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。

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

一、空中成像技術的原理

空中成像技術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類型：

l 光場重構原理：通過平板透鏡和光場重構原理，利用離散的微小單元光學元件，使空氣變成 “屏幕”，將發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，應用光場重構原理，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，通過排列使光線產生 “負折射” 現象，能夠將光源發散出來的光線重新匯聚，在其另一側形成一個肉眼可見的 1:1 大小的實像。再結合體感裝置的應用實現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：利用微結構光場重構技術，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振幅調控，將離散的光斑點陣無損地重構在空氣中，無需任何介質的散射，即可觀測到高保真度的圖像，從而實現無介質成像。

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，實現空中成像的效果。

l 單邊紅外傳感器：結合單邊紅外傳感器，實現人與空中圖像的直接交互。

二、空中成像的現實應用

1. 醫療領域：例如手術過程中，醫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，顯著提升手術室的工作效率和防控水平。

此外，非接觸式醫療自助機，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. 智能座艙領域：在汽車的智能座艙中，空中成像技術可以替代傳統的中控臺顯示方式，將導航信息、娛樂內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移，有效提升行車安全。

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

4. 教育領域：老師可以在空中展示教學內容，如立體的幾何圖形、生動的生物結構等。

5. 娛樂領域：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，控制家中的智能設備。

三、空中成像技術的現狀與未來

國際市場情況

在國際市場上，空中成像技術的發展主要集中在技術領先的國家和地區。美國的蘋果公司和谷歌公司在AR和VR領域投入巨大，蘋果在空中成像技術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平臺為開發者提供了強大的技術支持，還投資了一些初創公司，專注于空中成像技術的研發。微軟的HoloLens是全球領先的AR頭戴設備，其在空中成像技術方面的研究也非常深入，已經在醫療、教育和工業等多個領域得到應用。日本的索尼和松下在光學和顯示技術方面有著豐富的經驗，索尼的全息顯示技術已經在一些高端產品中得到應用，松下在空中成像技術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突出，為空中成像技術的發展做出了重要貢獻。

國內市場情況

在我國，政府高度重視科技創新，出臺了多項政策措施支持空中成像技術的發展。華為在空中成像技術方面取得了顯著進展，其無介質空中成像技術已經應用于多個領域，并與多家高校和科研機構合作，共同推進技術研發。億道信息在空中成像技術方面擁有自主知識產權，其產品已經在商業展示、游戲娛樂和電影制作等領域得到廣泛應用。東超科技是國內領先的空中成像技術提供商，產品廣泛應用于家居、展覽、車載醫療、公告設施等諸多領域，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企業提供鍍膜玻璃原材料，產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先地位。絲路視覺提供CG視覺場景綜合服務，結合全息成像、幻影成像、空氣成像等技術，廣泛應用于互動觸摸、體感技術、虛擬/增強/混合現實等領域。

未來，空中成像技術將在以下幾個方面繼續發展：

l 技術創新

o 更高分辨率：通過改進光學系統和投影技術，提高圖像的清晰度和色彩表現。

o 更低延遲：優化紅外感應技術和圖像處理算法，提高交互的實時性。

l 應用場景拓展

o 工業制造：生成虛擬操作界面，提高生產效率和安全性。

o 虛擬現實：與VR/AR技術結合，提供更加沉浸式的交互體驗。

l 市場普及

o 降低成本：通過技術創新和規模化生產，降低空中成像技術的成本。

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的認知和接受度。

四、上海雷卯助力空中成像行業鼎盛發展

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

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審核編輯 黃宇