基于图像拼接的空中成像装置及图像源显示内容确定方法与流程

1.本发明涉及基于图像拼接的空中成像装置及图像源显示内容确定方法。


背景技术：

2.现有空中成像装置，主要由图像源产生图像，然后经过透镜组或者二面角反射器等光学元件后，在空气中成实像，现有的空中成像装置如图1所示，一般都是图像源1呈现画面，经过后透镜3和前透镜4消色差后，再由反射镜调整角度控制实像5的位置。随着空中成像装置越来越成熟，配合手势识别装置后应用的领域也越来越宽，但是在一些空间狭小的区域，比如汽车内，现有的空中成像装置由于在深度方面要求较多，无法安装在汽车的中控台内，如果要强行安装在汽车中控台内，其显示的画面尺寸又将受到影响，这主要是因为在后透镜一般需要补偿前透镜的色差，需要同一视场的光线在前透镜和后透镜上的高度分布在光轴不同侧，导致在深度方向空中成像装置的尺寸无法压缩。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供空中成像装置及图像源显示内容确定方法，能够有效解决现有空中成像装置无法安装在深度尺寸受限空间内的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：基于图像拼接的空中成像装置，按光路方向依次包括：
5.图像源：有两个，两个图像源有部分显示内容重合；
6.后透镜：与图像源一一对应，等效焦距为正焦距，用于校正垂轴色差；
7.前透镜：用于将经过后透镜的光线汇聚成实像；
8.两个图像源分别位于过前透镜主光轴的平面的两侧，两个图像源显示的画面分别经过后透镜和前透镜后，拼接成完整图像的实像。
9.优选的，所述后透镜与前透镜之间还设有第一反射镜，用于改变经过后透镜的光线角度。
10.优选的，所述前透镜和实像之间还设有第二反射镜，用于改变实像位置。
11.优选的，所述后透镜为单片透镜或者多片透镜组成；所述前透镜为单片透镜或者多片透镜组成。
12.优选的，每个所述图像源包括至少两个子图像源，相邻的两个所述子图像源有部分显示内容重合；进一步将图像源分解成至少两个子图像源，降低单个光源的尺寸，方便子图像源的设置，充分利用可能的空间。
13.优选的，所述子图像源与后透镜之间设有第三反射镜，通过第三反射镜可以调整子图像源的位置，让子图像源发出的光线能通过后透镜。
14.优选的，每个所述后透镜均包括与子图像源数量对应的子后透镜，每个子图像源对应一个子后透镜，将后透镜也分为至少两个子后透镜，进一步扩大了在前透镜以前光路上部件的分布方式及灵活性，充分利用可能的位置空间。
15.采用基于图像拼接的空中成像装置的图像源显示内容确定方法，包括以下步骤：
16.步骤一：确定观察者的距离和范围，观察者的范围的两个端点为e1、e3，中点为e2；确定空中成像单元中各个部件的位置，确定实像的位置，实像的两个端点为p1、p3，中点为p2；确定前透镜中心位置o1；
17.步骤二：连接e1和o1与p1p3交于p5点，连接e3和o1与p1p3交于p4点，则p2p4＝p2p5＝e1e2×
o1p2÷
o1e2，求出p4、p5的位置，则p1p5对应左侧图像源显示空中图像区域的内容，p3p4对应右侧图像源显示空中图像区域的内容。
18.优选的，如果在前透镜与实像之间有第二反射镜，则步骤一中先将前透镜中心位置o1关于第二反射镜镜像得到o
′1，在步骤二中以o
′1替代o1进行计算。
19.采用基于图像拼接的空中成像装置的图像源显示内容确定方法，后透镜与前透镜之间还设有第一反射镜，前透镜和实像之间还设有第二反射镜，第一反射镜为平面镜，第二反射镜为弧面反射镜，包括以下步骤：
20.步骤一：确定观察者的距离和范围，观察者的范围的两个端点为e1、e3，中点为e2；确定空中成像单元中各个部件的位置，确定实像的位置，实像的两个端点为p1、p3，中点为p2；左侧第一反射镜为m1，右侧第一反射镜为m2；
21.步骤二：在p1、p3上预估p4、p5点的位置；
22.步骤三：然后进行光路逆向追踪，光线从p4、p5发出，光束口径由e1、e2的大小决定，调节p4的位置，当p4发出的光线只经过m2时，p3p4对应右侧图像源显示空中图像区域的内容；调节p5的位置，当p5发出的光线刚好只经过m1时，则p1p5对应左侧图像源显示空中图像区域的内容。
23.与现有技术相比，本发明的优点是：基于图像拼接的空中成像装置通过将图像源拆分成两个，使得单个图像源尺寸变小，再为每个图像源单独配置后透镜，在矫正垂轴色差的同时还可以缩短深度方向尺寸，从而使整个装置深度方向尺寸缩短，更好的适应较小的尺寸环境安装，并且本装置更容易实现量产并投入商业应用。
24.图像源显示内容确定方法，简单易操作，根据观察者的距离和观看范围，确定每个图像杨显示内容的多少，让每个图像源所成实像进行叠加形成更大的完整图像。
附图说明
25.图1为现有空中成像装置的结构示意图；
26.图2为本发明空中成像装置的结构示意图；
27.图3为本发明采用空中成像装置的图像源显示内容确定方法实施例一中的图像源拼接光路图。
具体实施方式
28.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描
述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.实施例一：
33.参阅图2为本发明基于图像拼接的空中成像装置的实施例，空中成像装置，包括一级空中成像单元，空中成像单元按光路方向依次包括：
34.图像源1：有两个，两个图像源1有部分显示内容重合，部分内容重合是为了方便两个图像源1发出的光线经过后续透镜组后能够拼接成完整的实像5，本实施例中的图像源1由为lcd，当然图像源1也可以是led、oled或者lcos中的一种；
35.后透镜3：与图像源1一一对应，等效焦距为正焦距，用于校正垂轴色差；
36.前透镜4：用于将经过后透镜3的光线汇聚成实像5；
37.两个图像源1分别位于过前透镜4主光轴的平面的两侧，两个图像源1显示的画面分别经过后透镜3和前透镜4后，拼接成完整图像的实像5。
38.为了进一步压缩深度方向空间，在后透镜3和前透镜4之间设有第一反射镜2，第一反射镜2一般采用平面镜，可以改变后透镜3和前透镜4之间的角度，让图像源1由竖直位置转为水平位置，从而将深度方向空间进行压缩，改为利用横向空间。
39.在前透镜4和实像5之间还设有第二反射镜6，第二反射镜6可以为单独的镜片，将本装置安装在汽车上时，也可以利用汽车前挡风玻璃作为第二反射镜6，这样可以改变实像5的成像位置，更符合人眼观察角度。
40.本实施例中的后透镜3和前透镜4根据实际使用场景和成本控制，可以采用单片透镜或者多片透镜组成的透镜组，采用透镜组时可以更好的消轴向色差，提供更加清晰的画质。
41.如图3所示，本实施例中由于所成的实像5是由两个图像源1的画面拼接而成的，因此需要确定每个图像源1显示画面内容，具体方法包括以下步骤：
42.步骤一：确定观察者的距离和范围，观察者的范围的两个端点为e1、e3，中点为e2；确定空中成像单元中各个部件的位置，确定实像5的位置，实像5的两个端点为p1、p3，中点为p2；确定前透镜4中心位置o1；
43.步骤二：连接e1和o1与p1p3交于p5点，连接e3和o1与p1p3交于p4点，则p2p4＝p2p5＝e1e2×
o1p2÷
o1e2，求出p4、p5的位置，则p1p5对应左侧图像源1显示空中图像区域的内容，p3p4对应右侧图像源1显示空中图像区域的内容。
44.当前透镜4与实像5之间有第二反射镜6且第二反射镜6为平面镜时，则步骤一中先
将前透镜4中心位置o1关于第二反射镜6镜像得到o
′1，在步骤二中以o
′1替代o1进行计算。
45.如果空中成像装置中第一反射镜2和第二反射镜6都有，且第二反射镜6采用弧面反射镜，那确定每个图像源1显示画面内容，具体方法包括以下步骤：
46.步骤一：确定观察者的距离和范围，观察者的范围的两个端点为e1、e3，中点为e2；确定空中成像单元中各个部件的位置，确定实像5的位置，实像5的两个端点为p1、p3，中点为p2；左侧第一反射镜为m1，右侧第一反射镜为m2；
47.步骤二：在p1、p3上预估p4、p5点的位置；
48.步骤三：然后进行光路逆向追踪，光线从p4、p5发出，光束口径由e1、e2的大小决定，调节p4的位置，当p4发出的光线只经过m2时，p3p4对应右侧图像源1显示空中图像区域的内容；调节p5的位置，当p5发出的光线刚好只经过m1时，则p1p5对应左侧图像源1显示空中图像区域的内容。
49.基于图像拼接的空中成像装置通过将图像源拆分成两个，使得单个图像源尺寸变小，再为每个图像源单独配置后透镜，在矫正垂轴色差的同时还可以缩短深度方向尺寸，从而使整个装置深度方向尺寸缩短，更好的适应较小的尺寸环境安装，并且本装置更容易实现量产并投入商业应用。
50.图像源显示内容确定方法，简单易操作，根据观察者的距离和观看范围，确定每个图像杨显示内容的多少，让每个图像源所成实像进行叠加形成更大的完整图像。
51.实施例二：
52.本实施例与实施例一的区别在于，将实施例一中的图像源分为至少两个子图像源，这里将一个图像源分解为两个子图像源为例，也就是在前透镜主光轴左侧的图像源是由两个子图像源构成，前透镜主光轴右侧的图像源也是由两个子图像源构成。整个基于图像拼接的空中成像装置除图像源外其他部件保持不变，只有子图像源显示的画面内容需要有部分重合，以便保证在图像拼接时不会产生缝隙，这样就可以将单个子图像源的尺寸缩小，充分利用狭小的空间。
53.进一步的，可以为每个子图像源配置第三反射镜，第三反射镜安装在子图像源和后透镜之间，让子图像源可以设置的角度和位置进一步得以扩展。
54.还可以将后透镜也分为多个子后透镜，每个子后透镜的结构保持一致，这也就使将前透镜光路上游的元件有了更大的布置空间，通过不同的子图像源、子后透镜和/或第三反射镜，充分利用整个空间尺寸。
55.对于子图像源显示画面的内容具体那些部分要重合，可以参考实施例一的方法确定
56.通过将图像源1拆分成两个子图像源，使得单个子图像源尺寸变小，再为每个子图像源单独配置子后透镜，在矫正垂轴色差的同时还可以缩短深度方向尺寸，从而使整个装置深度方向尺寸缩短，更好的适应较小的尺寸环境安装，并且本装置更容易实现量产并投入商业应用。
57.以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。