空中成像技術(shù)：邁向未來的視覺交互新時代

當我們回想起《鋼鐵俠》中托尼·斯塔克在他那充滿科技感的工作室里，瀟灑自如地操作著懸浮于空中的虛擬影像時，想必每一位觀眾都為那極具未來感的畫面所深深震撼。那些在空中閃爍、可以隨意用手勢操控的圖像，仿佛是一扇通往未來科技世界的大門，在我們的腦海中留下了難以磨滅的印記。

在現(xiàn)實世界里，曾經(jīng)只存在于科幻電影中的空中成像技術(shù)，正一步步從夢想照進現(xiàn)實。這項技術(shù)不再是虛無縹緲的幻想，而是邁出了堅實有力的發(fā)展步伐，在各個領(lǐng)域嶄露頭角。

一、空中成像技術(shù)的原理

空中成像技術(shù)的核心在于生成和檢測虛擬圖像的能力，以下是目前幾種常見的技術(shù)類型：

l 光場重構(gòu)原理：通過平板透鏡和光場重構(gòu)原理，利用離散的微小單元光學元件，使空氣變成 “屏幕”，將發(fā)散的光線在空中重新匯聚，形成一個三維的實像。

l 負折射平板透鏡：由上千層玻璃組成，應(yīng)用光場重構(gòu)原理，利用離散的微小單元光學元件，使空氣變成 “屏幕”。

l 等效負折射率平板透鏡：微觀上看，透鏡是由密密麻麻的晶格和光柵組成，通過排列使光線產(chǎn)生 “負折射” 現(xiàn)象，能夠?qū)⒐庠窗l(fā)散出來的光線重新匯聚，在其另一側(cè)形成一個肉眼可見的 1:1 大小的實像。再結(jié)合體感裝置的應(yīng)用實現(xiàn)人與實像的直接交互。

l 大量反射鏡膠合：日本Aska3D公司使用大量反射鏡膠合在一起形成一塊 AI 板，從而達到成像效果。

l 光線積分：利用大量折射與反射單元，將空間中一個點發(fā)出的光線在另一個位置重新交匯成像。

l 計算光場：利用微結(jié)構(gòu)光場重構(gòu)技術(shù)，把物體離散成高分辨率的空間光斑點陣，通過光的衍射傳播、干涉疊加及光場的復(fù)振幅調(diào)控，將離散的光斑點陣無損地重構(gòu)在空氣中，無需任何介質(zhì)的散射，即可觀測到高保真度的圖像，從而實現(xiàn)無介質(zhì)成像。

l 雙目視差原理：利用人的左右眼觀察到的畫面相似但不相同的特點，通過生成兩幅略有差異的圖像，實現(xiàn)空中成像的效果。

l 單邊紅外傳感器：結(jié)合單邊紅外傳感器，實現(xiàn)人與空中圖像的直接交互。

二、空中成像的現(xiàn)實應(yīng)用

1. 醫(yī)療領(lǐng)域：例如手術(shù)過程中，醫(yī)生可以通過空中成像查看患者的病歷和影像資料，無需接觸實體屏幕，避免觸摸按鍵可能導致的交叉感染問題，顯著提升手術(shù)室的工作效率和防控水平。

此外，非接觸式醫(yī)療自助機，生成虛擬界面，患者可以通過空中觸摸進行掛號、繳費等操作，減少交叉感染的風險。

2. 智能座艙領(lǐng)域：在汽車的智能座艙中，空中成像技術(shù)可以替代傳統(tǒng)的中控臺顯示方式，將導航信息、娛樂內(nèi)容等直接投射到駕駛員前方，不僅增強了科技感和未來感，還能減少駕駛員視線轉(zhuǎn)移，有效提升行車安全。

3. 商業(yè)展示領(lǐng)域：商場、展廳、博物館等場所可以利用空中成像技術(shù)展示商品、藝術(shù)品或歷史文物等，為觀眾帶來更加震撼和沉浸式的體驗。

4. 教育領(lǐng)域：老師可以在空中展示教學內(nèi)容，如立體的幾何圖形、生動的生物結(jié)構(gòu)等。

5. 娛樂領(lǐng)域：在游戲和電影制作中，玩家可以通過空中觸控的方式與游戲角色進行互動；電影制作方面，未來有望實現(xiàn)全息電影，為觀眾帶來全新的觀影方式。

6. 智能家居：生成虛擬控制面板，用戶可以在空氣中進行操作，控制家中的智能設(shè)備。

三、空中成像技術(shù)的現(xiàn)狀與未來

國際市場情況

在國際市場上，空中成像技術(shù)的發(fā)展主要集中在技術(shù)領(lǐng)先的國家和地區(qū)。美國的蘋果公司和谷歌公司在AR和VR領(lǐng)域投入巨大，蘋果在空中成像技術(shù)方面申請了多項專利，并在最新的iPhone和iPad中集成了ARKit平臺。谷歌通過Tango項目和ARCore平臺為開發(fā)者提供了強大的技術(shù)支持，還投資了一些初創(chuàng)公司，專注于空中成像技術(shù)的研發(fā)。微軟的HoloLens是全球領(lǐng)先的AR頭戴設(shè)備，其在空中成像技術(shù)方面的研究也非常深入，已經(jīng)在醫(yī)療、教育和工業(yè)等多個領(lǐng)域得到應(yīng)用。日本的索尼和松下在光學和顯示技術(shù)方面有著豐富的經(jīng)驗，索尼的全息顯示技術(shù)已經(jīng)在一些高端產(chǎn)品中得到應(yīng)用，松下在空中成像技術(shù)上的研究也頗具競爭力。歐洲的卡爾蔡司在光學儀器制造方面表現(xiàn)突出，為空中成像技術(shù)的發(fā)展做出了重要貢獻。

國內(nèi)市場情況

在我國，政府高度重視科技創(chuàng)新，出臺了多項政策措施支持空中成像技術(shù)的發(fā)展。華為在空中成像技術(shù)方面取得了顯著進展，其無介質(zhì)空中成像技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多個領(lǐng)域，并與多家高校和科研機構(gòu)合作，共同推進技術(shù)研發(fā)。億道信息在空中成像技術(shù)方面擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，其產(chǎn)品已經(jīng)在商業(yè)展示、游戲娛樂和電影制作等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。東超科技是國內(nèi)領(lǐng)先的空中成像技術(shù)提供商，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于家居、展覽、車載醫(yī)療、公告設(shè)施等諸多領(lǐng)域，并牽頭制定了空中成像標準。凱盛科技為空中成像顯示相關(guān)企業(yè)提供鍍膜玻璃原材料，產(chǎn)品在負折射平板透鏡、空中成像互動體驗盒等方面有廣泛應(yīng)用。當虹科技持有臨近全息的9.8%股份，臨近全息在室外空氣投影專利方面處于全球領(lǐng)先地位。絲路視覺提供CG視覺場景綜合服務(wù)，結(jié)合全息成像、幻影成像、空氣成像等技術(shù)，廣泛應(yīng)用于互動觸摸、體感技術(shù)、虛擬/增強/混合現(xiàn)實等領(lǐng)域。

未來，空中成像技術(shù)將在以下幾個方面繼續(xù)發(fā)展：

l 技術(shù)創(chuàng)新

o 更高分辨率：通過改進光學系統(tǒng)和投影技術(shù)，提高圖像的清晰度和色彩表現(xiàn)。

o 更低延遲：優(yōu)化紅外感應(yīng)技術(shù)和圖像處理算法，提高交互的實時性。

l 應(yīng)用場景拓展

o 工業(yè)制造：生成虛擬操作界面，提高生產(chǎn)效率和安全性。

o 虛擬現(xiàn)實：與VR/AR技術(shù)結(jié)合，提供更加沉浸式的交互體驗。

l 市場普及

o 降低成本：通過技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)?；a(chǎn)，降低空中成像技術(shù)的成本。

o 用戶教育：加強用戶教育和市場推廣，提高用戶對空中成像技術(shù)的認知和接受度。

四、上海雷卯助力空中成像行業(yè)鼎盛發(fā)展

上海雷卯針對空中成像設(shè)備的外設(shè)連接接口如USB、RS232，CAN、網(wǎng)口、傳感器、I2C等接口提供了典型的保護案例，綜合列表如下，可以直接應(yīng)用于實際場景。

如需更多接口防護方案，請關(guān)注上海雷卯公眾號或聯(lián)系 EMC 小哥。上海雷卯專業(yè)研發(fā)銷售 ESD，TVS，TSS，GDT，MOV，MOSFET，Zener，電感等產(chǎn)品。雷卯致力于為客戶提供高品質(zhì)產(chǎn)品，以保護電路免受靜電干擾和電壓波動的影響。雷卯擁有一支經(jīng)驗豐富的研發(fā)團隊，能夠根據(jù)客戶需求提供個性化定制服務(wù)，為客戶提供最優(yōu)質(zhì)的解決方案。

上海雷卯憑借在電磁兼容領(lǐng)域的深厚積累和技術(shù)優(yōu)勢，可以為空中成像行業(yè)提供電磁兼容支持，助力行業(yè)技術(shù)不斷突破，讓這一曾經(jīng)的科幻元素真正融入我們的現(xiàn)實生活，開啟全新的紀元。

審核編輯 黃宇