[发明专利]用于动态地校正头戴视频系统中的视差的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于视差校正的系统。更具体地说，本发明涉及用于动态地校正直接放置在用户眼前的头戴式显示器(HMD)中的视差的系统和方法。

背景技术

戴在头上的视觉辅助装置通常直接位于接收辅助的眼睛前面。由于这些系统从直接观看光学路径迁移到了数字摄像机辅助，因而其系统配置要求将头戴式显示器(HMD)直接放在用户接收辅助的眼睛的前面，其眼睛间隙为一英寸。对HMD的这一放置妨碍了同时在接收辅助的眼睛的前面直接放置摄像机光圈(aperture)。必须将摄像机光圈移到HMD的前面或移到HMD的一侧。

例如，如果将数字摄像机放在接受辅助的眼睛的光轴旁边100mm处，那么将在数字摄像机的光圈和数字摄像机的图像显示之间建立位移，显示器通常以接受辅助的眼睛的光轴为中心放置。这一位移在通过摄像机观看的物体的视在位置与在物体空间(或实空间)中看到的物体的实际位置之间导致了不一致。将觉知到的空间和物空间中的这一偏差称为视差(parallax)。

图1提供了视差的例子。如图所示，用户通过头戴视频装置观察环境10。用户看到了处于近距离的工具12，并尝试拿起该工具。由于视差的作用，工具12的觉知位置(perceived position)是不正确的。通过虚线工具14表示物空间内工具12的真实位置。

在用户通过头戴视频装置观看物体的情况下，视差降低了视频系统的有用性。人的心理一视觉系统无意中习惯于通过其自然的入口光圈，即人眼的瞳孔来感知世界。手动任务中固有的手一眼协调就是以这一与生俱来的特性为基础的。普通的人体移动任务，例如，走路和跑步依赖于这一下意识过程。通过对准来消除某些固定距离处的视差的固定系统在所有的其他距离处都将失去对准状态。在通过对准视频系统来消除远距离处的物体的视差，但是用户试图对近距离处的另一物体，例如，处于用户的手臂所及的范围内的图1所示的工具12进行定位时，这一问题尤其明显。

如下文中的说明，本发明将通过提供一种系统来解决所述视差问题，所述系统用于对视频图像进行动态重新调准(realigning)，从而使图像在所有距离处均与现实世界相吻合。

发明内容

为了满足这一需要和其他需要并考虑其目的，本发明提供了一种视差受到动态校准的系统，其包括用于对物体成像并提供视频数据的头戴视频源。包括用于使头戴视频源提供的显视数据发生电子方式偏移(electronically offsetting)，以形成偏移显视数据的控制器。显示装置接收偏移显视数据，并向用户的眼睛显示偏移显视数据。将所述显示装置配置为直接放置在用户的眼前作为视觉辅助，将头戴视频源配置为放在用户眼睛的旁边。偏移视频数据校正由于显示装置和头戴视频源之间的位移而导致的视差。

显示装置包括由相应的像素行和像素列构成的X、Y阵列，偏移视频数据包括若干像素列沿X、Y阵列的X方向的偏移。或者，偏移视频数据可以包括若干像素行沿X、Y阵列的Y方向的偏移。所述偏移视频数据还可以包括若干像素列沿X、Y阵列的X方向的偏移以及若干像素行沿X、Y阵列的Y方向的另一偏移。

在几何上，用户眼睛的光轴向被视频源成像的物体延伸距离D，视频源的光圈的光轴沿与用户眼睛的光轴平行的方向延伸。所述向旁边的位移为Frankfort平面内用户眼睛的光轴与视频源的光圈的光轴之间的水平位移距离d。偏移显视数据以水平位移距离d和到物体的距离D为基础。

此外，形成如下水平偏移角θ_D：

θ_D＝t_an^-1d/D，

其中，d是用户眼睛的光轴和视频源的光圈的光轴之间的水平位移距离。

所述显示装置包括由相应的像素行和像素列构成的X、Y阵列，所述偏移显视数据包括下述水平偏移：

offset_columns＝#Columns/FOV_horz*θ_D  

其中，offset_columns是以列为单位的水平偏移量，FOV_horz是视频源的水平视场，#Columns是显示装置的总列数。

此外，还形成垂直偏移角φ_D，其中

φ_D＝t_an^-1d′/D，

其中，d′是用户眼睛的光轴和视频源的光圈的光轴之间的垂直位移距离。偏移视频数据包括下述垂直偏移：