[发明专利]光学4f系统的大成像深度三维显示系统中成像深度的确定方法

说明书

技术领域

本发明属于基于光学4f系统的单目三维成像技术领域，主要为一种4f系统中相位模板中透镜的焦距和透镜对数的确定提供相关依据。 

背景技术

三维显示技术相比平面显示更能真实的反应现实世界，给人以身临其境的感觉，在娱乐，医学，教育等领域有着广泛的应用前景。目前发展比较成熟的有基于双目视差的三维显示技术，但是这种显示技术所形成的三维图像成像深度小，长时间观看易疲劳，且只能应用于双目显示系统中，无法实现大景深三维显示。 

发明内容

本发明的目的是解决现有三维显示技术成像深度小，长时间观看易疲劳，且只能应用于双目显示系统中的问题，提供一种光学4f系统的大成像深度三维显示系统中相位模板的设计方法，为相位模板的透镜焦距和透镜对数的选择提供依据。 

本发明提供的光学4f系统的大成像深度三维显示系统中成像深度的实现方法，不同成像深度下对应的注视物距确定步骤如下： 

第1、确定增强现实的虚拟部分要覆盖真实环境的范围，表示为距离从L₁到L₂，其中L₁<L₂，当覆盖范围到无穷大时，L₂=+∞;

第2、根据增强现实虚拟部分所要成像的范围，即L₁到L₂，确定选取m个像面就可以覆盖整个人眼清晰成像的范围，即L₁到L₂，m为大于1的整数。

第3、根据选取的m，确定注视物距s_i，i=1，…m；根据人眼在不同物距的景深范围，确定出在注视物距s_i时，人眼可看清的范围为：Ls_i1到Ls_i2，其中：Ls_i1<Ls_i2，当覆盖范围到无穷大时，Ls_i2=+∞； 

第4、当L₂≠+∞时，增强现实的虚拟部分要覆盖真实环境的范围表示为L₂-L₁，且                                                   ；

第5、当L₂=+∞时，选取s_m，使人眼在该物距时的景深为+∞到L₂’，则其余的m-1个增强现实的虚拟部分要覆盖真实环境的范围表示为L₂’-L₁，且   。

以上第2步所述m值及第3步所述注视物距s_i的具体确定方法为： 

方法1：理论计算法

步骤一、根据人眼景深公式，可知当人眼聚焦在m个像面中的一个时，近点距离   ,远点距离   ，公式中s_i为注视物距；P为视网膜上允许模糊圈直径值，视力1.0时，该值为0.005mm；d为瞳孔直径，一般人眼瞳孔距为3至8mm;D为眼光系的总折光力，以58.64D计；

步骤二、像面个数m及对应注视物距s_i的确定计算方法如下：

（1）虚拟部分覆盖范围最远距离为L₂，令S_F=L₂，即   ，在给定的P、D、d值下可解得注视物距s_i，记为s_m；

（2）将（1）中计算得到的s_m代入近点距离公式中，即   ,可得近点距离S_N；

（3）将（2）中计算得到的S_N代入远点距离公式中，以S_N替换S_F可计算得注视物距，结果记为s_m-1；

（4）重复步骤（2）（3），直至计算出注视物距s₁，使得s₁满足   。

采用这种循环迭代求解法，便可求得注视物距s₁、s₂……s_m，进而m值确定。 

方法2：图解法 

步骤一、根据近点距离和远点距离公式分别画出近点距离与注视物距的关系图像，以及远点距离与注视物距的关系图像；