产生虚拟实境影像的光场近眼显示器及其方法与流程

1.本发明有关一种光场近眼显示技术，尤其是一种产生虚拟实境影像的光场近眼显示器及其方法。


背景技术：

2.光场近眼显示器(light field near-eye display,lfned)是目前可解决视觉辐辏调节冲突(vergence accommodation conflict)的显示技术之一，而采用具有多个子透镜的微透镜阵列的光场近眼显示器，可由多个子透镜产生的多个子影像画面以组合成空间上立体的虚拟图像画面，当子影像画面重叠覆盖时，虚拟图像的亮度会因为子影像画面重叠覆盖的关系而产生不均匀的亮度分布。此外，眼球可视范围(eye box size)是在一定的空间范围内，眼球可移动并观看到完整影像画面的范围，而此范围受限于子透镜的光束汇集或交集的区域，当眼球偏离眼球可视范围时，则会因为眼球偏离光束汇集或交集的区域而看到破碎的影像。因此，需要一种提升影像亮度均匀性以及扩增眼球可视范围的光场近眼显示技术。
3.本「背景技术」段落只是用来帮助了解本

技术实现要素：
，因此在「背景技术」中所公开的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的现有技术。此外，在「背景技术」中所公开的内容并不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
4.本发明提供一种可提升影像亮度均匀性以及扩增眼球可视范围的产生虚拟实境影像光场近眼显示器及其方法。
5.本发明的其他目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。
6.为达到上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本发明所提供的产生虚拟实境影像的光场近眼显示器包括光场显示模块以及眼睛追踪模块。上述光场显示模块用以根据模拟影像计算补偿遮罩，并叠合补偿遮罩至目标影像，其中模拟影像与补偿遮罩的亮暗分布彼此相反。上述眼睛追踪模块用以提供多个眼动参数，上述光场显示模块根据上述多个眼动参数的变化向量位移对应于转换后的目标影像的显示影像。
7.为达到上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本发明所提供的产生虚拟实境影像的方法用于光场近眼显示器，上述方法包括：根据模拟影像计算补偿遮罩，并叠合补偿遮罩至目标影像，其中模拟影像与补偿遮罩的亮暗分布彼此相反；以及根据多个眼动参数的变化向量位移对应于转换后的目标影像的显示影像。
8.本发明因采用补偿遮罩来叠合目标影像以补偿目标影像的不均匀亮度，并且根据眼动参数动态地位移对应目标影像的显示影像，因此可达到提升影像亮度均匀性以及扩增眼球可视范围的目的。
9.为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，
并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
10.图1为本发明实施例所提供的光场近眼显示器的示意图；
11.图2为本发明实施例所提供的产生虚拟实境影像的方法的流程图；
12.图3为本发明实施例所提供的根据模拟影像计算补偿遮罩并叠合补偿遮罩至目标影像的流程图；
13.图4为本发明实施例所提供的根据多个眼动参数的变化向量位移对应于转换后的目标影像的显示影像的流程图；
14.图5为本发明实施例所提供的扩增眼球可视范围的示意图；
15.图6a为本发明实施例所提供的眼球可视范围作动的一示意图；以及
16.图6b为本发明实施例所提供的眼球可视范围作动的另一示意图。
17.附图标记列表
18.1 光场近眼显示器
19.2 光场显示模块
20.3 眼睛追踪模块
21.4 眼球
22.21 子透镜
23.22 显示面板
24.41 瞳孔
25.a,a’,b,b’,c,c
’ꢀ
子显示影像
26.a,a’,b,b’,c,c
’ꢀ
虚拟子影像画面
27.s1,s3步骤
28.s11,s13,s15,s31,s33 子步骤。
具体实施方式
29.有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，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发明。
30.图1为本发明实施例所提供的光场近眼显示器的示意图，请参照图1所示，为本发明实施例所提供的光场近眼显示器1，其中光场近眼显示器1包括光场显示模块2以及眼睛追踪模块3，并且眼睛追踪模块3连接光场显示模块2。光场显示模块2具有多个子透镜21以及显示面板22，其中多个子透镜21例如为微透镜阵列，显示面板22用以显示一显示影像，显示影像包含多个子显示影像，而眼球4可通过多个子透镜21以观看由多个子显示影像所叠合而成的虚拟实境影像。眼睛追踪模块3用以追踪多个眼动参数，这些眼动参数包括眼球位置与预定位置的距离、瞳孔位置与预定位置的距离或瞳孔41的大小，其中预定位置例如位在显示面板22的正中央。可以注意的是，图1中眼睛追踪模块3在光场近眼显示器1中的位置与数量仅为示例，本领域技术人员可依据实际需求摆放眼睛追踪模块在光场近眼显示器1
中的位置以及选择其数量，本发明不局限于此。特别说明的是，光场显示模块2可用以将目标影像转换为显示面板22所要显示的多个子显示影像(意即，显示影像即为转换后的目标影像)，如此眼球接收的虚拟实境影像的图案则类似于目标影像的图案。
31.图2为本发明实施例所提供的产生虚拟实境影像的方法的流程图，请同时参照图1及图2所示，为了提升影像亮度均匀性及扩增眼球可视范围，本发明实施例所提供的光场近眼显示器1用以执行产生虚拟实境影像的方法，其中光场显示模块2用以根据模拟影像计算补偿遮罩，并叠合补偿遮罩至目标影像，其中模拟影像与补偿遮罩的亮暗分布彼此相反，而眼睛追踪模块3用以提供多个眼动参数的变化向量，光场显示模块2则根据多个眼动参数的变化向量而位移对应于转换后的该目标影像的显示影像。可以注意的是，本发明实施例所提供的产生虚拟实境影像的方法是以光场显示模块2执行运算为例，但本发明不局限于此。在其他的实施中，可由眼睛追踪模块3或其他处理器执行全部或部分的步骤，亦可由其他光场近眼显示器执行，本发明不局限于此。详细而言，本实施例的产生虚拟实境影像的方法包括步骤s1：根据模拟影像计算补偿遮罩，并叠合补偿遮罩至目标影像，其中模拟影像与补偿遮罩的亮暗分布彼此相反；以及步骤s3：根据多个眼动参数的变化向量位移对应于转换后的目标影像的显示影像。另外，值得注意的是，本发明实施例所提供的产生虚拟实境影像的方法中步骤s1及s3可以互相调换而并无优先顺序，本发明不局限于此。
32.如图3所示，步骤s1包括子步骤s11：以一白场影像通过光场近眼显示模拟，以产生模拟影像，其中白场影像为灰阶画面、棋盘格画面或线条画面；子步骤s13：根据白场影像的每一像素与模拟影像所对应的像素的亮度值差，以产生补偿遮罩；以及子步骤s15：将目标影像的每一像素的亮度值与补偿遮罩所对应的像素的值相乘。如此，可产生经过亮度补偿后的目标影像，使人眼观察到的影像具有较高的影像亮度均匀性。
33.举例来说，一般的光场显示模块根据一亮度均匀(亮度值均相同)的白画面影像以显示影像时，由于眼球4通过多个子透镜21以观看由白画面影像的虚拟子影像画面所叠合而成的虚拟实境影像，其亮度分布会因为虚拟子影像间的叠合间距、比例及形状而导致亮暗分布(亮度值不相同)产生类似网格的画面，因此虚拟实境影像会有亮度不均匀的问题，亦即一般的光场显示模块无法呈现如同原始白画面影像般的亮度均匀的虚拟实境影像。而本实施例中的光场显示模块2根据白场影像的每一像素的亮度值与模拟影像中对应的像素的亮度值进行比较以取得各像素的亮度值差，借此产生具有亮度值差的补偿遮罩。最后，将补偿遮罩叠合于光场显示模块2所要显示的目标影像上，使得目标影像中每一像素的亮度值叠加补偿遮罩中对应的像素的亮度值差，如此使用者观察到的虚拟实境影像将会是亮度均匀的白画面影像。
34.在另一实施例中，在目标影像中每一像素的亮度值叠加补偿遮罩中对应的像素的亮度值差之后，可进一步地执行亮度均一化，以将亮度值的分布缩放至0至1之间或是-1至1之间以简化计算。
35.进一步而言，图4为本发明实施例所提供的根据多个眼动参数的变化向量位移对应于转换后的目标影像的显示影像的流程图，图5为本发明实施例所提供的扩增眼球可视范围的示意图。请同时参考图1、图4及图5，步骤s3包括子步骤s31：显示影像包括多个子显示影像，根据眼球位置建立这些子显示影像的空间移动范围；以及子步骤s33：追踪瞳孔位置的变化向量以在每一子显示影像的空间移动范围内位移每一子显示影像的位置。如此，
可位移对应于转换后的目标影像的显示影像。
36.明确地说，如图5所示，光场显示模块2根据眼睛追踪模块3提供的眼球位置建立每一子显示影像(实线圈)的空间移动范围(虚线圈)，使得光场显示模块2可以根据眼睛追踪模块3提供的瞳孔41相对于预定位置的移动距离及移动方向，在空间移动范围的中央与边界对应的空间座标之间以插值(内插)计算法计算每一子显示影像的位移向量(例如位移距离及位移方向)，使得每一子显示影像在其空间移动范围内移动(即空间移动范围的位置例如为固定)，其中每一子显示影像的预定位置位于空间移动范围的中央，且每一子显示影像的位移方向与位移距离彼此大致相同。如此，透过本发明所提供的方法可使眼球可视范围得以扩增，使得眼球可视范围左右各扩增超过6mm，例如眼球位置与预定位置的距离可介于0mm至6mm之间，均可看到完整的虚拟实境影像。
37.另外，图6a及图6b为本发明所提供的眼球可视范围作动的不同实施例的示意图。如图6a及6b所示，当眼球位置偏离预定位置时，每一子显示影像的位移方向与位移距离会与眼球位置的偏离方向相反。在一示例中，当眼球位置未偏离时(如图6a所示)，每一子显示影像a、b、c通过子透镜21呈现虚拟子影像画面a、b、c，而这些虚拟子影像画面a、b、c为彼此部分交错的叠合影像。当眼球位置向右偏离时(如图6b所示)，眼睛追踪模块3会修正子显示影像a、b、c以进行向左偏移，而子显示影像a、b、c偏移的位置为偏离的眼球可视范围所投射的光线覆盖区而形成偏移的子显示影像a’、b’、c’，并通过子透镜21呈现虚拟子影像画面a’、b’、c’，而达成扩增眼球可视范围的目的。可以注意的是，眼睛追踪模块3可追踪眼球位置在任何方向上的偏离及转动，本发明不局限于上述示例。
38.综上所述，本发明所提供的产生虚拟实境影像的光场近眼显示器及其方法因采用补偿亮度的补偿遮罩来叠合目标影像以补偿目标影像的不均匀亮度，并且根据眼动参数动态地位移对应目标影像的显示影像，因此可达到提升影像亮度均匀性以及扩增眼球可视范围的目的。
39.以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即凡是依照本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达到本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，说明书摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索，并非用来限制本发明的权利范围。