空中成像技术：迈向未来的视觉交互新时代

当我们回想起《钢铁侠》中托尼·斯塔克在他那充满科技感的工作室里，潇洒自如地操作着悬浮于空中的虚拟影像时，想必每一位观众都为那极具未来感的画面所深深震撼。那些在空中闪烁、可以随意用手势操控的图像，仿佛是一扇通往未来科技世界的大门，在我们的脑海中留下了难以磨灭的印记。

在现实世界里，曾经只存在于科幻电影中的空中成像技术，正一步步从梦想照进现实。这项技术不再是虚无缥缈的幻想，而是迈出了坚实有力的发展步伐，在各个领域崭露头角。

一、空中成像技术的原理

空中成像技术的核心在于生成和检测虚拟图像的能力，以下是目前几种常见的技术类型：

l 光场重构原理：通过平板透镜和光场重构原理，利用离散的微小单元光学元件，使空气变成 “屏幕”，将发散的光线在空中重新汇聚，形成一个三维的实像。

l 负折射平板透镜：由上千层玻璃组成，应用光场重构原理，利用离散的微小单元光学元件，使空气变成 “屏幕”。

l 等效负折射率平板透镜：微观上看，透镜是由密密麻麻的晶格和光栅组成，通过排列使光线产生 “负折射” 现象，能够将光源发散出来的光线重新汇聚，在其另一侧形成一个肉眼可见的 1:1 大小的实像。再结合体感装置的应用实现人与实像的直接交互。

l 大量反射镜胶合：日本Aska3D公司使用大量反射镜胶合在一起形成一块 AI 板，从而达到成像效果。

l 光线积分：利用大量折射与反射单元，将空间中一个点发出的光线在另一个位置重新交汇成像。

l 计算光场：利用微结构光场重构技术，把物体离散成高分辨率的空间光斑点阵，通过光的衍射传播、干涉叠加及光场的复振幅调控，将离散的光斑点阵无损地重构在空气中，无需任何介质的散射，即可观测到高保真度的图像，从而实现无介质成像。

l 双目视差原理：利用人的左右眼观察到的画面相似但不相同的特点，通过生成两幅略有差异的图像，实现空中成像的效果。

l 单边红外传感器：结合单边红外传感器，实现人与空中图像的直接交互。

二、空中成像的现实应用

1. 医疗领域：例如手术过程中，医生可以通过空中成像查看患者的病历和影像资料，无需接触实体屏幕，避免触摸按键可能导致的交叉感染问题，显著提升手术室的工作效率和防控水平。

此外，非接触式医疗自助机，生成虚拟界面，患者可以通过空中触摸进行挂号、缴费等操作，减少交叉感染的风险。

2. 智能座舱领域：在汽车的智能座舱中，空中成像技术可以替代传统的中控台显示方式，将导航信息、娱乐内容等直接投射到驾驶员前方，不仅增强了科技感和未来感，还能减少驾驶员视线转移，有效提升行车安全。

3. 商业展示领域：商场、展厅、博物馆等场所可以利用空中成像技术展示商品、艺术品或历史文物等，为观众带来更加震撼和沉浸式的体验。

4. 教育领域：老师可以在空中展示教学内容，如立体的几何图形、生动的生物结构等。

5. 娱乐领域：在游戏和电影制作中，玩家可以通过空中触控的方式与游戏角色进行互动；电影制作方面，未来有望实现全息电影，为观众带来全新的观影方式。

6. 智能家居：生成虚拟控制面板，用户可以在空气中进行操作，控制家中的智能设备。

三、空中成像技术的现状与未来

国际市场情况

在国际市场上，空中成像技术的发展主要集中在技术领先的国家和地区。美国的苹果公司和谷歌公司在AR和VR领域投入巨大，苹果在空中成像技术方面申请了多项专利，并在最新的iPhone和iPad中集成了ARKit平台。谷歌通过Tango项目和ARCore平台为开发者提供了强大的技术支持，还投资了一些初创公司，专注于空中成像技术的研发。微软的HoloLens是全球领先的AR头戴设备，其在空中成像技术方面的研究也非常深入，已经在医疗、教育和工业等多个领域得到应用。日本的索尼和松下在光学和显示技术方面有着丰富的经验，索尼的全息显示技术已经在一些高端产品中得到应用，松下在空中成像技术上的研究也颇具竞争力。欧洲的卡尔蔡司在光学仪器制造方面表现突出，为空中成像技术的发展做出了重要贡献。

国内市场情况

在我国，政府高度重视科技创新，出台了多项政策措施支持空中成像技术的发展。华为在空中成像技术方面取得了显著进展，其无介质空中成像技术已经应用于多个领域，并与多家高校和科研机构合作，共同推进技术研发。亿道信息在空中成像技术方面拥有自主知识产权，其产品已经在商业展示、游戏娱乐和电影制作等领域得到广泛应用。东超科技是国内领先的空中成像技术提供商，产品广泛应用于家居、展览、车载医疗、公告设施等诸多领域，并牵头制定了空中成像标准。凯盛科技为空中成像显示相关企业提供镀膜玻璃原材料，产品在负折射平板透镜、空中成像互动体验盒等方面有广泛应用。当虹科技持有临近全息的9.8%股份，临近全息在室外空气投影专利方面处于全球领先地位。丝路视觉提供CG视觉场景综合服务，结合全息成像、幻影成像、空气成像等技术，广泛应用于互动触摸、体感技术、虚拟/增强/混合现实等领域。

未来，空中成像技术将在以下几个方面继续发展：

l 技术创新

o 更高分辨率：通过改进光学系统和投影技术，提高图像的清晰度和色彩表现。

o 更低延迟：优化红外感应技术和图像处理算法，提高交互的实时性。

l 应用场景拓展

o 工业制造：生成虚拟操作界面，提高生产效率和安全性。

o 虚拟现实：与VR/AR技术结合，提供更加沉浸式的交互体验。

l 市场普及

o 降低成本：通过技术创新和规模化生产，降低空中成像技术的成本。

o 用户教育：加强用户教育和市场推广，提高用户对空中成像技术的认知和接受度。

四、上海雷卯助力空中成像行业鼎盛发展

上海雷卯针对空中成像设备的外设连接接口如USB、RS232，CAN、网口、传感器、I2C等接口提供了典型的保护案例，综合列表如下，可以直接应用于实际场景。

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审核编辑 黄宇