虚拟现实和增强现实系统的实时算法校准和补偿以及优化的半透明和透明的逆反射显示系统和方法技术方案

本公开内容提供了通过使用透明或半透明RR材料、利用投影仪和逆反射(RR)屏幕的来实现显示系统的显著改进的系统和方法。本公开内容的一方面提供了用于优化RR材料的光学属性以实现期望的光学透明度参数的方法。本公开内容的另一方面提供了用于柔性的透明和半透明RR显示系统的特定用例的方法。

Real-time algorithm calibration and compensation for virtual reality and augmented reality systems and optimized translucent and transparent backreflection display system

The present disclosure provides a system and method for achieving significant improvements in the display system by using transparent or translucent RR materials, projectors and reverse reflection (RR) screens. One aspect of the disclosure provides a method for optimizing the optical properties of RR materials to achieve desired optical transparency parameters. Another aspect of the disclosure provides a method for specific use cases of flexible transparent and translucent RR display systems.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】虚拟现实和增强现实系统的实时算法校准和补偿以及优化的半透明和透明的逆反射显示系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年8月3日提交的美国临时申请号62/370,687、于2016年8月3日提交的62/370,690和于2016年8月26日提交的62/380,313的优先权和权益，所述申请的全部内容通过引用而并入于此。
技术介绍
当前现有技术水平的、显示立体或三维(3D)内容的增强现实(AR)和虚拟现实(VR)系统通常需要针对每个用户进行头戴式设备(HMD)的物理校准和物理调整，以便考虑不同的瞳孔间距(IPD)以及与每个用户相关的其他尺寸差异。需要这些调整是由于诸如透镜等光学元件可能位于用户眼睛与显示表面之间。若没有物理校准，则光学元件和显示表面将不处于适当的位置，这可能导致较差的视觉质量和较差的用户体验。然而，这种物理调整要求干扰了理想且简单的用户体验，并且使AR/VR系统容易受到由于不正确调整和校准引起的不良视觉的影响。当前现有技术水平的显示系统一般包括平板显示器或基于投影仪的显示器。平板显示器一般基于液晶显示器(LCD)像素，并且具有基于发光二极管(LED)背光或基于等离子体的屏幕。在这些显示系统中，由于若干考虑，难以获得在宽度上显著大于80英寸的屏幕大小。对于平板显示器，随着屏幕大小增大的成本的非线性增加以及高功耗能够以典型的消费者价格点将屏幕大小限制到80英寸以下。对于基于投影的显示器，许多因素限制了屏幕大小增加，这些因素包括：屏幕亮度降低、功耗增加、投影仪大小增大和投影仪噪声。另外，对于这些类型的显示系统，在显示系统中实现透明度或半透明度通常在技术上不可行，或者是极其昂贵的。已经提出了替代的显示系统，来使用逆反射(RR)显示表面以允许具有高亮度水平的、增加的显示器尺寸。当前现有技术水平的逆反射材料是不透明的薄片，该薄片将光反射回光源。这种系统的典型用途是交通安全和安保。用于交通目的的逆反射薄片包括标志、沥青反射器、可穿戴设备和汽车。典型的光源来自汽车和摩托车前灯。用于安保目的的逆反射薄片包括：警告标识、方向标识。典型的光源包括飞机、船和汽车。此外，当前现有技术水平的逆反射系统未将逆反射材料设计成半透明或透明的。
技术实现思路
已经提出了替代的AR/VR系统，其使用HMD投影仪系统结合逆反射(RR)显示表面。在这种类型的显示系统中，在用户的面部或眼睛附近没有光学元件或显示表面。利用这种类型的显示系统，基于非物理的、实时软件(S/W)的方法针对不同的IPD、头部尺寸和投影仪/屏幕/一个或多个用户定位进行调整和校准成为可能。本公开内容提供了解决需要物理调整的HMD系统的各种限制的、具有物理调整和/或物理校准特性的显示系统和方法。本公开内容的显示系统可以包括投影仪和逆反射屏幕，其可以提供优于当前可用的其他系统的各种非限制性益处。例如，本公开内容的系统可以提供沉浸式多玩家游戏体验。再例如，本公开内容的系统提供了定制的、用于广告或其他应用的大面积显示器，其中使多个用户(在一些情况下同时)观察唯一的媒体流可以是有益的。又例如，本公开内容的显示系统可以允许多个观看者(在一些情况下同时)观看同一屏幕上的单独的定制图像或视频流，以及允许裸眼3D沉浸式观看能力。本公开内容提供了利用投影仪和逆反射屏幕的显示系统。这样的显示系统包括与逆反射屏幕以及观看者距投影仪的距离相结合的投影仪，使得观察角很小，在一些情况下小于约10度、5度、4度、3度、2度或1度。这样的系统还将具有某种跟踪观看者的位置和/或朝向的方法，包括在许多情况下观看者的头部位置和朝向。在示例中，本公开内容提供了通过对VR/AR内容进行非物理的算法优化以补偿IPD、投影仪位置、朝向以及一个或多个用户距显示表面的距离，利用投影仪和逆反射屏幕来实现显示系统的显著改进的系统和方法。本公开内容的一方面提供了一种用于在呈现AR/VR内容时对相机位置和朝向进行实时S/W调整的方法，以使得用户能够以正确和预期的视角观看AR/VR内容，而无论用户相对于显示表面的位置、不同的IPD值和投影仪位置如何。在一些实施方式中，调整VR/AR空间中所述“相机”的位置。在这种情况下，所述相机表示VR/AR环境中所述呈现相机的位置。例如，如果相机在VR/AR环境中向左移位，则该源的投影图像的视角就好像观看者的眼睛也向左移位了相似距离。在一些实施方式中，使用算法来调整相机的朝向，该算法计算相机朝向的调整量，以便提供最佳匹配观看者的观看体验的视角。通过这种方式，相机朝向的调整量是基于用户相对于显示表面的位置。在一些实施方式中，基于用户相对于屏幕、物理环境中其他物体以及该环境中其他用户的位置和朝向，来修改所提供的内容。在一些示例中，显示系统可以利用跟踪机制来确定观看者相对于屏幕的位置。在一些示例中，跟踪机制可以确定观看者的位置，并且可被提供关于屏幕位置的信息。在一些示例中，跟踪机制可以确定屏幕的位置，并且可被提供关于观看者的位置的信息。例如，观看者可以在该观看者处于新位置时向显示系统发出信号。在一些示例中，跟踪机制可以确定观看者的位置以及一个或多个屏幕相对于该观看者的位置。观看者相对于一个或多个屏幕的位置可用于呈现向观看者展示的图像。投影仪相对于由观看者观看的一个或多个屏幕的位置也可用于呈现向该观看者展示的图像。此外，观看者的IPD可用于呈现向该观看者展示的图像。具体而言，所述图像可以在逆反射屏幕上展示给观看者。在一些实施方式中，显示系统还包括用于提供声音以补充图像或视频的声音系统。在一些实施方式中，所述图像或视频是三维的，利用两个投影仪，分别针对每只眼睛。在一些实施方式中，图像或视频是2D维度的，利用单个投影仪向双眼投影内容。本公开内容提供了解决当前可用的其他显示系统的各种限制的显示系统和方法。本公开内容的显示系统可以包括投影仪以及半透明或透明的逆反射(RR)屏幕，所述显示系统与当前可用的其他系统相比，可以提供各种非限制性益处。例如，本公开内容的系统可以提供独特的显示器，以使得多个用户正在观看同一屏幕并且每个用户看到自己的内容，同时其他观看者在半透明或透明的屏幕表面后面看到现实世界物体。又例如，本公开内容的显示系统可以允许多个观看者在同一屏幕上观看单独定制的图像或视频流，而其他观看者在屏幕表面后面看到静态海报或传统数字电视。本公开内容提供了用于设计和优化RR薄片的光学属性的系统和方法，以使得透明度参数满足每个特定用例的要求。本公开内容提供了用于设计和优化半透明或透明RR薄片的安装的系统和方法。在一方面，提供了一种显示系统。所述显示系统包括：逆反射屏幕，其被配置用于沿着与入射光的传播方向不同的方向反射所述入射光，其中所述逆反射屏幕是透明或半透明的；投影仪，其用于将表征图像或视频的光引导至所述逆反射屏幕上以供观看者观看，其中所述逆反射屏幕将来自所述投影仪的所述光的一部分反射至所述观看者；以及与所述投影仪相通信的计算机处理器，其中所述计算机处理器被编程用于引导所述投影仪将表征所述图像或视频的所述光引导至所述逆反射屏幕上。在一些实施方式中，所述逆反射屏幕是穿孔的。在一些实施方式中，所述逆反射屏幕包括基本上平坦的部分。在一些实施方式中，所述逆反射屏幕从相对于所述逆反射屏幕表面的第一角度是透本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种显示系统，包括：逆反射屏幕，其被配置用于沿着与入射光的传播方向不同的方向反射所述入射光，其中所述逆反射屏幕是透明或半透明的；投影仪，其用于将表征图像或视频的光引导至所述逆反射屏幕上以供观看者观看，其中所述逆反射屏幕将来自所述投影仪的所述光的一部分反射至所述观看者；以及与所述投影仪相通信的计算机处理器，其中所述计算机处理器被编程用于引导所述投影仪将表征所述图像或视频的所述光引导至所述逆反射屏幕上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.03 US 62/370,690;2016.08.03 US 62/370,687;1.一种显示系统，包括：逆反射屏幕，其被配置用于沿着与入射光的传播方向不同的方向反射所述入射光，其中所述逆反射屏幕是透明或半透明的；投影仪，其用于将表征图像或视频的光引导至所述逆反射屏幕上以供观看者观看，其中所述逆反射屏幕将来自所述投影仪的所述光的一部分反射至所述观看者；以及与所述投影仪相通信的计算机处理器，其中所述计算机处理器被编程用于引导所述投影仪将表征所述图像或视频的所述光引导至所述逆反射屏幕上。2.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕是穿孔的。3.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕包括基本上平坦的部分。4.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕从相对于所述逆反射屏幕的表面的第一角度是透明或半透明的，而从相对于所述逆反射屏幕的表面的第二角度是不透明的。5.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕与有源数字显示器、印刷材料或者透明或半透明基板相邻。6.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕基于所述观看者的观看角度具有可变的透明度。7.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述投影仪将所述光投影至所述逆反射屏幕上而无需使所述光通过分束器。8.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕将来自所述投影仪的入射光反射至观看者而无需使所述光通过分束器。9.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕以小于约3度的观察角将来自所述投影仪的入射光反射至距所述逆反射屏幕至少约2英尺的距离处的所述观看者。10.根据权利要求9所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕以小于约2度的观察角将来自所述投影仪的入射光反射至观看者。11.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述投影仪可安装在观看者的身体上。12.根据权利要求11所述的显示系统，其中所述投影仪可安装在观看者的头部。13.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕包括截顶的隅角立方反射器。14.根据权利要求1所述的显示系统，还包括用于提供声音以补充所述图像或视频的声音系统。15.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述图像或视频是三维的。16.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述计算机处理器被编程用于(i)确定所述观看者的位置和/或朝向，并且(ii)基于所确定的位置和朝向而动态地调整所述逆反射屏幕上的所述图像或视频。17.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述逆反射屏幕包括未失真的隅角立方反射器的图案。18.根据权利要求1所述的显示系统，还包括光检测器，其提供所述图像或视频的实时自动调整和对准。19.根据权利要求18所述的显示系统，其中所述计算机处理器被编程用于(1)使用光检测器来测量从所述逆反射屏幕反射的光，并且(2)基于所述反射的光的强度降低了至少约二分之一来确定所述逆反射屏幕的边缘部分。20.根据权利要求18所述的显示系统，其中所述计算机处理器被编程用于(1)使用所述光检测器来测量从所述逆反射屏幕反射的光的强度，并且(2)响应于从所述逆反射屏幕反射的光的任何测量出的所述强度的降低而动态地调整来自所述投影仪的所述光。21.一种用于向观看者提供图像或视频的方法，包括：(a)提供逆反射屏幕，该逆反射屏幕被配置用于沿着与入射光的传播方向不同的方向反射所述入射光，其中所述逆反射屏幕是透明或半透明的；并且(b)将表征图像或视频的光引导至所述逆反射屏幕上以供观看者...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·W·王，大卫·蒋，威廉·蒋，
申请(专利权)人：米拉维兹公司，
类型：发明
国别省市：美国,US