阅读说明：本技术 可动态调节透明度的新型ar眼镜 (Novel AR (augmented reality) glasses capable of dynamically adjusting transparency ) 是由 范群文 赵慧 于 2019-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可动态调节透明度的新型AR眼镜,可动态调节透明度的新型AR眼镜包括镜框和镜片,镜片上由外至内依次为第一显示层和第二显示层；可动态调节透明度的新型AR眼镜还包括安装在镜框上的图像输出系统,图像输出系统用于控制镜片显示待显示图像,待显示图像包含具有彩色信息的彩色总图层以及具有透明信息的灰度总图层,图像输出系统包括彩色图像输出单元、透明信息图像输出单元、信号同步处理单元。本发明不仅可以实现动态遮光,解决AR眼镜的显示内容受环境光干扰的问题,而且解决AR眼镜中黑色变成透明的缺陷。(The invention discloses novel AR (augmented reality) glasses capable of dynamically adjusting transparency, which comprise a glasses frame and lenses, wherein a first display layer and a second display layer are sequentially arranged on the lenses from outside to inside; the novel AR glasses capable of dynamically adjusting the transparency further comprise an image output system installed on the glasses frame, wherein the image output system is used for controlling the glasses to display an image to be displayed, the image to be displayed comprises a color total image layer with color information and a gray total image layer with transparent information, and the image output system comprises a color image output unit, a transparent information image output unit and a signal synchronous processing unit. The invention not only can realize dynamic shading and solve the problem that the display content of the AR glasses is interfered by ambient light, but also solves the defect that the black color in the AR glasses becomes transparent.)

可动态调节透明度的新型AR眼镜

技术领域

本申请属于增强现实技术领域，具体涉及可动态调节透明度的新型AR眼镜。

背景技术

市场上有用于观看电影的快门式3D眼镜，就是通过控制液晶层的透光率，利用液晶层轮流遮光(呈不透明的黑色或深灰色)和透光，逐帧分离3D电影中左、右眼画面，实现感官上的3D显示效果。

而现有一种应用于AR眼镜的光波导显示技术，即通过将画面投射到透明介质上，再通过内置在透明介质中的反光材料，将画面反射入人眼。这一技术存在两个明显的缺点：一是用户无法看到黑色的画面信息。这是因为透明介质只能反射亮度和色度信息，如果图画中有黑色(即没有亮度和色度信息，或亮度和色度信息较弱)信息，这种黑色信息在透明的反射介质上只能呈透明效果。然而，黑色信息也是构成视觉识别不可或缺的重要信息，比如一只大熊猫的图像，熊猫身体上的黑色部分没有或只有微弱的亮度和色度信息。在光波导显示技术的实际显示效果中，熊猫身体和眼睛的黑色区域变成透明色，导致画面黑色内容缺失，用户看不到黑色图像；二是外部环境光线透过镜片，进一步影响了眼镜的成像清晰度。由于AR显示的介质是透明的眼镜片，外部环境光线必定会透过镜片进入人眼，造成环境光和投影显示内容的光线重叠，带来视觉干扰，且环境光越强对显示内容造成的干扰越严重。尤其是在日光下或者灯光下显示效果较差，影响了用户体验，限制了AR眼镜的使用场景。

针对上述的两个缺点，市场上已有的AR眼镜采取的做法是在外部增加一块类似墨镜的遮光层。这种技术方案在一定程度上缓解了光波导镜片受环境光干扰导致画面不清晰的问题，但这种全局遮光的方法牺牲了外部环境的清晰度，导致了外界光线过暗，用户戴此类眼镜出行，则不能清晰地看到真实世界。此外，即使是采用了这种方案，仍然未能解决纯黑色显示的问题。总之，现有技术还不能兼顾光波导类AR眼镜确保黑色画面成像清晰同时保证外部环境清晰的效果。

发明内容

本申请的目的在于提供一种可动态调节透明度的新型AR眼镜，不仅可以实现动态遮光，解决AR眼镜的显示内容受环境光干扰的问题，而且解决AR眼镜中黑色变成透明的缺陷。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

可动态调节透明度的新型AR眼镜，所述可动态调节透明度的新型AR眼镜包括镜框和镜片，所述镜片上由外至内依次为第一显示层和第二显示层；

所述可动态调节透明度的新型AR眼镜还包括安装在镜框上的图像输出系统，所述图像输出系统用于控制镜片显示待显示图像，所述待显示图像包含具有彩色信息的彩色总图层以及具有透明信息的灰度总图层，所述图像输出系统包括彩色图像输出单元、透明信息图像输出单元、信号同步处理单元；

所述彩色图像输出单元用于获取待显示图像的彩色总图层，并将彩色总图层投影至所述第二显示层上；

所述透明信息图像输出单元用于获取待显示图像的灰度总图层，并将灰度总图层输出至第一显示层进行显示；

所述信号同步处理单元用于控制所述彩色图像输出单元和所述透明信息图像输出单元同时输出，保持第一显示层和第二显示层显示的画面帧同步。

作为优选，所述第一显示层为液晶显示层，第二显示层为光波导显示层。

作为优选，所述第一显示层为电润湿显示层，第二显示层为光波导显示层。

作为优选，所述图像输出系统包括主控单元，所述彩色图像输出单元、透明信息图像输出单元、信号同步处理单元分别与所述主控单元连接；

所述主控单元，用于接收多个图层，各图层包含彩色信息和透明信息，按图层从上至下的次序合成多个图层，得到所述待显示图像，所述待显示图像的彩色总图层具有的彩色信息由多个图层的彩色信息合成，所述待显示图像的灰度总图层具有的透明信息由多个图层的透明信息合成，所述主控单元将彩色总图层发送至彩色图像输出单元，将灰度总图层发送至透明信息图像输出单元。

作为优选，所述主控单元还用于接收用户设置信息，所述用户设置信息包括背景模式，主控单元根据所述用户设置信息控制透明信息图像输出单元向所述第一显示层输出指定的灰度总图层，该指定的灰度总图层带有与所述背景模式对应的透明信息。

作为优选，所述背景模式包括透明、半透明、不透明。

作为优选，所述透明信息采用alpha通道表示。

作为优选，所述主控单元还用于在接收到的图层缺失alpha通道时，根据该图层的显示区域计算生成alpha通道。本申请提供的可动态调节透明度的新型AR眼镜，与现有技术相比，至少具有以下有益效果：

1)解决AR眼镜显示受环境光透过干扰的问题：以包含第一显示层和第二显示层的镜片结构为基础，利用第一显示层显示带透明信息的图像，控制每个像素单元的透光率，达到动态地控制AR眼镜透明度和实现全局遮光、局部遮光、动态图像遮光等多种组合效果；

2)解决了AR眼镜中的黑色变成透明的缺陷：第一显示层用于显示带透明信息的灰度图像，以从黑色至透明的多个灰阶显示弥补了现有技术中AR眼镜投影反射没有黑色的问题。

附图说明

图1为本申请的可动态调节透明度的新型AR眼镜的结构示意图；

图2为本申请图像输出系统的结构示意图；

图3为本申请光波导显示的原理图；

图4为本申请液晶显示的原理图；

图5为本申请电润湿显示的原理图。

图示中：1、镜框；2、镜片；21、第一显示层；22、第二显示层。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

本申请提供了一种可动态调节透明度的新型AR眼镜，可动态调节AR眼镜的透明度实现动态遮光，避免外界环境光对AR眼镜使用的影响，同时克服了现有技术中AR眼镜无法显示黑色的缺陷。

AR技术，即增强现实(Augmented Reality，简称AR)，是一种将计算机生成的图像叠加在用户对现实世界的视角上的技术，从而提供虚拟和现实的复合的可交互视图。

AR眼镜是一种将AR技术生活化应用的载体，AR眼镜在镜片上显示虚拟与现实相结合的图像，为佩戴者实时提供虚拟世界和现实世界的互动。

如图1所述，在其中一个实施例中，可动态调节透明度的新型AR眼镜包括镜框1和镜片2，镜片2上由外至内依次为第一显示层21和第二显示层22。

本实施例中所述的由外至内应理解为由外景侧至眼球侧。

如图2所示，可动态调节透明度的新型AR眼镜还包括安装在镜框上的图像输出系统，所述图像输出系统用于控制镜片显示待显示图像，所述待显示图像包含具有彩色信息的彩色总图层以及具有透明信息的灰度总图层，所述图像输出系统包括彩色图像输出单元、透明信息图像输出单元、信号同步处理单元。

其中，所述彩色图像输出单元用于获取待显示图像的彩色总图层，并将彩色总图层投影至所述第二显示层22上。

所述透明信息图像输出单元用于获取待显示图像的灰度总图层，并将灰度总图层输出至第一显示层21进行显示；

所述信号同步处理单元用于控制所述彩色图像输出单元和所述透明信息图像输出单元同时输出，保持第一显示层21和第二显示层22显示的画面帧同步。本实施例中采用由镜框和镜片构成的硬件部分与图像输出系统相配合，将待显示图像分为两部分相结合的方式进行显示，利用带透明信息的灰度图像和彩色图像相配合的方式避免外界环境对画面显示的影响，同时也能够完整显示待显示图像。

当彩色图像输出单元和透明信息图像输出单元以预设间隔时间连续输出时，第一显示层和第二显示层上即构成动态显示效果，实现虚拟和现实的实时互动。

在一个实施例中，设置第一显示层21为液晶显示层，第二显示层22为光波导显示层。

如图3所示，光波导显示层采用光波导技术进行显示，光波导显示技术基本原理为光源在波导管一面输入光栅，光线通过波导管传播并通过输出光栅到达人眼。

相对于AR眼镜而言，光波导显示层可以采用光波导镜片，在光波导镜片显示区域的每一个点，都同时有内部的图像投影信息的光线和外部的现实世界的光线经过它，内部图像投影的信息在这个点上是被反射进入人眼，而外部现实世界的光线则是穿透进入人眼。

为了克服光波导镜片只能反射亮度和色度信息，无法反射黑色等没有亮度和色度信息，本实施例在光波导显示层外部增加了一个可动态调节各像素单元透光度的液晶显示层，改善光波导显示层无法显示黑色以及显示内容容易受外部环境光干扰的问题。

如图4所示，液晶显示层采用液晶显示技术进行显示，液晶显示技术的显像原理是靠液晶分子阻挡光线的分量达到控制各像素单元的明暗。液晶分子的扭转角度是由薄膜基板(TFT)控制，达到将方向一致的光线通过率进行控制，从而将通往后面像素单元的光线明暗度发生改变，并在偏光片的辅助下实现显示效果。

相对于AR眼镜而言，液晶显示层可以采用液晶显示镜片。液晶显示层的技术原理和设计制造工艺和LCD(Liquid Crystal Display的简称，中文名液晶显示器)一样。基本构造是在两片平行的基板当中放置液晶盒，上基板设置上偏光片，在下基板上设置透明TFT(透明薄膜晶体管)和下偏光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而控制通过每个像素单元的光线出射方向，达到调节透明度的效果。

液晶显示镜片根据透明信息图像输出单元输出的透明信息调节TFT上的信号与电压，实现与光波导镜片配合显示图像的效果。

在另一个实施例中，设置第一显示层21为电润湿显示层，第二显示层22为光波导显示层。光波导显示层参考上一实施例所述。

电润湿显示层采用电润湿显示技术，电润湿技术采用强疏水性材料作为显示层的主要功能性结构，每个像素单元内都含有透明的水及黑色油墨，在不加电的情况下水不能润湿强疏水性材料的表面，并且由于水相和油相不互溶，这就形成了油下水上的双层结构。但当施加电压时，可改变水在疏水层的润湿性由不润湿变为润湿，并迅速地推挤油相改变其形状从而使像素单元的部分面积呈现透明效果。

相对于AR眼镜而言，电润湿显示层可采用电润湿显示屏。电润湿显示层的结构可以是包括透明电极、透明衬底、疏水涂层、黑色油墨、像素墙。如图5(a)所示，当未施加驱动电压在单个像素的透明电极上时，黑色油墨将平铺在疏水层上，外部光线通过水层到达油墨后，反射显示出油墨的颜色；如图5(b)所示，当施加驱动电压给像素电极时，油墨在水的润湿张力下被推挤到一角，从而油墨不再铺满整个像素格，外部光线穿过透明衬底到达人眼，电润湿显示层呈现出透明状态。

电润湿显示层根据透明信息图像输出单元输出的透明信息调节给像素电极施加的驱动电压大小，从而呈现不同程度透明的效果。

在一个实施例中，透明信息采用alpha通道表示。当第一显示层为液晶显示层时，alpha通道采用标准的256级灰阶，alpha通道中的白色在液晶显示层对应显示效果为不透明黑色，alpha通道中的黑色在液晶显示层对应显示为透明色，alpha通道中的灰色在液晶显示层对应显示为对应的透明度级别，从而实现动态调节AR眼镜透明度的效果。

当第一显示层为电润湿显示层时，由于电润湿显示屏目前还不能实现256级灰阶，现阶段还只能实现64级灰阶。为了适应电润湿显示屏的灰阶级，采用的alpha通道的灰阶级根据屏幕的灰阶数量进行采样压缩，减少数据量，节约计算资源，例如设置alpha通道的灰阶级为与电润湿显示屏的灰阶级对应的64级。

相比于液晶显示层，电润湿显示屏的透光量可超过75％，具有更高的透光率，并且电润湿显示屏具有功耗更低，无需另设偏光片，更加轻薄等优点，因此在合理考虑制作成本的前提下，本申请的第一显示层优选采用电润湿显示层。

为了便于控制图像输出系统中的各单元，在一个实施例中，图像输出系统包括主控单元，彩色图像输出单元、透明信息图像输出单元、以及信号同步处理单元分别与所述主控单元连接。

采用一个主控单元控制多个单元工作，各单元之间的协调性更好，在显示待显示图像时，所述主控单元用于接收多个图层，各图层包含彩色信息和透明信息，按图层从上至下的次序合成多个图层，得到所述待显示图像，所述待显示图像的彩色总图层具有的彩色信息由多个图层的彩色信息合成，所述待显示图像的灰度总图层具有的透明信息由多个图层的透明信息合成，所述主控单元将彩色总图层发送至彩色图像输出单元，将灰度总图层发送至透明信息图像输出单元。

待显示图像为计算机生成的叠加在用户对现实世界的视角上的图像，待显示图像包含的各图层根据当前现实世界的视角环境而定，待显示图像中各图层的选定属于AR技术的通用过程，本实施例中不在进行赘述。并且主控单元对多个图层进行合成的过程不作为本申请的改进重点，可采用现有技术实现，例如申请公布号为CN104010212A的专利文献中公开的内容。

通常在图形界面设计时会将生成的图片保存为png格式，该格式可保留alpha通道，故AR眼镜叠加时使用的图片一般带有alpha通道，即携带透明信息，则合成的待显示图像携带完整的透明信息，透明信息图像输出单元获取相应的透明信息输送至第一显示层显示即可；若主控单元接收到的图层缺失alpha通道时，主控单元需根据该图层的显示区域计算生成alpha通道再进行图层合成，保证透明信息的完整性。

在第一显示层透明度可调的情况下，本申请的AR眼镜还可实现AR效果(增强显示)和VR效果(虚拟显示)的切换。主要执行操作为：主控单元还用于接收用户设置信息，所述用户设置信息包括背景模式，主控单元根据所述用户设置信息控制透明信息图像输出单元向所述第一显示层输出指定的灰度总图层，该指定的灰度总图层带有与所述背景模式对应的透明信息。

指定的灰度总图层可预先存储在透明信息图像输出单元或主控单元中，在用户调节背景模式时输出至第一显示层。当然也可以外加与主控单元相连的存储器用于存储，避免占用透明信息图像输出单元或主控单元的存储空间。

用户设置信息可通过与主控单元连接的触摸屏发出，用户通过触摸屏发出带有背景模式的用户设置信息；用户设置信息还可以用过与主控单元连接的物理按钮发出，用户直接操作相应的物理按钮，主控单元根据物理按钮的电压信号获取用户想要设置的背景模式。

一般情况下，设置背景模式包括透明、半透明、不透明三种，每种背景模式对应有指定的灰度总图层，指定的灰度总图层带有与所属背景模式对应的透明信息，主控单元根据不同的指定的灰度总图层所携带的透明信息调节第一显示层各个像素单元的透明度，从而实现全局遮光、局部遮光、动态图像遮光等多种组合效果。

由于镜片材料的不同以及镜片制作工艺的不同均会影响镜片的透过率，故本实施例中的透明、半透明、不透明对应的透过率根据镜片成型后最终的透过率而定。在一个实施例中，设定背景模式中的透明对应为成型镜片的最高透过率，不透明对应为成型镜片的最低透过率，半透明为成型镜片的最高透过率至最低透过率之间的透明状态的集合，即半透明对应的透过率为数值范围，在这个数值范围内均可称为半透明。

当设置背景模式为半透明时，第一显示层显示的为默认透过率的半透明状态，为了实现在半透明的数值范围内进行调整，用户还可通过触摸屏或物理按钮以设定比例在默认透过率的基础上增加或减小透过率，达到动态遮光的效果。其中半透明的默认透过率为成型镜片的最高透过率的一半。

市面上各类型光波导显示或激光全息显示模组的刷新率各不一样，第一显示层和第二显示层保持相同帧率并同步刷新时才能达到较好的显示效果。因此，图像输出系统中做了信号同步输出处理。采用信号同步处理单元发出一个同步信号来控制第一显示层和第二显示层显示的画面保持一致，精确同步。

在第一显示层和第二显示层同时显示画面时，除了保持两者同步刷新之外，还必须保证两者显示的位置和大小一致，避免两者显示的图像错位。因此，在一个实施例中，设置第一显示层和第二显示层的各像素点对齐，并且以第二显示层的显示区域为基准，对第一显示层显示的画面进行调整，主控单元将预设的规格发送至透明信息图像输出单元，透明信息图像输出单元根据预设规格调整投影画面大小，调整至与第二显示层显示画面大小一致，并且设置第一显示层和第二显示层均从预设的像素点开始显示，达到视觉上的重合。

本实施例的可动态调节透明度的新型AR眼镜采用光波导显示层和液晶显示层，或者光波导显示层和电润湿显示层的配合，将待显示图像以彩色图像和透明信息图像相配合的方式进行显示，克服了AR眼镜中的黑色变成透明的缺陷，同时解决AR眼镜显示受环境光透过干扰的问题，具有较大的应用意义。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。