本發(fā)明屬于智能穿戴技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種VR虛擬現(xiàn)實(shí)和AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)兼容的頭戴顯示設(shè)備。

背景技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)通過(guò)綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和各種控制設(shè)備，可為用戶生成可交互的三維環(huán)境，并使用戶產(chǎn)生沉浸感。VR顯示時(shí)，用戶無(wú)法看到外景，只能看到虛擬圖像。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)是通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增加用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)世界感知的技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，并將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場(chǎng)景或信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)的增強(qiáng)。AR顯示時(shí)，用戶既能看到真實(shí)外景，又能看到虛擬圖像。

頭戴顯示設(shè)備是佩戴于用戶頭部的顯示設(shè)備，具有易于穿戴、近眼顯示等特點(diǎn)。目前的頭戴顯示設(shè)備只有單一顯示模式的AR頭戴顯示器或VR頭戴顯示器，尚沒(méi)有一種能夠兼容兩種顯示模式、能夠AR/VR切換的頭戴顯示設(shè)備，其主要原因是顯示部件無(wú)法實(shí)現(xiàn)兼容：VR頭戴顯示器的像源位于正前方，遮擋了外部景物；AR顯示器的視場(chǎng)角往往不超過(guò)30°，難以形成沉浸體驗(yàn)。用戶佩戴VR頭戴顯示器時(shí)無(wú)法在戶外使用，佩戴AR頭戴顯示器時(shí)則視場(chǎng)角太小、沉浸體驗(yàn)較差。因此，需要設(shè)計(jì)一種VR/AR可切換的頭戴顯示設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種VR虛擬現(xiàn)實(shí)和AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)兼容的頭戴顯示設(shè)備，以解決頭戴顯示器不能同時(shí)支持AR顯示和VR顯示的問(wèn)題。

技術(shù)方案

一種VR虛擬現(xiàn)實(shí)和AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)兼容的頭戴顯示設(shè)備，其特征在于包括顯示部件和處理部件，所述顯示部件包括像源、電致變色玻璃凹透鏡、半透半反鏡和凸透鏡；由外景方向沿光軸依次設(shè)有凹透鏡、半透半反鏡和凸透鏡，像源垂直于半透半反鏡的反射光軸上；所述電致變色玻璃凹透鏡在AR模式時(shí)凹透鏡為透明；在VR模式時(shí)凹透鏡為不透明；所述處理部件包括CPU數(shù)據(jù)處理器、GPU圖像處理器和電源；CPU數(shù)據(jù)處理器的輸出連接凹透鏡和GPU圖像處理器，GPU圖像處理器的輸出連接像源；當(dāng)選擇AR模式時(shí)，CPU數(shù)據(jù)處理器控制電致變色凹透鏡的電流信號(hào)，使得電致變色凹透鏡處于透明狀態(tài)，同時(shí)CPU控制GPU產(chǎn)生AR模式的虛擬圖像輸出至像源；外景通過(guò)凹透鏡和半透半反鏡至凸透鏡，像源的虛擬圖像通過(guò)半透半反鏡至凸透鏡，實(shí)現(xiàn)外景和像源圖像的疊加顯示；當(dāng)選擇VR模式時(shí)，CPU數(shù)據(jù)處理器控制電致變色凹透鏡的電流信號(hào)，使得電致變色凹透鏡處于非透明狀態(tài)，阻擋外景的光線，同時(shí)CPU控制GPU產(chǎn)生AR模式的虛擬圖像輸出至像源，像源的虛擬圖像通過(guò)半透半反鏡和凸透鏡后呈現(xiàn)于人眼；電源為數(shù)據(jù)處理器和圖像處理器提供工作電源。

所述顯示部件為兩套，分別用于左眼和右眼，數(shù)據(jù)處理器對(duì)兩套電致變色玻璃凹透鏡輸出同樣的調(diào)節(jié)電流信號(hào)，圖像處理器對(duì)兩套像源分別輸出用于左、右眼的不同圖像。

所述的像源為L(zhǎng)COS像源、LCD像源或OLED像源。

所述半透半反鏡為分光棱鏡、自由曲面光學(xué)鏡片或光波導(dǎo)鏡片。

有益效果

本發(fā)明提出的一種VR虛擬現(xiàn)實(shí)和AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)兼容的頭戴顯示設(shè)備，通過(guò)控制凹透鏡的透過(guò)率和GPU的顯示畫面，配合半透半反鏡和凸透鏡進(jìn)行光路調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)VR/AR顯示切換。本發(fā)明解決了VR頭戴顯示設(shè)備無(wú)法真實(shí)比例看外景的問(wèn)題，同時(shí)解決了以往AR頭戴顯示設(shè)備像源亮度較低，無(wú)法在強(qiáng)光下使用的問(wèn)題，擴(kuò)展了頭戴顯示設(shè)備的使用范圍。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明組成示意圖；

圖2為本發(fā)明AR模式和VR模式原理示意圖。

1-電致變色玻璃凹透鏡，2-半透半反鏡，3-像源，4-凸透鏡，5-顯示部件，6-處理部件，7-CPU數(shù)據(jù)處理器，8-GPU圖像處理器，9-電源。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而提供本發(fā)明涉及一種VR和AR兼容的頭戴顯示設(shè)備，包括顯示部件和處理部件，其中顯示部件由像源、凹透鏡、半透半反鏡、凸透鏡組成，處理部件由數(shù)據(jù)處理器(CPU)、圖像處理器(GPU)和電源組成，如圖1所示。

所述凹透鏡材料為電致變色玻璃，通過(guò)電信號(hào)調(diào)節(jié)，能夠改變玻璃的透過(guò)率；在AR模式，凹透鏡為透明，外景通過(guò)凹透鏡、半透半反鏡和凸透鏡后，以真實(shí)比例呈現(xiàn)于人眼，像源產(chǎn)生的預(yù)畸變圖像(不限于字符圖像)通過(guò)半透半反鏡和凸透鏡，無(wú)畸變放大呈現(xiàn)于人眼，實(shí)現(xiàn)外景和像源圖像的疊加顯示，如圖2a所示，同時(shí)根據(jù)外界光線亮度，可調(diào)整其透過(guò)率，從而在強(qiáng)光外景中，保證畫面的對(duì)比率。在VR模式，凹透鏡為不透明，外景發(fā)出的光線無(wú)法透過(guò)凹透鏡，像源產(chǎn)生的虛擬圖像通過(guò)半透半反鏡和凸透鏡，放大后呈現(xiàn)于人眼，實(shí)現(xiàn)高沉浸感的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，如圖2b所示。

所述凸透鏡具有放大畫面、增強(qiáng)沉浸感的作用，像源產(chǎn)生的畫面通過(guò)凸透鏡后放大顯示；外景畫面通過(guò)凹透鏡、凸透鏡后還原為真實(shí)比例顯示。

所述半透半反鏡為分光棱鏡，既可以反射像源產(chǎn)生的畫面，也可以透過(guò)外景畫面，且反射及透射的畫面均為真實(shí)比例無(wú)失真。

所述像源包括且不限于LCOS像源、LCD像源和OLED像源，由于AR模式外景亮度可以調(diào)節(jié)，因此設(shè)備對(duì)于像源亮度不需要過(guò)高要求。

所述GPU在AR模式能夠在像源上產(chǎn)生預(yù)畸變校正的圖像，該圖像經(jīng)過(guò)所述半透半反鏡后，在人眼呈現(xiàn)出無(wú)畸變的圖像；所述GPU能夠同時(shí)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)兩個(gè)像源，在像源上顯示獨(dú)立畫面，分別實(shí)現(xiàn)單目顯示、雙目顯示和3D顯示等顯示效果。

所述CPU通過(guò)控制所述GPU產(chǎn)生不同模式的顯示畫面和控制所述凹透鏡改變透明度，從而實(shí)現(xiàn)所述頭戴顯示設(shè)備的模式切換。

各個(gè)部件連接位置關(guān)系：由外景方向沿光軸依次設(shè)有凹透鏡、半透半反鏡和凸透鏡，像源垂直于半透半反鏡的反射光軸上；所述電致變色玻璃凹透鏡在AR模式時(shí)凹透鏡為透明；在VR模式時(shí)凹透鏡為不透明；CPU數(shù)據(jù)處理器的輸出連接凹透鏡和GPU圖像處理器，GPU圖像處理器的輸出連接像源。

本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)分為AR顯示模式和VR顯示模式，見(jiàn)圖1、圖2：

AR顯示模式

1、CPU控制電致變色凹透鏡為透明色；

2、CPU控制GPU產(chǎn)生預(yù)畸變的視頻(不僅限于字符畫面)；

3、像源接收GPU的視頻，并產(chǎn)生像源畫面；

4、像源畫面通過(guò)半透半反鏡反射到凸透鏡；

5、凸透鏡對(duì)像源畫面進(jìn)行放大并消除畸變，并呈現(xiàn)于人眼前；

6、外景畫面通過(guò)凹透鏡被縮小并產(chǎn)生畸變，透過(guò)半透半反鏡后，被凸透鏡放大還原并消除畸變；

7、像源畫面和外景畫面在人眼處疊加顯示，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)顯示；

8、當(dāng)外景亮度較高時(shí)，CPU控制電致變色凹透鏡透過(guò)率降低，從而使外景亮度降低，保證像源畫面的對(duì)比率；

9、當(dāng)用戶不希望像源圖像遮擋外景時(shí)，CPU控制像源降低亮度，從而改變像源圖像在外景中的透明度。

VR顯示模式

1、CPU控制電致變色凹透鏡為不透明；

2、CPU控制GPU產(chǎn)生預(yù)畸變的虛擬現(xiàn)實(shí)圖像；

3、像源接收GPU的視頻，并產(chǎn)生像源畫面；

4、像源畫面通過(guò)半透半反鏡反射到凸透鏡；

5、凸透鏡對(duì)像源畫面進(jìn)行放大并消除畸變，呈現(xiàn)于人眼前；

通過(guò)打開(kāi)/關(guān)閉任意一個(gè)像源，從而實(shí)現(xiàn)雙目顯示和單目顯示切換。