一种双目多深度立体成像抬头显示系统

本发明涉及光电显示领域，具体涉及一种双目多深度立体成像抬头显示系统。

背景技术：

1、抬头显示系统利用光电图像源和透明图像合成器将辅助驾驶信息投射到驾驶员前方的视野中，以提升驾驶安全性。然而，现有的hud还存在显示深度单一，眼盒较小等局限性，且无法准确地显示与复杂路况匹配的3d信息，容易造成驾驶员的视觉疲劳。因此，研发能满足人眼立体观察需求的彩色多深度hud技术成为了领域内的研究热点。目前的多深度hud 技术方案主要包括以下几种:（1）基于几何光学元件的 hud技术，这种技术采用自由曲面光学元件组成的多光路通道结构实现多深度hud显示。其光学系统的体积大、复杂度高、加工难度大，且难以实现双目视差显示。（2）基于衍射光学元件的hud技术，这种技术利用全息光学元件将不同区域的图像通过衍射成像到不同的深度。其结构紧凑、易于加工，但是存在无法显示连续深度信息、色散模糊严重、眼盒小且难以实现双目视差显示等不足。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是克服背景技术中的缺点，提供一种能够输出连续视差深度信息的双目多深度立体成像抬头显示系统。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种双目多深度立体成像抬头显示系统，包括图像源和图像合成器；图像源用于生成并输出与两个及以上物理深度平面匹配的初步的连续视差深度图文信息；图像合成器用于将初步的连续视差深度图文信息投射到两个及以上的物理深度平面上，并形成与观察者的双眼匹配的左右两个观察区域，以使得观察者通过观察区域可以看到具有连续视差深度的图文信息。

3、在一些实施方式中，具有连续视差深度的图文信息包括两个以上的视差深度的图文信息，视差深度图文信息与其最近邻的物理深度平面匹配，并通过与其最近邻的物理深度平面显示。

4、在一些实施方式中，图像源包括图像处理单元和投影单元，图像处理单元用于将待显示信息映射到不同的深度，并根据预先设定的两个或者两个以上物理深度平面的位置将不同深度的待显示信息编码成与其最近邻的物理深度平面匹配的视差深度信息；投影单元用于将视差深度信息投射到图像合成器上。

5、在一些实施方式中，图像合成器包括全息元件组，全息元件组包括左视角信息处理单元和右视角信息处理单元；左视角信息处理单元、右视角信息处理单元在垂直视差方向（即垂直于人双眼的水平视差方向）上均至少包括两个不同光焦度的全息处理子单元；不同光焦度的全息处理子单元用于将不同区域的待显示信息投影到不同的深度。

6、在一些实施方式中，全息处理子单元包括至少两个全息子元件，至少两个全息子元件的像差互补；像差互补包括单色像差互补、散斑误差互补、色散误差互补中的一种或多种。

7、在一些实施方式中，全息处理子单元包括至少三个全息子元件，其中，至少一个全息子元件包括独立设置的散射屏，独立设置的散射屏用于接收图像源输出的初步的连续视差深度图文信息，并将初步的视差深度信息传输到其余的全息子元件。

8、在一些实施方式中，左视角图像通过左视角信息处理单元所形成的图像深度与右视角图像通过右视角信息处理单元所形成的图像深度相等。

9、在一些实施方式中，同一垂直高度上，左视角对应的全息处理子单元的成像光路光程与右视角对应的全息处理子单元的成像光路光程相等。

10、在一些实施方式中，左视角信息处理单元的独立设置的散射屏、右视角信息处理单元的独立设置的散射屏不在同一平面，在光路传输方向上，与独立设置的散射屏临近的左视角信息处理单元的全息子元件与右视角信息处理单元的全息子元件在同一平面；或，

11、左视角信息处理单元的独立设置的散射屏、右视角信息处理单元的独立设置的散射屏在同一平面，与独立设置的散射屏临近的左视角信息处理单元的全息子元件、右视角信息处理单元的全息子元件依次位于光路传输方向上。

12、在一些实施方式中，左视角信息处理单元在空间上分区，右视角信息处理单元在空间上分区，其中，分区在空间上相邻、或在空间上部分重合、或在空间上全部重合。本申请实施方式中，在空间上全部重合的情况包括分区在不同层上，载体的厚度较薄，可以忽略不计，分区视为全部重合。

13、在一些实施方式中，右视角信息处理单元在空间上分区，其中，分区在空间上相邻、或在空间上部分重合、或在空间上全部重合。本申请实施方式中，在空间上全部重合的情况包括分区在不同层上，载体的厚度较薄，可以忽略不计，分区视为全部重合。

14、在一些实施方式中，不同光焦度的全息处理子单元在空间上分区，其中，分区在空间上相邻、或在空间上部分重合、或在空间上全部重合。

15、在一些实施方式中，在空间上有重合的信息处理单元可以在同一层结构上，也可以在不同层的结构上。

16、在一些实施方式中，全息子元件包括全息镜和/或具有特定波前的全息图；全息镜包括全息散射屏、全息反射镜、全息透镜中一种或两种或三种；具有特定波前的全息图包括非球面波前全息图和自由曲面波前全息图；和/或，

17、投影单元包括非相干光或者相干光照明的透镜成像投影仪、激光束扫描投影仪、全息投影仪中的一种或几种。

18、由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列有益效果：

19、1、本发明解决了基于衍射光学元件的hud技术难以实现双目视差显示的不足，实现了双目立体观察的hud显示。

20、2、本发明解决了基于衍射光学元件的hud技术存在的深度单一的问题，实现了多深度的hud显示。

21、3、本发明解决了基于衍射光学元件的hud技术存在的眼盒小的问题，在不用增加系统体积的情况下实现了双目眼盒的hud显示。

22、4、本发明实现了一种双目多深度立体成像hud系统，实现了具有连续视差深度信息的hud显示，解决了传统hud技术存在的视觉疲劳问题。

1.一种双目多深度立体成像抬头显示系统，其特征在于，包括图像源和图像合成器；

2.根据权利要求1所述的双目多深度立体成像抬头显示系统，其特征在于，所述具有连续视差深度的图文信息包括两个以上的视差深度的图文信息，所述视差深度图文信息与其最近邻的物理深度平面匹配，并通过与其最近邻的物理深度平面显示。

3.根据权利要求1所述的双目多深度立体成像抬头显示系统，其特征在于，所述图像源包括图像处理单元和投影单元，所述图像处理单元用于将待显示信息映射到不同的深度，并根据预先设定的两个或者两个以上物理深度平面的位置将不同深度的待显示信息编码成与其最近邻的物理深度平面匹配的视差深度信息；

4.根据权利要求1所述的双目多深度立体成像抬头显示系统，其特征在于，所述图像合成器包括全息元件组，所述全息元件组包括左视角信息处理单元和右视角信息处理单元；

5.根据权利要求4所述的双目多深度立体成像抬头显示系统，其特征在于，所述全息处理子单元包括至少两个全息子元件，至少所述两个全息子元件的像差互补；所述像差互补包括单色像差互补、散斑误差互补、色散误差互补中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的双目多深度立体成像抬头显示系统，其特征在于，所述全息处理子单元包括至少三个全息子元件，其中，至少一个全息子元件包括独立设置的散射屏，所述独立设置的散射屏用于接收所述图像源输出的初步的连续视差深度图文信息，并将初步的视差深度信息传输到其余的全息子元件。

7.根据权利要求4所述的双目多深度立体成像抬头显示系统，其特征在于，左视角图像通过左视角信息处理单元所形成的图像深度与右视角图像通过右视角信息处理单元所形成的图像深度相等；

8.根据权利要求6所述的双目多深度立体成像抬头显示系统，其特征在于，所述左视角信息处理单元的独立设置的散射屏、右视角信息处理单元的独立设置的散射屏不在同一平面，在光路传输方向上，与所述独立设置的散射屏临近的所述左视角信息处理单元的全息子元件与右视角信息处理单元的全息子元件在同一平面；或，

9.根据权利要求4所述的双目多深度立体成像抬头显示系统，所述左视角信息处理单元在空间上分区，所述右视角信息处理单元在空间上分区，其中，分区在空间上相邻、或在空间上部分重合、或在空间上全部重合；或，

10.根据权利要求5所述的双目多深度立体成像抬头显示系统，其特征在于，所述全息子元件包括全息镜和/或具有特定波前的全息图；所述全息镜包括全息散射屏、全息反射镜、全息透镜中一种或两种或三种；所述具有特定波前的全息图包括非球面波前全息图和自由曲面波前全息图；和/或，