[发明专利]适用于光学穿透式头戴显示器的颜色对比增强绘制方法、装置以及系统

说明书

本发明公开了适用于光学穿透式头戴显示器的颜色对比增强绘制方法、装置及系统，所述方法包括：(1)实时采集背景环境以获得背景视频，对所述视频进行高斯模糊以及视野矫正处理；(2)将原绘制颜色和处理后视频颜色从RGB颜色空间转换到缩放为单位球范围的CIELAB颜色空间；(3)根据设定的色差约束、色品饱和度约束、亮度约束、最小可觉差约束，在缩放后的CIELAB空间中寻找基于原绘制颜色和处理后视频颜色的最优绘制颜色；(4)将最优绘制颜色转换回RGB空间后，利用RGB空间的最优绘制颜色进行实时绘制。该方法应用范围广泛，能够显著提高虚拟内容和背景环境之间的区分度，支持各种虚拟场景及背景环境且无需事先准备过程。

技术领域

本发明属于实时绘制领域，尤其涉及一种适用于光学穿透式头戴显示器的颜色对比增强绘制方法、装置以及系统。

背景技术

随着光学穿透式头戴显示器(optical see-through head-mounted displays，以下简称OST-HMD)的不断革新，与之相关的混合现实(mixed reality，以下简称MR)技术也不断发展。与常规的虚拟现实头戴显示器或视频穿透式头戴显示器不同，OST-HMD由于具有半透明的光学镜片，因而可以同时呈现真实、非绘制的周围环境以及虚拟、绘制的显示内容。这种设计使用户在佩戴OST-HMD时能够无延迟、高保真地感知到周遭环境，极大地缓解了佩戴视频穿透式头戴显示器时的不适感，但同时也带来了新的问题。OST-HMD的光学结构致使其不能完全阻挡来自外部环境的光线，使得虚拟的绘制内容无法独立呈现在显示器上。在MR应用场景里，这种光学设计会导致所谓的颜色混合(color-blending)问题，即由于虚拟显示内容和真实背景环境的颜色发生混合，使得虚拟内容变得难以看清，尤其是当虚拟内容和背景环境之间具有较低的颜色对比度时。

在这样的背景下，增强虚拟显示内容和真实背景环境之间的区分度已成为一个实际的需求。然而，目前并不存在适用于主流商用OST-HMD的通用解决方案，在这个方向还有很多可能性有待探索。在OST-HMD上缓解颜色混合问题的相关策略中，通过增加额外的硬件系统以实现控制显示像素的不透明度被证明是一种行之有效的硬件解决方案。此类方案通过调节显示像素的不透明度，可获得虚拟显示内容和真实背景环境之间的完全或部分遮挡效果，从而提高两者之间的区分度。然而，此类硬件解决方案通常都不具有可扩展性，也难以实现设备外形尺寸的小型化，生产成本也较高。

除硬件方案外，另有一些软件方案通过对显示器画面和背景环境进行像素级的精确匹配，进而从虚拟显示内容中减去真实背景环境的颜色成分，使得混合后的虚拟显示内容所对应的真实背景环境几乎不可见，最终提高两者之间的区分度。然而，在日常环境中针对主流商用OST-HMD采用此方案会降低虚拟显示内容的亮度，从而增加虚拟显示内容的透明度，反而降低了虚拟显示内容和真实背景环境之间的区分度。

还有一类针对主流商用OST-HMD的软件方案以增强虚拟显示内容的亮度的方式来提高虚拟显示内容的不透明度，从而提高虚拟显示内容和真实背景环境之间的区分度。然而，这类方案又会导致虚拟显示内容自身的对比度降低，损失了具体细节，不适用于具有复杂纹理的虚拟内容，通用性较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于光学穿透式头戴显示器的颜色对比增强绘制方法、装置和系统，该颜色对比增强绘制方法在满足一系列约束条件下逐像素地寻找基于原始绘制颜色和背景环境颜色的最优绘制颜色。

本发明的技术方案为：

一种适用于光学穿透式头戴显示器的颜色对比增强绘制方法，包括以下步骤：

(1)实时采集背景环境以获得背景视频，对所述背景视频进行预处理，获得处理后的背景视频；

(2)将原始绘制颜色和处理后的背景视频颜色从各自的颜色空间转换到CIELAB颜色空间；