一种头戴式多深度立体图像显示系统及显示方法与流程

本发明涉及显示
技术领域：
，尤其涉及一种头戴式多深度立体图像显示系统及显示方法。
背景技术：
：现实世界的物体都是三维的，而目前主流的显示技术依然是平面显示技术，平面显示技术渐渐地不能满足人们的视觉需求，而立体显示技术可以让观察者看到物体的各个方面，能在一定程度上让观察者有身临其境的感受，更具有真实感。立体显示技术也被认为是显示技术的终极形式。近几年来，众多研究人员在立体显示技术方面的探索，也研发出了各种立体显示的方案。立体显示技术大体可以分为两大类：头戴式和裸眼式。在头戴式立体显示技术中，观察者需要佩戴眼镜、头盔等辅助的设备才可以观看到立体效果，这类技术目前发展的比较成熟，已经被广泛应用与各大电影院；裸眼式立体显示技术是指观看者无需携带任何辅助设备就可以直接观看到立体效果的技术，也被称为自由立体显示技术。裸眼式立体显示技术主要有光栅式、全息式、集成成像和体显示技术等。头戴式立体显示技术主要基于双目视差原理。常见的头戴式立体显示技术主要有偏振眼镜、互补色眼镜、快门眼镜、头盔等技术。这些技术大都是利用某种光学方式将两张有细微差别的平面图像分配给人的左右眼，让左右眼分别只看到其对应的图像，即左眼只能看到左眼视差图像而右眼只能看到右眼视差图像，通过大脑的融合处理后产生立体感。但由于人眼的聚焦、图像的对比度、图像之间的相互遮挡、运动等因素也会影响立体感，所以双目视差技术有缺陷，长时间使用后，用户会感到头晕。另一方面，相关技术也会出现视场角小、亮度低、失真、串扰严重、分辨率低、成本高、制作困难等现象，其中的一个主要原因还是由于其技术都是基于单深度的，利用两张单深度的图像源经过大脑融合后，其依然是单深度的立体图像，人眼长时间观察后，就会产生视觉疲劳，头晕等现象。裸眼式体显示技术按照原理分为两大类：一类是利用双目视差原理，每次只显示几幅平面图像，然后让两眼分别看到各自的图像，如光栅式立体显示；另一类是在三维空间中产生立体图像，如全息技术、集成成像技术和体显示技术等，用户在不同的位置能看到物体的不同侧面。全息式立体显示效果比较好，但制作成本比较高，对加工工艺要求很高。集成成像技术一般分为三维信息的记录和光学重构两个过程。根据光学可逆原理和人脑的融合，就可以看到立体图像。但集成成像技术存在观察视角有限、分辨率低、景深不够、平面/立体转换困难等缺点。体显示技术分为扫描式和体积式两种。扫描式可划分为平移和旋转两种，这两种方式都存在高速运动的部件，对平台的稳定性要求很高，并且存在很多技术缺陷。体积式是将扫描式中的高速运动部件尽可能去掉，用其它方式实现高速的刷新过程。体积式目前有两个代表性的产品，一个是felix3d公司改进的solidfelix系统，它是早期固态体积式立体显示系统，具有简洁、高亮度、便于运输等优点，其主要应用ylif4制成的立体型显示介质，用两个红外激光相干汇聚足够的能量，激发介质发出可见光，形成一个可见的空间像素点，通过电光调制器和扫描器，来实现立体显示。这种方式成本比较高、维护难度大、色彩单调；另一个是lightspacetechnologies公司推出的depthcube系统，它采用的也是固态体积式立体显示方案，它利用液晶的电光特性和漫反射原理，通过对不同的液晶屏之间的快速切换，依次显示三维物体的不同切片图像进而产生立体感，但其产品中一个用于产生不同深度的图像的关键部件，需要高达1000v的驱动电压，体积较大，主要用于医学和实验研究。这么高的驱动电压对人来说是不安全的，不利于应用于头戴式近眼光光场显示装置。众所周知，人们对立体显示装置的需求越来越大，更加轻便而自由的立体显示装置具有非常大的市场潜力。随着vr、ar的发展，众多公司研发出了各种不同的可穿戴式立体显示装置，但由于他们所采用的显示方案大多是单深度的图像信息，其依赖于双目视差原理，当显示物体前后尺寸和显示屏尺寸、观察者到显示屏的距离不大时，长时间使用后，用户就会感到头晕，产生视觉疲劳，也不适合儿童和特殊人群。鉴于此，必须设计头戴式多深度立体图像显示系统及显示方法。技术实现要素：本发明提供一种头戴式多深度立体图像显示系统，该显示系统的立体显示效果好，并可以缓解用户的视疲劳。一种头戴式多深度立体图像显示系统，包括：处理单元，接收三维图像信息，提取三维图像中各个像素点的颜色数据和表征深度信息的三维坐标数据，根据像素点的三维坐标将所有像素点分配成若干个对应不同空间深度的像素点组；多平面光学单元，包括若干层透明态/散射态可控的透散射元件；投影单元，有选择地将各个像素点组以一定频率分别投射到代表相应深度的透散射元件上，以产生在多平面光学单元中可见的中继立体图像；目视单元，包括目镜镜片，将多平面光学单元中的中继立体图像投射到人眼。所述的三维图像信息可以是现实物体通过3d摄像机结合图像深度传感器所捕捉的具有不同深度的视频信息，也可以是计算机虚拟出来的三维图像信息。采集三维图像的视角是人眼观看三维虚拟物体的视角；若本发明的头戴式多深度立体显示系统做双目用途时，左右眼采集三维图像的视角不同。所述的处理单元包括：深度信息提取模块，提取三维图像中像素点的颜色数据及三维坐标数据，传输给深度信息分配模块；深度信息分配模块，将所有像素点分配成若干个对应不同空间深度范围的像素点组。深度信息分配模块根据各像素点三维坐标数据，将各像素点进行分层显示，具体的：多层透散射元件的空间相对位置固定后，各层透散射元件经过目视单元的像面位置也是固定的，这些像面位置涵盖了人眼的明视距离到无穷远。当三维图像的某像素点刚好落在某个像面上时，该像素点就在该像面对应的透散射元件上显示；当某像素点落在两个像面之间时，深度信息分配模块则根据该像素点的三维坐标数据，将该像素点分割成两个色彩一致、强度不同的新像素点，再将这两个新像素点在前后两个像面对应的透散射元件上显示；而近于最近的像面的像素点会在最近的像面上显示，远于最远的像面的像素点会在最远的像面上显示。当前后两个像素点的强度差不同时，人所感知到的像素点的深度信息是不一样的。对于拆分出的两个新像素点，经人眼的视觉叠加以及大脑的融合处理后，会在两个相邻的透散射元件之间的某一个空间位置上感知到一个“感知像素点”，这个感知像素点与原始像素点的色彩信息、强度信息以及深度信息是完全一致的，即完美地在三维空间中还原了拆分像素点的色彩信息、强度信息以及深度信息。作为优选，各层透散射元件的透过率和响应时间一致。透散射元件的透过率越高、响应时间越快，系统的整体显示效果越好。所述的透散射元件相互平行排列形成多平面光学单元。所述的透散射元件为基于液晶混合物(如pdlc、psct)的电控光学器件；进一步的，所述的透散射元件为液晶调光膜(pdlc)。液晶调光膜pdlc(polymerdispersedliquidcrystal)，也即聚合物分散液晶，是液晶微滴均匀地分散在聚合物基体中所形成的复合材料，具有特殊的电光响应性能，其开关是通过施加电场来实现的。pdlc有两种工作模式：一种是不加电场时，液晶微滴的指向矢是随机分布的，液晶膜呈现散射状态，即关态；加电场时，液晶分子的指向矢将平行于电场方向液晶膜呈透明态，即开态。而另外一种，与此正好相反，不加电场时，pdlc呈现透明状态，即开态；加电场时，pdlc呈现散射状态，即关态。某一层pdlc处于关态时，基于散射状态的特性，投影单元投射出的像素点组在其上投影和显示，此时其余层pdlc处于开态，也就是说同一个时刻只有一层pdlc处于关态。所述的多平面光学单元还包括深度图像再现控制模块，所述深度图像再现控制模块用于控制透散射元件的透明度，使其中一层透散射元件切换到散射状态以接收和显示来自投影单元的相应深度的像素点组，以及使其余透散射元件切换到透明状态以允许来自投影单元的像素点组投影至指定透散射元件并允许人眼看见。像素点的深度信息分配完成后将由投影单元投射到多平面光学单元上，在投影单元投射出某深度的像素点组时，控制单元同步控制多平面光学单元，使相应深度的透散射元件处于散射状态而其他透散射元件处于透明状态，根据各个像素点组与各层透散射元件之间的一一对应关系，在高速切换的各层透散射元件上显示对应深度的像素点组。在高速切换的条件下，利用人眼的视觉暂留效应，便在多平面光学单元中融合成了一幅带有深度信息的立体图像，提高了立体显示的效果，并缓解了视疲劳。作为优选，各层透散射元件散射状态和透明状态的切换频率至少为30hz～60hz。人眼所能识别的极限刷新频率通常为30hz～60hz。透散射元件的切换频率大于30hz～60hz时，可以防止出现人眼感觉得到的图像闪烁。透散射元件的层数可以是任意的，透散射元件的层数越多，呈现的空间深度信息越丰富、越细腻，但是对投影单元的刷新频率要求也越高，另外对于传输带宽的要求也越高。作为优选，所述的多平面光学单元至少包含6层透散射元件；进一步优选的，包含6～10层透散射元件。透散射元件为6～10层时，就能完整地呈现从明视距离到无穷远的所有深度信息，同时对投影单元的刷新频率要求和对传输带宽的要求可以适当地降低，节省成本。优选的，头戴式多深度立体图像显示系统还包括视线追踪单元，用于提取人眼注视的数据，并将数据传输给深度信息分配模块，深度信息分配模块遴选出能覆盖人眼注视范围内的像素点的透散射元件，在本次遴选至遴选结果发生首次变化的后续某次遴选期间，选中的透散射元件执行透明态/散射态切换模式，其他透散射元件全部或部分处于透明状态以选择性地减少执行透明态/散射态切换模式的透散射元件数量。所述的人眼注视的数据包括注视方向、注视点的三维坐标以及误差范围。可借助视线追踪模块，筛选出人眼所注视的局部空间区域，只需利用一层或两层透散射元件，来显示人眼所注视的局部空间区域；而位于人眼所注视局部区域之外的图像，可采用多种方案减少所需的透散射元件，如：利用明视距离和无穷远对应的透散射元件来显示，这样，总共仅需3～4层处于工作状态的透散射元件就能呈现出人眼在注视某一个物体时所看到的三维图像，此时，大脑关注的是人眼所注视的局部空间区域，而位于此局部空间区域之外的像素点，大脑并不十分关注，因此，可以适当降低此局部空间区域之外的像素点的刷新率，而只需保证人眼所注视的局部空间区域的刷新率；或只使用选中的透散射元件而不再利用额外的透散射元件，则总共仅需1～2层。在一个三维成像周期内所需要执行透明态/散射态的透散射元件的数量，直接影响了投影单元的刷新率要求，因此，借助视线追踪模块的增益在于降低对投影单元在刷新率方面的限制。人眼正常能看清的就是5°视野内的内容，这符合人眼观察习惯。人眼注视某一个深度时，眼球并不会高速移动，从大脑发出指令要求眼球注视某个空间位置到人眼将深度信息看清，大概需要0.2秒，可以简单地理解为人眼移动频率为5hz。而高速显示器的刷新率为30hz～60hz及以上时，远超过人眼的移动频率，人眼就不会有闪烁感。于是，当视线注视深度刚好位于pdlc所设定的深度时，投影单元的刷新率只需大于60hz即可；当视线注视深度刚好位于预先设定的六个深度之间且需要用两相邻的透散射元件来融合显示时，投影单元的刷新率大于120hz即可。因此，能大大地降低对投影单元刷新率的要求。所述的投影单元包括微型显示器和投影镜头，所述微型显示器为lcos、dmd、led或microled。上述微型显示器刷新率和分辨率都较高，符合设计需求。作为优选，所述的投影单元还包括设置在微型显示器和投影镜头之间光路上的液晶盒和双折射晶体。通过深度图像再现控制模块控制液晶盒的施加电压。可以有选择地对液晶盒施加电压，对进入液晶盒的偏振光进行旋光，从而改变出射光的偏振态；双折射晶体会导致不同偏振态的光之间产生一定的光程差，光程差的存在会使双折射晶体的出射光产生调焦效应，从而在不同空间深度的透散射元件上形成更佳的中继像，而这些中继像会成为目镜镜片的不同物面，而这些物面处于不同的空间位置，即对于目镜镜片来说会产生不同的物距。因此，在光路中加入液晶盒和双折射晶体后，整个系统的显示效果更好。所述的目镜镜片为半透半反非球面棱镜，其面型方程为：其中，j＝[(m+n)2+m+3n]/2+1，m、n为正整数；c是中心曲率，k为二次曲面常数，cj为xmyn项的系数。多平面光学单元中形成的中继立体图像经过目镜镜片的放大作用后进入人眼。本发明还提供了一种多深度立体图像的显示方法，包括：(1)提取三维图像中各个像素点的颜色数据和三维坐标数据，根据像素点的三维坐标将所有像素点分配成若干个对应不同空间深度的像素点组；(2)通过投影单元将各个像素点组以一定频率分别投射到多平面光学单元中代表相应深度的透散射元件上，以产生在多平面光学单元中可见的中继立体图像；(3)中继立体图像经过目视单元的放大成像后投射到人眼。作为优选，步骤(1)中，像素点的分配方法为：将深度与某一透散射元件所代表的深度一致的像素点分配至对应该透散射元件相应深度的像素点组；将深度处于两相邻透散射元件所代表的深度之间的像素点拆分成两个新像素点，该两个新像素点色彩一致、强度不同，再将该两个新像素点分别分配至对应该相邻透散射元件相应深度的像素点组；将深度小于所有透散射元件所代表深度以及大于所有透散射元件所代表深度的像素点分配至对应最临近深度的像素点组。分配后的任一像素点与原像素点在空间中的各自位置、以及设定人眼观测点的位置，三者在一条直线上，即共同遵循以人眼观测点为起点的同一射线追踪轨迹。对于两个新像素点，经人眼的视觉叠加以及大脑的融合处理后，会在两个相邻的透散射元件之间的某一个空间位置上感知到一个“感知像素点”，这个感知到的像素点与原始拆分的像素点色彩信息、强度信息以及深度信息是完全一致的，即完美地在三维空间中还原了拆分像素点的色彩信息、强度信息以及深度信息。步骤(2)中，在三维成像周期内，对透散射元件进行快速依次扫描，每次选中一个与该时刻投影单元投射的像素点组深度一致的透散射元件，使其切换至散射状态以在其上显示该组像素点；同时刻，其余透散射元件切换至透明状态。进一步优选的，三维成像的频率与单个透散射元件的透明态/散射态切换频率相等，且至少为30hz～60hz。单个透散射元件的透明态/散射态切换周期中，处于散射态用于显示对应像素点组的时间至多为切换周期与像素点组组数的商。投影单元以特定的二维图像刷新频率将各个像素点组投射到各自对应的透散射元件上，该二维图像刷新频率为三维成像频率与三维成像周期内的像素点组组数的积。进一步优选的，所述的投影单元以至少360hz的频率将各个像素点组投射到各自对应的透散射元件上。作为优选，采用视线追踪单元提取人眼注视的数据，并将数据传输给深度信息分配模块，深度信息分配模块遴选出能覆盖人眼注视范围内的像素点的透散射元件，在本次遴选至遴选结果发生首次变化的后续某次遴选期间，选中的透散射元件执行透明态/散射态切换模式，其他透散射元件全部或部分处于透明状态以选择性地减少执行透明态/散射态切换模式的元件数量。所述的人眼注视的数据包括注视方向、注视点的三维坐标以及误差范围。与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的头戴式多深度立体图像显示系统解决了视觉辐辏和调节冲突，缓解视疲劳；该显示系统能量收集率高，有效降低了杂散光对成像质量的影响；本发明的多深度立体图像的显示方法显示方式新颖，成像效果好。附图说明图1为实施例1中头戴式多深度立体图像显示系统的控制方法流程图；图2为头戴式多深度立体图像显示系统的光路示例图；图3为pdlc的工作原理示意图：(a)为pdlc不加电压时聚合物分散液晶中液晶微滴的结构示意图，(b)为pdlc加电压时聚合物分散液晶中液晶微滴的结构示意图；图4为多层pdlc的阵列示意图；图5为多层pdlc的体视图；图6为在多层pdlc中建立三维立体图像的工作过程示意图：(a)为三维立体的俯视图；(b)为三维立体的体视图；图7为光场算法的示意图；图8为实施例2中头戴式多深度立体图像显示系统的控制方法流程图；图9为实施例2配合视线追踪模块后头戴式多深度立体图像显示系统的图像处理过程示意图；图10为实施例2中在多层pdlc中建立三维立体图像的工作过程示意图；图11实施例3配合视线追踪模块后头戴式多深度立体图像显示系统的图像处理过程示意图；图12为实施例3中在多层pdlc中建立三维立体图像的工作过程示意图；图13实施例4配合视线追踪模块后头戴式多深度立体图像显示系统的图像处理过程示意图；图14为实施例4中在多层pdlc中建立三维立体图像的工作过程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。实施例1一种头戴式多深度立体显示系统，包括：深度信息提取模块，提取三维图像中像素点的颜色数据及三维坐标数据，传输给深度信息分配模块；深度信息分配模块，将所有像素点分配成若干个具有不同空间深度范围的像素点组；若干层透明态/散射态可控的pdlc；投影单元，包括微型显示芯片和投影镜头，有选择地将各个像素点组以一定频率分别投射到对应深度的pdlc上以产生在多平面光学单元中可见的中继立体图像；目视单元，包括目镜镜片，将多平面光学单元中的中继立体图像投射到人眼。如图1所示，头戴式多深度立体显示系统的控制方法流程，包括以下步骤：(1)通过深度信息提取模块102将图像源101中像素点的颜色数据及表征其深度信息的三维坐标数据提取出来，打包后传输给后面的处理流程；图像源101可以是现实物体通过3d摄像机结合图像深度传感器所捕捉的不同深度的视频信息，也可以是计算机虚拟出来的三维图像信息。(2)深度信息分配模块103接收来自深度信息提取模块102的像素点的颜色数据与三维坐标数据，并按照像素点的三维坐标，将所接收到的像素点颜色数据和三维坐标数据分配到不同的数据组，每一个数据组代表一定的空间深度范围内的所有像素点颜色数据和三维坐标数据。不同的数据组所代表的深度范围是不一样的。深度信息分配模块103会根据每一个像素点的三维坐标数据，将对应的像素点颜色数据，拆分成两个新的像素点颜色数据，而这两个新产生的像素点的色彩是一致的，只是像素点的强度不同。之后，这两个新产生的像素点，会在相邻的两层pdlc上呈现出来。对于两个新产生的像素点，经人眼的视觉叠加以及大脑的融合处理后，会在相邻的两层pdlc之间的某一个空间位置上感知到一个“新像素点”，这个感知到的像素点与原始像素点的色彩信息、强度信息以及深度信息是完全一致的。当前后两个像素点的强度差不同时，人所感知到的像素点的深度信息是不一样的。(3)图像深度再现控制模块104(控制单元)，会接收深度信息分配模块103所产生的新的像素点颜色数据包和三维坐标数据包，并同步控制显示驱动器和pdlc驱动器，根据像素点的三维坐标数据，将接收到的像素点投射在对应的pdlc上，在多层pdlc中形成中继立体图像。显示驱动器105主要用于驱动微显示芯片，将相应的图像像素点投射在合适的位置，另一方面，显示驱动器105也负责驱动所述液晶盒109，进而有选择地旋转光的偏振态。pdlc驱动器106主要用于控制pdlc108的透明态(开态)与散射态(关态)，实际过程中，只有当pdlc108处于关态时，才能呈现相应的清晰图像。对于多层pdlc108，同一时刻只有一层pdlc处于关态，而其它的都为开态。通过快速地切换pdlc的工作状态，来显示三维物体的不同空间深度的图像像素点。(4)中继立体图像经过目视单元的放大成像后投射到人眼。实施例中，采用的微显示芯片是lcos，其刷新率，分辨率都较高，符合我们的设计需求。在实施例中，采用了两片lcos微显示芯片，显示效果更好。当然，微显示芯片也可以是其它高刷新率、高分辨率的dmd、led、microled等微显示芯片。对于采用其它微显示器，并对光学系统作适当的调整，也应在本发明的具体实施例的权利保护范围之内。实施例中，所采用的pdlc在加电场时处于开态，而不加电场时处于关态。pdlc的层数越多，空间深度信息越细腻，丰富，但对微型显示芯片的刷新率要求也越高，另外，对于传输带宽的要求也越高。实施例中pdlc的层数是6层。pdlc的层数为6层时，就能完整地呈现从明视距离到无穷远的所有深度信息。而且，对微型显示芯片的刷新率要求和传输带宽的要求可以适当地降低。这样，可以节省成本。当然，所选的pdlc也可以工作在加电场时处于关态，而不加电场时处于开态。工作在这种模式下的pdlc，也可以应用于本发明具体实施例中。因此，pdlc的两种工作模式下的具体实施例，都应在本发明申请的具体实施例的权利保护范围之内。如图1的虚线框中部分，即深度信息提取模块102、深度信息分配模块103、图像深度再现控制模块104，这三个部分的工作基础和处理方法是基于光场算法来实现的。所谓的光场算法，就是利用人眼和大脑的生理效应，利用两个位于不同空间深度的不同强度的像素点，当这两个像素点经过人眼的视觉叠加后，可以让大脑误认为在某一个空间位置存在一个“真实的”像素点。像素点的相对强度差不同，经过人的大脑处理后，所感知到的像素点的空间深度就不同。如图2所示，头戴式多深度立体显示系统的光路部分包括以下部件：照明光源201、锥形匀光棒202、聚光镜组203、45度反射镜204、211、lcos微显示芯片206和207、pbs棱镜205、液晶盒208、双折射晶体209、投影镜头组210、多层pdlc212、半透半反非球面目镜213、人眼214。照明光源201可以是rgb三色led封装在一起的微型rgb彩色led，也可以是利用合色棱镜将三色led、或者rgb三色激光光源合色后，所得到的混色光源。若照明光源201采用rgb三色激光光源，光能利用率较高，颜色更加纯净，显示效果更丰富，细腻。锥形匀光棒202也可以采用其它匀光方案替换，来实现对光束匀光的效果。整个光路如下所述，照明光源201发出的光经所述锥形匀光棒202的匀光后，会经过聚光镜组203的汇聚作用，之后的光束会经45度反射镜204的反射而进入pbs棱镜205，pbs棱镜205会将进入的光束平分成s偏振光分量和p偏振光分量。s偏振光分量会在pbs棱镜205内发生反射，反射光会穿透pbs棱镜205而入射到lcos微显示器件206上，当lcos微显示器件206处于工作状态时，会在显示驱动器105的控制下，对入射的s偏振光进行调制，最终反射出带有一定图像信息的p偏振光，之后p偏振光会直接穿透pbs棱镜205而进入液晶盒208；同样，p偏振光分量直接穿透pbs棱镜205而入射到所述lcos微显示器件207，经lcos微显示器件207的调制，转变成带有一定图像信息的s偏振光，之后s偏振光会再次进入pbs棱镜205，并在pbs棱镜205内发生反射并穿透pbs棱镜205进入液晶盒208。显示驱动器105会根据图像像素点的深度信息，有选择地给液晶盒208施加电压，从而对进入液晶盒208的偏振光进行旋光，从而改变出射光的偏振态。不同偏振态的光束会进入双折射晶体209，而双折射晶体209会导致不同偏振态的光束之间产生一定的光程差，光程差的存在会导致从双折射晶体209出射的光束经投影镜头组210、45度反射镜211后产生调焦效应，从而在多层pdlc212的不同空间深度的pdlc上形成更佳的中继像，而这些中继像会成为半透半反非球面目镜213的不同物面，而这些物面处于不同的空间位置，即对于半透半反非球面目镜213来说会产生不同的物距。这些不同的物距经半透半反非球面目镜213后，会放大到从明视距离到无穷远的整个空间范围。具体来说，若进入双折射晶体209的是p偏振光，经过后面的光学系统，会在多层pdlc212中的某处形成一个最清晰的位置；而当进入双折射晶体209的是s偏振光时，经过后面的光学系统，会在多层pdlc212中的另外一处形成一个最清晰的位置。不同空间深度的pdlc可以从这两处最清晰位置中选择距离较近的一处用于投影，换句话说选择相应的p光或者s光进行投影，从而呈现更佳的中继像。其中，投射在多层pdlc212上的中继像，会经半反半透非球面目镜213的放大作用后，进入人眼214。多层pdlc212各层空间相对位置固定后，各层pdlc经过目视光学系统的像面位置也是固定的，这些像面位置涵盖了一定的空间深度范围，如人眼的明视距离到无穷远。当某像素点组落在某个像面上时，该像素点组就在该像面对应的pdlc上显示。当然，整个光路系统可以不加入液晶盒208和双折射晶体209。光路系统里面加入所述液晶盒208、双折射晶体209后，可以让整个光学系统的显示效果更好。pdlc的工作原理如图3所示，pdlc的结构包括表面镀有ito透明导电玻璃301、液晶微滴302、聚合物基体303。液晶微滴302均匀地分散在所述聚合物基体303中。如图3(a)所示，当pdlc上不加电场时，每一个液晶微滴中液晶的指向矢是不一样的，它们是随机分布的，液晶微滴与聚合物之间都会出现折射率失配，这就会导致入射光被散射，液晶薄膜呈散射状态；如图3(b)所示，当pdlc上加载合适的电场时，液晶的指向矢将平行于电场方向，此时，当液晶微滴的寻常光折射率和聚合物基体的折射率近似相等，也就是二者的折射率相匹配，液晶膜呈透明状态。如前面所述，仅当pdlc处于散射状态时才能呈现出投射在其上的清晰图像。而当pdlc处于透明状态时，由于光束直接透射而无法呈现清晰的图像。pdlc阵列的结构如图4所示，pdlc阵列包括6层pdlc。投影光束401在pdlc212上透射成像，而后进入半反半透非球面目镜213，通过半反半透非球面目镜213放大后投射入人眼。图中①、②、③、④、⑤、⑥分别代表6层pdlc组件。每层pdlc的性能是一致的，包括透过率，haze度，响应时间等。pdlc在透明状态的透过率越高，在散射状态的haze度越高，状态切换时响应时间越快，那么系统整体的显示效果越好。图5为pdlc阵列的的体视图。在多层pdlc中建立三维立体图像的工作过程如图6所示，图6(a)是一个三维立方体的俯视图，图6(b)是对应三维立方体的体视图。图6(a)左上角是图中虚线圆所示的局部放大图。如图6所示，①、②、③、④、⑤、⑥，分别代表6层pdlc组件所设置的位置，对于一个三维立方体，通过如图1所示的光场显示的控制方法，按照一定的视角，将一个三维立方体的像素点颜色数据和三维坐标信息提取出来，转变成三维立方体的像素点颜色数据包和三维坐标数据包，并按照深度信息，重新分配这些数据到5个不同的数据组，每一个数据组代表一定的深度范围(如①和②之间、②和③之间、③和④之间、④和⑤之间、⑤和⑥之间，这5个深度范围)。此外，位于①之前的空间深度范围内的三维立方体的像素点，则会融合在①上显示，而位于⑥之后的空间深度范围内的三维立方体的像素点，则会融合在⑥上显示。其中，每一个数据组的每一个图像像素点颜色数据，会根据其深度信息，拆分成两个新的图像像素点颜色数据，这两个新产生的像素点的颜色比例是一致的，只是强度不同，并分别在相邻的前后两层pdlc上呈现出来。通过高速的切换pdlc的工作状态，来高速显示新产生的两个像素点，利用人眼的视觉惰性，就能让人感知到位于相邻两层pdlc之间的某个空间位置的像素点，而这个感知到的像素点正是真实三维立方体所应该呈现的像素点，其深度信息是一致的。更进一步地说明，强度差不同的两个像素点叠加后，让人感知到的像素点的空间深度信息是不同的。按照这种方式，将三维立方体的所有不同深度的像素点高速地呈现出来，通过人眼的视觉融合后，能让人感知到与原三维立方体一致的深度信息。这保证了通过光场算法后，能够真实、完美地呈现原三维立方体的空间深度信息，即实现空间多深度三维立体成像。具体的，如图6(a)左上角虚线圈所示，位于相邻两层pdlc之间的三维立方体的真实像素点，是由相邻两层pdlc上的像平面来共同呈现的。进一步地说明，对于图6(a)左上角的局部放大图，位于②、③两个空间平面之间的三维立方体的真实像素点(如线段a′b所示)，会通过本发明所展示的利用光场算法来实现立体显示的方法，转变成②、③两层pdlc组件上所需呈现的图像像素片段(如线段ab，线段a′b′所示，线段ab是线段a′b通过光场算法后，所需要在②所对应的pdlc上呈现的图像，而线段a′b′是线段a′b通过光场算法后，所需要在③所对应的pdlc上呈现的图像)。而与pdlc对应的深度信息一致的像素点，则会在对应的pdlc上直接呈现出来。对于三维立方体的其它真实像素点，也是按照相同的处理方法来实现多深度立体显示的。具体的，如图6(a)左上角虚线圈所示，对于三维立方体上的一个真实像素点(如o点所示)，通过光场算法的处理后，会在前后两层pdlc(如②、③所示的两层pdlc)上形成两个不同强度的像素点(如n点、f点所示)。利用人眼的视觉特性和本发明所展示的光场显示方法，这两个位于不同空间深度的不同强度的像素点(如n点、f点所示)，会按照一定的规律交替显示，而人眼的视觉特性会让人感知到一个位于空间中(不在②、③两层pdlc上)的虚拟像素点(如o点所示)，从而人的大脑就会默认为“真实的”像素点位于空间o点。强度差不同的两个像素点叠加后，人所感知到的“真实”像素点的深度信息是不同的。对于一个三维立方体的其它真实像素点，采用同样的方法就能实现空间多深度的立体显示。如图7所示，为了更清楚地表达光场算法的处理过程，以一个放置于某一个空间位置的三维虚拟摄像机，在某一特定的视角所捕捉到的空间画面为例。图中①、②、③、④、⑤、⑥是多层pdlc，经目镜光学系统后，在人眼前方的空间所呈现的空间位置和大小。此时，三维虚拟摄像机，也相当于人眼。具体的，位于三维虚拟摄像机所捕捉的空间内的两个像素点s1、s2。d1、d2、d3、d4、d5、d6分别是多层pdlc在三维虚拟摄像机所捕捉的空间范围内(也是人眼所观察视角范围内)经过目镜光学系统在人眼的前方所呈现的图像各自到三维虚拟摄像机(或人眼)的距离，而ds1、ds2分别是两个像素点s1、s2到三维虚拟摄像机(或人眼)的距离。s1′、s1″是像素点s1经过光场算法后，所形成的分别位于pdlc①、②上的新像素点，s1′、s1、s1″三点是共线的，并且延长线通过三维虚拟摄像机(或人眼)。s2′、s2″是像素点s2经过光场算法后，所形成的分别位于pdlc②、③上的新像素点，s2′、s2、s2″三点是共线的，并且延长线通过三维虚拟摄像机(或人眼)。更进一步的，光场算法，首先会根据三维像素点的深度(即到三维虚拟摄像机或人眼的距离)分配像素点，将像素点分配到不同的空间范围内，也即①和②、②和③、③和④、④和⑤、⑤和⑥这5个空间范围，而这5个空间范围包含了从明视距离到无穷远的所有空间深度，对于明视距离之前的像素点都会通过①呈现出来，而对于无穷远处的像素点都会通过⑥呈现出来。而三维像素点的深度(即到三维虚拟摄像机或人眼的距离)刚好等于d1、d2、d3、d4、d5、d6其中某个值的像素点，会直接呈现在对应深度的pdlc上。对于位于任意两个相邻空间深度范围之间的像素点，例如s1、s2，则会根据他们的深度，即ds1、ds2，重新分配他们的强度，并产生像素点s1、s2的两个分别位于①、②及②、③上的新像素点，他们的强度分配关系如下式所示：is1′＝is1×(d2-ds1)/(d2-d1)；is1″＝is1×(ds1-d1)/(d2-d1)；is2′＝is2×(d3-ds2)/(d3-d2)；is2″＝is2×(ds2-d2)/(d3-d2)；其中，is1、is1′、is1″、is2、is2′、is2″分别为像素点s1、s1′、s1″、s2、s2′、s2″的强度。即is1′+is1″＝is1，is2′+is2″＝is2，各自新产生的两个像素点的强度相加后与原始像素点的强度是相等的。该实施例中坐标系规定为：水平向右为z轴方向，垂直z轴向上为y轴方向，垂直yoz平面纸面向里为x轴方向的右手坐标系，坐标原点位于出瞳位置的中心。半透半反非球面目镜的相关数据如表1所示。表1半透半反非球面目镜的相关数据参数值ry200.77k0x2-0.0121395594763496y2-0.012304958726041x2y-3.22313916300561e-005y3-1.08299035386719e-005x4-1.73857159417025e-006x2y2-4.73814115535161e-006y4-2.70789064991855e-006x4y5.58930262478053e-008x2y3-1.12261084570925e-008y5-8.12397902811443e-010实施例2另外一种实施例的头戴式多深度立体显示系统如图8所示，与实施例1相比，增加了视线追踪模块110。如图8、9所示，其更清楚地表述了配合视线追踪模块后，图像的处理过程。图像源生成后，由深度信息提取模块获得图像源各个像素点的rgb及三维坐标数据，同时将该时刻获得的视线注视信息一起打包，传送给深度信息分配模块。分配模块将处于视线注视深度的图像源像素及其周边像素分配到与该深度对应的pdlc层上显示。当该视线注视深度刚好与pdlc设置的深度一致时，则将这些像素点分配到该pdlc层上显示；当该视线注视深度处于预先设定的六个深度之间时，则将这些像素点分配到相邻深度对应的pdlc上融合显示；该图像源像素及周边像素组成的区间范围覆盖了人眼5°的视角。其余的像素点则分配到明视距离和无穷远对应的pdlc层上显示。这是符合人眼观看习惯的，因为人眼正常能看清的就是5度视野内的内容。更进一步的，从视线追踪模块获得注视点和对应的深度数据后，处理器会确定以人眼到注视焦点为中线的5°视野范围内的图像。之后，会对比注视点的深度数据与预先设定的多层pdlc所对应的深度数据，遴选出用于显示注视的5°视野范围内的pdlc层。当注视点刚好位于设定的pdlc所对应的深度时(即注视点的深度数据和设定的某一层pdlc所代表的深度数据一致)，5°视野范围内的，并能在该pdlc上显示的像素点，会直接通过该层pdlc显示出来。而位于注视的5°视野范围内的，未能显示出来的其他像素点，会利用光场算法处理后，通过pdlc①、⑥显示出来；当注视点位于设定的两相邻pdlc深度之间时(即注视点的深度数据和设定的任何一层pdlc所代表的深度数据不一致)，5°视野范围内，且其深度能用两相邻pdlc所显示的像素点，利用光场算法处理后显示出来。而位于5°视野范围内，未能显示出来的其他像素点，利用光场算法处理后，通过pdlc①、⑥显示出来。另外，位于5°视野范围之外的像素点，利用光场算法处理后，会通过pdlc①、⑥显示出来。如图10所示，配合视线追踪后，s1是通过视线追踪模块获得的注视点，其位于②、③所对应的空间深度之间，而s2是通过视线追踪模块获得的注视点，其正好位于②所对应的空间深度上。当人眼注视s1点时，通过处理后，获得以人眼到注视焦点s1为中心线5°的视野范围，而三维物体位于该5°视野范围内的像素点(线段gh所示)会通过②、③所对应的pdlc通过光场算法处理后，呈现出该像素点所对应的色彩信息和深度信息。而位于人眼注视的5°视野之外的像素点，则会通过光场算法处理后，通过①、⑥所对应的pdlc呈现出来。由于人眼正常能看清5°的视野范围内的图像，而对于5°视野之外的图像看到的是虚化的，由此，我们不需完全准确地表现5°视野范围之外的图像的深度信息，进而，只需大致表现出其像素的色彩信息和深度信息就可以了。因此，只需利用②、③所对应的pdlc来表现人眼所注视的5°视野范围的图像像素点的色彩信息和深度信息。而位于该5°视野范围之外的图像像素点的色彩信息和深度信息，只需用①、⑥所对应的pdlc来粗略表现其色彩信息和深度信息。此时，①、⑥所展现的图像信息是作为5°视野范围图像的背景而呈现的，因而，不需要对这部分图像作高速刷新，即投影单元投射在①、⑥上的图像刷新频率可以低于60hz，这为注视的5°视野范围内的图像的刷新提供了充足的刷新资源，因而，可以降低对投影单元刷新率的要求，从而进一步降低设备成本，并达到较好的图像效果。当人眼注视s2时，通过处理后获得以人眼到注视焦点s2为中心线5°的视野范围，此时，在该视野范围内，仅有注视焦点s2位于②所对应的pdlc上，因而，人眼观察到的注视焦点s2会直接通过②所对应的pdlc显示出来，而在人眼观察范围内的三维立方体的其他所有像素点都将通过光场算法处理后，通过①、⑥所对应的pdlc呈现出来。实施例3另外一种实施例的头戴式多深度立体显示系统，其作为实施例2的拓展，相较于实施例2，其降低了用于选择性地执行透明态/散射态切换模式的元件数量，从而进一步降低对投影单元在刷新率方面的限制。实施例3的控制方法与实施例2的控制方法基本一致，主要区别在于融合了视线追踪模块后的图像处理过程。因此，下面着重描述实施例3与实施例2在后续图像处理过程的差异之处。如图9，11所示，在实施例2中，我们已经描述过，人眼正常只能看清5°视野范围内的图像，而5°视场范围之外的图像，人眼看到的画面是虚化的，其作为人眼所注视的5°视场范围内图像的背景而存在。因此，只需粗略地表现5°视场范围之外的图像像素点的色彩信息和深度信息，为此，借助光场算法，我们通过pdlc①、⑥来粗略地表现5°视野范围之外以及5°视场范围内未能显示出来的图像信息，继而，按照实施例2的图像处理过程，需要3～4层透散射元件，才能完整地呈现整个空间深度的图像信息。正如实施例2中所提到的，大脑只关注人眼所注视的5°视野范围内的图像，对于5°视野范围之外的图像信息，大脑并不关注，鉴于此，我们可以将原本需要分别通过pdlc①、⑥所呈现出来的图像像素点融合到被遴选出来的pdlc上进行呈现，这样，依然能够粗略地表现出相应像素点的色彩信息和深度信息，从而进一步降低用于选择性地执行透明态/散射态切换模式的元件数量。至此，我们只需1～2层用于选择性地执行透明态/散射态切换模式的元件，就能呈现出人眼观察范围内整个空间深度的图像信息。更进一步的，从视线追踪模块获得注视点和对应的深度数据后，处理器会确定以人眼到注视焦点为中线的5°视野范围内的图像。之后，会对比注视点的深度数据与预先设定的多层pdlc所对应的深度数据，遴选出用于显示注视的5°视野范围内的pdlc层。当注视点刚好位于设定的pdlc所对应的深度时(即注视点的深度数据和设定的某一层pdlc所代表的深度数据一致)，5°视野范围内的，并能在该pdlc上显示的像素点，会直接通过该层pdlc显示出来。而位于注视的5°视野范围内的，未能显示出来的其他像素点，以及5°视野范围之外的其他像素点，会利用光场算法处理后，融合到该层pdlc上进行显示；当注视点位于设定的两相邻pdlc深度之间时(即注视点的深度数据和设定的任何一层pdlc所代表的深度数据不一致)，5°视野范围内，且其深度能用两相邻pdlc所显示的像素点，利用光场算法处理后显示出来。而位于5°视野范围内，未能显示出来的其他像素点，以及位于5°视野范围之外的像素点，利用光场算法，首先会基于pdlc①、⑥来对该部分像素点的强度进行适当地处理，然后将所得到的新像素点分别融合到所遴选出来的该两相邻pdlc的前后两层pdlc上进行呈现。如图12所示，配合视线追踪后，s1是通过视线追踪模块获得的注视点，其位于②、③所对应的空间深度之间，而s2是通过视线追踪模块获得的注视点，其正好位于②所对应的空间深度上。当人眼注视s1点时，通过处理后，获得以人眼到注视焦点s1为中心线5°的视野范围，而三维物体位于该5°视野范围内的像素点(如线段gh所示)会通过②、③所对应的pdlc通过光场算法处理后，呈现出该像素点所对应的色彩信息和深度信息。而位于人眼注视的5°视野之外的像素点，则会通过光场算法，首先基于①、⑥所对应的pdlc来处理相应像素点的强度，并得到位于pdlc①、⑥上的新像素片段(如线段mn、op所示)。之后，pdlc①、⑥上的新像素片段会分别融合到②、③所对应的pdlc上进行呈现，即pdlc①上的新像素片段(如线段mn所示)，会融合到pdlc②上的像素片段(如线段m′n′所示)进行显示，而pdlc⑥上的像素片段(线段op所示)，会融合到pdlc③上的像素片段(线段o′p′所示)进行显示。当人眼注视s2时，通过处理后获得以人眼到注视焦点s2为中心线5°的视野范围，此时，在该视野范围内，仅有注视焦点s2位于②所对应的pdlc上，因而，人眼观察到的注视焦点s2会直接通过②所对应的pdlc显示出来，而在人眼观察范围内的三维立方体的其他所有像素点都将通过光场算法处理后，融合到pdlc②上的像素片段(如线段m′n′所示)呈现出来。实施例4另外一种实施例的头戴式多深度立体显示系统，其作为实施例3的拓展，相较于实施例3，其降低了图像处理过程的复杂度。如图13所示，从视线追踪模块获得注视点和对应的深度数据后，处理器会对比注视点的深度数据与预先设定的多层pdlc所对应的深度数据，遴选出用于显示所有像素点的pdlc层。当注视点刚好位于设定的pdlc所对应的深度时(即注视点的深度数据和设定的某一层pdlc所代表的深度数据一致)，则将该层pdlc遴选出来；当注视点深度小于所有pdlc所代表的深度或大于所有pdlc所代表的深度，则将离注视点最临近深度的pdlc层遴选出来；当注视点位于设定的两相邻pdlc深度之间时(即注视点的深度数据和设定的任何一层pdlc所代表的深度数据不一致)，则将该相邻两层pdlc遴选出来。然后，利用光场算法，将所有像素点在遴选出来的1或2层pdlc上进行呈现。如图14所示，配合视线追踪后，s1是通过视线追踪模块获得的注视点，其位于②、③所对应的空间深度之间，而s2是通过视线追踪模块获得的注视点，其正好位于②所对应的空间深度上。当人眼注视s1点时，所有像素点会通过光场算法呈现在②、③所对应的pdlc上(如线段m″n″和o″p″所示)。当人眼注视s2点时所有像素点会通过光场算法，呈现在②所对应的pdlc上(如线段m″n″所示)。当前第1页12