空中成像技术的赛道,华为后发先至,日本在不务正业上玩出新高度

千秋过往 2024-09-09 15:18:34

2015年,美国佛罗里达的一家科技公司发布了名为“魔幻飞跃”的一段全息3D投影技术概念视频:一条巨鲸从体育馆的正中纵跃而出,在木地板上激起滔天浪花……

这是人类首次将空气成像的概念向世人大范围展示,标志着空气成像开始走向现实生活。

目前的空气成像技术主要是通过空气显示屏来完成的,分为两种:一种是有介质的空中成像,另一种是无介质的空中成像。

有介质的空中成像是由投影机和薄雾发生器组成,基本原理是将图像投影到薄雾上,这是最早期的技术,现在几乎已经被全面抛弃,因为它有两个致命的缺点:一是成像质量不佳,二是薄雾的湿气弄得到处湿漉漉,容易破坏设施,使人不适。

于是我们又发明了另外一种有介质空中成像技术——全息膜成像。

全息膜成像是我们现在在户外最常见的,统称为裸眼3D的技术。全息投影膜是一种透明的,融合纳米技术,材料学、光学、高分子等多学科原理和技术,以有机材料、无机纳米粉体和精细金属粉体为原料,生产而成的,看似轻薄,内部蕴含了大量先进的精密光学结构。

全息膜能在保持自身高清晰、高亮度显像的同时,让观众透过全息膜看见背后景物。你可以理解为实际有两个显示屏在显示图像,一个显示背景,一个显示运动的人或物,形成前后有序的层次感,让图像产生立体感,但你看不到前面是增加了一个显示屏的。

我们知道显示屏的图像显示依靠的是光,三维就是让光线分层,且不产生衍射和乱窜,实现光子间的你动我不动呢?大功臣首推激光,如果没有激光的出现,这是无法实现的。

激光发射的一个特性是光线整齐划一,没有快慢之分,属于光线界具有参加阅兵水平的标兵。这样就有了在局部场景中,光线一半原地待命,另一半则肩负起传信使的重任,拓展到全局就如同团体操显示数字和口号一样,有的人不动当背景,有的人快速转换,形成图案。

这种显示原理的专有名词叫物光和参考光,各自从一个地方跑出来,然后在“舞台”上碰头,留下一系列密密麻麻的图案交错在一起,形成复杂的合影,从而产生三维感觉。全息膜成像就是这样实现一个炫酷的立体世界在手中绽放的。

随着技术地不断精进,全息图越来越清晰,色彩也愈发鲜艳,裸眼就能瞅得清清楚楚,跟实物直接跳进虚空似的,看着跟真的一模一样。全息膜投影可以和触摸屏交汇,打造出能互动的全息画面,让用户体验身临其境的感觉!

但全息膜投影自身有很大的局限性,全息膜投影背后的秘密武器是激光全息摄影术,离开这种摄影技术全息膜投影就是空话。

激光全息摄影术是依靠激光的反射光产生再生光波,利用固定的相位和振幅,原汁原味地拷贝下立体影像,再经过一番精细的后期加工和固化处理,对图案进行修正,确保图案稳如老狗,不会随随便便就跑变形了。

这些做完以后,放映时,同样利用激光照射到这张全息图上,重现原来拷贝下来的三维对象,让图案穿越时空般出现在你面前,活灵活现!

这种制作和显示方式属于标准定制的,不事先准备好就没法显示,做不到召之即来,来之能战,无法实现掏出手机马上拍摄,马上播放。这是它最大的制约点。

对老百姓而言,全息膜投影是你给我看什么,我就只能看什么,属于日本爱情动作片,看着爽,但光看不能无法实践。日本这方面的电影商,早已把这项技术应用到他们的拍摄中,给观众带来了全新的体验和震撼冲击,但由于硬件成本的限制,目前没有大规模普及。谁会那么豪横,为了看这种电影专门去买一台全息膜投影机,有这钱还不如实践。

因此,不受制约的无介质空中成像技术成为研发重点,目前主要有两种:一种是通过一个具有负折射率的玻璃,将二维图像通过折射,光线分离,形成一个三维空间。另外一种是可交互全息空气影像技术,原理是通过一块等效负折射率平板透镜,利用光场重构的原理将发散的光线在空中重新汇聚成实像,将影像投影在空中。

有介质的空中成像和无介质空中成像技术我们做一个形象的比喻,让大家方便了解。

有介质的空中成像如同隔着一块玻璃让你看脱衣舞表演,而且还是单向的,对方看不到你的任何示意和表情,也就是无法做出任何反应,相当于即便你想打赏小费也只能通过服务生转达,这里的服务生就是触摸屏了;无介质空中成像技术则如同舞娘走下舞台,与你零距离接触和互动,打赏小费时直接往她衣口里面塞就好了。

而且后者因为中间没有全息膜,当我们用手干扰图像时,光源能够因为光感的变化迅速做出对应,实现人与画面的直接交互。所以空气成像的最大优势是人可以和空间中的图像进行直接交互,而不需要像全息膜投影一样,必须使用类似VR的辅助显示设备和触摸屏,才能实现梦幻般的效果和互动。

可以肯定地说,空气成像技术必将带来生产、生活场景中人类视觉用户界面的一次重大变革。

未来,常规的依托于立柱、墙体、灯箱、大型画板等材质的广告牌,比如矗立在高速路两侧的广告牌会消失,城市里的广告牌也不用占地了,人可以进行穿透;

新能源汽车空中成像全息座舱成为可能,给人带来全新的“科技感和娱乐性二合一”的驾乘体验,后排的娱乐系统因为空中成像大大缩减体积,更加舒适; 各种虚拟的“按钮”,实现无接触操作,如选择电梯楼层,公共查询设备,医院排号设施等,能让病菌和病毒无处生根和传播,守着金碗活活饿死。

无介质空气成像技术同样在军事领域有无限的应用,能带来更好的目标识别和追踪,比如面对多架敌机和导弹攻击时,可以实现快速标注,高效监测和区分。

尤其是对方采取紧跟战术,两个目标重叠进攻时,目前的显示是难以识别和区分的;其次,无介质空气成像技术是单向的,正面可见,背面不可见,有助于夜视和隐身侦查,提高军事行动的隐蔽性和效果;在军事领域保密性高的单位,用这个技术空中点击密码不会留下指纹,极大地增强信息的安全性。

空气成像技术前景可观,但成熟的商业化不多,阻碍空气成像技术商业化的主要制约来自于三个方面:成像效果、实用性和成本。

目前空气成像技术主要用在以下四个行业:

最常见的是空中提词器。我们经常看到许多领导“脱稿”讲话,其实那是假的,他们是站在空中悬浮成像讲台前,眼前的空气中会自动浮现出清晰的文字画面,让他们“隔空”读稿子。你看不见是因为空中影像具备一定可视角度,仅正面使用者可见,台下的是完全看不见的。

其次是博物馆、展览馆、讲台等地方, “隔空触摸”可做到随意放大缩小模型、展品、图形进行讲解和互动。

第三是医院里辅助手术操作的设备——非接触式手术阅片器,目前已经在全国数百家医院投入使用。医生无需接触实体屏幕,在空气中一点,就能够查看患者档案、C光片,同时全程保持手部的无菌状态。

此外,还有非接触式智慧垃圾房,点击空中按钮,垃圾投放窗口自动打开,让垃圾投递更方便卫生。

早在今年4月,“高科技粉碎机”华为在北京举行的新技术发布会上,宣布成功攻克了空中成像技术。华为为这项技术命名为“CetaPixel”,利用先进的计算机视觉算法和高精度传感器,实现从空中获取高分辨率、高精度的三维图像数据。

这些技术的突破,预示华为已经突破了复杂环境下的图像处理和数据融合等问题,引领和开启无屏显示的新篇章。

如今大家拭目以待的是华为会把这项技术应用到哪台设备上,目前最大的传闻是华为即将推出的三折叠手机。

原因无他,在于三折叠手机的尺寸,屏幕越大,越能更好的进行光线折射或重构。也才能容纳更多的传感器和光感元器件。因为即便这些元件已经实现小型化、轻量化和集成化,但数量多啊。

不过真相是什么,只能留待谜底揭晓一刻。无论结果如何,华为三折叠手机已经对其他手机形成了降维打击,亦然已是一种胜利。

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