成；微透镜阵列，设置在显示单元的出光侧，微透镜阵列包括多个阵列排列的微透镜，微透镜阵列用于把显示单元显示的图像转化为立体图像，在形成一个立体图像的过程中，显示单元显示的多个图像对应的显示像素投射到微透镜阵列上的光区域部分重叠。其光场显示系统中一个微透镜对应的等效像素的数量较多，从而使得最终得到的图像的分辨率提高。但其不能解决液晶屏透光率低，导致图像质量低的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：一种基于透明OLED阵列的增强现实显示装置和虚拟图像重构算法，解决虚拟图像质量差，亮度低等问题并具有增强现实功能。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种基于透明OLED阵列的增强现实显示装置，包括计算机和透明OLED阵列，所述透明OLED阵列包括若干层等间距排列的OLED屏，所述若干层OLED屏均与计算机连接，所述计算机执行以下步骤：A1)将立体帧压缩为N幅二维图像，N为等间距排列的OLED屏的数量，A2)将N幅二维图像依次显示在N层OLED屏上；A3)控制OLED屏未被图像覆盖的区域为透明状态；A4)重复步骤A1至A3，更新立体帧。

作为优选，所述OLED屏的像素为自发光像素，所述OLED屏的像素为在不发光状态下具有至少50％透光率的像素。

一种图像重建方法，适用于如前述的一种基于透明OLED阵列的增强现实显示装置，包括以下步骤：B1)预设观看者位置，根据三维物体的物点位置以及预设观看者位置，确定每条目标光线起点位置和传播方向，进而确定目标光线与第k层透明OLED的交点像素坐标(x_k,y_k)，k为整数且1≤k≤N，第1层透明OLED屏离观看者最近，第N层透明OLED屏离观看者最远；B2)目标光线l_i的光强可表示为I_i，其传播方向可由经过每层透明OLED的像素坐标(1,x₁,y₁)，(2,x₂，y_k2)...(k，x_k，y_k)…(N,x_N,y_N)确定，(k,x_k,y_k)表示为目标光线l_i经过第k层坐标为的像素点；B3)重建目标光线l_i时，第k层OLED屏坐标为(x_k,y_k)像素点的光强度值

满足：

获得

的值，其中β表示透明OLED屏的透过率，β为常数；β^k-1代表β的(k-1)次方，即第k层透明OLED上的像素点发出的光线穿过k-1层OLED后的透过率；B4)重构三维物体的每个物点发出的光线，L为三维物体发出光线的集合,L＝[l₁ l₂…l_i l_i+1… l_s]，对应光强的集合为I＝[I₁ I₂…I_i I_i+1… I_s]，S为光线总数量；B5)建立目标函数：

使用优化算法，获得

的最优解，其中，i表示第i条光线，k表示第k层OLED屏，k∈[1,n]，i∈[1,S]，

表示第k层OLED屏像素(x_k,y_k)的光强；B6)将步骤B5所得

下发对应位置像素点，发出对应光强值的亮度。

本发明的实质性效果是：1、本发明利用透明OLED屏的高透过率(≥50％)，无需额外的光学元件就能实现增强现实功能；2、本发明利用透明OLED屏的自发光特性和高透过率，提高了图像亮度；3、本发明相比于液晶屏，透明OLED支持更多层数显示屏的堆叠，提高了虚拟重构图像质量；4、提供了一种更加适合透明OLED阵列的图像重建优化算法，使其显示的图像更加清晰。

附图说明

图1为实施例一结构示意图。

图2为实施例一重建光线示意图。

图3为实施例一重建光线散射示意图。

图4为实施例一图像重建方法流程框图。

其中：1、计算机，2、透明OLED阵列，3、真实物体，4、观看者，5、OLED屏。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

实施例一：

如图1所示，本发明一种基于透明OLED阵列2的增强现实显示装置包括计算机1、透明OLED阵列2。计算机1的输出端与透明OLED阵列2的输入端相连；透明OLED阵列2包括3层透明OLED屏5。透明OLED屏5沿着观看者4的观看方向等间距平行排列，每层透明OLED的透过率均为50％，即当光线每穿过一层透明OLED时，光强衰减为原来的50％，光的传播方向不变，如图2所示。计算机1通过虚拟图像重构算法将立体图像优化为3幅二维图像并将其传输给对应的透明OLED屏5。如图3所示，当透明OLED屏5发光成像，观看者4能够感受到逼真的三维效果，与此同时屏后真实物体3发出的光线也能穿过透明OLED进入人眼，达到增强现实效果。堆叠层数均采用3层时，透明OLED阵列亮度比液晶阵列高75％以上。

本发明还包括基于透明OLED阵列2的增强现实显示装置的虚拟图像重构算法，如图4所示：包括以下步骤：(1)根据三维物体的物点位置、预设观看者4位置确定每条目标光线传播方向和目标光线与第k层透明OLED的交点坐标(x_k，y_k)，k为整数且1≤k≤3；(2)目标光线l_i的光强可表示为I_i，其传播方向可由经过每层透明OLED的像素坐标(1，x₁,y₁),(2，x₂，y₂)，(3,x₃,y₃)确定；(3)若要再现光线l_i，只需对应坐标上的像素点发出与之对应的光强，即令：

获得

透明OLED屏5的透过率为0.5。0.5^k-1代表第k层透明OLED上的像素点发出的光线穿过k-1层OLED后的透过率；(4)再现完整三维物体，需要重构三维物体的每个物点发出的光线，即L为三维物体发出光线的集合,则L＝[l₁ l₂ …l_i l_i+1… l_s]，对应光强的集合为I＝[I₁ I₂ …I_i I_i+1… I_s]，s为光线数量。为提高重建三维物体的清晰度，设置优化目标函数：

使用优化算法，获得

其中0＜i≤S,且x_k、y_k、k均为整数，i表示第i条光线，所求得的

则为对应位置像素点所需发出光线的光强值。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (2)

1.一种基于透明OLED阵列的增强现实显示装置，其特征在于，

包括计算机和透明OLED阵列，所述透明OLED阵列包括若干层等间距排列的OLED屏，所述若干层OLED屏均与计算机连接，所述计算机执行以下步骤：

A1)将立体帧压缩为N幅二维图像，N为等间距排列的OLED屏的数量；

A2)将N幅二维图像依次显示在N层OLED屏上；

A3)控制OLED屏未被图像覆盖的区域为透明状态；

A4)重复步骤A1至A3，更新立体帧；

具体操作步骤如下：

B1)预设观看者位置，根据三维物体的物点位置以及预设观看者位置，确定每条目标光线起点位置和传播方向，进而确定目标光线与第k层透明OLED的交点像素坐标(x_k，y_k)，k为整数且1≤k≤N，第1层透明OLED屏离观看者最近，第N层透明OLED屏离观看者最远；

B2)目标光线l_i的光强可表示为I_i，其传播方向可由经过每层透明OLED的像素坐标(1，x₁，y₁)，(2，x₂，y_k2)…(k，x_k，y_k)…(N，x_N，y_N)确定，(k，x_k，y_k)表示为目标光线l_i经过第k层坐标为的像素点；

B3)重建目标光线l_i时，第k层OLED屏坐标为(x_k，y_k)像素点的光强度值

满足：

获得

的值，其中β表示透明OLED屏的透过率，β为常数；β^k-1代表β的(k-1)次方，即第k层透明OLED上的像素点发出的光线穿过k-1层OLED后的透过率；

B4)重构三维物体的每个物点发出的光线，L为三维物体发出光线的集合，L＝[l₁ l₂ …l_i l_i+1 … l_s]，对应光强的集合为I＝[I₁ I₂ … I_i I_i+1 … I_s]，S为光线总数量；

B5)建立目标函数：

使用优化算法，获得

的最优解，其中，i表示第i条光线，k表示第k层OLED屏，k∈[1，n]，i∈[1，S]，

表示第k层OLED屏像素(x_k，y_k)的光强；

B6)将步骤B5所得

下发对应位置像素点，发出对应光强值的亮度。

2.根据权利要求1所述的一种基于透明OLED阵列的增强现实显示装置，其特征在于，

所述OLED屏的像素为自发光像素，所述OLED屏的像素为在不发光状态下具有至少50％透光率的像素。

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