[发明专利]一种自由空间实时投影成像设备及系统

说明书

技术领域

本发明属于投影成像技术领域，涉及到一种可以在自由空间内实现实时成像和图像合成的技术。

背景技术

投影眼镜（ProjectGlass）是一种新型的智能眼镜，其具有和智能手机一样的功能【1】。在这种智能眼镜中，眼镜片就是一个小型的显示屏。眼镜片上显示的图像是由外界环境中的图像和眼镜旁边微型投影器产生的图像的叠加。实时翻译是这种智能眼镜的一个重要功能：眼镜前方的摄像头将外界环境中出现的他国语言拍照保存下来后，将这个数字图像传送至眼镜中的微型处理器。处理器从图像信息中提取出相应的语言信息，并将其翻译成使用者熟悉的语言后，再通过微型投影仪将翻译后的语言投影到眼镜片上。观察者将在眼镜片上看到原先外界环境中他国语言文字的旁边直接看到翻译后的语言，进而实现实时翻译的功能。

在这项技术中，本质是一个二维的投影图像和外界环境中的真实三维图像的一个合成。在目前的投影眼镜中，二维的投影图像是通过眼镜旁边的微型投影仪产生，并通过光路的转折系统进而在眼镜片（投影屏）上产生投影像的。由于受限于眼镜片的尺寸和光路转折系统的尺寸，从而使得产生的投影像往往都非常小，因此观察起来会非常吃力。【1】Starner,T.Projectglass:Anextensionoftheself.PervasiveComputingIEEE,12(2),14-16(2013)。

发明内容

1、本发明的目的。

为了解决现有技术中结构复杂，成本比较高的问题，本发明设计了一种新型的实时投影成像设备，并给出了借助于这种投影器件来实现实时的图像合成方案。本发明所采用的技术方案。

本发明所采用的自由空间实时投影成像设备，包括内套筒（3）和外套筒（2），内套筒（3）和外套筒（2）的横截面为正方形，且每个方向的边分别平行；内套筒（3）内部放置待投影物体，在内套筒和外套筒之间填充各向异性介质，各向异性介质的参数由器件的几何尺寸和设计的投影距离共同决定。

更进一步，外套筒（2）的外部环境和内套筒（3）的内部环境为空气，可以在正常环境下使用，适用范围广。

更进一步，各向异性介质的部分被划分为四个不同的区域（1-1，1-2，1-3，1-4）分别位于整个坐标系统的1，2，3，4象限，这四个区域中填充的各向异性介质的相对介电常数和磁导率用下面的式子给出：

ε_xx=μ_xx=(P²+Q²)/P,

ε_xy=μ_xy=ε_yx=μ_yx=Q/P,

ε_yy=μ_yy=ε_zz=μ_zz=1/P,

ε_xz=μ_xz=ε_zx=μ_zx=ε_yz=μ_yz=ε_zy=μ_zy=0.

其中参数P和Q是与具体的象限有关的量：

P=-Sign(x)Δ/(d-Sign(x)Δ),

Q=-Sign(x)Sign(y)d/(d-Sign(x)Δ),

其中

Sign(x)表示符号函数，当x>0时等于1，当x<0时等于-1。

d表示投影距离，也就是所产生的沿着x方向平移了虚像离原点的位置。

外套筒（2）的横截面正方形的对角线长度为2b，内套筒（3）的横截面正方形的对角线长度为2a，Δ=b-a是由器件的几何尺度决定的量。

如果采用两个按照上述方法的投影成像设备，在同一空间位置投影成像，获得合成图像。

3、本发明的有益效果。

本发明的新型实时投影技术的优点包括：

（1）本器件可以直接在自由空间中产生投影的虚像，无需借助于任何投影屏幕。

（2）本器件的几何尺寸（a，b）和投影距离（d）可以预先设计，可针对于不同场合选择不同尺度的器件和投影距离。

（3）本器件可以直接在设计好的空间位置上产生投影成像，无需借助于光路转换系统，减少了成本及器件的大小。