头戴式显示器及其图像和透射率/反射率确定方法和装置

摘要

本发明公开了一种头戴式显示器及其图像和透射率/反射率确定方法和装置，其中，头戴式显示器包括显示装置和光学系统，显示装置通过其上的多个显示像素可以显示第一图像，光学系统包括空间光调制器，该空间光调制器包括多个调节像素，每个调节像素的透射率或反射率能够被调节，第一图像和透射率分布或反射率分布被设定为从所述光学系统出射的出射光的延长线或反向延长线相交于一个或多个像点，一个或多个像点构成三维虚拟图像。本发明的头戴式显示器可以呈现带有人眼调节线索的立体图像，解决了使用现有立体显示设备观看立体图像容易造成视觉疲劳的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及三维显示技术，具体地说，涉及一种头戴式显示器及其图像和透射率/反射率确定方法和装置。

背景技术

人眼之所以能看出物体的三维效果，是因为人的双眼之间存在一定距离，使得双眼看到的图像之间有一定的视差，这种带视差的图像经视网膜反馈至大脑皮层就使人产生立体视觉。

现有的三维显示装置大多是利用上述原理来产生立体感的，即分别为左眼和右眼提供稍有差别的图像，这些稍有差别的图像经视网膜反馈至大脑，从而欺骗大脑，令观察者产生3D的感觉。由于人为制造视差的方式所构造的3D景象并不是真正的立体图像，在观看这些3D景象时的人眼所感觉的图像所在位置和图像的实际位置(屏幕)不同，此时人眼会按照感觉的图像位置进行调焦，由于图像的实际位置在屏幕，因此调焦后会看不清图像，此时人眼需要再次调焦到屏幕，如此反复调节，造成视觉疲劳，降低用户的观看体验。

因此亟需一种可以产生带有人眼调节线索的三维立体图像的显示装置，以解决使用现有立体显示设备观看立体图像容易造成视觉疲劳的问题。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种能够产生提供人眼调节线索的三维立体图像头戴式显示器、三维图像优化方法及优化装置，以解决通过现有三维显示设备观看立体图像容易造成视觉疲劳的问题。

根据本发明的一个方面，公开了一种头戴式显示器，包括：

显示装置，该显示装置包括多个显示像素，每个显示像素的光强度能够被调节，从而在显示装置上显示第一图像；

光学系统，光学系统包括空间光调制器，该空间光调制器(spacelightmodulator，SLM)包括多个调节像素，每个调节像素的透射率或反射率能够被调节，从而在空间光调制器上形成预定的透射率分布或反射率分布；

第一图像和所述透射率分布或反射率分布被设定为从光学系统出射的出射光的延长线或反向延长线相交于一个或多个像点，一个或多个像点构成三维虚拟图像。

优选地，空间光调制器处于光学系统的孔径光阑处。

优选地，其中，光学系统还包括：

对光线具有折射或反射作用的光学元件或光学组件，其设置在光学系统的光路中。

优选地，对光线具有折射或反射作用的光学元件或光学组件具有对光线的汇聚或发散作用。

优选地，光学元件或光学组件紧贴空间光调制器。

优选地，还包括：

处理器，用于根据光学系统的光学特性和期望呈现给用户的预期三维虚拟图像，获得第一图像和所述透射率分布或反射率分布。

优选地，对于每束出射光，以发出该出射光的显示像素的光强度与透射该出射光的调节像素的透射率的乘积作为其光线强度数据，或以发出该出射光的显示像素的光强度与反射该出射光的调节像素的反射率的乘积作为其光线强度数据；

对于每个像点，以其所对应的所有出射光的光线强度数据之和作为其像点强度数据；

处理器通过优化算法获得第一图像和透射率分布或反射率分布；

优化算法的目标是使三维虚拟图像的所有像点的像点强度数据和预期三维虚拟图像中对应的预期像点的预期像点强度数据整体上匹配。

根据本发明的另一个方面，公开了一种根据预期三维虚拟图像确定用于上述头戴式显示器中所述第一图像和所述透射率分布或反射率分布的方法，包括：

设置初始第一图像和初始透射率分布或初始反射率分布；

通过迭代优化算法，获得优化第一图像和优化透射率分布或优化反射率分布，使得头戴式显示器将呈现的所述三维虚拟图像的所有像点的像点强度数据和预期三维虚拟图像中对应的预期像点的预期像点强度数据整体上匹配。

优选地，迭代优化算法的每一次迭代过程包括：

根据所设置的第一图像和透射率分布或反射率分布，计算每个像点的像点强度数据；

计算目标函数值，目标函数值表示所有像点的像点强度数据和与其对应的预期像点的预期像点强度数据之间的整体差异；

以使目标函数值减小为目标，优化设置第一图像和透射率分布或反射率分布。

优选地，迭代优化算法需满足以下边界条件：

第一图像的每个显示像素的光强度大于或等于0；

透射率分布对每个调节像素的透射率大于或等于0；或

反射率分布对每个调节像素的反射率大于或等于0。

优选地，对于每个像点，确定参与形成该像点的显示像素和对应的调节像素，其中，

由显示像素发出并且透过对应的调节像素的出射光的延长线或反向延长线相交于所述像点；或

由显示像素发出并且经对应的调节像素反射的反射光的延长线或反向延长线相交于所述像点。

优选地，根据光学系统的光学特性来确定参与形成该像点的显示像素和对应的调节像素。

优选地，根据光学系统的光学特性和用户眼睛的像差来确定所述参与形成该像点的显示像素和对应的调节像素。

优选地，光学特性包括所述光学系统的像差。

优选地，光学系统还包括薄凸透镜，薄凸透镜设置在显示装置和空间光调制器之间，并紧贴空间光调制器，

对于每个像点确定参与形成该像点的显示像素和对应的调节像素的步骤包括：

根据凸透镜成像公式，计算像点对应的实像点的位置；

基于参与形成该像点的显示像素、实像点以及对应的调节像素三点共线的近似条件，确定参与形成该像点的显示像素和对应的调节像素。

优选地，计算每个像点的像点强度数据的步骤包括：

计算每个参与形成该像点的显示像素的光强度与对应的调节像素的透射率或反射率的乘积；

对于所有参与形成该像点的显示像素，计算乘积之和，作为该像点的像点强度数据。

优选地，目标函数值为：

第一目标函数值，即所有像点的像点强度数据和与其对应的预期像点的预期像点强度数据的差值的绝对值之和；或者

第二目标函数值，即所有像点的像点强度数据和与其对应的预期像点的预期像点强度数据的差值的平方之和；或者

第三目标函数值，即所有像点的像点强度数据的梯度和与其对应的预期像点的预期像点强度数据的梯度之差的模平方之和；或者

上述第一目标函数值、第二目标函数值、第三目标函数值的线性组合。

优选地，迭代优化算法在迭代次数超过预设迭代次数时停止：或者

迭代优化算法在目标函数值小于预设目标函数阈值时停止。

根据本发明的又一方面，公开了一种根据预期三维虚拟图像确定用于上述头戴式显示器中所述第一图像和所述透射率分布或反射率分布的装置，包括：

初始设置单元，用于设置初始第一图像和初始透射率分布或初始反射率分布；

迭代优化单元，用于通过迭代优化算法，获得优化第一图像和优化透射率分布或优化反射率分布，使得头戴式显示器将呈现的所述三维虚拟图像的所有像点的像点强度数据和预期三维虚拟图像中对应的预期像点的预期像点强度数据整体上匹配。

优选地，迭代优化单元包括：

像点强度计算单元，用于根据所设置的第一图像和透射率分布或反射率分布，计算每个像点的像点强度数据；

目标函数值计算单元，用于计算目标函数值，目标函数值表示所有像点的像点强度数据和与其对应的预期像点的预期像点强度数据之间的整体差异；

优化设置单元，用于以使目标函数值减小为目标，优化设置第一图像和透射率分布或反射率分布。

优选地，还包括：

对应关系确定单元，用于对于每个像点，确定参与形成该像点的显示像素和对应的调节像素，其中，

由显示像素发出并且透过对应的调节像素的出射光的延长线或反向延长线相交于像点，或

由显示像素发出并且经过对应的调节像素反射的反射光的延长线或反向延长线相交于所述像点。

优选地，光学系统还包括薄凸透镜，薄凸透镜设置在显示装置和空间光调制器之间，并紧贴空间光调制器，

对应关系确定单元包括：

实像点位置计算单元，用于根据凸透镜成像公式，计算像点对应的实像点的位置；

线性关系计算单元，用于基于参与形成该像点的显示像素、实像点以及对应的调节像素三点共线的近似条件，确定参与形成该像点的显示像素和对应的调节像素。

优选地，像点强度计算单元包括：

乘法单元，用于计算每个参与形成该像点的显示像素的光强度与对应的调节像素的透射率或反射率的乘积；

求和单元，用于对于所有参与形成该像点的显示像素，计算乘积之和，作为该像点的像点强度数据。

本发明的头戴式显示器可以将需要显示的三维虚拟图像通过现有常规显示设备显示出来，且显示出的三维虚拟图像是带有人眼调节线索的立体图像，该三维虚拟图像的成像位置就在期望人眼感受的位置上，当用户佩戴该头戴式显示器进行观看时，就像该三维虚拟图像真实存在于空间中预定位置处一样，人眼只需要像观看空间中真实的物体一样观看该三维虚拟图像，因此，不会如现有技术中那样针对感受位置和实际显示位置来反复调节眼睛的焦距，从而解决了使用现有立体显示设备观看立体图像容易造成视觉疲劳的问题。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是根据本发明的一个实施例的头戴式显示器的结构示意图；

图2A是基于本发明头戴式显示器的一个像点的形成示意图；

图2B是基于本发明另一种头戴式显示器的一个像点的形成示意图；

图3A是本发明一实施例的头戴式显示器的空间光调制器处于光学系统的孔径光阑处的结构示意图；

图3B是本发明一实施例的头戴式显示器的空间光调制器未处于光学系统的孔径光阑处的结构示意图；

图4是根据本发明的另一个实施例的头戴式显示器的结构示意图；

图5是根据预期三维虚拟图像确定用于本发明的头戴式显示器中第一图像和透射率/反射率分布的方法流程示意图；

图6是图5中所述迭代优化算法的每一次迭代过程的流程示意图；

图7是根据预期三维虚拟图像确定用于本发明的头戴式显示器中第一图像和透射率分布或反射率分布的装置的结构示意图；

图8是图7中迭代优化单元的一种结构示意图；

图9是图8中像点强度计算单元的结构示意图

图10是图7中迭代优化单元的另一种结构示意图；

图11是本发明一实施例的对应关系确定单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明公开的头戴式显示器，可以将需要显示的三维虚拟图像通过现有常规显示设备显示出来，且显示出的三维虚拟图像是带有人眼调节线索的立体图像，解决了使用现有立体显示设备观看立体图像容易造成视觉疲劳的问题。

具体地说，本发明的头戴式显示器包括显示装置和光学系统。其中，显示装置用来显示图像，光学系统用于对显示装置显示的图像进行调制，其中，调制主要包括强度调制，经过调制后，由显示装置显示的图像上发出的经光学系统出射后的多束光线的延长线或反向延长线相交于一个或多个像点，一个或多个像点就构成了三维虚拟图像。

下面结合附图对本发明的头戴式显示器做进一步详细说明。

图1是本发明的头戴式显示器的结构示意图。

如图1所示，本发明的头戴式显示器1包括显示装置2和光学系统3。

显示装置2包括多个显示像素，每个显示像素上的光强度能够被调节，从而在显示装置2上显示第一图像。

第一图像可以通过改变显示装置2上的多个显示像素的光强度进行调节。另外，本发明中显示装置2可以是手机屏、电脑屏、电视屏等各种显示设备。

光学系统3包括空间光调制器3-1(spacelightmodulator，SLM)，空间光调制器3-1包括多个调节像素，空间光调制器3-1可以是透射式光瞳也可以是反射式光瞳，每个调节像素的透射率或反射率能够被调节，从而在空间光调制器上形成预定的透射率分布或反射率分布。

第一图像和透射率分布或反射率分布被设定为从光学系统出射的出射光的延长线或反向延长线相交于一个或多个像点，一个或多个像点构成三维虚拟图像。

本发明的光学系统3采用空间光调制器3-1对显示装置2上发出的光进行强度调制，其调制机理为，空间光调制器3-1可以通过改变其上各个位置的透射率或反射率对入射到其上的光线的强度进行调制，使得从光学系统出射的光的延长线或反向延长线交于空间中多个像点，像点足够多时就可以构成三维虚拟图像。

因此，空间光调制器3-1可以采用各种透射式液晶屏或反射式液晶屏，只要其上各个位置的透射率或反射率能够被调节即可。例如，空间光调制器可以采用LCoS(Liquidcrystalonsilicon，即液晶附硅，也叫硅基液晶，是一种基于反射模式，尺寸非常小的矩阵液晶显示装置)，还可以采用DMD(DigitalMicromirrorDevice，数字微镜元件，由美国德州一仪器公司开发的一种极小的反射镜)。

下面对本发明的头戴式显示器的三维虚拟图像的形成过程做进一步详细说明。

图2A是基于本发明的头戴式显示器的一个像点的形成示意图。

如图所示，图中B代表显示装置，A代表空间光调制器，A上各个位置的透射率可调，B包括多个显示像素，通过调节B上多个显示像素的光强度可以在B上显示不同的图像。

在佩戴时，头戴式显示器和眼睛之间的距离较近，一般只有12mm，所以头戴式显示器如果成的是实像，实像离眼睛太近，不利于用户观看，因此在实际应用中，头戴式显示器优选显示虚像，而为了要产生空间一个虚像点，需要有多束入射到眼睛的光线的反向延长线交于该虚像点，这样眼睛看的时候，会顺着光线追过去，就会获取一个虚像点。

基于上述虚像点成像原理，由图2A可知，虚像点P是由从A出射的反向延长线交于点P的那些光线形成的，而这些光线是由B上的B_x部分的像素点以一定出射角发出的，也就是说，点P是由B上的B_x部分的像素与A上所有位置的透射率参与形成的。

因此，通过改变B上的显示图像和A上的透射率分布，可以调节点P的光强，使得点P的光强接近预期三维显示图像在该处像点的光强。

上文结合图2A对根据本发明的头戴式显示器的一个像点的形成过程做了详细说明，基于上文所述的一个像点的形成过程，根据需要显示的立体图像，通过本发明的头戴式显示器就可以显示与立体图相对应的多个像点，这些像点就会构成与立体图相似的三维虚拟图像。

例如，需要在空间某一位置显示一幅立体图像，首先通过调节本发明的头戴式显示器中的显示装置上的显示图像和空间光调制器的透射率分布，在空间中显示多个特定的像点，即使这些像点与需要显示的位置处的立体图像相对应，这样，如果像点足够多时，这些像点就会形成虚拟的三维图像。

需要说明的是，图2A中实施例采用的是透射式空间光调制器，应该明白，对于本发明而言，还可以采用反射式空间光调制器，采用反射式空间光调制器的成像过程与上文类似，此处不再赘述。

另外，还可以在光学系统的光路中增设光学元件或光学组件，如光学系统还可以包括对光线具有折射或反射作用的光学元件或光学组件，这些光学元件或光学组件可以是会聚类元件如凸透镜、凹面镜，还可以是发散类元件如凹透镜，这些光学元件或光学组件可以紧贴空间光调制器设置。

图2B是基于本发明的另一种头戴式显示器的像点形成过程示意图。

如图2B所示，本发明实施例中头戴式显示器与图2A的不同之处在于，本发明的在A与B之间且紧贴着A放置一个薄凸透镜。

此时，像点P是由B上的B′_x部分的像素与A上所有位置的透射率参与形成的，与图2A中不包含光学元件相比，对于同一个像点P，设置凸透镜时，B上参与形成该像点的像素较少。

优选地可以让空间光调制器处于光学系统的孔径光阑处。

图3A是本发明一实施例的空间光调制器处于光学系统的孔径光阑处的结构示意图。

图3B本发明一实施例的空间光调制器未处于光学系统的孔径光阑处的结构示意图。

图3A、图3B中A代表显示装置，B代表空间光调制器，C代表凸透镜。

如图3A、图3B所示，当空间光调制器处于光学系统时，对于显示装置A上一个像素点，空间光调制器上各个位置都可对其进行调制。当空间光调制器没有处于光学系统时，对于显示装置A上一个像素点，空间光调制器上只有部分对该像素进行调制。

由图3A、图3B可知，两层显示器能够展示的光场是两层显示器像素的张量积决定的，所以，当空间光调制器不在孔径光阑上的时候，张量积中有大量的0元素，当且仅当空间光调制器在孔径光阑上时，张量积中的非零元素最多，此时所能表现的光场最为丰富，所以，当空间光调制器处于光学系统的孔径光阑的位置时，可以得到最大限度的利用。

另外，空间光调制器处于孔径光阑的位置时，其自身不会成像，用户观察到的图像分辨率是显示器上的分辨率。因此，显示装置和空间光调制器的分辨率可以不同，甚至可以有较大的差异。例如，可以使用高分辨率和高刷新率和彩色的液晶或者OLED(OrganicLight-EmittingDiode，有机发光二极管又称为有机电激光显示)作为显示装置，使用较低分辨率、高或者低的刷新率、单色的液晶作为空间光调制器。

另外需要说明的是，图3A、图3B是以光学系统采用凸透镜、空间光调制器为透射率可变的空间光调制器为例进行说明的，应该知道，对于光学系统采用其他光学元件或组件及空间光调制器采用反射式结构的情况同样适用于本发明的优选方案，只要将空间光调制器置于光学系统的孔径光阑处即可，都属于本发明的内容。

本发明的头戴式显示器在成像过程中，还需考虑成像的相似度的问题，即需要让本发明的头戴式显示器呈现的三维虚拟成像尽可能与需要呈现给用户的预期三维虚拟图像接近。

为此，本发明还提供了另一种头戴式显示器。

图4是本发明的另一种头戴式显示器的示意性结构框图，其中相同部分在上文图1部分已做了详细说明，此处不再赘述。

与图1所示的头戴式显示器的不同之处在于，本发明实施例的头戴式显示器1还包括处理器4，处理器4用于根据光学系统的光学特性和期望呈现给用户的预期三维虚拟图像，获得第一图像和透射率分布或反射率分布。

即本发明实施例中处理器4用来确定显示装置2上需要显示的第一图像和空间光调制器3的透射率分布或反射率分布，以使本发明的头戴式显示器1所呈现的虚拟三维图像尽可能接近期望呈现给用户的预期三维虚拟图像。

处理器4的上述功能可以通过优化算法来实现，即通过优化算法来确定第一图像和透射率分布或反射率分布，使三维虚拟图像的所有像点的像点强度数据和预期三维虚拟图像中对应的预期像点的预期像点强度数据整体上匹配。

其中整体上匹配是说，只要使本发明所显示的所有像点整体上接近预期三维虚拟图像的像点即可，对于其中某些像点来说，即使其像点强度数据与对应的预期像点强度数据相差较大也是可以接受的。

上文中所提到的像点强度数据等于形成该像点的所有从光学系统出射的出射光的光线强度数据之和。

具体地说，对于透射式空间光调制器，每束出射光的光线强度数据等于发出该出射光的显示装置上的显示像素的光强度与透射该出射光的调节像素的透射率的乘积。对于反射式空间光调制器，每束出射光的光线强度数据等于发出该出射光的显示装置上的显示像素的光强度与反射该出射光的调节像素的反射率的乘积。

下面就如何优化本发明的头戴式显示器显示的三维虚拟图像，使其尽可能接近预期三维虚拟图像做进一步详细说明。

图5是根据预期三维虚拟图像确定用于本发明的头戴式显示器中第一图像和透射率分布或反射率分布的方法流程示意图。

该方法根据预期三维虚拟图像来确定显示装置显示的第一图像和空间光调制器的透射率分布或反射率分布，以使得头戴式显示器所成的三维虚拟图像的所有像点的像点强度数据和预期三维虚拟图像中对应的预期像点的预期像点强度数据整体上匹配。

在步骤S10，设置初始第一图像和初始透射率分布或初始反射率分布。

初始第一图像可以通过调节显示装置的多个显示像素的光强度来设置，本步骤中可以随机设置一幅显示图像作为初始第一图像。

相应地，对于透射式空间光调制器或反射式空间光调制器，由于其上各处的透射率或反射率可调，因此其初始透射率分布或初始反射率分布也可以随机设置。

在步骤S20，通过迭代优化算法，获得优化第一图像和优化透射率分布或优化反射率分布，使得头戴式显示器将呈现的三维虚拟图像的所有像点的像点强度数据和预期三维虚拟图像中对应的预期像点的预期像点强度数据整体上匹配。

即通过迭代优化算法来改变初始设置的第一图像和透射率分布或反射率分布，以使得头戴式显示器所显示的三维虚拟图像尽可能接近预期三维虚拟图像。其中，迭代优化算法可以通过现有优化理论和算法由计算机实现。

图6是图5中的迭代优化算法的每一次迭代过程的流程示意图。

在步骤S210，根据所设置的第一图像和透射率分布或反射率分布，计算每个像点的像点强度数据。

像点强度数据等于形成该像点的所有显示像素的光强度和与其对应的调节像素的透射率或反射率的乘积之和。因此，可以先确定参与形成该像点的显示像素和对应的调节像素，也就是确定参与形成该像点的显示像素和调节像素间的对应关系，然后再计算像点强度数据。

由于光学系统确定后，其光学特定可知，因此可以根据实际配置的光学系统的光学特性来确定参与形成该像点的显示像素和对应的调节像素，当然还可以通过现有的光路追迹技术或者软件模拟等方式确定。

就通过光学特性来确定显示像素和调节像素间的对应关系的示例如下。

如图2B所示的头戴式显示器，其中，光学系统包括薄凸透镜，薄凸透镜位于显示装置B和空间光调制器A之间，并紧贴空间光调制器A设置。

此时通过凸透镜的光学特性来确定参与形成该像点的显示像素和调节像素的对应关系的方法如下。

根据凸透镜成像公式，计算像点P(虚像点)对应的物点P′(实像点)的位置，由于凸透镜是薄凸透镜，因此可以近似认为参与形成像点P的显示像素、实像点P′以及对应的调节像素三点共线，根据三点共线、显示装置B和空间光调制器A之间的距离以及物点P′的位置就可以确定参与形成该像点的显示像素和调节像素间的对应关系，具体计算过程不再赘述。

由于实际的光学系统存在各种像差如色差、畸变、球差等等，因此在根据光学系统的光学特性进行确定时，为了保证结果的准确性，需要考虑系统像差带来的影响，此时，可以预先测量系统像差，然后将光学系统的像差包括在光学特性中作为新的光学特性来确定显示像素和调节像素的关系。

另外，考虑到用户人眼也有一定的像差，为了使用户看起来更加真实，还可以预先测量用户的人眼像差，然后根据光学系统的光学特性和用户的人眼像差来确定所述参与形成该像点的显示像素和对应的调节像素的关系。

在步骤S220，计算目标函数值，目标函数值表示所有像点的像点强度数据和与其对应的预期像点的预期像点强度数据之间的整体差异。

通过目标函数值表示整体差异可以有多种表示形式。例如，目标函数值可以是所有像点的像点强度数据和与其对应的预期像点的预期像点强度数据的差值的绝对值之和，或者是所有像点的像点强度数据和与其对应的预期像点的预期像点强度数据的差值的平方之和，还可以是所有像点的像点强度数据的梯度和与其对应的预期像点的预期像点强度数据的梯度之差的模平方之和，还可以是上述三种表示方法的线性组合等等。

在步骤S230，以使目标函数值减小为目标，优化设置第一图像和透射率分布或反射率分布。

可以预先设置一个目标函数阈值，每次迭代完，将该次迭代得到的目标函数与目标函数阈值进行比较，如果该次迭代得到的目标函数小于目标函数阈值，说明已经达到期望优化值，可以停止迭代优化算法。

在每次迭代过程中，考虑到需要使目标函数有实际意义，因此可以增设如下迭代的边界条件：

第一图像的每个显示像素的光强度、每个调节像素的透射率或反射率大于或等于0。

假如迭代多次后仍旧无法达到优化目的，此时继续迭代有可能增加服务器的负荷，得不偿失，因此还可以预先设置迭代次数，在迭代超过预设的迭代次数时，停止迭代优化算法。

上面参考图5、图6详细描述了根据本发明的头戴式显示器显示的三维图像的优化方法，下面参考图7至图11描述根据本发明的头戴式显示器显示的三维图像的优化装置。

下面描述的装置的很多功能分别与上面参考图5、图6描述的步骤的功能相同。为了避免重复，这里重点描述该装置可以具有的结构，而对于一些细节，可以参考上文中的相应描述。

图7是根据预期三维虚拟图像确定用于本发明的头戴式显示器中第一图像和透射率分布或反射率分布的装置的结构示意图。

通过本发明实施例的装置可以确定显示装置第一图像和透射率分布或反射率分布，以使得头戴式显示器所成的三维虚拟图像的所有像点的像点强度数据和预期三维虚拟图像中对应的预期像点的预期像点强度数据整体上匹配。

如图7所示，优化装置30包括初始设置单元40和迭代优化单元50。

初始设置单元40用于设置初始第一图像和初始透射率分布或初始反射率分布。

迭代优化单元50用于通过迭代优化算法，获得优化第一图像和优化透射率分布或反射率分布，使得头戴式显示器将呈现的三维虚拟图像的所有像点的像点强度数据和预期三维虚拟图像中对应的预期像点的预期像点强度数据整体上匹配。

其中，初始第一图像的和初始透射率分布或初始反射率分布的设置可参见图5中步骤S10中的相关描述。

图8是图7中迭代优化单元50的一种结构示意图。

如图8所示，迭代优化单元50包括像点强度计算单元510、目标函数值计算单元520以及优化设置单元530。

像点强度计算单元510用于根据所设置的第一图像和透射率分布，计算每个像点的像点强度数据。

目标函数值计算单元520用于计算目标函数值，所述目标函数值表示所有像点的像点强度数据和与其对应的预期像点的预期像点强度数据之间的整体差异。

优化设置单元530用于以使所述目标函数值减小为目标，优化设置所述第一图像和透射率分布或反射率分布。

图9是图8中像点强度计算单元510的结构示意图。

如图所示，像点强度计算单元510包括乘法单元511和求和单元520。

乘法单元511用于计算每个参与形成该像点的显示像素的光强度与对应的调节像素的透射率或反射率的乘积。

求和单元512用于对于所有参与形成该像点的显示像素，计算乘积之和，作为该像点的像点强度数据。

其中，关于像点强度数据计算方法以及目标函数值表示方法可参见图5中步骤S210、S220的相关描述。

图10是图7中迭代优化单元50的另一种结构示意图。

与图8中迭代优化单元相比，本实施例中迭代优化单元50还包括对应关系确定单元540。

对应关系确定单元540用于对于每个像点，确定参与形成该像点的显示像素和对应的调节像素，其中，

由显示像素发出并且透过对应的调节像素的出射光的延长线或反向延长线相交于像点，或由显示像素发出并且经过对应的调节像素反射的反射光的延长线或反向延长线相交于像点。

其中，像点的显示像素和对应的调节像素的关系确定方法可参见图5的步骤S210的相关描述。

图11是本发明一实施例的对应关系确定单元的结构示意图。

本发明实施例的对应关系确单元540适用于含有薄凸透镜的光学系统，其中薄凸透镜设置在所述显示装置和所述空间光调制器之间，并紧贴空间光调制器。此时对应关系确定单元就可以根据凸透镜的相关光学特性来确定参与形成某一像点的显示像素和调节像素的对应关系。

具体地说，本发明实施例中对应关系确定单元540包括实像点位置计算单元541和线性关系计算单元542。

实像点位置计算单元541用于根据凸透镜成像公式，计算像点对应的实像点的位置。

线性关系计算单元542用于基于所述参与形成该像点的显示像素、所述实像点以及对应的调节像素三点共线的近似条件，确定上述参与形成该像点的显示像素和对应的调节像素。

具体可参见上文图6中S210的相关描述。

上文中已经参考附图详细描述了根据本发明的头戴式显示器及其图像和透射率/反射率确定方法和装置。

此外，根据本发明的方法还可以实现为一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读介质，在该计算机可读介质上存储有用于执行本发明的方法中限定的上述功能的计算机程序。本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标记的功能也可以以不同于附图中所标记的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。