说起AR眼镜,相信大家并不陌生。近年,随着众多AR眼镜相继发布,让曾经只能出现在科幻电影里的AR体验逐步走进了现实。

然而可能大家对AR眼镜的构造以及背后的技术原理还并不了解。今天小编就从显示原理、硬件模块、核心功能、应用场景等方面来介绍一下AR眼镜的相关知识。

01
AR眼镜的显示原理

AR是一种将虚拟信息和真实世界完美叠加的技术,可在不影响现实生活的情况下,为用户展示文字、图像、视频、3D模型等虚拟信息。AR眼镜(或AR头戴设备)要想实现这一效果,通常有两种显示方案:Vedio see-through和Optical see-through。

Vedio see-through

Vedio see-through是基于视频合成技术的显示方案。这种方案首先需要通过摄像头来获取现实场景中的画面信息,然后经过信息处理,将文字、图像、视频、3D模型等虚拟信息合成到现实场景的画面中,最后再通过显示屏将合成后的画面展示给用户。

 

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Optical see-through

Optical see-through是基于光学元件的显示方案。这种方案首先由微投影系统(光机)将文字、图像、视频、3D模型等虚拟信息直接投影到光学元件上,然后再经过反射、全反射将虚拟信息送入人眼。与此同时,现实场景中的画面会透过光学元件直接进入人眼。由此,用户就可在看到现实场景的同时看到虚拟信息。

 

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02
AR眼镜的硬件模块

由于AR眼镜是高度集成设备,因此无论选择哪种显示方案,都需要多模块相互配合才能实现虚实融合的AR效果。通常,一款完整的AR眼镜主要包括:拍摄模块、处理模块、显示模块和交互模块。

 

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拍摄模块

拍摄模块相当于AR眼镜的“眼睛”,主要负责拍摄现实环境的画面信息,以及获取用户的手势信息等。其硬件设备主要包括摄像头。

 

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通常AR眼镜会配备多个摄像头,每个摄像头的分工都有所不同。比如当用户使用AR眼镜时,用于拍摄现实环境的摄像头就会实时获取用户视角的现实环境的信息,以便为处理模块提供丰富的画面信息。

处理模块

处理模块相当于AR眼镜的“大脑”,主要负责处理各种设备传输进来的所有信息。其硬件设备主要包括处理器和存储器等。

一方面,处理模块要对拍摄模块传输进来的现实环境信息进行分析处理,结合智能识别技术与SLAM技术,在正确位置上生成相对应的虚拟信息。另一方面,处理模块还需要对用户发出的指令进行分析处理,进而根据用户意图实时改变虚拟信息的展示情况。

显示模块

显示模块是AR眼镜的核心模块,主要负责将虚拟信息送入人眼,产生虚实融合的视觉效果。Optical see-through显示方案而言,其显示模块的硬件设备主要包括微投影系统和光学元件等。微投影系统主要包括:LCOS、DLP、Micro LED、LBS等。光学元件主要包括:棱镜、自由曲面、Birdbath、阵列光波导、衍射光波导等。

一款AR眼镜能否实现良好的AR效果,其显示模块的性能至关重要。从用户需求角度来看,AR眼镜的显示模块有三大关键点和发展趋势:轻薄舒适、沉浸感强、价格合理。

由于基于表面浮雕光栅的衍射光波导具有轻薄、视场角大、眼动范围大、量产成本低的优势,因此被普遍认为是AR眼镜的主流显示技术路线,被业界誉为“开启AR眼镜市场的金钥匙”。

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▲ 光栅扫描电镜照片

目前至格科技已具备C端客户的量产交付经验,可以为客户提供从设计、制版到材料和工艺的一站式解决方案,以及快速、稳定、可靠、低成本的衍射光波导量产交付方案。

交互模块

模块是AR眼镜中不可或缺的一个模块,主要负责采集用户交互的相关信息,使用户可与虚拟信息进行实时交互。其硬件设备主要包括麦克风、眼球追踪传感器,以及指环、腕带等。

基于丰富的交互硬件,用户可通过语音、手势、眼动等交互方式对AR眼镜投射出的虚拟图像进行操控。由此,AR眼镜不仅可以解放用户的双手,而且还能为用户带来可触碰、可交互的升维交互体验。

03
AR眼镜的核心功能

基于拍摄、处理、显示、交互等硬件模块的相互配合,AR眼镜可实现虚实融合、空间定位、虚实交互等功能。

虚实融合

过佩戴AR眼镜,用户可在不影响观察现实世界的情况下,同时看到文字、图像、视频、3D模型等虚拟信息。比如可在面包、牛奶等物品上显示出相关虚拟信息,进而实现对现实世界的增强。

 

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空间定位

定位是指在虚实融合的基础上,通过智能识别技术与SLAM技术,可自动识别定位现实环境与虚拟信息的位置和方向,并能够判断用户与现实环境的位置关系以及虚拟信息与现实环境的遮挡关系。进而将图像、3D模型等虚拟信息显示到正确的位置上,让虚与实达到完美融合。

 

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虚实交互

基于摄像头、风、眼球追踪传感器、指环、腕带等设备,AR眼镜可通过多维度捕捉用户意图,使用户可通过语音、手势、眼动等方式与虚拟信息进行实时交互。比如用户能够像操作实物一样,直接通过双手对3D模型进行操作,同时3D模型还能做出相应改变。

 

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04
AR眼镜的应用场景

社交

AR眼镜可提供实时翻译功能,翻译结果会以文字的形式展现到用户眼前。两个语言不通的人,如果都佩戴AR眼镜就可以直接进行无障碍交流。

 

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导航

通过AR眼镜,可将导航路线直接叠加到用户的视野中,用户无需低头看手机便可获取导航信息,极大提升了便捷性和安全性。目前,一些消费级AR眼镜都已具备AR导航功能。

 

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培训

通过AR眼镜,可自动识别机械设备并提供可视化的安装步骤或使用指南。用户无需翻看纸质版安装使用手册,将在很大程度上解放双手。不仅可有效提高学习效率,同时也能节省培训所需的人工成本。

 

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安检

通过佩戴具有人脸识别、身份验证和证件鉴定技术的AR眼镜,安保人员即可实时排查进出人员身份。一旦发现可疑人员自动提示预警,可有效提高安检效率。

 

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05
总结

 

总的来说,AR眼镜主要包括Vedio see-through、Optical see-through两种显示方案,以及拍摄、处理、显示、交互等四大硬件模块,同时还具有虚实融合、空间定位、虚实交互等三大核心功能。

从显示方案来看,虽然Vedio see-through能够实现AR效果,但由于用户从始至终都是通过屏幕来获取信息,因此Vedio see-through所展示的现实场景实际上也是一种虚拟信息,而非用户亲眼所见。

反观Optical see-through是通过光学元件显示虚拟信息,现实场景可透过光学元件直接进入人眼,无需二次合成。因此小编认为,Vedio see-through并不是真正意义上的虚实融合,Optical see-through才是AR眼镜未来的发展方向。

如今,通过AR眼镜,我们实现了虚拟与现实的初步连接。未来,随着技术的不断进步,相信AR眼镜会在更多场景中为人赋能。

 

至格科技

北京至格科技有限公司是由清华大学精密仪器系孵化出的高新技术企业。公司核心团队包括教育部长江学者、国家杰出青年基金获得者、清华大学教授、博士以及前上市公司管理层和业务骨干。公司依托于清华大学二十余年的光栅领域科研成果进行产业转化,自主掌握“光栅设计、光栅母版加工、纳米压印生产”三大核心技术,拥有功能完备的光栅母版加工中心和衍射光波导产线,致力于AR衍射光波导光学显示模组及衍射光栅的研发、生产和销售。

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原文始发于微信公众号(至格AR):关于AR眼镜你了解多少?

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作者 sun, keting