[发明专利]非对称高清晰VR头盔显示器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种高清晰VR头盔显示器，更具体地讲，涉及一种非对称的高清晰虚拟现实VR头盔显示器，所述显示器作为显示终端可用于2D/3D影视、360°全景、VR游戏等。

背景技术：

VR-Virtual Reality，虚拟现实，是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。VR头盔显示器作为虚拟现实的显示终端，其原理是将小型二维显示器所产生的影像藉由光学系统放大，小型显示器所发射的光线经过凸透镜使影像因折射产生类似远方效果，利用此效果将近处物体放大至远处观赏而达到所谓的全景视觉。VR头盔显示器简称VR头显，主要分三类：VR眼镜、VR头盔和VR一体机。

VR眼镜，是由眼镜盒子配合手机的头戴式设备(Mobile VR)，代表性的设备有Google Cardboard、Gear VR和暴风魔镜，虽然体验没有VR头盔好，但由于其成本低廉、便携式和方便操作，随着智能手机性能的快速提升，在目前技术条件下正在成为VR头盔显示的主流。

VR头盔，必须接上电脑的沉浸头戴式设备(HMD)，其代表就是Oculus Rift，Sony的PlayStation VR，和HTC/Valve的VIVE)，VR头盔现阶段主打的是游戏市场。

VR一体机，其设计兼顾了轻便与性能，让用户摆脱了外部设备的束缚，内置的处理器、内存、显示屏能满足多数游戏和视频对硬件的需求，成本较高。

除了显示终端，VR拍摄已经开发出双目摄像头、环视设备、360°全景摄像头及拼接算法。内容端可提供的包括3D电影，360°全景视频、漫游、图片，VR游戏，以及大量的2D影片等。

众所周知，决定虚拟现实效果的首要因素就是设备的显示性能。理论上，只有当VR头显的分辨率达到4K(3840*2160)，视场角达到90°以上，视频帧率达到120FPS，才会有足够的清晰度、沉浸感，才可以杜绝虚拟现实产品普遍存在的眩晕感。

除了视场角以外，其它重要指标VR头显还达不到，目前高端的VR一体机采用2K(2560*1440)超清屏，分辨率达到534PPI，帧率达到60FPS，视场角达到110°超广角视野，能够逼真模拟人眼视野，给用户带来全景沉浸体验。即便如此，像素晶格或网格仍然明显，眩晕感仍然存在，无论如何，我们需要至少将视频帧数维持到90FPS。至于1080P以下显示屏构成的头显设备，其像素点更大，清晰度更低。即使一些采用1080P全高清双屏显示的VR头盔和VR一体机，在达到90°以上的视野时，像素晶格 也明显可见。

在VR显示中，获得宽广的视野需要更大的光学放大率，导致像素晶格清晰可见，通常的思路是采用更高清的4K乃至8K屏来消除像素晶格，但超高清屏在提高显示帧频和满足图像传输带宽，以及硬件成本方面又带来了新的压力。本发明将非对称显示与光学放大技术结合在一起，在保持显示帧频和传输带宽不变的条件下，大幅提高显示图像的清晰度，消除像素晶格，获得更好VR立体显示。

发明内容：

本发明公开了一种非对称VR头盔显示器的结构和原理，目的在于提供一种可以高清晰、无明显像素晶格的VR显示终端，不仅可以播放高清晰的3D视频和图像，还可以通过单目立体的方式播放2D电影和2D全景视频。

在说明非对称VR头盔显示器的结构之前，先简单阐述立体视觉的机理和依据。

人的立体视觉可分为双目立体视觉和单目立体视觉。由于人的两只眼睛存在间距，平均值为6.5cm，对于同一景物，左右眼的相对位置是不同的，这就产生了双目视差，即左右眼看到的是有差异的图像，在大脑中融合，形成双目立体视觉，双目视差不是立体视觉形成的全部依据，但在各种因素中是最强的；运动视差是由观察者和景物发生相对运动所产生的，这种运动使景物的尺寸和位置在视网膜的投射发生变化，使产生深度感，可以形成单目立体视觉，运动视差产生的立体感觉弱于双目视差；人眼是通过晶状体精细调节来聚焦的，焦距的变化使我们可以看清楚远近不同的景物，聚焦在双目立体视觉和单目立体视觉形成中均起作用，聚焦引起的立体感觉弱于双目视差和运动视差。

线性透视、光影分布、空气散射、颜色、背景密度、构图等客观因素，以及人的生活经验即客观物体的立体视觉信息在人脑中的记忆，也会帮助人们建立和强化立体视觉。另外，在VR显示中采用增大视场，隔绝图像边界及外界视野的办法，减少强调图像平面性的环境因素，也可以增强立体视觉效果。