CN111399230A - 一种显示系统及头戴显示设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种显示系统，投像装置用于投射出携带图像信息的光线，光传导部件用于将投像装置投射出的光线引导入射到预设区域，使得从预设区域能够观看到虚拟图像，以及将来自现实场景的光线引导入射到预设区域；光检测装置用于检测现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度，光调制装置用于改变来自现实场景的光，以使得入射到预设区域的且来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度与虚拟图像的光线强度匹配，使得从预设区域观看的画面中虚拟图像与被虚拟图像遮挡的现实场景区域两者的光线强弱能够达到遮挡效果要求，本显示系统能够提升虚拟图像对真实环境遮挡的真实感。本发明还公开一种头戴显示设备。
Description
技术领域
本发明涉及显示系统技术领域，特别是涉及一种显示系统。本发明还涉及一种头戴显示设备。
背景技术
增强现实(Augmented Reality，AR)技术在各个领域得到了应用。现有技术中，用于实现增强现实显示的光学系统方案都面临一个问题，特别是在环境光相对较强的场景中，虚拟图像对真实物体的遮挡呈现透明状，甚至是看不清虚拟物体，导致用户无法体验到虚拟图像与真实物体叠加的更接近真实的立体感。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种显示系统，能够提升虚拟图像对真实环境遮挡的真实感。本发明还提供一种头戴显示设备。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种显示系统，包括投像装置、光传导部件、光调制装置和光检测装置，所述投像装置用于投射出携带图像信息的光线，所述光传导部件用于将所述投像装置投射出的光线引导入射到预设区域，使得从所述预设区域能够观看到虚拟图像，以及将来自现实场景的光线引导入射到所述预设区域；
所述光检测装置用于检测现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度，所述光调制装置用于改变来自现实场景的光，以使得入射到所述预设区域的且来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度与虚拟图像的光线强度匹配。
优选的，所述光调制装置具体用于通过改变来自现实场景的、透过所述光调制装置的光线强度，以改变来自现实场景的光。
优选的，所述光调制装置具体用于分区域地改变来自现实场景不同区域的光线强度。
优选的，所述光调制装置包括贴合在所述光传导部件朝向现实场景一侧的、能够改变透过光的透明屏。
优选的，所述光调制装置具体用于根据现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度L2与虚拟图像的光线强度L1的差值ΔL，若ΔL<a，则不改变来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡区域的光，若a≤ΔL≤b，则改变来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡区域的光，使得来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度小于X，若ΔL>b，则改变来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡区域的光，使得来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度小于Y，其中a<b，Y<X。
优选的，所述光检测装置具体用于对应所述投像装置投射出的每一帧图像，同步地检测现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度；
所述光调制装置具体用于根据虚拟图像的光线强度以及同步检测获得的现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度，实时改变来自现实场景的光。
优选的，所述光检测装置包括用于捕获来自现实场景的光线而检测现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度的摄像装置，或者所述光检测装置包括用于检测现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度的亮度传感器。
一种头戴显示设备，包括以上所述的显示系统。
由上述技术方案可知，本发明所提供的一种显示系统包括投像装置、光传导部件、光调制装置和光检测装置，投像装置用于投射出携带图像信息的光线，光传导部件用于将投像装置投射出的光线引导入射到预设区域，使得从预设区域能够观看到虚拟图像，以及将来自现实场景的光线引导入射到预设区域。光检测装置用于检测现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度，光调制装置用于改变来自现实场景的光，以使得入射到预设区域的且来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度与虚拟图像的光线强度匹配，从而从预设区域观看的画面中虚拟图像与被虚拟图像遮挡的现实场景区域两者的光线强弱能够达到遮挡效果要求，从而本显示系统能够提升虚拟图像对真实环境遮挡的真实感。
本发明提供的一种头戴显示设备，能够达到上述有益效果。
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为本发明一种实施例提供的一种显示系统的示意图；
图2为本发明又一种实施例提供的一种显示系统的示意图；
图3为本发明一种实施例的显示系统对入射环境光调制的方法流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种显示系统，包括投像装置、光传导部件、光调制装置和光检测装置，所述投像装置用于投射出携带图像信息的光线，所述光传导部件用于将所述投像装置投射出的光线引导入射到预设区域，使得从所述预设区域能够观看到虚拟图像，以及将来自现实场景的光线引导入射到所述预设区域；
所述光检测装置用于检测现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度，所述光调制装置用于改变来自现实场景的光，以使得入射到所述预设区域的且来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度与虚拟图像的光线强度匹配。
需要说明的是，来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度与虚拟图像的光线强度匹配，是指从预设区域观看的画面中虚拟图像与被虚拟图像遮挡的现实场景区域两者的光线强弱能够达到遮挡效果要求。
本实施例的显示系统，由投像装置投射出携带图像信息的光线，通过光传导部件将投像装置投射出的光线引导入射到预设区域，使得从预设区域能够观看到虚拟图像，以及光传导部件将来自现实场景的光线引导入射到预设区域，从预设区域能够观看到在现实场景中叠加了虚拟图像的画面。
本实施例的显示系统，通过光检测装置检测现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度，光调制装置用于改变来自现实场景的光，以使得入射到预设区域的且来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度与虚拟图像的光线强度匹配，从而从预设区域观看的画面中虚拟图像与被虚拟图像遮挡的现实场景区域两者的光线强弱能够达到遮挡效果要求，从而本显示系统能够提升虚拟图像对真实环境遮挡的真实感。
下面结合具体实施方式和附图对本显示系统进行详细说明。请参考图1，图1为一种实施例的显示系统的示意图，根据图可看出，所述显示系统包括投像装置100、光传导部件101、光调制装置102和光检测装置103。其中，投像装置100用于投射出携带图像信息的光线，优选的，投像装置100可使用微投影光机，能够满足增强现实显示设备小型化的结构要求。
光传导部件101用于将投像装置100投射出的光线引导入射到预设区域105，使得从预设区域105能够观看到虚拟图像，光传导部件101还用于将来自现实场景的光线引导入射到预设区域105，图中虚线箭头表示由投像装置100投射出的图像光线，实线箭头表示来自现实场景的光线，预设区域105对应于用户眼睛。虚拟图像光线和来自现实场景的光线到达预设区域105进行组合，从而用户眼睛在预设区域105能够观看到在现实场景中叠加了虚拟图像。可选的，光传导部件101可以采用曲面反射元件实现，或者光传导部件101也可以采用波导元件，或者光传导部件101也可以采用其它光学元件实现，都在本发明保护范围内。
示例性的，请参考图2，图2为又一种实施例的显示系统的示意图，其中光传导部件包括波导元件200，投像装置100投射出的光线被耦合进入波导元件200内，光线通过在波导元件200内发生全反射而沿波导元件200传播，传播光线向波导元件200外耦合出而入射到预设区域105。本增强现实显示系统采用波导元件能够减小设备体积。
请参考图1，光调制装置102处于来自现实场景的光线到预设区域105的传播路径上。通过光调制装置102改变来自现实场景的光，以使得入射到预设区域105的且来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度与虚拟图像的光线强度匹配。可选的，光调制装置102可以是通过改变来自现实场景的、透过光调制装置102的光线强度，以改变来自现实场景的光。或者光调制装置102也可以是通过改变来自现实场景的、被光调制装置102反射的光线强度，来调制来自现实场景的光。
优选的，光调制装置102可以分区域地改变来自现实场景不同区域的光线强度，根据现实场景需要被虚拟图像遮挡的部分和没有虚拟图像遮挡的部分，光调制装置102分区域地调制来自现实场景各不同区域的光线强度，以满足虚拟图像与真实环境组合的显示要求。因此，本实施例显示系统能够分区域地调制来自现实场景不同区域的光，能够对入射环境光进行局部亮度调整，优化系统的视觉显示效果，改善用户体验。
可选的，光调制装置102可采用贴合在光传导部件101朝向现实场景一侧的、能够改变透过光的透明屏。请参考图2所示，将透明屏201贴合在波导元件200一侧，这种结构使得显示系统结构紧凑，能够减小系统整体的尺寸，在实现AR头显设备小型化方面具有显著优势。透明屏201可以采用液晶屏板。液晶屏板通过控制施加到液晶分子的电压大小，控制液晶分子的转向来改变光线透过率，进而控制透过光线的强度。
进一步在一种实施方式中，光调制装置102改变来自现实场景的光，以使得入射到预设区域的且来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度与虚拟图像的光线强度匹配，可按照以下方式进行光线调制：根据现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度L2与虚拟图像的光线强度L1的差值ΔL，即ΔL＝L2-L1；若ΔL<a，则不改变来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡区域的光；若a≤ΔL≤b，则改变来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡区域的光，使得来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度小于X；若ΔL>b，则改变来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡区域的光，使得来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度小于Y，其中a<b，Y<X。
具体的请参考图3，根据上述方式，显示系统进行光线调制的过程主要包括以下步骤：
S300：获取由光传导部件输出的虚拟图像的光线强度以及获取现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度。
S301：计算现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度L2与虚拟图像的光线强度L1的差值ΔL。
S302：判断ΔL<a是否成立，若是，则进入步骤S303；若否，则进入步骤S304。
S303：不改变来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡区域的光。而后返回进入步骤S300。
S304：判断a≤ΔL≤b是否成立，若是，则进入步骤S305；若否，则进入步骤S306。
S305：改变来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡区域的光，使得来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度小于X。而后返回进入步骤S300。
S306：判断ΔL>b是否成立，若是，则进入步骤S307。
S307：改变来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡区域的光，使得来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度小于Y。而后返回进入步骤S300。
本实施例的显示系统通过根据上述方式对入射环境光进行调制，使得入射到预设区域的且来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度与虚拟图像的光线强度匹配，使得虚拟图像与被虚拟图像遮挡的现实场景区域两者的光线强弱能够达到遮挡效果要求，从而本显示系统能够提升虚拟图像对真实环境遮挡的真实感。
进一步具体的，虚拟图像的光线强度数据以矩阵m×n描述，通过光检测装置103检测获得的来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度数据以矩阵l×h描述，所述光调制装置102具体用于将虚拟图像的光线强度数据和来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度数据进行处理，将虚拟图像的光线强度数据和来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度数据以相同维数的矩阵描述，进而根据两者处理后得到的以相同维数的矩阵描述的光线强度数据，来调制来自现实场景的光。
本实施例显示系统通过光检测装置103检测现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度，优选的，光检测装置103具体用于对应投像装置100投射出的每一帧图像，同步地检测现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度，进一步光调制装置102具体用于根据虚拟图像的光线强度以及同步检测获得的现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度，实时改变来自现实场景的光，使得入射到预设区域105的且来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度与虚拟图像的光线强度匹配。本显示系统根据投像装置投射出的图像，同步地实时地对入射环境光进行调制，能够使得对应变化的真实环境场景，虚拟图像与真实环境的组合视觉效果能够持续地流场地变化，使虚拟图像与真实环境的组合视觉效果能够达到接近真实的遮挡效果。
可选的，光检测装置103可以采用用于捕获来自现实场景的光线而检测现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度的摄像装置，或者光检测装置103可以采用用于检测现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度的亮度传感器，但不限于此，光检测装置103也可采用其它器件。
本发明实施例还提供一种头戴显示设备，包括以上所述的显示系统。
本实施例的头戴显示设备采用以上所述的显示系统，使得从预设区域观看的画面中虚拟图像与被虚拟图像遮挡的现实场景区域两者的光线强弱能够达到遮挡效果要求，能够提升虚拟图像对真实环境遮挡的真实感。
以上对本发明所提供的一种显示系统及头戴显示设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种显示系统，其特征在于，包括投像装置、光传导部件、光调制装置和光检测装置，所述投像装置用于投射出携带图像信息的光线，所述光传导部件用于将所述投像装置投射出的光线引导入射到预设区域，使得从所述预设区域能够观看到虚拟图像，以及将来自现实场景的光线引导入射到所述预设区域；
所述光检测装置用于检测现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度，所述光调制装置用于改变来自现实场景的光，以使得入射到所述预设区域的且来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度与虚拟图像的光线强度匹配。
2.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述光调制装置具体用于通过改变来自现实场景的、透过所述光调制装置的光线强度，以改变来自现实场景的光。
3.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述光调制装置具体用于分区域地改变来自现实场景不同区域的光线强度。
4.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述光调制装置包括贴合在所述光传导部件朝向现实场景一侧的、能够改变透过光的透明屏。
5.根据权利要求1-4任一项所述的显示系统，其特征在于，所述光调制装置具体用于根据现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度L2与虚拟图像的光线强度L1的差值ΔL，若ΔL<a，则不改变来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡区域的光，若a≤ΔL≤b，则改变来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡区域的光，使得来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度小于X，若ΔL>b，则改变来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡区域的光，使得来自现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度小于Y，其中a<b，Y<X。
6.根据权利要求1-4任一项所述的显示系统，其特征在于，所述光检测装置具体用于对应所述投像装置投射出的每一帧图像，同步地检测现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度；
所述光调制装置具体用于根据虚拟图像的光线强度以及同步检测获得的现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度，实时改变来自现实场景的光。
7.根据权利要求6所述的显示系统，其特征在于，所述光检测装置包括用于捕获来自现实场景的光线而检测现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度的摄像装置，或者所述光检测装置包括用于检测现实场景中需要被虚拟图像遮挡的区域的光线强度的亮度传感器。
8.一种头戴显示设备，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的显示系统。
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