CN205982840U - 真三维全息显示头戴式可视设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种真三维全息显示头戴式可视设备，其中，该头戴式可视设备包括：框架，用于将头戴式可视设备佩戴于用户头部；三维图像源，设置于所述框架上，用于播放三维图像；图像处理器，与所述三维图像源连接，用于根据景深将所述三维图像切成带有景深信息的二维图像切片；光学组件，与所述图像处理器连接，用于显示所述二维图像切片；液体透镜，设置于所述光学组件靠近用户眼睛的一侧，用于根据施加的不同电压变换自身的屈光度，从而将所述光学组件上显示的所述二维图像切片在对应景深处成像，进而将三维物体的光场信息投入到人眼。本实用新型可以让用户体验真实的三维视觉效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及计算机技术领域，尤其涉及一种头戴式可视设备，具体来说就是一种真三维(3D)全息显示头戴式可视设备。
背景技术
近年来，头戴式可视设备的大量涌现，例如，联想眼镜、谷歌眼镜、虚拟现实(VR)游戏眼镜等，虚拟现实(Virtual Reality，VR)、增强现实(Augmented Reality，AR)及混合现实(Mixed Reality，MR)技术逐渐进入我们的日常生活中。头戴式显示器(HMD，也称为头戴式电子设备)是把二维图像直接反射到观看者的眼睛里，具体就是通过一组光学系统(主要是精密光学透镜)放大超微显示屏上的图像，将影像投射于视网膜上，进而将大屏幕图像呈现在观看者眼中，形象点说就是拿放大镜看物体呈现出放大的虚拟物体图像。图像可以直接通过发光二极管(LED)、主动式矩阵液晶显示器(AMLCD)、有机发光二极管(OLED)或液晶附硅(LCOS)获得，也可以通过光纤等传导方式间接获得。显示系统通过准直透镜成像在无穷远处，然后通过反射面把图像反射进人的眼睛里。头戴式电子设备由于其具有便携性、娱乐性等特点，正在悄然改变人们的现代生活。
目前，由于三维(3D)显示的异军突起，三维显示也开始应用到头戴式可视设备中，现有三维显示头戴式可视设备普遍采用双目立体显示，利用两眼视觉差别和光学折射原理在一个平面内使人们可直接看到一幅三维立体画，画中事物既可以凸出于画面之外，也可以深藏其中，给人们以很强的视觉冲击力，主要是运用光影、虚实、明暗对比来体现的，这不是真正的3D显示。而真正的3D立体画是模拟人眼看世界的原理，利用光学折射制作出来，它可以使眼睛感观上看到物体的上下、左右、前后三维关系，目前还没有一款可以真正实现3D显示的头戴式可视设备。
为此，斯坦福大学和英伟达联合实用新型的全息显示技术使用多片透明的液晶显示器(LCD)进行堆叠，近处的LCD显示近处的景物，远处的LCD显示远处的景物，经过透镜折射，可以模拟真实的三维场景，即当人眼晶状体聚焦到近处，近处物体清晰，远处物体模糊，当人眼晶状体聚焦到远处，近处物体模糊，远处物体清晰。但是，这种三维全息显示技术需要很多片LCD才能逼真模拟，设备复杂、成本高。另外，Magic Leap使用快速扫描的光纤来模拟自然光场，感觉和真实三维场景一样，但是，这种全息显示设备成本高，小型化困难。
因此，本领域技术人员亟需研发一种成本低廉、构造简单的能够向用户展示真实三维图像的头戴式可视设备，为观看者轻松进行全息三维显示体验提供技术保证。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种真三维全息显示头戴式可视设备，解决了现有头戴式可视设备不能低成本、简单实现三维全息显示的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型的具体实施方式提供一种真三维全息显示头戴式可视设备，包括：框架，用于将头戴式可视设备佩戴于用户头部；三维图像源，设置于所述框架上，用于播放三维图像；图像处理器，与所述三维图像源连接，用于根据景深将所述三维图像切成带有景深信息的二维图像切片；光学组件，与所述图像处理器连接，用于显示所述二维图像切片；液体透镜，设置于所述光学组件靠近用户眼睛的一侧，用于根据施加的不同电压变换自身的屈光度，从而将所述光学组件上显示的所述二维图像切片在对应景深处成像，进而将三维物体的光场信息投入到人眼。
本实用新型的又一具体实施方式中，该头戴式可视设备还包括：电压，与所述液体透镜，用于向所述液体透镜施加不同的电压从而改变所述液体透镜的屈光度。
其中，所述二维图像切片上对应景深处的图像区域清晰，其余图像区域模糊。
其中，所述二维图像切片的显示频率为60n帧/秒，其中，n为正整数。
其中，n为3。
其中，所述三维图像由可测深度TOF摄像头、结构光摄像头或者三维双摄像头采集。
其中，所述框架为眼镜架。
其中，所述框架为头盔。
其中，所述三维图像源为微显示器。
其中，所述光学组件为光波导器件。
根据本实用新型的上述具体实施方式可知，真三维全息显示头戴式可视设备至少具有以下有益效果：根据三维图像的景深信息将三维图像切成多个带有景深信息的二维图像切片，根据二维图像切片的深度信息高频改变液晶透镜的焦距，从而让二维图像切片在对应景深处成像，进而将三维物体的光场信息投入到人眼，让用户体验真实的三维视觉效果，实现简单、成本低廉，用户体验度好。
应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。
附图说明
下面的所附附图是本实用新型的说明书的一部分，其绘示了本实用新型的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本实用新型的原理。
图1为本实用新型具体实施方式提供的一种真三维全息显示头戴式可视设备的整体结构示意图；
图2为本实用新型具体实施方式提供的一种真三维全息显示头戴式可视设备的结构组成图；
图3A为本实用新型具体实施方式提供的三维图像切片前的示意图；
图3B为将图3A中的三维图像切成多个二维图像切片后的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本实用新型所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本实用新型内容的实施例后，当可由本实用新型内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本实用新型内容的精神与范围。
本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本实用新型，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。
某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。
图1为本实用新型具体实施方式提供的一种真三维全息显示头戴式可视设备的整体结构示意图；图3A为本实用新型具体实施方式提供的三维图像切片前的示意图；图3B为将图3A中的三维图像切成多个二维图像切片后的示意图，如图1所示，根据三维图像的景深信息将三维图像切成多个带有景深信息的二维图像切片，再根据二维图像切片的深度信息高频改变液晶透镜的焦距，从而让二维图像切片在对应景深处成像，进而将三维物体的光场信息投入到人眼。
该附图所示的具体实施方式中，该头戴式可视设备包括框架10、三维图像源20、图像处理器30、光学组件40和液体透镜50，其中，框架10用于将头戴式可视设备佩戴于用户头部；三维图像源20设置于所述框架10上，三维图像源20用于播放三维图像；图像处理器30与所述三维图像源20连接，图像处理器30用于根据景深信息将所述三维图像切成带有景深信息的二维图像切片；光学组件40与所述图像处理器30连接，光学组件40用于显示所述二维图像切片；液体透镜50设置于所述光学组件40靠近用户眼睛的一侧，液体透镜50用于根据施加的不同电压变换自身的屈光度，从而将所述光学组件40上显示的所述二维图像切片在对应景深处成像，进而将三维物体的光场信息投入到人眼。
如图1、图3A、图3B所示，二维图像切片上对应景深处的图像区域清晰，其余图像区域模糊；根据景深将三维图像切成多个二维图像切片，在图3A中，三维图像为正四面体，根据三维图像内自带的深度信息将三维图像切成多个二维图像切片，例如，将正四面体切成三个二维图像切片，如图3B所示，在二维图像切片中，只有景深对应部分图像区域才是清晰的，其余部分都是模糊的；假如，正四面体景深共3米，将正四面体切成三个二维图像切片后，在第一个二维图像切片中，仅距离用户观看距离最近的0米～1米处的正四面体的图像是清晰的，其余部分都是模糊的，如图3B中的最右边图；在第二个二维图像切片中，仅距离用户观看距离在1米～2米范围内的正四面体的图像是清晰的，其余部分都是模糊的，如图3B中的中间图；在第三个二维图像切片中，仅距离用户观看距离在2米～3米范围内的正四面体的图像是清晰的，其余部分都是模糊的，如图3B中的最右边图。由于人眼最大区分频率为60帧/秒，所以正常视频播放速度应当最少为60帧/秒，这样视频播放才会流畅，如果对正常播放的三维图像进行二维图像切片，那么二维图像切片的显示频率为60n帧/秒，其中，n为正整数，n亦为每个三维图像切成的帧数，例如，n可以取3，那么二维图像切片的显示频率为180帧/秒。三维图像可以由可测深度(TOF)摄像头、结构光摄像头或者三维双摄像头等采集。框架10可以为眼镜架、头盔等；三维图像源20可以为微显示器；光学组件40可以为光波导(POD)器件；图像处理器30可以为图像处理单元(GPU)。
参见图1，图像处理器30根据三维图像的景深信息将三维图像切成多个带有景深信息的二维图像切片，液体透镜50根据二维图像切片的深度信息高频改变自身的焦距(屈光度)，从而让二维图像切片在对应景深处成像，进而将三维物体的光场信息投入到人眼，即用户看到的二维图像切片不在同一个平面内显示，而是在不同平面内显示，从而让用户体验真实的三维视觉效果，实现简单、成本低廉，用户体验度好。
图2为本实用新型具体实施方式提供的一种真三维全息显示头戴式可视设备的结构组成图，如图2所示，通过改变液体透镜两端施加的电压，可以改变液体透镜的屈光度(焦距)，从而让二维图像切片在对应景深处显示。
该附图所示的具体实施方式中，该头戴式可视设备还包括电压60，其中，电压60与所述液体透镜50，电压60用于向所述液体透镜50施加不同的电压从而改变所述液体透镜50的屈光度。
参见图2，电压60根据二维图像切片对应的景深信息，向液体透镜50施加对应的电压，从而改变液体透镜50的屈光度，让二维图像切片在对应景深处显示，从而让用户体验到真实的三维效果。
图3A为本实用新型具体实施方式提供的三维图像切片前的示意图；图3B为将图3A中的三维图像切成多个二维图像切片后的示意图，如图3A、图3B所示，二维图像切片上对应景深处的图像区域清晰，其余图像区域模糊，对于图3B中的每帧二维图像切片，网格区域为清晰区域，非网格区域为模糊区域；根据景深将三维图像切成多个二维图像切片，在图3A中，三维图像为正四面体，根据三维图像内自带的深度信息将三维图像切成多个二维图像切片，例如，将正四面体切成三个二维图像切片，如图3B所示。在图3B中，从右到左观看距离逐渐增大，换句话说，最右边二维图像切片显示的内容距离用户最近，最左边二维图像切片显示的内容距离用户最远；对于每一个二维图像切片，只有该二维图像切片的景深对应部分图像区域才是清晰的，其余部分都是模糊的；假如，正四面体景深共3米(即正四面体接触用户时，正四面体距离用户最远处为3米)，根据景深将正四面体切成三个二维图像切片后，在第一个二维图像切片中，仅距离用户观看距离最近的0米～1米处的正四面体的图像是清晰的，其余部分都是模糊的，如图3B中的最右边图；在第二个二维图像切片中，仅距离用户观看距离在1米～2米范围内的正四面体的图像是清晰的，其余部分都是模糊的，如图3B中的中间图；在第三个二维图像切片中，仅距离用户观看距离在2米～3米范围内的正四面体的图像是清晰的，其余部分都是模糊的，如图3B中的最右边图，由于同时液体透镜50改变屈光度让二维图像切片在对应景深处成像，进而将三维物体的光场信息投入到人眼，让用户体验到真实的三维效果，极大增加头戴式可视设备的应用范围。
本实用新型提供一种真三维全息显示头戴式可视设备，根据三维图像包含的景深信息将三维图像切成多个带有景深信息的二维图像切片，根据二维图像切片带的深度信息调整液晶透镜的焦距，从而让二维图像切片在对应景深处成像，进而将三维物体的光场信息投入到人眼，让用户体验真实的三维视觉效果，实现简单、成本低廉，用户体验度好。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
Claims (10)
1.一种真三维全息显示头戴式可视设备，其特征在于，该头戴式可视设备包括：
框架(10)，用于将头戴式可视设备佩戴于用户头部；
三维图像源(20)，设置于所述框架(10)上，用于播放三维图像；
图像处理器(30)，与所述三维图像源(20)连接，用于根据景深将所述三维图像切分成带有景深信息的二维图像切片；
光学组件(40)，与所述图像处理器(30)连接，用于显示所述二维图像切片；
液体透镜(50)，设置于所述光学组件(40)靠近用户眼睛的一侧，用于根据施加的不同电压变换自身的屈光度，从而将所述光学组件(40)上显示的所述二维图像切片在对应景深处成像，进而将三维物体的光场信息投入到人眼。
2.如权利要求1所述的真三维全息显示头戴式可视设备，其特征在于，该头戴式可视设备还包括：
电压(60)，与所述液体透镜(50)，用于向所述液体透镜(50)施加不同的电压从而改变所述液体透镜(50)的屈光度。
3.如权利要求1所述的真三维全息显示头戴式可视设备，其特征在于，所述二维图像切片上对应景深处的图像区域清晰，其余图像区域模糊。
4.如权利要求1所述的真三维全息显示头戴式可视设备，其特征在于，所述二维图像切片的显示频率为60n帧/秒，其中，n为正整数。
5.如权利要求4所述的真三维全息显示头戴式可视设备，其特征在于，n为3。
6.如权利要求1所述的真三维全息显示头戴式可视设备，其特征在于，所述三维图像由可测深度TOF摄像头、结构光摄像头或者三维双摄像头采集。
7.如权利要求1所述的真三维全息显示头戴式可视设备，其特征在于，所述框架(10)为眼镜架。
8.如权利要求1所述的真三维全息显示头戴式可视设备，其特征在于，所述框架(10)为头盔。
9.如权利要求1所述的真三维全息显示头戴式可视设备，其特征在于，所述三维图像源(20)为微显示器。
10.如权利要求1所述的真三维全息显示头戴式可视设备，其特征在于，所述光学组件(40)为光波导器件。
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