一种VR设备的显示方法和VR设备与流程

本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种VR设备的显示方法，以及一种采用该VR设备显示方法的VR设备。

背景技术：

虚拟现实技术作为人机交互的一种新的手段和解决现实世界中问题的新方式，它所带来的革新是十分广泛的，目前，虚拟现实技术在航空航天、机械设计、科学计算、影视娱乐、化学医药和军事训练等诸多领域起着重要的作用，有些应用甚至是其他技术无法替代的。

虚拟现实系统具有两个关键特征，即浸入性和交互性。浸入性是指用户感到被虚拟世界所包围，就好像完全融入其中一样，用户能看到变化的景象。交互性是指用户能通过自然的动作与虚拟世界的物体进行交互作用。常见的做法是使用一个头盔，通过跟踪用户头部、手部的运动实现人机交互和浸入式的视觉效果。为了达到浸入式的效果，头盔设备通常会阻挡自然光，人体眼睛仅查看屏幕，而当屏幕保持的亮度较高时，会对眼睛造成比较强的辐射。而且，由于头盔构造的限制，显示屏幕与人眼之间的距离大约只有25cm至50cm，且距离固定。人眼在固定焦距下近距离长时间观看，会造成用户出现头晕目眩的不适感，而且会加强辐射对人眼的伤害。

因此，现有技术中的头盔存在容易使得用户出现头晕目眩等不适症状且对眼睛有伤害的弊端。

技术实现要素：

本发明提供一种VR设备的显示方法，用以克服现有技术中VR显示容易使得用户出现头晕目眩等不适症状且对眼睛有伤害的问题。

本发明提供一种VR设备的显示方法，包括以下步骤：

VR设备生成视频显示信号；

所述视频显示信号以全息投影的形式重现在用户周围，形成动态投影图像；

VR设备同步生成背景视频信号；

所述背景视频信号以全息投影的形式重现在所述动态投影图像远离用户的一侧，形成背景投影图像；

在一个显示周期中，所述背景投影图像具有单一色彩，所述背景投影图像与所述动态投影图像具有不同的色彩特征参数。

进一步的，还包括以下步骤：

VR设备通过以下步骤生成视频显示信号：

接收处理器生成的音视频信号；

预处理所述音视频信号，分离出音频信号和视频信号；

将分离出的2D视频信号转化为3D视频信号

转化为3D视频信号具体包括以下步骤：

通过第一视频通路和第二视频通路分别输出根据所述2D视频信号生成的左眼视频信号和右眼视频信号;

合成左眼视频信号和右眼视频信号生成3D视频信号；

所述3D视频信号为视频显示信号。

进一步的，还包括以下步骤：

生成所述视频显示信号后，提取所述视频显示信号中图像色彩的RGB数据，根据所述RGB数据生成视频显示信号的色彩特征参数并记录；

VR设备在生成视频显示信号的色彩特征参数时，同步生成背景视频信号，设定所述背景视频信号的色彩特征参数不等于所述视频显示信号的色彩特征参数。

作为另一种备选方案，还包括以下步骤：

生成所述视频显示信号后，提取所述视频显示信号中图像色彩的HSV数据，根据所述HSV数据生成视频显示信号的色彩特征参数并记录；

VR设备在生成视频显示信号的色彩特征参数时，同步生成背景视频信号，设定所述背景视频信号的色彩特征参数不等于所述视频显示信号的色彩特征参数。

更进一步的，还包括以下步骤：

生成视频显示信号的色彩特征参数还包括以下步骤：

提取所述视频显示信号中多种色彩的色调数据，根据色调数据对提取出的多种色彩进行分类，按照类别计算每一类色彩在所述视频显示信号中的所占比例；对所占比例进行排序，选择所占比例最大的一类色彩的色调范围区间作为色调特征参数，所述色调特征参数作为视频显示信号的色彩特征参数；

VR设备在生成视频显示信号的色彩特征参数时，同步生成背景视频信号，设定所述背景视频信号所采用的单一色彩的色调值不等于所述色调特征参数区间中的任意一个色调值。

优选的，根据色调数据将所述视频显示信号中的多种色彩分为六个色调类别，以0°为基准，每60°为一个色调类别；按照六个类别分别计算每一类色彩在所述视频显示信号中的所占比例，并对所占比例进行排序，选择所占比例最大的一类色彩的色调类别作为色调特征参数，所述背景视频信号所采用的单一色彩的色调值与视频显示信号的色调特征参数不属于同一所述色调类别。

优选的，所述背景视频信号以单面全息投影的形式重现在所述动态投影图像远离用户的一侧，形成背景投影图像。

本发明所公开的VR设备的显示方法，通过在动态投影图像远离的一侧投射具有不同色彩特征参数的背景投影图像，可以使得前侧的动态投影图像可以更清晰地被观看到，人眼脱离了静态聚焦的模式，不会由于长时间观看出现晕眩或者疲劳。由于背景投影图像和动态投影图像同步生成，使得用户在视场范围内看到的图像均具有一个单色的背景，不受自然光线的干扰，具有显示效果好的优点。

同时还公开了一种VR设备，包括：

第一投影模块，所述第一投影模块用于接收设备生成的视频显示信号，并以全息投影的形式重现在用户前方，形成动态投影图像；

第二投影模块，所述第二投影模块用于同步生成背景视频信号，所述背景视频信号以全息投影的形式在所述动态投影远离用户的一侧，形成背景投影图像；

色彩调节模块，所述色彩调节模块用于在一个显示周期中，保持所述背景投影图像具有单一色彩且所述动态投影图像与所述背景投影图像具有不同的色彩特征参数。

进一步的，还包括视频生成模块，所述视频生成模块用于接收处理器生成的音视频信号，分离出视频信号并转化为3D信号，以生成视频显示信号。

进一步的，所述色彩调节模块包括色彩特征参数生成单元，所述色彩特征参数生成模块用于提取所述视频显示信号中的图像色彩，并根据图像色彩生成色彩特征参数。

本发明所公开的VR设备，通过动态投影图像和背景投影图像的组合成像方式，具有一种清晰的显示效果，有效地克服了现有技术的VR头盔容易使用户出现头晕目眩情况的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所公开的VR设备显示方法第一种实施例的流程图；

图2为本发明所公开的VR设备显示方法第二种实施例的流程图；

图3为本发明所公开的VR设备一种实施例的结构示意框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1所示为本发明所公开的VR设备显示方法第一种实施例的流程图。如图所示，本实施例所公开的VR设备的显示方法包括以下步骤, VR设备生成视频显示信号。对一个常见的虚拟现实系统来说，输出信号中记载有关于虚拟环境的视觉和声音信息，还可能包含触觉信息。在本实施例中，VR设备生成的视频显示信号可以是一种单一视图，还可以是反馈虚拟环境内物体的状态信息后生成的动态反馈视图。

与现有技术中在头盔中的显示器上成像不同，在本实施例中，VR设备生成的视频显示信号通过全息投影的形式重现在用户周围，形成动态投影图像。以全息投影图像重现的动态投影图像，依赖于全息投影光模块实现。为了便于描述，记为第一全息投影光模块，所述第一全息投影光模块包括第一投影光学组件和第二成像面，其中第一成像面形成在用户周围，第一全息投影光模块与VR设备的处理器连接，接收所述处理器生成的视频显示信号。第一成像面可以采用金字塔形的透镜，或者采用全息膜和附加元件的组合方式，所述附件元件主要为全息膜的支撑结构，形成投影的空间介质屏幕。第一全息投影光模块包括光调制器、棱镜、透镜等光学元件。全息投影重现的具体实现可以利用现有技术中所公开的任意一种算法或方法，不是本发明的主要改进点，在此不再赘述。

与现有技术中公开的任意一种VR设备不同，在VR设备生成视频显示信号并以全息投影的形式重现在用户周围的同时，VR设备同步生成一路背景视频信号。背景视频信号同样以全息投影的形式重现，成像在动态投影图像远离用户的一侧，形成动态投影图像的背景投影图像。在一个显示周期中，背景投影图像具有单一色彩。且所述背景投影图像与所述动态投影图像具有不同的色彩特征参数。显示周期可以按照人眼识别间隔进行设定，人眼识别间隔可以是人眼视觉暂留的保持时间，通常为0.25秒，也可以根据使用需要主动设定为5秒、10秒或其它固定周期。色彩特征参数优选特指图像的RGB坐标或者HSV参数。

背景投影图像的生成依赖于另一套全息投影光模块实现，为了便于描述，记为第二全息投影光模块。第二全息投影光模块包括第二投影光学组件和第二成像面，其中第二成像面形成在第一成像面后侧。第一成像面和第二成像面之间的距离可调。第二成像面也与VR设备的处理器连接，接收所述处理器生成的视频显示信号，第二成像面优选采用平面玻璃和全息膜的组合结构，形成投影的屏幕。第二全息投影光模块包括光调制器、棱镜、透镜等光学元件。与动态投影图像类似，全息投影重现的具体实现可以利用现有技术中所公开的任意一种算法或方法，不是本发明的主要改进点，在此不再赘述。背景视频信号优选以单面全息投影的形式重现在动态投影图像原理用户的一侧，形成背景投影图像。单面全息投影可以突出前景显示的图像，利于提高前景动态图像的显示效果。

动态投影图像的成像位置根据人的视场范围设定，通常双目视场水平向为100°的范围区间，垂直向为60°的范围区间。因此，以人眼为基准，动态投影图像的成像位置在视场范围内，距离人体的距离不超过5米。背景投影图像和动态投影图像之间的距离可以根据实际需要进行调整。背景投影图像的面积大于动态投影图像在背景投影图像所在平面上的投影面积。

通过在动态投影图像远离的一侧投射具有不同色彩特征参数的背景投影图像，可以使得前侧的动态投影图像可以更清晰地被观看到，人眼脱离了静态聚焦的模式，不会由于长时间观看出现晕眩或者疲劳。由于背景投影图像和动态投影图像同步生成，使得用户在视场范围内看到的图像均具有一个单色的背景，不受自然光线的干扰，具有显示效果好的优点。

参见图2所示为本发明所公开的VR设备的显示方法第二种实施例的流程图，如图所示，用于生成动态投影图像的视频显示信号通过以下步骤生成，首先，接收处理器生成的音视频信号，对音视频信号进行预处理，其中一路分离出音频信号和视频信号，将分离出的2D视频信号转化为3D视频信号。

将2D视频信号转化为3D视频信号通过以下步骤实现,

通过第一视频通路和第二视频通路分别输出根据所述2D视频信号生成的右眼视频信号和左眼视频信号，合成左眼视频信号和右眼视频信号生成3D视频信号，3D视频信号为视频显示信号。生成左眼视频信号和右眼视频信号的具体算法，以及合成转化为3D视频信号的图像处理方法可以采用现有技术中所公开的算法，在此不作详细介绍。

另一路分离出的音频信号通过音频处理电路、CODEC编解码器等电路处理，并通过VR设备的扬声器或者与VR设备连接的耳机输出，播放声音。

为了实现自动根据前景显示的动态投影图像生成具有不同色彩特征参数的背景投影图像，本发明提供了至少两种自动生成背景投影图像色彩的控制方式。

第一种控制方式为，在生成所述视频显示信号后，提取视频显示信号中图像色彩的RGB数据，根据RGB数据生成视频显示信号的色彩特征参数并记录。在一个显示周期中，视频显示信号中的色彩是多种多样的，因此，需要对图像中的色彩进行分类。一种可选的方式是，每种色彩的RGB坐标中具有一个最大值。举例来说，如果第一种色彩的RGB坐标中的R坐标具有最大值，第二种色彩的RGB坐标中的R坐标也具有最大值，则第一种色彩和第二种色彩属于同一类。根据RGB坐标的数值将图像中的色彩分为R、G、B三大类，并计算每一类色彩的所占比例。并将所占比例最大的一类作为视频显示信号的色彩特征参数并记录。

VR设备在获得视频显示信号的色彩特征参数的同时，同步生成背景视频信号。设定背景视频信号的色彩特征参数不等于所述视频显示信号的色彩特征参数。举例来说，如果R坐标为最大值的色彩在视频显示信号中所占比例最高，则可以认为在视频显示信号中以红色为主导，因此，设定一个G坐标或B坐标具有最大值的色彩作为背景视频信号的单一色彩，以体现视频显示信号和背景显示信号颜色的对比度，实现具有一定清晰显示的技术效果。

第二种控制方式为，在生成所述视频显示信号后，提取视频显示信号中图像色彩的HSV数据，并优选提取视频显示信号中的色调数据。根据色调数据对提取出的多种色彩进行分类，按照类别计算每一类色彩在所述视频显示信号中的所占比例。对每一类色彩所占比例进行排序，选择所占比例最大的一类色彩的色调范围区间作为色调特征参数，所述色调特征参数作为视频显示信号的色彩特征参数。VR设备在生成视频显示信号的色彩特征参数时，同步生成背景视频信号，设定所述背景视频信号所采用的单一色彩的色调值不等于所述色调特征参数区间中的任意一个色调值。

优选的，设定色调值每60度为一类，自0度到360度的范围内分为六类，0度对应红色，120度对应绿色，240度对应蓝色，其它三个点分别对应三原色的补色。将采集到的视频显示图像中的多种色彩按照色调归类，并计算隶属于每一类的色彩的所占比例，选取其中所占比例最大的一个类别的色调区间值作为色调特征参数。举例来说，如果提取到的图像色彩落入0到60度的色调范围的色彩种类最多，则认为这一个类别为主色调，自动生成一个与该色调类别不同的单一色彩作为背景视频信号的色调值。

采用本实施例所公开的VR设备的显示方法，可以根据前景动态投影图像自动生成一个色彩特征参数不同的色彩，作为背景投影图像，在一个显示周期中保持单一色彩不变，实现自动匹配，使得显示过程中动态投影图像可以一直得到清晰的显示。

本发明同时公开了一种VR设备，如图3所示，包括：

第一投影模块4，所述第一投影模块4用于接收设备生成的视频显示信号，并以全息投影的形式重现在用户前方，形成动态投影图像A；

第二投影模块5，所述第二投影模块5用于同步生成背景视频信号，所述背景视频信号以全息投影的形式在所述动态投影远离用户的一侧，形成背景投影图像B；

色彩调节模块3，所述色彩调节模块3用于在一个显示周期中，保持所述背景投影图像B具有单一色彩且所述动态投影图像A与所述背景投影图像B具有不同的色彩特征参数。

进一步的，还包括：

还包括视频生成模块1，所述视频生成模块1用于接收处理器生成的音视频信号，分离出视频信号并转化为3D信号，以生成视频显示信号。

视频生成模块1进一步包括信号分离单元11，用于接收处理器生成的音视频信号并分离出音频信号和视频信号。其中音频信号进一步通过音频信号处理模块2处理。

视频信号转换单元12接收视频信号，并进一步通过分屏信号生成单元13分割为通过第一视频通路传输的左眼信号和第二视频通路传输的右眼信号。

通过图像合成单元14合成左眼信号和右眼信号生成视频显示信号。

更具体一步的说所述色彩调节模块3包括色彩特征参数生成单元，所述色彩特征参数生成单元用于提取所述视频显示信号中的图像色彩，并根据图像色彩生成色彩特征参数。

生成色彩特征参数的具体方法参见上述第二实施例的详细描述，在此不再赘述

本发明所公开的VR设备，通过动态投影图像和背景投影图像的组合成像方式，具有一种清晰的显示效果，有效地克服了现有技术的VR头盔容易使用户出现头晕目眩情况的问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。