[发明专利]一种头戴式多深度立体图像显示系统及显示方法

权利要求书

1.一种头戴式多深度立体图像显示系统，其特征在于，包括：

处理单元，接收三维图像信息，提取三维图像中各个像素点的颜色数据和表征深度信息的三维坐标数据，根据像素点的三维坐标将所有像素点分配成若干个对应不同空间深度的像素点组；像素点的分配方法为：将深度与某一透散射元件所代表的深度一致的像素点分配至对应该透散射元件相应深度的像素点组；将深度处于两相邻透散射元件所代表的深度之间的像素点拆分成两个新像素点，该两个新像素点色彩一致、强度不同，再将该两个新像素点分别分配至对应该相邻透散射元件相应深度的像素点组；将深度小于所有透散射元件所代表深度以及大于所有透散射元件所代表深度的像素点分配至对应最临近深度的像素点组；

多平面光学单元，包括若干层透明态/散射态可控的透散射元件和深度图像再现控制模块；所述深度图像再现控制模块用于控制透散射元件的透明度，使其中一层透散射元件切换至散射状态以接收和显示来自投影单元的相应深度的像素点组，以及使其余透散射元件切换至透明状态以允许来自投影单元的像素点组投影至指定透散射元件并允许人眼看见；

投影单元，包括微型显示器、投影镜头以及设置在微型显示器和投影镜头之间光路上的液晶盒和双折射晶体，通过深度图像再现控制模块控制液晶盒的施加电压，以有选择地将各个像素点组以一定频率分别投射到代表相应深度的透散射元件上，以产生在多平面光学单元中可见的中继立体图像；

目视单元，包括目镜镜片，将多平面光学单元中的中继立体图像投射到人眼。

2.根据权利要求1所述的头戴式多深度立体图像显示系统，其特征在于，所述的处理单元包括：

深度信息提取模块，提取三维图像中像素点的颜色数据及三维坐标数据，传输给深度信息分配模块；

深度信息分配模块，将所有像素点分配成若干个对应不同空间深度范围的像素点组。

3.根据权利要求2所述的头戴式多深度立体图像显示系统，其特征在于，还包括视线追踪单元，用于提取人眼注视的数据，并将数据传输给深度信息分配模块，深度信息分配模块遴选出能覆盖人眼注视范围内的像素点的透散射元件，在本次遴选至遴选结果发生首次变化的后续某次遴选期间，选中的透散射元件执行透明态/散射态切换模式，其他透散射元件全部或部分处于透明状态以选择性地减少执行透明态/散射态切换模式的透散射元件数量。

4.根据权利要求1～3任一项所述的头戴式多深度立体图像显示系统，其特征在于，所述的目镜镜片为半透半反非球面棱镜，其面型方程为：

其中，j＝[(m+n)²+m+3n]/2+1，m、n为正整数；c是中心曲率，k为二次曲面常数，C_j为x^myⁿ项的系数。

5.一种多深度立体图像的显示方法，其特征在于，包括：

(1)提取三维图像中各个像素点的颜色数据和三维坐标数据，根据像素点的三维坐标将所有像素点分配成若干个对应不同空间深度的像素点组；像素点的分配方法为：将深度与某一透散射元件所代表的深度一致的像素点分配至对应该透散射元件相应深度的像素点组；将深度处于两相邻透散射元件所代表的深度之间的像素点拆分成两个新像素点，该两个新像素点色彩一致、强度不同，再将该两个新像素点分别分配至对应该相邻透散射元件相应深度的像素点组；将深度小于所有透散射元件所代表深度以及大于所有透散射元件所代表深度的像素点分配至对应最临近深度的像素点组；

(2)通过投影单元将各个像素点组以一定频率分别投射到多平面光学单元中代表相应深度的透散射元件上，以产生在多平面光学单元中可见的中继立体图像；所述投影单元包括微型显示器、投影镜头以及设置在微型显示器和投影镜头之间光路上的液晶盒和双折射晶体，有选择地对液晶盒施加电压，对进入液晶盒的偏振光进行旋光，从而改变出射光的偏振态；双折射晶体会导致不同偏振态的光之间产生一定的光程差，使双折射晶体的出射光产生调焦效应，在不同空间深度的透散射元件上形成更佳的中继像；

(3)中继立体图像经过目视单元的放大成像后投射到人眼。