[发明专利]具有虚拟图像对比度控制的光学显示系统和方法

说明书

相关申请

本申请要求2011年9月12日递交的序列号为13/230,276的美国专利申请的优先权，这里通过引用并入该美国专利申请的全部内容，就好像在本说明书中完全记载了一样。

背景技术

可穿戴系统可将各种元件，例如微型计算机、输入设备、传感器、图像显示器、无线通信设备以及图像和音频处理器，集成到用户可以穿戴的设备中。这种系统可对通信、计算和与用户环境的交互提供一种移动且轻量的解决方案。随着与可穿戴系统和微型光学元件相关联的技术的进步，已经可以考虑增强用户对真实世界环境的体验的可穿戴紧凑型光学显示系统。

在一个示例中，通过将图像显示元件或组件放置得靠近用户的眼睛(一眼或双眼)，在用户对真实世界环境的视图上可显示人造或虚拟的计算机生成图像。一个或多个这种图像显示元件可被包含到光学显示系统中并且一般被称为近眼显示器(near-eye display)、头戴式显示器(head-mounted display，“HMD”)或抬头显示器(heads-up display，“HUD”)。取决于显示元件的大小和与用户眼睛的距离，人造图像可填满或几乎填满用户的视野。

发明内容

在第一方面中，一种方法包括利用显示面板生成光图案并利用一个或多个光学组件从光图案形成虚拟图像。该虚拟图像是可从观看位置观看的。该方法还包括接收入射在光学传感器上的来自真实世界环境的外部光。真实世界环境是可从观看位置观看的。另外，该方法包括从接收到的外部光获得真实世界环境的图像，识别其上覆盖着虚拟图像的真实世界环境的图像中的背景特征，并且提取背景特征的一个或多个视觉特性。此外，该方法包括将一个或多个视觉特性与上限阈值和下限阈值相比较，并且基于该比较来控制光图案的生成。

在第二方面中，一种显示系统包括被配置为生成虚拟图像的图像生成器和光学耦合到图像生成器的第一分束器。从观看位置通过第一分束器可观看虚拟图像和真实世界视图。显示系统还包括光学耦合到第一分束器的第二分束器，以及光学耦合到第二分束器的相机。相机被配置为对真实世界视图成像。另外，显示系统包括有效耦合到相机和图像生成器的控制器。控制器被配置为基于真实世界视图的图像来增强虚拟图像相对于真实世界视图的对比度。

在第三方面中，一种显示系统包括被配置为生成光图案的显示面板，以及耦合到显示面板并被配置为透射光图案和来自真实世界环境的外部光的一个或多个光学组件。从观看位置通过一个或多个光学组件可将光图案作为重叠在真实世界环境上的虚拟图像来观看。显示系统还包括耦合到一个或多个光学组件并被配置为接收外部光以获得真实世界环境的图像的光学传感器。另外，显示系统包括处理器，该处理器耦合到显示面板和光学传感器并被配置为识别其上重叠着虚拟图像的真实世界环境的背景部分，提取与背景部分相对应的像素数据，将像素数据与上限阈值和下限阈值相比较，并且基于该比较来控制光图案的生成。

附图说明

图1是根据示例实施例的显示系统的框图。

图2是根据示例实施例的光学系统的等距示意图。

图3是根据实施例的用于获得和使用真实世界和虚拟图像对比度信息的过程的流程图。

图4是根据示例实施例的用于分析并调整虚拟图像与其上覆盖着虚拟图像的真实世界环境中的背景特征之间的对比度的过程的流程图。

图5是根据示例实施例的头戴式显示器的正立面视图。

图6是图5的头戴式显示器的俯视图。

图7是图5的头戴式显示器的侧立面视图。

具体实施方式

本公开概括而言涉及一种使得用户能够观察用户的真实世界周遭事物或环境并观看计算机生成的虚拟图像的光学显示系统。在一些情况下，虚拟图像覆盖用户对真实世界的视野的一部分。

根据一个示例，本公开的显示系统包括透视型可穿戴计算机系统，例如HMD，其显示可覆盖在用户对真实世界环境或周遭事物的视野的一部分上的计算机生成的虚拟图像。从而，在HMD的用户正在着手其日常活动，例如行走、驾驶、锻炼等等的同时，用户可能够看到由HMD在用户正看着其真实世界周遭事物的同时生成的显示图像。