CN110007475A

CN110007475A - 利用虚拟深度补偿视力的方法与装置

Info

Publication number: CN110007475A
Application number: CN201910306094.8A
Authority: CN
Inventors: 张毅军; 张熙菡
Original assignee: Wanwei Yunshi (shanghai) Digital Technology Co Ltd
Current assignee: Wanwei Yunshi (shanghai) Digital Technology Co Ltd
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2019-07-12

Abstract

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及并公开了一种利用虚拟深度补偿视力的方法与装置。利用虚拟深度补偿视力的方法，基于裸眼3D显示装置，在原图像基础上生成虚拟图像，通过调整虚拟图像的虚拟深度值，调整虚拟图像与视网膜的距离，使虚拟图像正好汇聚在视网膜上，作为视力补偿。本发明还公开了利用虚拟深度补偿视力的装置，包括裸眼3D显示装置，还依次包括数据输入单元、数据存储单元、中央处理单元、数据输出单元。本发明的利用虚拟深度补偿视力的方法与装置使近视、远视眼能够在不佩戴眼镜的情况下清晰地观看手机、电视、电脑的屏幕，具有使用方便、矫正效果好的优点。

Description

利用虚拟深度补偿视力的方法与装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种利用虚拟深度补偿视力的方法与装置。

背景技术

自然界各种物体在光线的照射下，不同颜色可以反射出明暗不同的光线，这些光线透过角膜、晶状体、玻璃体的折射，在视网膜上显出景物的影景象(倒立的像)，构成光刺激。视网膜上的感光细胞(圆锥和杆状细胞)受光的刺激后，经过一系列的物理化学变化，转换成神经冲动，由视神经传入大脑层的视觉中枢，然后我们就能看见物体了，经过大脑皮层的综合分析，产生视觉，人就看清了景物(正立的立体像)。但是当人眼产生衰退后，影像的汇聚点不能呈现在视网膜上，则会出现视力模糊，例如近视：如附图1a所示，就是由于汇聚焦点9呈现在视网膜8之前，如附图1b所示需要采用凹透镜10来矫正，而远视和老花眼如附图2a所示，则是由于汇聚焦点9呈现在视网膜8之后。为了能看清物体，如附图2b所示需要采用凸透镜11来矫正。

如今，显示屏无处不在，与显示屏打交道已经是人们习以为常的事情，看屏幕是很多员工工作的一部分。对于那些视力有问题的人，长期戴着眼镜来看显示屏对生活带来诸多不便，若显示设备本身具备矫正视力的功能，人们将可以摆脱眼镜的舒服，生活更加便利。

裸眼3D是一种新兴的显示技术，该技术不通过任何辅助设备就能让左右两眼从显示屏上看到两幅具有视差的、有所差别的画面，将它们反射到大脑就会得到虚拟图像，不仅可以使用户观看到真实的立体场景，也可以取代近视或者远视镜，在观看者不佩戴近视或者远视镜的情况下，看清文字。也就是通过改变虚拟物体物平面的做法，使人眼无法看清的物体变得清晰，从而不用眼镜或移动显示屏改变距离就可以看清屏幕图像。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种在视力不佳的情况下，不需使用眼镜或移动显示屏改变距离即可看清屏幕的利用虚拟深度补偿视力的方法与装置。

利用虚拟深度补偿视力的方法，基于裸眼3D显示装置，在原图像基础上生成虚拟图像，通过调整虚拟图像的虚拟深度值，调整虚拟图像与视网膜的距离，使虚拟图像正好汇聚在视网膜上，虚拟深度值为正，虚拟图像入屏远离人眼，作为远视补偿；虚拟深度值为负，虚拟图像出屏接近人眼，作为近视补偿。所述的虚拟深度值是指虚拟图像到裸眼3D显示装置屏幕间的距离。

由于所看物体对远视或老花眼来说，实际成像在视网膜后面。所以裸眼3D显示装置上，把需要显示的物体，往屏幕里面拉，即远离人眼，屏幕所成像的位置会相对后退，即回到视网膜平面上。所以不需要佩戴远视镜，就可以看清平时看不清的文字或者图片了。与之相反，对近视眼来说，实际成像在视网膜前面，所以裸眼3D显示装置上，把需要显示的物体，往屏幕外面推，即靠近人眼，屏幕所成像的位置会后退，即回到视网膜平面上。所以不需要佩戴近视镜，就可以看清平时看不清的文字或者图片了。

作为优选，利用虚拟深度补偿视力的方法，包括如下步骤：

1)由需要矫正的远视或近视度数得到所需的虚拟深度值；

2)相机摄取原图像，并获取相机参数值；

3)由相机参数值、人双眼瞳孔距、虚拟深度值计算出左右眼图像视差值；

4)根据左右眼图像视差值和原图像，制作出左右眼视图对，在裸眼3D显示装置上进行播放，得到具有所需虚拟深度值的虚拟图像，从而进行视力补偿。

图像的虚拟深度是由视差来实现。让左右两眼所看到的图像有所区别，会在人脑中形成具有所需虚拟深度的图像，从而利用视觉上的深度来补偿近视或远视引起的，影像实际聚焦点与视网膜的距离。

作为优选，还包括步骤5)：在步骤4)所得到虚拟图像视力补偿不理想时，对步骤1)所述的虚拟深度值进行校正。可以方便地得到清楚的视力补偿。

作为优选，步骤1)所述的矫正度数与虚拟深度值的对应关系通过先验数据库进行确定。对于每个个体来说，视差值与近视或远视的度数一一对应，对于不同个体，视差值与矫正度数之间可设置参数，通过调整参数的大小，进行实验得出相关数据，存入数据库。

作为优选，步骤1)所述的矫正度数在两眼度数不一样时取均值。在两眼都是近视或远视的情况下，两眼视力相差不多时，矫正度数可以取均值。

作为优选，步骤3)所述的左右眼图像视差值其中f为摄取原图像时所用相机的焦距，T_x为人双眼瞳孔距，p为摄取原图像所用相机成像对应的单个像素点的宽度，Z_far为摄取原图像所用相机的最大景深，Z_near为摄取原图像所用相机的最小景深，X为虚拟深度值，其中f、p、Z_far、Z_near为摄取原图像时所用相机参数。左右眼图像视差值与虚拟深度值之间具有定量关系，通过虚拟深度值、摄取原图像时所用相机的焦距、最大景深、最小景深、成像对应的单个像素点的宽度，两眼瞳孔距可定量计算出左右眼图像视差值(像素值)。

推导过程如下：所述的左右眼图像视差值其单位为像素，其中d为景深为Z的景物在左右眼图像中的视差距离：Z为相机模型中物体的景深；

由于图像的深度值与实际景深成反比关系(一般定义最远处近为景深最大值，而最远处视差近似为零，定义图像深度为最小)，深度S与景深Z的关系可近似定义为：S＝255a/Z(255>S>0)③，其中：将②式、③式代入①式，可得：假设将正常画面对应的深度设置S＝128，代入⑤式，即得到：

可定义虚拟深度X＝S-128(127>X>-128)⑦，正值为对应虚拟图像出屏深度，负值为对应虚拟图像入屏深度。左右眼图像视差值D与虚拟深度值X简化为：

将④、⑥式代入⑧式，进一步简化为

作为优选，步骤4)所述的左右眼视图对，其中一幅视图为原图像，另一幅视图相对于原图像的偏移量是左右眼图像视差值D。这样得到的视差对在裸眼3D显示装置上播放，能形成所需的虚拟深度值图像，补偿视力。

作为优选，步骤4)所述的裸眼3D显示装置包括狭缝光栅裸眼3D显示屏或柱状光栅裸眼3D显示屏。

利用虚拟深度补偿视力的装置，包括裸眼3D显示装置，还包括数据输入单元、数据存储单元、中央处理单元、数据输出单元，其中：

数据输入单元用于输入矫正度数以及校正参数、相机参数值、人双眼瞳孔距、原图像；

数据存储单元用于存储输入的矫正度数值、校正参数值、相机参数值、人双眼瞳孔距、原图像以及矫正度数与虚拟深度值的对应关系数据库；

中央处理单元：用于比对矫正度数与虚拟深度值的对应关系数据库得到虚拟深度值并通过校正参数进行矫正、结合相机参数值、人双眼瞳孔距计算左右眼图像视差值、在原图像基础上制作左右眼视图对，将左右眼视图对融合为一幅图像；

数据输出单元用于将融合图像输出到裸眼3D显示装置进行播放；

裸眼3D显示装置用于将接收到的融合图像分离成左右眼视图对，使左右眼分别看到各自对应的视图，人大脑再将有视差的视图拟合，最终看到具有虚拟深度的虚拟图像，用于视力补偿。

作为优选，所述的数据输入单元包括矫正数据输入单元和校正参数输入单元、其他参数输入单元分别输入矫正度数、校正参数、相机参数值、人双眼瞳孔距、原图像。输入使用人的矫正度数，进行视力补偿，如果不清晰，则调整校正参数，直至补偿到清晰为止。

作为优选，利用虚拟深度补偿视力的装置，其适用于手机或电脑或电视。手机或电脑或电视配置上述利用虚拟深度补偿视力的装置，均可方便地进行视力补偿。

本发明的利用虚拟深度补偿视力的方法与装置基于裸眼3D显示装置，在原图像基础上生成虚拟图像，通过调整虚拟图像的虚拟深度值，调整虚拟图像与视网膜的距离，使虚拟图像正好汇聚在视网膜上，虚拟深度的正、负值对应远视或近视补偿。这种视力补偿方法使近视、远视眼能够在不佩戴眼镜的情况下清晰地观看手机、电视、电脑的屏幕，具有使用方便、矫正效果好的优点。

附图说明

图1a为近视焦点汇聚示意图；图1b为现有技术采用凹透镜进行近视矫正的示意图。

图2a为远视焦点汇聚示意图；图2b为现有技术采用凸透镜进行远视矫正的示意图。

图3为本发明实施例1利用虚拟深度补偿视力的方法进行近视补偿示意图。

图4a为图3近视补偿所用左眼视图的示意图；图4b为图4a相对的右眼视图的示意图。

图5为本发明实施例2利用虚拟深度补偿视力的方法进行远视补偿示意图。

图6a为图5远视补偿所用左眼视图的示意图；图6b为图6a相对的右眼视图的示意图。

图7为本发明实施例1利用虚拟深度补偿视力的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1-7与具体实施方式对本发明做进一步的说明。

实施例1

利用虚拟深度补偿视力的方法，基于裸眼3D显示装置，在原图像12基础上生成虚拟图像13，通过调整虚拟图像13的虚拟深度值，调整虚拟图像13与视网膜8的距离，使虚拟图像13正好汇聚在视网膜9上，虚拟深度值为正，虚拟图像13入屏远离人眼，作为远视补偿；虚拟深度值为负，虚拟图像13出屏接近人眼，作为近视补偿。本实施例是近视补偿，如附图3所示，虚拟深度值为负，虚拟图像13出屏接近人眼，屏幕所成像位置后退，回到视网膜8上。

利用虚拟深度补偿视力的方法，包括如下步骤：

1)由需要矫正的近视度数得到所需的虚拟深度值；

2)相机摄取原图像，并获取相机参数值；所述相机参数值包括相机的焦距、相机成像对应的单个像素点的宽度、相机的最大景深、相机的最小景深。

4)根据左右眼图像视差值和原图像12，制作出左右眼视图对，在裸眼3D显示装置上5进行播放，得到具有所需虚拟深度值的虚拟图像13，从而进行视力补偿。

还包括步骤5)：在步骤4)所得到虚拟图像13视力补偿不理想时，对步骤1)所述的虚拟深度值进行校正。

步骤1)所述的矫正度数与虚拟深度值的对应关系通过先验数据库进行确定。步骤1)所述的矫正度数在两眼度数不一样时取均值。

步骤3)所述的左右眼图像视差值其中f为摄取原图像时所用相机的焦距，T_x为两眼瞳孔距，p为摄取原图像所用相机成像对应的单个像素点的宽度，Z_far为摄取原图像所用相机的最大景深，Z_near为摄取原图像所用相机的最小景深，X为虚拟深度值，其中f、p、Z_far、Z_near为摄取原图像时所用相机的参数。此例：f为0.4m，T_x为65mm，Z_far＝120，Z_near＝40，p为4.25um，当虚拟深度X设置为+80时，则计算出D为32个像素点。

步骤4)所述的左右眼视图对，如附图4a所示，左眼视图14为原图像，如附图4b所示，右眼视图15相对于原图像向右偏移，偏移量是左右眼图像视差值D，此例偏移32个像素点。

如附图7所示，利用虚拟深度补偿视力的装置，包括裸眼3D显示装置5，还包括数据输入单元1、数据存储单元2、中央处理单元3、数据输出单元4，其中：

数据输入单元1包括矫正数据输入单元6和校正参数输入单元7、其他参数输入单元8分别输入矫正度数、校正参数、相机参数值、人双眼瞳孔距、原图像。

数据存储单元2用于存储输入的矫正度数值、校正参数值、相机参数值、人双眼瞳孔距、原图像以及矫正度数与虚拟深度值的对应关系数据库；

中央处理单元3：用于比对矫正度数与虚拟深度值的对应关系数据库得到虚拟深度值并通过校正参数进行矫正、结合相机参数值、人双眼瞳孔距计算左右眼图像视差值、在原图像基础上制作左右眼视图对，将左右眼视图对融合为一幅图像；

数据输出单元4用于将融合图像输出到裸眼3D显示装置5进行播放；

裸眼3D显示装置5用于将接收到的融合图像分离成左右眼视图对，使左右眼分别看到各自对应的视图，人大脑再将有视差的视图拟合，最终看到具有虚拟深度的虚拟图像，用于视力补偿。

该利用虚拟深度补偿视力的装置应用于手机。

将使用者的近视或远视的度数通过矫正数据输入单元6输入并储存到数据存储单元2，相机参数值、人双眼瞳孔距、原图像通过其他参数输入单元8输入并储存到数据存储单元2，数据数据存储单元2已预先存储矫正度数与虚拟深度值的对应关系数据库，中央处理单元3根据上述数据计算左右眼图像视差值、制作左右眼视图对，将左右眼视图对融合为一幅图像，数据输出单元4用于将融合图像输出到裸眼3D显示装置5，裸眼3D显示装置5用于将接收到的融合图像分离成左右眼视图对，使左右眼分别看到各自对应的视图，人大脑再将有视差的视图拟合，最终看到具有虚拟深度的虚拟图像13。如果虚拟图像13视力补偿不理想时，则通过校正参数输入单元7输入矫正参数，重复上述步骤进行校正，直至得到清晰的虚拟视图13。

实施例2

其他方法与装置如实施例1，不同之处在于：

本实施例是远视补偿，如附图5所示，虚拟深度值为正，虚拟图像13入屏远离人眼，屏幕所成像位置前移，回到视网膜8上。

步骤3)所述的左右眼视图对，如附图6a所示，左眼视图14为原图像12，如附图6a所示，右眼视图15相对于原图像向左偏移，偏移量是左右眼视差值D。

经过两次校正后，远视眼裸眼在正常的距离看到了清晰的手机图像。

综上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围，凡依本申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims

1.利用虚拟深度补偿视力的方法，其特征在于：基于裸眼3D显示装置，在原图像基础上生成虚拟图像，通过调整虚拟图像的虚拟深度值，调整虚拟图像与视网膜的距离，使虚拟图像正好汇聚在视网膜上，虚拟深度值为正，虚拟图像入屏远离人眼，作为远视补偿；虚拟深度值为负，虚拟图像出屏接近人眼，作为近视补偿。

2.根据权利要求1所述的利用虚拟深度补偿视力的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)由需要矫正的远视或近视度数得到所需的虚拟深度值；

2)相机摄取原图像，并获取相机参数值；

3.根据权利要求2所述的利用虚拟深度补偿视力的方法，其特征在于：还包括步骤5)：在步骤4)所得到虚拟图像视力补偿不理想时，对步骤1)所述的虚拟深度值进行校正。

4.根据权利要求2所述的利用虚拟深度补偿视力的方法，其特征在于：步骤1)所述的矫正度数与虚拟深度值的对应关系通过先验数据库进行确定。

5.根据权利要求2所述的利用虚拟深度补偿视力的方法，其特征在于：步骤1)所述的矫正度数在两眼度数不一样时取均值。

6.根据权利要求2所述的利用虚拟深度补偿视力的方法，其特征在于：步骤3)所述的左右眼图像视差值其中f为摄取原图像时所用相机的焦距，T_x为人双眼瞳孔距，p为摄取原图像所用相机成像对应的单个像素点的宽度，Z_far为摄取原图像所用相机的最大景深，Z_near为摄取原图像所用相机的最小景深，X为虚拟深度值，其中f、p、Z_far、Z_near为摄取原图像时所用相机参数。

7.根据权利要求2所述的利用虚拟深度补偿视力的方法，其特征在于：步骤4)所述的左右眼视图对，其中一幅视图为原图像，另一幅视图相对于原图像的偏移量是左右眼图像视差值。

8.利用虚拟深度补偿视力的装置，其特征在于：依次包括：

数据输入单元(1)：用于输入矫正度数以及校正参数、相机参数值、人双眼瞳孔距、原图像；

数据存储单元(2)：用于存储输入的矫正度数值、校正参数值、相机参数值、人双眼瞳孔距、原图像以及矫正度数与虚拟深度值的对应关系数据库；

中央处理单元(3)：用于比对矫正度数与虚拟深度值的对应关系数据库得到虚拟深度值并通过校正参数进行矫正、结合相机参数值、人双眼瞳孔距计算左右眼图像视差值、在原图像基础上制作左右眼视图对，将左右眼视图对融合为一幅图像；

数据输出单元(4)：用于将融合图像输出到显示装置进行播放；

裸眼3D显示装置(5)：用于将接收到的融合图像分离成左右眼视图对，使左右眼分别看到各自对应的视图，人大脑再将有视差的视图拟合，最终看到具有虚拟深度的虚拟图像，用于视力补偿。

9.根据权利要求8所述的利用虚拟深度补偿视力的装置，其特征在于：所述的数据输入单元(1)包括矫正数据输入单元(6)和校正参数输入单元(7)、其他参数输入单元(8)分别输入矫正度数、校正参数、相机参数值、人双眼瞳孔距、原图像。