本實(shí)用新型涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種頭戴式可視設(shè)備，具體來(lái)說(shuō)就是一種真三維(3D)全息顯示頭戴式可視設(shè)備。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，頭戴式可視設(shè)備的大量涌現(xiàn)，例如，聯(lián)想眼鏡、谷歌眼鏡、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)游戲眼鏡等，虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality，AR)及混合現(xiàn)實(shí)(Mixed Reality，MR)技術(shù)逐漸進(jìn)入我們的日常生活中。頭戴式顯示器(HMD，也稱為頭戴式電子設(shè)備)是把二維圖像直接反射到觀看者的眼睛里，具體就是通過(guò)一組光學(xué)系統(tǒng)(主要是精密光學(xué)透鏡)放大超微顯示屏上的圖像，將影像投射于視網(wǎng)膜上，進(jìn)而將大屏幕圖像呈現(xiàn)在觀看者眼中，形象點(diǎn)說(shuō)就是拿放大鏡看物體呈現(xiàn)出放大的虛擬物體圖像。圖像可以直接通過(guò)發(fā)光二極管(LED)、主動(dòng)式矩陣液晶顯示器(AMLCD)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)或液晶附硅(LCOS)獲得，也可以通過(guò)光纖等傳導(dǎo)方式間接獲得。顯示系統(tǒng)通過(guò)準(zhǔn)直透鏡成像在無(wú)窮遠(yuǎn)處，然后通過(guò)反射面把圖像反射進(jìn)人的眼睛里。頭戴式電子設(shè)備由于其具有便攜性、娛樂(lè)性等特點(diǎn)，正在悄然改變?nèi)藗兊默F(xiàn)代生活。

目前，由于三維(3D)顯示的異軍突起，三維顯示也開(kāi)始應(yīng)用到頭戴式可視設(shè)備中，現(xiàn)有三維顯示頭戴式可視設(shè)備普遍采用雙目立體顯示，利用兩眼視覺(jué)差別和光學(xué)折射原理在一個(gè)平面內(nèi)使人們可直接看到一幅三維立體畫(huà)，畫(huà)中事物既可以凸出于畫(huà)面之外，也可以深藏其中，給人們以很強(qiáng)的視覺(jué)沖擊力，主要是運(yùn)用光影、虛實(shí)、明暗對(duì)比來(lái)體現(xiàn)的，這不是真正的3D顯示。而真正的3D立體畫(huà)是模擬人眼看世界的原理，利用光學(xué)折射制作出來(lái)，它可以使眼睛感觀上看到物體的上下、左右、前后三維關(guān)系，目前還沒(méi)有一款可以真正實(shí)現(xiàn)3D顯示的頭戴式可視設(shè)備。

為此，斯坦福大學(xué)和英偉達(dá)聯(lián)合實(shí)用新型的全息顯示技術(shù)使用多片透明的液晶顯示器(LCD)進(jìn)行堆疊，近處的LCD顯示近處的景物，遠(yuǎn)處的LCD顯示遠(yuǎn)處的景物，經(jīng)過(guò)透鏡折射，可以模擬真實(shí)的三維場(chǎng)景，即當(dāng)人眼晶狀體聚焦到近處，近處物體清晰，遠(yuǎn)處物體模糊，當(dāng)人眼晶狀體聚焦到遠(yuǎn)處，近處物體模糊，遠(yuǎn)處物體清晰。但是，這種三維全息顯示技術(shù)需要很多片LCD才能逼真模擬，設(shè)備復(fù)雜、成本高。另外，Magic Leap使用快速掃描的光纖來(lái)模擬自然光場(chǎng)，感覺(jué)和真實(shí)三維場(chǎng)景一樣，但是，這種全息顯示設(shè)備成本高，小型化困難。

因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需研發(fā)一種成本低廉、構(gòu)造簡(jiǎn)單的能夠向用戶展示真實(shí)三維圖像的頭戴式可視設(shè)備，為觀看者輕松進(jìn)行全息三維顯示體驗(yàn)提供技術(shù)保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種真三維全息顯示頭戴式可視設(shè)備，解決了現(xiàn)有頭戴式可視設(shè)備不能低成本、簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)三維全息顯示的問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式提供一種真三維全息顯示頭戴式可視設(shè)備，包括：框架，用于將頭戴式可視設(shè)備佩戴于用戶頭部；三維圖像源，設(shè)置于所述框架上，用于播放三維圖像；圖像處理器，與所述三維圖像源連接，用于根據(jù)景深將所述三維圖像切成帶有景深信息的二維圖像切片；光學(xué)組件，與所述圖像處理器連接，用于顯示所述二維圖像切片；液體透鏡，設(shè)置于所述光學(xué)組件靠近用戶眼睛的一側(cè)，用于根據(jù)施加的不同電壓變換自身的屈光度，從而將所述光學(xué)組件上顯示的所述二維圖像切片在對(duì)應(yīng)景深處成像，進(jìn)而將三維物體的光場(chǎng)信息投入到人眼。

本實(shí)用新型的又一具體實(shí)施方式中，該頭戴式可視設(shè)備還包括：電壓，與所述液體透鏡，用于向所述液體透鏡施加不同的電壓從而改變所述液體透鏡的屈光度。

其中，所述二維圖像切片上對(duì)應(yīng)景深處的圖像區(qū)域清晰，其余圖像區(qū)域模糊。

其中，所述二維圖像切片的顯示頻率為60n幀/秒，其中，n為正整數(shù)。

其中，n為3。

其中，所述三維圖像由可測(cè)深度TOF攝像頭、結(jié)構(gòu)光攝像頭或者三維雙攝像頭采集。

其中，所述框架為眼鏡架。

其中，所述框架為頭盔。

其中，所述三維圖像源為微顯示器。

其中，所述光學(xué)組件為光波導(dǎo)器件。

根據(jù)本實(shí)用新型的上述具體實(shí)施方式可知，真三維全息顯示頭戴式可視設(shè)備至少具有以下有益效果：根據(jù)三維圖像的景深信息將三維圖像切成多個(gè)帶有景深信息的二維圖像切片，根據(jù)二維圖像切片的深度信息高頻改變液晶透鏡的焦距，從而讓二維圖像切片在對(duì)應(yīng)景深處成像，進(jìn)而將三維物體的光場(chǎng)信息投入到人眼，讓用戶體驗(yàn)真實(shí)的三維視覺(jué)效果，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低廉，用戶體驗(yàn)度好。

應(yīng)了解的是，上述一般描述及以下具體實(shí)施方式僅為示例性及闡釋性的，其并不能限制本實(shí)用新型所欲主張的范圍。

附圖說(shuō)明

下面的所附附圖是本實(shí)用新型的說(shuō)明書(shū)的一部分，其繪示了本實(shí)用新型的示例實(shí)施例，所附附圖與說(shuō)明書(shū)的描述一起用來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型的原理。

圖1為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式提供的一種真三維全息顯示頭戴式可視設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式提供的一種真三維全息顯示頭戴式可視設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成圖；

圖3A為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式提供的三維圖像切片前的示意圖；

圖3B為將圖3A中的三維圖像切成多個(gè)二維圖像切片后的示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面將以附圖及詳細(xì)敘述清楚說(shuō)明本實(shí)用新型所揭示內(nèi)容的精神，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員在了解本實(shí)用新型內(nèi)容的實(shí)施例后，當(dāng)可由本實(shí)用新型內(nèi)容所教示的技術(shù)，加以改變及修飾，其并不脫離本實(shí)用新型內(nèi)容的精神與范圍。

本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，但并不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。另外，在附圖及實(shí)施方式中所使用相同或類似標(biāo)號(hào)的元件/構(gòu)件是用來(lái)代表相同或類似部分。

關(guān)于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特別指稱次序或順位的意思，也非用以限定本實(shí)用新型，其僅為了區(qū)別以相同技術(shù)用語(yǔ)描述的元件或操作。

關(guān)于本文中所使用的方向用語(yǔ)，例如：上、下、左、右、前或后等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本創(chuàng)作。

關(guān)于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均為開(kāi)放性的用語(yǔ)，即意指包含但不限于。

關(guān)于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部組合。

關(guān)于本文中所使用的用語(yǔ)“大致”、“約”等，用以修飾任何可以微變化的數(shù)量或誤差，但這些微變化或誤差并不會(huì)改變其本質(zhì)。一般而言，此類用語(yǔ)所修飾的微變化或誤差的范圍在部分實(shí)施例中可為20％，在部分實(shí)施例中可為10％，在部分實(shí)施例中可為5％或是其他數(shù)值。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，前述提及的數(shù)值可依實(shí)際需求而調(diào)整，并不以此為限。

某些用以描述本申請(qǐng)的用詞將于下或在此說(shuō)明書(shū)的別處討論，以提供本領(lǐng)域技術(shù)人員在有關(guān)本申請(qǐng)的描述上額外的引導(dǎo)。

圖1為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式提供的一種真三維全息顯示頭戴式可視設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3A為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式提供的三維圖像切片前的示意圖；圖3B為將圖3A中的三維圖像切成多個(gè)二維圖像切片后的示意圖，如圖1所示，根據(jù)三維圖像的景深信息將三維圖像切成多個(gè)帶有景深信息的二維圖像切片，再根據(jù)二維圖像切片的深度信息高頻改變液晶透鏡的焦距，從而讓二維圖像切片在對(duì)應(yīng)景深處成像，進(jìn)而將三維物體的光場(chǎng)信息投入到人眼。

該附圖所示的具體實(shí)施方式中，該頭戴式可視設(shè)備包括框架10、三維圖像源20、圖像處理器30、光學(xué)組件40和液體透鏡50，其中，框架10用于將頭戴式可視設(shè)備佩戴于用戶頭部；三維圖像源20設(shè)置于所述框架10上，三維圖像源20用于播放三維圖像；圖像處理器30與所述三維圖像源20連接，圖像處理器30用于根據(jù)景深信息將所述三維圖像切成帶有景深信息的二維圖像切片；光學(xué)組件40與所述圖像處理器30連接，光學(xué)組件40用于顯示所述二維圖像切片；液體透鏡50設(shè)置于所述光學(xué)組件40靠近用戶眼睛的一側(cè)，液體透鏡50用于根據(jù)施加的不同電壓變換自身的屈光度，從而將所述光學(xué)組件40上顯示的所述二維圖像切片在對(duì)應(yīng)景深處成像，進(jìn)而將三維物體的光場(chǎng)信息投入到人眼。

如圖1、圖3A、圖3B所示，二維圖像切片上對(duì)應(yīng)景深處的圖像區(qū)域清晰，其余圖像區(qū)域模糊；根據(jù)景深將三維圖像切成多個(gè)二維圖像切片，在圖3A中，三維圖像為正四面體，根據(jù)三維圖像內(nèi)自帶的深度信息將三維圖像切成多個(gè)二維圖像切片，例如，將正四面體切成三個(gè)二維圖像切片，如圖3B所示，在二維圖像切片中，只有景深對(duì)應(yīng)部分圖像區(qū)域才是清晰的，其余部分都是模糊的；假如，正四面體景深共3米，將正四面體切成三個(gè)二維圖像切片后，在第一個(gè)二維圖像切片中，僅距離用戶觀看距離最近的0米～1米處的正四面體的圖像是清晰的，其余部分都是模糊的，如圖3B中的最右邊圖；在第二個(gè)二維圖像切片中，僅距離用戶觀看距離在1米～2米范圍內(nèi)的正四面體的圖像是清晰的，其余部分都是模糊的，如圖3B中的中間圖；在第三個(gè)二維圖像切片中，僅距離用戶觀看距離在2米～3米范圍內(nèi)的正四面體的圖像是清晰的，其余部分都是模糊的，如圖3B中的最右邊圖。由于人眼最大區(qū)分頻率為60幀/秒，所以正常視頻播放速度應(yīng)當(dāng)最少為60幀/秒，這樣視頻播放才會(huì)流暢，如果對(duì)正常播放的三維圖像進(jìn)行二維圖像切片，那么二維圖像切片的顯示頻率為60n幀/秒，其中，n為正整數(shù)，n亦為每個(gè)三維圖像切成的幀數(shù)，例如，n可以取3，那么二維圖像切片的顯示頻率為180幀/秒。三維圖像可以由可測(cè)深度(TOF)攝像頭、結(jié)構(gòu)光攝像頭或者三維雙攝像頭等采集。框架10可以為眼鏡架、頭盔等；三維圖像源20可以為微顯示器；光學(xué)組件40可以為光波導(dǎo)(POD)器件；圖像處理器30可以為圖像處理單元(GPU)。

參見(jiàn)圖1，圖像處理器30根據(jù)三維圖像的景深信息將三維圖像切成多個(gè)帶有景深信息的二維圖像切片，液體透鏡50根據(jù)二維圖像切片的深度信息高頻改變自身的焦距(屈光度)，從而讓二維圖像切片在對(duì)應(yīng)景深處成像，進(jìn)而將三維物體的光場(chǎng)信息投入到人眼，即用戶看到的二維圖像切片不在同一個(gè)平面內(nèi)顯示，而是在不同平面內(nèi)顯示，從而讓用戶體驗(yàn)真實(shí)的三維視覺(jué)效果，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低廉，用戶體驗(yàn)度好。

圖2為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式提供的一種真三維全息顯示頭戴式可視設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成圖，如圖2所示，通過(guò)改變液體透鏡兩端施加的電壓，可以改變液體透鏡的屈光度(焦距)，從而讓二維圖像切片在對(duì)應(yīng)景深處顯示。

該附圖所示的具體實(shí)施方式中，該頭戴式可視設(shè)備還包括電壓60，其中，電壓60與所述液體透鏡50，電壓60用于向所述液體透鏡50施加不同的電壓從而改變所述液體透鏡50的屈光度。

參見(jiàn)圖2，電壓60根據(jù)二維圖像切片對(duì)應(yīng)的景深信息，向液體透鏡50施加對(duì)應(yīng)的電壓，從而改變液體透鏡50的屈光度，讓二維圖像切片在對(duì)應(yīng)景深處顯示，從而讓用戶體驗(yàn)到真實(shí)的三維效果。

圖3A為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式提供的三維圖像切片前的示意圖；圖3B為將圖3A中的三維圖像切成多個(gè)二維圖像切片后的示意圖，如圖3A、圖3B所示，二維圖像切片上對(duì)應(yīng)景深處的圖像區(qū)域清晰，其余圖像區(qū)域模糊，對(duì)于圖3B中的每幀二維圖像切片，網(wǎng)格區(qū)域?yàn)榍逦鷧^(qū)域，非網(wǎng)格區(qū)域?yàn)槟：齾^(qū)域；根據(jù)景深將三維圖像切成多個(gè)二維圖像切片，在圖3A中，三維圖像為正四面體，根據(jù)三維圖像內(nèi)自帶的深度信息將三維圖像切成多個(gè)二維圖像切片，例如，將正四面體切成三個(gè)二維圖像切片，如圖3B所示。在圖3B中，從右到左觀看距離逐漸增大，換句話說(shuō)，最右邊二維圖像切片顯示的內(nèi)容距離用戶最近，最左邊二維圖像切片顯示的內(nèi)容距離用戶最遠(yuǎn)；對(duì)于每一個(gè)二維圖像切片，只有該二維圖像切片的景深對(duì)應(yīng)部分圖像區(qū)域才是清晰的，其余部分都是模糊的；假如，正四面體景深共3米(即正四面體接觸用戶時(shí)，正四面體距離用戶最遠(yuǎn)處為3米)，根據(jù)景深將正四面體切成三個(gè)二維圖像切片后，在第一個(gè)二維圖像切片中，僅距離用戶觀看距離最近的0米～1米處的正四面體的圖像是清晰的，其余部分都是模糊的，如圖3B中的最右邊圖；在第二個(gè)二維圖像切片中，僅距離用戶觀看距離在1米～2米范圍內(nèi)的正四面體的圖像是清晰的，其余部分都是模糊的，如圖3B中的中間圖；在第三個(gè)二維圖像切片中，僅距離用戶觀看距離在2米～3米范圍內(nèi)的正四面體的圖像是清晰的，其余部分都是模糊的，如圖3B中的最右邊圖，由于同時(shí)液體透鏡50改變屈光度讓二維圖像切片在對(duì)應(yīng)景深處成像，進(jìn)而將三維物體的光場(chǎng)信息投入到人眼，讓用戶體驗(yàn)到真實(shí)的三維效果，極大增加頭戴式可視設(shè)備的應(yīng)用范圍。

本實(shí)用新型提供一種真三維全息顯示頭戴式可視設(shè)備，根據(jù)三維圖像包含的景深信息將三維圖像切成多個(gè)帶有景深信息的二維圖像切片，根據(jù)二維圖像切片帶的深度信息調(diào)整液晶透鏡的焦距，從而讓二維圖像切片在對(duì)應(yīng)景深處成像，進(jìn)而將三維物體的光場(chǎng)信息投入到人眼，讓用戶體驗(yàn)真實(shí)的三維視覺(jué)效果，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低廉，用戶體驗(yàn)度好。

以上所述僅為本實(shí)用新型示意性的具體實(shí)施方式，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員所做出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。