光场显示度量制造技术

公开了用于显示器的光场度量系统的示例。所述光场度量可以捕获投影光场的图像，并且使用所捕获的图像来确定光场的各个区域的焦深(或横向焦点位置)。然后可以将所确定的焦深(或横向位置)与预期焦深(或横向位置)进行比较，以量化显示器的缺陷。基于所测量的缺陷，可以对光场执行适当的误差校正以校正所测量的缺陷。所述显示器可以是头戴式显示器中的光学显示元件，例如能够产生多个深度平面的光学显示元件或光场显示器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光场显示度量相关申请的交叉引用本申请要求2015年11月4日提交的名称为“LIGHTFIELDDISPLAYMETROLOGY(光场显示度量)”的美国申请No.62/250,925、2016年1月14日提交的名称为“LIGHTFIELDERRORCORRECTION(光场误差校正)”的美国申请No.62/278,779、2015年11月4日提交的名称为“AUTOMATEDCALIBRATIONIMAGEPROJECTIONANDCAPTUREFORDISPLAYCALIBRATION(用于显示器校准的自动校准图像投影及捕获)”的美国申请No.62/250,934、2016年1月14日提交的名称为“DYNAMICCALIBRATIONOFADISPLAYBASEDONEYE-TRACKING(基于眼睛追踪的显示器的动态校准)”的美国申请No.62/278,824、以及2016年1月14日提交的名称为“CHROMATICBALANCINGADISPLAYHAVINGVARYINGCHROMATICITYACROSSAFIELDOFVIEW(对横跨视场具有变化色度的显示器进行色度平衡)”的美国申请No.62/278,794的优先权，在此，其全部内容通过引用并入此文。
本公开涉及虚拟现实和增强现实成像和可视化系统，更具体地涉及用于测量和校准成像和可视化系统的光学性质的度量系统。本公开还涉及基于眼睛追踪的虚拟现实和增强现实成像和可视化系统的动态校准。
技术介绍
现代计算和显示技术促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中，数字再现的图像或其部分以它们看起来是真实的或感觉为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及以对其它实际的真实世界视觉输入不透明的方式呈现数字或虚拟图像信息；增强现实或“AR”场景通常涉及将数字或虚拟图像信息的呈现为对用户周围的现实世界的可视化的增强；或者混合现实“MR”涉及合并真实世界和虚拟世界，以产生物理对象和虚拟对象共存并实时交互的新环境。事实证明，人类视觉感知系统非常复杂，并且产生有助于在其它虚拟或现实世界的图像元素中舒适、自然、丰富地呈现虚拟图像元素的VR、AR或MR技术也极具挑战性。本文公开的系统和方法解决了与VR、AR和MR技术有关的各种挑战。
技术实现思路
成像系统的实施例包括用于将图像投影到观看者眼睛的投影设备，该图像包括表示来自虚拟对象的光的光场，其中该虚拟对象被配置为以如同位于一个或多个预期焦深的方式被投影，另外该实施例还包括用于测量光场中的缺陷的光场度量设备。光场度量设备可以被配置为捕获与光场的一部分对应的一个或多个图像，分析一个或多个所捕获图像以识别与光场的该部分对焦的深度对应的一个或多个感知焦深，至少部分地基于所识别的焦深来创建深度图(depthmap)，并将所创建的深度图与一个或多个预期焦深进行比较。该系统可以生成对空间和/或色度缺陷的校准，该校准可用于动态校准可穿戴显示系统。本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节在下面的附图和描述中进行阐述。根据描述、附图和权利要求，其它特征、方面和优点将变得显而易见。本
技术实现思路
和以下的具体实施方式都不旨在限定或限制本专利技术主题的范围。附图说明图1示出了具有由人观看到的具有某些虚拟现实对象和某些实际现实对象的增强现实场景的图示。图2示意性示出了可穿戴显示系统的示例。图3示意性示出了使用多个深度平面模拟三维图像的方法的各方面。图4示意性示出了用于向用户输出图像信息的波导堆叠的示例。图5示出了可以由波导输出的示例性出射光束。图6是示出包括波导装置、将光光学耦合到波导装置或从波导装置光学耦合光的光耦合器子系统、以及控制子系统的光学系统的示意图，该光学系统用于产生多焦立体显示、图像或光场。图7示出了当对校准图案进行投影时可能发生的示例性失真。图8示出了为了可视化所显示的成像位置与期望图像位置之间的失真而产生的另一示例性矢量场。图9A示出了示例性XY平移空间误差。图9B示出了示例性聚合旋转空间误差。图9C和9D示出了聚合缩放空间误差的示例。图9E示出了已经执行XY平移、旋转和缩放的校正之后的剩余空间误差的示例。图10A示出了旨在在不同深度处观看的多个深度平面的示例。图10B至10E示出了在观看投影深度平面时可能发生的示例性平面外空间误差。图11示出了投影测试图像的捕获图像。图12A示出了可以从投影测试图像的所捕获图像生成的强度直方图。图12B示出了从投影测试图像的所捕获图像生成的强度分布。图13示出了例示众值(mode)、中值和均值之间的差异的示例性强度直方图。图14A示出了从投影测试图像的所捕获图像生成的红-绿-蓝(RGB)强度图(intensitymap)。图14B示出了映射最大颜色不平衡误差的示例的图。图15示出了色度校正之后具有红色层、绿色层和蓝色层的示例性显示的RGB强度图。图16是对显示系统执行图像校正的处理的示例的流程图。图17A和17B示出了用标准光场和缺陷光场观看到的对象的示例。图18示意性示出了根据一些实施例的用于测量投影光场的焦深的光场度量系统的示例。图19A是可以由在特定焦深上聚焦的相机捕获的图像的示例的图。图19B和19C示出了深度图表和深度图的示例。图20是用于测量由光场显示器生成的虚拟目标图案的质量的处理的示例的流程图。图21是示出用于校准显示器的方法的示例的流程图。图22示意性示出了使用校准图案校准显示器的系统的示例。图23A示出了示例性棋盘校准图案。图23B示出了示例性单像素校准图案。图24是用于校准投影光场的示例性处理的流程图。图25A是示意性示出了包括波导、耦入光学元件、光重新分布元件和耦出光学元件的显示器的示例的俯视图。图25B是图7A所示的显示器沿轴A-A'的截面图。图26示意性示出了用于显示器的动态校准系统的示例，校准能够被应用于该显示器以校正参考位置网格(由点表示)处的空间误差和/或色差。图27示出了用于基于眼睛追踪来动态校准显示器的示例性方法的流程图。图28是示意性示出了与特定显示器相关联的工厂校准系统和动态校准系统的交互的示例的处理流程图。贯穿附图始终，参考编号可被重复使用以指示参考元素之间的对应关系。附图是为了例示本文所描述的示例性实施例而提供的，并不旨在限制本公开的范围。具体实施方式概述为了使三维(3D)显示器产生真实的深度感，更具体地，模拟的表面深度感，期望显示器的视场中的每个点生成对应于其虚拟深度的适应响应(accommodativeresponse)。如果对显示点的适应响应不对应于该点的虚拟深度(由会聚和立体视觉的双眼深度线索确定)，则人眼可能经历适应冲突，导致成像不稳定、有害的眼疲劳、头痛，以及在没有适应信息的情况下，表面深度的几乎完全缺乏。VR和AR体验可以由具有显示器的显示系统提供，在所述显示器中，向观看者提供对应于多个深度平面的图像。对于每个深度平面，图像可以是不同的(例如，提供略微不同的场景或对象呈现)，并且可以由观看者的眼睛分别聚焦，从而有助于基于使位于不同深度平面上的不同场景图像特征聚焦所需的眼睛适应性和/或基于观察到位于不同深度平面上的不同图像特征失焦而为用户提供深度线索。如本文其它地方所讨论的，这样的深度线索提供了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量由显示器生成的光场中的缺陷的光学度量系统，所述光学度量系统包括：显示器，其被配置为投影目标光场，所述目标光场包括具有预期焦点位置的虚拟对象；相机，其被配置为获得所述目标光场的图像；硬件处理器，其用可执行的指令被编程为：访问与所述光场的一部分对应的一个或多个图像；分析所述一个或多个图像以识别与所述虚拟对象的对焦位置对应的所测量的焦点位置；以及至少部分地基于所述所测量的焦点位置与所述预期焦点位置的比较来确定所述光场中的缺陷。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.04 US 62/250,925;2015.11.04 US 62/250,934;1.一种用于测量由显示器生成的光场中的缺陷的光学度量系统，所述光学度量系统包括：显示器，其被配置为投影目标光场，所述目标光场包括具有预期焦点位置的虚拟对象；相机，其被配置为获得所述目标光场的图像；硬件处理器，其用可执行的指令被编程为：访问与所述光场的一部分对应的一个或多个图像；分析所述一个或多个图像以识别与所述虚拟对象的对焦位置对应的所测量的焦点位置；以及至少部分地基于所述所测量的焦点位置与所述预期焦点位置的比较来确定所述光场中的缺陷。2.根据权利要求1所述的光学度量系统，其中，所述显示器包括波导堆叠，所述波导堆叠被配置为输出光以将所述虚拟对象投影到至少一个深度平面。3.根据权利要求1所述的光学度量系统，其中，所述相机包括具有小焦深的数字相机。4.根据权利要求3所述的光学度量系统，其中，所述相机具有焦点，并且所述系统被配置为在焦点范围内扫描所述相机的焦点以获得所述一个或多个图像。5.根据权利要求1所述的光学度量系统，其中，所述相机包括光场相机。6.根据权利要求1所述的光学度量系统，其中，所述虚拟对象包括棋盘图案、几何图案或随机图案。7.根据权利要求1所述的光学度量系统，其中，所述显示器包括多个像素，并且所述目标光场对应于比被照射的所述多个像素的所有像素少的子集。8.根据权利要求1所述的光学度量系统，其中，所述所测量的焦点位置包括焦深。9.根据权利要求8所述的光学度量系统，其中，所述所测量的焦点位置进一步包括横向焦点位置。10.根据权利要求1所述的光学度量系统，其中，所确定的缺陷至少部分地基于所述预期焦点位置与所述所测量的焦点位置之间的误差矢量。11.根据权利要求1所述的光学度量系统，其中，所述硬件处理器进一步被编程为至少部分地基于所确定的缺陷来确定用于所述显示器的误差校正。12.根据权利要求1所述的光学度量系统，其中，所述硬件处理器进一步被编程为应用显示器到相机像素映射，以将所述显示器的像素值转换为所述相机的像素值。13.根据权利要求12所述的光学度量系统，其中，所述显示器到相机像素映射包括：第一伽马校正，其将所述显示器的颜色层级映射到第一中间颜色表示；像素依赖耦合函数，其将所述第一中间颜色表示映射到第二中间颜色表示；以及第二伽马校正，其将所述第二中间颜色表示映射到由所述相机配准的颜色层级。14.根据权利要求1至13中任一项所述的光学度量系统，其中，所确定的缺陷包括空间缺陷。15.根据权利要求14所述的光学度量系统，其中，所述空间缺陷包括平面内平移、旋转、缩放或扭曲误差或者平面外或焦深误差中的一者或多者。16.根据权利要求1至13中任一项所述的光学度量系统，其中，所确定的缺陷包括色度...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·A·米勒，L·E·埃德温，I·L·约，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：美国,US