光场显示器、用于其的经调整的像素渲染方法、以及解决散光或类似状况的使用其的经调整的视力感知系统和方法与流程

光场显示器、用于其的经调整的像素渲染方法、以及解决散光或类似状况的使用其的经调整的视力感知系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求享有2020年4月21日提交的第16/854,787号美国专利申请的优先权并且是该美国专利申请的继续申请。本技术还要求享有2020年3月5日提交的第16/810,143号美国专利申请的优先权并且是该美国专利申请的部分继续申请。第16/854,787号美国专利申请是2020年3月5日提交的第16/810,143号美国专利申请的部分继续申请，所述第16/810,143号美国专利申请是2019年8月26日提交的第16/551,572号美国专利申请的部分继续申请、2019年10月21日提交的pct/ib2019/058955国际申请的部分继续申请、以及2019年9月12日提交的第16/569,137号美国专利申请的部分继续申请，其中第16/569,137号美国专利申请是2019年7月12日提交的第16/510,673号美国专利申请的继续申请，所述第16/510,673号美国专利申请是2019年1月28日提交的第16/259,845号美国专利申请的继续申请并且所述第16/510,673号美国专利申请要求享有2018年10月22日提交的第3,021,636号加拿大专利申请的优先权，其中的每个的全部公开内容据此通过引用并入本文。本技术还要求享有2019年11月1日提交的第62/929,639号美国临时申请的优先权，所述美国临时申请的全部公开内容也据此通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开内容涉及数字显示器，并且具体地涉及光场显示器、以及用于其的经调整的像素渲染方法和计算机可读介质、以及使用其的经调整的视力感知系统和方法。


背景技术：

4.个人通常佩戴矫正镜片(corrective lens，矫正透镜)以在查看例如渲染在数字显示器上的图像和/或信息时适应降低的视觉敏锐度(vision acuity)，所述数字显示器不仅例如被设置在日常电子设备诸如智能电话、智能手表、电子阅读器、平板计算机、膝上型计算机等中，而且被设置作为车辆仪表板显示器和娱乐系统(举几个例子)的一部分。使用双光眼镜或渐进矫正镜片对于患有近视和远视的个人也是司空见惯的。
5.当前具有图形显示器的电子设备的操作系统提供某些内置于设备的软件内的“可访问性”特征，以试图为具有降低的视力的用户提供阅读和观看电子设备上的内容的能力。具体地，当前的可访问性选项包括反转图像、增大图像尺寸、调整亮度和对比度设置、加粗文本、仅以灰色观看设备显示器的能力，以及对于具有法定盲的人们，使用语音技术。这些技术集中于软件通过常规图像操纵以操纵显示图像的有限能力，但成功有限。
6.pamplona等人(pamplona,v.,oliveira,m.,aliaga,d.,and raskar,r.2012.“tailored displays to compensate for visual aberrations.”acm trans.graph.(siggraph)31.)已经提出了使用具有小透镜阵列或视差屏障(parallax barrier)的4d光场显示器以校正视觉像差。不幸的是，pamplona等人使用的常规光场显示器需要进行空间-角分辨率权衡；换言之，增加的角分辨率使空间分辨率降低。因此，观看者看见清晰的图像，
但是以比屏幕的分辨率显著更低的分辨率为代价。为了减轻此影响，huang等人(参见，huang,f.-c.,and barsky,b.2011.a framework for aberration compensated displays.tech.rep.ucb/eecs-2011-162,university of california,berkeley,december；and huang,f.-c.,lanman,d.,barsky,b.a.,and raskar,r.2012.correcting for optical aberrations using multi layer displays.acm trans.graph.(siggraph asia)31,6,185:1-185:12)提出了使用多层显示设计和前置过滤。然而，前置过滤和这些特别的光学设置的组合显著降低了所得到的图像的对比度。
7.最后，在第2016/0042501号美国专利申请公开和fu-chung huang,gordon wetzstein,briana.barsky,and ramesh raskar.“eyeglasses-free display:towards correcting visual aberrations with computational light field displays”.acm transaction on graphics,33(4),aug.2014中，其中的每个的全部内容据此通过引用并入本文，已经提出了观看者自适应前置过滤与现成的视差屏障的组合以增加对比度和分辨率，然而是以计算时间和功率为代价。
8.提供此背景信息以揭示申请人认为可能相关的信息。必然不意在承认，也不应被理解为，任何前述信息构成现有技术。
9.提供此背景信息以揭示申请人认为可能相关的信息。必然不意在承认，也不应被理解为，任何前述信息构成现有技术。


技术实现要素：

10.下面呈现了本文所描述的总体发明构思的简化总结，以提供对本公开内容的一些方面的基本理解。此总结不是本公开内容的广泛概述。它不意在限制本公开内容的实施方案的主要或关键元件，或不意在划定它们的范围超出由下面的描述和权利要求明确地或暗含地描述的范围。
11.存在对克服已知技术的一些缺点——例如解决散光或类似状况——或至少提供对其的有用替代方案的光场显示器、用于其的经调整的像素渲染方法、以及使用其的经调整的视力感知系统和方法的需要。本公开内容的一些方面提供了这样的系统、方法和显示器的实施方案。
12.根据一方面，提供了一种主观眼睛测试设备，所述设备包括：数字显示像素的阵列；对应的光场整形元件(lfse)的阵列，其对从所述像素发出的光场进行整形；以及硬件处理器，其对用于限定的验光字体(optotype)的像素数据能够操作以输出将经由所述lfse渲染的经调整的图像像素数据，以动态地调整对如此渲染的所述限定的验光字体的感知，以对于每个给定的像素通过数字地进行以下来至少部分地适应指定的视觉敏锐度调节(designated visual acuity accommodation)：考虑到对应的lfse、考虑到由所述给定的像素发出的光场的方向，在所述给定的像素和用户瞳孔上的给定的瞳孔位置之间投射给定的光线轨迹(ray trace)；考虑到所述指定的视觉敏锐度调节，识别用于所述给定的瞳孔位置的指定的光学视力参数；根据用于所述给定的瞳孔位置的所述指定的光学视力参数，将经调整的图像位置限定在对应于所述给定的像素的经调整的图像表面上；将被指定用于所述经调整的图像位置的经调整的图像像素值与所述给定的像素关联；以及根据与每个所述给定的像素关联的所述经调整的像素值渲染每个所述给定的像素，从而在至少部分地适应
所述指定的视觉敏锐度调节的所述经调整的图像表面上在感知上渲染所述限定的验光字体的在感知上经调整的形式；以及调整所述指定的光学视力参数以适应不同的视觉敏锐度调节直到最佳视觉敏锐度调节被识别。
13.在一个实施方案中，对于至少一些所述给定的像素，所述经调整的图像表面包括相应的虚拟图像平面，所述相应的虚拟图像平面相对于所述数字显示像素虚拟地定位在距所述用户瞳孔一指定的距离处并且对应于被识别用于所述给定的瞳孔位置的相应的所述指定的光学视力参数，并且其中所述硬件处理器还能够操作以将所述限定的验光字体数字地映射在所述相应的虚拟图像平面上并且基于所述映射关联所述经调整的图像像素值。
14.在一个实施方案中，所述经调整的图像位置由链接所述给定的像素和所述对应的lfse的中心位置的虚拟图像矢量的所述相应的虚拟图像平面上的交叉限定。
15.在一个实施方案中，所述指定的距离表示对应于用于所述给定的瞳孔位置的所述指定的光学视力参数的瞳孔位置相关的最小阅读距离。
16.在一个实施方案中，所述经调整的图像表面包括用户视网膜平面；并且其中所述限定所述经调整的图像位置包括根据所述指定的光学视力参数在所述给定的瞳孔位置处数字地重新定向所述给定的光线轨迹，以便在所述经调整的图像位置处与所述视网膜平面交叉，其中所述硬件处理器还能够操作以将所述限定的验光字体数字地映射在所述用户视网膜平面上并且基于所述映射关联所述经调整的图像像素值。
17.在一个实施方案中，所述指定的光学视力参数包括圆柱形光学光焦度值(cylindrical optical power value)，所述圆柱形光学光焦度值根据相对于被限定用于所述指定的视觉敏锐度调节的指定的圆柱轴(cylinder axis)的所述给定的瞳孔位置而变化。
18.在一个实施方案中，所述指定的光学视力参数表示被限定用于所述给定的瞳孔位置的瞳孔位置相关的总屈光力(dioptric power)。
19.在一个实施方案中，每个所述指定的视觉敏锐度调节由指定的光学视力参数限定，所述指定的光学视力参数包括球形光焦度(spherical power)、圆柱形光焦度和光轴参数(optical axis parameter)，并且其中所述调整包括对所述球形光焦度、所述圆柱形光焦度和所述光轴参数中的每个顺序地迭代地优化。
20.在一个实施方案中，所述调整包括调整所述球形光焦度参数直到最佳球形校正被主观地识别，随后是迭代地优化所述光轴参数直到最佳光轴校正被主观地识别，随后是迭代地优化所述圆柱形光焦度参数直到光学圆柱形光焦度校正被主观地识别。
21.在一个实施方案中，所述设备能够操作以通过以下方式动态地调整对不同的图像部分的用户感知：根据不同的指定的视觉敏锐度调节，数字地处理待被在感知上渲染的每个给定的图像部分；以及比较地调整所述不同的指定的视觉敏锐度调节直到所述最佳视觉敏锐度调节被识别。
22.根据另一方面，提供了一种能够操作以动态地调整对输入图像的用户感知的设备，所述设备包括：数字显示像素的阵列；对应的光场整形元件(lfse)的阵列，其对从所述像素发出的光场进行整形；以及硬件处理器，其对用于所述输入图像的像素数据能够操作以输出将经由所述lfse渲染的经调整的图像像素数据，以动态地调整对如此渲染的所述输入图像的感知，以对于每个给定的像素通过数字地进行以下来至少部分地适应指定的视觉
敏锐度调节：考虑到对应的lfse、考虑到由所述给定的像素发出的光场的方向，在所述给定的像素和用户瞳孔上的给定的瞳孔位置之间投射给定的光线轨迹；考虑到所述指定的视觉敏锐度调节，识别用于所述给定的瞳孔位置的指定的光学视力参数；根据用于所述给定的瞳孔位置的所述指定的光学视力参数，将经调整的图像位置限定在对应于所述给定的像素的经调整的图像表面上；将被指定用于所述经调整的图像位置的经调整的图像像素值与所述给定的像素关联；以及根据与每个所述给定的像素关联的所述经调整的像素值渲染每个所述给定的像素，从而在至少部分地适应所述指定的视觉敏锐度调节的所述经调整的图像表面上在感知上渲染所述输入图像的在感知上经调整的形式。
23.在一个实施方案中，所述指定的视觉敏锐度调节包括球形光学光焦度矫正、圆柱形光学光焦度矫正以及圆柱轴矫正，并且其中根据用于每个所述给定的瞳孔位置的所述指定的视觉敏锐度调节分别指定所述指定的光学视力参数。
24.在一个实施方案中，对于至少一些所述给定的像素，所述经调整的图像表面包括相应的虚拟图像平面，所述相应的虚拟图像平面相对于所述数字显示像素虚拟地定位在距所述用户瞳孔一指定的距离处并且对应于被识别用于所述给定的瞳孔位置的相应的所述指定的光学视力参数，并且其中所述硬件处理器还能够操作以将所述输入图像数字地映射在所述相应的虚拟图像平面上并且基于所述映射关联所述经调整的图像像素值。
25.在一个实施方案中，所述经调整的图像表面包括用户视网膜平面；并且其中所述限定所述经调整的图像位置包括根据所述指定的光学视力参数在所述给定的瞳孔位置处数字地重新定向所述给定的光线轨迹，以便在所述经调整的图像位置处与所述视网膜平面交叉，其中所述硬件处理器还能够操作以将所述输入图像数字地映射在所述用户视网膜平面上并且基于所述映射关联所述经调整的图像像素值。
26.在一个实施方案中，所述重新定向包括：从所述给定的瞳孔位置和为其限定的所述指定的光学视力参数得到偏移瞳孔位置，通过所述偏移瞳孔位置，估计对应的光线轨迹大体上未被眼睛偏离地传播到用户眼睛焦平面上的对应的眼睛焦点，其中所述偏移瞳孔位置是根据所述球形光学光焦度参数、所述圆柱形光学光焦度参数和所述圆柱形光轴参数数字地计算的；以及重新定向所述给定的光线轨迹朝向所述眼睛焦点以便在所述经调整的图像位置处与所述用户视网膜平面交叉。
27.根据另一方面，提供了一种计算机实施的方法，该方法由一个或多个数字处理器自动地实施，以动态地调整对将由数字显示像素的阵列经由对应的光场整形元件(lfse)的阵列渲染的输入图像的用户感知，以至少部分地适应指定的视觉敏锐度调节，所述方法包括，对于每个给定的像素：考虑到对应的lfse、考虑到由所述给定的像素发出的光场的方向，在所述给定的像素和用户瞳孔上的给定的瞳孔位置之间投射给定的光线轨迹；考虑到所述指定的视觉敏锐度调节，识别用于所述给定的瞳孔位置的指定的光学视力参数；根据用于所述给定的瞳孔位置的所述指定的光学视力参数，将经调整的图像位置限定在对应于所述给定的像素的经调整的图像表面上；将被指定用于所述经调整的图像位置的经调整的图像像素值与所述给定的像素关联；以及根据与每个所述给定的像素关联的所述经调整的像素值渲染每个所述给定的像素，从而在至少部分地适应所述指定的视觉敏锐度调节的所述经调整的图像表面上在感知上渲染所述输入图像的在感知上经调整的形式。
28.在一个实施方案中，所述指定的视觉敏锐度调节包括球形光学光焦度矫正、圆柱
形光学光焦度矫正以及圆柱轴矫正，并且其中根据用于每个所述给定的瞳孔位置的所述指定的视觉敏锐度调节分别指定所述指定的光学视力参数。
29.在一个实施方案中，对于至少一些所述给定的像素，所述经调整的图像表面包括相应的虚拟图像平面，所述相应的虚拟图像平面相对于所述数字显示像素虚拟地定位在距所述用户瞳孔一指定的距离处并且对应于被识别用于所述给定的瞳孔位置的相应的所述指定的光学视力参数，并且其中方法还包括将所述输入图像数字地映射在所述相应的虚拟图像平面上并且基于所述映射关联所述经调整的图像像素值。
30.在一个实施方案中，所述方法还包括将所述输入图像数字地映射在所述相应的虚拟图像平面上并且基于所述映射关联所述经调整的图像像素值，其中至少一些所述相应的虚拟图像平面的映射区域由非矩形凸面四边形区域限定。
31.在一个实施方案中，所述经调整的图像表面包括用户视网膜平面；并且其中所述限定所述经调整的图像位置包括根据所述指定的光学视力参数在所述给定的瞳孔位置处数字地重新定向所述给定的光线轨迹，以便在所述经调整的图像位置处与所述视网膜平面交叉，其中所述方法还包括将所述输入图像数字地映射在所述用户视网膜平面上并且基于所述映射关联所述经调整的图像像素值。
32.在一个实施方案中，所述重新定向包括：从所述给定的瞳孔位置和为其限定的所述指定的光学视力参数得到偏移瞳孔位置，通过所述偏移瞳孔位置，估计对应的光线轨迹大体上未被偏离地传播到用户眼睛焦平面上的对应的眼睛焦点，其中所述偏移瞳孔位置是根据所述球形光学光焦度参数、所述圆柱形光学光焦度参数和所述圆柱形光轴参数数字地计算的；以及重新定向所述给定的光线轨迹朝向所述眼睛焦点以便在所述经调整的图像位置处与所述用户视网膜平面交叉。
33.在一个实施方案中，所述方法还包括调整所述指定的光学视力参数以适应不同的视觉敏锐度调节直到最佳视觉敏锐度调节被识别。
34.在一个实施方案中，所述指定的视觉敏锐度调节由指定的光学视力参数限定，所述指定的光学视力参数包括球形光焦度、圆柱形光焦度和光轴参数，并且其中所述调整包括对所述球形光焦度、所述圆柱形光焦度和所述光轴参数中的每个顺序地迭代地优化。
35.在一个实施方案中，所述调整包括调整所述球形光焦度参数直到最佳球形校正被主观地识别，随后是迭代地优化所述光轴参数直到最佳光轴校正被主观地识别，随后是迭代地优化所述圆柱形光焦度参数直到光学圆柱形光焦度校正被主观地识别。
36.根据另一方面，提供了一种非暂时性计算机可读介质，其包括数字指令，所述数字指令将由一个或多个数字处理器实施，以自动地调整对将经由数字显示像素的阵列和对应的光场整形元件(lfse)的阵列渲染的输入的感知，以对于每个给定的像素通过数字地进行以下来至少部分地适应指定的视觉敏锐度调节：考虑到对应的lfse、考虑到由所述给定的像素发出的光场的方向，在所述给定的像素和用户瞳孔上的给定的瞳孔位置之间投射给定的光线轨迹；考虑到所述指定的视觉敏锐度调节，识别用于所述给定的瞳孔位置的指定的光学视力参数；根据用于所述给定的瞳孔位置的所述指定的光学视力参数，将经调整的图像位置限定在对应于所述给定的像素的经调整的图像表面上；将被指定用于所述经调整的图像位置的经调整的图像像素值与所述给定的像素关联用于在至少部分地适应所述指定的视觉敏锐度调节的所述经调整的图像表面上在感知上渲染所述输入的在感知上经调整
的形式。
37.在一个实施方案中，对于至少一些所述给定的像素，所述经调整的图像表面包括相应的虚拟图像平面，所述相应的虚拟图像平面相对于所述数字显示像素虚拟地定位在距所述用户瞳孔一指定的距离处并且对应于被识别用于所述给定的瞳孔位置的相应的所述指定的光学视力参数，并且其中所述方法还包括将所述输入数字地映射在所述相应的虚拟图像平面上并且基于所述映射关联所述经调整的图像像素值。
38.在一个实施方案中，至少一些所述相应的虚拟图像平面的映射区域由非矩形凸面四边形区域限定。
39.在一个实施方案中，所述经调整的图像表面包括用户视网膜平面；并且其中所述限定所述经调整的图像位置包括根据所述指定的光学视力参数在所述给定的瞳孔位置处数字地重新定向所述给定的光线轨迹，以便在所述经调整的图像位置处与所述视网膜平面交叉，其中所述非暂时性计算机可读介质还包括用于将所述输入图像数字地映射在所述用户视网膜平面上并且基于所述映射关联所述经调整的图像像素值的指令。
40.在一个实施方案中，所述重新定向包括：限定来自所述给定的lfse的对应的光线轨迹，估计所述对应的光线估计大体上未偏离地传播到用户眼睛焦平面上的对应的眼睛焦点；以及重新定向所述给定的光线轨迹朝向所述眼睛焦点以便在所述经调整的图像位置处与所述用户视网膜平面交叉。
41.在一个实施方案中，所述重新定向包括：从所述给定的瞳孔位置和为其限定的所述指定的光学视力参数得到偏移瞳孔位置，通过所述偏移瞳孔位置，估计对应的光线轨迹大体上未被偏离地传播到用户眼睛焦平面上的对应的眼睛焦点，其中所述偏移瞳孔位置是至少部分地根据圆柱形光学聚焦参数和圆柱形光轴参数数字地计算的；以及重新定向所述给定的光线轨迹朝向所述眼睛焦点以便在所述经调整的图像位置处与所述用户视网膜平面交叉。
42.根据另一方面，提供了一种计算机实施的方法，所述方法由一个或多个数字处理器自动地实施，以调整对将经由一组像素和对应的光场整形元件(lfse)的阵列渲染的输入的感知，所述方法包括：将输入图像数字地映射在被指定以提供指定的感知调整的指定的经调整的图像表面，其中所述经调整的图像表面相对于所述一组像素成一角度；对于所述像素中的至少一些，数字地：考虑到对应的lfse，投射链接给定的像素和瞳孔位置的经调整的光线轨迹，以考虑到所述角度在给定的经调整的表面位置处与所述经调整的图像表面交叉；以及考虑到所述映射，将被指定用于所述给定的经调整的表面位置的经调整的像素值与所述给定的像素关联用于渲染所述输入的在感知上经调整的形式。
43.在一个实施方案中，所述经调整的图像表面包括相对于所述像素虚拟地定位在距所述瞳孔位置一指定的距离处的虚拟图像平面，并且其中考虑到所述角度，所述虚拟图像平面的映射区域由非矩形凸面四边形区域限定。
44.在一个实施方案中，提供了用以调整所述指定的光学视力参数以适应不同的视觉敏锐度调节直到最佳视觉敏锐度调节被识别的另外的数字指令。
45.在一个实施方案中，最佳视觉敏锐度调节包括最佳散光调节。
46.在一个实施方案中，提供了用以调整所述指定的光学视力参数以适应不同的视觉敏锐度调节以提供所述不同的视觉敏锐度调节的相关视觉影响的预览的另外的数字指令。
47.在一个实施方案中，所述指定的视觉敏锐度调节包括散光调节。
48.其他方面、特征和/或优点将在阅读参考附图仅通过示例的方式给出的其具体实施方案的以下非限制性描述时变得更明显。
附图说明
49.将参考附图仅通过示例的方式提供本公开内容的一些实施方案，其中：
50.图1是根据一个实施方案的具有数字显示器的电子设备的图解视图；
51.图2a和图2b分别是根据一个实施方案的用于电子设备的光场显示器的组件的分解视图和侧视图；
52.图3a、图3b和图3c分别示意性地例示了根据一个实施方案的正常视力、模糊视力和矫正视力；
53.图4是根据一个实施方案的由凸面小透镜或微透镜限定的单个光场像素的示意图，该凸面小透镜或微透镜覆在下面的像素阵列上面并且布置在其焦点处或附近以产生大体上准直束；
54.图5是根据一个实施方案的光场显示器的组件的另一个示意性分解视图，在该组件中各自的像素子集被对准以通过对应的微透镜或小透镜发射光；
55.图6是根据一个实施方案的光场模式(pattern)的示例性图，该光场模式当被光场显示器恰当地投射时产生对于具有降低的视觉敏锐度的观看者表现出降低的模糊的校正图像；
56.图7a和图7b是根据一个实施方案的在没有图像校正的情况下(图7a中的模糊图像)和在有经由光场显示器进行的图像校正的情况下(图7b中的校正图像)如由具有降低的敏锐度的观看者例示性地观看的斯内伦图表(snellen chart)的照片；
57.图8是根据一个实施方案的相对于下面的像素阵列以一角度布置的六边形小透镜阵列的一部分的示意图；
58.图9a和图9b是根据一个实施方案的在没有图像校正的情况下(图9a中的模糊图像)和在有经由具有角度地不匹配的小透镜阵列的光场显示器进行的图像校正的情况下(图9b中的校正图像)如由具有降低的视觉敏锐度的观看者例示性地观看的照片；
59.图10a和图10b是根据一个实施方案的在没有图像校正的情况下(图10a中的模糊图像)和在有经由具有角度地不匹配的小透镜阵列的光场显示器进行的图像校正的情况下(图10b中的校正图像)如由具有降低的视觉敏锐度的观看者例示性地观看的照片；
60.图11是根据一个实施方案的例示性光线追踪渲染过程的过程流程图；
61.图12和图13分别是根据一个实施方案的用于图11的光线追踪渲染过程的示例性输入常数参数和变量的过程流程图；
62.图14a至图14c是例示了图11的某些过程步骤的示意图；
63.图15是根据一个实施方案的用于在图11的光线追踪渲染过程中计算关联的光场整形单元的中心位置的示例性过程的过程流程图；
64.图16a和图16b是根据一个实施方案的例示了具有对应的六边形拼贴(tile，贴片)阵列的示例性六边形光场整形层的示意图；
65.图17a和图17b是根据一个实施方案的例示了将交错矩形拼贴阵列覆在图16a和图
16b的六边形拼贴阵列上面的示意图；
66.图18a至图18c是根据一个实施方案的例示了在单个矩形拼贴内相邻的六边形拼贴的关联的区域的示意图；
67.图19是根据另一个实施方案的例示性光线追踪渲染过程的过程流程图；
68.图20a至图20d是例示了图19的某些过程步骤的示意图；
69.图21a和图21b是根据一些实施方案的分别例示了像素和子像素渲染的示意图；
70.图22a和图22b是根据一个实施方案的由各自的红色(r)、绿色(g)和蓝色(b)子像素限定的lcd像素阵列并且分别使用像素和子像素渲染来渲染角图像边缘的示意图；
71.图23是根据一个实施方案的图22a的像素之一的示意图，示出了用于独立地解释(account for)其子像素以通过光场显示器将子像素渲染应用于校正图像的显示的措施；
72.图24是根据一个实施方案的用于渲染源自多个不同的虚拟图像平面的光场的例示性光线追踪渲染过程的过程流程图；
73.图25是根据一个实施方案的用于遍历(iterate over)图24的光线追踪渲染过程中的多个虚拟图像平面的示例性过程的过程流程图；
74.图26a至图26d是例示了图25的某些过程步骤的示意图；
75.图27是根据一个实施方案的用于渲染源自多个不同的图像平面的光场的例示性光线追踪渲染过程的过程流程图；
76.图28是根据一个实施方案的用于遍历图27的光线追踪渲染过程中的多个图像平面的示例性过程的过程流程图；
77.图29a和图29b是根据一个实施方案的例示了使用图25或图27的光线追踪渲染过程的主观视觉敏锐度测试的一个实施例的示意图；
78.图30是根据一个实施方案的示例性视力测试系统的示意图；
79.图31a至图31c是根据不同的实施方案的示例性光场折射器(refractor)/综合屈光检查仪(phoropter)的示意图；
80.图32是根据一个实施方案的示例性光场显示器的角分辨率作为所生成的屈光力的函数的曲线图；
81.图33a至33d是由光场折射器/综合屈光检查仪生成的图像质量作为通过与光场显示器结合使用所生成的屈光力的函数的示意曲线图，(a)无折射部件、(b)一个折射部件、(c)和(d)大量折射部件；
82.图34a和34b是根据一个实施方案的示例性光场折射器/综合屈光检查仪的透视内部视图，以横截面示出了其外壳；
83.图35是根据一个实施方案的并排组合图34a和图34b中所示出的单元中的两个以用于同时评估双眼的示例性光场折射器/综合屈光检查仪的透视图；
84.图36是根据一个实施方案的示例性动态主观视力测试方法的过程流程图；
85.图37是根据一个实施方案的示出了用于图36的方法的以不同屈光力示出两列验光字体的示例性光场图像的示意图；
86.图38a和图38b是根据一个实施方案的例示了在非平行平面的背景中的光线追踪的示意图；
87.图39a至图39c是根据一个实施方案的例示了在非平行平面的背景中的图像放置
和缩放的示意图；
88.图40是根据一个实施方案的用于散光补偿的示例性输入常数参数的过程流程图；
89.图41是根据一个实施方案的用于散光补偿的例示性光线追踪渲染过程的过程流程图；
90.图42a至图42c是根据一个实施方案的例示了图41的某些过程步骤的示意图；
91.图43是根据一个实施方案的用于散光补偿的例示性光线追踪渲染过程的过程流程图；
92.图44a和图44b是根据一个实施方案的例示了分别用于球形透镜和圆柱形透镜的在焦平面上的光线追踪；
93.图45a至图45c是根据一个实施方案的例示了图43的某些过程步骤的示意图；
94.图46是根据一个实施方案的例示了图43的一个过程步骤的过程流程图；
95.图47是根据一个实施方案的例示了在非平行平面的背景中的光线追踪的示例性方法的过程流程图；
96.图48是根据一个实施方案的例示了用于在散光或类似状况的背景中提供眼睛检查的示例性方法的过程流程图；
97.图49是根据一个实施方案的可以被呈现给用户以诊断散光或类似状况的示例性图或验光字体的示意图；
98.图50a和图50b是根据一个实施方案的例示了允许多个验光字体以不同的视力矫正参数被显示的对图41和图43的方法的一些修改的示意图；
99.图51是根据一个实施方案的在散光补偿的背景中用于渲染源自多个不同的虚拟图像平面的光场的例示性光线追踪渲染过程的过程流程图；
100.图52是根据一个实施方案的在散光补偿的背景中用于渲染源自多个不同的眼睛透镜(eye lens，目镜)图像平面的光场的例示性光线追踪渲染过程的过程流程图；
101.为简单和清楚起见，例示了一些图中的元件，并且所述元件不一定按比例绘制。例如，图中的元件中的一些的尺寸可能相对于其他元件被强调，以便于对多个目前公开的实施方案的理解。另外，常常未描绘在商业上可行的实施方案中有用的或必需的常见但易于理解的元件，以便于较少障碍地查看本公开内容的这些多个实施方案。
具体实施方式
102.将参考下文所讨论的细节描述本说明书的多个实施方式和方面。以下描述和附图例示本说明书，而不被理解为限制本说明书。描述了许多具体细节以提供对本说明书的多个实施方式的透彻理解。然而，在某些实例中，未描述众所周知的或常规的细节，以提供对本说明书的实施方式的简明讨论。
103.下文将描述多个装置和过程，以提供本文所公开的系统的实施方式的示例。下文所描述的实施方式不限制任何所要求保护的实施方式，并且任何所要求保护的实施方式可以涵盖与下文所描述的过程或装置不同的过程或装置。所要求保护的实施方式不限于具有下文所描述的任何一个装置或过程的所有特征的装置或过程，或限于下文所描述的多个或所有装置或过程的共有特征。下文所描述的装置或过程可以不是任何所要求保护的主题的一个实施方式。
104.此外，阐述了许多具体细节以提供对本文所描述的实施方式的透彻理解。然而，相关领域的技术人员应理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文所描述的实施方式。在其他实例中，未详细描述众所周知的方法、程序和部件，以便不使本文所描述的实施方式模糊不清。
105.在本说明书中，元件可以被描述为“被配置为”执行一个或多个功能或“被配置用于”这样的功能。通常，被配置为执行一个功能或被配置用于执行一个功能的元件被启用以执行该功能，或适合于执行该功能，或适于执行该功能，或能够操作以执行该功能，或以其他方式能够执行该功能。
106.应理解，出于本说明书的目的，“x、y和z中的至少一个”和“x、y和z中的一个或多个”的语言可以被理解为仅有x、仅有y、仅有z或两个或更多个项x、y和z的任何组合(例如，xyz、xy、yz、zz等)。类似的逻辑可以在“至少一个
……”
和“一个或多个
……”
语言的任何出现时应用于两个或更多个项。
107.本文所描述的系统和方法根据不同的实施方案提供了光场显示器、用于其的经调整的像素渲染方法和使用其的经调整的视力感知系统和方法的不同示例。例如，本文所描述的实施方案中的一些提供了对当前的光场显示器技术的改善或替代，例如，提供了用于散光或类似状况的补偿。下文将进一步详细描述这些和其他这样的应用。
108.如上文所述，本文所描述的设备、显示器和方法可以允许用户对一个或多个输入图像(或输入图像部分)的感知，其中每个图像或图像部分虚拟地定位在不同的图像平面/深度位置，以使用光场显示器而被调整或更改。
109.本文所描述的实施方案中的一些提供了数字显示设备、或包含这样的显示器的设备，以供具有降低的视觉敏锐度的用户使用，由此由这样的设备最终渲染的图像可以被动态地处理以适应用户的降低的视觉敏锐度，以使得他们可以在不使用原本将需要的矫正眼镜装置的情况下查看渲染的图像。如上文所述，实施方案不被限制成这样，因为本文所描述的概念和解决方案也可以应用于用户对待被显示的输入图像的感知可以经由光场显示器被更改或调整的其他技术。相反地，本文所描述的实施方案的类似实施方式可以允许数字地自适应视力测试的实施方式，使得具有这样降低的视觉敏锐度的个人可以被暴露于输入图像的不同的在感知上经调整的形式，以主观地查明潜在地需要的或优选的视力矫正。
110.通常，本文所考虑的数字显示器将包括一组图像渲染像素和对应的一组光场整形元件，所述一组光场整形元件至少部分地控制由其发出的光场，以产生输入图像的在感知上经调整的形式，尤其是输入图像或输入场景的不同的在感知上经调整的部分，所述在感知上经调整的部分可以包括相同的图像的不同的部分、相同的2.5d/3d场景的不同的部分，或与不同的图像深度、效果和/或位置关联的并且被组装成组合的视觉输入的不同的图像(部分)。为了简单起见，下面将通常将被不同地寻址的部分或片段认为输入图像的不同的部分，无论该输入图像包括具有不同地表征的部分的单个图像、不同地表征的图像的数字组件、覆盖物、背景、前景等、或任何其他这样的数字图像组合。
111.在一些示例中，光场整形元件可以采取光场整形层或类似的光学元件阵列的形式，以在至少部分地控制发出的光场时相对于显示像素布置。如下文进一步详细描述的，这样的光场整形层元件可以采取微透镜和/或针孔阵列、或其他类似的光学元件阵列的形式，再或采取下面的光整形层——诸如下面的光学栅格阵列或能够操作以产生方向性
(directional，定向)像素化输出的类似的光学元件阵列——的形式。
112.在光场整形层的背景中，如下文根据一些实施方案进一步详细描述的，光场整形层可以被布置在距像素化显示器一预设定距离处，以便可控制地整形或影响从其发出的光场。例如，每个光场整形层可以由光学元件阵列限定，所述光学元件阵列被定中心在显示器的像素阵列的对应的子集上方，以光学地影响从其发出的光场，并且从而控制其从显示介质朝向用户的投射，例如，对每个像素或像素组将如何被观看者的眼睛观看提供一些控制。如下文将进一步详述的，阵列化光学元件可以包括但不限于小透镜、微透镜或共同形成例如小透镜阵列的其他这样的衍射光学元件；针孔或共同形成例如视差或类似的屏障的类似的孔径或窗口；同中心地图案化的屏障，例如切口(cut out)和/或窗口，诸如例如以限定菲涅耳波带片(fresnel zone plate)或光学筛，并且它们共同形成衍射光学屏障(例如，如在申请人的、序列号为15/910,908的共同未决的美国申请中所描述的，所述美国申请的全部内容据此通过引用并入本文)；和/或其组合，诸如例如，小透镜阵列，其各自的透镜或小透镜在其周边周围被部分地遮蔽或阻挡，以便将小透镜的折射属性与由针孔屏障提供的一些优点结合。
113.在操作中，显示设备通常还将调用硬件处理器，所述硬件处理器可对待被显示的图像的图像像素(或子像素)数据进行操作，以根据存储的光场整形元件和/或层的特性(例如层距显示屏幕的距离、光学元件之间的距离(间距)、每个像素或子像素相对于对应的光学元件的绝对相对位置、光学元件的属性(尺寸、衍射属性和/或折射属性等)或其他这样的属性以及所选择的与用户的降低的视觉敏锐度或预期的观看体验相关的视力矫正或调整参数)输出待被渲染的校正的或经调整的图像像素数据。虽然对于一个给定的实施方式，光场显示器特性通常将保持静态(即不管用户是谁，对于每个设备将使用和设置一个给定的整形元件和/或层)，但是在一些实施方案中，图像处理可以根据用户的视觉敏锐度或预期应用而被动态地调整，以便考虑到量化的用户眼睛焦点或类似的光学像差——例如在经由静态光学层和/或元件渲染校正的/经调整的图像像素数据时引起的——而主动地调整虚拟图像平面的距离、或用户的视网膜平面上的感知图像，或在例如实施观看者自适应前置过滤算法或类似的方法(例如压缩光场优化)时主动地调整可以被考虑的图像处理参数，以便考虑到像素或子像素——特定的光通过该层可见——而至少部分地控制由用户的眼睛感知的图像。
114.因此，给定的设备可以适于补偿不同的视觉敏锐度水平，并且因此适应不同的用户和/或用途。例如，一个特定的设备可以被配置为实施和/或渲染交互式图形用户界面(gui)，该交互式图形用户界面包含动态视力矫正缩放函数，该动态视力矫正缩放函数响应于经由gui与其进行的指定的用户交互而实时地动态地调整一个或多个指定的视力矫正参数。例如，动态视力矫正缩放函数可以包括由(连续的或离散的)用户滑动运动或类似的操作控制的图形渲染缩放函数，由此gui可以被配置为捕捉用户的给定的滑动运动操作并且将该滑动运动操作转化为对随着用户的给定的滑动运动操作的程度可缩放的指定的视力矫正参数的对应的调整。在申请人的序列号为15/246,255的共同未决的美国专利申请中描述了这些和其他示例，所述美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
115.参考图1，并且根据一个实施方案，现在将描述数字显示设备，其使用数字100总体上表示。在此示例中，设备100总体上被描绘为智能电话等，尽管同样可以考虑包含图形显
示器的其他设备，诸如平板计算机、电子阅读器、手表、电视、gps设备、膝上型计算机、台式计算机监视器、电视、智能电视、手持视频游戏控制台和控制器、车辆仪表板和/或娱乐显示器等。
116.在所例示的实施方案中，设备100包括处理单元110、数字显示器120和内部存储器130。显示器120可以是lcd屏幕、监视器、等离子显示面板、led或oled屏幕，或由用于渲染像素化图像或其他类似媒体或信息的一组像素限定的任何其他类型的数字显示器。内部存储器130可以是任何形式的电子存储装置，包括磁盘驱动器、光盘驱动器、只读存储器、随机存取存储器或闪存，举几个例子。出于例示性目的，存储器130已经在其内存储视力矫正应用程序140，尽管可以实施各种方法和技术以提供用于由处理单元执行以在产生适合于产生适应用户的降低的视觉敏锐度的校正图像的校正像素数据时处理待被渲染的图像的像素数据的计算机可读代码和指令(例如存储的并且可执行的图像校正应用程序、工具、实用程序或引擎等)。电子设备100的其他部件可以可选地包括但不限于一个或多个后置和/或前置摄像机150、加速度计160和/或能够确定电子设备100的倾斜和/或定向的其他设备定位/定向设备等。
117.例如，电子设备100或相关环境(例如在台式机工作站(desktop workstation)、车辆控制台/仪表板、游戏或电子学习站、多媒体显示室等的背景中)可以包括另外的硬件、固件和/或软件部件和/或模块，以递送互补的和/或协作的特征、功能和/或服务。例如，在某个实施方案中，并且如下文将更详细描述的，瞳孔/眼睛追踪系统可以被整体地或协作地实施，以通过追踪用户的眼睛/瞳孔(例如两个或一个，例如优势，眼睛)的位置并且相应地调整光场校正来改善或增强校正图像渲染。例如，设备100可以包括集成在其内或与其接合的一个或多个眼睛/瞳孔追踪光源，诸如一个或多个红外(ir)或近红外(nir)光源，以适应在有限环境光条件下的操作、利用视网膜回复反射、调用角膜反射、和/或其他这样的考虑。例如，不同的ir/nir瞳孔追踪技术可以采用一个或多个(例如阵列化)定方向的或宽照明光源来在识别追踪瞳孔位置时刺激视网膜回复反射和/或角膜反射。其他技术可以采用基于环境或ir/nir光的机器视觉和面部识别技术来以其他方式定位和追踪用户的眼睛/瞳孔。为此，可以部署一个或多个对应的(例如，可见的、ir/nir)摄像机以捕捉眼睛/瞳孔追踪信号，所述眼睛/瞳孔追踪信号可以使用各种图像/传感器数据处理技术来处理，以映射用户的眼睛/瞳孔的3d位置。在诸如移动电话的移动设备的背景中，这样的眼睛/瞳孔追踪硬件/软件可以与设备成整体，例如，与集成部件诸如一个或多个前置摄像机、机载ir/nir光源等协同操作。在其他用户环境中，诸如在车辆环境中，眼睛/瞳孔追踪硬件可以进一步分布在环境(诸如仪表板、控制台、顶棚、挡风玻璃、反射镜或类似地安装的摄像机、光源等)中。
118.参考图2a和图2b，电子设备100，诸如图1中所例示的电子设备，被进一步示出为包括光场整形层(lfsl)200，该光场整形层覆在该电子设备的显示器120的顶上面，并且经由透明垫片310或熟练技术人员可以容易明了的其他这样的装置与其隔开。可选的透明屏幕保护器320也被包括在层200的顶上。
119.为了例示，将在至少部分地通过小透镜阵列限定的光场整形层的背景中描述下面的实施方案，所述小透镜阵列包括微透镜(在本文中也可交换地称为小透镜)阵列，所述微透镜各自被布置在距下面的数字显示器中的图像渲染像素的对应的子集一距离处。将理解，虽然光场整形层可以被制造和布置作为数字屏幕覆盖物，但是其他集成概念也可以被
考虑，例如，在光场整形元件被整体地形成或制造在数字屏幕的整体部件诸如有纹理的或有掩模的玻璃板、束整形光源(例如方向性光源和/或背光照亮的集成光学栅格阵列)或类似部件内的情况下。
120.因此，每个小透镜将预测性地对从这些像素子集发出的光进行整形，以至少部分地控制由显示设备投射朝向用户的光线。如上文所述，在不脱离本公开内容的一般范围和性质的情况下，在本文中还可以考虑其他光场整形层，由此光场整形将被本领域普通技术人员理解为参考度量，通过所述参考度量，原本将从每个像素组无差别地(即各向同性地)发出的光被有意地控制以限定可以通过整形层在用户和设备的像素之间追踪的可预测光线。
121.为了更清楚，光场通常被定义为矢量函数，该矢量函数描述在每一个方向上流动通过空间中的每一个点的光的量。换句话说，产生或反射光的任何事物都具有关联的光场。本文所描述的实施方案从一个对象产生光场，所述光场不是人们将期望从该对象观察到的“自然”矢量函数。这使它有能力模仿物理上不存在的对象的“自然”光场，诸如位于光场显示器后面很远的虚拟显示器，其现在将被称为“虚拟图像”。如在下文的示例中所述，在一些实施方案中，光场渲染可以被调整以在设置在距输入用户瞳孔位置一指定距离处的虚拟图像平面上有效地生成虚拟图像，例如，以便在适应用户的降低的视觉敏锐度(例如最小或最大观看距离)时有效地相对于显示设备向后推动或向前移动感知图像。在又一些其他实施方案中，考虑到视觉像差，光场渲染可以代替地或替代地设法将输入图像映射在用户的视网膜平面上，以便自适应地调整输入图像在显示设备上的渲染以产生映射的效果。即，在未经调整的输入图像原本将通常在视网膜平面前面或后面聚焦(和/或遭受其他光学像差)的情况下，此方法允许将预期图像映射在视网膜平面上，并且从此工作以相应地解决指定的光学像差。使用此方法，该设备可以进一步在计算上解释和计算趋向于无穷的虚拟图像距离，例如，对于远视眼的极端情况。如将通过下文的描述所理解的，此方法还可以更容易地允许对使用虚拟图像和图像平面实施方式可能不容易建模的其他视觉像差的适应性。在这两个示例和类似的实施方案中，输入图像被数字地映射到经调整的图像平面(例如虚拟图像平面或视网膜平面)，所述经调整的图像平面被指定以为用户提供至少部分地解决指定的视觉像差的指定的图像感知调整。自然地，虽然使用这些方法可以解决视觉像差，但是使用类似的技术也可以实施其他视觉效果。
122.在一个示例中，为了将此技术应用于视力矫正，首先考虑眼睛中晶状体的正常能力，如图3a中所示意性地例示的，其中，对于正常视力，图像在眼睛的右侧(c)，并且通过晶状体(b)投射到在眼睛后面的视网膜(a)。如图3b中所比较地示出的，远视眼中的不良晶状体形状以及不适应的能力(f)导致图像越过视网膜聚焦(d)、在视网膜(e)上形成模糊的图像。虚线勾勒出光束(g)的路径。自然地，其他呈现在眼睛中的光学像差将对视网膜上的图像形成具有不同的影响。为了解决这些像差，根据一些实施方案，对于具有原本不能够足够地适应以产生清晰图像的晶状体的眼睛，光场显示器(k)将正确的清晰图像(h)投射在视网膜上。另外两个光场像素(i)和(j)被以浅色绘制，但是原本将填满图像的其余部分。
123.如熟练技术人员将理解的，如在图3c中看见的光场不能够用
‘
平常的’二维显示器产生，因为像素的光场各向同性地发射光。相反，有必要对发射的光的角度和原点实施严格控制，例如，使用微透镜阵列或诸如视差屏障的其他光场整形层、或其组合。
124.下面是微透镜阵列的示例，图4示意性地例示了由凸面微透镜(b)限定的单个光场像素，所述凸面微透镜被布置在与lcd显示器(c)中的对应的像素子集相距其焦距处，以产生由这些像素发射的大体上准直光束，由此该束的方向由像素相对于微透镜的位置控制。单个光场像素产生与图3c中所示出的束类似的束，在图3中外部光线较浅，并且大多数内部光线较深。lcd显示器(c)发射光，该光到达微透镜(b)，并且它产生大体上准直光束(a)。
125.因此，在可预测地将特定的微透镜阵列与像素阵列对准时，指定的像素“圆”将与每个微透镜对应，并且负责透过该透镜将光递送到瞳孔。图5示意性地例示了光场显示器组件的一示例，其中微透镜阵列(a)位于蜂窝电话上的lcd显示器(c)上方，以使像素(b)通过微透镜阵列发射光。光线追踪算法因此可以被用来产生待被显示在微透镜下方的像素阵列上的图案，以创建将有效地矫正观看者的降低的视觉敏锐度的期望的虚拟图像。图6提供了用于字母“z”的这样的图案的一示例。下文讨论这样的光线追踪算法的示例。
126.如下文将进一步详述的，微透镜阵列和像素阵列之间的间隔以及透镜的间距可以根据各种操作特性来选择，所述特性是诸如显示器的正常或平均操作距离、和/或正常或平均操作环境光级(light level)。
127.此外，由于产生角分辨率足以在显示器的全观看
‘
区’上进行调节校正的光场将通常需要极高的像素密度，相反，在一些实施方案中，只能够在用户的瞳孔的位置处或周围产生正确的光场。为此，光场显示器可以与瞳孔追踪技术配对，以追踪用户的眼睛/瞳孔相对于显示器的位置。然后，显示器可以补偿用户的眼睛位置，并且产生正确的虚拟图像，例如，实时地。
128.在一些实施方案中，光场显示器可以在智能电话中的硬件上以超过30帧每秒渲染动态图像。
129.在一些实施方案中，光场显示器可以在光学无穷处显示虚拟图像，意味着可以对任何水平的基于调节的远视眼(例如一阶)进行矫正。
130.在一些另外的实施方案中，光场显示器可以向后或向前推动图像，从而允许对远视眼(远视)和近视眼(近视)进行选择性图像校正。
131.为了演示工作光场解决方案，并且根据一个实施方案，设置了下面的测试。摄像机配备有简单的镜头，以模拟人类眼睛中的晶状体，并且孔径被设置以模拟正常的瞳孔直径。镜头被聚焦到50cm远，并且电话被安装在25cm远。这将近似于最小看见距离为50cm并且正试图在25cm处使用电话的用户。
132.对于阅读眼镜， 2.0屈光度将是视力矫正所必需的。缩放的斯内伦图表被显示在蜂窝电话上，并且拍摄一张照片，如图7a中所示出的。使用相同的蜂窝电话，但是前面具有使用该蜂窝电话的像素阵列的光场组件，显示补偿镜头焦点的虚拟图像。再次拍摄一张照片，如图7b中所示出的，示出了明显的改善。
133.图9a和图9b提供了使用一示例性实施方案取得的结果的另一示例，其中在没有图像校正的情况下(图9a)和在有通过相对于屏幕的正方形像素阵列以2度角度设置并且由具有7.0mm焦距和200μm间距的微透镜限定的正方形熔融石英微透镜阵列进行的图像校正的情况下，在sony
tm
xperia
tm
xz premium电话的lcd显示器(报告的屏幕分辨率为3840x2160像素，具有16:9的比率和大约807像素每英寸(ppi)的密度)上显示彩色图像。在此示例中，摄像机镜头再次被聚焦在50cm处，电话被定位30cm远。另一微透镜阵列被用来产生类似的结
果，并且由具有10.0mm焦距和150μm间距的微透镜组成。
134.图10a和图10b提供了使用一示例性实施方案取得的结果或又另一示例，其中在没有图像校正的情况下(图10a)和在有通过相对于屏幕的正方形像素阵列以2度角度设置并且由具有10.0mm焦距和150μm间距的微透镜限定的正方形熔融石英微透镜阵列进行的图像校正的情况下，在sony
tm
xperia
tm
xz premium电话的lcd显示器上显示彩色图像。在此示例中，摄像机镜头被聚焦在66cm处，电话被定位40cm远。
135.因此，如上文所描述并且下文进一步例示的显示设备可以被配置为经由适应于用户的视觉敏锐度的光场整形层来渲染校正图像。通过根据用户的实际预定义的、设置的或选择的视觉敏锐度水平来调整图像校正，可以使用相同的设备配置来适应不同的用户和视觉敏锐度。换言之，在一个示例中，通过调整矫正图像像素数据以动态地调整如经由光场整形层所渲染的显示器下方/上方的虚拟图像距离，可以适应不同的视觉敏锐度水平。
136.如熟练技术人员将理解的，可以考虑不同的图像处理技术，诸如上文介绍的并且由pamplona和/或huang教导的图像处理技术，例如，其还可以影响其他光场参数以实现适当的图像校正、虚拟图像分辨率、亮度等。
137.参考图8，并且根据一个实施方案，现在将根据另一实施方案描述微透镜阵列配置，以在一个矫正光场实施方式中提供光场整形元件。在此实施方案中，微透镜阵列800由微透镜802的六边形阵列限定，微透镜802被布置成覆在对应的正方形像素阵列804上面。这样做时，虽然每个微透镜802可以与一个指定的像素子集对准以产生如上文所描述的光场像素，但是六边形-到-正方形阵列的不匹配可以减轻某些周期光学伪像，否则考虑到光学元件的周期性质和产生期望的光学图像校正所依赖的原理，所述光学伪像可能被显现。相反地，当操作包括六边形像素阵列的数字显示器时，正方形微透镜阵列可以是有利的。
138.在一些实施方案中，如图8中所例示的，微透镜阵列800可以另外地或替代地相对于下面的像素阵列以角度806覆在上面，这可以另外地或替代地减轻周期光学伪像。
139.在又一些另外的或替代的实施方案中，微透镜阵列和像素阵列之间的间距比率可以被有意地选择，以另外地或替代地减轻周期光学伪像。例如，完全匹配的间距比率(即每个微透镜的显示像素的精确整数)最有可能引起周期光学伪像，而间距比率不匹配可以帮助减少这样的情况发生。因此，在一些实施方案中，间距比率将被选择以限定无理数或至少不规则比率，以便使周期光学伪像最小化。例如，结构周期性可以被限定，以便减少目前的显示器屏幕的尺寸内的周期发生的数目，例如，理想地被选择以便定义大于使用的显示器屏幕的尺寸的结构周期。
140.虽然在微透镜阵列的背景中提供了此示例，但是可以在视差屏障、衍射屏障或其组合的背景中应用类似的结构设计考虑。
141.参考图11至图13，并且根据一个实施方案，现在将描述一种用于经由适应用户的降低的视觉敏锐度的光场整形元件阵列渲染经调整的图像的示例性在计算上实施的光线追踪方法，所述光场整形元件在此示例中由相对于一组下面的显示像素布置的光场整形层(lfsl)提供。在此示例中，出于例示性目的，在不考虑不同的图像部分的情况下实施单个图像(即整个图像)的调整。下文的另一些示例将具体地解决下面的用于自适应地调整不同的图像部分的示例的修改。
142.在此示例性实施方案中，可以预先确定一组常数参数1102。它们可以包括例如在
用户的观看会话期间预期不显著改变的任何数据，例如，所述数据通常基于待要实施该方法的显示器的物理特性和功能特性，如下文将解释的。类似地，渲染算法的每一次迭代可以使用一组输入变量1104，预期所述一组输入变量在每个渲染迭代时改变或至少在每个用户的观看会话之间改变。
143.如图12中所例示的，常数参数1102的列表可以包括但不限于显示器和lfsl之间的距离1204、显示器和lfsl参考系之间的平面内旋转角度1206、显示器分辨率1208、每个个体像素的尺寸1210、光学lfsl几何结构1212、lfsl内的每个光学元件的尺寸1214以及可选地显示器的子像素布局1216。此外，显示器分辨率1208和每个个体像素的尺寸1210二者可以被用来预先确定以实际单位为单位(即以mm为单位)的显示器的绝对尺寸和显示器内每个像素的三维位置二者。在子像素布局1216可用的一些实施方案中，显示器内每个子像素的位置也可以被预先确定。这些三维定位/位置通常是使用位于显示器的平面内某个地方的一个给定的参考系计算的，所述某个地方是例如显示器的角落或中间，尽管可以选择其他参考点。关于光学层几何结构1212，可以考虑不同的几何结构，例如六边形几何结构，诸如图8中所示出的六边形几何结构。最后，通过将距离1204、旋转角度1206和几何结构1212与光学元件尺寸1214组合，可以类似地预先确定每个光学元件中心相对于显示器的相同参考系的三维定位/位置。
144.图13同时例示性地列出了用于方法1100的示例性的一组输入变量1104，所述一组输入变量可以包括可以在用户的单个观看会话期间适度地改变的馈送到方法1100内的任何输入数据，并且因此可以包括但不限于：待被显示的图像1306(例如像素数据，诸如开/关、颜色、亮度等)、三维瞳孔位置1308(例如在实施主动眼睛/瞳孔追踪方法的实施方案中)和/或瞳孔尺寸1312和最小阅读距离1310(例如代表用户的降低的视觉敏锐度或状况的一个或多个参数)。在一些实施方案中，也可以使用眼睛深度1314。图像数据1306例如可以代表待用数字像素显示器显示的一个或多个数字图像。此图像通常可以被编码为本领域已知的用来存储数字图像的任何数据格式。在一些实施方案中，待被显示的图像1306可以以给定的帧速率改变。
145.在一个实施方案中，瞳孔位置1308是至少一个用户的瞳孔的中心相对于一个给定的参考系的三维坐标，例如设备或显示器上的点。此瞳孔位置1308可以从本领域已知的任何眼睛/瞳孔追踪方法得到。在一些实施方案中，可以在渲染算法的任何新的迭代之前，或在其他情况下，以较低的帧速率确定瞳孔位置1308。在一些实施方案中，仅单个用户的眼睛的瞳孔位置可以被确定，例如用户的优势眼睛(即用户主要依赖的眼睛)。在一些实施方案中，可以基于其他背景参数或环境参数，诸如到屏幕的平均或预设用户距离(例如对于一个给定的用户或给定的一组用户而言典型的阅读距离；在车辆环境中存储的、设置的或可调整的驾驶员距离；等)，另外地或附加地相当地近似或调整此位置，并且特别是到屏幕的瞳孔距离。
146.在所例示的实施方案中，最小阅读距离1310被定义为用户的眼睛可以能够适应(即能够在没有不适的情况下观看)的用于阅读的最小焦点距离。在一些实施方案中，可以输入与不同的用户关联的最小阅读距离1310的不同的值，例如，也可以根据目前的应用和正被解决的视力矫正考虑其他自适应视力矫正参数。在一些实施方案中，最小阅读距离1310可以从眼睛处方(prescription)(例如眼镜处方或接触处方)或类似物得到。例如，它
可以对应于与未矫正的用户的眼睛对应的近点距离，该近点距离可以是根据规定的矫正镜片能力计算的，假设目标近点位于25cm处。
147.附加地参考图14a至图14c，一旦参数1102和变量1104已经被设置，图11的方法然后继续进行步骤1106，其中最小阅读距离1310(和/或相关参数)被用来计算虚拟(经调整的)图像平面1405相对于设备的显示器的位置，接着是步骤1108，其中图像1306的尺寸在图像平面1405内被缩放以确保当远距离用户观看时其正确地填充像素显示器1401。这被例示在图14a中，图14a示出了用户的瞳孔1415、光场整形层1403、像素显示器1401和虚拟图像平面1405的相对定位的图。在此示例中，在图像平面1405中图像1306的尺寸被增大以避免使用户感知的图像看起来小于显示器的尺寸。
148.在图11的步骤1110到1128中描述了一种示例性光线追踪方法，在其结束时，像素显示器1401的每个像素的输出颜色是已知的，以便虚拟地再现从定位在虚拟图像平面1405处的图像1306发出的光场。在图11中，在像素显示器1401中的每个像素上在一个循环中例示了这些步骤，以使得步骤1110到1126中的每个描述针对每个个体像素所做的计算。然而，在一些实施方案中，不需要顺序地执行这些计算，而是可以同时针对每个像素或一个像素子集并行地执行步骤1110到1128。实际上，如下文将讨论的，此示例性方法很好地适合在诸如gpu的高度并行处理架构上的矢量化和实施。
149.如图14a中所例示的，在步骤1110中，对于像素显示器1401中的给定的像素1409，首先从像素的位置到瞳孔1415的中心位置1417生成试验矢量1413。这随后是在步骤1112中计算矢量1413与lfsl1403的交叉点1411。
150.然后，该方法在步骤1114中找到最接近交叉点1411的lfsl光学元件的中心1416的坐标。此步骤可以是计算密集的，并且下文将对其进行更深入地讨论。一旦光学元件的中心1416的位置是已知的，在步骤1116中，通过绘制从中心位置1416到像素1409绘制的矢量1423并且对该矢量进行归一化来生成归一化的单位光线矢量。此单位光线矢量大致近似于从像素1409通过此特定的光场元件发出的光场的方向，例如，当考虑视差屏障孔径或小透镜阵列时(即在行进通过给定的小透镜的中心的光路未被此小透镜偏离的情况下)。当解决更复杂的光整形元件时，可能需要进一步的计算，如熟练技术人员将理解的。此光线矢量的方向将被用来寻找图像1306的部分，并且因此寻找由像素1409表示的关联的颜色。但是首先，在步骤1118中，将此光线矢量向后投射到瞳孔1415的平面，并且然后在步骤1120中，该方法验证投射的光线矢量1425仍然在瞳孔1415内(即用户仍然可以“看见”它)。一旦投射的光线矢量1425与瞳孔平面的交叉位置(例如图14b中的位置1431)是已知的，就可以计算瞳孔中心1417与交叉点1431之间的距离以确定偏离是否是可接受的，例如通过使用预先确定的瞳孔尺寸并且验证投射的光线矢量距离瞳孔中心有多远。
151.如果此偏离被认为太大(即从像素1409发出的、通过光学元件1416引导的光不被瞳孔1415感知)，则在步骤1122中，该方法将像素1409标记为不必要的，并且以被简单地关闭或渲染为黑色。否则，如图14c中所示出的，在步骤1124中，光线矢量被再一次投射朝向虚拟图像平面1405，以在图像1306上找到交叉点1423的位置。然后，在步骤1126中，像素1409被标记为具有与图像1306在交叉点1423处的部分关联的颜色值。
152.在一些实施方案中，方法1100被修改为使得在步骤1120处，代替在光线矢量到达瞳孔或不到达瞳孔之间具有二元选择，使用一个或多个平滑插值函数(即线性插值、赫米特
(hermite)插值或类似物)来通过输出在1或0之间的对应的连续值来量化交叉点1431到瞳孔中心1417有多远或有多近。例如，分配的值等于1大体上接近瞳孔中心1417，并且随着交叉点1431大体上接近瞳孔边缘或超过而逐渐改变为0。在此情况下，忽略包含步骤1122的分支，并且步骤1220继续到步骤1124。在步骤1126处，分配给像素1409的像素颜色值被选择为在交叉点1423处的图像1306的部分的全色值或黑色之间的某处，这取决于在步骤1120处使用的插值函数的值(1或0)。
153.在又一些其他实施方案中，找到的照亮瞳孔周围的指定区域的像素仍然可以被渲染，例如，以产生缓冲区以适应瞳孔位置中的小移动，例如，或再次，以解决潜在的不准确、不对准或以产生更好的用户体验。
154.在一些实施方案中，可以完全避免步骤1118、1120和1122，该方法代替地直接从步骤1116转到步骤1124。在这样的示例性实施方案中，不检查光线矢量是否到达瞳孔，而是代替地该方法假设它总是到达瞳孔。
155.一旦已经确定所有像素的输出颜色，它们最终在步骤1130中由像素显示器1401渲染以供用户观看，因此呈现光场校正图像。在单个静态图像的情况下，该方法可以停止于此。然而，可以输入新的输入变量并且可以以任何期望的频率刷新图像，例如因为用户的瞳孔根据时间移动和/或因为以给定的帧速率显示一系列图像而不是单个图像。
156.参考图19和图20a到图20d，并且根据一个实施方案，现在将描述另一种用于例如经由适应用户的降低的视觉敏锐度的光场整形层(lfsl)渲染经调整的图像的示例性在计算上实施的光线追踪方法。再次，出于例示性目的，在此示例中，在不考虑不同的图像部分的情况下实施单个图像(即整个图像)的调整。下文的另一些示例将具体地解决下面的用于自适应地调整不同的图像部分的示例的修改。
157.在此实施方案中，与给定的像素/子像素关联的经调整的图像部分被计算(映射)在视网膜平面上而不是在上文的示例中考虑的虚拟图像平面上，再次以为用户提供指定的图像感知调整。因此，当前讨论的示例性实施方案与图11的方法共享一些步骤。实际上，也可以预先确定一组常数参数1102。它们可以包括例如在用户的观看会话期间预期不显著改变的任何数据，例如，所述数据通常基于待要实施该方法的显示器的物理特性和功能特性的数据，如下文将解释的。类似地，渲染算法的每一次迭代可以使用一组输入变量1104，预期所述一组输入变量在每个渲染迭代时改变或至少在每个用户观看会话之间改变。可能的变量和常数的列表与图12和图13中公开的列表大体上相同，并且因此将不在此对其重复。
158.一旦已经设置了参数1102和变量1104，此第二示例性光线追踪方法从步骤1910进行到1936，在其结束时，像素显示器的每个像素的输出颜色是已知的，以便虚拟地再现从被感知为定位在正确的或经调整的图像距离处的图像发出的光场，在一个示例中，因此以便允许用户恰当地聚焦在此经调整的图像上(即使聚焦图像投射在用户的视网膜上)，尽管有量化的视觉像差。在图19中，在像素显示器1401中的每个像素上在一个循环中例示了这些步骤，以使得步骤1910到1934中的每个描述对每个个体像素所做的计算。然而，在一些实施方案中，不需要顺序地执行这些计算，而是可以同时针对每个像素或像素子集并行地执行步骤1910到1934。实际上，如下文将讨论的，此第二示例性方法也很好地适合在诸如gpu的高度并行处理架构上的矢量化和实施。
159.再一次参考图14a，在步骤1910中(如在步骤1110中)，对于像素显示器1401中的给
定的像素，首先从像素的位置到用户的瞳孔1415的瞳孔中心1417生成试验矢量1413。这随后是在步骤1912中计算矢量1413与光学层1403的交叉点。
160.从此处，在步骤1914中，确定最接近交叉点1411的光学元件中心1416的坐标。此步骤可以是计算密集的，并且下文将对其进行更深入地讨论。如图14b中所示出的，一旦光学元件中心1416的位置是已知的，在步骤1916中，通过绘制从光学元件中心1416到像素1409绘制的矢量1423并且对该矢量进行归一化来生成归一化的单位光线矢量。此单位光线矢量大致近似于从像素1409通过此特定的光场元件发出的光场的方向，例如，当考虑视差屏障孔径或小透镜阵列时(即在行进通过给定的小透镜的中心的光路未被此小透镜偏离的情况下)。当解决更复杂的光整形元件时，可能需要进一步的计算，如熟练技术人员将理解的。在步骤1918中，此光线矢量被向后投射到瞳孔1415，并且然后在步骤1920中，该方法确保投射的光线矢量1425仍然在瞳孔1415内(即用户仍然可以“看见”它)。一旦投射的光线矢量1425与瞳孔平面的交叉位置(例如图14b中的位置1431)是已知的，则可以计算瞳孔中心1417与交叉点1431之间的距离以确定偏离是否是可接受的，例如通过使用预先确定的瞳孔尺寸并且验证投射的光线矢量距离瞳孔中心有多远。
161.现在参考图20a到图20d，将描述方法1900的步骤1921到1929。一旦已经确定了相关光学单元的光学元件中心1416，在步骤1921处，从光学元件中心1416到瞳孔中心1417绘制矢量2004。然后，在步骤1923中，将矢量2004在瞳孔平面后面进一步投射到眼睛焦平面2006(源于光学层1403的任何光线将被眼睛聚焦的位置)上以定位焦点2008。对于具有完美视力的用户，焦平面2006将位于与视网膜平面2010相同的位置，但是在此示例中，焦平面2006位于视网膜平面2010后面，这对于具有某种形式的远视的用户将是预期的。焦平面2006的位置可以从用户的最小阅读距离1310得到，例如，通过从其得到用户的眼睛的焦距。其他手动输入或在计算上或动态地可调整的手段可以另外地或替代地被考虑以量化此参数。
162.熟练技术人员将注意到，源于光学元件中心1416的任何光线，无论其定向如何，也将被聚焦到焦点2008上、到第一近似。因此，可以通过在光线矢量1425到达瞳孔1415的交叉点1431和焦平面2006上的焦点2008之间绘制直线来近似估计视网膜平面2010上的在交叉点1431处进入瞳孔的光将会聚到的位置2012。因此，此线与视网膜平面2010的交叉(视网膜图像点2012)是与将由用户感知的对应的像素1409再现的图像部分对应的用户的视网膜上的位置。因此，通过比较视网膜点2012的相对位置与投射图像在视网膜平面2010上的整体位置，可以计算与像素1409关联的相关经调整的图像部分。
163.为此，在步骤1927处，计算视网膜平面2010上的对应的投射图像中心位置。生成源于显示器1401的中心位置(显示器中心位置2018)并且传递通过瞳孔中心1417的矢量2016。矢量2016超过瞳孔平面被投射到视网膜平面2010上，其中关联的交叉点给出对应的视网膜图像中心2020在视网膜平面2010上的位置。熟练技术人员将理解，一旦在输入变量步骤1904中已知相对瞳孔中心位置1417，就可以在步骤1929之前的任何时刻执行步骤1927。一旦图像中心2020是已知的，就可以在步骤1929处通过计算视网膜图像点2012相对于视网膜上的视网膜图像中心2020的x/y坐标——被缩放到x/y视网膜图像尺寸2031——来找到所选择的像素/子像素的对应图像部分。
164.此视网膜图像尺寸2031可以通过计算在视网膜平面2010上个体像素的放大率来
计算，例如，该放大率可以近似等于个体像素的x或y尺寸乘以眼睛深度1314并且除以到眼睛的距离的绝对值(即来自眼睛晶状体的像素图像尺寸的放大率)。类似地，出于比较目的，输入图像也通过图像x/y尺寸缩放以产生对应的经缩放的输入图像2064。经缩放的输入图像和经缩放的视网膜图像二者都应具有在-0.5到0.5个单位之间的宽度和高度，实现在经缩放的视网膜图像2010上的点和对应的经缩放的输入图像2064之间的直接比较，如图20d中所示出的。
165.从此处，在缩放坐标(经缩放的输入图像2064)中相对于视网膜图像中心位置2043的图像部分位置2041对应于视网膜图像点2012相对于视网膜图像中心2020的反转(因为视网膜上的图像被反转)缩放坐标。与图像部分位置2041关联的颜色是从其提取的并且与像素1409关联。
166.在一些实施方案中，方法1900可以被修改为使得在步骤1920处，代替在光线矢量到达瞳孔或不到达瞳孔之间具有二元选择，使用一个或多个平滑插值函数(即线性插值、赫米特插值或类似物)来通过输出在1或0之间的对应的连续值来量化交叉点1431到瞳孔中心1417有多远或有多近。例如，分配的值等于1大体上接近瞳孔中心1417，并且随着交叉点1431大体上接近瞳孔边缘或超过瞳孔边缘而逐渐改变为0。在此情况下，忽略包含步骤1122的分支，并且步骤1920继续到步骤1124。在步骤1931处，分配给像素1409的像素颜色值被选择为在交叉点1423处的图像1306的部分的全色值或黑色之间的某处，这取决于在步骤1920处使用的插值函数的值(1或0)。
167.在又一些其他实施方案中，找到的照亮瞳孔周围的指定区域的像素仍然可以被渲染，例如，以产生缓冲区以适应瞳孔位置中的小移动，例如，或再次，以解决潜在的不准确或不对准。
168.一旦已经确定了显示器中的所有像素的输出颜色(在步骤1934处的检查为真)，它们最终在步骤1936中由像素显示器1401渲染以供用户观看，因此呈现出光场校正图像。在单个静态图像的情况下，该方法可以停止于此。然而，可以输入新的输入变量并且可以以任何期望的频率刷新图像，例如因为用户的瞳孔根据时间移动和/或因为以给定的帧速率显示一系列图像而不是单个图像。
169.如熟练技术人员将理解的，对要在其上映射输入图像以调整此输入图像的用户感知的经调整的图像平面的选择允许解决类似的挑战的不同光线追踪方法，换言之使用可以提供经调整的用户感知的光场显示器创建经调整的图像的不同光线追踪方法，诸如解决用户的降低的视觉敏锐度。虽然将输入图像映射到设置在指定的最小(或最大)舒适观看距离处的虚拟图像平面可以提供一种解决方案，但是替代解决方案可以允许适应不同的或可能更极端的视觉像差。例如，在虚拟图像被理想地推动到无穷(或实际上如此)的情况下，对无穷距离的计算变成问题。然而，通过将经调整的图像平面指定为视网膜平面，图19的例示性过程可以适应实际上设置在无穷处的虚拟图像的形成，而不引起这样的计算挑战。同样，虽然参考图19例示性地描述了一阶像差，但是在本上下文中可以考虑高阶或其他光学异常，由此在解释用户的光学像差的同时标出(map out)和追踪期望的视网膜图像，以便计算在产生该图像时将被渲染的经调整的像素数据。这些和其他这样的考虑对于熟练技术人员来说应是容易明了的。
170.虽然上文所描述的光线追踪算法(图11的步骤1110到1128或图19的步骤1920到
1934)中涉及的计算可以在一般cpu上完成，但是使用高度并行编程方案来加速这样的计算可以是有利的。虽然在一些实施方案中，诸如消息传递接口(message passing interface,mpi)或openmp的标准并行编程库可以被用来经由通用cpu加速光场渲染，但是上文所描述的光场计算特别地被定制以利用为大规模并行计算专门定制的图形处理单元(gpu)。实际上，现代gpu芯片以非常大量的处理核以及通常针对图形进行优化的指令集为特征。在典型用途中，每个核专用于一个图像内的像素值的一个小邻域(neighborhood)，例如，以执行应用视觉效果(诸如着色(shading)、模糊(fog)、仿射变换等。gpu通常也被优化以加速这样的处理核和关联的存储器(诸如rgb帧缓冲器)之间的图像数据交换。此外，智能电话正越来越多地配备有强大的gpu，以加速例如用于游戏、视频和其他图像密集应用程序的复杂屏幕显示器的渲染。为了在gpu上编程而定制的几种编程框架和语言包括但不限于cuda、opencl、opengl着色器语言(glsl)、高级着色器语言(hlsl)或类似物。然而，高效地使用gpu可能是有挑战性的，并且因此需要创造性步骤来利用它们的能力，如下文将讨论的。
171.参考图15至图18c并且根据一个示例性实施方案，现在将描述用于在图11(或图19)的光线追踪过程中计算关联的光场整形元件的中心位置的示例性过程。一系列步骤被特别定制，以避免代码分叉，以便当在gpu上运行时越来越高效(即以避免所谓的“扭曲发散”)。实际上，对于gpu，因为所有处理器必须执行相同的指令，所以发散的分支可以导致性能降低。
172.参考图15，并且根据一个实施方案，图11的步骤1114被扩展为包括步骤1515到1525。关于图19的步骤1914可以容易地进行类似的讨论，并且因此在本文中不需要明确地详述该讨论。该方法从步骤1112接收试验矢量1413与光学层1403的交叉点1411(被例示在图14a中)的2d坐标。如关于图8的示例性实施方案所讨论的，在光学层(例如，图8中的微透镜802的六边形阵列)的参考系和对应的像素显示器(例如，图8中的正方形像素阵列804)的参考系之间可能存在定向上的差异。这就是为什么，在步骤1515中，这些输入交叉坐标——所述输入交叉坐标是最初从显示器的参考系计算的——可以首先被旋转以从光场整形层的参考系被表达并且可选地被归一化以使得每个个体光整形元件具有1个单位的宽度和高度。下面的描述将同样适用于具有像图8的示例性实施方案一样的六边形几何结构的任何光场整形层。然而，注意，本文所描述的方法步骤1515到1525可以同样应用于共享相同几何结构(即不仅共享微透镜阵列，而且还共享针孔阵列等)的任何种类的光场整形层。同样，虽然下面的示例特定于可由正六边形拼贴的六边形拼贴阵列限定的lfsl元件的示例性六边形阵列，但是其他几何结构也可以受益于本文所描述和例示的实施方案的一些或全部特征和/或优点。例如，可以考虑不同的六边形lfsl元件阵列，诸如拉伸的/拉长的、歪斜的和/或旋转的阵列，也可以考虑lfsl阵列的邻近的行和/或列至少部分地“重叠”或相互嵌套的其他嵌套阵列几何结构。例如，如下文将进一步描述的，六边形阵列和类似的嵌套阵列几何结构通常将提供覆在上面的矩形/正方形阵列或网格的相称地定尺寸的矩形/正方形拼贴，以自然地包围如由两个或更多个邻近的下面的嵌套阵列拼贴限定的不同区域，这可以被用来在下文提供的示例中获益。在又一些其他实施方案中，本文所讨论的过程可以应用于矩形和/或正方形lfsl元件阵列。在不脱离本公开内容的一般范围和性质的情况下，也可以考虑其他lfsl元件阵列几何结构，如熟练技术人员在阅读下面的示例时将理解的。
173.对于六边形几何结构，如图16a和图16b中所例示的，光场整形层1403的六角对称
可以通过绘制六边形拼贴阵列1601来表示，每个拼贴被定中心在其各自的光场整形元件上，以使得六边形拼贴元件的中心与其关联的光场整形元件的中心位置差不多完全一样。因此，最初的问题被转化为稍微类似的问题，由此现在需要寻找最接近交叉点1411的关联的六边形拼贴1609的中心位置1615，如图16b中所示出的。
174.为了解决此问题，六边形拼贴阵列1601可以被叠加在第二交错矩形拼贴阵列1705上或由该第二交错矩形拼贴阵列叠加，以这样的方式来在每个矩形内形成“倒置房子”图，如图17a中清楚地例示的，即对于每个矩形拼贴限定三个线性隔离的拼贴区域，一个区域主要与主要的下面的六边形拼贴关联，并且另外两个相对的三角形区域与邻近的下面的六边形拼贴关联。在这样做时，嵌套的六边形拼贴几何结构被转化为矩形拼贴几何结构，该矩形拼贴几何结构具有在其内由下面的邻近布置的六边形拼贴的边缘限定的不同的线性隔离的拼贴区域。再次，虽然正六边形被用来表示一般嵌套的六边形lfsl元件阵列几何结构，但是其他嵌套拼贴几何结构可以被用来表示不同的嵌套元件几何结构。同样，虽然在此示例中示出了嵌套阵列，但是在一些示例中，在一些方面，也可以使用具有降低的复杂度的不同的交错或对准几何结构，如下文进一步描述的。
175.此外，虽然此具体示例包含线性限定的拼贴区域边界的定义，但是也可以考虑其他边界类型，只要它们适合于一个或多个条件语句的定义，如下文所例示的，所述一个或多个条件语句可以被用来输出对应的一组二进制或布尔值，这些二进制或布尔值明显地标识给定的点在这些区域中的一个区域或另一区域内的位置，例如，不调用或通过限制分支或循环决策逻辑/树/语句/等共有的处理需求。
176.下面以六边形为例，为了定位最接近交叉点1411的关联的六边形拼贴中心1615，在步骤1517中，该方法首先计算包含交叉点1411的关联的(归一化的)矩形拼贴元件1709的左下角1707的2d位置，如图17b中所示出的，其可以通过下面的两个等式计算，而不使用任何分支语句(在此在归一化坐标中，其中每个矩形具有一个单位的高度和宽度)：
[0177][0178][0179]
其中是在六边形和交错矩形拼贴阵列的公共参考系中交叉点1411的位置矢量，并且floor()函数返回小于或等于的xy坐标中的每个的最大整数。
[0180]
一旦包含交叉点1411的关联的矩形元件1814的由矢量1701表明的左下角1707的位置是已知的，就可以区分此矩形元件1814内的三个区域1804、1806和1807，如图18a到图18c中所示出的。每个区域与一个不同的六边形拼贴关联，如图18a中所示出的，即，每个区域由邻近的下面的六边形拼贴的线性边界划定，以限定一个主要与主要六边形拼贴关联的区域，以及由此主要拼贴的任一侧上的邻近的六边形拼贴限定的两个相对的三角形拼贴。如熟练技术人员将理解的，不同的六边形或嵌套拼贴几何结构将导致不同的矩形拼贴区域形状的划定，不同的边界轮廓(直线对曲线)将导致下文进一步限定的不同的边界值语句的定义。
[0181]
继续所例示的示例，在步骤1519中，再次重新缩放关联的矩形拼贴1814内的坐标，如图18b的轴上所示出的，以使得将交叉点在关联的矩形拼贴内的位置现在在重新缩放的
坐标中由矢量表示，其中其x和y坐标中的每个由以下等式给出：
[0182][0183][0184]
因此，在关联的矩形拼贴1814内的交叉点1411的位置的可能x和y值现在被包含在-1＜x＜1和0＜y＜3内。这将使下一个步骤更容易计算。
[0185]
为了在这些重新缩放坐标中高效地找到包含给定的交叉点的区域，使用以下事实：在矩形元件1814内，每个区域由对角线分离。例如，这被例示在图18b中，其中左下区域1804通过向下的对角线1855与中间的“倒置房子”区域1806和右下区域1808分离，该对角线1855在图18b的重新缩放坐标中遵循简单的等式y＝-x。因此，x＜-y的所有点都位于左下区域中。类似地，右下区域1808通过由等式y＜x所描述的对角线1857与其他两个区域分离。因此，在步骤1521中，通过使用这两个简单的条件语句来评估包含该交叉点的关联的区域。因此，所得到的一组两个布尔值将特定于交叉点所在的区域。例如，检查(casel＝x＜y，caser＝y＜x)将分别产生位于左下区域1804、右下区域1808和中间区域1806中的交叉点的值(casel＝true，caser＝false)、(casel＝false，caser＝true)和(casel＝false，caser＝false)。然后可以将这些布尔值转换为浮点值，其中通常在大多数编程语言中，真/假布尔值被转换为1.0/0.0浮点值。因此，对于上文所描述的区域中的每个，获得(1.0，0.0)、(0.0，1.0)或(0.0，0.0)的值的集合(casel，caser)。
[0186]
为了最终获得与标识区域关联的六边形中心的相对坐标，在步骤1523中，转换的布尔值的集合可以被用作单浮点矢量函数的输入，该单浮点矢量函数能够操作以将这些值的每个集合映射到关联的元件中心的xy坐标的集合。例如，在所描述的实施方案中并且如图18c中所示出的，使用矢量函数获得每个六边形中心的相对位置矢量：
[0187][0188]
因此，(1.0，0.0)、(0.0，1.0)或(0.0，0.0)的输入分别映射到位置(0.0，-1/3)、(o.5，2/3)和(1.0，-1/3)，所述位置在重新缩放的坐标中分别对应于图18c中所示出的示出的六边形中心1863、1865和1867。
[0189]
现在回到图15，我们可以继续进行最后的步骤1525，以将上文获得的相对坐标转化为相对于显示器或类似物的绝对3d坐标(即以mm为单位)。首先，将六边形拼贴中心的坐标和左下角的坐标相加以得到六边形拼贴中心在光学层的参考系中的位置。根据需要，该过程然后可以将值缩小回绝对单位(即mm)，并且将坐标旋转回相对于显示器的原始参考系，以获得光学层元件的中心相对于显示器的参考系的3d位置(以mm为单位)，该显示器的参考系然后被馈送到步骤1116内。
[0190]
熟练技术人员将注意到，也可以使用对上文所描述的方法的修改。例如，图17a中所示出的交错网格可以被平移更高1/3的值(以归一化单位为单位)，以使得在每个矩形内，分离每个区域的对角线代替地被定位在左上角和右上角上。上文所描述的相同的一般原则仍然适用于此情况，并且熟练技术人员将理解以这样的方式继续进行将需要对上文给出的等式的最小改变。此外，如上文所述，不同的lfsl元件几何结构可以导致不同的(归一化的)矩形拼贴区域的划定，并且因此导致对应的条件边界语句以及所得到的二进制/布尔区域
标识和中心定位坐标系/函数的形成。
[0191]
在又一些其他实施方案中，其中使用矩形和/或正方形微透镜阵列代替嵌套(六边形)阵列，可以使用略微不同的方法来标识关联的lfsl元件(微透镜)中心(步骤1114)。在本文中，微透镜阵列由矩形和/或正方形拼贴阵列表示。如先前所描述的，该方法通过步骤1515，其中x和y坐标相对于微透镜x和y尺寸被重新缩放(归一化)(从此以后赋予每个矩形和/或正方形拼贴1个单位的宽度和高度)。然而，在步骤1517处，在(交叉点1411的位置矢量)的每个x和y坐标上直接使用floor()函数来寻找与对应的正方形/矩形拼贴关联的左下角的坐标。从此，从左下角起拼贴中心的相对坐标被直接相加，以获得最终的缩放位置矢量：
[0192][0193]
一旦此矢量是已知的，该方法直接转到步骤1525，其中坐标被缩回到绝对单位(即mm)并且被旋转回到相对于显示器的原始参考系，以获得光学层元件的中心相对于显示器的参考系的3d位置(以mm为单位)，该显示器的参考系然后被馈送到步骤1116内。
[0194]
在一些实施方案中，上文所描述的光场渲染方法(从图11到图20d)也可以在子像素级别应用，以实现改善的光场图像分辨率。实际上，彩色子像素化显示器上的单个像素通常由几个颜色基元(color primary)组成，通常是三个有色元件——(在各种显示器上)被定序为蓝色、绿色和红色(bgr)或红色、绿色和蓝色(rgb)。一些显示器具有不止三个基元，诸如红色、绿色、蓝色和黄色(rgby)或红色、绿色、蓝色和白色(rgbw)，或甚至红色、绿色、蓝色、黄色和青色(rgbyc)的组合。子像素渲染通过使用子像素作为被发光强度(luminance)通道感知的近似相等亮度像素来操作。这允许子像素用作采样图像重建点，与使用组合的子像素作为“真实”像素的一部分相反。对于如上文所描述的光场渲染方法，这意味着给定的像素(例如，图14中的像素1401)的中心位置被其子像素元件中的每个的中心位置取代。因此，待被提取的颜色样本的数目乘以数字显示器中每个像素的子像素的数目。然后，这些方法可以遵循与上文所描述的相同的步骤，并且单独地(顺序地或并行地)提取每个子像素的关联的图像部分。
[0195]
在图21a中，示例性像素2115由三个rbg子像素组成(2130表示红色、2133表示绿色、2135表示蓝色)。其他实施方案可以偏离此颜色分割，而没有限制。当按像素渲染时，如图11或图19中所描述的，对与所述像素2115关联的图像部分2145进行采样以提取每个rgb颜色通道2157的发光强度值，然后所述发光强度值全都由该像素同时渲染。在子像素渲染的情况下，如图21b中所例示的，所述方法找到与蓝色子像素2135关联的图像部分2147。因此，在渲染时仅使用对应于目标子像素2135的rgb颜色通道2157的子像素通道强度值(在本文中蓝色子像素颜色值，其他两个值被丢弃)。在这样做时，例如通过在子像素的基础上调整经调整的图像像素颜色以及可选地丢弃或减少被认为不交叉或仅与用户的瞳孔边缘地交叉的子像素的影响，可以实现更高的经调整的图像分辨率。
[0196]
为了进一步例示利用子像素渲染的实施方案，参考图22a和图22b，(lcd)像素阵列2200被示意性地例示为由显示像素阵列2202组成，每个显示像素包括红色(r)子像素2204、绿色(g)子像素2206和蓝色(b)子像素2208。与上文所提供的示例一样，为了产生光场显示器，光场整形层，诸如微透镜阵列，将被对准以覆在这些像素上面，使得这些像素的一个对
应子集可以被用来可预测地产生在提供校正图像时将被计算和调整的各自的光场光线。为此，已知例如像素的位置(例如屏幕上的x，y坐标)、从像素发出的光到达用户的眼睛将行进通过的对应的光场元件的位置、以及该光场元件的光学特性，可以计算由每个像素最终产生的光场光线。基于这些计算，图像校正算法将计算哪些像素将变亮以及如何变亮，并且相应地输出子像素照明参数(例如r、g和b值)。如上文所述，为了减少计算载荷，仅那些产生将与用户的眼睛或瞳孔相互作用的光线的像素可以被考虑，例如，使用互补眼睛追踪引擎和硬件，尽管其他实施方案仍然可以处理所有像素以提供更大的缓冲区和/或更好的用户体验。
[0197]
在图22a中所示出的示例中，穿过受影响的像素2210、2212、2214和2216的表面的角边缘2209正在被渲染。使用标准像素渲染，每个受影响的像素被打开或关闭，这在某种程度上影响(dictate)角边缘2209的相对平滑度。
[0198]
在图22b中所示出的示例中，代替地子像素渲染是有利的，由此像素2210中的红色子像素、像素2214中的红色子像素和绿色子像素以及像素2216中的红色子像素被有意地设置为零(0)，以便以沿着该边缘的颜色真实性为代价来产生角边缘2209的更平滑的表示，考虑到应用这些修改的规模，人类眼睛将不可感知该颜色真实性。因此，图像校正可以受益于更大的子像素控制，同时递送更清晰的图像。
[0199]
为了在光场图像校正的背景中实施子像素渲染，在一些实施方案中，基于每个子像素的位置(屏幕上的x，y坐标)，必须针对每个子像素而不是针对作为一个整体的每个像素执行光线追踪计算。除了提供更大的渲染准确度和清晰度，子像素控制和光线追踪计算可以适应不同的子像素配置，例如，在调用子像素混合或重叠以增加高分辨率屏幕的感知分辨率的情况下和/或在不同的数字显示技术中提供或依赖非均匀子像素排列的情况下。
[0200]
然而，在一些实施方案中，为了避免或减少由对每个子像素的不同考虑给予的计算载荷增加，可以通过考虑从像素到像素的规则子像素分布，或在子像素共享和/或重叠的背景中，对于某些像素组、行、列等影响一些计算效率。参考图23，给定的像素2300，与图22a和图22b中所例示的像素非常像，被示出为包括水平分布的红色(r)子像素2304、绿色(g)子像素2306和蓝色(b)子像素2308。使用标准像素渲染和光线追踪，从此像素发出的光可以差不多被认为从位于像素2300的几何中心2310处的点发射。为了实施子像素渲染，可以通过特别寻址每个子像素的几何位置来以不同方式一式三份地计算光线追踪。然而，已知每个像素内的子像素的分布，可以通过维持像素居中的计算以及考虑到已知的几何子像素偏移应用适当的偏移来简化计算(即红色子像素2304的负水平偏移2314、绿色2306的零偏移和蓝色子像素2308的正水平偏移2318)。这样做时，光场图像校正仍然可以受益于子像素处理而不显著增加计算载荷。
[0201]
虽然此示例构想了线性(水平)子像素分布，但是在不脱离本公开内容的一般范围和性质的情况下，也可以考虑其他2d分布。例如，对于给定的数字显示器屏幕以及像素和子像素分布，可以确定不同的子像素映射以限定各自的像素子坐标系，当所述像素子坐标系被应用于标准的以像素为中心的光线追踪和图像校正算法时，所述像素子坐标系可以在没有过度处理载荷增加的情况下允许子像素处理和提高图像校正分辨率和清晰度。
[0202]
在一些实施方案中，通过将图像数据例如图像1306存储在gpu的纹理存储器(texture memory)中，可以在gpu上利用附加的效率。纹理存储器被高速缓存在芯片上，并
且在一些情况下能够操作以通过减少对片外dram的存储器请求来提供更高的有效带宽。特别地，纹理高速缓存是为表现出大量空间局部性的内存访问模式的图形应用程序设计的，这是方法1100的步骤1110-1126的情况。例如，在方法1100中，图像1306可以被存储在gpu的纹理存储器内，这然后大大提高在步骤1126期间的检索速度，在该步骤中确定在交叉点1423处与图像1306的部分关联的颜色通道。
[0203]
参考图38a和图38b，并且根据一个示例性实施方案，现在将讨论具有非平行平面的光线追踪。在图39a到图39c和图20a到图20d中，所例示的不同平面(例如像素显示器1401、光学层1405、瞳孔平面1415、虚拟图像平面1405、视网膜平面2010和焦平面2006)全都被示出为彼此平行，以更好地描述与其关联的光线追踪方法。然而，如上文所描述的，图11的对应的光线追踪方法1100和图19的对应的光线追踪方法1900也可以被应用以解释这些平面中的任何一个之间的相对定向的改变。
[0204]
在一些实施方案中，如图38a中所例示的，可以考虑用户以一角度观看光场显示器的情况。在此具体示例中，光线追踪方法因此可以解释瞳孔平面1415相对于像素显示器1401和光学层1405的定向的改变。在此示例中，其他平面诸如虚拟图像平面1405(被用在图11的光线追踪方法中)、以及视网膜平面2010和焦平面2006(被用在图19的光线追踪方法中)可以被视为平行于瞳孔平面1415。通过使用为到对应的光学层1403的平面的法向矢量的矢量3850以及为到瞳孔平面1415的法向矢量的矢量3870来例示两组平面之间的定向的相对差异。使用极角和方位角，在图38b中例示了两个法向矢量之间的相对定向。
[0205]
瞳孔平面1415的大致定向可以被参数化，例如，通过使用瞳孔中心1417的3d位置和对应的法向矢量1415。在一些实施方案中，法向矢量1415可以被视为等于如由视线追踪系统或类似物测量的视线方向，如下文将讨论的。
[0206]
一旦瞳孔平面1415的相对位置和定向被确定，所有剩余平面(平行的或非平行的)的相对位置/定向就可以相应地被确定和参数化。平行的平面共享相同的法向矢量。从此处，可以通过寻找任意矢量和任意定向的平面之间的交叉点来应用图11和图19的方法，如例如在图11的方法的步骤1112、1118、1124和图19的方法的步骤1912、1918、1923、1925处所做的。
[0207]
在图38a的例示的示例中，可以使用最小阅读距离1310(和/或相关参数)但是从瞳孔平面1415的位置并且沿着方向矢量3870来计算虚拟图像平面1405的位置。
[0208]
为了提取瞳孔平面1415的法向矢量3870，可以使用或修改上文所描述的眼睛追踪方法和系统，以进一步提供眼睛的视线方向的测量(例如视线追踪)。如上文所讨论的，本领域存在许多已知的眼睛追踪方法，所述眼睛追踪方法中的一些也可以被用于视线追踪。例如，这包括近红外闪烁反射方法和系统或纯粹基于机器视觉方法的方法。因此，在一些实施方案中，可以在每个眼睛追踪循环(cycle)使用瞳孔中心1417的更新的3d位置和更新的法向矢量3870来重新参数化瞳孔平面1415。在其他实施方案中，可以使用混合视线追踪/瞳孔追踪系统或方法，其中以与瞳孔中心位置1417不同的间隙(interval)提供视线方向(例如，法向矢量3870)。例如，在一些实施方案中，对于一个或多个循环，仅3d瞳孔中心位置1417可以被测量，并且旧的视线方向矢量可以被重复使用或被手动更新。在一些实施方案中，眼睛模型或类似物可以被构建以将测量的瞳孔中心位置1417的改变映射到视线方向矢量的改变，而不依赖视线追踪系统或方法的全部能力。这样的映射可以基于一个或多个先前的视
线追踪测量结果。在任何情况下，通过测量/确定3d瞳孔中心位置1417和法向矢量3870，瞳孔平面可以被相应地参数化。
[0209]
注意，在图38a中，为了简单起见，显示器1401和光学层1403被示出为平行，但是其他实施方案也可以设想光学层1403与显示器1401不平行。这不改变目前讨论的一般范围，只要它们之间的相对角度是已知的。例如，这样的角度可以在制造期间被预先确定，或使用一个或多个传感器被实时测量(例如在光学层1403可以移动的情况下)。类似地，其他平面像例如视网膜平面2010也可以被形成为与瞳孔平面不平行，这取决于用户的眼睛几何结构。
[0210]
参考图47，并且根据一个实施方案，现在将描述方法步骤4701，其可以被用来取代在虚拟图像平面上的图像缩放步骤，上文例如在方法1100的步骤1106和步骤1108中所描述的。当处理非平行平面时，在一些实施方案中，可能需要对步骤1106和步骤1108(或需要在虚拟平面上映射和缩放图像的任何步骤)的一些修改。如在图47中所例示的，步骤4701可以被分解为多个子步骤4721-4751。在步骤4721处，可以通过从瞳孔中心1417朝向光场显示器的角落(例如像素显示器1401的角落位置)绘制矢量来计算虚拟图像平面1405相对于光场显示器的相对定向。例如，如在图39a和图39b中所例示的，其反映了图38a的示意图，用户的瞳孔定位在轴外并且因此将以一角度观看显示器，通过假设瞳孔中心1417总是定向朝向显示器中心位置2018，可以得到虚拟图像平面1405的位置和定向。例如，通过假设用户的瞳孔总是定向朝向显示器中心位置2018，可以绘制四个矢量，每个矢量从瞳孔中心1417朝向像素显示器1401的一个不同的角落。在步骤4731处，这些矢量与虚拟图像平面1405的对应的交叉点将在平面1405上限定凸面四边形区域3903，该凸面四边形区域是图像必须被绘制或映射到其上(在最终步骤4751中)以便在由用户观看时填充显示器的区域。此外，在步骤4741处，所述四个矢量可以被平均化和归一化，因此给出表明平面1405的相对定向的法向矢量3901。这被例示在图39a和图39b中，其中我们看见源自瞳孔中心位置1417的四个矢量，每个矢量被投射朝向显示器的一个角落(点3905、3915、3925和3935)，所述四个矢量与虚拟图像平面1405交叉以限定四边形区域3903。图39b示出了图39a的示意图的侧视图，而图39c从前面示出了来自图39a的凸面四边形区域3903。
[0211]
如上文所提及的，非平行配置——如在图39a中所例示的那些——当在虚拟图像平面1405上缩放图像时可能需要附加的处理以便在由用户观看时填充整个光场显示器。实际上，从轴外瞳孔中心位置1417产生的非平行平面可能需要图像被处理或转换以适配到非矩形区域3903上。因此，在步骤4751处，可以使用不同的纹理映射和插值技术以将图像纹理变形或拉伸到非矩形形状3903上。例如，而非限制，它们可以包括双线性插值。
[0212]
参考图24至图26d，并且根据一个实施方案，现在将描述用于经由光场整形元件阵列或其光场整形层(lfsl)同时在多个经调整的不同的图像平面上渲染多个图像或图像部分的示例性在计算上实施的光线追踪方法。先前的上文所描述的实施方案通过直接地或间接地修改虚拟图像平面和/或眼睛焦平面的位置来针对校正单个图像。相反，下文所描述的实施方案针对一种光场显示器，该光场显示器总体能够操作以同时在不同的位置/深度处显示多个图像平面。这使得用户能够单独地聚焦在每个平面上，从而创建2.5d效果。因此，一个图像的一部分可以掩蔽或遮蔽定位在其后面的另一个图像的一部分，这取决于用户的瞳孔的位置(例如在被感知为定位在与第一图像部分的距离相比距显示器增加的距离处的
图像平面上)。其他效果可以包括当用户移动时每个图像平面之间的视差运动。
[0213]
图24的方法2400大体上反映了图11的方法1100，但是将其概括为包括多个不同的虚拟图像平面。因此，新的步骤2406、2408和2435已经被添加，而步骤1110到1122、以及1126到1130与上文已经描述的相同。
[0214]
例如，为解释多个不同的图像平面，输入变量1104的图像数据1306也可以包括深度信息。因此，任何图像或图像部分可以具有各自的深度指示器。因此，在步骤2406处，一组多个虚拟图像平面可以被限定。在这些平面上，图像或图像部分可以存在。这些图像周围的区域可以被限定为透明的或穿透的(see-through)，意味着用户将能够通过该虚拟图像平面观看并且看见例如定位其后面的图像或图像部分。在步骤2408处，这些虚拟图像平面上的任何图像或图像部分可以被可选地缩放以适合显示器。
[0215]
作为一个示例，在图14a-图14c的先前的示例中，示出了单个虚拟图像平面1405，其示出了两个圆。相反，图26a和图26b示出了其中每个圆被定位在其自己的图像平面(例如原始的虚拟平面1405与新的虚拟图像平面2605)上的一个示例。熟练技术人员将理解，两个平面被示出仅作为一个示例并且本文所描述的方法同样良好地应用于任何数目的虚拟平面。具有更多平面的唯一影响是更大的计算载荷。
[0216]
返回到图24，步骤1110至1122与图11中所描述的步骤类似地发生。然而，在步骤2435中已经包括并且扩展了步骤1124，该步骤2435在图25中被描述。在步骤2435中，在一组虚拟图像平面上进行一个迭代以计算来自哪个虚拟图像平面的哪个图像部分被用户看见。因此，在步骤2505处，从最接近用户定位的平面开始，选择虚拟图像平面。然后步骤1124对于该所选择的虚拟平面如先前所描述的那样进行。在步骤2510处，在步骤1124处标识的交叉点的对应的颜色通道被采样。然后在步骤2515处，进行检查以查看该颜色通道是否是透明的。如果不是这种情况，则采样的颜色通道被发送到图24的步骤1126，该步骤1126已经被描述并且其中颜色通道由像素/子像素渲染。此一个示例被例示在图26a和图26b中，其中用户被定位使得传递通过光学元件2616和像素/子像素2609计算的光线矢量2625在位置2623处与虚拟图像平面1405交叉。由于此位置是不透明的，因此这是将被分配给像素/子像素的颜色通道。然而，如此示例所示出的，这掩蔽或隐藏了定位在虚拟图像平面2605上的图像的部分。因此，被用户感知的图像的一个示例被示出在图26b中。
[0217]
返回到图25，在步骤2515处如果颜色通道是透明的，则在步骤2520处进行另一个检查以查看是否所有虚拟图像平面都已经被迭代。如果是这种情况，则这意味着没有图像或图像部分被用户看见，并且在步骤2525处，例如在继续进行到步骤1126之前，颜色通道被设置为黑色(或任何其他背景颜色)。然而，如果存在再多至少一个虚拟图像平面，则该方法返回到步骤2505并且选择该下一个虚拟图像平面并且重复步骤1124、2510和2515。此一个示例被例示在图26c中，其中用户被定位使得传递通过光学元件2666和像素/子像素2659计算的不同的光线矢量2675首先在虚拟图像平面1405的位置2673处交叉。此位置被限定为透明的，因此该方法检查附加的虚拟图像平面(在此是平面2605)并且计算交叉点2693，该交叉点2693是不透明的，并且因此选择对应的颜色通道。被用户感知的图像的一个示例被示出在图26d中。
[0218]
返回到图24，一旦在步骤1126处像素/子像素已经被分配了正确的颜色通道，该方法就如先前在步骤1128和1130处所描述的那样继续进行。
[0219]
类似地，图27的方法2700大体上反映了图19的方法1900但也将其概括为包括多个不同的眼睛焦平面(每个焦平面对应于一个虚拟图像平面，包括无穷，如上文所解释的)。因此，在方法2700中，步骤1910至1921和1931至1936与针对方法1900所描述的相同。差异来自包括并且扩展步骤1921至1929的新的步骤2735，如在图28中所示出的。在那里，我们看见，该方法在所有指定的图像平面上迭代，每个指定的图像平面对应于一个不同的眼睛焦平面，从对应于最接近用户定位的图像的平面开始。因此，在步骤2805处选择新的眼睛焦平面，该新的眼睛焦平面被用于上文已经描述的步骤1923至1929。一旦在步骤1929处对应的图像部分被定位，在步骤2810处，对应的像素/子像素颜色通道被采样。然后在步骤2815处，如果该颜色通道是不透明的，则该方法返回到图27的步骤1931，其中像素/子像素被分配该颜色通道。然而，如果图像部分是透明的，则该方法迭代到对应于下一个指定的图像平面的眼睛焦平面。在进行这之前，该方法在步骤2820处检查是否所有眼睛焦平面都已经被迭代。如果是这种情况，则将没有图像部分被选择并且在步骤2825处，例如在退出到步骤1931之前，颜色通道被设置为黑色。如果其他眼睛焦平面仍然是可用的，则该方法返回到步骤2805以选择下一个眼睛焦平面并且该方法再一次迭代。
[0220]
在一些实施方案中，方法2400或2700可以被用来实施综合屈光检查仪/折射器设备进行主观视觉敏锐度评估。例如，如在图29a和图29b中所例示的，不同的验光字体(例如字母、符号等)可以同时但以不同的感知深度被显示，以模拟添加折射光学部件的效果(例如聚焦/光学光焦度的改变)。在图29a中，显示了同一验光字体(例如，字母e)的两个图像，每个图像在其自己的指定的图像平面上(例如，在此仅作为一个示例被例示为虚拟图像平面)。在此示例中，图像2905被定位在指定的图像平面2907上，而图像2915被定位在指定的图像平面2917上，该指定的图像平面2917被定位得更远。可选地，如本文所例示的，图像的尺寸可以随着增加的深度而增加以使得所有显示的图像被用户感知为具有类似的相对尺寸。在图29b中，我们看见如由具有降低的视觉敏锐度(例如，近视)的用户所感知的对两个图像的感知的一个示例，例如，其中最接近该用户的图像被看见为更清楚。因此，可以为用户呈现多个图像(例如正方形阵列中的2个并排、4个、6个或9个等)，并且表明哪个图像是更清楚的和/或并且观看起来最舒适。眼睛处方然后可以从此信息得到。此外，通常，球形光焦度和圆柱形光焦度二者可以由光场显示器引起，如下文将进一步讨论的。
[0221]
例如，可以容易地使图11和图19的光场光线追踪方法适应，以提供圆柱形光焦度的改变，这在对散光的进行补偿或校正中可以是有用的。如在图40中所例示的，下文详细描述的这些方法将使用新的输入变量：圆柱形光焦度4005和对应的圆柱轴角度4007。此外，虽然上文所讨论的最小阅读距离1310在方法1100和1900中固有地参数化了球形屈光力的值，但是对于下文所描述的方法4100和4300，下文的方法2600和2900将按名称(如在图40中所示出的)代替地涉及球形屈光力4001用于更清楚的描述并且使得三个输入变量(球形屈光力4001、圆柱形屈光力4003和圆柱轴角度4007)反映在典型的眼睛检查中使用的sphere参数、cyl参数和axis参数。
[0222]
参考图41和图42a-图42c并且根据一个示例性实施方案，现在将描述一个用于散光补偿的光线追踪渲染过程，该过程使用数字4100总体上表示。在图41的过程流程图中所例示的方法4100是与图11的方法1100类似的经修改的光线追踪方法，但是进一步能够操作以补偿散光。
[0223]
方法4100在很大程度上反映方法1100，但是步骤1106被移除并且步骤1108被移动到新引入的步骤4101和4105之后。在此示例性实施方案中，代替使用用于从输入最小阅读距离1310(其仅暗含地暗示球形缺点)得到的虚拟图像平面1405的初始固定深度值，并且使用该值来将虚拟图像平面1405放置在正确的位置(如在图11的步骤1106中)并且缩放其上的图像(如在图11的步骤1108中)，方法4100代替地以步骤1110到1120直接继续进行，直到瞳孔平面1415上的交叉点4201(相当于上文所讨论的交叉点1431)被计算。然后，从交叉点4201相对于输入圆柱轴角度4007的位置，可以得到组合的球形/圆柱形屈光力或总屈光力值。此总屈光力然后可以被转换为用于交叉点1423的此迭代的对应的指定的虚拟图像平面位置。因此，虚拟平面上的图像缩放不是一次进行的，而是在每次迭代时在逐像素的基础上进行的。
[0224]
因此，方法4100的步骤1110至1120如先前针对方法1100所描述的那样继续进行，步骤1122也是如此。然而，一旦新的瞳孔交叉点1431的位置是已知的(对于当前的像素迭代)，新的步骤4101和4105就被引入。在步骤4101处，包括球形贡献和圆柱形贡献的总屈光力被计算为瞳孔平面1415上的交叉点位置1431的函数。在一些实施方案中，可以通过考虑眼睛是球形-圆柱形晶状体来对散光进行建模，该球形-圆柱形晶状体沿着一个给定的子午线角度θ具有一个总折光力(refractive power)，其由以下等式给出：
[0225]
p(θ)＝s csin2(φ-θ)
[0226]
其中p是(总屈光力)，s是球形光焦度4001(例如从最小阅读距离1310得到的)，c是圆柱形光焦度4005，φ是圆柱轴角度4007并且θ是瞳孔上的点1431的位置矢量4208相对于局部瞳孔参考系中的x轴的角度。这被示意性地例示在图42a中，其中我们看见瞳孔平面1415上的示例性圆形瞳孔入口4209，并且虚线表示圆柱轴的示例性定向。
[0227]
在一些实施方案中，相对于瞳孔中心位置1417和交叉点4201的圆柱轴角度4007的确定可能需要坐标到局部瞳孔参考系上的改变，例如如果用户的头部相对于显示器是倾斜的或成一角度。当不是这种情况时，通过近似或因为用户的头部被头枕或类似物约束(例如，在眼睛测试设备的背景中)，可以认为定义圆柱形轴参数的局部瞳孔参考系与显示器参考系(被用于所有矢量计算)相同，因此不需要特定处理。然而，在一些实施方案中，瞳孔平面1415上的坐标可以首先被转换为局部瞳孔参考系，之后计算θ和φ角度和计算对应的总屈光力。实际上，在此情况下，圆柱轴定向可能相对于由显示器定义的水平方向未被良好限定。所需要的局部瞳孔参考系可以从瞳孔追踪器或类似物获取。例如，在一个实施方案中，局部瞳孔坐标系可以由从一个眼睛的瞳孔中心到第二眼睛的瞳孔中心的矢量、从该瞳孔中心到屏幕中心的矢量来计算，二者例如由瞳孔追踪器提供，并且“向上”矢量(即，从瞳孔中心位置1417朝向瞳孔的顶部中心定向)可以通过在这两个矢量之间进行交叉乘积(cross product，向量积)来确定。到局部瞳孔参考系的此坐标转换也可以被不受限制地应用于1100、1900、2400和2700的方法或用于本文所描述的使用非平行平面的任何方法。
[0228]
一旦总屈光力已经被计算，它可以被转换为用于在步骤1110处所选择的当前像素的对应的虚拟图像平面位置/深度。因此，从步骤1110开始的每个光线追踪迭代将在潜在地不同的位置处具有其“自己的”对应的虚拟图像平面1405，这取决于上文所计算的总屈光力的值。这被示意性地例示在图42b和图42c中，其中两个不同的交叉点——图42b中的点4201和图42c中的4205——每个具有对应的不同的虚拟图像平面深度或位置(分别地4203对
4207)。
[0229]
可以与上文所描述的相同的方式得到对应的虚拟平面位置，例如对于方法1100的步骤1106。在一些实施方案中，可以使用薄透镜等式来得到此虚拟平面位置(即，找到针对眼睛的焦距在视网膜平面上产生图像的对象距离)：
[0230][0231]
其中virt_dist是虚拟图像平面位置(例如深度4203或4207等)，p是上文所讨论的包括来自球形光焦度4001、圆柱形光焦度4005和圆柱轴角度4007的贡献的总屈光力，并且其中eye_depth是可变眼睛深度1314。
[0232]
接下来，方法4100中的步骤1108被应用以将图像缩放到指定的虚拟图像平面上，类似地如上文针对图11所描述的。在一些实施方案中，瞳孔平面1415可以是轴外的并且因此缩放图像可能需要附加的处理，诸如上文关于图39a至图39c所描述的。
[0233]
接下来，光线追踪步骤1124、1126和1128如先前针对方法1100所描述的那样继续进行，以计算对应的虚拟图像平面上的交叉点和待被应用的对应的图像像素值。
[0234]
参考图43至图44c并且根据一个示例性实施方案，现在将描述另一个用于散光补偿的光线追踪渲染过程，该过程使用数字4300总体上表示。
[0235]
此方法紧紧跟随图19的方法(例如眼睛焦平面2006上的光线追踪)并且由图43的过程流程图例示。如在其中所看见的，此方法包括图19的所有的步骤，但是在步骤1920和1921之间添加了新的步骤4371。此新的步骤在图46中被进一步详述。此新的步骤考虑了球形屈光力4001、圆柱形屈光力4005和圆柱轴角度4007变量的组合影响，以得到用于焦平面2006上的交叉点2008的位置。
[0236]
实际上，当仅考虑球形屈光力时，交叉点2008是通过绘制穿过瞳孔中心1417的线来计算的，由于对于理想的球形透镜，通过中心的光线将不会由于折射光学器件而偏离。这被示意性地例示在图44a中，图44a是先前在图20b中所描述的情况的透视图。然后，如上文所讨论的，可以近似估计的是，源自同一像素的任何其他光线将会聚在焦平面2006上的同一点上(例如在图20b中，光线从瞳孔平面上的交叉点1431进行到焦平面2006上的点2008)。然而，如果不是将眼睛建模为薄球形透镜而是代替地将眼睛建模为薄圆柱形透镜，则在此情况下，沿着垂直于圆柱形透镜的圆柱轴的子午线的源自同一源或像素的任何光线将沿着主轴会聚在焦平面2006上的同一点4410。这被示意性地例示在图44b中。
[0237]
因此，对于同一交叉点1431，用于绘制直线所需要的点将具有沿着圆柱轴的不同的位置。上文所标识的两个点(对于球形情况是1417并且对于圆柱形情况是4405)可以被视为极端情况(即，纯粹球形的和纯粹圆柱形的)。因此，如果我们考虑一种混合的情况，其中眼睛像将球形透镜的效果与圆柱形透镜的效果组合的球形-圆柱形透镜起作用，该点将位于圆柱轴上的那两个极值点(1417和4405)中间的某处。这被示意性地例示在图45a至图45c中。例如，图45a示出了通过极值点1417和4405以及沿着瞳孔平面1415上的圆柱轴的区域4501所绘制的光线，其中期望找到对应的“偏移”中心瞳孔位置。图45b示出了与图42a的图类似的示意图，其中使用了相同的示例性几何结构，而图45c示意性地示出了示例性偏移瞳孔中心位置4515以及其在瞳孔平面1415上的对应坐标。
[0238]
因此，方法4300的新的步骤4371包括沿着对应于用于在步骤1910处开始的当前像
素迭代的圆柱轴角度4007的输入值的圆柱轴将偏移瞳孔中心位置4515定位在此范围4501内。步骤4371自身可以被划分为两个步骤，如在图46的流程图中所例示的。在那里我们看见，最初在步骤4602处，瞳孔平面1415上的交叉点位置1431的位置矢量4201被投射到圆柱轴4403上以获得极值点4505的位置矢量4405。例如，点4405沿着圆柱轴4403的x和y分量可以通过计算以下来确定：
[0239]ex
＝d cos(θ-φ)cos(φ)
[0240]ey
＝d cos(θ-φ)sin(φ)
[0241]
其中d是视网膜上的位置矢量4201的长度，θ和φ分别是位置矢量4201的角度和圆柱轴4403的角度。
[0242]
一旦沿着给出极值点4405的位置的圆柱轴的矢量4505是已知的，在步骤4603处我们可以根据所需要或所期望的球形贡献和圆柱形贡献的相对屈光力缩放该矢量的长度。可以使用不同的缩放函数。例如，缩放函数fs可以是以下类型：
[0243]fs
＝c/(c s)
[0244]
其中c是圆柱形屈光力4005并且s是我们想要诱发的球形屈光力4001。当s＞＞c(即，眼睛＝纯粹球形透镜)时，此函数趋向于0，或如果c＞＞s(眼睛＝纯粹圆柱形透镜)，此函数趋向于1。
[0245]
因此，偏移瞳孔中心位置4515然后可以被计算为：
[0246]cx
＝fsd cos(θ-φ)cos(φ)
[0247]cy
＝fsd cos(θ-φ)sin(φ)
[0248]
其中(c
x
，cy)是瞳孔平面1415中的偏移瞳孔中心4515的坐标，fs是上文定义的缩放函数，θ是位置矢量4201的角度并且φ是圆柱轴4403的角度，二者是相对于瞳孔参考系中的x轴定义的，如在图45b和图45c中所看见的。如上文所讨论的，在头部相对于显示器倾斜或成一角度的情况下，可能有必要在步骤2871之前和之后使用局部瞳孔参考系。
[0249]
一旦已经计算了偏移瞳孔中心位置4515，方法4300的步骤1921和1923可以如先前所描述的那样继续进行，但是通过将瞳孔中心位置1417替换为偏移瞳孔中心位置4515以计算焦平面2006上的交叉点2008的位置。然而，步骤1927可以在不使用偏移瞳孔中心位置4515的情况下继续进行，由于假设瞳孔中心1417与显示器中心位置2018对准，因此不需要圆柱形补偿。
[0250]
方法4300中的所有其他步骤反映了方法1900的那些步骤。此外，在圆柱形屈光力4005是零的情况下，如所预期的，方法4300给出与方法1900相同的输出，由于上文所示出的等式将给出等于瞳孔中心位置1417的偏移瞳孔中心位置4515。在一些实施方案中，上文所描述的方法4100和4300也可以适于以球形屈光力4001、圆柱形屈光力4005和圆柱轴角度4007的不同值同时投射或显示多个图像或验光字体。
[0251]
例如，对将允许多个同时的验光字体的方法4100和4300的小修改将定义像素显示器1401内的像素的区域或部分并且分配给它们具有对应的分配的输入参数集合(例如球形屈光力4001、圆柱形屈光力4005和圆柱轴角度4007)的单个验光字体。因此，在为光线追踪选择新的像素的步骤1110的每次迭代后，将被使用的该参数集合将是已知的。该方法将获取分配给包括所选择的像素的像素显示部分的对应的视力矫正参数集合并且在到达步骤4101后使用它们。
[0252]
在使用方法4100并且被示意性地例示在图50a和图50b中的一个示例中，像素显示器1401被划分为9个单元/区域/部分，一个给定的部分内的每个像素被保留用于显示具有对应的视力矫正参数集合的单个图像或验光字体。熟练技术人员将理解，图50a和图50b中所示出的划分仅是一个示例并且像素显示器1401的任何分割配置可以被不受限制地使用。此外，在图50a的示例中，示出了部分2和7，每个部分已经被分配一个不同的视力矫正参数集合5001和5002。在图50b中示出了源自部分2和9的、在瞳孔平面1415上具有同一交叉点1431的两条光线，但是其中不同的集合5001和5002分别产生在不同的距离或深度5004和5008处的每个虚拟图像平面1405。
[0253]
在一些实施方案中，分配给一个给定的像素阵列部分的图像或验光字体可以被制作得足够小和/或被定中心在所述部分内以便避免从此像素阵列部分生成的光场与从相邻像素阵列部分发射的光场之间的任何重叠/串扰/遮挡。例如，在诸如字母的验光字体的情况下，它们可以是小的并且由透明像素等包围。
[0254]
例示在图50a中的将像素显示器部分或区域分配给像素显示器1401的相同技术也可以被用于方法4300。在此情况下，对应于一个给定的像素显示器部分的视力矫正参数集合在步骤1910处被获取并且在到达步骤4371后被使用。
[0255]
参考图51和图52，并且根据一个实施方案，现在将讨论在不同的图像平面处显示多个验光字体、但是在散光补偿的情况下的其他方法。在一些实施方案中，图24和图27的方法2400和2700可以与方法1100和1900如何适用到方法4100和4300类似的方式适用于散光补偿。
[0256]
图51示出了方法5100的过程流程图，该方法5100是纳入散光补偿的方法2400的一种形式。如在图51中所示出的，步骤1102至1122如先前所描述的那样继续进行。然后，一旦交叉点1431是已知的，步骤5101像在上文所描述的步骤4101中那样继续进行。然而，代替使用单组球形屈光力4001、圆柱轴4007和圆柱形光焦度4005的值来计算总屈光力值，在步骤5101处代替地计算一组不同的总屈光力值，每个值对应于与正被显示的一个不同的验光字体对应的不同的一组球形屈光力4001、圆柱形光焦度4005和圆柱轴4007。因此，如果正同时显示n个不同的验光字体，则在此对应于n个不同的虚拟图像平面计算n个总屈光力值。然后，在步骤5105处，以类似于方法4100的步骤4105的方式，每个虚拟图像平面可以被数字地放置或定位在对应于不同的对应的一组屈光力值的距离或深度处。在步骤5108(类似于步骤2408)处每个验光字体图像可以被缩放到其对应的虚拟图像平面上，如上文所描述的。步骤2435然后正如图25中所描述的通过追溯通过每个虚拟图像平面并且识别最接近的非透明像素值来继续进行。最终步骤1126和1128如上文所描述的那样继续进行。
[0257]
类似地，根据一个实施方案，图52示出了例示了被修改以解释散光补偿的图27的方法2700的一个类似地改编的形式的过程流程图。再一次，大多数步骤遵循上文所描述的方法2700。然而，类似于方法4300中的新的步骤4371，在已经为一个给定的像素计算了瞳孔交叉1431(步骤1918和1920)之后插入步骤5271。在此偏移瞳孔中心4505的位置正如上文关于步骤4371所讨论的那样被计算，但不是计算单个偏移瞳孔中心位置，而是计算多个位置，所述多个位置各自对应于一个不同的验光字体的屈光力4001、圆柱形光焦度4005和圆柱轴4007的不同的值。然后，在步骤5221处，类似像在方法4300的步骤1921中，可以通过偏移瞳孔中心位置绘制矢量，但是在此对于在前一步骤处计算的偏移瞳孔中心位置中的每个偏移
瞳孔中心位置绘制一个不同的矢量。因此，如果n个验光字体被同时示出，每个图像具有其自己的参数集合，则可以从其得到n个偏移瞳孔中心位置，在步骤2735的步骤1923处每个偏移瞳孔中心位置在其各自的眼睛焦平面上限定一个不同的交叉点(即，在步骤2805处每个焦平面将具有其自己的关联的矢量以找到交叉点2008)。由此，方法5200的其余部分通常遵循方法2700。
[0258]
在一些实施方案中，假设所有验光字体使用相同的球形屈光力4001但是圆柱形屈光力4005和圆柱轴角度4007的不同的值、使用球形屈光力4001的初始值的第一光线追踪迭代可以被使用，但是圆柱形屈光力4005首先被设置为零。
[0259]
作为一个示例，在方法4100中，可以执行仅使用球形屈光力4001的第一次迭代直到虚拟图像平面1405上的交叉点1423被计算并且对应的像素图像值在步骤1126处被识别(但是不被渲染)。然后，与此像素图像值关联的验光字体或图像被识别并且用于此验光字体的对应的圆柱形屈光力4005和圆柱轴角度4007值被保存在存储器中。然而，像素图像值还未被使用。相反，该方法从步骤4101(瞳孔上的点)重新开始，但是现在使用值4005和4007来计算总屈光力的新的值。此新的值然后如上文所描述的那样被转换为虚拟图像平面1405的新的位置。光线被追溯到该新的位置并且对应的像素图像值被再次计算。检查像素值是否对应于在第一次迭代中识别的相同的验光字体或图像。如果是这种情况，则该方法可以移动到像素阵列1401中的下一个像素。
[0260]
在第二次迭代发现验光字体(在虚拟图像平面上)已经改变的情况下，则使用用于该新的验光字体的值4005和4007并且进行新的迭代。再一次检查相同的验光字体是否再次交叉。
[0261]
在透明像素的情况下，在一些实施方案中，它们可以被分配给最接近它们的验光字体或图像。因此，如果在第一次迭代处透明像素被
[0262]
在一些情况下，上文所描述的两次迭代方法可以导致屈光力的大幅跳跃。在一些实施方案中，代替如上文所描述的那样进行两次迭代(第一次迭代仅使用球形屈光力4001并且第二次迭代添加来自圆柱形屈光力4005和圆柱轴角度4007的贡献)，第二次迭代本身可以被分解为多次迭代(即类似于数值优化程序)。例如，在进行仅使用球形屈光力的第一次迭代之后，代替为第二次迭代分配圆柱形屈光力4005和圆柱轴角度4007的全值，仅对这些参数进行小的增量。如果第二次迭代与相同的验光字体交叉，则进行第三次迭代，再次使4005和4007增加一个小值。再次，如果在任何一次迭代处一个不同的验光字体被交叉，则接下来的迭代将看见圆柱形参数朝向此新的验光字体的最终值增加。重复迭代直到像素阵列1401中的此给定的像素收敛(即使用4005和4007的最终期望的值并且右验光字体被交叉)。然后为下一个像素开始新的一系列迭代。
[0263]
类似地，在一些实施方案中，相同的程序可以被应用于方法4300，但是其中根据眼睛焦平面2006上的验光字体，偏移瞳孔中心位置4515中的移位(shift)被逐步地或迭代地增加。
[0264]
因此，可以观察到，上文所述的光线追踪方法2400和2700、上文也讨论的对其的任何修改、以及相关的光场显示器解决方案，可以同样被应用于用于视觉媒体消费的图像感知调整解决方案，就像它们可以应用于主观视力测试解决方案，或其他技术上相关的尝试的领域一样。如上文提到的，根据多个实施方案，上文所讨论的光场显示器和渲染/光线追
踪方法全都可以被用来实施诸如综合屈光检查仪或折射器的主观视力测试设备或系统。实际上，光场显示器可以至少部分地替换通常存在于这样的设备中的各种折射光学部件。因此，上文所讨论的视力矫正光场光线追踪方法1100、1900、2400、2700、4100、4300、5100或5300可以同样被应用于通过生成用于远视(远视眼)和近视(近视眼)的视力矫正来以不同的屈光力或折射矫正渲染验光字体，如上文在视力矫正显示器的一般情况下所描述的。根据一些实施方案，本文所描述的光场系统和方法可以被应用于创建与传统仪器相同的能力并且开启新的特征的范围，同时还全部改善了设备的许多其他操作方面。例如，与由切换或改变透镜或类似物导致的离散改变相比，光场显示器的数字性质实现屈光力的连续改变；同时无缝地显示两个或更多个不同的屈光校正；并且，在一些实施方案中，出于不同的目的，诸如，决定自由形式的晶状体、白内障手术操作规程、iol选择等，测量高阶像差和/或模拟它们的可能性。
[0265]
参考图30和图31a至图31c，并且根据不同的实施方案，现在将描述一种示例性主观视力测试系统，该系统使用数字3000总体上表示。在该系统的核心处是光场视力测试设备，诸如光场折射器或综合屈光检查仪3001。通常，光场综合屈光检查仪3001是如下一种设备：该设备至少部分地包括光场显示器3003并且能够操作以向使他/她的视觉敏锐度(例如屈光不正(refractive error，折射误差))被测试的患者显示或生成一个或多个验光字体。在一些实施方案中，光场综合屈光检查仪可以包括可以被用来实时地或近实时地确定瞳孔中心位置的眼睛追踪器3009(诸如近红外摄像机或其他，如上文所讨论的)，以用于准确地定位患者的瞳孔，如上文关于光线追踪方法1100、1900、2400、2700、4100、4300、5100或5300所解释的。实际上，图32示出了包括1500ppi数字像素显示器的示例性光场显示器的角分辨率(以弧分为单位)作为光场图像的屈光力(以屈光度为单位)的曲线图。我们清楚地看见，在此具体示例中，该光场显示器能够生成以屈光度为单位的位移(线3205)，其具有对应于20/20视力(线3207)或更好的(例如20/15-线3209)以及接近于(20/10-线3211)的更高的分辨率，在此在2到2.5屈光度的屈光力范围内。因此，根据不同的实施方案，上文所描述的光场显示器和光线追踪方法可以被用来至少部分地替换传统光学部件。在一些实施方案中，可以使用头枕、目镜(eyepiece)或类似物(未示出)来保持患者的头部静止并且处于相同位置，因此在这样的示例中，通过使瞳孔位置相对于此头枕大体上固定而放弃瞳孔追踪器或类似技术的一般效用。在一些实施方案中，综合屈光检查仪3001可以包括用于经由网络与远程数据库或服务器3059通信的网络接口3023。
[0266]
例如，在一个实施方案中并且如在图31a中所例示的，光场综合屈光检查仪3001可以包括光场显示器3003(在本文中包括mla 3103和数字像素显示器3105)，该光场显示器3003被定位成与当前被诊断的患者的眼睛相对远(例如一米或多米)。注意，点线被用来示意性地例示由显示器3105发射的光线的方向。还例示了眼睛追踪器3009，其可以作为物理上分立的元件被提供，例如，被安装在房间或类似物中的一个给定的位置处。在一些实施方案中，所述的眼睛/瞳孔追踪器可以包括ir标记/图案的投射，以帮助将患者的眼睛与光场显示器对准。在一些实施方案中，可以考虑容差窗口(例如“眼睛盒(eye box)”)以限制刷新光线追踪迭代的需要。在一些实施方案中，眼眶盒的尺寸的示例性值是约6mm，尽管更小的(例如4mm)眼睛盒或更大的眼睛盒也可以替代地被设置以影响图像质量、稳定性或类似的操作参数。
[0267]
返回到图30，根据不同的实施方案并且如下文将进一步讨论的，光场综合屈光检查仪3001还可以包括一个或多个折射光学部件3007、处理单元3021、数据存储单元或内部存储器3013、网络接口3023、一个或多个摄像机3017和电力模块3023。
[0268]
在一些实施方案中，电力模块3023可以包括例如可再充电锂离子电池或类似物。在一些实施方案中，它可以包括附加的外部电力源，诸如例如usb-c外部电源。它还可以包括视觉指示器(屏幕或显示器)用于传达设备的电力状态，例如设备是开/关还是再充电。
[0269]
在一些实施方案中，内部存储器3013可以是任何形式的电子存储装置，包括磁盘驱动器、光盘驱动器、只读存储器、随机存取存储器或闪存，举几个例子。在一些实施方案中，图表型样(斯内伦图表、规定的验光字体、表格、图案或其他)的库可以位于内部存储器3013中和/或可从远程服务器3059检索。
[0270]
在一些实施方案中，一个或多个光学部件3007可以与光场显示器3003结合使用，例如以缩短设备的尺寸并且仍然提供可接受的屈光力的范围。一般原理被示意性地例示在图33a至图33d的曲线图中。在这些曲线图中，图像质量(例如角分辨率的倒数，越高越好)————在该图像质量下验光字体足够小以对于在此曲线图中进行视力测试是有用的——在表示典型的20/20视力的水平线3101以上。图33a仅示出了根据一些实施方案的用于光场显示器的曲线图，其中我们看见对应于最小的可分辨点的特性两个峰，其中之一被标绘在图32中(在此被反转并且被示出为峰而不是凹地)，并且其中在线上方的每个区域可以覆盖屈光力的几个屈光度。虽然在一些实施方案中屈光范围可能与当仅依赖于光场显示器时所需要的相比被更多地限制，但是可以通过添加一个或多个折射光学部件来使此间隙移位。这被示出在图33b中，其中线3101上方的区域通过在光路中添加单个透镜而被向左移位(负屈光度)。
[0271]
因此，通过使用大量的折射光学部件或通过在增加或减少屈光力的不同的折射部件之间顺序地交替，可以将光场屈光度范围的中心移位到任何所需要的值，如在图33c中所示出的，并且因此对于任何所需要的屈光力，图像质量可以被保持在线3101以上，如在图33d中所示出的。在一些实施方案中，例如可以覆盖从 10到-20的30屈光度的范围。在一盘(reel)或多盘透镜的情况下，透镜可以针对一个给定的更大的屈光力增量而被切换，并且光场显示器将被用来提供更精细的连续改变以准确地确定(pin-point)需要用于补偿患者的降低的视觉敏锐度所需要的总屈光力。这仍将导致如下光场综合屈光检查仪3001：其具有与传统综合屈光检查仪中所需要的部件的数目相比减少的折射光学部件的数目，同时极大增强设备的总体精细调节能力。
[0272]
根据一个实施方案，这样的光场综合屈光检查仪3001的一个示例被示意性地例示在图31b中，其中光场显示器3003(在此再次被示出为包括mla 3103和数字像素显示器3105)与大量折射部件3007(在此仅作为一个示例被例示为一盘透镜)组合。通过改变与光场显示器组合使用的折射部件，可以覆盖更大的屈光范围。这还可以提供减小设备的尺寸的手段，使其在一些实施方案中更便携，并且将所有其内部部件包含到壳体(shell)、外罩(housing)或外壳(casing)3111内。在一些实施方案中，光场综合屈光检查仪可以包括耐用的abs外罩并且可以是抗冲击和恶劣环境的。在一些实施方案中，光场综合屈光检查仪3001可以包括用于固定或便携使用的可伸缩感觉(telescopic feel)；可选择的安装支架和/或携带用箱。在一些实施方案中，所有部件可以被内部地保护并且密封免受元件影响。
[0273]
在一些实施方案中，外壳还可以包括目镜或类似物——患者必须穿过该目镜或类似物来观看，该目镜或类似物可以在诊断期间限制患者的眼睛的移动和/或间接向光场渲染器提供瞳孔位置。
[0274]
在一些实施方案中，还可以通过添加例如反射镜或可以增加光路的任何设备来进一步减小设备的尺寸。这被例示在图31c中，其中通过添加反射镜3141来减小设备的长度。这由有尖头的箭头示意性地示出，该箭头例示了从像素显示器3105发射的光行进穿过mla 3103之后被反射镜3141反射回来穿过折射部件3007并且最终到达眼睛。
[0275]
熟练技术人员将理解，折射部件3007的不同的示例可以包括但不限于：一个或多个透镜，其有时以增加屈光力的顺序排列成一盘或多盘透镜——类似于通常在传统综合屈光检查仪中发现的；电控流体透镜；有源菲涅耳透镜；和/或空间光调制器(slm)。在一些实施方案中，可以使用附加的马达和/或致动器来操作折射部件3007。它们可以被通信地链接到处理单元3021和电力模块3023，并且与光显示器3003无缝地操作以提供所需要的屈光力。
[0276]
例如，图34a和图34b示出了与图31b的光场综合屈光检查仪类似的示例性光场综合屈光检查仪3001的透视图，但是其中折射部件3007是电可调节液体透镜。因此，在此具体实施方案中，不使用机械或移动部件，这可以导致设备更鲁棒。在一些实施方案中，电可调节透镜可以具有
±
13屈光度的范围。
[0277]
在一个例示性实施方案中，1000dpi显示器与具有65mm焦距和1000μm间距的mla一起使用，其中用户的眼睛被定位在大约26cm的距离处。一个类似的实施方案将相同的mla和用户距离与3000dpi显示器一起使用。
[0278]
还测试或使用了具有包括750dpi、1000dpi、1500dpi和3000dpi的分辨率的其他显示器，还测试或使用了焦距和间距分别为65mm和1000μm、43mm和525μm、65mm和590μm、60mm和425μm、30mm和220μm以及60mm和425μm的mla，以及26cm、45cm或65cm的用户距离。
[0279]
返回到图30，在一些实施方案中，眼睛追踪器3009可以是数字摄像机，在该情况下，它可以被用来进一步获取患者的眼睛的图像以提供进一步诊断，诸如例如测试期间的瞳孔反射和反应。在其他实施方案中，代替地可以使用一个或多个附加的摄像机3017以获取这些图像。在一些实施方案中，光场综合屈光检查仪3001可以包括内置立体追踪摄像机。
[0280]
在一些实施方案中，可以经由控制接口3011给出正在执行的视力测试的反馈和/或控制。在一些实施方案中，控制接口3011可以包括专用的类似手持控制器的设备3045。此控制器3045可以经由电缆或无线地连接，并且可以由患者直接地使用和/或由像眼科专业人员的操作者使用。在一些实施方案中，患者和操作者二者可以具有其自己的专用的控制器。在一些实施方案中，控制器可以包括数字按钮、模拟拇指操纵杆(thumbstick)、刻度盘(dial)、触摸屏幕、和/或触发器。
[0281]
在一些实施方案中，控制接口3011可以包括数字屏幕或触摸屏幕——在综合屈光检查仪设备本身上或在外部模块上。在其他实施方案中，控制接口可以让其他远程设备经由网络接口控制光场综合屈光检查仪。例如，远程数字设备3043可以通过电缆(例如usb电缆等)或无线地(例如经由蓝牙或类似物)连接到光场综合屈光检查仪并且经由专用的应用程序、软件或网站与光场综合屈光检查仪接合。这样的专用的应用程序可以包括图形用户界面(gui)，并且还可以被通信地链接到远程数据库3059。
[0282]
在一些实施方案中，患者可以口头给出反馈并且操作者可以根据该口头反馈控制视力测试。在一些实施方案中，综合屈光检查仪3001可以包括麦克风以记录患者的口头交流，经由网络接口3023将它们传达到远程操作者或直接与设备交互(例如经由语音识别或类似物)。
[0283]
在一些实施方案中，处理单元3021可以被通信地连接到数据存储装置3013、眼睛追踪器3009、光场显示器3003和折射部件3007。处理单元3021可以负责经由光场显示器3003渲染一个或多个验光字体，并且在一些实施方案中，共同地控制折射部件3007以实现所需要的总屈光力。它还可以能够操作以向内部存储器3013发送和接收数据或者向远程数据库3059发送数据/从远程数据库3059接收数据。
[0284]
在一些实施方案中，通过使用有线或无线网络连接，诊断数据可以经由网络接口3023自动地被传输/传达到远程数据库3059或远程数字设备3043。熟练技术人员将理解，本文可以考虑连接电子设备的不同的手段，诸如但不限于，wi-fi、蓝牙、nfc、蜂窝、2g、3g、4g、5g或类似手段。在一些实施方案中，可以经由连接器电缆(例如包括微型usb的usb、usb-c、闪电连接器等)进行连接。在一些实施方案中，远程数字设备3043可以被定位在不同的房间、建筑物或城市中。
[0285]
在一些实施方案中，两个光场综合屈光检查仪3001可以被并排组合，以同时独立地测量左眼和右眼二者的视觉敏锐度。在图35中示出了一个示例，其中对应于图34a和图34b的实施方案的两个单元(仅被用作一个示例)被并排放置或被融合到单个设备中。
[0286]
在一些实施方案中，专用的应用程序、软件或网站可以提供与第三方患者数据软件的集成。在一些实施方案中，综合屈光检查仪的软件可以经由网络连接被即时(on-the-fly)更新和/或与患者的智能电话应用程序(app)集成用于更新和提醒。
[0287]
在一些实施方案中，专用的应用程序、软件或网站还可以在眼科专业人员和患者之间和/或不同的眼科专业人员之间提供远程的、实时的协作平台。这可以包括不同的参与者之间经由视频聊天、音频聊天、文本消息等的交互。
[0288]
在一些实施方案中，光场综合屈光检查仪3001可以是自行操作的，或由验光师、眼科医生或其他经认证的眼睛护理专业人员操作。例如，在一些实施方案中，患者可以在他/她自己的住宅中舒适地使用综合屈光检查仪3001。
[0289]
参考图36并且根据不同的示例性实施方案，现在将描述使用视力测试系统3000的动态主观视力测试方法，该方法使用数字3600总体上表示。如上文所提及的，使用光场显示器使得视力测试系统3000的综合屈光检查仪3001能够提供比使用传统综合屈光检查仪通常可能的视力测试更动态和/或更模块化的视力测试。通常，方法3600寻求诊断患者的降低的视觉敏锐度并且在一些实施方案中根据其产生眼睛处方或类似物。
[0290]
在一些实施方案中，对于每个眼睛，眼睛处方信息可以包括以下中的一个或多个：远球形、圆柱形和/或轴值，和/或近(球形)添加值(addition value)。
[0291]
在一些实施方案中，眼睛处方信息还可以包括眼睛检查的日期和执行眼睛检查的眼科专业人员的姓名。在一些实施方案中，眼睛处方信息还可以包括用来使用上文所描述的系统和方法操作任何视力矫正光场显示器的视力矫正参数集合201。在一些实施方案中，眼睛处方可以与患者简档(profile)或类似物关联，该患者简档或类似物可以包含诸如姓名、地址或类似信息的附加患者信息。患者简档还可以包含关于用户的附加医疗信息。所有
信息或数据(即视力矫正参数集合201、用户简档数据等)可以被保存在远程数据库3059上。类似地，在一些实施方案中，用户的当前视力矫正参数可以从在基于服务器的视力矫正订购系统等的背景中操作的外部数据库3059主动地存储和访问，和/或使用基于服务器的系统在用户认证之后经由客户端应用程序被解锁用于本地访问。
[0292]
在一些实施方案中，综合屈光检查仪3001是便携式的，可以选择大范围的环境(住宅、眼科执业医师的办公室等)以进行视力测试。开始时，患者的眼睛可以被放置在所需要的位置处。这通常是通过将他/她的头部放置在头枕上或通过将物镜(目镜)放置在待被诊断的眼睛上。如上文所提及的，视力测试可以由患者自行执行或部分地自行执行。例如，操作者(例如眼科专业人员或其他人员)可以控制正在进行的测试的类型，和/或可以是生成或帮助根据此生成眼睛处方的人员，而患者可以在测试期间动态地输入(例如通过选择或挑选验光字体等)。
[0293]
如上文所讨论的，光场渲染方法3600通常需要患者的瞳孔中心的准确位置。因此，在步骤3605处，获取这样的位置。在一些实施方案中，可以经由眼睛追踪器3009一次地、每隔一段时间或连续地获取这样的瞳孔位置。在其他实施方案中，该位置可以从设备或系统的尺寸得到。例如，在一些实施方案中，使用目镜或类似物提供得到瞳孔位置的间接手段。在一些实施方案中，综合屈光检查仪3001可以是自校准的并且在能够操作以开始视力测试之前不需要来自患者或执业医师的任何附加的外部配置或操纵。
[0294]
在步骤3610处，以一个或多个屈光力向患者显示一个或多个验光字体(例如按顺序、并排、或以网格图案/布局)。光场显示器3003的使用提供了关于如何呈现验光字体以及以哪个屈光力可以渲染每个验光字体的多个可能性。可以经由一个或多个屈光力增量以不同的屈光力顺序地呈现验光字体。在一些实施方案中，患者和/或操作者可以控制屈光力增量的速度和大小。
[0295]
在一些实施方案中，验光字体也可以被至少部分地同时呈现在相同的图像上但是以不同的屈光力被渲染(例如，经由光线追踪方法2400或2700)。例如，图37示出了如何向患者显示不同的验光字体但是同时以不同的屈光力渲染验光字体的一个示例。它们可以被安排在列中或在表格或类似物中。在图37中，我们看见两列三个验光字体(k、s、v)，当它们被患者感知时大小变化，每列以不同程度的屈光矫正(例如屈光力)被渲染。在此具体示例中，右边的验光字体被感知为比左边的验光字体更模糊。
[0296]
因此，在步骤3615处，患者将向操作者传达/用言语表达此信息，或经由控制接口3011输入/选择左列作为更清楚的一列。因此，在一些实施方案中，方法3600可以被配置为响应于指定的输入而实时地实施动态地调整一个或多个显示的验光字体的屈光力的动态测试功能，在此由从步骤3620返回到步骤3610的箭头所示出。在顺序地呈现验光字体的情况下，患者可以表明所示出的验光字体何时更清楚。在一些实施方案中，患者可以控制所示出的验光字体的顺序(根据所需要的屈光度来回移动)，以及这些验光字体被呈现的速度和增量，直到他/她识别最清楚的验光字体。在一些实施方案中，患者可以通过在显示的图像内移动指示器图标或类似物来表明哪个验光字体或哪组验光字体是最清楚的。
[0297]
在一些实施方案中，验光字体可以经由视频馈送或类似方式来呈现。
[0298]
在一些实施方案中，当使用一盘透镜或类似物时，屈光力的不连续改变可能是不可避免的。例如，该盘透镜可以被用来提供屈光力的更大增量，如上文所讨论的。因此，在此
情况下步骤3610可以包括首先通过根据需要改变透镜来显示屈光力的更大增量，并且当识别了最清楚或不太模糊的验光字体时，使用光场显示器以连续的或屈光力的更小增量进行精细调节。在同时呈现验光字体的情况下，折射部件3007可以同时作用于所有验光字体，并且它们之间的屈光力的改变可以仅由光显示器3003控制。在一些实施方案中，例如当使用电可调节流体透镜或类似物时，屈光力的改变可以是连续的。
[0299]
在一些实施方案中，眼睛图像可以在步骤3610至3620期间被记录并且被分析以提供进一步诊断。例如，眼睛图像可以与专有眼睛检查图像的库或数据库进行比较并且例如经由人工智能(ai)或机器学习(ml)系统或类似物被分析。此分析可以由综合屈光检查仪3001本地或经由远程服务器或数据库3059来进行。
[0300]
一旦在步骤3625处限定矫正患者的降低的视觉敏锐度所需要的正确屈光力，就可以从用来显示最佳感知的验光字体的总屈光力得到眼睛处方或视力矫正参数。
[0301]
在一些实施方案中，患者、验光师或其他眼睛护理专业人员可以能够直接地并且安全地将患者的眼睛处方转移到存储在所述服务器或数据库3059上的他/她的用户简档。例如，这可以经由安全的网站来进行，以使得新的处方信息被自动地上传到远程数据库3059上的安全的用户简档。在一些实施方案中，眼睛处方可以被远程地发送到透镜专家或类似人员以使处方眼镜被准备好。
[0302]
在一些实施方案中，视力测试系统3000还可以或替代地被用来模拟补偿高阶像差。实际上，上文所描述的光场渲染方法1100、1900、2400、2700、4100和4300可以被用来补偿高阶像差(hoa)，并且因此可以被用来经由方法3600验证外部测量的或测试的hoa，因为测量的、估计的或预测的hoa可以使用本文所描述的系统而被动态地补偿，并且因此在确认应用的hoa校正是否令人满意地解决原本经历的视力缺陷时由观看者主观地视觉验证。
[0303]
在一个实施方案中，可以通过顺序地重复方法3600的步骤来测试散光以确定所需要的球形屈光力4001、圆柱轴角度4007和圆柱形屈光力4005(例如sph、axis和cyl参数)。这被示出在图48的过程流程图中。对于此示例，光场渲染方法4100或4300可以被用来以球形屈光力4001、圆柱形屈光力4005和圆柱轴角度4007的不同的组合渲染光场图像，如上文所解释的。因此，在一些实施方案中，在步骤4831处，可以首先执行方法3600的第一次迭代以确定必要的球形屈光力4001调整，随后是第二次迭代以用于确定圆柱轴角度4007并且最后是第三次迭代以用于确定必要的圆柱形屈光力4005调整。
[0304]
在步骤4831处，在一个实施方案中，可以顺序地或同时地示出一系列验光字体，每个验光字体以不同的球形屈光力4001生成，如上文所讨论的。一旦用户已经以足够好的屈光度分辨率识别了哪个验光字体是最清楚的，就识别最好地补偿用户的降低的视觉敏锐度的对应的球形屈光力4001的那个值(例如sph参数)。
[0305]
然后在步骤4851处，则可以执行方法3600的第二次迭代以用于确定圆柱轴角度4007。在一些实施方案中，由综合屈光检查仪3001显示或生成的验光字体可以类似于当使用杰克逊交叉圆柱设备或类似物时用户所看见的验光字体(在方法3600的步骤3610处)。例如，光场显示器3003可以能够操作以显示包括以特定角度定位以用于标记如由光场显示器生成的主子午线(其一个示例被示出在图49中)的线或点的图像。在一些实施方案中，为了找到圆柱轴角度4007的初始起始值，可以首先显示像在模拟时钟的刻度盘上安排的一系列线，而不生成任何圆柱形屈光力。然后可以询问用户哪条线看起来与其他线不同(例如不太
直)，这将限定圆柱轴角度4007的起始值。然后，以所需要的圆柱形轴角度4007(例如对于正常用户为0.5d或对于低视力用户为1d)生成小的圆柱形屈光力4005，并且通过生成新的刻度盘状的图像和细化圆柱轴角度4007的值来迭代该过程直到确定良好的值(例如axis参数)。
[0306]
最后，在步骤4871处，一旦所需要的圆柱轴角度4007是已知的(即所需要的子午线)，可以通过使用上文所识别的球形屈光力4001值和圆柱轴角度4007值来改变针对每个图像生成的圆柱形屈光力4005而最后一次重复方法3600，直到用户传达哪个图像观看起来是最清楚的或最舒适的，从而给出所需要的最终圆柱形屈光力值4005。在此示例性过程4800的结束处，将确定补偿用户的散光所需要的sph、cyl和axis的最佳值。
[0307]
在一个这样的实施方案中，可以渲染hoa校正预览，例如，在使得用户能够理解hoa校正(例如hoa补偿眼镜装置或接触透镜、眼内透镜(intraocular lens，iol，人工晶状体)、外科手术等)或其不同的水平或精度可能对其视觉敏锐度的影响时。替代地，一旦被验证，hoa校正可以被按需应用以向消费者显示器提供增强的视力矫正能力。
[0308]
高阶像差可以按照zernike多项式以及其关联的系数来定义。在一些实施方案中，光场综合屈光检查仪可以能够操作以帮助验证或确认测量的高阶像差，或再次以提供某些hoa校正如何导致不同程度的改善的视力的预览。为此，在一些实施方案中，光线追踪方法1100、1900、2400或2700可以被修改以解释导致由zernike系数的值的给定的集合表征的hoa的波前失真。在一些实施方案中，这样的方法可以包括提取或得到对应于一个给定的波前几何结构的一组光线。因此，光场显示器可以能够操作以通过生成对应于“相反的”波前像差的图像来补偿失真。在一些实施方案中，可以针对一个给定的瞳孔尺寸的圆形形状将对应的总像差值归一化。此外，在一些实施方案中，波前可以被缩放、旋转和变换以解释观看区的尺寸和形状。例如，这可以包括同中心缩放、瞳孔中心的平移和瞳孔的旋转。
[0309]
虽然本公开内容出于例示性目的描述了多个实施方案，但是这样的描述并不意在被限制于这样的实施方案。相反，在不脱离实施方案、所附权利要求中限定的一般范围的情况下，本文所描述的和所例示的申请人的教导涵盖各种替代方案、改型和等同物。除了到过程本身中必需的或固有的程度之外，未意在或暗示在本公开内容中所描述的方法或过程的步骤或阶段的特定顺序。在许多情况下，在不改变所描述的方法的目的、效果或含意的情况下，可以改变过程步骤的顺序。
[0310]
如本文所示出的并且详细描述的信息完全能够实现本公开内容的上文所描述的目的、本公开内容的目前优选的实施方案，并且因此表示由本公开内容广泛地构想的主题。本公开内容的范围完全涵盖对于本领域技术人员而言可以变得明了的其他实施方案，并且因此将仅由所附权利要求来限制，其中除非明确说明，否则以单数形式做出的对元件的任何引用不意在意味着“有且仅有一个”，而是“一个或多个”。如本领域普通技术人员认为的，上文所描述的优选的实施方案和附加的实施方案的元件的所有结构等同物和功能等同物据此通过引用明确地并入并且意在由本权利要求涵盖。此外，不存在使系统或方法解决寻求由本公开内容解决的每一个问题的要求，因为这将由本权利要求涵盖。此外，本公开内容中的元件、部件或方法步骤不意在被奉献给公众，而不管权利要求中是否明确地记载元件、部件或方法步骤。然而，在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，可以做出在形式、材料、工件和制造材料细节上的各种改变和改型，如在所附权利要求中阐述的，这对于本领域
普通技术人员而言可以是明了的，所述改变和改型也被涵盖在本公开内容中。
[0311]
虽然本公开内容描述了多个示例性实施方案，但是本公开内容不被如此限制。相反，本公开内容意在涵盖被包括在本公开内容的一般范围内的各种改型和等同安排。