面向近眼顯示系統的微顯示控制器

封面文章|季淵,高欽,余云森,陳文棟,穆廷洲,冉峰. 基于多尺度金字塔的硅基OLED微顯示控制器[J]. 光學學報, 2019, 39(12): 1223001

近年來,虛擬現實(Virtual Reality,VR)、增強現實(Augmented Reality,AR)技術持續發展,目前已經基本達到半沉浸效果。該技術所使用的頭盔或眼鏡是近眼顯示器,即一種位于人眼附近、由光學系統放大形成大視場的新型顯示器。

目前,隨著近眼顯示器逐漸向高分辨率和高刷新率的方向發展,近眼顯示系統所需的顯示數據量急劇提升。但是數據傳輸帶寬受到微顯示器極小尺寸的限制,難以承載VR、AR領域需求的海量視頻圖像數據。

解決這一問題的有效途徑之一是從視頻圖像信息源本身入手。微顯示器系統所傳輸的視頻圖像信息源,存在很大的視覺感知冗余,因此可對其進行數據壓縮和漸進傳輸。

上海大學微電子研究與開發中心季淵副研究員課題組利用人眼在空間上分辨率不均勻的特性,提出了多分辨率圖像傳輸算法,構造了多尺度金字塔模型,降低了視頻圖像數據的傳輸帶寬;設計了微顯示控制器,并通過硅基OLED微顯示器驗證了控制器的可行性。

人類視網膜上的視錐(桿)細胞和視神經細胞的分布是高度不均勻的,在中心凹處密度最高,隨著到小凹距離的增加,細胞密度下降很快。由于視錐細胞和視神經細胞對人眼的觀察能力起著極其重要的作用,在中心凹處人眼的空間分辨率很高,而隨著距離中心凹處的偏心率變大,人眼視覺分辨率下降很快,如圖1所示。

圖1 人眼空間分辨率與偏心率的關系

該課題組利用人眼對比敏感度和視角之間的經驗模型,建立了多尺度金字塔模型,如圖2所示。采用高斯濾波來濾除圖像信息中的高頻信號,在人眼凝視區域保持高分辨率的逼真度顯示,而在視線邊緣區域采用低分辨率的圖像顯示。在保證視覺感覺不變的情況下,對較大的視頻圖像信息流進行壓縮,降低數據帶寬。在相同的外部硬件條件下,可獲得更大的分辨率、更快的刷新頻率。

圖2 多尺度金字塔模型

研究人員根據多尺度金字塔模型設計了面向近眼顯示系統的微顯示控制器,如圖3所示。微顯示控制器成功驅動了分辨率為1600×3×1600的全彩高清硅基OLED微顯示屏,表明該設計能夠很好地滿足近眼顯示領域對微顯示器實時渲染性能的要求。

圖3 硅基OLED微顯示器

研究人員表示,下一步還將結合微顯示控制器與眼動追蹤裝置,進行實時的注視點渲染研究。
 

延伸閱讀:

[1] 陸馳豪, 李海峰, 高濤, 徐良, 李海麗. 基于拼接的大視場虛擬現實頭戴顯示裝置. 光學學報, 2019, 39(6): 0612002.

[2] 賀書芳, 繁桝博昭, 石川祐記子, 代彩紅. 三維空間中不同線索對物體深度感知的影響. 光學學報, 2019, 39(10): 1033002.

[3] 陳載清 , 陳凱 , 黃小喬 , 邰永航 , 石俊生 , 云利軍. 光柵式自由立體顯示器的顏色特性化實驗. 光學學報, 2019, 39(5): 0533002.

[4] 穆廷洲 , 季淵 , 陳文棟, 余云森, 冉峰. 基于雙幀數模融合掃描的硅基有機發光二極管微顯示器. 光學學報, 2019, 56(09): 092302.