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    科技魔方

    蘋果專利探索為AR/VR設備提供靜態注視點渲染光學系統

    AR/VR

    2022年01月05日

      在AR/VR領域,注視點追蹤是一項十分有意義的技術。例如,由于人眼視場的自然屬性,設備可以利用注視點追蹤來優化性能,只集中渲染注視點區域,并降低外圍視場的視覺質量。這項技術名為注視點渲染。

      對于一直在幕后研發AR/VR產品的蘋果而言,他們早已在探索基于注視點追蹤的應用。如果你有關注映維網的專利分享,這家公司實際上已有多份相關的發明。

      日前,美國專利商標局又公布了兩份與注視點渲染相關的蘋果專利申請。具體來說,名為“Optical systems with lens-based static foveation”和“Optical systems with low resolution peripheral displays”的發明主要介紹了一種靜態注視點渲染光學系統。

      注視點渲染一般可分為靜態和動態。對于動態注視點渲染,顯示器將動態地根據用戶注視點的變化而改變不同區域的分辨率。對于靜態注視點渲染,顯示器則固定地為各個區域分配不同的分辨率。

      另外,動態注視點渲染要求對眼睛進行動態追蹤;而靜態注視點渲染則不一定需要眼動追蹤。

      圖1是一個示例性近眼顯示器系統10。其中,支撐結構20可以是一副眼鏡或頭盔的形狀,又或者是其他配置,并配置成幫助將近眼顯示器14固定在用戶頭部或眼睛附近。近眼顯示器14可包括一個或多個顯示模塊(例如顯示模塊14A)和一個或多個光學系統(例如光學系統14B)。顯示模塊14A可以安裝在諸如支撐結構20的支撐結構中。每個顯示模塊14A可以發射光22(圖像光)。

      可使用控制電路16控制系統10的操作??刂齐娐?6可以包括用于控制系統10的操作的存儲和處理電路。軟件代碼(指令)可存儲在電路16中的存儲器,并由電路16中的處理電路運行,以實現系統10的操作,例如數據收集操作、涉及使用控制信號調整組件的操作、產生要向用戶顯示的圖像內容的圖像呈現操作等等等。

      顯示模塊14A可包括反射顯示器,發射顯示器,或其他類型的顯示器。顯示模塊14A中的光源可以包括ULED、OLED、LED、激光器、它們的組合或任何其他發光組件。

      光學系統14B可形成透鏡??梢源嬖谂c用戶左眼和右眼相關聯的兩個光學系統14B,例如用于形成左透鏡和右透鏡。單個顯示器14可產生用于雙眼的圖像,或者一對顯示器14可用于顯示圖像。在具有多個顯示器的配置中,可以選擇透鏡的焦距和位置,以便用戶看不到顯示器之間存在的任何間隙。例如,左眼顯示器和右眼顯示器的圖像可以無縫重疊或合并。

      圖2是上述顯示器14的俯視圖。如圖2所示,近眼顯示器14可以包括一個或多個顯示模塊,例如顯示模塊14A和光學系統14B。光學系統14B可以包括光學元件,例如一個或多個波導26。

      光學系統14B可包括準直光學器件,如準直透鏡34。透鏡34可包括一個或多個透鏡元件,其有助于將圖像光22引導至波導26。

      如圖2所示,顯示模塊14A可以生成與要顯示到視窗24的圖像內容相關聯的光22??墒褂弥T如準直透鏡34的透鏡準直光22。光學系統14B可用于將從顯示模塊14A輸出的光22呈現給視窗24。

      通常,增加顯示模塊14A的物理尺寸將增加使用光22顯示的圖像的最大分辨率。但在緊湊型系統(如圖1的系統10)中,這通常不可取。所以,為了能夠提供高分辨率圖像,以及節省系統10中的處理和光學資源,但同時不進一步增加顯示模塊14A的尺寸,蘋果認為可以由透鏡34可執行靜態注視點渲染操作。

      在一個實施例中,透鏡34可以將從顯示模塊14A接收的圖像光轉換為靜態注視點圖像,然后將其傳送到視窗。例如,通過波導26傳送到視窗24的光22可以包括靜態注視點圖像。

      靜態注視點圖像可包括高分辨率區域和低分辨率區域。透鏡34將非均勻放大率作為角度函數在靜態注視點圖像中創建高分辨率和低分辨率區域。

      圖4示出了可由透鏡34基于圖像光22產生的靜態注視點圖像。光22可包括圖像,圖像可以包括像素。透鏡34可以放大光22,從而放大光22中的圖像。其中,放大率(折光率)隨透鏡34視場內角度的函數而變化。

      如圖4所示,靜態注視點圖像44可以包括區域48中的低分辨率像素50和區域46中的高分辨率像素50。區域46例如可以是位于圖像中心并因而位于透鏡34視場中心的中心區域。區域48則可以是位于視場外圍的外圍區域。

      靜態注視點圖像44中的每個像素50可對應于來自透鏡34在光22中接收的圖像的各個像素。然而,透鏡34可在視場內(例如在對應于區域48的像素位置)以相對較高的角度顯示較高的放大率,同時在視場中心外圍(例如在區域46內的像素位置)顯示較低的放大率。

      這可以致使區域48中的像素50呈現相對較大的尺寸(間距),而區域46中的像素呈現相對較小的尺寸。所以,靜態注視點圖像44將配置為在區域46內展示相對高的分辨率(相對較高的像素密度)和在區域48內展示相對低的分辨率(相對低的像素密度)。

      因為靜態注視點圖像44在中心區域46內的分辨率高于外圍區域48內的分辨率,用戶可以將靜態注視點圖像44感知為高分辨率圖像,這是因為因為用戶的眼睛對中心區域46內的高分辨率敏感,并且對外圍區域48內的低分辨率較不敏感。

      通過這種方式,在視窗24顯示的圖像可以有效地顯示為高分辨率圖像,從而無需增加顯示模塊14A的尺寸或系統10的處理和光學資源。例如,注視點可由透鏡34靜態執行,不會對系統10中的其他組件施加任何增加的負擔。另外,圖4的示例僅為說明性,區域46和48可以具有任何期望的形狀和/或尺寸。

      圖5的曲線52將像素密度繪制為透鏡34視場內靜態注視點圖像44角度的函數。圖5的縱軸以每度像素(PPD)繪制像素密度。

      如曲線52所示,靜態注視點圖像44在視場中心(例如在圖像中心和透鏡34的光軸處)可能具有相對較高(例如峰值)的像素密度D2。這可對應于圖4的區域46內的靜態注視點圖像44的相對高分辨率。靜態注視點圖像44可以在離開視場中心相對較高的角度(例如離開光軸并且靠近視場外圍)處具有減小的像素密度。

      圖6則是透鏡34的放大率如何在視場內隨角度變化的曲線圖,以產生圖4的靜態注視點圖像44和圖5的曲線52。如圖6所示,曲線54將透鏡34的放大率繪制為角度的函數。如曲線54所示,透鏡34可在視場中心顯示相對低的放大率M1。如果需要,放大倍數M1可以為零(例如無放大倍數)。這個低放大率可允許圖4的區域46內的像素50具有相對較高的像素密度,從而具有相對較高的分辨率。

      透鏡34可在遠離視場中心(例如,離開光軸且靠近視場外圍)的相對高角度處顯示相對高(的放大率M2。這個高放大率可以增加圖4的區域48內的每個像素50的尺寸,從而使得區域48內的像素50具有相對低的像素密度,從而具有相對低的分辨率。

      名為“Optical systems with lens-based static foveation”和“Optical systems with low resolution peripheral displays”的蘋果專利申請均在2021年9月提交,并在日前由美國專利商標局公布。

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    來源:映維網

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