头戴式显示器的自适应亮度控制制造技术

一种用于头戴式显示器“HMD”的目镜的自适应亮度控制的技术包括从所述HMD的所述目镜的观看区向用户的眼睛显示计算机产生的图像“CGI”。从环绕所述HMD的周围环境捕获图像数据。至少部分地基于所述图像数据而计算所述周围环境的亮度值。至少部分地基于所述亮度值而确定偏置功率设定。将所述偏置功率设定应用于照明源以用于产生所述CGI且以所述偏置功率设定来控制显示给所述用户的所述眼睛的所述CGI的亮度级。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】头戴式显示器的自适应亮度控制
本专利技术一股来说涉及光学领域，且特定来说但非排他性地涉及近眼光学系统。
技术介绍
头戴式显示器（HMD）为佩戴于头部上或周围的显示装置。HMD通常并入有某 种近眼光学系统以在人眼的几厘米内发射光图像。单眼显示器称为单眼HMD，而双眼显示 器称为双眼HMD。一些HMD仅显示计算机产生的图像（CGI），而其它类型的HMD能够将 CGI叠加于真实世界视图上。此后一类型的HMD可用作用于实现增强现实的硬件平台。借 助增强现实，世界的观看者的图像以重叠的CGI而增强，也称为平视显示器（HUD）。 HMD具有众多实际工作及休闲应用。航空应用准许飞行员在不用使其眼睛脱离飞 行路径的情况下看到重要飞行控制信息。公共安全应用包括地图的战术显示及热成像。其 它应用领域包括视频游戏、交通运输及电信。随着技术演进必然存在新发现的实际工作及 休闲应用；然而，这些应用中的许多应用由于用于实施现有HMD的常规光学系统的成本、大 小、重量、视域及效率而受限制。 【附图说明】 参考以下各图描述本专利技术的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有说明，否 则贯穿各个视图相似参考编号指代相似部件。 图1是根据本专利技术的实施例用具有自适应亮度控制的目镜实施的双眼HMD的俯视 图。 图2是图解说明根据本专利技术的实施例供与HMD-起使用的自适应亮度控制系统的 功能框图。 图3A是图解说明根据本专利技术的实施例用于HMD的自适应亮度控制的过程的流程 图。 图3B是图解说明根据本专利技术的实施例用于确定何时调整灯功率对目镜透明度的 过程的流程图。 图4是根据本专利技术的实施例的目镜的横截面图。 图5是根据本专利技术的实施例的目镜的透视图。 图6是图解说明根据本专利技术的实施例用以将近眼图像递送到用户的目镜的操作 过程的流程图。 【具体实施方式】 本文中描述一种用于头戴式显示器（HMD）的自适应亮度控制的系统、设备及方 法的实施例。在以下说明中，为提供对各实施例的透彻理解而列举大量具体细节。然而，所 属领域的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在不具有所述具体细节中的一或多者 的情况下实践或者可借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它实例中，未详细展示或描 述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。 本说明书通篇所提及的一个实施例或一实施例意指结合所述实施例描述的 特定特征、结构或特性包括于本专利技术的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇各处出现 的片语在一个实施例中或在一实施例中未必全部指同一实施例。此外，特定特征、结 构或特性可以任何适合方式组合于一个或多个实施例中。 图1是根据本专利技术的实施例使用一对近眼光学目镜101的头戴式显示器 (HMD）100的俯视图。目镜101安装到框架组合件，所述框架组合件包括鼻梁件105、左 耳臂110及右耳臂115。尽管图1图解说明双眼实施例，但HMD100也可实施为其中仅单个 目镜101定位于单只眼120前方的单眼HMD。 两个目镜101固定到可佩戴于用户的头部上的眼镜布置中。左耳臂110及右耳 臂115沿着用户的脚丝区延伸且剩余部分在用户的耳朵上，而鼻组合件105搁放在用户的 鼻子上。框架组合件经定形及大小以将每一目镜101的观看区125定位于用户的对应眼睛 120前方。当然，可使用具有其它形状的其它框架组合件（例如，具有耳臂及鼻梁支撑件的 护目镜、单个连续头戴式部件、头带、眼珠型眼镜等）。 HMD100的所图解说明实施例能够向用户显示增强现实。每一目镜的观看区125准 许用户经由外部周围场景光130看到真实世界图像。左及右（双眼实施例）CGI光135可 由耦合到目镜101的相应显示源140的一个或两个CGI引擎（未图解说明）产生。CGI光 135由用户见为虚拟图像作为增强现实叠加于真实世界上。在一些实施例中，可阻挡、选择 性地阻挡或部分地阻挡周围场景光130以改善图像对比度且在一些情形中提供虚拟现实 显不。 HMD100包括可使用包括以下各项的以下组件中的一或多者来实施的自适应亮度 控制特征：显示源140、周围光传感器145、可变透明度层150、控制器155及用户接口（例 如，图形用户接口（未图解说明）及触摸接口 160)。在一个实施例中，自适应亮度控制特 征基于周围环境的亮度而实时调整CGI光135的显示亮度。在一个实施例中，自适应亮度 控制特征包括可变透明度层150,其安置于观看区125上方以控制穿过目镜101透射到眼 睛120的周围场景光130的量。也可基于周围环境的亮度而实时调整可变透明度层150的 透明度以实现用户的舒适亮度级且获得周围场景光130与CGI光135之间的所要对比度等 级。自适应亮度控制特征可能够调整CGI光135的亮度及目镜101的透明度两者以实现较 大动态范围且增加用户舒适性及显示选项。 图2是图解说明根据本专利技术的实施例供与HMD100 -起使用的自适应亮度控制系 统200的功能框图。自适应亮度控制系统200的所图解说明实施例包括周围光传感器145、 控制器155、照明电源205、显示源140、透镜透明度致动器210、可变透明度层155、用户接口 215及亮度查找表220。 在操作期间，控制器155监视周围光传感器145的输出以确定周围环境225的亮 度。基于所确定亮度，控制器155可调整从显示源140输出的显示亮度及/或可变透明度 层155的透明度。在所图解说明的实施例中，这些调整是至少部分地基于存储于亮度查找 表220内的默认校准曲线。在一个实施例中，用户接口 215可促进用户依据默认设定应用 可选择偏移。用户接口 215可使用各种接口机制来实施，例如触摸接口 160、由CGI光135 再现以提供视觉用户反馈的图形用户接口（ GUI)、话音命令接口、听觉反馈接口或其它。 控制器155是执行用以实施本文中所揭示的自适应亮度控制功能的逻辑的处理 器。控制器155可实施为执行固件/软件指令的专用集成电路（ASIC）、现场可编程门 阵列（FPGA）、通用处理器或其它。可执行指令以及亮度查找表220可存储于耦合到控 制器155的存储器单元230中。或者，由控制器155执行的指令可为硬连线逻辑。尽管图 1将控制器155图解说明为安置于HMD100的耳臂部件155内，但控制器155可嵌入于框架 组合件内的任何地方或甚至安装到目镜101中的一者。 周围光传感器145包括用于获取周围环境225的图像数据的一或多个光敏元件 (例如，CMOS图像传感器、光二极管、电荷耦合装置等）。周围光传感器145可实施为单个 光敏元件，在此情形中所获取图像数据为所述单个光敏元件的输出。在其它实施例中，周围 光传感器145可包括多个光敏元件，例如用于获取周围环境225的低或高分辨率静止图片/ 视频图片的图像传感器像素阵列。在这些实施例中，图像数据可为静止图片或连续视频串 流。 周围光传感器145可安置于HMD100的框架组合件上任何地方或甚至安装到目镜 101的一部分。在一个实施例中，周围光传感器145安置于面向前的配置中以使得其测量照 射在目镜101上的向前周围环境的亮度。举例来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于头戴式显示器“HMD”的目镜的自适应亮度控制的方法，所述方法包含：从所述HMD的所述目镜的观看区显示计算机产生的图像“CGI”；从环绕所述HMD的周围环境捕获图像数据；至少部分地基于所述图像数据而计算所述周围环境的亮度值；至少部分地基于所述亮度值而确定用以应用于照明源以用于产生所述CGI的偏置功率设定；及以所述偏置功率设定来控制所述CGI的亮度级。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.04 US 13/289,6561. 一种用于头戴式显示器HMD的目镜的自适应亮度控制的方法，所述方法包含： 从所述HMD的所述目镜的观看区显示计算机产生的图像CGI ； 从环绕所述HMD的周围环境捕获图像数据； 至少部分地基于所述图像数据而计算所述周围环境的亮度值； 至少部分地基于所述亮度值而确定用以应用于照明源以用于产生所述CGI的偏置功 率设定；及 以所述偏置功率设定来控制所述CGI的亮度级。2. 根据权利要求1所述的方法，其中控制所述CGI的所述亮度级包含响应于与所述周 围环境相关联的所述亮度值的改变而实时调整所述亮度级。3. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包含： 经由所述目镜的在所述观看区中的周围场景侧及朝向眼睛侧将周围场景光传递到用 户的眼睛； 确定用于选择安置于所述观看区上方的可变透明度层的透明度的控制信号，其中至少 部分地基于所述亮度值而确定所述控制信号；及 至少部分地基于所述控制信号而调整所述可变透明度层的所述透明度。4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述可变透明度层包含电致变色层快门，其中调 整所述可变透明度层的所述透明度包含调整所述控制信号的频率或工作循环中的至少一 者以用于在两个透明度设定之间致动所述电致变色层。5. 根据权利要求3所述的方法，其中所述可变透明度层具有两个以上透明度设定且所 述透明度对于所述控制信号的给定值是恒定的。6. 根据权利要求1所述的方法，其中从环绕所述HMD的所述周围环境捕获所述图像数 据包含： 用面向前安装于所述HMD上的周围光传感器来捕获所述图像数据。7. 根据权利要求1所述的方法， 其中从环绕所述HMD的所述周围环境捕获所述图像数据包含捕获面向前的场景的视 频图像，且 其中计算所述周围环境的所述亮度值包含至少部分地基于所述视频图像而计算所述 亮度值。8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述亮度值包含用于操作捕获所述视频图像的视 频相机的自动曝光值。9. 根据权利要求1所述的方法，其中确定用以应用于所述照明源的所述偏置功率设定 包含： 使用所述亮度值索引到查找表中以获得所述偏置功率设定，其中所述查找表包含默认 亮度值对默认偏置功率设定的校准曲线。10. 根据权利要求9所述的方法，其进一步包含： 依据针对给定默认亮度值的所述默认偏置功率设定提供用户可选择偏移特征以应用 用户可选择偏移。11. 根据权利要求10所述的方法，其中提供所述用户可选择偏移特征包含： 提供图形用户接口以用于在经由所述HMD显示给所述用户的所述CGI内显示用户可选 择偏移值；及 沿着所述HMD的耳臂部件提供触摸接口以接收触摸命令。12. -种用于显示计算机产生的图像CGI 的头戴式显示器HMD，所述HMD包含： 显示源，其用于产生所述CGI ; 目镜，其具有观看区，所述目镜经耦合以从所述显示源输送所述CGI且将所述CGI射出 所述目镜的在所述观看区中的朝向眼睛侧，其中所述观看区部分地透明以经由所述目镜的 在所述观看区中的周围场景侧及所述朝向眼睛侧传递周围场景光； 周围光传感器，其用以从环绕所述HMD的周围环境捕获图像数据；及 控制器，其耦合到所述显示源、所述周围光传感器及机器可存取存储媒体，所述机器可 存取存储媒体提供当由所述控制器执行时致使所述控制器执行包含以下各项的操作的指 令： 至少部分地基于所述图像数据而计算所述周围环境的亮度值； 至少部分地基于所述亮度值而确定用以应用于所述显示源的偏置功率设定；及 以所述偏置功率设定来控制所述CGI的亮度级。13. 根据权利要求12所述的头戴式显示器，其进一步包含： 框架组合件，其用以支撑所述显示源、所述目镜、所述周围光传感器及所述控制器，所 述框架组合件用于佩戴于用户的头部上，其中所述观看区定位于所述用户的眼睛前方。14. 根据权利要求13所述的头戴式显示器，其中所述周围光传感器以面向前的定向安 装到所述框架组合件。15. 根据权利要求14所述的头戴式显示器， 其中所述周围光传感器包含视频相机且所述图像数据包含面向前的场景的视频图像， 其中计算所述周围环境的所述亮度值包含至少部分地基于所述视频图像而计算所述 亮度值。16. 根据权利要求15所述的头戴式显示...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪潇宇，
申请(专利权)人：谷歌公司，
类型：发明
国别省市：美国;US