[发明专利]全视角图像显示装置

说明书

本发明公开的全视角图像显示装置，图像显示设备包括设置在图像显示设备一侧的瞳距调节机构，还包括另一侧的凹面镜、凸透镜以及透明连接件，凹面镜紧邻显示设备设置，透明连接件将凸透镜固定在凹面镜上；图像处理软件将图像处理分为分割与变换两个步骤：将原始图像分割为中心区域和外缘区域；中心区域的图像经过凸透镜折射后进入瞳孔，对应视野舒适视域；将外缘部分的图像经由计算机进行极坐标反转后，再通过凹面镜进入瞳孔。本发明的以凹面反射镜和凸透镜组合产生全视野图像，扩大了可视范围，可实现230度在内的极大视角，大大提高了虚拟现实的临场感，设计完成后，结构简单、装配及制造难度低，便于大批量生产，降低成本。

技术领域

本发明涉及一种图像显示装置，尤其涉及一种观看全视角图像的显示装置。

背景技术

近年来，随着CG技术(Computer Graphic，计算机图形图像技术)和计算机性能的不断提高，针对虚拟现实的显示装置日益受到人们的广泛关注。其中，HMD(Head-MountedDisplay，头戴式显示系统)相对于CAVE(Computer-Aid Virtual-reality Environment，计算机辅助虚拟现实环境)及Full-Dome Projection(球幕投影)等大型设备而言，造价低廉且实施方便，更适合小型单位和个人使用。加之虚拟漫游、电脑游戏等交互媒体的日趋发展，具备姿势感应，3D立体显示功能的头戴式显示系统发展前景十分广阔。

由于结构限制，现有头戴式显示系统无法复原人类视域范围的全部图像，视角较为狭窄。如日本索尼公司的HMZ-T1显示器，水平可视角度仅为30度左右；美国SiliconMicro Display公司的ST1080显示器，水平可视角度约为45度；而美国Oculus公司的OculusRift显示器，水平可视角度约为90度。据测算，人类双眼的水平视角叠加后约为230度，要达到全视角的虚拟沉浸体验，必须将头戴式显示器的可视角度增加到180度以上，形成虚拟的半球影像。

而现有类似设备大多采用单一凸透镜或透镜组作为目镜，如图1所示，将LED、LCD等显示设备产生的原始图像放大到更大尺寸，并矫正到明视距离，该结构受限于目镜的直径，无法显示180度全视角的图像。

因此，现有技术存在缺陷，有待于进一步改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图像显示装置，基于凸透镜与凹面镜的配合，通过光学变换和相应算法，将全景相机或计算机产生的全景图分割为两个部分，并分别针对其图像特征进行变换，最终复原为全视角的自然图像。

本发明的技术方案如下：

全视角图像显示装置，包括图像显示装置，以及与所述图像显示装置连接的计算机，其中：所述图像显示装置包括图像显示设备，设置在所述图像显示设备一侧的瞳距调节机构；还包括设置在所述图像显示设备另一侧的凹面镜、凸透镜以及透明连接件，所述凹面镜紧邻所述显示设备设置，所述透明连接件将所述凸透镜固定在所述凹面镜上；

所述计算机包括图像处理软件以及原始图像数据；所述计算机连接所述图像显示设备；所述原始图像数据经图像处理软件分割变换后，发送给所述图像显示设备；

左右眼可观察图像显示设备显示的具有视差的2张全景图，在全视角范围内产生立体感；所述凸透镜对应的视域为舒适视域，所述凹面镜对应的视域为诱导视域；

所述图像处理软件保证外缘区域的图像和凹面镜的曲率严格匹配；

所述凹面镜和凸透镜的曲率针对原始图像的特征指定进行定制，以矫正全景图在所述凹面镜和凸透镜上的畸变；

所述图像处理软件将图像处理分为分割与变换两个步骤：第一步，将原始图像分割为中心区域和外缘区域；中心区域的图像经过凸透镜折射后进入瞳孔，对应视野舒适视域；第二步，将外缘部分的图像经由计算机进行极坐标反转后，再通过凹面镜进入瞳孔，对应视野诱导视域。