[发明专利]用于头戴式显示器的鱼眼镜头的减小带宽立体失真校正

说明书

为需要较少存储器和/或处理能力的头戴式显示系统提供立体深度摄像机的系统和方法。立体深度摄像机可包括彼此间隔一定距离的左摄像机和右摄像机。左摄像机和右摄像机中的每个均可从头戴式显示系统的向前方向向外倾斜非零角度，从而为立体深度摄像机提供相对宽的视场。左摄像机和右摄像机中的每个均可包括摄像机传感器阵列和位于摄像机传感器阵列前面的摄像机镜头。摄像机镜头中的每个均可包括从相关摄像机传感器阵列的中心朝向支承结构的中心横向偏移的光轴，以使左摄像机镜头基本上定心在场景中心或主点上。

技术领域

本发明大体上涉及用于头戴式显示系统的深度摄像机。

背景技术

头戴式显示器(“HMD”)用于生成当前一代虚拟现实(“VR”)体验，头戴式显示器可束缚至固定计算机(诸如个人计算机(“PC”)、膝上型计算机或游戏控制台)，与智能电话和/或其相关联的显示器组合和/或集成，或独立。通常，HMD是佩戴在使用者头部上的显示设备，其在一只眼睛(单目HMD)或每只眼睛(双目HMD)的前面具有小显示设备。显示单元通常是小型化的，例如可包括CRT、LCD、硅基液晶(LCos)或OLED技术。双目HMD具有向每只眼睛显示不同图像的潜力。这种能力被用于显示立体图像。

随着智能电话、高清晰度电视以及其它电子设备的发展，对具有增强性能的显示器的需求逐渐增大。虚拟现实和增强现实系统，特别是使用HMD的那些系统的日益普及，已进一步增加了这种需求。虚拟现实系统通常完全包围佩戴者的眼睛，并用“”虚拟”现实代替佩戴者前方的实际或物理视图(或实际现实)，而增强现实系统通常提供佩戴者眼睛前方的一个或多个场景的半透明或透明覆盖，使得用附加信息增强实际视图，并且介导的现实系统可类似地将信息呈现给将现实世界元素与虚拟元素相结合的观看者。在许多虚拟现实和增强现实系统中，可以以各种方式跟踪这种头戴式显示器的佩戴者的运动，诸如通过头戴式显示器中和/或其外部的传感器，以便使所显示的图像能够反映使用者的运动。

位置跟踪允许HMD使用硬件和软件的组合来估计其相对于其周围环境的位置，以检测绝对位置。位置跟踪是虚拟现实中的重要特征，使得能够以六个自由度(6DOF)来跟踪运动。位置跟踪有助于虚拟现实体验的各种益处。例如，位置跟踪可改变使用者的视点以反映不同的动作，诸如闪避、向前倾斜、或跳跃，并且可允许表示使用者的手或虚拟环境中的其他对象。因为视差(即，更靠近眼睛的对象比更远离的对象移动得更快),位置跟踪还改善了虚拟环境的3D感知。

目前存在不同的位置跟踪方法，包括声跟踪、惯性跟踪、磁跟踪、光学跟踪等和/或其组合。内-外跟踪是可用于跟踪HMD和/或相关对象(例如，控制器)的位置的类型位置跟踪。内-外跟踪与外-内跟踪的不同之处在于用于确定HMD的位置的摄像机或其它传感器的位置。对于内-外跟踪，摄像机或传感器位于HMD上、或被跟踪的对象上，而在外-外跟踪中，摄像机或传感器放置在环境中的固定位置。

采用内-外跟踪的HMD利用一个或多个摄像机来“注意”，以确定其位置相对于环境如何改变。当HMD移动时，传感器重新调整它们在房间中的位置，以及拟环境相应地实时响应。这种类型的位置跟踪可用或不用放置在环境中的标记来实现。

放置在HMD上的摄像机观察周围环境的特征。当使用标记时，标记设计成易于由跟踪系统检测，并且放置在特定区域中。利用“无标记”的内-外跟踪，HMD系统使用初始存在于环境中的独特特征(例如，自然特征)来确定位置和方向。MD系统的算法识别特定的图像或形状，并使用特定的图像或形状来计算设备在空间中的位置。来自加速度计和陀螺仪的数据也可用于提高位置跟踪的精度。

发明内容