申请/专利权人：宏碁股份有限公司

申请日：2017-03-30

公开（公告）日：2020-11-24

公开（公告）号：CN108663804B

主分类号：G02B27/01(20060101)

分类号：G02B27/01(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.24#授权;2018.11.09#实质审查的生效;2018.10.16#公开

摘要：本发明提供一种头戴式显示器及利用子像素位移的色差补偿方法。头戴式显示器包括：一左眼显示面板及相应的一左眼镜头；一右眼显示面板及相应的一右眼镜头；一显示控制器，用以从一主控端取得一影像数据，其中影像数据包括一左眼影像及一右眼影像。本发明的种头戴式显示器及利用子像素位移的色差补偿方法可解决因不同色彩的光线在镜头折射率的不同而造成输出影像具有色差的问题。

主权项：1.一种头戴式显示器，包括：一左眼显示面板及相应的一左眼镜头；一右眼显示面板及相应的一右眼镜头；一显示控制器，用以从一主控端取得一影像数据，其中该影像数据包括一左眼影像及一右眼影像，其中该显示控制器还取得该左眼镜头及该右眼镜头所相应的一折射特性曲线，并计算该影像数据的分辨率，其中该显示控制器还计算在该影像数据中的各色彩通道的各子像素与影像数据的一影像中心点的距离及相对方向，并依据所计算出的距离及相对方向调整在该影像数据中的各色彩通道的各子像素的一位移量，其中该显示控制器还依据在该影像数据中的各色彩通道的各子像素的位移量进行一子像素位移补偿处理以调整各色彩通道相应的子影像以产生一输出影像，并于该左眼显示面板及该右眼显示面板播放该输出影像。

全文数据：头戴式显示器及利用子像素位移的色差补偿方法技术领域[0001]本发明涉及显示器技术领域，特别涉及一种头戴式显示器及利用子像素位移的色差补偿方法。背景技术[0002]HeadMountedDisplayHMD--头戴式显示器，主要可分为沉浸式（immersive与穿透式（See-through两种类型。穿透式头戴式显示器适合用于增强现实（AugmentedReality，AR;沉浸式头戴式显示器则适合用于虚拟现实VirtualReality，VR。沉浸式头戴式显示器主要由面板显示器与光学镜头等组件构成影像显示系统。举例来说，有机发光二极管OLED面板显示器中，有许多红、蓝、绿R、G、B发光子像素点（Subpixel，通过三原色子像素点组成发光像素点pixel，最后由这些像素点发光组成影像画面。而在沉浸式头戴式显示器中，面板显示器发光后，光线经过镜头最后成像至人眼观看。但因不同波段光的折射率不同，光通过镜头折射后，会产生色散的现象。[0003]图1是显示光线穿过镜头产生折射后的色散现象的示意图。如图1所示。若理想情况是光线130经过镜头120折射后会对焦于点110。然而，蓝光短波长折射率较红光长波长高，光线130在经过镜头120后会造成蓝光、绿光、及红光的折射率不同而产生色散现象，例如光线130的红光、绿光、及蓝光经过镜头120的折射后会分别变成射线130R、130G、及130R，此色散现象会造成使用者所观看的影像有色差ChromaAberration的情形。[0004]有鉴于此，需要一种头戴式显示器及色差补偿方法来解决上述问题。发明内容[0005]本发明提供一种头戴式显示器，包括:一左眼显示面板及相应的一左眼镜头;一右眼显示面板及相应的一右眼镜头;一显示控制器，用以从一主控端取得一影像数据，其中该影像数据包括一左眼影像及一右眼影像，其中该显示控制器还取得该左眼镜头及该右眼镜头所相应的一折射特性曲线，并计算该影像数据的分辨率，其中该显示控制器还计算在该影像数据中的各色彩通道的各子像素与影像数据的一影像中心点的距离及相对方向，并依据所计算出的距离及相对方向调整在该影像数据中的各色彩通道的各子像素的一位移量，其中该显示控制器还依据在该影像数据中的各色彩通道的各子像素的位移量进行一子像素位移补偿处理以调整各色彩通道相应的子影像以产生一输出影像，并于该左眼显示面板及该右眼显示面板播放该输出影像。[0006]本发明还提供一种利用子像素位移的色差补偿方法，用于一头戴式显示器，其中该头戴式显示器包括一左眼显示面板及相应的一左眼镜头、一右眼显示面板及相应的一右眼镜头、以及一显示控制器，该方法包括:从一主控端取得一影像数据，其中该影像数据包括一左眼影像及一右眼影像;取得该左眼镜头及该右眼镜头所相应的一折射特性曲线，并计算该影像数据的分辨率;计算在该影像数据中的各色彩通道的各子像素与影像数据的一影像中心点的距离及相对方向；依据所计算出的距离及相对方向调整在该影像数据中的各色彩通道的各子像素的一位移量;依据在该影像数据中的各色彩通道的各子像素的位移量进行一子像素位移补偿处理以调整各色彩通道相应的子影像以产生一输出影像;于该左眼显示面板及该右眼显示面板播放该输出影像。附图说明[0007]图1是显示光线穿过镜头产生折射后的色散现象的示意图。[0008]图2是显示依据本发明一实施例中的头戴式显示器的方框图。[0009]图3A及图3B是显示依据本发明一实施例中的子像素产生位移的示意图。[0010]图4是显示依据本发明一实施例中的利用子像素位移的色差补偿方法的流程图。[0011]附图标记说明：[0012]110〜点；[0013]120〜镜头；[0014]130〜光线；[0015]130R〜红光；[0016]130G〜绿光；[0017]130B〜蓝光；[0018]200〜头戴式显示器；[0019]210〜左眼显示面板；[0020]211〜左眼镜头；[0021]220〜右眼显示面板；[0022]221〜右眼镜头；[0023]230〜外壳；[0024]240〜数据传输接口；[0025]250〜显示控制器；[0026]S410—S470〜步骤。具体实施方式[0027]为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合说明书附图，作详细说明如下。[0028]图2是显示依据本发明一实施例中的头戴式显示器的方框图。在一实施例中，头戴式显示器200可包括一外壳230、一左眼显示面板210及对应的左眼镜头211、以及一右眼显示面板220及对应的右眼镜头221、一传输接口240、及一显示控制器250。其中左眼显示面板210、左眼镜头211、右眼显示面板220、右眼镜头221是以一预定光学排列方式安置于外壳230中，且外壳230可包括一束带或其他辅助装置未示出的）以供使用者戴于头上以通过头戴式显示器200观赏画面。[0029]传输接口240用以从一主控端host接收影像数据例如包括左眼影像及右眼影像，例如为RGB影像），并将影像数据通过显示控制器250于左眼显示面板210及右眼显示面板220进行播放。举例来说，传输接口240可为高分辨率多媒体接口（HighDefinitionMultimediaInterface，HDMI、或显示端DisplayPort，DP接口，但本发明并不限于此。在一些实施例中，左眼显示面板210及右眼显示面板220可由同一显示面板实现，且左眼显示面板210及右眼显示面板220为并排且平行的，两者之间并无角度差。[0030]显示控制器250用以控制在左眼显示面板210及右眼显示面板220的显示画面。举例来说，显示控制器250可为一通用处理器general-purposeprocessor、数字信号处理器DSP、影像信号处理器（ISP或具有同等功能的电路，其可经由传输接口240从一主控端接收影像数据，例如包括左眼影像及右眼影像。因为利用头戴式显示器200播放影像，若不对播放影像进行任何处理，会因为不同颜色的光线经过镜头的折射率不同，而导致通过左眼显示面板210及右眼显示面板220所播放的左眼影像及右眼影像产生色偏现象。当影像的分辨率愈大，离画面中心点愈远的像素愈容易产生色偏情况。因此，显示控制器250是针对左眼影像及右眼影像中的不同色彩通道例如红色、绿色、蓝色）的子像素分别进行补偿色差的偏移量，使得使用者的左右眼分别通过左眼镜头211及右眼镜头221所观看的影像不会产生色偏现象。[0031]在一些实施例中，显示控制器250包括了一或多个时序控制器（timingcontroller图2中未示出），且头戴式显示器200中的左眼显示面板210及右眼显示面板220中的每一行及每一列的像素的显示时序（timing是由显示控制器250中的一或多个时序控制器所控制，且该一或多个时序控制器与左眼显示面板210或右眼显示面板220可整合至一印刷电路板printedcircuitboard、PCB上。该时序控制器可由一处理器或一微控制器所实现，或是整合至显示控制器250中，例如是一集成电路（IC或芯片系统（SoC，但本发明并不限于此。[0032]举例来说，测试头戴式显示器200中的色差情况可利用相机及特定的测试图片，例如黑色格状的图片。若检测到头戴式显示器200通过左眼显示面板210及右眼显示面板220所播放的左眼影像及右眼影像有色偏情况，则估算在左眼影像及右眼影像中的各色彩通道的上下左右边界的子像素的偏移量，意即测量左眼镜片及右眼镜片的折射特性曲线，即红光、绿光、蓝光分别经过左眼镜头211及右眼镜头221的偏移角度。一般而言，左眼镜片及右眼镜片的折射特性曲线是相匹配的，即具有相同的折射特性曲线。显示控制器250即可依据左眼镜片及右眼镜片的折射特性曲线以进行相应的子像素位移补偿。[0033]例如蓝光像素的偏移量较大，红光像素的偏移量较小。此外，距离影像的中心点愈远，像素的偏移量也会愈大。需注意的是，在水平方向及垂直方向的像素偏移量可独立计算。[0034]—般而言，因绿光成分占大多数，所以在一些实施例中，进行偏移补偿时可仅针对蓝光及红光的子像素。[0035]图3A及图3B是显示依据本发明一实施例中的子像素产生位移的示意图。如图3A所示，以左眼影像的蓝光子像素为例，若左眼影像的在水平方向及垂直方向的分辨率（即像素数量分别为H及V。在一实施例中，若A点像素的蓝光子像素为例在主控端的影像数据的原始坐标为202,100，在经过左眼镜头211折射的后，使用者的左眼所观察到的A点坐标可能会较实际上的A点坐标向右偏移了两个像素。因此，需将此蓝光子像素的位置进行补偿。举例来说，可将原始影像中的A点像素的蓝光子像素的坐标在经由左眼显示面板播放时的位置调整为A’（200，100，如图3B所示。因此，在经过调整后的A’点的蓝光子像素在经过左眼镜头211折射的后则会准确地对焦于202，100的坐标位置，进而能让使用者看到无色偏的影像。[0036]更进一步而言，子像素的点位移量可由式⑴表示：[0037]SubPixeli,j7=SubPixeii-Shift_Valueh〇riz〇ntai,j-Shift_ValueVerticai[0038]I[0039]位移后的子像素点坐标SubPixeli，j’等于原始子像素点坐标SubPixli，j经过水平位移5111;1^_\^111611。112。时31、垂直位移3111;1^_\^1116¥3：1：1^«11后的坐标位置。其中：[为介于0至H-I之间的整数、j为0至V-I之间的整数。[0040]此外，水平位移51^;1^_\%111611。112。1^1及垂直位移3111;1^_\^1116%1^。31两个参数的数值大小与该子像素距离影像中心点的距离D有关，其中距离D可由下列式2表示：[0041]2[0042]其中，i及j为该子像素的坐标，且H-I2及V-I2为影像中心点的坐标。[0043]—般而言，当该子像素距离影像中心点的距离愈大，则表示该子像素的偏移量愈大。当该子像素距离影像中心点的距离愈小，则表示该子像素的偏移量也愈小。在一实施例中，子像素的偏移量是与距离D成线性正比，但本发明并不限于此。当影像数据的分辨率愈大，在其影像边缘的像素距离影像中心点的距离也愈远，也因此其子像素的偏移量也会变大。若计算出的偏移量并非整数，则显示控制器250使用内插法计算欲进行补偿的子像素的数值。[0044]关于影像边缘的边界情况boundarycondition则另外处理。举例来说，若要预先偏移的子像素的坐标超出影像边界，则可用边缘的子像素复制duplicate。例如在经过补偿后的子像素坐标超过影像上方边缘，则可使用与该子像素的X轴坐标相同的影像上方边缘的子像素进行复制。又或是在经过补偿后的子像素坐标超过影像右方边缘，则可使用与该子像素的Y轴坐标相同的影像右方边缘的子像素进行复制。[0045]需注意的是，上述实施例是以蓝光子像素为例，同样的流程亦可用于红光子像素及绿光子像素相应的折射曲线特性以进行子像素偏移补偿。[0046]举例来说，在本发明的一情境下，时序控制器是可将来自显示控制器250的左眼影像及右眼影像直接分别显示于左眼显示面板210及右眼显示面板220,左眼影像及右眼影像未经过任何像素偏移处理。意即在此情境下，本发明是利用显示控制器250进行像素位移的色差补偿处理。[0047]在本发明的另一情境下，时序控制器是将来自显示控制器250的左眼影像及右眼影像分别进行前述的像素偏移的色差补偿处理。意即，在显示面板端意即时序控制器及显示面板可自动判断所接收的影像来源的色差偏移程度并进行相应的像素位移处理以进行色差补偿。在一些实施例中，显示控制器250可省略，且时序控制器是可直接由主控端接收影像数据，并进行相应的色差补偿处理。[0048]图4是显示依据本发明一实施例中的利用子像素位移的色差补偿方法的流程图。在步骤S410,从主控端取得影像数据。其中，影像数据例如包括左眼影像及右眼影像是通过传输接口240从主控端传送至显示控制器250。[0049]在步骤S420，取得右眼镜头及左眼镜头的折射特性曲线。其中，右眼镜头及左眼镜头的折射特性曲线是可通过事先利用相机及具有特定图样的测试图片测量而得。因此，显示控制器250可依据折射特性曲线决定光线的各色彩通道的子像素在不同分辨率下的偏移量即进行子像素补偿位移）。[0050]在步骤S430,计算影像数据的分辨率。举例来说，当该子像素距离影像中心点的距离愈大，则表示该子像素的偏移量愈大。当该子像素距离影像中心点的距离愈小，则表示该子像素的偏移量也愈小。在一实施例中，子像素的偏移量是与距I^iD成线性正比，但本发明并不限于此。当影像数据的分辨率愈大，在其影像边缘的像素距离影像中心点的距离也愈远，也因此其子像素的偏移量也会变大。若计算出的偏移量并非整数，则显示控制器250使用内插法计算欲进行补偿的子像素的数值。[0051]在步骤S440,计算在影像数据中的各色彩通道的各子像素与影像数据的影像中心点的距离及相对方向。[0052]在步骤S450,依据所计算出的距离及相对方向调整各色彩通道的各子像素的位移量。[0053]在步骤S460,依据各色彩通道例如蓝光、绿光、红光）的各子像素的位移量进行子像素补偿处理以调整各色彩通道的子影像以分别产生一左眼输出影像及一右眼输出影像。[0054]在步骤S470,在左眼显示面板210及右眼显示面板220分别播放该左眼输出影像及该右眼输出影像。需了解的是，搭配本发明前述的显示控制器及时序控制器，依据不同情境，上述利用子像素位移的色差补偿方法是可由显示控制器或是时序控制器所执行。[0055]综上所述，本发明提供一种头戴式显示器及利用子像素位移的色差补偿方法，利用预先调整在影像数据中的各色彩通道的子像素的偏移量，使得显示面板播放的影像的光线在经过镜头后可让不同颜色的子像素能准确地对焦于同一点上，进而让使用者不会观赏到具有色差的输出影像。因此，本发明的种头戴式显示器及利用子像素位移的色差补偿方法可解决因不同色彩的光线在镜头折射率的不同而造成输出影像具有色差的问题。[0056]本发明虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可做些许的变动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

权利要求：1.一种头戴式显示器，包括：一左眼显示面板及相应的一左眼镜头；一右眼显示面板及相应的一右眼镜头；一显示控制器，用以从一主控端取得一影像数据，其中该影像数据包括一左眼影像及一右眼影像其中该显示控制器还取得该左眼镜头及该右眼镜头所相应的一折射特性曲线，并计算该影像数据的分辨率，其中该显示控制器还计算在该影像数据中的各色彩通道的各子像素与影像数据的一影像中心点的距离及相对方向，并依据所计算出的距离及相对方向调整在该影像数据中的各色彩通道的各子像素的一位移量，其中该显示控制器还依据在该影像数据中的各色彩通道的各子像素的位移量进行一子像素位移补偿处理以调整各色彩通道相应的子影像以产生一输出影像，并于该左眼显示面板及该右眼显示面板播放该输出影像。2.如权利要求1所述的头戴式显示器，其中该折射特性曲线分别记录蓝光、绿光、及红光经过该左眼镜头及该右眼镜头的一偏移角度。3.如权利要求1所述的头戴式显示器，其中在该影像数据中的各色彩通道的各子像素的该位移量与所计算出的距离成线性正比。4.如权利要求3所述的头戴式显示器，其中当所计算出的各子像素的偏移量并非一整数，该显示控制器使用内插法计算欲进行子像素位移补偿的各子像素的数值。5.如权利要求3所述的头戴式显示器，其中该位移量包括一水平位移量及一垂直位移量，且该显示控制器分别独立计算该水平位移量及该垂直位移量。6.—种利用子像素位移的色差补偿方法，用于一头戴式显示器，其中该头戴式显示器包括一左眼显示面板及相应的一左眼镜头、一右眼显示面板及相应的一右眼镜头、以及一显示控制器，该方法包括：从一主控端取得一影像数据，其中该影像数据包括一左眼影像及一右眼影像；取得该左眼镜头及该右眼镜头所相应的一折射特性曲线，并计算该影像数据的分辨率；计算在该影像数据中的各色彩通道的各子像素与影像数据的一影像中心点的距离及相对方向；依据所计算出的距离及相对方向调整在该影像数据中的各色彩通道的各子像素的一位移量；依据在该影像数据中的各色彩通道的各子像素的位移量进行一子像素位移补偿处理以调整各色彩通道相应的子影像以产生一输出影像；于该左眼显示面板及该右眼显示面板播放该输出影像。7.如权利要求6所述的利用子像素位移的色差补偿方法，其中该折射特性曲线分别记录蓝光、绿光、及红光经过该左眼镜头及该右眼镜头的一偏移角度。8.如权利要求6所述的利用子像素位移的色差补偿方法，其中在该影像数据中的各色彩通道的各子像素的该位移量与所计算出的距离成线性正比。9.如权利要求8所述的利用子像素位移的色差补偿方法，还包括：当所计算出的各子像素的偏移量并非一整数，使用一内插法计算欲进行子像素位移补偿的各子像素的数值。10.如权利要求8所述的利用子像素位移的色差补偿方法，其中该位移量包括一水平位移量及一垂直位移量，且该方法还包括:分别独立计算该水平位移量及该垂直位移量。

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