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说一说Hololens的成像原理

查看: 8996| 评论: 0 2016-11-28 03:20 PM| 发布者: administrator |原作者: obuil

一句话说来,Hololens的镜片其实是一个小型的DLP投影仪芯片+镜片模组,和你办公用的dlp投影仪原理是类似的,但它不是反射式的,而是衍射显示的。

1.使用DLP投影芯片
Hololens基本原理使用的是近眼3D衍射显示技术,配备两片光导透明全息透镜,虚拟内容采用DLP投影技术, 从前方的微型投影仪投射到光导透镜后进入人眼,同时也让现实世界的光透进来。
DLP投影芯片长这样:

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上图中大号的芯片是老一些的,在一些投影仪上使用,小型的是德州仪器(TI)用于视频和数据显示应用的0.47英寸TRP全高清1080p芯片组,可应用的电子设备包括:便携式投影机(电池和交流电源)、无屏电视、控制面板、交互式显示器及可穿戴式设备(如近眼显示器)等。

小的有什么新特性呢?
  1. 0.47英寸TRP全高清1080p显示芯片组的主要特性及优势:
  2. 全高清分辨率,画面清晰,紧凑型结构适用于各种尺寸的用户终端设备
  3. 低功耗,适用于电池供电设备,例如便携式投影机和可穿戴式设备等

2 HOLOLENS为什么会用DLP芯片呢?
  也许HMD应用的使用者都有这样的经历,那就是有时会被影像周围的“灰框”所干扰,这种现象在透视AR类设备中尤其明显。而这个破坏用户体验的“灰框”是由显示器背景的黑度水平所引起的,也就是那些没有显示任何内容的区域。从技术角度讲,这种情况与所用显示技术的固有对比度有关。
  TI方面称,相较于其他同类技术,TI的DLP技术具有较高的对比度,能够达到2000:1的全黑全白对比度(FOFO),通过高级信号处理技术,其能够为AR显示提供具有极高透明度的背景。DLP技术的另一个关键优势便是高速数据处理,在利用图像追踪用户动作的视频游戏等应用中,其产生的图像延迟性极低在输入帧率为120hz的情况下显示延迟仅为8.33ms。此外,市面上有很多应用能够依靠电池供电运行,这也是得益于DLP芯片组的低功耗、专有算法以及对于非极性LED照明的高效利用等特点。
  为了使DLP技术能够用于更小体积的电子设备中,TI不断缩小芯片尺寸,0.47英寸的DLP Pico 1080p显示芯片组是TI迄今为止能使小型电子设备实现更亮、更高效的全高清成像的最小芯片组。
那么通过DLP芯片投影的原理是什么呢?

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弄清楚DLP的显示原理后,52VR继续说说Hololens的衍射显示

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HOLOLENS只是一个特别贴近的平显而已。因为光路的原因,虚拟场景所成像距在无穷远处,和你透过这块半透玻璃看到外界物理世界的光路是重合的,所以你看到的就是叠加好的像,如果叠加的不清楚,可以调节那个来自于DLP方向的镜头组的焦距
其实HOLOLENS和战斗机一样,用的是衍射式平显的原理。

3.衍射型平显
根据平显的准直光学系统的不同,平显分折射、反射、衍射式。所谓衍射式就是平显的组合玻璃不再是平板镀膜玻璃,而是带小刻蚀线的(双)曲面玻璃制成的全息透镜,光线不是反射,而是衍射到飞行员的眼睛里(所以衍射式平显也叫全息平显)。同时这个全息透镜还过滤了非可见光。衍射式的优点是图象更明亮瞬时视场更大。

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4.Hololens如何实现的三色显示:

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我们都知道AR是虚拟物体叠加(superimpose over)在现实物体上,现实空间的光子已经打在了你视网膜上,再显示虚拟物体则是在这些光子之上增加光子。
而这个superimpose 表现在『显示』上,就是AR(Additive Display)。
你隔着玻璃看这个世界,看到的是这个世界吗?
但如果想在这上面显示不存在的东西,所谓『holographic』,它上面的光来自于现实世界中外界环境的光和显示器的光,两个光混合。
它就是将四块分离的色彩区域,按先后顺序显示出来。所以,要把240帧每秒的刷新率分给着四个色彩区域,所以最终重叠后只有60帧每秒。
这也就是为什么Hololens 这种现实被称为全息投影的原因,它和投影仪一样,都是投射『光』。

52VR顺带贴搜索了下科普文章(涨姿势链接):




(部分图片来自知乎,特此说明)


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