CN114120934A - 头戴式显示装置 - Google Patents

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CN114120934A CN202110444112.6A CN202110444112A CN114120934A CN 114120934 A CN114120934 A CN 114120934A CN 202110444112 A CN202110444112 A CN 202110444112A CN 114120934 A CN114120934 A CN 114120934A
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徐荣晙
金孝宣
郭永信
河慧永
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Samsung Display Co Ltd
UNIST Academy Industry Research Corp
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Abstract

提供了头戴式显示装置。头戴式显示装置包括显示模块、计算器和亮度控制器，显示模块显示图像，计算器包括基于预定视角扫描第一图像并且计算第一图像的第一适应亮度的适应亮度计算器以及根据对第一适应亮度与用户感到不适的第一不适亮度之间的关系进行建模的等式基于第一适应亮度来计算第一不适亮度的不适亮度计算器，亮度控制器将显示模块的调光级别控制为等于或小于第一不适亮度。

Description

头戴式显示装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年8月28日提交到韩国知识产权局的第10-2020-0109692号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用以其整体并入。
技术领域
本公开涉及头戴式显示装置及其驱动方法。
背景技术
近来，头戴式显示装置(Head Mounted Display Device，HMD)已被提供为安装在用户的头部上以向用户提供图像的显示装置。头戴式显示装置通常具有针对用户的左眼和右眼中的每个的光学单元，并且可构造为提供与音频信号组合的视觉图像。构造为通过完全阻挡观看现实世界来提供完全沉浸的体验的头戴式显示装置可极大地增强虚拟现实的感觉。
包括例如液晶元件或有机电致发光元件的显示面板可用作头戴式显示装置的显示元件。由于头戴式显示装置与用户的眼睛靠近地安装在用户的头部上，因此可引起用户的不适，诸如疲劳、恶心、呕吐和迷失方向。近来，已进行了各种研究来减少使用头戴式显示装置的用户的不适。
发明内容
本公开提供了响应于附近亮度来计算初始图像亮度并且在预定的适应时段期间将图像的亮度从初始图像亮度调节到观看图像亮度以降低用户的眼睛疲劳的头戴式显示装置。
可响应于显示的图像的亮度的变化来调节降低用户的眼睛疲劳的观看图像亮度。
本公开还提供了头戴式显示装置的驱动方法，该驱动方法能够响应于显示的图像的亮度的变化来调节调光级别，以降低用户的眼睛疲劳。
根据本公开的实施方式，头戴式显示装置包括显示模块、计算器和亮度控制器，显示模块显示图像，计算器包括构造为基于预定视角扫描第一图像并且计算第一图像的第一适应亮度的适应亮度计算器以及构造为基于第一适应亮度和用户感到不适的第一不适亮度之间的关系来通过第一适应亮度计算第一不适亮度的不适亮度计算器，亮度控制器构造为将显示模块的调光级别控制为等于或小于第一不适亮度。
第一图像的第一适应亮度可基于5°的视角通过用低通滤波器(Low Pass Filter，LPF)的白色峰值(Peak White)来计算。
第一不适亮度可基于表示为Ld1＝(17.2±0.17)×La1(0.417±0.041)的第一等式来计算，其中，La1是第一适应亮度，Ld1是第一不适亮度，α是17.2±0.17，并且β是0.417±0.041。
计算器还可包括构造为确定是否接收到与第一图像不同的第二图像的帧比较器。
计算器可基于预定视角扫描第二图像并且计算第二图像的第二适应亮度。
第二图像的第二适应亮度可基于5°的视角通过用低通滤波器(LPF)的白色峰值来计算。
不适亮度计算器还可构造为基于第二适应亮度来计算第二不适亮度，并且计算器还可包括构造为根据预定条件来确定将第一不适亮度改变为第二不适亮度的不适亮度改变确定器。
预定条件可包括第二适应亮度与第一适应亮度相比改变20％或更多。
预定条件可包括经改变的第二适应亮度保持2秒或更长时间。
第二不适亮度基于表示为Ld2＝(17.2±0.17)×La2(0.417±0.041)的第二等式来计算，其中，La2是第二适应亮度，Ld2是第二不适亮度，α是17.2±0.17，并且β是0.417±0.041。
亮度控制器可基于第一不适亮度到第二不适亮度的改变而将显示模块的调光级别调节为小于或等于第二不适亮度。
根据本公开的另一实施方式，用于驱动头戴式显示装置的方法包括：基于预定视角通过扫描第一图像来计算第一图像的第一适应亮度；基于第一适应亮度与用户感到不适的第一不适亮度之间的关系来通过第一适应亮度计算第一不适亮度；以及将头戴式显示装置的调光级别控制为等于或小于第一不适亮度。
第一图像的第一适应亮度可基于5°的视角通过用低通滤波器(LPF)的白色峰值来计算。
第一不适亮度可基于表示为Ld1＝(17.2±0.17)×La1(0.417±0.041)的第一等式来计算，其中，La1是第一适应亮度，Ld1是第一不适亮度，α是17.2±0.17，并且β是0.417±0.041。
该方法还可包括：确定是否接收到与第一图像不同的第二图像。
该方法还可包括：基于预定视角通过扫描第二图像来计算第二图像的第二适应亮度。
第二图像的第二适应亮度可基于5°的视角通过用低通滤波器(LPF)的白色峰值来计算。
该方法还可包括：根据第二适应亮度与第一适应亮度相比改变20％或更多以及经改变的第二适应亮度保持2秒或更长时间，将第一不适亮度改变为第二不适亮度。
第二不适亮度基于表示为Ld2＝(17.2±0.17)×La2(0.417±0.041)的第二等式来计算，其中，La2是第二适应亮度，Ld2是第二不适亮度，α是17.2±0.17，并且β是0.417±0.041。
该方法还可包括：基于第一不适亮度到第二不适亮度的改变而将第二图像的调光级别调节为小于或等于第二不适亮度。
根据参照本公开的实施方式描述的头戴式显示装置及其驱动方法，响应于显示的图像的亮度的变化，调节调光级别以降低用户的眼睛压力。
然而，本公开不限于本文中所公开的实施方式，并且可在不背离本公开的精神和范围的情况下进行各种扩展。
附图说明
图1示出了根据本公开的实施方式的头戴式显示装置的框图。
图2示出了实现图1的头戴式显示装置的实例的示意视图。
图3示出了根据本公开的实施方式的头戴式显示装置的框图。
图4是用于解释初始图像亮度和观看图像亮度的曲线。
图5示意性地示出了根据本公开的实施方式的计算器的框图。
图6和图7示出了用于解释图5的时序控制器和计算器的操作的框图。
图8A示出了根据视角的标准误差的曲线。图8B示出了根据与图8A的视角对应的像素的大小的标准误差的曲线。
图9A和图9B是就不适亮度级别而言用户对具有不同复杂度的图像的反应的曲线。
图10是根据本公开实施方式的头戴式显示装置的驱动方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本公开的实施方式进行详细描述。相同的附图标记用于附图上的相同的构成元件，并且对相同的构成元件的重复描述可被省略。
图1示出了根据本公开的实施方式的头戴式显示装置HMD的框图。
参照图1，头戴式显示装置HMD可包括处理器PRC、存储器装置MEM、输入-输出装置IO、电力供给器PS、感测装置SD和显示模块DM。要理解的是，包括在头戴式显示装置HMD中的元件/部件/装置不限于图1，并且可省略图1中所示的元件/部件/装置，并且/或者可添加其它元件/部件/装置，而不背离本公开的范围。
处理器PRC可执行特定的计算或任务。处理器PRC可控制头戴式显示装置HMD的整体操作。例如，处理器PRC可通过输入-输出装置IO来处理信号和数据，或者可执行存储在存储器装置MEM中的应用程序以通过处理信号和数据来向用户提供适当的信息和/或功能。在实施方式中，处理器PRC可为微处理器、中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、图形处理单元(Graphics Processing Unit，GPU)、应用处理器(Application Processor，AP)、通信处理器(Communication Processor，CP)或类似物。处理器PRC可通过诸如地址总线、控制总线和数据总线的一个或多个总线连接到其它元件/部件/装置。另外，处理器PRC可连接到诸如外围部件互连(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线的扩展总线。
存储器装置MEM可存储用于操作头戴式显示装置HMD的数据。存储器装置MEM可存储用于操作头戴式显示装置HMD的一个或多个应用程序、指令、命令和数据，而应用程序由头戴式显示装置HMD中的处理器PRC执行。多个应用程序中的至少一些可通过输入-输出装置IO从外部服务器(未示出)下载。另外，例如，存储器装置MEM可包括诸如可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、闪存、相变随机存取存储器(Phase change Random Access Memory，PRAM)、电阻随机存取存储器(Resistance Random Access Memory，RRAM)、磁性随机存取存储器(Magnetic RandomAccess Memory，MRAM)和铁电随机存取存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)的非易失性存储器装置、和/或诸如动态随机存取存储器(Dynamic Random AccessMemory，DRAM)、静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)和移动DRAM的易失性存储器装置。
输入-输出装置IO可包括用于输入图像信号的相机或图像输入装置、用于输入音频信号的麦克风或音频输入装置、用于从用户接收信息的用户输入装置(例如，触摸键、按钮、操纵杆、滚轮键)以及包括音频输出装置、触觉装置、光学输出装置等的用于生成与视觉、听觉或触觉相关的输出信号的输出装置。显示模块DM可设置在输入-输出装置IO中。
电力供给器PS可供给用于操作头戴式显示装置HMD的电力。电力供给器PS可接收外部电源并且将电力(例如，从外部电源接收到的外部电力和/或从外部电源转换的内部电力)供给到包括在头戴式显示装置HMD中的相应的元件/部件/装置。电力供给器PS可包括电池，例如，嵌入式电池或可更换电池。
感测装置SD可包括用于感测头戴式显示装置HMD周围的信息、用户信息和类似信息的至少一个传感器。例如，感测装置SD可包括速度传感器、加速度传感器、重力传感器、亮度传感器、运动传感器、指纹识别传感器、光学传感器、超声波传感器、热传感器和类似传感器，但是不限于此。
显示模块DM能通过总线和/或其它通信链路连接到其它元件/部件/装置。显示模块DM可显示由头戴式显示装置HMD处理的信息。
图2示出了实现图1的头戴式显示装置HMD的实例的示意视图。
参照图2，头戴式显示装置HMD可包括显示模块DM、壳体HS和安装部MT。头戴式显示装置HMD可安装在用户的头部上以向用户提供各种信息。例如，显示模块DM可基于图像信号来向用户提供视觉信息(例如，图像)。
在实施方式中，显示模块DM可向用户的左眼和右眼中的每个提供图像。与用户的左眼对应的左眼图像和与用户的右眼对应的右眼图像可彼此相同或不同。头戴式显示装置HMD可通过显示模块DM提供二维(2D)图像、三维(3D)图像、虚拟现实(Virtual Reality，VR)图像和/或360度全景图像。显示模块DM的实例可包括液晶显示器(Liquid CrystalDisplay，LCD)、有机发光显示器(Organic Light Emitting Display，OLED)、无机发光显示器和柔性显示装置，但是不限于此。显示模块DM可嵌入在壳体HS中，或者可联接到壳体HS或与壳体HS结合。显示模块DM可通过壳体HS接收指令。
壳体HS可定位在用户的眼睛的前面。包括在头戴式显示装置HMD中的元件/部件/装置可容纳在壳体HS中。除了图1中所示的元件/部件/装置以外，无线通信部、接口部等可布置在壳体HS中。无线通信部可通过与外部装置进行无线通信来从外部装置(未示出)接收图像信号。例如，无线通信部可使用诸如蓝牙、射频识别(Radio FrequencyIdentification，RFID)、红外数据协会(Infrared Data Association，IrDA)、紫蜂(ZigBee)、近场通信(Near Field Communication，NFC)、无线保真(Wireless-Fidelity，Wi-Fi)和超宽带(Ultra-Wideband，UWB)的各种通信协议来与外部装置通信。接口部可将头戴式显示装置HMD连接到外部装置。例如，头戴式显示装置HMD的接口部可包括有线/无线耳麦端口、外部充电器端口、有线/无线数据端口、存储卡端口、用于连接设置有识别模块的装置的端口、音频输入/输出(Input/Output，I/O)端口、视频I/O端口和耳机端口，但是不限于此。
安装部MT可联接到壳体HS，以使得头戴式显示装置HMD可固定到用户的头部。例如，安装部MT可实现为条带或弹性带。
图3示出了根据本公开的实施方式的头戴式显示装置HMD的框图。图4是用于解释初始图像亮度和观看图像亮度的曲线。
参照图3和图4，头戴式显示装置HMD的显示模块DM可包括显示面板110、时序控制器140、数据驱动器150和扫描驱动器160。
根据实施方式，时序控制器140可包括计算器120和亮度控制器130。然而，计算器120和亮度控制器130可定位在时序控制器140内，或者可在时序控制器140外部连接到时序控制器140。
显示面板110可基于数据信号DS来显示图像。显示面板110可包括多个数据线、多个扫描线和多个像素。例如，包括在显示面板110中的每个像素可包括与多个数据线和多个扫描线中的各自的一个电连接的薄膜晶体管、与薄膜晶体管连接的存储电容器以及与驱动晶体管连接的发光元件。薄膜晶体管可包括与存储电容器连接的驱动晶体管。
为了改善显示模块DM的显示品质，可根据用户的观看环境(诸如附近环境的亮度)来调节显示模块DM的亮度。在这种情况下，附近环境的亮度可通过包括在图1中所示的感测装置SD中的亮度传感器来感测。
例如，在具有高附近亮度的室外环境中，显示模块DM可增加亮度以改善在显示面板110上显示的图像的可见性，并且在黑暗的室内或夜晚，显示模块DM可降低亮度以降低用户的眼睛疲劳。由于头戴式显示装置HMD安装在用户的头部上，因此用户可依据在显示模块DM上显示的图像的亮度而对眩光和眼睛疲劳做出敏感反应。
时序控制器140可从外部装置(未示出)接收图像数据RGB和控制信号CON。
时序控制器140可选择性地执行相对于从外部装置供给的图像数据RGB的图像品质校正、适应颜色校正(Adaptive Color Correction，ACC)和/或动态电容补偿(DynamicCapacitance Compensation，DCC)，并且将图像数据RGB'输出到数据驱动器150。替代性地，时序控制器140可将从外部装置供给的图像数据RGB原样地提供到数据驱动器150。在这种情况下，图像数据RGB'与图像数据RGB相同。
控制信号CON可包括水平同步信号、垂直同步信号和时钟信号。时序控制器140可基于水平同步信号来生成水平起始信号。时序控制器140可基于垂直同步信号来生成垂直起始信号。时序控制器140可基于时钟信号来生成第一时钟信号和第二时钟信号。时序控制器140可将垂直起始信号和第一时钟信号作为第一驱动信号CTL1提供到扫描驱动器160。时序控制器140可将水平起始信号和第二时钟信号作为第二驱动信号CTL2提供到数据驱动器150。
计算器120可基于适应环境亮度与确定亮度之间的关系来计算图像的初始图像亮度和观看图像亮度。等式1提供了用于确定适应环境亮度与确定亮度之间的关系的模型的实例。适应环境亮度是指用户的眼睛适应后的亮度，并且确定亮度是指用户未识别到不适的亮度。适应环境亮度和确定亮度可基于不适阈值或对亮度变化适应的极限来确定，超过不适阈值时用户可感觉到不适。
[等式1]
Log(Lth)＝c1×log(Lae)+c2×log(w)+c3，
其中，Lth是确定亮度，Lae是适应环境亮度，w是偏移量，c1是第一常数，c2是第二常数，并且c3是第三常数。
例如，计算器120可使用等式2在用户佩戴头戴式显示装置HMD的时刻考虑周围亮度Le来计算初始图像亮度L1。适应环境亮度不限于此，并且可用可由用户任意设定的亮度Lu代替周围亮度Le。当具有初始图像亮度L1的图像显示在显示面板110上时，用户可不感觉到可由于亮度的突然变化而出现的诸如眩光的不适。
[等式2]
Log(L1)＝0.904×log(Le)+0.16×log(w)+0.07
另外，计算器120可使用下面的等式3基于计算出的初始图像亮度L1来计算观看图像亮度L2。当观看图像亮度L2显示在显示面板110上时，即使在观看头戴式显示装置HMD的图像特定时间之后，用户也可不感觉到疲劳。
[等式3]
Log(L2)＝0.547×log(L1)+0.15×log(w)+1.09
如图4中所示，头戴式显示装置HMD可在适应时间ta期间首先提供初始图像亮度L1并且然后将初始图像亮度L1改变为观看图像亮度L2。在一个实施方式中，适应时间ta可在2分钟内。
再次参照图3，亮度控制器130可在预定的适应时间(例如，适应时间ta)期间将图像的初始图像亮度L1改变为观看图像亮度L2。时序控制器140可将多个伽马数据集存储在查找表(Lookup Table，LUT)中。时序控制器140可基于从亮度控制器130输出的亮度控制信号来选择以及输出伽马数据集G_SET。时序控制器140可将伽马数据集G_SET供给到数据驱动器150，并且数据驱动器150可基于伽马数据集G_SET来生成伽马电压。
数据驱动器150可响应于从时序控制器140接收到的第二驱动信号CTL2来输出数据信号DS。例如，响应于水平起始信号和第二时钟信号，数据驱动器150可将与图像数据对应的伽马电压作为数据信号DS输出到数据线。
扫描驱动器160可基于从时序控制器140接收到的第一驱动信号CTL1来生成扫描信号SS。例如，扫描驱动器160可响应于垂直起始信号和第一时钟信号来生成扫描信号SS，并且可顺序地将扫描信号SS输出到扫描线。
当以观看图像亮度L2在显示面板110上显示图像时，即使在观看头戴式显示装置HMD的图像特定时间之后，用户也可不感觉到疲劳。在用户使用头戴式显示装置HMD并且经过预定的适应时间之后，响应于在显示模块DM上显示的图像的亮度，用户的眼睛持续地经历适应处理。如果未调节观看图像亮度L2，则用户可感觉到可由于图像的亮度的突然变化而出现的诸如眩光的不适或者眼睛疲劳。
通过响应于图像的亮度的变化来调节显示模块DM的调光级别，根据本公开的实施方式的头戴式显示装置HMD可降低用户的眼睛疲劳并且改善显示品质。在下文中，将对根据本公开的实施方式的头戴式显示装置HMD及其驱动方法进行详细描述。
图5示意性地示出了根据本公开的实施方式的图3的计算器120的框图。
参照图5，计算器120可包括帧比较器121、适应亮度计算器122、不适亮度改变确定器123和不适亮度计算器124。
帧比较器121可确定是否已接收到与先前图像不同的新图像。根据实施方式，帧比较器121可基于图像的平均亮度的变化来确定是否接收到新图像。例如，当在显示模块DM上显示m个帧(m是整数)的具有第一亮度的图像，并且然后在该m个帧之后接收具有与第一亮度不同的第二亮度的图像时，帧比较器121可确定接收到与先前图像不同的新图像。当帧比较器121确定接收到与先前图像不同的新图像时，帧比较器121可提供第一控制信号CS1以指示适应亮度计算器122计算新图像的适应亮度La。
响应于从帧比较器121接收到的第一控制信号CS1，适应亮度计算器122可计算新图像的适应亮度La，并且将计算出的新图像的适应亮度La提供到不适亮度改变确定器123。根据实施方式，适应亮度计算器122可基于预定视角通过扫描新图像的整个区域来计算新图像的适应亮度La。稍后将参照图6和图7对适应亮度La的计算进行详细描述。
响应于从适应亮度计算器122接收到的适应亮度La，不适亮度改变确定器123可根据预定条件来确定改变先前图像的不适亮度Ld。不适亮度是指适应于适应亮度的用户开始感到不适的亮度。根据实施方式，当从适应亮度计算器122接收到的新图像的适应亮度La以预定比例或更大的比例从先前图像的适应亮度La被改变，并且新图像的适应亮度La保持预定时间或更长时间时，不适亮度改变确定器123可将第二控制信号CS2提供到不适亮度计算器124以指示改变先前图像的不适亮度Ld。
响应于从不适亮度改变确定器123接收到的第二控制信号CS2，不适亮度计算器124可计算针对新图像的不适亮度Ld。
根据实施方式，基于对适应亮度La与不适亮度Ld之间的关系进行建模的下面的等式4，不适亮度计算器124可通过新图像的适应亮度La计算不适亮度Ld。稍后将参照图6和图7对不适亮度Ld的计算进行详细描述。
[等式4]
Ld＝α×Laβ(其中，La是适应亮度，Ld是不适亮度，α是第一系数，并且β是第二系数。)
图6和图7示出了用于解释时序控制器140和图5的计算器120的操作的框图。图6示出了接收第一图像IMG1的情况，并且图7示出了接收与第一图像IMG1不同的第二图像IMG2的情况。第一图像IMG1可对应于具有上述的观看图像亮度L2(参见图4)的图像。
参照图6，当帧比较器121接收第一图像IMG1时，由于不存在待与之比较的先前图像，因此帧比较器121可将第一图像IMG1视为新图像。相应地，帧比较器121确定接收到新图像，并且帧比较器121可将第一控制信号CS1提供到适应亮度计算器122以指示计算第一图像IMG1的第一适应亮度La1。
响应于从帧比较器121接收到的第一控制信号CS1，适应亮度计算器122可计算第一图像IMG1的第一适应亮度La1，并且将第一适应亮度La1提供到不适亮度改变确定器123。
根据实施方式，适应亮度计算器122可基于预定视角通过扫描(或模糊)第一图像IMG1的整个区域来计算第一图像IMG1的第一适应亮度La1。例如，适应亮度计算器122可基于5°的视角通过用低通滤波器(LPF)的白色峰值来计算第一图像IMG1的第一适应亮度La1。
图8A示出了根据视角的标准误差的曲线。图8B示出了根据与图8A的视角对应的像素的大小的标准误差的曲线。
参照图8A，当从图像(例如，图6的第一图像IMG1)作为参考用5°的视角通过用LPF的白色峰值来获得适应亮度(例如，图6的第一适应亮度La1)时，图像的物理亮度级别与用户识别到的亮度级别之间的标准误差可为最小的。相反，当从该图像作为参考使用小于5°或大于5°的视角通过用LPF的白色峰值来获得适应亮度时，能看出的是，物理亮度级别与用户识别到的亮度级别之间的标准误差从5°视角的最小标准误差增加。
例如，在所有图像之中，假设与1°的视角对应的区域具有100cd/m2的亮度，则当基于5°的视角通过用LPF的白色峰值来获得适应亮度时，用户可以100cd/m2的亮度的五分之一的级别(即，20cd/m2)感到与1°的视角对应的区域。即，当通过用LPF的白色峰值来获得图像的适应亮度时，可降低用户难以识别到的小区域中的峰值的影响。
通常，头戴式显示装置HMD的视角可为110°至120°。这是与用户向前看而不使他们的眼睛从一侧移动到另一侧的情况相似的视角。参照图8B，与5°的视角对应的区域的大小可对应于头戴式显示装置HMD的显示面板110中的约41个像素的大小。即，在通过以41个像素的大小为单位扫描(或模糊)图像来计算适应亮度的情况下，可预期与通过以5°的视角为单位扫描(或模糊)图像来计算适应亮度的情况相似的效果。
返回参照图6，不适亮度改变确定器123可根据预定条件来确定计算第一不适亮度Ld1。根据实施方式，当从适应亮度计算器122接收到的新图像的适应亮度La从先前图像的适应亮度La改变了预定比例或更大比例，并且新图像的适应亮度La保持了预定时间或更长时间时，不适亮度改变确定器123可将第二控制信号CS2提供到不适亮度计算器124以指示改变不适亮度Ld。
由于从第一图像IMG1获得的第一适应亮度La1不具有待与之比较的先前适应亮度，因此可将其视为满足预定条件。相应地，不适亮度改变确定器123可将第二控制信号CS2提供到不适亮度计算器124以指示计算第一图像IMG1的第一不适亮度Ld1。
响应于从不适亮度改变确定器123接收到的第二控制信号CS2，不适亮度计算器124可计算针对第一图像IMG1的第一不适亮度Ld1。
根据实施方式，等式4的第一系数(α)和第二系数(β)可基于下面的等式5来获得。等式5是心理物理对数函数。例如，基于用户对不同复杂度的图像的适应和选择，等式4的第一系数(α)和第二系数(β)可根据等式5基于作为不适亮度级别的用户的反应来获得。在这种情况下，图像的复杂度可根据具有比图像的平均亮度大的亮度的区域的比例而变化。
[等式5]
Figure BDA0003036111130000121
其中，x是针对每个图像的适应亮度。
图9A和图9B是就不适亮度级别而言用户对具有不同复杂度的图像的反应(响应)的曲线。
参照图9A和图9B，图9A示出了用户对以不适亮度级别显示普通物体的图像的反应，并且图9B示出了用户对以不适亮度级别显示夕阳的图像的反应。
如图9A和图9B中能看出的，用户对图像察觉到不适的程度可基于图像的复杂度而不同。在纵轴中越接近1，则用户的不适级别越高(例如，用户的眼睛为疲劳的)，而其越接近0，则用户的不适级别越低(例如，用户的眼睛不为疲劳的)。
例如，在用户对显示图9B中所示的日落的图像的反应中，假设头戴式显示装置HMD的亮度相同(例如，25cd/m2)，则与在用户适应4cd/m2和8cd/m2时相比，在用户适应2cd/m2时用户更容易感觉到眼睛疲劳。
另外，假设头戴式显示装置HMD的亮度相同(例如15cd/m2)并且用户适应相同的亮度(2cd/m2)，则与在观看显示图9A的普通物体的图像时相比，在观看显示图9B的日落的图像时用户更容易感觉到眼睛疲劳。
根据实施方式，基于用户对不同复杂度的图像的适应和选择，可根据等式5将用户的反应提取为不适亮度级别。例如，当用户感到的亮度与图像的物理亮度紧密匹配时，等式4的第一系数(α)可设定为17.2±0.17，并且其第二系数(β)可设定为0.417±0.041。在这种情况下，可获得如下等式6。不适亮度计算器124可基于等式6通过第一图像IMG1的第一适应亮度La1计算第一不适亮度Ld1。
[等式6]
Ld1＝(17.2±0.17)×La1(0.417±0.041)
其中，La1是第一适应亮度，并且Ld1为第一不适亮度。
亮度控制器130可生成与从不适亮度计算器124接收到的第一不适亮度Ld1对应的第一亮度控制信号LCTL1，并且将第一亮度控制信号LCTL1输出到存储器145。
存储器145可存储多个伽马数据集。伽马数据集可被提供到数据驱动器150以确定伽马基准电压之间的伽马电压。当伽马电压因伽马数据集而改变时，图像的亮度可改变。在这种情况下，存储器145可对应于图1中描述的存储器装置MEM。
时序控制器140可输出存储在存储器145中的多个伽马数据集之中与第一亮度控制信号LCTL1对应的第一伽马数据集G_SET1。在实施方式中，时序控制器140可将显示面板110的调光级别设定为等于或小于第一不适亮度Ld1的级别。
参照图7，帧比较器121接收第二图像IMG2，并且对第一图像IMG1和第二图像IMG2的平均亮度进行比较。当第一图像IMG1和第二图像IMG2的平均亮度彼此不同时，帧比较器121可将第二图像IMG2确定为新图像，并且将第一控制信号CS1提供到适应亮度计算器122以指示计算第二图像IMG2的第二适应亮度La2。
响应于从帧比较器121接收到的第一控制信号CS1，适应亮度计算器122可计算第二图像IMG2的第二适应亮度La2，并且将第二适应亮度La2提供到不适亮度改变确定器123。
根据实施方式，适应亮度计算器122可基于预定视角通过扫描(或模糊)第二图像IMG2的整个区域来计算第二图像IMG2的第二适应亮度La2。例如，适应亮度计算器122可基于5°的视角通过用LPF的白色峰值来计算第二图像IMG2的第二适应亮度La2。
不适亮度改变确定器123可根据预定条件来确定改变不适亮度。根据实施方式，当从适应亮度计算器122接收到的第二图像IMG2的第二适应亮度La2以预定比例或更大的比例从第一图像IMG1的第一适应亮度La1被改变，并且经改变的第二图像IMG2的第二适应亮度La2保持预定时间或更长时间时，不适亮度改变确定器123可将第二控制信号CS2提供到不适亮度计算器124以指示改变当前的不适亮度Ld(在这种情况下为第一不适亮度Ld1)。
例如，当第二图像IMG2的第二适应亮度La2与第一图像IMG1的第一适应亮度La1相比改变20％或更多，并且经改变的第二图像IMG2的第二适应亮度La2保持2秒或更长时间时，不适亮度改变确定器123可确定将第一不适亮度Ld1改变为第二不适亮度Ld2。在这种情况下，不适亮度改变确定器123可将第二控制信号CS2提供到不适亮度计算器124以指示将第一不适亮度Ld1改变为第二不适亮度Ld2。
响应于从不适亮度改变确定器123接收到的第二控制信号CS2，不适亮度计算器124可计算针对第二图像IMG2的第二不适亮度Ld2。根据实施方式，不适亮度计算器124可基于下面的等式7通过第二图像IMG2的第二适应亮度La2计算第二不适亮度Ld2。
[等式7]
Ld2＝(17.2±0.17)×La2(0.417±0.041)
其中，La2是第二适应亮度，并且Ld2是第二不适亮度。
亮度控制器130可生成与从不适亮度计算器124接收到的第二不适亮度Ld2对应的第二亮度控制信号LCTL2，并且将第二亮度控制信号LCTL2输出到存储器145。
时序控制器140可输出存储在存储器145中的多个伽马数据集之中与第二亮度控制信号LCTL2对应的第二伽马数据集G_SET2。换言之，时序控制器140可将显示面板110的调光级别调节为等于或小于第二不适亮度Ld2的级别。
图10是根据本公开实施方式的头戴式显示装置HMD的驱动方法的流程图。
参照图10，头戴式显示装置HMD的驱动方法可包括：确定是否接收到与先前图像不同的新图像(S10)；基于预定视角通过扫描新图像来计算适应亮度(S20)；确定先前图像与新图像之间的适应亮度的差异是否为预定比例或更大以及是否保持预定时间(S30)；通过新图像的适应亮度计算不适亮度(S40)；以及将调光级别设定为等于或小于新图像的不适亮度(S50)。在下文中，为了更好地理解和描述的便利，将对用于通过与上述的观看图像亮度L2(参见图4)对应的第一图像IMG1计算第一适应亮度La1和第一不适亮度Ld1的方法以及用于通过与第一图像IMG1不同的第二图像IMG2计算第二适应亮度La2和第二不适亮度Ld2的方法分开进行描述。
参照图6和图10，头戴式显示装置HMD的驱动方法可包括：确定是否接收到与先前图像不同的新图像(即，第一图像IMG1)(S10)。
帧比较器121可接收具有观看图像亮度L2的第一图像IMG1(参见图4)，并且因为没有待与第一图像IMG1进行比较的先前图像，因此将第一图像IMG1视为新图像。
接着，可基于预定视角通过扫描新图像(即，第一图像IMG1)来计算第一图像IMG1的适应亮度(即，第一适应亮度La1)(S20)。
根据实施方式，适应亮度计算器122可基于预定视角通过扫描(或模糊)第一图像IMG1的整个区域来计算第一图像IMG1的第一适应亮度La1。例如，可基于5°的视角通过用LPF的白色峰值来计算第一图像IMG1的第一适应亮度La1。
接着，可确定先前图像与第一图像IMG1之间的适应亮度的差异是否等于或大于预定比例以及是否保持预定时间(S30)。
由于第一图像IMG1的第一适应亮度La1不具有待与之比较的先前适应亮度，因此不适亮度改变确定器123可视为满足预定条件。
接着，可通过第一图像IMG1的第一适应亮度La1计算第一不适亮度Ld1(S40)。
根据实施方式，可基于等式4来计算第一不适亮度Ld1。包括在等式4中的第一系数(α)和第二系数(β)可通过等式5来获得。在一个实施方式中，第一系数(α)可设定为17.2±0.17，并且第二系数(β)可设定为0.417±0.041。例如，不适亮度计算器124可基于等式6来计算第一不适亮度Ld1。
接着，可将调光级别设定为小于或等于第一图像IMG1的第一不适亮度Ld1(S50)。
亮度控制器130可将与第一不适亮度Ld1对应的第一亮度控制信号LCTL1输出到存储器145。时序控制器140可输出存储在存储器145中的多个伽马数据集之中与第一亮度控制信号LCTL1对应的第一伽马数据集G_SET1。换言之，时序控制器140可设定显示面板110的调光级别等于或小于第一不适亮度Ld1的级别。
参照图7和图10，头戴式显示装置HMD的驱动方法可包括：确定是否接收到与第一图像IMG1不同的第二图像IMG2(S10)。
帧比较器121可接收第二图像IMG2，并且对第一图像IMG1和第二图像IMG2的平均亮度进行比较。当第一图像IMG1和第二图像IMG2的平均亮度彼此不同时，帧比较器121可将第二图像IMG2确定为新图像。
接着，可基于预定视角通过扫描新图像(即，第二图像IMG2)来计算第二图像IMG2的适应亮度(即，第二适应亮度La2)(S20)。
根据实施方式，适应亮度计算器122可基于预定视角通过扫描(或模糊)第二图像IMG2的整个区域来计算第二图像IMG2的第二适应亮度La2。例如，可基于5°的视角通过用LPF的白色峰值来计算第二图像IMG2的第二适应亮度La2。
接着，可确定第一图像IMG1的第一适应亮度La1与第二图像IMG2的第二适应亮度La2之间的差异是否等于或大于预定比例以及是否保持预定时间(S30)。
根据实施方式，当第二图像IMG2的第二适应亮度La2与第一图像IMG1的第一适应亮度La1相比改变20％或更多，并且经改变的第二图像IMG2的第二适应亮度La2保持2秒或更长时间时，不适亮度改变确定器123可确定将第一不适亮度Ld1改变为第二不适亮度Ld2。
接着，可通过第二图像IMG2的第二适应亮度La2计算第二不适亮度Ld2(S40)。
根据实施方式，可基于等式4来计算第二不适亮度Ld2。包括在等式4中的第一系数(α)和第二系数(β)可通过等式5来获得。在一个实施方式中，第一系数(α)可设定为17.2±0.17，并且第二系数(β)可设定为0.417±0.041。例如，不适亮度计算器124可基于等式7来计算第二不适亮度Ld2。
接着，可将调光级别设定为小于或等于第二图像IMG2的第二不适亮度Ld2(S50)。
亮度控制器130可将与第二不适亮度Ld2对应的第二亮度控制信号LCTL2输出到存储器145。时序控制器140可输出存储在存储器145中的多个伽马数据集之中与第二亮度控制信号LCTL2对应的第二伽马数据集G_SET2。换言之，时序控制器140可将显示面板110的调光级别调节为等于或小于第一不适亮度Ld2的级别。
通过响应于图像的亮度的变化来调节显示模块DM的调光级别，根据本公开的实施方式的头戴式显示装置HMD的驱动方法可降低用户的眼睛疲劳并且改善显示品质。
虽然已结合各种实施方式对本公开进行了描述，但是将理解的是，本公开不限于所描述的实施方式，而是相反，旨在覆盖包括在包括所附的权利要求书的本公开的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (10)

1.一种头戴式显示装置，包括：
显示模块，所述显示模块用于显示图像；
计算器，所述计算器包括：
适应亮度计算器，所述适应亮度计算器构造为基于预定视角扫描第一图像并且计算所述第一图像的第一适应亮度；以及不适亮度计算器，所述不适亮度计算器构造为基于所述第一适应亮度与用户感到不适的第一不适亮度之间的关系来通过所述第一适应亮度计算所述第一不适亮度；以及
亮度控制器，所述亮度控制器构造为将所述显示模块的调光级别控制为等于或小于所述第一不适亮度。
2.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其中，所述第一图像的所述第一适应亮度基于5°的视角通过用低通滤波器的白色峰值来计算。
3.如权利要求2所述的头戴式显示装置，其中，所述第一不适亮度基于表示为Ld1＝α×La1β的第一等式来计算，并且
其中，La1是所述第一适应亮度，Ld1是所述第一不适亮度，α是17.2±0.17，并且β是0.417±0.041。
4.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其中，所述计算器还包括：
帧比较器，所述帧比较器构造为确定是否接收到与所述第一图像不同的第二图像。
5.如权利要求4所述的头戴式显示装置，其中，所述计算器基于所述预定视角扫描所述第二图像并且计算所述第二图像的第二适应亮度。
6.如权利要求5所述的头戴式显示装置，其中，所述第二图像的所述第二适应亮度基于5°的视角通过用低通滤波器的白色峰值来计算。
7.如权利要求5所述的头戴式显示装置，其中，所述不适亮度计算器还构造为基于所述第二适应亮度来计算第二不适亮度，并且
所述计算器还包括：
不适亮度改变确定器，所述不适亮度改变确定器构造为根据预定条件来确定将所述第一不适亮度改变为所述第二不适亮度。
8.如权利要求7所述的头戴式显示装置，其中，所述预定条件包括：
所述第二适应亮度与所述第一适应亮度相比改变20％或更多；以及
经改变的所述第二适应亮度保持2秒或更长时间。
9.如权利要求7所述的头戴式显示装置，其中，所述第二不适亮度基于表示为Ld2＝α×La2β的第二等式来计算，并且
其中，La2是所述第二适应亮度，Ld2是所述第二不适亮度，α是17.2±0.17，并且β是0.417±0.041。
10.如权利要求7所述的头戴式显示装置，其中，所述亮度控制器基于所述第一不适亮度到所述第二不适亮度的改变而将所述显示模块的调光级别调节为小于或等于所述第二不适亮度。
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