本發(fā)明涉及顯示技術(shù)領(lǐng)域，更具體而言，涉及一種光場(chǎng)編輯裝置、系統(tǒng)及方法以及光場(chǎng)顯示系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示中，所顯示的虛擬場(chǎng)景中的虛擬物體與真實(shí)場(chǎng)景中的真實(shí)物體之間有一定的位置關(guān)系，有時(shí)候需要虛擬物體能夠遮擋住真實(shí)物體，才能有真實(shí)的視覺(jué)效果。例如，用手拿起一個(gè)虛擬的杯子時(shí)，需要一部分是杯子擋住了手掌，一部分是手掌擋住了杯子，如圖1中的(a)所示，但是，現(xiàn)有的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示裝置僅用于顯示虛擬圖像，并沒(méi)有對(duì)實(shí)物所所對(duì)應(yīng)的實(shí)景光場(chǎng)進(jìn)行編輯，以使得其可以與虛擬場(chǎng)景相配合，如圖1中的(b)所示，現(xiàn)有的增強(qiáng)顯示顯示中實(shí)物手掌拿起虛擬的杯子時(shí)，沒(méi)有對(duì)手掌中應(yīng)該被遮擋的部分進(jìn)行處理，降低用戶體驗(yàn)的真實(shí)性。

由此，需要一種能夠?qū)?shí)景光場(chǎng)進(jìn)行編輯的方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種能夠?qū)?shí)景光場(chǎng)進(jìn)行編輯光場(chǎng)編輯裝置、系統(tǒng)及方法以及光場(chǎng)顯示系統(tǒng)及方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光場(chǎng)編輯裝置，包括：第一起偏器，從物體入射的光經(jīng)過(guò)該第一起偏器成為第一偏振方向的偏振光；第一空間光調(diào)制器，第一空間光調(diào)制器光學(xué)地放置在第一起偏器之前，通過(guò)第一起偏器的第一偏振方向的偏振光經(jīng)過(guò)第一空間光調(diào)制器進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射；以及第一檢偏器，第一檢偏器光學(xué)地放置在第一空間光調(diào)制器之前，通過(guò)第一空間光調(diào)制器被調(diào)制的光經(jīng)過(guò)第一檢偏器后出射，第一檢偏器具有第二偏振方向，其中，在第一空間光調(diào)制器的偏振態(tài)調(diào)制作用下，從第一檢偏器出射的光的光場(chǎng)與期望顯示光場(chǎng)接近。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，包括：上文第一方面述及的光場(chǎng)編輯裝置；和光場(chǎng)采集裝置，用于采集和計(jì)算從物體入射的實(shí)景光場(chǎng)。

第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，包括：上文第一方面述及的光場(chǎng)編輯裝置或上文第二方面述及的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)；以及虛擬光場(chǎng)顯示裝置，用以顯示預(yù)期三維虛擬圖像，其中，光場(chǎng)編輯裝置出射的光以及虛擬光場(chǎng)顯示裝置出射的光共同入射到眼睛。

第四方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光場(chǎng)編輯方法，包括：從物體入射的光經(jīng)過(guò)第一起偏器轉(zhuǎn)換為第一偏振方向的偏振光；使用第一空間光調(diào)制器對(duì)第一偏振方向的偏振光進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制；通過(guò)第一空間光調(diào)制器被調(diào)制的光經(jīng)過(guò)第一檢偏器后出射，該第一檢偏器具有第二偏振方向，其中，在第一空間光調(diào)制器的偏振態(tài)調(diào)制作用下，從第一檢偏器出射的光的光場(chǎng)與期望顯示光場(chǎng)接近。

第五方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光場(chǎng)顯示方法，該方法包括上文第四方面述及的光場(chǎng)編輯方法，該光場(chǎng)顯示方法還包括：使用虛擬圖像顯示裝置形成預(yù)期三維虛擬圖像；第一檢偏器出射的光和虛擬圖像顯示裝置發(fā)出的光共同入射到眼睛。

綜上，基于本發(fā)明的光場(chǎng)編輯裝置、系統(tǒng)及方法以及光場(chǎng)顯示系統(tǒng)及方法，可以對(duì)實(shí)景光場(chǎng)進(jìn)行編輯，應(yīng)用于AR/VR顯示時(shí)，具有更好的視覺(jué)效果，可以提升用戶的真實(shí)體驗(yàn)。

附圖說(shuō)明

通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)本公開(kāi)示例性實(shí)施方式進(jìn)行更詳細(xì)的描述，本公開(kāi)的上述以及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將變得更加明顯，其中，在本公開(kāi)示例性實(shí)施方式中，相同的參考標(biāo)號(hào)通常代表相同部件。

圖1示出了手握住杯子時(shí)的狀態(tài)示意圖。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光場(chǎng)編輯裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光場(chǎng)編輯裝置的具體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光場(chǎng)采集裝置的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖。

圖6示出了光場(chǎng)采集裝置與光場(chǎng)編輯裝置耦合時(shí)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的虛擬光場(chǎng)顯示裝置的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖。

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的虛擬光場(chǎng)顯示裝置的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖。

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的虛擬光場(chǎng)顯示裝置的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖。

圖11示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的虛擬光場(chǎng)顯示裝置的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖。

圖12示出了光場(chǎng)采集裝置、虛擬光場(chǎng)顯示裝置和光場(chǎng)編輯裝置相耦合時(shí)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光場(chǎng)編輯方法的示意性流程圖。

圖14示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的采集和計(jì)算從物體入射的實(shí)景光場(chǎng)的方法的流程圖。

圖15示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的虛擬光場(chǎng)顯示方法的示意性流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開(kāi)的優(yōu)選實(shí)施方式。雖然附圖中顯示了本公開(kāi)的優(yōu)選實(shí)施方式，然而應(yīng)該理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施方式所限制。相反，提供這些實(shí)施方式是為了使本公開(kāi)更加透徹和完整，并且能夠?qū)⒈竟_(kāi)的范圍完整地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

本發(fā)明首先提供了一種能夠?qū)?shí)景光場(chǎng)進(jìn)行編輯的方案。本發(fā)明的實(shí)景光場(chǎng)編輯方案主要是將實(shí)景光場(chǎng)發(fā)出的光變成偏振光，然后根據(jù)實(shí)際需求對(duì)該偏振光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)整，以使得調(diào)整后的偏振光經(jīng)過(guò)檢偏器出射后所形成的光場(chǎng)與期望顯示光場(chǎng)接近。

其中，期望顯示光場(chǎng)與實(shí)景光場(chǎng)編輯的目的有關(guān)。例如，光場(chǎng)編輯目的是對(duì)實(shí)景光場(chǎng)編輯以顯示新的圖像時(shí)，期望顯示的光場(chǎng)可以是期望呈現(xiàn)的圖像的光場(chǎng)；光場(chǎng)編輯目的是遮擋某部分實(shí)景以配合虛擬顯示時(shí)，期望顯示的光場(chǎng)可以是實(shí)景光場(chǎng)中某些特定方向上的光被遮擋的光場(chǎng)，或者還可以是在某個(gè)特定觀察平面上顯示的光場(chǎng)等等。由此，本發(fā)明的光場(chǎng)編輯方案可以和VR/AR顯示相結(jié)合，以為用戶提供更好的感官體驗(yàn)。

本發(fā)明的光場(chǎng)編輯方案可以實(shí)現(xiàn)為一種光場(chǎng)編輯裝置，下面首先結(jié)合具體實(shí)施例就本發(fā)明的光場(chǎng)編輯裝置的具體結(jié)構(gòu)做以詳細(xì)說(shuō)明。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光場(chǎng)編輯裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

參見(jiàn)圖2，本發(fā)明實(shí)施例的光場(chǎng)編輯裝置10包括第一起偏器1、第一空間光調(diào)制器2以及第一檢偏器3。其中，需要說(shuō)明的是，本文述及的“第一”、“第二”等術(shù)語(yǔ)僅是為了便于描述、區(qū)分，不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

第一起偏器1具有第一偏振方向，用于將從外界實(shí)景中的物體入射的光變成第一偏振方向的偏振光。第一空間光調(diào)制器2用于對(duì)偏振光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)整，第一檢偏器3具有第二偏振方向。這里，第一偏振方向和第二偏振方向的夾角可以是任意數(shù)值，作為優(yōu)選，第一偏振方向和第二偏振方向可以一致或垂直。

第一起偏器1、第一空間光調(diào)制器2以及第一檢偏器3的光學(xué)位置關(guān)系被設(shè)置為，第一空間光調(diào)制器2光學(xué)地放置在第一起偏器1之前，第一檢偏器1光學(xué)地放置在第一空間光調(diào)制器2之前。

其中，這里述及的術(shù)語(yǔ)“光學(xué)地放置”僅指示沿著光路的相對(duì)位置，而不是任何具體的空間關(guān)系，并且這里我們將沿著光線傳播方向在前定義為“之前”，沿著光線傳播方向在后方，定義為“之后”。下文在述及各部件之間的相對(duì)位置時(shí)所用到“光學(xué)地放置”、“之前”以及“之后”都可以參照這里的釋義進(jìn)行理解。

這樣，從外界實(shí)景中的物體入射的光經(jīng)過(guò)第一起偏器1成為第一偏振方向的偏振光，通過(guò)第一起偏器1的第一偏振方向的偏振光經(jīng)過(guò)第一空間光調(diào)制器2進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射，進(jìn)入第一檢偏器3，在第一空間光調(diào)制器2的偏振態(tài)調(diào)制作用下，可以使得從第一檢偏器3出射的光的光場(chǎng)與期望顯示光場(chǎng)接近。

其中，如圖2所示，第一空間光間光調(diào)制器2可以包括一個(gè)或多個(gè)子調(diào)制器(參見(jiàn)圖中第一子調(diào)制器2-1、第二子調(diào)制器2-2……第N子調(diào)制器2-N，N≥1)，這些子調(diào)制器可以被逐層放置且相互間隔開(kāi)特定距離，通過(guò)第一起偏器1的偏振光依次經(jīng)過(guò)這些子調(diào)制器，并且其中，各子調(diào)制器依次對(duì)入射到其上的光進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制，使得從第一檢偏器3出射的光所形成的光場(chǎng)與期望顯示光場(chǎng)接近。

具體來(lái)說(shuō)，每個(gè)子調(diào)制器可以包括多個(gè)調(diào)節(jié)像素，每個(gè)調(diào)節(jié)像素對(duì)入射到其上的光的偏振態(tài)的偏轉(zhuǎn)量能夠被獨(dú)立調(diào)節(jié)，這樣在多個(gè)子調(diào)制器的多個(gè)調(diào)節(jié)像素的偏振態(tài)的調(diào)制作用下，可以使得從第一檢偏器3出射的光所形成的光場(chǎng)與期望顯示光場(chǎng)接近。這里，子調(diào)制器可以?xún)?yōu)選地是液晶屏。

下面結(jié)合具體實(shí)施例就本發(fā)明的光場(chǎng)編輯裝置對(duì)實(shí)景光場(chǎng)進(jìn)行編輯的具體過(guò)程做以詳細(xì)說(shuō)明。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光場(chǎng)編輯裝置的具體結(jié)構(gòu)示意圖。

參見(jiàn)圖3，本發(fā)明實(shí)施例的光場(chǎng)編輯裝置包括第一起偏器1、第一檢偏器3、第一子調(diào)制器2-1以及第二子調(diào)制器2-2。其中，對(duì)于第一起偏器1、第一檢偏器3以及各子調(diào)制器的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明，可參見(jiàn)上文相關(guān)描述，這里不再贅述。

第一子調(diào)制器2-1光學(xué)地放置在第一起偏器1之前，通過(guò)第一起偏器1的第一偏振方向的偏振光經(jīng)過(guò)第一子調(diào)制器2-1進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射。第二子調(diào)制器2-2與第一子調(diào)制器2-1被放置為隔開(kāi)一定距離，通過(guò)第一子調(diào)制器2-1入射的光經(jīng)過(guò)第二子調(diào)制器22進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射，以進(jìn)入第一檢偏器3。這里，第一起偏器1和第一檢偏器3可以是兩個(gè)線偏振片，并且這兩個(gè)線偏振片的偏振方向可以相同也可以不同。

第一子調(diào)制器2-1和第二子調(diào)制器2-2可以是兩個(gè)液晶板，如可以是TN面板。第一子調(diào)制器2-1和第二子調(diào)制器2-2之間的空間可以是具有較高折射率的透明材料構(gòu)成，例如可以是高分子材料板、玻璃板或透明液體等等，這樣可以減少光場(chǎng)編輯裝置的體積。

對(duì)于經(jīng)過(guò)第一子調(diào)制器2-1和第二子調(diào)制器2-2的某束線性偏振光來(lái)說(shuō)，在第一子調(diào)制器2-1和第二子調(diào)制器2-2上的相應(yīng)調(diào)節(jié)像素的作用下，該偏振光的偏振面會(huì)發(fā)生一定的旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)后的偏振面與第一檢偏器3的第二偏振方向平行時(shí)，該偏振光就能夠從第一檢偏器3出射出去，在旋轉(zhuǎn)后的偏振面與第一檢偏器3的第二偏振方向垂直時(shí)，該偏振光不能從第一檢偏器3出射出去。

因此，對(duì)于從外界實(shí)景中的物體發(fā)出的多束光線中的某束光線來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)第一子調(diào)制器2-1和第二子調(diào)制器2-2上處于該束光線的光路上的調(diào)節(jié)像素的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)，對(duì)該光線進(jìn)行編輯，以使得該光線通透或被遮擋。這樣，通過(guò)對(duì)第一子調(diào)制器2-1和第二子調(diào)制器2-2上的多個(gè)調(diào)節(jié)像素的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，就可以對(duì)從外界實(shí)景中的物體入射的光進(jìn)行編輯，以使得該物體發(fā)出的光能夠通過(guò)或被遮擋，從而可以使得從第一檢偏器3出射的光所形成的光場(chǎng)與期望顯示光場(chǎng)接近。

由此，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)景光場(chǎng)的編輯。其中，根據(jù)光場(chǎng)編輯的目的不同，可以實(shí)現(xiàn)不同的編輯效果。例如，可以對(duì)實(shí)物的一部分進(jìn)行遮擋，也可以將實(shí)物發(fā)出的光場(chǎng)重新編輯成新的虛擬物體，還可以過(guò)濾掉實(shí)景中近景的發(fā)散光，使人眼不需要?jiǎng)佑谜{(diào)節(jié)既可以看清楚近處，還可以與AR/VR顯示結(jié)合起來(lái)，以為用戶提供更加真實(shí)的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)等等。

綜上，第一子調(diào)制器2-1和第二子調(diào)制器2-2上的多個(gè)調(diào)節(jié)像素的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)量可以被調(diào)節(jié)為，使得從第一檢偏器3出射的光的光場(chǎng)與期望顯示光場(chǎng)接近。

下面以第一空間光調(diào)制器2包括多個(gè)子調(diào)制器為例，對(duì)確定各子調(diào)制器的各調(diào)節(jié)像素的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)量的過(guò)程做以說(shuō)明。

如圖2所示，光場(chǎng)編輯裝置10還可以包括第一處理器4，第一處理器4可以根據(jù)期望顯示光場(chǎng)，執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算，以確定各子調(diào)制器的各調(diào)節(jié)像素處的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)量，并根據(jù)所確定的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)量輸出控制信號(hào)，以控制光在各子調(diào)制器的各調(diào)節(jié)像素處的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)。

其中，優(yōu)化計(jì)算包括求解如下公式以確定

I_AR是期望顯示圖像的光強(qiáng)，Φ_j∈R^k×l是包含相應(yīng)子調(diào)制器j的光束投射信息的稀疏矩陣，j＝1,…,N，N為子調(diào)制器的總數(shù)，包含相應(yīng)子調(diào)制器j的各調(diào)節(jié)像素對(duì)偏振態(tài)調(diào)制的信息，這里，k表示入射光線個(gè)數(shù)，l表示子調(diào)制器的調(diào)節(jié)像素個(gè)數(shù)。其中，Φ_j可以使用現(xiàn)有技術(shù)中光路追跡的方法求得，而I_AR已知，由此，就可以采用多種計(jì)算方法來(lái)計(jì)算各子調(diào)制器的調(diào)節(jié)像素的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)量。

其中，圖2示出了光場(chǎng)編輯裝置包括一個(gè)第一處理器4時(shí)的示意圖，應(yīng)該知道，還可以包括多個(gè)第一處理器4，多個(gè)第一處理器4可以協(xié)同工作以執(zhí)行上述計(jì)算步驟。

回到圖3，本發(fā)明的光場(chǎng)編輯裝置還可以包括光學(xué)地放置在第一子調(diào)制器2-1和第二子調(diào)制器2-2之間的半反半透鏡5，其中，半反半透鏡5可以是平面鏡、球面鏡或自由曲面鏡。第一子調(diào)制器2-1出射的光可以通過(guò)半反半透鏡5入射到第二子調(diào)制器2-2。

另外，半反半透鏡5還可以是其它具有折射或反射作用但不改變光偏振特性的光學(xué)元件，如凸透鏡、光波導(dǎo)等等，進(jìn)一步地，光學(xué)元件的數(shù)量可以不止一個(gè)。

至此，以第一空間光調(diào)制器2包括兩個(gè)子調(diào)制器為例，對(duì)實(shí)景光場(chǎng)編輯的具體過(guò)程做了詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該知道上文述及的內(nèi)容，對(duì)于第一空間光調(diào)制器2包括更多個(gè)子調(diào)制器的情況也同樣適用，這里不再贅述。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖。

參見(jiàn)圖4，本發(fā)明實(shí)施例的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)100包括光場(chǎng)編輯裝置10和光場(chǎng)采集裝置20。

光場(chǎng)編輯裝置10用于對(duì)外界實(shí)景的光場(chǎng)進(jìn)行編輯，光場(chǎng)采集裝置20用于采集和計(jì)算外界實(shí)景光場(chǎng)。根據(jù)光場(chǎng)采集裝置20計(jì)算得到的外界實(shí)景光場(chǎng)以及期望顯示光場(chǎng)，光場(chǎng)編輯裝置10就可以對(duì)外界實(shí)景光場(chǎng)進(jìn)行編輯，以使得從光場(chǎng)編輯裝置10出射的光所形成的光場(chǎng)與期望顯示光場(chǎng)接近。其中，光場(chǎng)編輯裝置10的具體結(jié)構(gòu)及對(duì)實(shí)景光場(chǎng)的編輯原理已在上文做了詳細(xì)說(shuō)明，因此下面主要就光場(chǎng)采集裝置20的結(jié)構(gòu)及采集過(guò)程做以說(shuō)明。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光場(chǎng)采集裝置20的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖。

參見(jiàn)圖5，本發(fā)明實(shí)施例的光場(chǎng)采集裝置20包括第二起偏器21、編碼光闌22以及圖像傳感器23。

從外界實(shí)景中的物體出射的光經(jīng)過(guò)第二起偏器21成為第三偏振方向的偏振光，編碼光闌22光學(xué)地放置在第二起偏器21之前，通過(guò)第二起偏器21的第三偏振方向的偏振光經(jīng)過(guò)編碼光闌22進(jìn)行光學(xué)調(diào)制后出射，圖像傳感器23可以檢測(cè)通過(guò)編碼光闌22入射的光。

如圖5所示，光場(chǎng)采集裝置20還可以包括第二處理器24，第二處理器24基于編碼光闌22的設(shè)置以及在圖像傳感器23處感測(cè)到的光場(chǎng)i_sensor，可以通過(guò)執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算以確定外界實(shí)景中的物體的實(shí)景光場(chǎng)I_real。

其中，優(yōu)化計(jì)算包括求解系數(shù)矢量α∈R^d，該系數(shù)矢量滿足等式實(shí)景光場(chǎng)I_real∈Rⁿ且I_real＝Dα,其中D∈R^n×d是壓縮感知字典矩陣或正交基，i_sensor∈R^m是圖像傳感器處感測(cè)到光場(chǎng)，并且Φ是包含關(guān)于編碼光闌的光束投射信息的稀疏矩陣，其中m為傳感器圖像上的測(cè)量點(diǎn)數(shù)，n為傳感器圖像上的未知點(diǎn)數(shù)，并且滿足m<<n。

進(jìn)一步地，優(yōu)化計(jì)算包括進(jìn)行拉格朗日運(yùn)算以求解如下公式：其中拉格朗日乘數(shù)λ是選擇用以指定稀疏和誤差之間的折中的參數(shù)或是數(shù)據(jù)擬合項(xiàng)。系數(shù)矢量α是稀疏的或壓縮的，并且矩陣D是小波變換基或傅立葉變換矩陣。

其中，圖5示出了光場(chǎng)采集裝置包括一個(gè)第二處理器24時(shí)的示意圖，應(yīng)該知道，還可以包括多個(gè)第二處理器24，多個(gè)第二處理器24可以協(xié)同工作以執(zhí)行上述計(jì)算步驟。另外，第二處理器24與上文述及的第一處理器4可以屬于同一處理器，該處理可以同時(shí)執(zhí)行上述相關(guān)操作。

至此，結(jié)合圖5對(duì)光場(chǎng)采集裝置20的基本構(gòu)成做了詳細(xì)說(shuō)明。其中，光場(chǎng)采集裝置20可以與光場(chǎng)編輯裝置10串聯(lián)構(gòu)成光場(chǎng)編輯系統(tǒng)100，即光場(chǎng)采集裝置20與光場(chǎng)編輯裝置10可以是互相獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，另外，光場(chǎng)采集裝置20也可以與光場(chǎng)編輯裝置10耦合。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于圖1所示的光場(chǎng)編輯裝置，圖5所示的第二起偏器21可以與圖1所示的第一起偏器1為同一起偏器，圖5所示的編碼光闌22可以包括圖1所示的第一空間光調(diào)制器2和一個(gè)偏振片(為了便于描述和區(qū)分，這里可以稱(chēng)為第一偏振片)，第一偏振片光學(xué)地放置在第一空間光調(diào)制器2之前，通過(guò)第一空間光調(diào)制器2被調(diào)制的光經(jīng)過(guò)第一偏振片入射到圖像傳感器23，第一偏振片具有第三偏振方向。這里第三偏振方向與第一偏振方向的夾角可以是任意數(shù)值，作為優(yōu)選，第三偏振方向和第一偏振方向可以相同或垂直。

進(jìn)一步地，在光場(chǎng)編輯裝置10中的第一空間光調(diào)制器2包括兩個(gè)或更多個(gè)子調(diào)制器的情況下，圖5所示的編碼光闌22可以包括兩個(gè)或更多個(gè)子調(diào)制器中的一個(gè)或多個(gè)子調(diào)制器和上文述及的第一偏振片，其中，第一偏振片光學(xué)地放置在所述一個(gè)或多個(gè)子調(diào)制器之前，通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)所述子調(diào)制器被調(diào)制的光經(jīng)過(guò)第一偏振片入射到圖像傳感器23。

另外，在所述一個(gè)或多個(gè)子調(diào)制器和第一偏振片之間還可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)對(duì)光具有折射或反射作用但不改變光偏振特性的光學(xué)元件，如可以是半反半透鏡、光波導(dǎo)等光學(xué)元件，其中，半反半透鏡可以為平面鏡、球面鏡或自由曲面鏡。

圖6示出了光場(chǎng)采集裝置與光場(chǎng)編輯裝置耦合時(shí)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖6中示出的光場(chǎng)編輯裝置與圖3所示的光場(chǎng)編輯裝置相同，這里對(duì)于已在圖3中出現(xiàn)的相同部分不再贅述。

參見(jiàn)圖6，在第一偏振片25和圖像傳感器23之間可以光學(xué)地放置一個(gè)凸透鏡26，從第一偏振片25出射的光在凸透鏡26的會(huì)聚作用下入射到圖像傳感器23。

其中，這里的凸透鏡26還可以采用其它對(duì)光具有這是或反射作用的光學(xué)元件代替，如還可以是發(fā)散透鏡。

至此，結(jié)合圖5、圖6對(duì)光場(chǎng)采集裝置20的具體結(jié)構(gòu)、采集原理以及和光場(chǎng)編輯裝置10耦合時(shí)的結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)說(shuō)明。

如前文所述，本發(fā)明的光場(chǎng)編輯裝置可以應(yīng)用于VR/AR顯示。也就是說(shuō)，本發(fā)明的光場(chǎng)編輯裝置可以配合虛擬光場(chǎng)顯示裝置來(lái)為用戶提供更好的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。由此，本發(fā)明還提供了一種光場(chǎng)顯示系統(tǒng)。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖。

參見(jiàn)圖7，本發(fā)明實(shí)施例的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)200包括光場(chǎng)編輯裝置10、虛擬光場(chǎng)顯示裝置30以及光場(chǎng)采集裝置20。其中，圖7示出的是一種優(yōu)選方案，應(yīng)該知道，作為一種可選方案，光場(chǎng)顯示系統(tǒng)200還可以?xún)H包括光場(chǎng)編輯裝置10和虛擬光場(chǎng)顯示裝置30。

虛擬光場(chǎng)顯示裝置30可以顯示預(yù)期三維虛擬圖像。根據(jù)需要顯示的預(yù)期三維虛擬圖像，可以計(jì)算需要遮擋的光場(chǎng)區(qū)域，從而得到期望對(duì)實(shí)景光場(chǎng)進(jìn)行編輯后得到的期望顯示光場(chǎng)。光場(chǎng)編輯裝置10可以對(duì)外界實(shí)景光場(chǎng)進(jìn)行編輯，以使得從光場(chǎng)編輯裝置10出射的光所形成的光場(chǎng)與期望顯示光場(chǎng)接近。光場(chǎng)采集裝置20可以采集和計(jì)算從外界實(shí)景中的物體入射的實(shí)景光場(chǎng)，根據(jù)計(jì)算得到的實(shí)景光場(chǎng)可以布置下一幀需要顯示的預(yù)期三維虛擬圖像。由此，光場(chǎng)編輯裝置10、虛擬光場(chǎng)顯示裝置30以及光場(chǎng)采集裝置20協(xié)同工作，可以為用戶提供較好的AR/VR體驗(yàn)。

其中，光場(chǎng)編輯裝置10、虛擬光場(chǎng)顯示裝置30以及光場(chǎng)采集裝置20三部分可以相互串聯(lián)，互相獨(dú)立工作。另外，光場(chǎng)編輯裝置10、虛擬光場(chǎng)顯示裝置30以及光場(chǎng)采集裝置20的部分結(jié)構(gòu)可以耦合，以使得光場(chǎng)顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為緊湊。

其中，光場(chǎng)編輯裝置10和光場(chǎng)采集裝置20的具體結(jié)構(gòu)已在上文做了詳細(xì)說(shuō)明，因此，下面主要就虛擬光場(chǎng)顯示裝置30可以具有的具體結(jié)構(gòu)做以詳細(xì)說(shuō)明。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的虛擬光場(chǎng)顯示裝置30的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖。

參見(jiàn)圖8，本發(fā)明實(shí)施例的虛擬光場(chǎng)顯示裝置30包括顯示器31、第二空間光調(diào)制器32以及第二檢偏器33。

第二空間光調(diào)制器32光學(xué)地放置在第二檢偏器33之后、顯示器31之前，顯示器31發(fā)出的光為具有第四偏振方向的偏振光，第二檢偏器33具有一定的偏振方向，顯示器31發(fā)出的偏振光經(jīng)過(guò)第二空間光調(diào)制器32進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射，進(jìn)入第二檢偏器33。其中，第二檢偏器33的偏振方向和第四偏振方向可以相同也可以垂直，還可以是其它任意數(shù)值的夾角。

在第二空間光調(diào)制器32的偏振態(tài)調(diào)制下，從第二檢偏器33出射的光的光場(chǎng)能夠與預(yù)期三維虛擬圖像的光場(chǎng)接近，從而可以形成接近預(yù)期三維虛擬圖像的虛擬圖像。

其中，如圖8所示，第二空間光調(diào)制器32可以由多個(gè)子調(diào)制器構(gòu)成(如圖中標(biāo)示出的子調(diào)制器32-1、子調(diào)制器32-2……子調(diào)制器32-N，N≥1)

其中，這里述及的子調(diào)制器的結(jié)構(gòu)和前文結(jié)合圖2述及的子調(diào)制器的結(jié)構(gòu)相同，并且第二空間光調(diào)制器32對(duì)從顯示器31發(fā)出的偏振光的調(diào)制過(guò)程也可以參見(jiàn)上文相關(guān)描述，這里不再贅述。

顯示器31可以是常規(guī)的偏振光顯示器，如圖8所示，顯示器31可以由第二偏振片31-1、第三空間光調(diào)制器31-2以及第三偏振片31-3組成。其中，第二偏振片31-1的偏振方向和第三偏振片31-3的偏振方向的夾角可以是任意數(shù)值，優(yōu)選地，它們的偏振方向相同或垂直。

第三空間光調(diào)制器31-2可以是液晶板(例如，可以是TN面板)，具有多個(gè)顯示像素，每個(gè)顯示像素對(duì)入射到其上的光的偏振態(tài)的偏轉(zhuǎn)量能夠被獨(dú)立調(diào)節(jié)，通過(guò)第二偏振片31-1的偏振光經(jīng)過(guò)第三空間光調(diào)制器31-2進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射，進(jìn)入第三偏振片31-3。

如圖8所示，虛擬光場(chǎng)顯示裝置30還可以包括第三處理器34，在第二空間光調(diào)制器32由多個(gè)子調(diào)制器構(gòu)成時(shí)，第三處理器34可以根據(jù)需要顯示的虛擬光場(chǎng)I_VR，執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算，以確定顯示器31的各顯示像素以及各子調(diào)制器的各調(diào)節(jié)像素處的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)量，然后輸出控制信號(hào)，以控制光在各子調(diào)制器的各調(diào)節(jié)像素處的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)。

這里，優(yōu)化計(jì)算可以通過(guò)求解如下公式以確定t₀、t_j：min||I_VR-Φ₀t₀οΦ₁t₁ο…οΦ_Mt_M||₂，其中，I_VR是要顯示的虛擬光場(chǎng)的光強(qiáng)，是包含所述顯示器的光束投射信息的稀疏矩陣，t₀∈R^l×1是包含所述顯示器的各顯示像素的光強(qiáng)信息的實(shí)數(shù)向量，Φ_j∈R^k×l，j＝1,…,M是包含相應(yīng)子調(diào)制器j的光束投射信息的稀疏矩陣，M為所述第二空間光調(diào)制器中子調(diào)制器的總數(shù)，t_j∈R^l×1是包含相應(yīng)子調(diào)制器j的各調(diào)節(jié)像素對(duì)偏振態(tài)調(diào)制的信息的實(shí)數(shù)向量，這里，k表示入射光線個(gè)數(shù)，l表示子調(diào)制器的調(diào)節(jié)像素個(gè)數(shù)，l₀表示所述顯示器的顯示像素個(gè)數(shù)。

其中，圖8示出了虛擬光場(chǎng)顯示裝置30包括一個(gè)第三處理器34時(shí)的示意圖，應(yīng)該知道，還可以包括多個(gè)第三處理器34，多個(gè)第二處理器34可以協(xié)同工作以執(zhí)行上述計(jì)算步驟。另外，第二處理器34與上文述及的第一處理器4可以屬于同一處理器，該處理可以同時(shí)執(zhí)行上述相關(guān)操作。

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的虛擬光場(chǎng)顯示裝置30的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖。

參見(jiàn)圖9，本發(fā)明實(shí)施例的虛擬光場(chǎng)顯示裝置30包括顯示裝置35和第二光學(xué)系統(tǒng)36。

顯示裝置35包括多個(gè)顯示像素，每個(gè)顯示像素的光強(qiáng)能夠被獨(dú)立調(diào)節(jié)，從而在顯示裝置上顯示第一圖像。

其中，顯示裝置35可以是手機(jī)屏、電腦屏、電視屏等各種顯示設(shè)備，通過(guò)改變顯示裝置上的多個(gè)顯示像素的光強(qiáng)度，可以對(duì)顯示裝置上所顯示的第一圖像進(jìn)行調(diào)節(jié)。

顯示裝置35發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第二光學(xué)系統(tǒng)36出射，以進(jìn)入人眼，第二光學(xué)系統(tǒng)36包括第四空間光調(diào)制器36-1，該第四空間光調(diào)制器36-1包括多個(gè)調(diào)節(jié)像素，每個(gè)調(diào)節(jié)像素的透射率或反射率能夠被調(diào)節(jié)，從而在第四空間光調(diào)制器36-1上形成第一預(yù)定透射率分布或反射率分布。其中，優(yōu)選地，第四空間光調(diào)制器36-1處于第二光學(xué)系統(tǒng)36的孔徑光闌處。

第一圖像和第一預(yù)定透射率分布或反射率分布被設(shè)定為從第二光學(xué)系統(tǒng)36出射的出射光的延長(zhǎng)線或反向延長(zhǎng)線相交于一個(gè)或多個(gè)像點(diǎn)，一個(gè)或多個(gè)像點(diǎn)構(gòu)成預(yù)期三維虛擬圖像。

具體來(lái)說(shuō)，空間光調(diào)制器36-1可以通過(guò)改變其上各個(gè)位置的透射率或反射率對(duì)入射到其上的光線的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制，使得從光學(xué)系統(tǒng)出射的光的延長(zhǎng)線或反向延長(zhǎng)線交于空間中多個(gè)像點(diǎn)，像點(diǎn)足夠多時(shí)就可以構(gòu)成三維虛擬圖像。

例如，需要在空間某一位置顯示一幅立體圖像時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)顯示裝置35上的顯示圖像和第四空間光調(diào)制器36-1的透射率分布或反射率分布，使得從第二光學(xué)系統(tǒng)36出射的光可以在空間中形成多個(gè)會(huì)聚點(diǎn)，并且這些會(huì)聚點(diǎn)的位置與需要顯示的位置處的立體圖像相對(duì)應(yīng)，這樣，在會(huì)聚點(diǎn)足夠多時(shí)，就可以形成虛擬的三維圖像。

因此，第四空間光調(diào)制器36-1可以采用各種透射式液晶屏或反射式液晶屏，只要其上各個(gè)位置的透射率或反射率能夠被調(diào)節(jié)即可。例如，可以采用LCoS(Liquid crystal on silicon，即液晶附硅，也叫硅基液晶，是一種基于反射模式，尺寸非常小的矩陣液晶顯示裝置)，還可以采用DMD(Digital Micro mirror Device，數(shù)字微鏡元件，由美國(guó)德州一儀器公司開(kāi)發(fā)的一種極小的反射鏡)。

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的虛擬光場(chǎng)顯示裝置30的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖。

參見(jiàn)圖10，本發(fā)明實(shí)施例的虛擬光場(chǎng)顯示裝置30包括顯示裝置35、光源系統(tǒng)37、顯示控制裝置38以及光源控制裝置39。

其中，關(guān)于顯示裝置35的描述可參見(jiàn)上文結(jié)合圖10中的相關(guān)描述，這里不再贅述。

光源系統(tǒng)37用于向顯示裝置35投射有序光，其中，有序光在空間中各個(gè)位置的方向是確定的，使得顯示裝置35的每一個(gè)顯示像素的出射光的方向是確定的，光源系統(tǒng)具有多種工作模式，在不同的工作模式下，向顯示裝置35投射不同的有序光。

其中，有序光可以是平行光、會(huì)聚光、發(fā)散光，或這些形式的光的組合，也可以由多種特定形式的光經(jīng)過(guò)特定的介質(zhì)產(chǎn)生的其它形式的光。例如，有序光可以是通過(guò)激光照射全息圖產(chǎn)生的光，也可以是通過(guò)擴(kuò)束后的激光照射在一層或者多層的粗糙表面上形成的激光散斑，還可以由散射光經(jīng)過(guò)兩層液晶板的空間調(diào)制以后形成等等。另外，有序光還可以通過(guò)其它方式產(chǎn)生，此處不再贅述。

有序光形成的有序光場(chǎng)在顯示裝置35處具有預(yù)先設(shè)定的光強(qiáng)分布I(i,x,y,r)，其中，i為工作模式序號(hào)，x、y為像素在顯示裝置1上的坐標(biāo)，r為代表方向的單位矢量。

有序光場(chǎng)是有序光形成的光場(chǎng)，可以用來(lái)描述有序光在空間各個(gè)位置的光強(qiáng)分布(此處的光強(qiáng)分布包括光的強(qiáng)度和方向)，本發(fā)明中的有序光場(chǎng)主要用來(lái)描述有序光在顯示裝置35處的光強(qiáng)分布。因此，多種工作模式下的光強(qiáng)分布可以用I(i,x,y,r)表示，其中，I為光強(qiáng)，i為工作模式序號(hào)，x、y為像素在顯示裝置上的坐標(biāo)，r為代表方向的單位矢量，I(i,x,y,r)就可以用來(lái)表示不同工作模式下的有序光投射到顯示裝置上的某處位置的光強(qiáng)大小和方向。

其中，有序光場(chǎng)也可以有多種產(chǎn)生方式，且多種工作模式下的有序光場(chǎng)之間可以具有一定的聯(lián)系。例如，多種工作模式下投射的有序光場(chǎng)可以相互正交，如可以是通過(guò)小波變換基、離散余弦變換(DCT)的基、或者傅立葉變換基等產(chǎn)生的多個(gè)序列的有序光場(chǎng)，或者多種工作模式下投射的有序光場(chǎng)的序列可以是滿足壓縮感知的有限等距約束的隨機(jī)序列。當(dāng)然，多種工作模式下的有序光場(chǎng)之間也可以是相互獨(dú)立的。

由于光源系統(tǒng)37用于產(chǎn)生多種工作模式的有序光，因此，光源系統(tǒng)37也可以是由多種類(lèi)型的光學(xué)元件或組件組成，以產(chǎn)生上述多種類(lèi)型的有序光。例如，光源系統(tǒng)37可以由激光參考光和全息圖組成，此時(shí)，使用激光參考光照射全息圖可以產(chǎn)生有序光。光源系統(tǒng)37也可以由激光發(fā)射器、擴(kuò)束器和帶有粗糙表面(如可以毛玻璃的表面，或者是凹凸印刷產(chǎn)生的不光滑表面，或者是全息印刷產(chǎn)生的不光滑表面)的介質(zhì)組成，此時(shí)，可以使用多層粗糙表面以產(chǎn)生多種工作模式下的有序光。具體地說(shuō)，擴(kuò)束后的激光照射在第一個(gè)粗糙表面后產(chǎn)生的激光散斑可以作為一個(gè)工作模式下的有序光，然后改工作模式下的有序光可以作為次級(jí)照明光照射到下一個(gè)粗糙表面，再次發(fā)生干涉，產(chǎn)生下一級(jí)的激光散斑作為下一個(gè)工作模式下的有序光，以此類(lèi)推，可以產(chǎn)生多種工作模式下的有序光。另外，光源系統(tǒng)37還可以由兩層或者多層透射式液晶板和一個(gè)散射光源組成，其中，散射光可以由點(diǎn)光源入射到均勻的背光板產(chǎn)生，散射光在多層液晶板的空間調(diào)制作用下，可以形成具有確定方向的有序光。當(dāng)然，光源系統(tǒng)37還可以是上述多種構(gòu)成方式的組合或者由其它光學(xué)系統(tǒng)組成。

另外，可以通過(guò)改變一個(gè)光源系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)以得到多種工作模式的有序光(或有序光場(chǎng))，也可以通過(guò)在多個(gè)不同光源系統(tǒng)之間進(jìn)行切換以得到多種工作模式的有序光(或有序光場(chǎng))。

舉例來(lái)說(shuō)，在光源系統(tǒng)由激光參考光和全息圖組成的情況下，通過(guò)對(duì)激光參考光的調(diào)制，使得激光參考光依次以不同的方向照射全息圖，可以產(chǎn)生多種序列的有序光場(chǎng)，即多種工作模式的有序光(或有序光場(chǎng))。

有序光投射到顯示裝置35后，可以使得顯示裝置35上的每一個(gè)像素的出射光的方向也是確定的。其中，顯示裝置35上的每個(gè)像素的出射光的方向與投射到其上的有序光的方向有關(guān)。例如有序光是平行光時(shí)，顯示裝置的每個(gè)像素的出射光具有一個(gè)出射方向，且多個(gè)像素的出射光的出射方向相互平行。

另外，應(yīng)該知道，基于不同的有序光，顯示裝置35的每個(gè)像素可以具有唯一一個(gè)方向的出射光，也可以具有兩個(gè)、三個(gè)、甚至更多個(gè)不同方向的出射光。

顯示控制裝置38用于控制顯示裝置35上的多個(gè)像素的透射率或反射率，使得光源系統(tǒng)37處于每一個(gè)工作模式下，在顯示裝置35上形成對(duì)應(yīng)于該工作模式的透射率分布或反射率分布。

根據(jù)上文中關(guān)于顯示裝置35的介紹可知，顯示裝置1采用不同的裝置(透射式或反射式)時(shí)，顯示控制裝置38可以有不同的控制方式。

例如，顯示裝置35采用液晶顯示屏?xí)r，顯示控制裝置38可以通過(guò)改變液晶顯示屏兩端的電壓的方式來(lái)調(diào)節(jié)顯示裝置35上的多個(gè)像素的透射率。應(yīng)該知道，調(diào)節(jié)顯示裝置上的多個(gè)像素的透射率或反射率是已經(jīng)成熟的現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。

光源控制裝置39用于控制光源系統(tǒng)37在多種工作模式之間切換，其中，顯示裝置35在多種工作模式下透射或反射的所有光的疊加可以形成需要向用戶呈現(xiàn)的預(yù)期三維虛擬圖像。

具體地說(shuō)，光源控制裝置39在控制光源系統(tǒng)37在多種工作模式之間切換的時(shí)候，如果切換時(shí)間足夠短(小于人眼視覺(jué)暫留時(shí)間)，基于視覺(jué)暫留原理，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，多種工作模式下入射到顯示裝置35上并出射出去的光(透射光或反射光)可以看成是同時(shí)存在的。

因此，當(dāng)多種工作模式下分別從顯示裝置1出射的光的反向延長(zhǎng)線交于需要向用戶呈現(xiàn)的空間中預(yù)期三維虛擬圖像上的像點(diǎn)(位于預(yù)期的三維空間位置)時(shí)，人眼就會(huì)感覺(jué)看到了位于該預(yù)期的三維空間位置處的像點(diǎn)。如果像點(diǎn)足夠多，就可以構(gòu)成與預(yù)期三維虛擬圖像相似的圖像。

其中，從顯示裝置35出射的光的反向延長(zhǎng)線交于多個(gè)像點(diǎn)以形成三維虛擬圖像時(shí)，此時(shí)的多個(gè)像點(diǎn)時(shí)虛像點(diǎn)。當(dāng)從顯示裝置35出射的光的延長(zhǎng)線交于多個(gè)像點(diǎn)時(shí)，這多個(gè)像點(diǎn)是實(shí)像點(diǎn)，其是由顯示裝置35的出射光本身相交形成的。

綜上，本發(fā)明實(shí)施例的虛擬光場(chǎng)顯示裝置是基于人眼視覺(jué)暫留原理來(lái)呈現(xiàn)三維虛擬圖像的。因此，光源控制裝置39可以在預(yù)定周期內(nèi)控制光源系統(tǒng)37經(jīng)歷多種工作模式，其中，預(yù)定周期可以?xún)?yōu)選地設(shè)置在1/1200s至1/120s之間，這樣，在顯示裝置35上可以在極短的時(shí)間內(nèi)顯示多種工作模式的有序光，使得對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，多種工作模式下從顯示裝置出射的光可以看成是同時(shí)發(fā)出的，在多種工作模式下的有序光入射到顯示器上并出射出去的光線會(huì)聚成預(yù)期三維虛擬圖像上的多個(gè)像點(diǎn)時(shí)，就可以構(gòu)成與預(yù)期三維虛擬圖像相似的圖像。

圖11示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的虛擬光場(chǎng)顯示裝置30的結(jié)構(gòu)的示意性方框圖。

參見(jiàn)圖11，本發(fā)明實(shí)施例的虛擬光場(chǎng)顯示裝置30包括顯示裝置35和光源系統(tǒng)37。

顯示裝置35可以由多個(gè)子顯示裝置構(gòu)成，每個(gè)子顯示裝置可以用來(lái)展現(xiàn)同一個(gè)物體的不同視角的圖像，這樣，人眼接收到多個(gè)子顯示裝置的畫(huà)面后，就可以產(chǎn)生帶有立體感的圖像。

其中，關(guān)于子顯示裝置的描述可參見(jiàn)上文結(jié)合圖10中對(duì)顯示裝置的相關(guān)描述，這里不再贅述。

光源系統(tǒng)37用于將光投射到顯示裝置35上，光源系統(tǒng)37被設(shè)計(jì)為使得顯示裝置35的多個(gè)顯示像素的出射光指向空間中預(yù)定的會(huì)聚點(diǎn)。

具體地說(shuō)，光源系統(tǒng)37可以為顯示裝置35提供照明光(對(duì)于透射式顯示裝置，也可稱(chēng)為背光)。照明光在顯示裝置35的多個(gè)顯示像素的透射率或反射率的調(diào)節(jié)作用下，就可以在顯示裝置上35顯示圖像。其中，光源系統(tǒng)37提供的照明光帶有一定的方向性，該方向性使得照明光入射到顯示裝置后出射(此處的出射可以是反射，也可以是透射)出去的出射光可以會(huì)聚于空間中預(yù)定的會(huì)聚點(diǎn)。

其中，會(huì)聚點(diǎn)的位置可以根據(jù)用戶的人眼的節(jié)點(diǎn)的位置預(yù)先設(shè)定。這樣，顯示裝置上顯示的圖像可以直接入射到人眼的節(jié)點(diǎn)，然后無(wú)偏折地入射到視網(wǎng)膜上，由此，用戶就可以不用進(jìn)行人眼調(diào)節(jié)，只需睜開(kāi)眼睛即可看清楚顯示裝置顯示的圖像。

由上文所提及的光源系統(tǒng)的作用可知，光源系統(tǒng)可以由提供照明光的光源和調(diào)節(jié)照明光光線方向的光學(xué)系統(tǒng)組成，其中光源可以是點(diǎn)光源、面光源、平行光源等等，其發(fā)出的光可以是散射光，也可以平行光，光學(xué)系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)光源發(fā)出的照明光的方向，以使得照明光入射到顯示裝置出射后可以會(huì)聚于空間一點(diǎn)。

因此，當(dāng)光源是點(diǎn)光源時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)可以由對(duì)光線具有會(huì)聚作用的光學(xué)元件或光學(xué)組件組成。例如，光學(xué)系統(tǒng)可以是凸透鏡、菲涅爾透鏡、全息圖、橢球凹面鏡、橢球凹面鏡組等光學(xué)元件或光學(xué)組件。

光學(xué)系統(tǒng)采用由激光制成的全息圖時(shí)，點(diǎn)光源可以是以一定角度向全息圖發(fā)射的激光參考光。當(dāng)光源是平行光源時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)還可以是凹透鏡，此時(shí)，點(diǎn)光源可以位于凹透鏡的焦點(diǎn)處。

另外，應(yīng)該知道，根據(jù)光源的發(fā)光特性，光學(xué)系統(tǒng)還可以是其它由多種光學(xué)元件組成的光學(xué)組件。只要這些光學(xué)元件或光學(xué)組件組成的光學(xué)系統(tǒng)可以將光源發(fā)出的光線調(diào)制成可以會(huì)聚于空間中預(yù)定位置的光線即可。

如圖11所示，虛擬光場(chǎng)顯示裝置30還可以可選地包括人眼節(jié)點(diǎn)測(cè)量裝置41和光源系統(tǒng)調(diào)節(jié)裝置42。

人眼節(jié)點(diǎn)測(cè)量裝置41用于實(shí)時(shí)測(cè)量人眼節(jié)點(diǎn)的位置，光源系統(tǒng)調(diào)節(jié)裝置42用于對(duì)光源系統(tǒng)37進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使得出射光的會(huì)聚點(diǎn)隨人眼節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)而移動(dòng)，以保證出射光的會(huì)聚點(diǎn)始終與人眼節(jié)點(diǎn)重合。

至此，結(jié)合圖8-圖11詳細(xì)敘述了本發(fā)明的虛擬光場(chǎng)顯示裝置30的幾種結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，本發(fā)明所述及的虛擬光場(chǎng)顯示裝置30可以通過(guò)一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)與光場(chǎng)編輯裝置10串聯(lián)起來(lái)，使得從該光學(xué)系統(tǒng)出射的光在眼睛處形成的圖像與光場(chǎng)編輯裝置10發(fā)出的光和虛擬光場(chǎng)顯示裝置30發(fā)出的光的疊加相關(guān)聯(lián)。這里述及的光學(xué)系統(tǒng)可以是半反半透鏡、光波導(dǎo)等對(duì)光具有折射或反射作用的光學(xué)元件或光學(xué)組件。

另外，本發(fā)明述及的虛擬光場(chǎng)顯示裝置30也可以與光場(chǎng)編輯裝置10耦合。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于圖8所示的虛擬光場(chǎng)顯示裝置30，第二空間光調(diào)制器32可以與圖2所示的第一空間光調(diào)制器2為同一空間光調(diào)制器，第二檢偏器33可以與圖2所示的第一檢偏器3為同一檢偏器。

進(jìn)一步地，在第一空間光調(diào)制器2包括兩個(gè)或更多個(gè)子調(diào)制器時(shí)，第二空間光調(diào)制器32可以包括位于第一檢偏器之后的一個(gè)或多個(gè)子調(diào)制器。

在顯示器和所述一個(gè)或多個(gè)子調(diào)制器之間還可以設(shè)有對(duì)光具有折射或反射作用的第五光學(xué)元件，顯示器發(fā)出的光經(jīng)過(guò)所述第五光學(xué)元件的折射或反射進(jìn)入所述一個(gè)或多個(gè)所述子調(diào)制器。這里，第五光學(xué)元件可以是半反半透鏡或光波導(dǎo)，并且第五光學(xué)元件的數(shù)量可以是多個(gè)。

圖12示出了光場(chǎng)采集裝置20、虛擬光場(chǎng)顯示裝置30和光場(chǎng)編輯裝置10相耦合時(shí)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

參見(jiàn)圖12，第一起偏器1、第一子調(diào)制器2-1、半反半透鏡5、第二子調(diào)制器2-2以及第一檢偏器3構(gòu)成了光場(chǎng)編輯裝置10，第二偏振片31-1、第三空間光調(diào)制器31-2以及第三偏振片31-3構(gòu)成了一個(gè)顯示器，顯示器、半反半透鏡5、第二子調(diào)制器2-2以及第一檢偏器3構(gòu)成了虛擬光場(chǎng)顯示裝置30，第一起偏器1、第一子調(diào)制器2-1、半反半透鏡5、第一偏振片25、凸透鏡26以及圖像傳感器23構(gòu)成了光場(chǎng)采集裝置20。

由此，可以通過(guò)半反半透鏡5將光場(chǎng)采集裝置20、虛擬光場(chǎng)顯示裝置30和光場(chǎng)編輯裝置10耦合起來(lái)，使得系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)較為緊湊。其中，半反半透鏡5可以是平面鏡、球面鏡或自由曲面鏡，并且半反半透鏡5還可以用光波導(dǎo)代替，進(jìn)一步地，半反半透鏡或光波導(dǎo)的數(shù)量可以不止一個(gè)。

另外，作為優(yōu)選，圖12所采用的半反半透鏡5不改變光的偏振特性，第三偏振片31-3的偏振光的偏振方向與第一偏振片25的偏振方向相垂直，從而可以避免顯示器發(fā)出的圖像對(duì)光場(chǎng)采集部分的干擾。進(jìn)一步地，對(duì)于圖12所示的裝置來(lái)說(shuō)，還可以在光路中增加透鏡或反射鏡來(lái)改變裝置的布置形式。

上文中已經(jīng)參考附圖詳細(xì)描述了根據(jù)本發(fā)明的光場(chǎng)編輯裝置、光場(chǎng)編輯系統(tǒng)以及光場(chǎng)顯示系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還公開(kāi)了一種光場(chǎng)編輯方法和光場(chǎng)顯示方法。其中，本發(fā)明的光場(chǎng)編輯方法和光場(chǎng)顯示方法與上文述及的光場(chǎng)編輯裝置、光場(chǎng)編輯系統(tǒng)以及光場(chǎng)顯示系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，下面就本發(fā)明的光場(chǎng)編輯方法和光場(chǎng)顯示方法的過(guò)程做簡(jiǎn)要說(shuō)明，對(duì)于其中涉及的細(xì)節(jié)部分可參見(jiàn)上文裝置部分的描述，此處不再贅述。

圖13示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光場(chǎng)編輯方法的示意性流程圖。

參見(jiàn)圖13，在步驟S110，從物體入射的光經(jīng)過(guò)第一起偏器轉(zhuǎn)換為第一偏振方向的偏振光。

在步驟S120，使用第一空間光調(diào)制器對(duì)第一偏振方向的偏振光進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制。

在步驟S130，通過(guò)第一空間光調(diào)制器被調(diào)制的光經(jīng)過(guò)第一檢偏器后出射，該第一檢偏器具有第二偏振方向，其中，在第一空間光調(diào)制器的偏振態(tài)調(diào)制作用下，從第一檢偏器出射的光的光場(chǎng)與期望顯示光場(chǎng)接近。

其中，第一起偏器、第一空間光調(diào)制器和第一檢偏器的結(jié)構(gòu)以及第一空間光調(diào)制器對(duì)偏振光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制的過(guò)程可參見(jiàn)圖2及相關(guān)描述。

進(jìn)一步地，在第一空間光調(diào)制器包括多個(gè)子調(diào)制器時(shí)，還可以括根據(jù)期望顯示光場(chǎng)執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算，以確定各子調(diào)制器的各調(diào)節(jié)像素處的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)量，其中，具體的計(jì)算過(guò)程已在上文了詳細(xì)說(shuō)明，這里不再贅述。

另外，本發(fā)明的光場(chǎng)編輯方法還可以包括采集和計(jì)算從物體入射的實(shí)景光場(chǎng)的步驟。

圖14示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的采集和計(jì)算從物體入射的實(shí)景光場(chǎng)的方法的流程圖。

參見(jiàn)圖14，在步驟S210，從物體入射的光經(jīng)過(guò)第二起偏器成為第三偏振方向的偏振光。

在步驟S220，通過(guò)第二起偏器的第三偏振方向的偏振光經(jīng)過(guò)編碼光闌進(jìn)行光學(xué)調(diào)制后出射。

在步驟S230，使用圖像傳感器檢測(cè)通過(guò)編碼光闌入射的光，以計(jì)算從物體入射的實(shí)景光場(chǎng)。

其中，關(guān)于第二起偏器、編碼光闌和圖像傳感器的結(jié)構(gòu)以及計(jì)算外界實(shí)景光場(chǎng)的過(guò)程可參見(jiàn)圖5及相關(guān)描述，這里不再贅述。

與前文述及的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，本發(fā)明還提供了一種光場(chǎng)顯示方法。其中，光場(chǎng)顯示方法主要包括光場(chǎng)編輯方法和虛擬光場(chǎng)顯示方法。光場(chǎng)編輯方法的具體流程可參見(jiàn)上文圖13、圖14的描述，這里不再贅述。下面主要就虛擬光場(chǎng)顯示方法的過(guò)程做以說(shuō)明。

圖15示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的虛擬光場(chǎng)顯示方法的示意性流程圖。

參見(jiàn)圖15，在步驟S310，使用虛擬圖像顯示裝置形成預(yù)期三維虛擬圖像。

在步驟S320，第一檢偏器出射的光和虛擬圖像顯示裝置出射的光共同入射到眼睛。

其中，虛擬圖像顯示裝置的具體結(jié)構(gòu)及形成預(yù)期三維虛擬圖像的過(guò)程已在上文做了詳細(xì)說(shuō)明，可參見(jiàn)上文結(jié)合圖8至圖11的描述，這里不再贅述。

根據(jù)本發(fā)明，公開(kāi)了以下各項(xiàng)技術(shù)方案：

1.一種光場(chǎng)編輯裝置，包括：第一起偏器，從物體入射的光經(jīng)過(guò)所述第一起偏器成為第一偏振方向的偏振光；第一空間光調(diào)制器，所述第一空間光調(diào)制器光學(xué)地放置在所述第一起偏器之前，通過(guò)所述第一起偏器的所述第一偏振方向的偏振光經(jīng)過(guò)所述第一空間光調(diào)制器進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射；以及第一檢偏器，所述第一檢偏器光學(xué)地放置在所述第一空間光調(diào)制器之前，通過(guò)所述第一空間光調(diào)制器被調(diào)制的光經(jīng)過(guò)所述第一檢偏器后出射，所述第一檢偏器具有第二偏振方向，其中，在所述第一空間光調(diào)制器的偏振態(tài)調(diào)制作用下，從所述第一檢偏器出射的光的光場(chǎng)與期望顯示光場(chǎng)接近。

2.根據(jù)本發(fā)明上述第1項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯裝置，其中，所述第一空間光調(diào)制器包括兩個(gè)或更多個(gè)子調(diào)制器，所述兩個(gè)或更多個(gè)子調(diào)制器被逐層放置且相互間隔開(kāi)特定距離，通過(guò)所述第一起偏器的偏振光依次經(jīng)過(guò)所述兩個(gè)或更多個(gè)子調(diào)制器，并且其中，各所述子調(diào)制器依次對(duì)入射到其上的光進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制，使得從所述第一檢偏器出射的光的光場(chǎng)與期望顯示光場(chǎng)接近。

3.根據(jù)本發(fā)明上述第2項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯裝置，其中，每個(gè)所述子調(diào)制器包括多個(gè)調(diào)節(jié)像素，每個(gè)所述調(diào)節(jié)像素對(duì)入射到其上的光的偏振態(tài)的偏轉(zhuǎn)量能夠被獨(dú)立調(diào)節(jié)。

4.根據(jù)本發(fā)明上述第3項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯裝置，還包括一個(gè)或多個(gè)第一處理器，所述一個(gè)或多個(gè)第一處理器被配置為：根據(jù)所述期望顯示光場(chǎng)，執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算，以確定各所述子調(diào)制器的各所述調(diào)節(jié)像素處的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)量；以及輸出控制信號(hào)，以控制光在各所述子調(diào)制器的各所述調(diào)節(jié)像素處的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)。

5.根據(jù)本發(fā)明上述第4項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯裝置，其中，所述優(yōu)化計(jì)算包括求解如下公式以確定

其中，I_AR是期望顯示圖像的光強(qiáng)，Φ_j∈R^k×l是包含相應(yīng)子調(diào)制器j的光束投射信息的稀疏矩陣，j＝1,…,N，N為子調(diào)制器的總數(shù)，包含相應(yīng)子調(diào)制器j的各調(diào)節(jié)像素對(duì)偏振態(tài)調(diào)制的信息，這里，k表示入射光線個(gè)數(shù)，l表示子調(diào)制器的調(diào)節(jié)像素個(gè)數(shù)。

6.根據(jù)本發(fā)明上述第2項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯裝置，其中，所述第一空間光調(diào)制器包括第一子調(diào)制器和第二子調(diào)制器，所述光場(chǎng)編輯裝置還包括光學(xué)地放置于所述第一子調(diào)制器與所述第二子調(diào)制器之間的第一光學(xué)元件，所述第一光學(xué)元件對(duì)光具有折射或反射作用但不改變光偏振特性，其中，所述第一子調(diào)制器光學(xué)地放置在所述第一起偏器之前，通過(guò)所述第一起偏器的所述第一偏振方向的偏振光經(jīng)過(guò)所述第一子調(diào)制器進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射；所述第一光學(xué)元件對(duì)從所述第一子調(diào)制器入射的光進(jìn)行折射或反射，以使其進(jìn)入所述第二子調(diào)制器；以及所述第二子調(diào)制器與所述第一子調(diào)制器被放置為隔開(kāi)一定距離，通過(guò)所述第一光學(xué)元件入射的光經(jīng)過(guò)所述第二子調(diào)制器進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射。

7.根據(jù)本發(fā)明上述第6項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯裝置，其中，所述第一光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)半反半透鏡；或者所述第一光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)光波導(dǎo)。

8.根據(jù)本發(fā)明上述第7項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯裝置，其中，在所述第一光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)半反半透鏡時(shí)，所述半反半透鏡為平面鏡、球面鏡或自由曲面鏡。

9.根據(jù)本發(fā)明上述第1項(xiàng)技術(shù)方案至第8項(xiàng)技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的光場(chǎng)編輯裝置，其中，所述第一空間光調(diào)制器是液晶屏。

10.根據(jù)本發(fā)明上述第2項(xiàng)技術(shù)方案至第5項(xiàng)技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的光場(chǎng)編輯裝置，其中，所述兩個(gè)或更多個(gè)子調(diào)制器之間的間隔空間由具有高折射率的透明材料構(gòu)成，其中所述透明材料包括高分子材料板、玻璃板或液體。

11.一種光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，包括：本發(fā)明上述第1項(xiàng)技術(shù)方案至第10項(xiàng)技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的光場(chǎng)編輯裝置；和光場(chǎng)采集裝置，用于采集和計(jì)算從所述物體入射的實(shí)景光場(chǎng)。

12.根據(jù)本發(fā)明上述第11項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，其中，所述光場(chǎng)采集裝置包括：第二起偏器，從物體入射的光經(jīng)過(guò)所述第二起偏器成為第三偏振方向的偏振光；編碼光闌，光學(xué)地放置在所述第二起偏器之前，通過(guò)所述第二起偏器的所述第三偏振方向的偏振光經(jīng)過(guò)所述編碼光闌進(jìn)行光學(xué)調(diào)制后出射；以及圖像傳感器，該圖像傳感器被配置為檢測(cè)通過(guò)所述編碼光闌入射的光。

13.根據(jù)本發(fā)明上述第12項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，其中，

所述第二起偏器為所述第一起偏器，所述編碼光闌包括所述第一空間光調(diào)制器和第一偏振片，所述第一偏振片光學(xué)地放置在所述第一空間光調(diào)制器之前，通過(guò)所述第一空間光調(diào)制器被調(diào)制的光經(jīng)過(guò)所述第一偏振片入射到所述圖像傳感器，所述第一偏振片具有第三偏振方向。

14.根據(jù)本發(fā)明上述第13項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，其中，在所述第一空間光調(diào)制器包括兩個(gè)或更多個(gè)子調(diào)制器的情況下，所述編碼光闌包括：一個(gè)或多個(gè)所述子調(diào)制器，通過(guò)所述第一起偏器的偏振光依次經(jīng)過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)所述子調(diào)制器進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射；和所述第一偏振片，所述第一偏振片光學(xué)地放置在所述一個(gè)或多個(gè)所述子調(diào)制器之前，通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)所述子調(diào)制器被調(diào)制的光經(jīng)過(guò)所述第一偏振片入射到所述圖像傳感器。

15.根據(jù)本發(fā)明上述第14項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，其中，所述光場(chǎng)采集裝置還包括：第三光學(xué)元件，該第三光學(xué)元件光學(xué)地放置于所述第一偏振片與所述圖像傳感器之間，該第三光學(xué)元件對(duì)光具有折射或反射作用。

16.根據(jù)本發(fā)明上述第15項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，其中，所述第三光學(xué)元件是會(huì)聚透鏡或發(fā)散透鏡。

17.根據(jù)本發(fā)明上述第14項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，其中，所述光場(chǎng)采集裝置還包括：第四光學(xué)元件，該第四光學(xué)元件光學(xué)地放置于所述一個(gè)或多個(gè)所述子調(diào)制器與所述第一偏振片之間，所述第四光學(xué)元件對(duì)光具有折射或反射作用但不改變光偏振特性，其中，通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)子調(diào)制器被調(diào)制的光經(jīng)過(guò)所述第四光學(xué)元件的折射或反射進(jìn)入所述第一偏振片。

18.根據(jù)本發(fā)明上述第17項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，其中，所述第四光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)半反半透鏡；或者所述第四光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)一個(gè)或多個(gè)光波導(dǎo)。

19.根據(jù)本發(fā)明上述第18項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，其中，在所述第四光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)半反半透鏡時(shí)，所述半反半透鏡為平面鏡、球面鏡或自由曲面鏡。

20.根據(jù)本發(fā)明上述第17項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，其中，所述第四光學(xué)元件為所述光場(chǎng)編輯裝置中的所述第一光學(xué)元件。

21.根據(jù)本發(fā)明上述第12項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，其中，所述光場(chǎng)采集裝置還包括一個(gè)或多個(gè)第二處理器，所述一個(gè)或多個(gè)第二處理器被配置為：基于所述編碼光闌的設(shè)置以及在所述圖像傳感器處感測(cè)到的光場(chǎng)i_sensor，執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算以確定所述物體的實(shí)景光場(chǎng)I_real。

22.根據(jù)本發(fā)明上述第21項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)化計(jì)算包括求解系數(shù)矢量α∈R^d，該系數(shù)矢量滿足等式i_sensor＝ΦDα，實(shí)景光場(chǎng)I_real∈Rⁿ且I_real＝Dα,其中D∈R^n×d是壓縮感知字典矩陣或正交基，i_sensor∈R^m是所述圖像傳感器處感測(cè)到光場(chǎng)，并且Φ是包含關(guān)于編碼光闌的光束投射信息的稀疏矩陣，其中m為傳感器圖像上的測(cè)量點(diǎn)數(shù)，n為所述傳感器圖像上的未知點(diǎn)數(shù)，并且滿足m<<n。

23.根據(jù)本發(fā)明上述第22項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)化計(jì)算包括進(jìn)行拉格朗日運(yùn)算以求解如下公式：其中拉格朗日乘數(shù)λ是選擇用以指定稀疏和誤差之間的折中的參數(shù)或是數(shù)據(jù)擬合項(xiàng)。

24.根據(jù)本發(fā)明上述第23項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，其中，所述系數(shù)矢量α是稀疏的或壓縮的，并且矩陣D是小波變換基或傅立葉變換矩陣。

25.一種光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，包括：本發(fā)明上述第1項(xiàng)技術(shù)方案至第10項(xiàng)技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的光場(chǎng)編輯裝置或本發(fā)明上述第11項(xiàng)技術(shù)方案至第24項(xiàng)技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)；以及虛擬光場(chǎng)顯示裝置，用以顯示預(yù)期三維虛擬圖像，其中，所述光場(chǎng)編輯裝置出射的光以及所述虛擬光場(chǎng)顯示裝置出射的光共同入射到眼睛。

26.根據(jù)本發(fā)明上述第25項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，還包括：第一光學(xué)系統(tǒng)，所述第一光學(xué)系統(tǒng)對(duì)光具有折射或反射作用，所述光場(chǎng)編輯裝置發(fā)出的光以及所述虛擬光場(chǎng)顯示裝置發(fā)出的光分別經(jīng)過(guò)所述第一光學(xué)系統(tǒng)出射，所述第一光學(xué)系統(tǒng)、所述光場(chǎng)編輯裝置以及所述虛擬光場(chǎng)顯示裝置被放置為使得，從所述光學(xué)系統(tǒng)出射的光在眼睛處形成的圖像與所述光場(chǎng)編輯裝置發(fā)出的光和所述虛擬光場(chǎng)顯示裝置發(fā)出的光的疊加相關(guān)聯(lián)。

27.根據(jù)本發(fā)明上述第25項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，其中，所述第一空間光調(diào)制器包括兩個(gè)或更多個(gè)子調(diào)制器，所述虛擬光場(chǎng)顯示裝置包括：位于所述第一檢偏器之后的一個(gè)或多個(gè)所述子調(diào)制器，每個(gè)所述子調(diào)制器包括多個(gè)調(diào)節(jié)像素，每個(gè)所述調(diào)節(jié)像素對(duì)入射到其上的光的偏振態(tài)的偏轉(zhuǎn)量能夠被獨(dú)立調(diào)節(jié)；顯示器，所述顯示器發(fā)出的光依次經(jīng)過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)子調(diào)制器進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射，所述顯示器發(fā)出的光具有第四偏振方向；以及所述第一檢偏器。

28.根據(jù)本發(fā)明上述第27項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，其中，所述虛擬光場(chǎng)顯示裝置還包括：第五光學(xué)元件，該第五光學(xué)元件光學(xué)地放置于所述顯示器與所述一個(gè)或多個(gè)所述子調(diào)制器之間，所述第五光學(xué)元件對(duì)光具有折射或反射作用，其中，所述顯示器發(fā)出的光經(jīng)過(guò)所述第五光學(xué)元件的折射或反射進(jìn)入所述一個(gè)或多個(gè)所述子調(diào)制器。

29.根據(jù)本發(fā)明上述第28項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，其中，所述第五光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)半反半透鏡；或者所述第五光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)光波導(dǎo)。

30.根據(jù)本發(fā)明上述第29項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，其中，在所述第五光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)半反半透鏡時(shí)，所述半反半透鏡為平面鏡、球面鏡或自由曲面鏡。

31.根據(jù)本發(fā)明上述第28項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，其中，所述第五光學(xué)元件為所述光場(chǎng)編輯裝置中的所述第一光學(xué)元件。

32.根據(jù)本發(fā)明上述第27項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，其中，所述顯示器包括：第三偏振片，從光源入射的光經(jīng)過(guò)該第三偏振片成為第五偏振方向的偏振光；第三空間光調(diào)制器，所述第三空間光調(diào)制器光學(xué)地放置在所述第三偏振片之前，所述第三空間光調(diào)制器具有多個(gè)顯示像素，每個(gè)所述顯示像素對(duì)入射到其上的光的偏振態(tài)的偏轉(zhuǎn)量能夠被獨(dú)立調(diào)節(jié)，通過(guò)所述第三偏振片的所述第五偏振方向的偏振光經(jīng)過(guò)所述第三空間光調(diào)制器進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射；以及第四偏振片，所述第四偏振片光學(xué)地放置在所述第三空間光調(diào)制器之前，該第四偏振片具有第四偏振方向，在該光場(chǎng)顯示系統(tǒng)包括本發(fā)明上述第14項(xiàng)技術(shù)方案至第20項(xiàng)技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)時(shí)，所述第四偏振方向與所述光場(chǎng)采集裝置中的所述第一偏振片的所述第三偏振方向垂直。

33.根據(jù)本發(fā)明上述第32項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，其中，所述虛擬光場(chǎng)顯示裝置還包括一個(gè)或多個(gè)第三處理器，所述一個(gè)或多個(gè)第三處理器被配置為：根據(jù)要顯示的虛擬光場(chǎng)I_VR，執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算，以確定各所述顯示像素以及各所述子調(diào)制器的各所述調(diào)節(jié)像素處的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)量；以及輸出控制信號(hào)，以控制光在各所述子調(diào)制器的各所述調(diào)節(jié)像素處的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)。

34.根據(jù)本發(fā)明上述第33項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)化計(jì)算包括求解如下公式以確定t₀、t_j：

min||I_VR-Φ₀t₀οΦ₁t₁ο…οΦ_Mt_M||₂，其中，I_VR是要顯示的虛擬光場(chǎng)的光強(qiáng)，是包含所述顯示器的光束投射信息的稀疏矩陣，t₀∈R^l×1是包含所述顯示器的各顯示像素的光強(qiáng)信息的實(shí)數(shù)向量，Φ_j∈R^k×l，j＝1,…,M是包含相應(yīng)子調(diào)制器j的光束投射信息的稀疏矩陣，M為所述第二空間光調(diào)制器中子調(diào)制器的總數(shù)，t_j∈R^l×1是包含相應(yīng)子調(diào)制器j的各調(diào)節(jié)像素對(duì)偏振態(tài)調(diào)制的信息的實(shí)數(shù)向量，這里，k表示入射光線個(gè)數(shù)，l表示子調(diào)制器的調(diào)節(jié)像素個(gè)數(shù)，l₀表示所述顯示器的顯示像素個(gè)數(shù)。

35.根據(jù)本發(fā)明上述第25項(xiàng)技術(shù)方案或第26項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，其中，所述虛擬光場(chǎng)顯示裝置包括：顯示裝置，該顯示裝置包括多個(gè)顯示像素，每個(gè)所述顯示像素的光強(qiáng)能夠被獨(dú)立調(diào)節(jié)，從而在所述顯示裝置上顯示第一圖像；第二光學(xué)系統(tǒng)，所述顯示裝置發(fā)出的光經(jīng)過(guò)所述第二光學(xué)系統(tǒng)出射，以進(jìn)入人眼，所述第二光學(xué)系統(tǒng)包括第四空間光調(diào)制器，該第四空間光調(diào)制器包括多個(gè)調(diào)節(jié)像素，每個(gè)所述調(diào)節(jié)像素的透射率或反射率能夠被調(diào)節(jié)，從而在所述第四空間光調(diào)制器上形成第一預(yù)定透射率分布或反射率分布；以及所述第一圖像和所述第一預(yù)定透射率分布或反射率分布被設(shè)定為從所述光學(xué)系統(tǒng)出射的出射光的延長(zhǎng)線或反向延長(zhǎng)線相交于一個(gè)或多個(gè)像點(diǎn)，所述一個(gè)或多個(gè)像點(diǎn)構(gòu)成所述預(yù)期三維虛擬圖像。

36.根據(jù)本發(fā)明上述第35項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，其中，在所述第二光學(xué)系統(tǒng)中，所述第四空間光調(diào)制器處于所述第二光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌處。

37.根據(jù)本發(fā)明上述第25項(xiàng)技術(shù)方案或第26項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，其中，所述虛擬光場(chǎng)顯示裝置包括：顯示裝置，該顯示裝置包括多個(gè)顯示像素，每個(gè)所述顯示像素的透射率或反射率能夠被獨(dú)立調(diào)節(jié)，從而在所述顯示裝置上形成透射率分布或反射率分布；光源系統(tǒng)，用于向所述顯示裝置投射有序光，所述有序光在空間中各個(gè)位置的方向是確定的，使得所述顯示裝置的每一個(gè)所述顯示像素的出射光的方向是確定的，所述光源系統(tǒng)具有多種工作模式，在不同的工作模式下，向所述顯示裝置投射不同的有序光；顯示控制裝置，用于控制所述顯示裝置，在所述光源系統(tǒng)處于每一種工作模式的期間，在所述顯示裝置上形成對(duì)應(yīng)于該工作模式的透射率分布或反射率分布；以及光源控制裝置，用于控制所述光源系統(tǒng)在所述多種工作模式之間切換，其中，所述顯示裝置在所述多種工作模式下透射或反射的所有光的疊加向用戶呈現(xiàn)所述預(yù)期三維虛擬圖像。

38.根據(jù)本發(fā)明上述第37項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，其中，所述光源控制裝置在預(yù)定周期內(nèi)控制所述光源系統(tǒng)經(jīng)歷所述多種工作模式。

39.根據(jù)本發(fā)明上述第38項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯系統(tǒng)，其中，所述多種工作模式下投射的有序光場(chǎng)相互正交；或者所述多種工作模式下投射的有序光場(chǎng)的序列是滿足壓縮感知的有限等距約束的隨機(jī)序列。

40.根據(jù)本發(fā)明上述第25項(xiàng)技術(shù)方案或第26項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，其中，所述虛擬光場(chǎng)顯示裝置包括：顯示裝置，該顯示裝置包括多個(gè)顯示像素，每個(gè)所述顯示像素的透射率或反射率能夠被獨(dú)立調(diào)節(jié)；光源系統(tǒng)，用于將光投射到所述顯示裝置上，所述光源系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為使得所述顯示裝置的所述多個(gè)顯示像素的出射光指向空間中預(yù)定的會(huì)聚點(diǎn)。

41.根據(jù)本發(fā)明上述第40項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，其中，所述光源系統(tǒng)包括：點(diǎn)光源；和光學(xué)系統(tǒng)，用于將所述點(diǎn)光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)變?yōu)闀?huì)聚光。

42.根據(jù)本發(fā)明上述第40項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)，其中，所述會(huì)聚點(diǎn)與人眼節(jié)點(diǎn)重合，所述虛擬光場(chǎng)顯示裝置還包括：人眼節(jié)點(diǎn)測(cè)量裝置，用于實(shí)時(shí)測(cè)量人眼節(jié)點(diǎn)的位置；光源系統(tǒng)調(diào)節(jié)裝置，用于對(duì)所述光源系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使得所述出射光的會(huì)聚點(diǎn)隨所述人眼節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)而移動(dòng)。

43.一種光場(chǎng)編輯方法，包括：從物體入射的光經(jīng)過(guò)第一起偏器轉(zhuǎn)換為第一偏振方向的偏振光；使用第一空間光調(diào)制器對(duì)所述第一偏振方向的偏振光進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制；通過(guò)所述第一空間光調(diào)制器被調(diào)制的光經(jīng)過(guò)第一檢偏器后出射，該第一檢偏器具有第二偏振方向，其中，在所述第一空間光調(diào)制器的偏振態(tài)調(diào)制作用下，從所述第一檢偏器出射的光的光場(chǎng)與期望顯示光場(chǎng)接近。

44.根據(jù)本發(fā)明上述第43項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，所述第一空間光調(diào)制器包括兩個(gè)或更多個(gè)子調(diào)制器，所述兩個(gè)或更多個(gè)子調(diào)制器被逐層放置且相互間隔開(kāi)特定距離，通過(guò)所述第一起偏器的偏振光依次經(jīng)過(guò)所述兩個(gè)或更多個(gè)子調(diào)制器，并且其中，各所述子調(diào)制器依次對(duì)入射到其上的光進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制，使得從所述第一檢偏器出射的光的光場(chǎng)與期望顯示光場(chǎng)接近。

45.根據(jù)本發(fā)明上述第44項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，每個(gè)所述子調(diào)制器包括多個(gè)調(diào)節(jié)像素，每個(gè)所述調(diào)節(jié)像素對(duì)入射到其上的光的偏振態(tài)的偏轉(zhuǎn)量能夠被獨(dú)立調(diào)節(jié)。

46.根據(jù)本發(fā)明上述第45項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，還包括：根據(jù)所述期望顯示光場(chǎng)，執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算，以確定各所述子調(diào)制器的各所述調(diào)節(jié)像素處的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)量；以及根據(jù)所確定的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)量，輸出控制信號(hào)，以控制光在各所述子調(diào)制器的各所述調(diào)節(jié)像素處的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)。

47.根據(jù)本發(fā)明上述第46項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，所述執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算的步驟包括：求解如下公式以確定

其中，I_AR是期望顯示圖像的光強(qiáng)，Φ_j∈R^k×l是包含相應(yīng)子調(diào)制器j的光束投射信息的稀疏矩陣，j＝1,…,N，N為子調(diào)制器的總數(shù)，包含相應(yīng)子調(diào)制器j的各調(diào)節(jié)像素對(duì)偏振態(tài)調(diào)制的信息，這里，k表示入射光線個(gè)數(shù)，l表示子調(diào)制器的調(diào)節(jié)像素個(gè)數(shù)。

48.根據(jù)本發(fā)明上述第44項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，所述第一空間光調(diào)制器包括第一子調(diào)制器和第二子調(diào)制器，在所述第一子調(diào)制器與所述第二子調(diào)制器之間光學(xué)地放置第一光學(xué)元件，所述第一光學(xué)元件對(duì)光具有折射或反射作用但不改變光偏振特性，所述第一子調(diào)制器光學(xué)地放置在所述第一起偏器之前，所述第二子調(diào)制器與所述第一子調(diào)制器被放置為隔開(kāi)一定距離，該方法還包括：通過(guò)所述第一起偏器的所述第一偏振方向的偏振光經(jīng)過(guò)所述第一子調(diào)制器進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射；所述第一光學(xué)元件對(duì)從所述第一子調(diào)制器入射的光進(jìn)行折射或反射，以使其進(jìn)入所述第二子調(diào)制器；以及通過(guò)所述第一光學(xué)元件入射的光經(jīng)過(guò)所述第二子調(diào)制器進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射。

49.根據(jù)本發(fā)明上述第48項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，所述第一光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)半反半透鏡；或者所述第一光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)光波導(dǎo)。

50.根據(jù)本發(fā)明上述第49項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，在所述第一光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)半反半透鏡時(shí)，所述半反半透鏡為平面鏡、球面鏡或自由曲面鏡。

51.根據(jù)本發(fā)明上述第43項(xiàng)技術(shù)方案至第50項(xiàng)技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，所述第一空間光調(diào)制器是液晶屏。

52.根據(jù)本發(fā)明上述第44項(xiàng)技術(shù)方案至第47項(xiàng)技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，所述兩個(gè)或更多個(gè)子調(diào)制器之間的間隔空間由具有高折射率的透明材料構(gòu)成，其中所述透明材料包括高分子材料板、玻璃板或液體。

53.根據(jù)本發(fā)明上述第43項(xiàng)技術(shù)方案至第50項(xiàng)技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的光場(chǎng)編輯方法，還包括：采集和計(jì)算從所述物體入射的實(shí)景光場(chǎng)。

54.根據(jù)本發(fā)明上述第53項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，所述采集和計(jì)算從所述物體入射的實(shí)景光場(chǎng)的步驟包括：從物體入射的光經(jīng)過(guò)第二起偏器成為第三偏振方向的偏振光；通過(guò)所述第二起偏器的所述第三偏振方向的偏振光經(jīng)過(guò)編碼光闌進(jìn)行光學(xué)調(diào)制后出射；使用圖像傳感器檢測(cè)通過(guò)所述編碼光闌入射的光，以計(jì)算從物體入射的實(shí)景光場(chǎng)。

55.根據(jù)本發(fā)明上述第54項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，所述第二起偏器為所述第一起偏器，所述編碼光闌包括所述第一空間光調(diào)制器和第一偏振片，所述第一偏振片光學(xué)地放置在所述第一空間光調(diào)制器之前，通過(guò)所述第一空間光調(diào)制器被調(diào)制的光經(jīng)過(guò)所述第一偏振片入射到所述圖像傳感器，所述第一偏振片具有第三偏振方向。

56.根據(jù)本發(fā)明上述第55項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，在所述第一空間光調(diào)制器包括兩個(gè)或更多個(gè)子調(diào)制器的情況下，所述編碼光闌包括一個(gè)或多個(gè)子調(diào)制器和第一偏振片，所述一個(gè)或多個(gè)子調(diào)制器各自具有相應(yīng)的透射率分布或反射率分布，所述通過(guò)起偏器的第一偏振方向的偏振光經(jīng)過(guò)編碼光闌進(jìn)行光學(xué)調(diào)制后出射的步驟包括：通過(guò)所述第一起偏器的偏振光依次經(jīng)過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)子調(diào)制器進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射；通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)子調(diào)制器被調(diào)制的光經(jīng)過(guò)所述第一偏振片入射到所述圖像傳感器。

57.根據(jù)本發(fā)明上述第56項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，在所述第一偏振片與所述圖像傳感器之間光學(xué)地放置第三光學(xué)元件，該第三光學(xué)元件對(duì)光具有折射或反射作用。

58.根據(jù)本發(fā)明上述第57項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，所述第三光學(xué)元件是會(huì)聚透鏡或發(fā)散透鏡。

59.根據(jù)本發(fā)明上述第56項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，在所述一個(gè)或多個(gè)所述子調(diào)制器與所述第一偏振片之間光學(xué)地放置第四光學(xué)元件，所述第四光學(xué)元件對(duì)光具有折射或反射作用但不改變光偏振特性，通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)子調(diào)制器被調(diào)制的光經(jīng)過(guò)所述第四光學(xué)元件的折射或反射進(jìn)入所述第一偏振片。

60.根據(jù)本發(fā)明上述第59項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，所述第四光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)半反半透鏡；或者所述第四光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)一個(gè)或多個(gè)光波導(dǎo)。

61.根據(jù)本發(fā)明上述第60項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，在所述第四光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)半反半透鏡時(shí)，所述半反半透鏡為平面鏡、球面鏡或自由曲面鏡。

62.根據(jù)本發(fā)明上述第59項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，所述第四光學(xué)元件為所述第一光學(xué)元件。

63.根據(jù)本發(fā)明上述第54項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中所述計(jì)算從物體入射的實(shí)景光場(chǎng)的步驟包括：基于所述編碼光闌的設(shè)置以及在所述圖像傳感器處感測(cè)到的光場(chǎng)i_sensor，執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算以確定所述物體的實(shí)景光場(chǎng)I_real。

64.根據(jù)本發(fā)明上述第63項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，所述優(yōu)化計(jì)算包括求解系數(shù)矢量α∈R^d，該系數(shù)矢量滿足等式i_sensor＝ΦDα，實(shí)景光場(chǎng)I_real∈Rⁿ且I_real＝Dα,其中D∈R^n×d是壓縮感知字典矩陣或正交基，i_sensor∈R^m是所述圖像傳感器處感測(cè)到光場(chǎng)，并且Φ是包含關(guān)于編碼光闌的光束投射信息的稀疏矩陣，其中m為傳感器圖像上的測(cè)量點(diǎn)數(shù)，n為所述傳感器圖像上的未知點(diǎn)數(shù)，并且滿足m<<n。

65.根據(jù)本發(fā)明上述第64項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，所述優(yōu)化計(jì)算包括進(jìn)行拉格朗日運(yùn)算以求解如下公式：其中拉格朗日乘數(shù)λ是選擇用以指定稀疏和誤差之間的折中的參數(shù)或是數(shù)據(jù)擬合項(xiàng)。

66.根據(jù)本發(fā)明上述第65項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)編輯方法，其中，所述系數(shù)矢量α是稀疏的或壓縮的，并且矩陣D是小波變換基或傅立葉變換矩陣。

67.一種光場(chǎng)顯示方法，包括本發(fā)明上述第43項(xiàng)技術(shù)方案至第66項(xiàng)技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的光場(chǎng)編輯方法，該光場(chǎng)顯示方法還包括：使用虛擬圖像顯示裝置形成預(yù)期三維虛擬圖像；所述第一檢偏器出射的光和所述虛擬圖像顯示裝置發(fā)出的光共同入射到眼睛。

68.根據(jù)本發(fā)明上述第67項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，其中，所述第一檢偏器出射的光和虛擬圖像顯示裝置發(fā)出的光共同入射到眼睛的步驟包括：所述第一檢偏器出射的光以及所述虛擬光場(chǎng)顯示裝置發(fā)出的光分別經(jīng)過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)出射；第一光學(xué)系統(tǒng)、所述第一起偏器、所述第一空間光調(diào)制器、所述第一檢偏器以及所述虛擬光場(chǎng)顯示裝置被放置為使得，從所述光學(xué)系統(tǒng)出射的光在眼睛處形成的圖像與所述第一檢偏器發(fā)出的光和所述虛擬光場(chǎng)顯示裝置發(fā)出的光的疊加相關(guān)聯(lián)。

69.根據(jù)本發(fā)明上述第67項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，其中，所述第一空間光調(diào)制器包括兩個(gè)或更多個(gè)子調(diào)制器，所述虛擬光場(chǎng)顯示裝置包括：位于所述第一檢偏器之后的一個(gè)或多個(gè)所述子調(diào)制器，每個(gè)所述子調(diào)制器包括多個(gè)調(diào)節(jié)像素，每個(gè)所述調(diào)節(jié)像素對(duì)入射到其上的光的偏振態(tài)的偏轉(zhuǎn)量能夠被獨(dú)立調(diào)節(jié)；顯示器，所述顯示器發(fā)出的光依次經(jīng)過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)子調(diào)制器進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射，所述顯示器發(fā)出的光具有第四偏振方向；以及所述第一檢偏器。

70.根據(jù)本發(fā)明上述第69項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，其中，在所述顯示器與所述一個(gè)或多個(gè)所述子調(diào)制器之間光學(xué)地放置第五光學(xué)元件，所述第五光學(xué)元件對(duì)光具有折射或反射作用，所述顯示器發(fā)出的光經(jīng)過(guò)所述第五光學(xué)元件的折射或反射進(jìn)入所述一個(gè)或多個(gè)所述子調(diào)制器。

71.根據(jù)本發(fā)明上述第70項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，其中，所述第五光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)半反半透鏡；或者所述第五光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)光波導(dǎo)。

72.根據(jù)本發(fā)明上述第71項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，其中，在所述第五光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)半反半透鏡時(shí)，所述半反半透鏡為平面鏡、球面鏡或自由曲面鏡。

73.根據(jù)本發(fā)明上述第70項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，其中，所述第五光學(xué)元件為所述第一光學(xué)元件。

74.根據(jù)本發(fā)明上述第69項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，其中，所述顯示器包括：第三偏振片，從光源入射的光經(jīng)過(guò)該第三偏振片成為第五偏振方向的偏振光；第三空間光調(diào)制器，所述第三空間光調(diào)制器光學(xué)地放置在所述第三偏振片之前，所述第三空間光調(diào)制器具有多個(gè)顯示像素，每個(gè)所述顯示像素對(duì)入射到其上的光的偏振態(tài)的偏轉(zhuǎn)量能夠被獨(dú)立調(diào)節(jié)，通過(guò)所述第三偏振片的所述第五偏振方向的偏振光經(jīng)過(guò)所述第三空間光調(diào)制器進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制后出射；以及第四偏振片，所述第四偏振片光學(xué)地放置在所述第三空間光調(diào)制器之前，該第四偏振片具有第四偏振方向，并且在該光場(chǎng)顯示方法包括本發(fā)明上述第56項(xiàng)技術(shù)方案至第62項(xiàng)技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的光場(chǎng)編輯方法時(shí)，所述第四偏振方與所述第一偏振片的所述第三偏振方向垂直。

75.根據(jù)本發(fā)明上述第74項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，還包括：根據(jù)要顯示的虛擬光場(chǎng)I_VR，執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算，以確定各所述顯示像素以及各所述子調(diào)制器的各所述調(diào)節(jié)像素處的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)量；以及輸出控制信號(hào)，以控制光在各所述子調(diào)制器的各所述調(diào)節(jié)像素處的偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)。

76.根據(jù)本發(fā)明上述第75項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，其中，所述優(yōu)化計(jì)算包括求解如下公式以確定t_j：min||I_VR-Φ₀t₀οΦ₁t₁ο…οΦ_Mt_M||₂，其中，I_VR是要顯示的虛擬光場(chǎng)的光強(qiáng)，是包含所述顯示器的光束投射信息的稀疏矩陣，t₀∈R^l×1是包含所述顯示器的各顯示像素的光強(qiáng)信息的實(shí)數(shù)向量，Φ_j∈R^k×l，j＝1,…,M是包含相應(yīng)子調(diào)制器j的光束投射信息的稀疏矩陣，M為所述第二空間光調(diào)制器中子調(diào)制器的總數(shù)，t_j∈R^l×1是包含相應(yīng)子調(diào)制器j的各調(diào)節(jié)像素對(duì)偏振態(tài)調(diào)制的信息的實(shí)數(shù)向量，這里，k表示入射光線個(gè)數(shù)，l表示子調(diào)制器的調(diào)節(jié)像素個(gè)數(shù)，l₀表示所述顯示器的顯示像素個(gè)數(shù)。

77.根據(jù)本發(fā)明上述第67項(xiàng)技術(shù)方案或第68項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，其中，所述虛擬圖像顯示裝置包括顯示裝置、第二光學(xué)系統(tǒng)，所述使用虛擬圖像顯示裝置形成預(yù)期三維虛擬圖像的步驟包括：在所述顯示裝置上顯示第一圖像，該顯示裝置包括多個(gè)顯示像素，每個(gè)所述顯示像素的光強(qiáng)能夠被獨(dú)立調(diào)節(jié)；從所述顯示裝置發(fā)出的光經(jīng)過(guò)所述第二光學(xué)系統(tǒng)出射，以進(jìn)入人眼，所述第二光學(xué)系統(tǒng)包括第四空間光調(diào)制器，該第四空間光調(diào)制器包括多個(gè)調(diào)節(jié)像素，每個(gè)所述調(diào)節(jié)像素的透射率或反射率能夠被調(diào)節(jié)，從而在所述第四空間光調(diào)制器上形成第四預(yù)定透射率分布或反射率分布；所述第一圖像和所述第四預(yù)定透射率分布或反射率分布被設(shè)定為從所述光學(xué)系統(tǒng)出射的出射光的延長(zhǎng)線或反向延長(zhǎng)線相交于一個(gè)或多個(gè)像點(diǎn)，所述一個(gè)或多個(gè)像點(diǎn)構(gòu)成所述預(yù)期三維虛擬圖像。

78.根據(jù)本發(fā)明上述第77項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，其中，在所述第二光學(xué)系統(tǒng)中，所述第四空間光調(diào)制器處于所述第二光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌處。

79.根據(jù)本發(fā)明上述第67項(xiàng)技術(shù)方案或第68項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，其中，所述虛擬圖像顯示裝置包括光源系統(tǒng)和顯示裝置，所述使用虛擬圖像顯示裝置形成虛擬圖像的步驟包括：控制所述光源系統(tǒng)在所述多種工作模式之間切換，在不同的工作模式下，所述光源系統(tǒng)向所述顯示裝置投射不同的有序光，所述有序光在空間中各個(gè)位置的方向是確定的，使得所述顯示裝置的每一個(gè)所述顯示像素的出射光的方向是確定的；所述顯示裝置包括多個(gè)顯示像素，每個(gè)所述顯示像素的透射率或反射率能夠被獨(dú)立調(diào)節(jié)，從而在所述顯示裝置上形成透射率分布或反射率分布，在所述光源系統(tǒng)處于每一種工作模式期間，在所述顯示裝置上形成對(duì)應(yīng)于該工作模式的透射率分布或反射率分布，所述顯示裝置在所述多種工作模式下透射或反射的所有光的疊加向用戶呈現(xiàn)所述預(yù)期三維虛擬圖像。

80.根據(jù)本發(fā)明上述第79項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，其中，在預(yù)定周期內(nèi)控制所述光源系統(tǒng)經(jīng)歷所述多種工作模式。

81.根據(jù)本發(fā)明上述第80項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，其中，所述多種工作模式下投射的有序光場(chǎng)相互正交；或者所述多種工作模式下投射的有序光場(chǎng)的序列是滿足壓縮感知的有限等距約束的隨機(jī)序列。

82.根據(jù)本發(fā)明上述第67項(xiàng)技術(shù)方案或第68項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，其中，所述虛擬圖像顯示裝置包括光源系統(tǒng)和顯示裝置，所述顯示裝置包括多個(gè)顯示像素，每個(gè)所述顯示像素的透射率或反射率能夠被獨(dú)立調(diào)節(jié)，所述使用虛擬圖像顯示裝置形成虛擬圖像的步驟包括：通過(guò)光源系統(tǒng)將光投射到顯示裝置上，使得所述顯示裝置的所述多個(gè)顯示像素的出射光指向空間中預(yù)定的會(huì)聚點(diǎn)。

83.根據(jù)本發(fā)明上述第82項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，其中，所述光源系統(tǒng)包括：點(diǎn)光源；和光學(xué)系統(tǒng)，用于將所述點(diǎn)光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)變?yōu)闀?huì)聚光。

84.根據(jù)本發(fā)明上述第82項(xiàng)技術(shù)方案所述的光場(chǎng)顯示方法，其中，所述會(huì)聚點(diǎn)與人眼節(jié)點(diǎn)重合，該方法還包括：實(shí)時(shí)測(cè)量人眼節(jié)點(diǎn)的位置；對(duì)所述光源系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使得所述出射光的會(huì)聚點(diǎn)隨所述人眼節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)而移動(dòng)。

上文中已經(jīng)參考附圖詳細(xì)描述了根據(jù)本發(fā)明的光場(chǎng)編輯裝置、系統(tǒng)及方法以及光場(chǎng)顯示系統(tǒng)及方法。以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的各實(shí)施例，上述說(shuō)明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各實(shí)施例。在不偏離所說(shuō)明的各實(shí)施例的范圍和精神的情況下，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)許多修改和變更都是顯而易見(jiàn)的。本文中所用術(shù)語(yǔ)的選擇，旨在最好地解釋各實(shí)施例的原理、實(shí)際應(yīng)用或?qū)κ袌?chǎng)中的技術(shù)的改進(jìn)，或者使本技術(shù)領(lǐng)域的其它普通技術(shù)人員能理解本文披露的各實(shí)施例。