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研究人员用360度AR全息汽车显示实现飞跃

来自剑桥大学、牛津大学和伦敦大学学院的研究人员开发了一种先进的增强现实(AR)全息系统,该系统使用激光雷达点云投射4K视频,专门为汽车平视显示器设计。该技术通过显示实时3D全息图像,在尺寸和距离上与现实世界中的物体保持一致,从而显著提高道路安全性,为驾驶员提供潜在道路危险的全面视图。



从LiDAR点云数据生成CGH的光学设置。a) LCoS的原理是基于液晶的排列。b) SLM的组装由光电元件组成。比例尺:1厘米。插入图显示LCoD面板。c)光学投影系统,显示4K SLM、He-Ne激光器、非球面透镜(L1)、聚焦透镜(L2)、偏光镜(P1-2)、半波片(HW)和分束器(BS)。d)开发全息投影装置,以4K显示3D浮动图像。e)分辨率图标的:线条、棋盘、赛奇盘、阴阳、西门子星等,对设备进行校准。f)分辨率目标的计算机生成全息图。虚线表示分析过的区域。g)分辨率目标的回放场结果。h)原始目标、cgh生成目标的强度-距离图和重放场结果在选择的投影区域(虚线区域)的比较中。(资料来源:Advanced Optical Materials)


该系统利用光探测和测距(LiDAR)数据,转换为详细的3D图像,并利用gpu加速计算来创建全息图,比传统的CPU处理速度更快。这提供了一个增强的道路视野,保持驾驶员的注意力,并大大降低了由于人为错误造成的事故风险。


与现有2D抬头显示器投射到挡风玻璃的一小部分不同,这项技术使驾驶员的眼睛专注于道路。3D投影可以从驾驶员视野的任何角度提供有关危险的信息,而不会分散注意力或让人不知所措。



全息设置的深度信息,以在重放场中重建360°浮动3D物体。a)点云采用分离算法提取数据,后处理为重放场结果中的CGH和强度剖面。每个点都有一个强度值。b)作为后处理算法的一部分,将光学聚焦透镜简化为虚拟菲涅耳透镜。虚拟菲涅耳透镜分别在焦距f = 50 mm和f = 75 mm处引入。c)激光雷达物体旋转时,深度信息作为像素强度,物体的深度信息将作为360°旋转的完全可评估障碍物显示给驾驶员。旋转过程显示在0°和30°。d)提取的LiDAR物体的三维物体旋转及其对应的重放场结果:0°呈现LiDAR卡车,LiDAR物体强度图,重放场结果;三维物体绕y轴旋转,激光雷达图像的卡车绕30°旋转;并回放字段结果。(资料来源:Advanced Optical Materials)


研究人员使用激光雷达对单个物体进行了高达40万个数据点的极其详细的扫描。专门的数据处理技术只提取最重要的信息来实时生成全息图。这可以360度评估车辆穿行、不断变化的街道上的潜在障碍。


收集的数据也可以通过云存储和共享,以创建一个众包平台,为通过该区域的所有车辆提供实时危险感知。


研究人员目前正在与谷歌合作,在实际车辆上测试该系统,道路试验可能会在2024年开始。该团队的目标是开发一个包容性系统,以提高所有道路使用者的安全。


参考文献

J. Skirnewskaja, Y. Montelongo, J. Sha, P. Wilkes, T. D. Wilkinson, Accelerated Augmented Reality Holographic 4k Video Projections Based on Lidar Point Clouds for Automotive Head-Up Displays. Adv. Optical Mater. 2023,