TWI768551B

TWI768551B - 虛擬成像系統的環境光抑制方法與電子裝置

Info

Publication number: TWI768551B
Application number: TW109140645A
Authority: TW
Inventors: 陳瑞麟
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2022-06-21
Also published as: TW202221485A

Abstract

一種虛擬成像系統的環境光抑制方法與電子裝置。所述方法包括：由設置於所述電子裝置的第一發光元件發射第一光線，以藉由所述第一光線於所述電子裝置前方形成虛擬影像；由設置於所述電子裝置的第二發光元件發射第二光線，以藉由所述第二光線抑制可干擾所述虛擬影像的環境光；在所述環境光被抑制的狀態下，偵測使用者針對所述虛擬影像執行的互動行為；以及由所述電子裝置根據所述互動行為產生回饋訊號。

Description

虛擬成像系統的環境光抑制方法與電子裝置

本發明是有關於一種虛擬成像系統的環境光抑制技術，且特別是有關於一種虛擬成像系統的環境光抑制方法與電子裝置。

現有的虛擬觸控機制，大多透過微型投影器投射虛擬影像至特定位置，供使用者進行觸控，且投射之虛擬影像必須和鍵盤或觸控面板相對應，才能達到精準的虛擬觸控效果。此外，亦有應用於VR及AR裝置上的應用，但大多需要額外裝設投影或多個同時偵測人眼及手部動作的相機，在使用上受到許多限制而極其不便。

此外，也有許多不需戴眼鏡式3D成像系統，但這類的系統與裝置大多僅限於暗環境中才能讓使用者看清楚影像。當在戶外或環境光源較強的環境中觀賞時，投射3D成像的光源會受到干涉，使用者可能會無法看清甚至導致影像無法成像。特別是，若將3D成像光源增強又可能造成人眼視覺疲勞甚至造成視覺的永久損害。

本發明提供一種虛擬成像系統的環境光抑制方法與電子裝置，可在虛擬成像系統中對可能影響虛擬影像的環境光進行抑制，從而提高虛擬影像的成像品質。

本發明的一實施例提供一種虛擬成像系統的環境光抑制方法，其用於電子裝置，所述方法包括：由設置於所述電子裝置的第一發光元件發射第一光線，以藉由所述第一光線於所述電子裝置前方形成虛擬影像；由設置於所述電子裝置的第二發光元件發射第二光線，以藉由所述第二光線抑制可干擾所述虛擬影像的環境光；在所述環境光被抑制的狀態下，偵測使用者針對所述虛擬影像執行的互動行為；以及由所述電子裝置根據所述互動行為產生回饋訊號。

本發明的一實施例另提供一種電子裝置，其包括第一發光元件、第二發光元件、影像擷取裝置及處理器。所述第一發光元件用以發射第一光線，以藉由所述第一光線於所述電子裝置前方形成虛擬影像。所述第二發光元件用以發射第二光線，以藉由所述第二光線抑制可干擾所述虛擬影像的環境光。所述影像擷取裝置用以在所述環境光被抑制的狀態下，偵測使用者針對所述虛擬影像執行的互動行為。所述處理器耦接至所述第一發光元件、所述第二發光元件及所述影像擷取裝置並且用以根據所述互動行為產生回饋訊號。

基於上述，設置於電子裝置的第一發光元件可發射第一光線，以於所述電子裝置前方形成虛擬影像。另一方面，設置於所述電子裝置的第二發光元件可發射第二光線，以抑制可能干擾所述虛擬影像的環境光。接著，在所述環境光被抑制的狀態下，可偵測使用者針對所述虛擬影像執行的互動行為並由所述電子裝置根據所述互動行為產生回饋訊號。藉此，可在虛擬成像系統中對可能影響虛擬影像的環境光進行抑制，從而提高虛擬影像的成像品質。

圖1是根據本發明的一實施例所繪示的虛擬成像系統中的環境光抑制的示意圖。請參照圖1，在一實施例中，電子裝置10是以筆記型電腦為例並可支援虛擬成像系統。在另一實施例中，電子裝置10亦可為桌上型電腦、平板電腦、遊戲主機、電視機或可支援虛擬成像系統的其他類型的電腦裝置。

電子裝置10可包括上部機構101、下部機構102、發光元件11、發光元件12、感光元件13、顯示面板14及影像擷取裝置15。上部機構101與下部機構102之間可藉由轉軸機構連接並可以轉軸機構為軸心進行動轉或開闔。

在一實施例中，發光元件11、發光元件12、顯示面板14及影像擷取裝置15設置於上部機構101，而感光元件13設置於下部機構102。具體的元件設置位置與元件相對位置可如圖1所示，但可根據實務需求調整。例如，在另一實施例中，感光元件13亦可設置於上部機構101。

發光元件11用以發射光線(亦稱為第一光線)110，以藉由光線110於電子裝置10前方形成虛擬影像100。換言之，虛擬影像100是基於投射至電子裝置10前方的光線110而於人眼的可視區域中形成。

發光元件12用以發射光線(亦稱為第二光線或抑制光)120，以藉由光線120抑制可能干擾虛擬影像100的環境光130。例如，環境光130可包括環境中可能存在的太陽光或其他照明裝置所產生的干擾光線。一般來說，若環境光130的亮度太高，則可能會影響到虛擬影像100的成像清晰度。發光元件11與12皆可包括發光二極體(LED)或者其他類型的發光元件，本發明不加以限制。

感光元件13用以偵測環境光130。例如，感光元件13可用以偵測環境光130的入射角。顯示面板14用以顯示影像。例如，顯示面板14可包括液晶顯示面板(Liquid Crystal Display, LCD)、等離子顯示面板(Plasma Display Panel, PDP)或發光二極體顯示面板(LED display)等各類型顯示面板。影像擷取裝置15用以擷取外部影像。例如，影像擷取裝置15可包括鏡頭與感光模組等。

在一實施例中，發光元件11包括設置於顯示面板14之外層(例如顯示面板14之表面)的凸透鏡薄膜。發光元件11所發射的光線110可經由此凸透鏡薄膜而形成虛擬影像100。特別是，經由此凸透鏡薄膜所呈現的虛擬影像100適於由使用者於裸眼狀態下進行觀看。其中，裸眼狀態指的是使用者未配戴3D眼鏡、AR眼鏡或VR眼鏡等提供3D、AR或VR等視覺輔助的穿戴式裝置之狀態，而近視眼鏡或遠視眼鏡則不在此限。

在一實施例中，發光元件12可包括紫外光(UV)發射器。所發射的光線120可包括人眼所不可見的紫外光，其波長例如是約略藉於100~400奈米(nm)之間。在一實施例中，發光元件12可包括雙狹縫發光孔。光線120可經由雙狹縫發光孔的兩條狹縫發射。此雙狹縫發光孔的設置可符合楊式雙縫理論。藉此，所發射的光線120可藉由破壞性干涉的方式來抑制可能干擾虛擬影像100的環境光130，從而減輕環境光130可能對虛擬影像100的成像清晰度造成的影響。

圖2是根據本發明的一實施例所繪示的電子裝置的功能方塊圖。請參照圖2，電子裝置10還可包括處理器21與控制器22。處理器21耦接至發光元件11、發光元件12、感光元件13、顯示面板14、影像擷取裝置15及控制器22。處理器21可負責電子裝置10的整體或部分運作。例如，處理器21可包括中央處理單元(CPU)、或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器、數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits, ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device, PLD)或其他類似裝置或這些裝置的組合。

控制器22用以控制發光元件11與12。例如，控制器22可根據來自處理器21的指令而控制發光元件11與12的至少其中之一進行發光。在一實施例中，控制器22還可以控制發光元件11與12的至少其中之一調整發出的光線的光強度、顏色及波長等與發射出的光線的狀態有關的參數。在一實施例中，發光元件11與12的至少其中之一用於發射光線的發射角(亦稱為光發射角)為可轉動的，而控制器22還可以控制發光元件11與12的至少其中之一調整所述光發射角。

在一實施例中，感光元件13可偵測環境光130的入射角。處理器21可根據此入射角控制發光元件12用於發射光線120的發射角。在一實施例中，感光元件13的位置、發光元件12的位置及感光元件13與發光元件12之間的相對位置皆為預設的。因此，處理器21可根據所測得的環境光130的入射角以及感光元件13與發光元件12之間的相對位置來決定光線120的發射角。

圖3是根據本發明的一實施例所繪示的根據環境光的入射角調整抑制光的發射角的示意圖。請參照圖3，在一實施例中，假設感光元件13測得的環境光130的入射角為ϴ1。根據入射角為ϴ1以及感光元件13與發光元件12之間的相對位置，光線120的發射角ϴ2可被對應決定。例如，入射角ϴ1可被帶入一個預設的方程式並根據此方程式的輸入獲得發射角ϴ2。須注意的是，在其他實施例中，若發光元件12及/或感光元件13的設置位置改變，則此方程式可動態調整，以反映感光元件13與發光元件12之間的相對位置之變化。藉此，無論發光元件12及/或感光元件13的設置位置如何改變，發射角ϴ2皆可以根據入射角ϴ1而動態決定。

在一實施例中，在環境光130被光線120抑制的狀態下，處理器21可偵測使用者針對虛擬影像100執行的互動行為。然後，處理器21可根據此互動行為產生回饋訊號。例如，此回饋訊號可指示顯示面板14呈現特定的影像及/或指示其他類型的輸出介面輸出其他類型的訊號(例如揚聲器輸出特定聲音)以回應此互動行為。

圖4是根據本發明的一實施例所繪示的使用者針對虛擬影像執行互動行為的示意圖。請參照圖4，使用者可能會藉由手指41或其他類型的操作工作來針對所看到的虛擬影像100執行點擊及/或滑動等互動行為。例如，假設虛擬影像100中呈現了一個可操作物件，則使用者可使用手指41來點選此可操作物件或者拖曳此可操作物件。

在一實施例中，虛擬影像100在實體空間中的位置介於影像擷取裝置15與使用者的眼睛之間。處理器21可分析影像擷取裝置15所擷取的外部影像並根據此外部影像來偵測使用者的眼睛的位置。處理器21可根據使用者的眼睛的位置來評估虛擬影像100在實體空間中的(概略)成像位置。然後，處理器21可根據此(概略)成像位置決定電子裝置10前方的一個虛擬觸控區域401。例如，虛擬觸控區域401會在實體空間中涵蓋整個虛擬影像100的成像位置及/或與虛擬影像100的成像位置至少部分重疊，如圖4所示。

在決定虛擬觸控區域401後，影像擷取裝置15可持續擷取外部影像，而處理器21可根據此外部影像來偵測使用者於虛擬觸控區域401內的互動行為。例如，根據所擷取的外部影像，處理器21可分析使用者的手指41在虛擬觸控區域401內的點擊及/或滑動等互動行為。然後，處理器21可根據此互動行為產生相對應的回饋訊號以回應使用者。例如，當使用者的手指41在虛擬觸控區域401內的特定位置執行點擊或滑動時，處理器21可觸發對於顯示面板14所呈現的特定物件的點擊或滑動之操作行為。

圖5是根據本發明的一實施例所繪示的電子裝置的外觀示意圖。請參照圖5，電子裝置50可相同或相似於電子裝置10。電子裝置50上配置有發光元件52、感光元件53、顯示面板54及影像擷取裝置55。發光元件52、感光元件53、顯示面板54及影像擷取裝置55分別相同或相似於圖1的發光元件12、感光元件13、顯示面板14及影像擷取裝置15，在此不重複對其說明。此外，圖1的發光元件11可設置於顯示面板54中或其表面。

須注意的是，在圖5的實施例中，發光元件52是以長條狀的型態來配置，例如平行配置於顯示面板54上方。若將感光元件53的座標定為(x1, y1)，則發光元件52的座標可介於(x2, y2)至(x2+m, y2)之間。根據感光元件53與發光元件52的座標，感光元件53與發光元件52的相對位置可被獲得。在經由感光元件53測得環境光的入射角(例如圖3中的環境光130的入射角ϴ1)後，根據此入射角，發光元件52用於發射抑制光的發射角(例如圖3中的光線120的發射角ϴ2)可被動態決定。

圖6是根據本發明的一實施例所繪示的虛擬成像系統的環境光抑制方法的流程圖。請參照圖6，在步驟S601中，由設置於電子裝置的第一發光元件發射第一光線，以藉由所述第一光線於所述電子裝置前方形成虛擬影像。在步驟S602中，由設置於所述電子裝置的第二發光元件發射第二光線，以藉由所述第二光線抑制可干擾所述虛擬影像的環境光。在步驟S603中，在所述環境光被抑制的狀態下，偵測使用者針對所述虛擬影像執行的互動行為。在步驟S604中，由所述電子裝置根據所述互動行為產生回饋訊號。

圖7是根據本發明的一實施例所繪示的虛擬成像系統的環境光抑制方法的流程圖。請參照圖7，在步驟S701中，經由設置於電子裝置的影像擷取裝置偵測使用者的眼睛位置。在步驟S702中，根據所述眼睛位置評估所述虛擬影像在實體空間中的成像位置。在步驟S703中，根據所述成像位置決定所述電子裝置前方的虛擬觸控區域。在步驟S704中，經由所述影像擷取裝置偵測所述使用者於所述虛擬觸控區域內的所述互動行為。

然而，圖6與圖7中各步驟已詳細說明如上，在此便不再贅述。值得注意的是，圖6與圖7中各步驟可以實作為多個程式碼或是電路，本發明不加以限制。此外，圖6與圖7的方法可以搭配以上範例實施例使用，也可以單獨使用，本發明不加以限制。

綜上所述，在藉由投射第一光線以形成虛擬影像後，可藉由投射第二光線來抑制可能影響所述虛擬影像的環境光。藉此，可在虛擬成像系統中對可能影響虛擬影像的環境光進行抑制，從而提高虛擬影像的成像品質。此外，透過影像擷取裝置來偵測使用者的眼睛位置並據以決定涵蓋此虛擬影像的虛擬觸控區域，後續即可根據使用者於此虛擬觸控區域內的互動行為來準確地產生回饋訊號以回應使用者，從而帶給使用者更佳的操作體驗。

10, 50: 電子裝置 11, 12, 52: 發光元件 13, 53: 感光元件 14, 54: 顯示面板 15, 55: 影像擷取裝置 101: 上部機構 102: 下部機構 110, 120: 光線 130: 環境光 21: 處理器 22: 控制器 401: 虛擬觸控區域 41: 手指 S601~S604, S701~S704: 步驟

圖1是根據本發明的一實施例所繪示的虛擬成像系統中的環境光抑制的示意圖。圖2是根據本發明的一實施例所繪示的電子裝置的功能方塊圖。圖3是根據本發明的一實施例所繪示的根據環境光的入射角調整抑制光的發射角的示意圖。圖4是根據本發明的一實施例所繪示的使用者針對虛擬影像執行互動行為的示意圖。圖5是根據本發明的一實施例所繪示的電子裝置的外觀示意圖。圖6是根據本發明的一實施例所繪示的虛擬成像系統的環境光抑制方法的流程圖。圖7是根據本發明的一實施例所繪示的虛擬成像系統的環境光抑制方法的流程圖。

S601~S604: 步驟

Claims

一種虛擬成像系統的環境光抑制方法，用於一電子裝置，該方法包括：由設置於該電子裝置的一第一發光元件發射一第一光線，以藉由該第一光線於該電子裝置前方形成一虛擬影像；由設置於該電子裝置的一第二發光元件發射一第二光線，以藉由該第二光線抑制可干擾該虛擬影像的一環境光；由設置於該電子裝置的一感光元件偵測該環境光的一入射角；根據該入射角控制該第二發光元件用於發射該第二光線的一發射角；在該環境光被抑制的狀態下，偵測一使用者針對該虛擬影像執行的一互動行為；以及由該電子裝置根據該互動行為產生一回饋訊號。
如請求項1所述的虛擬成像系統的環境光抑制方法，其中該第一發光元件包括設置於該電子裝置的一顯示面板之外層的凸透鏡薄膜，且該虛擬影像適於由該使用者於裸眼狀態下進行觀看。
如請求項1所述的虛擬成像系統的環境光抑制方法，其中根據該入射角控制該第二發光元件發射該第二光線的該發射角的步驟包括：根據該入射角以及該感光元件與該第二發光元件之間的一相對位置決定該發射角。
如請求項1所述的虛擬成像系統的環境光抑制方法，其中偵測該使用者針對該虛擬影像執行的該互動行為的步驟包括：經由設置於該電子裝置的一影像擷取裝置偵測該使用者的一眼睛位置；根據該眼睛位置評估該虛擬影像在實體空間中的一成像位置；根據該成像位置決定該電子裝置前方的一虛擬觸控區域；以及經由該影像擷取裝置偵測該使用者於該虛擬觸控區域內的該互動行為。
一種電子裝置，包括：一第一發光元件，用以發射一第一光線，以藉由該第一光線於該電子裝置前方形成一虛擬影像；一第二發光元件，用以發射一第二光線，以藉由該第二光線抑制可干擾該虛擬影像的一環境光；一感光元件，用以偵測該環境光的一入射角；以及一處理器，耦接至該第一發光元件、該第二發光元件及該感光元件並且用以在該環境光被抑制的狀態下，偵測一使用者針對該虛擬影像執行的一互動行為，該處理器更用以根據該互動行為產生一回饋訊號，並且該處理器更用以根據該入射角控制該第二發光元件用於發射該第二光線的一發射角。
如請求項5所述的電子裝置，其中該第一發光元件包括設置於該電子裝置的一顯示面板之外層的凸透鏡薄膜，且該虛擬影像適於由該使用者於裸眼狀態下進行觀看。
如請求項5所述的電子裝置，其中根據該入射角控制該第二發光元件發射該第二光線的該發射角的操作包括：根據該入射角以及該感光元件與該第二發光元件之間的一相對位置決定該發射角。
如請求項5所述的電子裝置，更包括：一影像擷取裝置，耦接至該處理器並用以擷取外部影像，其中該處理器更用以根據該外部影像偵測該使用者的一眼睛位置，該處理器更用以根據該眼睛位置評估該虛擬影像在實體空間中的一成像位置並根據該成像位置決定該電子裝置前方的一虛擬觸控區域，並且該處理器更用以根據該外部影像偵測該使用者於該虛擬觸控區域內的該互動行為。