虛擬現(xiàn)實3d場景用的景深識別光學(xué)裝置及其成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)顯像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種虛擬現(xiàn)實3D場景用的景深識別光學(xué)裝置及其成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002]虛擬現(xiàn)實3D場景顯示包括3D娛樂游戲和影視節(jié)目欣賞，是當(dāng)前科技領(lǐng)域的熱點。然而，目前3D立體影像的顯示，一般都需要大型3D立體電影放映系統(tǒng)(如電影院或家庭影院等)，不能做到小型化，也不夠輕便，因此難以實現(xiàn)家用手持式或穿戴式等簡易輕便的方式。
[0003]此外，據(jù)目前的報道顯示，也有一些大型網(wǎng)通公司準(zhǔn)備在未來幾年推出一些穿戴式虛擬現(xiàn)實3D顯示游戲或視頻的眼鏡，但據(jù)其報道的結(jié)構(gòu)都是僅用一個顯示屏，在實際使用中，這些結(jié)構(gòu)不具備景深識別功能，因此其三維立體的效果也不能令人滿意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、輕巧小型、可實現(xiàn)穿戴式，且可較好地實現(xiàn)景深識別功能的虛擬現(xiàn)實3D場景用的景深識別光學(xué)裝置。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述虛擬現(xiàn)實3D場景用的景深識別光學(xué)裝置的成像方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種虛擬現(xiàn)實3D場景用的景深識別光學(xué)裝置，包括電源、可變焦透鏡組、兩個反射鏡和兩個顯示屏，可變焦透鏡組設(shè)于人眼前方，兩個反射鏡對稱設(shè)于可變焦透鏡組前方，且兩個反射鏡之間成50?70°夾角放置，兩個顯示屏對應(yīng)設(shè)于兩個反射鏡的外側(cè)；電源分別與可變焦透鏡組和兩個顯示屏連接。其中，各反射鏡的大小、尺寸均與各顯示屏相同，該結(jié)構(gòu)中，位于左、右兩側(cè)的兩個顯示屏分別產(chǎn)生左、右眼所看到的存在視差的鏡像畫面，經(jīng)過位于左、右兩側(cè)的兩個反射鏡反射和可變焦透鏡組后，對兩眼視差加以放大，最后由人眼接收，使人感覺到遠近不一的立體圖像；該過程中，通過對左右圖像(或視頻影像)進行合理的設(shè)計和調(diào)整，可以模擬出任何距離(從眼前到無窮遠)的物體圖像。
[0007]所述光學(xué)結(jié)構(gòu)還包括外殼，電源、可變焦透鏡組、兩個反射鏡和兩個顯示屏均設(shè)于外殼內(nèi)。其中，電源為兩個顯示屏供電，在可變焦透鏡組采用電動變焦鏡時，也為可變焦透鏡組供電。
[0008]所述外殼為內(nèi)面是黑色的殼體，可屏蔽防止外部雜散光的干擾。
[0009]所述可變焦透鏡組包括左透鏡組和右透鏡組，兩個反射鏡包括左反射鏡和右反射鏡，兩個顯示屏包括左顯示屏和右顯示屏；左反射鏡位于左透鏡組前方，右反射鏡位于右透鏡組前方，左顯示屏位于左反射鏡左側(cè)，右顯示屏位于右反射鏡右側(cè)。
[0010]所述左透鏡組和右透鏡組均是焦距為10?15cm的正透鏡；
[0011]所述左反射鏡和右反射鏡均為可見光反射鏡，左反射鏡向左傾斜設(shè)置，左反射鏡與人眼所在平面之間的夾角為55?65°，右反射鏡向右傾斜設(shè)置，右反射鏡與人眼所在平面之間的夾角為55?65° ;
[0012]所述左顯示屏和右顯示屏均為4?5寸的高清數(shù)碼顯示屏，分辨率彡1920X1080，且左顯示屏和右顯示屏分別自帶存儲器；左顯示屏和右顯示屏對稱設(shè)置，左顯示屏向右傾斜設(shè)置，左顯示屏與人眼所在平面之間的夾角為54?64°，右顯示屏向左傾斜設(shè)置，右顯示屏與人眼所在平面之間的夾角為54?64°。
[0013]所述可變焦透鏡組與人眼的距離為I?3cm。
[0014]所述電源是電壓為1.5?5伏的可充電電池。
[0015]上述虛擬現(xiàn)實3D場景用的景深識別光學(xué)裝置的成像方法，包括以下步驟:
[0016](I)左顯示屏和右顯示屏上同時播放存在視差的鏡像圖像；
[0017](2)左顯示屏上的圖像先經(jīng)過左反射鏡反射，再通過左透鏡組折射后進入使用者左眼，右顯示屏上的圖像先經(jīng)過右反射鏡反射，再通過右透鏡組折射后進入使用者右眼；放大左顯示屏和右顯示屏圖像的視差，通過左右兩個反射鏡和透鏡組的進一步放大后，在人腦中產(chǎn)生遠近不一的立體圖像，從而在人眼中產(chǎn)生虛擬現(xiàn)實的3D場景。
[0018]上述虛擬現(xiàn)實3D場景用的景深識別光學(xué)裝置及其成像方法的作用原理是:人的雙眼由于相隔一定距離，故分別看到的圖像角度與側(cè)面均不同，這便是所謂的視差，視差的存在使人腦產(chǎn)生空間感，人看不同距離物體時，通過眼部肌肉控制眼球轉(zhuǎn)動，雙眼視線的夾角不同，通過左右視線的交點來確定事物的距離，這是人眼判斷距離的主要方式；因此，在上述光學(xué)裝置通過位于左、有的兩個顯示屏和兩個反射鏡，可以讓左、右眼看到預(yù)先提供的不同角度與側(cè)面的圖像，從而讓觀察者觀察到模擬的3D空間圖像；另一方面，人眼在看物體時會通過睫狀肌控制晶狀體改變其焦距以看清不同距離的物體，通過對對焦位置的感覺以及近處和遠處離焦位置模糊的情況，也可以大致判斷物體的距離，因此，本光學(xué)裝置通過給成像光路加入變焦透鏡組來模擬出這種效果。
[0019]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:
[0020]1、本光學(xué)裝置采用了巧妙的光學(xué)設(shè)計，使得整個裝置結(jié)構(gòu)簡單(僅需三對主要部件)，使整個裝置小型輕巧，可實現(xiàn)頭戴式，使用輕便，制作成本也低，能較好地推廣于家用娛樂以及健康診療設(shè)備領(lǐng)域。將本光學(xué)裝置結(jié)合目前的數(shù)字智能虛擬三維立體視頻影像技術(shù)，使之可產(chǎn)生具有景深識別功能的虛擬現(xiàn)實3D立體縱深場景，可使使用者感受虛擬世界的逼真感受。
[0021]2、本光學(xué)裝置通過雙顯示屏、反射鏡放大和變焦透鏡組調(diào)焦的綜合作用，使得整個裝置盡管尺度僅約20厘米，卻可產(chǎn)生上百米甚至更遠(理論上無窮遠)的景深，能產(chǎn)生效果明顯的具有景深識別功能的立體三維縱深場景，可使使用者感受虛擬世界的逼真感受。
【附圖說明】
[0022]圖1為本光學(xué)裝置的原理示意圖。其中I和2分別為結(jié)構(gòu)相同的左透鏡組和右透鏡組，3和4分別為結(jié)構(gòu)相同的左顯示屏和右顯示屏，5和6分別為結(jié)構(gòu)相同的左反射鏡和右反射鏡，7為外殼，8為虛擬圖像。
[0023]圖2為本光學(xué)裝置中電源的供電原理示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0025]實施例1
[0026]本實施例一種虛擬現(xiàn)實3D場景用的景深識別光學(xué)裝置，如圖1所示，包括電源(圖中未示出)、可變焦透鏡組、兩個反射鏡和兩個顯示屏，可變焦透鏡組設(shè)于人眼前方，兩個反射鏡對稱設(shè)于可變焦透鏡組前方，且兩個反射鏡之間成50?70°夾角對稱放置，兩個顯示屏對應(yīng)設(shè)于兩個反射鏡的外側(cè)；電源分別與可變焦透鏡組和兩個顯示屏連接。其中，各顯示屏的大小、尺寸均與各反射鏡相同。
[0027]光學(xué)結(jié)構(gòu)還包括外殼7，電源、可變焦透鏡組、兩個反射鏡和兩個顯示屏均設(shè)于外殼內(nèi)。外殼為內(nèi)面是黑色的殼體，可屏蔽防止外部雜散光的干擾。
[0028]如圖1所示，可變焦透鏡組包括左透鏡組I和右透鏡組2，兩個反射鏡包括左反射鏡5和右反射鏡6，兩個顯示屏包括左顯示屏3和右顯示屏4 ;左反射鏡位于左透鏡組前方，右反射鏡位于右透鏡組前方，左顯示屏位于左反射鏡左側(cè)，右顯示屏位于右反射鏡右側(cè)。
[0029]其中，左透鏡組和右透鏡組均是焦距為10?15cm的正透鏡，可變焦透鏡