7 가지 증강 현실 광학 체계와 장단점

1, 직접 또는 오프 액시스 반사

이 기술은 프로젝터와 유사하며, 글래스업 (Glass Up) 과 같이 이미지를 안경에 직접 투사할 수 있습니다. 즉, 오른쪽 거울 다리에 미니 프로젝터를 설치하고 렌즈를 반사경으로 사용하여 렌즈에 320×240 크기의 영역을 투사하여 반사한 후 평행광을 형성하여 사람의 눈 이미징으로 들어갑니다. 이런 방안은 휴대폰이나 태블릿처럼 멀티태스킹을 할 수는 없지만, 문자메시지, 간단한 도표를 처리하면 충분하다. Meta glasses 도 비슷한 기술인 오프 액시스 반사경을 사용합니다. 표준 포물선 반사와는 달리 입사 방향 라이트를 특정 각도로 직접 유도하고 집중시켜 무한 초점을 지원합니다. 매우 작은 프로젝터는 프레임에 숨겨져 있으며, 좌우, 반투명 LCD 의 이미지는 LED 광원에 의해 빔 스플릿 거울에 투사되어 입체시각을 제공합니다.

프리즘 광학

가장 간단한 것은 45 도 프리즘으로, 모니터에서 나오는 빛을 안경테에서 사람의 눈으로 반사하는 동시에 현실 세계의 빛을 통과시킨다. 이것은 간단하고 저렴하며, 잘 알려진 구글 안경이 이 이 방안을 채택했다. 하지만 기술제한으로 구글 안경의 단점도 뚜렷하다. 시야 각도는 약 20 도 (프리즘법은 FOV 를 확대하기 위해 더 두껍게 할 수 있음) 에 불과하며, 빛은 반반반반투막을 두 번 통과해야 하므로 빛 에너지 활용도가 낮고 (약 20%) 화면이 어둡다. 제조 공정의 제한을 받아 렌즈가 두껍고, 대면적 렌즈는 가격이 비싸고, 완제품률이 낮다.

3, 자유형 표면 프리즘 유형

자유형 서피스는 서피스 형태가 연속적으로 가공되지 않는 서피스이며, 기존 가공 성형의 임의 피쳐를 가지고 있으며, 이전 두 가지 유형보다 설계가 훨씬 어렵습니다. 일반적으로 모양은 쐐기 유리이며 회전 대칭의 XY 다항식 자유 표면입니다. 이 구조에서 광선은 프리즘 변환을 통해 가상 확대상을 형성하고, 자유 표면의 방출면과 자유 표면의 반사면은 색차와 왜곡을 없애고, 이미지 품질은 더욱 선명하며, 시야각은 54 도에 이를 수 있으며, 이중 자유 곡면 프리즘을 사용하면 더욱 향상될 수 있습니다. 단점은 부피가 크고 약 7- 10mm 두께라는 것이다.

광 도파관+홀로그램 기술

파도는 유리에서 3 mm 이내의 30 ~ 40 의 시야 각도를 실현할 수 있으며, 일반 근시안경보다 얇고 얇아 일반 안경과 함께 사용할 수 있다. 그러나, 그것의 디자인도 가장 어렵다. 이 기술의 기본 원리는 빛의 전체 반사와 회절이다. 그림과 같이 홀로그램 웨이브 헬멧 디스플레이 시스템은 주로 마이크로디스플레이, 홀로그램 래스터 및 평면 웨이브로 구성됩니다. 이미지는 마이크로시준 렌즈를 통과한 후 방향 라이트가 되어 광파로 들어가 첫 번째 홀로그램 래스터에 도달합니다. 홀로그램 래스터의 회절 효과로 인해 방향 라이트는 전체 반사 조건을 충족하기 위해 전송 방향을 변경하고 파도 방향을 따라 무손실 앞으로 전파됩니다. 방향 라이트가 두 번째 홀로그램 래스터로 전파되면 전체 반사 조건이 손상되어 방향 라이트가 홀로그램 도파관에서 방출되어 사람의 눈 이미징으로 들어갑니다. 홀로그램 파동의 존재로 인해 광학 이미지는 수직으로 편향되고 전파될 수 있습니다. 이렇게 하면 전파 거리가 줄어들 뿐만 아니라 광학 시스템의 무게 중심을 머리 안에 유지할 수 있습니다. 접는 거울의 사용을 줄여 광학 시스템의 단순화 및 경량 설계에 도움이 됩니다. 그러나이 기술 지능은 단색 디스플레이를 구현합니다. 컬러 효과를 얻으려면 3 층 렌즈로 각각 빨강, 녹색, 파랑 삼원색을 투사하고, 서로 다른 빛을 결합하여 색상을 형성해야 한다. 현재 HoloLens 는 이런 방안을 채택하고 있다.

5, 광 도파관+반사 기술

회절 효과로 인해 홀로그램 래스터 구성표는 분산 및 이미지 흐림을 일으킬 수 있습니다. 따라서 Israel Corporation Lumus 는 그림과 같이 홀로그램 래스터보다 더 간단한 다중 반사층 구조를 사용하는 광학 요소 (LOE) 를 사용합니다. LOE 장치의 원리는 잠망경과 비슷하지만 여러 개의 반사경을 사용하여 눈동자를 넓힙니다. 모든 거울은 방향 빛을 반사하는데, 이 거울들은 같은 이미지에 있다. Lumus 의 대표 제품인 PD- 18, 해상도 800×600, 시각각 26× 20, 눈동자 10mm, 동공 거리 23 mm .. 부품 두께 2.3mm

라이트 필드 기술

광장 기술은 근거리 3D 의 또 다른 주요 기술 노선으로, Magic Leap 으로 대표된다. 이 기술의 가장 큰 장점은 사용자가 자유롭게 초점을 맞추고 가까이서 보면 전통적인 사진이나 동영상과 같은 모호함이 생기지 않는다는 점이다. 이 방법의 기술적 핵심은 광섬유 프로젝터입니다. Magic Leap 은 레이저가 광섬유를 통해 전파된 후 광섬유 포트에서 방사할 때 출력 방향이 광섬유에 접하는 원리를 기반으로 3 차원 공간에서 광섬유의 모양, 특히 광섬유 포트의 접선 방향을 변경하여 레이저 발사 방향을 제어하여 망막에 직접 투사합니다.

7. 비디오 오버레이 기술

위의 방안은 비교적 난이도가 높으며, 비디오 오버레이 기술은 AR 효과를 더 쉽게 실현할 수 있다. 비디오 오버레이 기술은 카메라 대신 카메라를 직접 사용하여 현실 세계를 관찰하고 가상 물건을 카메라가 촬영한 장면 위에 겹쳐 놓습니다. 이런 방법은 광학 설계의 어려움을 피하고 사람의 시각적 감각을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 적외선 카메라를 사용하여 적외선 스펙트럼의 장면을 볼 수 있습니다. 그러나 또 다른 문제는 데이터 연산량이 매우 커서 시급히 해결해야 한다는 것이다.

네 가지 "기본" AR 구현 방법

만약 이것이 전문적인 기술 솔루션이라면, 다음은 AR 기술 애호가들을 위한' 아마추어' 솔루션이다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 예술명언)

1, Opencv 및 C++

일반적인 원칙은 OpenCV 가 태그를 인식하고 위치를 지정한 다음 OpenGL 을 통해 카메라 이미지 아래에 가상 오브젝트를 중첩시켜 증강 현실을 실현하는 것입니다. 구체적인 아이디어는 SIFT 알고리즘을 사용하여 인식 (형상 점을 추출하고 피쳐 벡터로 설명, 현재 뷰의 피쳐 벡터를 대상 개체의 피쳐 벡터와 일치) 하고 인식된 원본 대상과 프레임 이미지의 일치 관계에 따라 변경 행렬을 만들어 OpenGL 에서 그린 3 차원 오브젝트를 표시하고 추적하는 것입니다.

2, 파이썬

파이썬은 세계에서 가장 우아한 언어입니다. 현재 대부분의 컴퓨터 시각 프로젝트는 파이썬으로 이뤄지고 있다. 물론 파이썬 cv 라이브러리를 사용하면 AR 효과를 쉽게 얻을 수 있습니다. 파이썬을 사용하여 AR 효과를 구현하려면 먼저 파이거와 파이퍼넬 두 개의 오픈 소스 키트를 적용해야 합니다. PyGame 은 디스플레이 창, 입력 장치, 이벤트 등을 매우 간단하게 처리할 수 있는 인기 있는 게임 개발 키트입니다. 구현 과정에서 카메라 매트릭스를 가져와 OpenGL 형식으로 변환하고, 평면과 마커를 사용하여 자세를 추정한 다음 이미지에 가상 물체를 배치하여 현실감을 높여야 합니다.

3, ar+슬램

슬램은 주로 지도 재구성에 사용됩니다. AR 에서 SLAM 알고리즘은 일반적으로 카메라 포즈를 얻는 데 사용됩니다. 인터넷에는 SLAM 개발 리소스와 AR-SLAM 프로젝트 사례가 몇 가지 있는데, 관심 있는 것은 다운로드 가능합니다.

4, ar 도구 키트

ARToolKit 은 C/C++ 언어로 작성된 라이브러리입니다. AR 프로그램을 개발하는 데 가장 어려운 부분은 가상 이미지를 사용자의 뷰포트에 실시간으로 드레이핑하고 실제 오브젝트에 정확하게 정렬하는 것입니다. ARToolKit 은 이미지 기술을 사용하여 카메라와 태그 카드 사이의 상대적 위치를 계산하므로 프로그래머가 태그 카드에서 가상 객체를 덮어쓸 수 있습니다. ARToolKit 은 빠르고 정확한 태그 추적을 제공하여 많은 업데이트보다 흥미로운 AR 프로그램을 빠르게 개발할 수 있도록 합니다. 구현 단계는 다음과 같습니다. 프로그램 초기화-비디오 입력 프레임 캡처-레이블 카드 감지-카메라 전송 매트릭스 계산-가상 개체 그리기-비디오 캡처 해제