CN105739094A - 一种基于透镜阵列的近眼显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及近眼显示技术领域，特别是涉及一种基于透镜阵列的近眼显示方法。本发明提供的一种基于透镜阵列的近眼显示方法，通过采用多个焦距相等的透镜组成透镜阵列，使显示器位于所述透镜阵列的焦平面处，所述显示器中的图像经过所述透镜阵列显示给用户。同时本发明还提供一种图像处理方法，根据透镜阵列对应的显示器的显示区域选取目标图像的显示子图，并将选取的所有显示子图拼接成一幅显示图像。通过上述近眼显示方法及图像处理方法能够突破单个透镜相对孔径条件的限制，实现减小近眼显示装置体积和减轻近眼显示装置重量的效果，提高人们头戴近眼显示装置的舒适度。

Description

一种基于透镜阵列的近眼显示方法

技术领域

本发明涉及近眼显示技术领域，特别是涉及一种基于透镜阵列的近眼显示方法。

背景技术

近眼显示装置，是一种使得佩戴者能够看清距离人眼很近的内容的显示技术。最初主要用于军事和科研领域。随着科学技术的发展，近眼显示器逐渐进入人们的生活当中。

目前普通的头戴显示装置采用不透明结构，利用透镜将距离人眼很近的显示器内容成像在人眼的聚焦范围内，使得人眼能够看清显示器上的内容。但是，现有的近眼显示装置采用单透镜显示方法，由于单个透镜相对孔径条件的限制，使得普通的头戴显示器比较笨重，使用极不方便，并且也无法方便携带。

发明内容

针对上述现有的近眼显示装置采用单透镜显示方法使得普通的头戴显示器比较笨重的问题，本发明提供了一种基于透镜阵列的近眼显示方法。

本发明提供一种基于透镜阵列的近眼显示方法，包括：

采用多个焦距相等的透镜组成透镜阵列；

使显示器位于所述透镜阵列的焦平面处；

所述显示器中的图像经过所述透镜阵列显示给用户。

进一步地，所述采用多个焦距相等的透镜组成透镜阵列的步骤，包括：

根据人眼观看区域大小以及人眼到透镜阵列的距离确定选用透镜的焦距以及所述透镜阵列中透镜之间的间距。

进一步地，所述人眼观看区域大小、人眼到透镜阵列的距离、透镜的焦距以及所述透镜阵列中透镜之间的间距满足以下公式：

$\frac{p}{L}=\frac{f}{f+D}$

其中，p为透镜单元间距，L为人眼观看区域大小，f为透镜单元焦距，D为人眼到透镜阵列的距离。

进一步地，所述每个透镜的孔径形状为圆形、矩形或者正三角形、正方形、正六边形。

进一步地，所述透镜的孔径形状为矩形或正方形时所述透镜对齐排列形成透镜阵列；所述透镜的孔径形状为圆形、正三角形或正六边形时对应的所述透镜交错排列形成透镜阵列。

另一方面，本发明还提供一种近眼显示方法所显示的图像的处理方法，所述方法包括：

确定所述透镜阵列中每个透镜对应所述显示器的显示区域；

分别选取目标图像中一部分作为单个显示区域的显示子图；

将选取的所有显示子图拼接成一幅完整的显示图像。

进一步地，所述确定所述透镜阵列中每个透镜对应所述显示器的显示区域的步骤，包括：

根据人眼观看区域大小、人眼到透镜阵列的距离以及透镜的焦距确定所述透镜阵列中每个透镜对应所述显示器的显示区域。

进一步地，所述人眼观看区域大小、人眼到透镜阵列的距离、透镜的焦距以及每个透镜对应所述显示器的显示区域的长度满足以下公式：

$\frac{f}{D}=\frac{w}{L}$

其中，f为透镜的焦距，D为人眼到透镜阵列的距离，w为每个透镜对应所述显示器的显示区域的长度，L为人眼观看区域大小。

进一步地，所述分别选取目标图像中一部分作为单个显示区域的显示子图的步骤，包括：

针对所述透镜阵列中的每一透镜，将目标图像的中心与所述透镜中心对齐，选取所述目标图像与所述透镜对应的显示区域重合部分作为该显示区域的显示子图。

进一步地，所述将选取的所有显示子图拼接成一幅完整的显示图像的步骤，包括：

按照每一显示子图对应的所述显示区域在显示器上的位置顺序拼接成一幅完整的显示图像。

本发明提供的一种基于透镜阵列的近眼显示方法，通过采用多个焦距相等的透镜组成透镜阵列，使显示器位于所述透镜阵列的焦平面处，所述显示器中的图像经过所述透镜阵列显示给用户，能够突破单个透镜相对孔径条件的限制，实现减小近眼显示装置体积和减轻近眼显示装置重量的效果，提高人们头戴近眼显示装置的舒适度。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1是本发明一个实施例中基于透镜阵列的近眼显示方法的流程示意图；

图2是本发明一个实施例中一种透镜阵列与显示器位置示意图；

图3是本发明一个实施例中人眼观看区域大小、人眼到透镜阵列的距离、透镜焦距、透镜间距以及显示子图长度对照示意图；

图4是本发明一个实施例中矩形透镜阵列示意图；

图5是本发明一个实施例中六边形透镜阵列示意图；

图6是本发明一个实施例中显示图像处理方法的流程示意图；

图7是本发明一个实施例中显示子图选取与拼接过程示意图；

图8是本发明一个实施例中目标图像处理得到显示图像的效果示意图；

其中，1-显示器，2-显示区域，3-透镜阵列，4-透镜，5-人眼，6-人眼观看区域。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步详细阐述。

图1示出了本实施例中一种基于透镜阵列的近眼显示方法的流程示意图，如图1所示，本实施例提供的一种基于透镜阵列的近眼显示方法，包括：

S11，采用多个焦距相等的透镜组成透镜阵列；

S12，使显示器位于所述透镜阵列的焦平面处；

S13，所述显示器中的图像经过所述透镜阵列显示给用户。

如图2所示，多个透镜4组成透镜阵列3，显示器1放置于透镜阵列的焦平面处，在具体实施过程中，根据人眼5的观看区域6的大小以及人眼到透镜阵列的距离确定选用透镜的焦距以及所述透镜阵列中透镜之间的间距。显示区域2为显示器上与透镜阵列3中透镜4一一对应。

如图3所示，所述人眼观看区域大小、人眼到透镜阵列的距离、透镜的焦距以及所述透镜阵列中透镜之间的间距满足以下公式：

$\frac{p}{L}=\frac{f}{f+D}$

其中，p为透镜单元间距，L为人眼观看区域大小，f为透镜单元焦距，D为人眼到透镜阵列的距离。

所述每个透镜的孔径形状为圆形、矩形或者正三角形、正方形、正六边形以及其他正多边形。不同透镜孔径形状的透镜阵列的排列方式也不同，根据透镜单元的形状，选择一种合适的排列方式，使得透镜单元填充率最高。举例来说，对于所述透镜的孔径形状为矩形或正方形时所述透镜对齐排列形成透镜阵列，如图4所示；对于所述透镜的孔径形状为圆形、正三角形或正六边形时对应的所述透镜交错排列形成透镜阵列，如图5所示。

另一方面，如图6所示，本实施例还提供一种近眼显示方法所显示的图像的处理方法，所述方法包括：

S21，确定所述透镜阵列中每个透镜对应所述显示器的显示区域；

S22，分别选取目标图像中一部分作为单个显示区域的显示子图；

S23，将选取的所有显示子图拼接成一幅完整的显示图像。

具体实施过程中，所述确定所述透镜阵列中每个透镜对应所述显示器的显示区域的步骤，包括：

根据人眼观看区域大小、人眼到透镜阵列的距离以及透镜的焦距确定所述透镜阵列中每个透镜对应所述显示器的显示区域。

例如，如图3所示，所述人眼观看区域大小、人眼到透镜阵列的距离、透镜的焦距以及每个透镜对应所述显示器的显示区域的长度满足以下公式：

$\frac{f}{D}=\frac{w}{L}$

其中，f为透镜的焦距，D为人眼到透镜阵列的距离，w为每个透镜对应所述显示器的显示区域的长度，L为人眼观看区域大小。

所述分别选取目标图像中一部分作为单个显示区域的显示子图的步骤，包括：

针对所述透镜阵列中的每一透镜，将目标图像的中心与所述透镜中心对齐，选取所述目标图像与所述透镜对应的显示区域重合部分作为该显示区域的显示子图。

如图7(a)所示，将目标图像的中心分别与第4、第5、第6和第7个透镜的中心对齐，根据目标图像分别与第4、第5、第6和第7个显示区域重合的部分选取该显示区域对应的显示子图1、显示子图2、显示子图3和显示子图4。

然后如图7(b)所示，按照每一显示子图对应的所述显示区域在显示器上的位置顺序拼接成一幅完整的显示图像。

图8给出了图像处理的效果示意图，将图8(a)所示的目标图像经过本实施例图像处理方法处理后，得到如图8(b)所示的显示图像。将图8(b)所示的显示图像在如图1所示的显示器中显示，其中每一个显示子图分别经过图1中对应的透镜阵列3中的透镜4后进入人眼5，人眼5所看到的图像即为图8(a)所示。

本实施例提供的一种基于透镜阵列的近眼显示方法，通过采用多个焦距相等的透镜组成透镜阵列，使显示器位于所述透镜阵列的焦平面处，所述显示器中的图像经过所述透镜阵列显示给用户。同时本实施例提供的图像处理方法，根据透镜阵列对应的显示器的显示区域选取目标图像的显示子图，并将选取的所有显示子图拼接成一幅显示图像。通过上述近眼显示方法及图像处理方法能够突破单个透镜相对孔径条件的限制，实现减小近眼显示装置体积和减轻近眼显示装置重量的效果，提高人们头戴近眼显示装置的舒适度。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于透镜阵列的近眼显示方法，其特征在于，所述方法包括：

采用多个焦距相等的透镜组成透镜阵列；

使显示器位于所述透镜阵列的焦平面处；

所述显示器中的图像经过所述透镜阵列显示给用户。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用多个焦距相等的透镜组成透镜阵列的步骤，包括：

根据人眼观看区域大小以及人眼到透镜阵列的距离确定选用透镜的焦距以及所述透镜阵列中透镜之间的间距。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述人眼观看区域大小、人眼到透镜阵列的距离、透镜的焦距以及所述透镜阵列中透镜之间的间距满足以下公式：

$\frac{p}{L}=\frac{f}{f+D}$

其中，p为透镜单元间距，L为人眼观看区域大小，f为透镜单元焦距，D为人眼到透镜阵列的距离。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个透镜的孔径形状为圆形、矩形或者正三角形、正方形、正六边形。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述透镜的孔径形状为矩形或正方形时所述透镜对齐排列形成透镜阵列；所述透镜的孔径形状为圆形、正三角形或正六边形时对应的所述透镜交错排列形成透镜阵列。

6.一种根据权利要求1至5所述的近眼显示方法所显示的图像的处理方法，其特征在于，所述方法包括：

确定所述透镜阵列中每个透镜对应所述显示器的显示区域；

分别选取目标图像中一部分作为单个显示区域的显示子图；

将选取的所有显示子图拼接成一幅完整的显示图像。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定所述透镜阵列中每个透镜对应所述显示器的显示区域的步骤，包括：

根据人眼观看区域大小、人眼到透镜阵列的距离以及透镜的焦距确定所述透镜阵列中每个透镜对应所述显示器的显示区域。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述人眼观看区域大小、人眼到透镜阵列的距离、透镜的焦距以及每个透镜对应所述显示器的显示区域的长度满足以下公式：

$\frac{f}{D}=\frac{w}{L}$

其中，f为透镜的焦距，D为人眼到透镜阵列的距离，w为每个透镜对应所述显示器的显示区域的长度，L为人眼观看区域大小。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述分别选取目标图像中一部分作为单个显示区域的显示子图的步骤，包括：

针对所述透镜阵列中的每一透镜，将目标图像的中心与所述透镜中心对齐，选取所述目标图像与所述透镜对应的显示区域重合部分作为该显示区域的显示子图。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将选取的所有显示子图拼接成一幅完整的显示图像的步骤，包括：

按照每一显示子图对应的所述显示区域在显示器上的位置顺序拼接成一幅完整的显示图像。