CN105744257B - 一种光学隐形装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光学隐形装置，该光学隐形装置沿光路入射方向依次包括：用于成像的第一微透镜阵列、成像单元、显示屏和用于将所述显示屏所显示的内容投射到外部的第二微透镜阵列，还包括有图像处理单元。此外还提供了另一种光学隐形装置，该光学隐形装置包括：位于第一侧的用于成像的第一微透镜阵列、第一成像单元、第一图像处理单元、第一显示屏和第二微透镜阵列、以及位于第二侧的第三微透镜阵列、第二成像单元、第二图像处理单元、第二显示屏和第四微透镜阵列。本发明的光学隐形装置能够适应不同形状目标物的隐形装置且图像显示具有立体效果等优点。

Description

一种光学隐形装置
技术领域
本发明涉及一种隐形装置，特别涉及一种光学隐形装置。
背景技术
隐形技术越来越受到人们的关注和重视，渐渐的为人们所知，特别在军事领域，隐形技术应用得最为广泛。在光学隐形方面，现有的隐形技术主要还是军事迷彩等，但随着背景环境的改变，这种技术将不再具有隐形效果，因此这只是一种伪装技术。还有一种是通过光纤将光线从一侧引导到另一侧，从而绕过中间的物体，该方式对光纤的工艺要求较高，并且需要数量庞大的光纤，复杂度较高容易受到干扰。另外有一种隐形装置，它通过简单的摄像头和显示屏，将一侧的物体拍下后显示在另一侧，现有的显示屏为硬屏幕，缺乏立体感，隐形效果不佳，无法适应不同形状的物质。
因此，需要一种具有立体效果图像显示且能够适应不同形状目标物的光学隐形装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学隐形装置，该光学隐形装置沿光路入射方向依次包括：用于成像的第一微透镜阵列、成像单元、显示屏和用于将所述显示屏所显示的内容投射到外部的第二微透镜阵列，还包括有图像处理单元。其中，第一微透镜阵列包括多个微透镜单元，用于聚焦外部实景的光束；成像单元布置在所述第一微透镜阵列的焦平面上，用于将第一微透镜阵列收集到的光信号感光成像；图像处理单元用于获取所述成像单元感应的图像数据以获得不同景深的实景图像，并将所述实景图像呈现到所述显示屏上；显示屏布置在所述第二微透镜阵列的焦平面上，用于呈现经图像处理单元处理后的图像；第二微透镜阵列用于将显示屏上显示的图像投射到外部。
将需要隐形的目标位于所述成像单元和所述显示屏之间，所述成像单元、所述图像处理单元和所述显示屏之间的信号或数据通过有线或无线方式相互传输。
此外还提供了另外一种光学隐形装置，该光学隐形装置包括：位于第一侧的用于成像的第一微透镜阵列、第一成像单元、第一图像处理单元、第一显示屏和第二微透镜阵列、以及位于第二侧的第三微透镜阵列、第二成像单元、第二图像处理单元、第二显示屏和第四微透镜阵列。
其中，所述第一微透镜阵列包括多个微透镜单元，用于聚焦来自第一侧外部实景的光束；所述第一成像单元布置在所述第一微透镜阵列的焦平面上，用于将第一微透镜阵列收集到的光信号感光成像；所述第一图像处理单元用于获取所述第一成像单元感应的图像数据以获得不同景深的实景图像，并将所述实景图像呈现到所述第二显示屏上；所述第一显示屏用于呈现经第二图像处理单元处理后的图像；所述第二微透镜阵列用于将第一显示屏上显示的图像投射到第一侧的外部。
所述第三微透镜阵列包括多个微透镜单元，用于聚焦来自第二侧外部实景的光束；所述第二成像单元布置在所述第三微透镜阵列的焦平面上，用于将第三微透镜阵列收集到的光信号感光成像；所述第二图像处理单元用于获取所述第二成像单元感应的图像数据以获得不同景深的实景图像，并将所述实景图像呈现到所述第一显示屏上；所述第二显示屏用于呈现经第一图像处理单元处理后的图像；所述第四微透镜阵列用于将第二显示屏上显示的图像投射到第二侧的外部；
将需要隐形的目标位于所述第一侧和第二侧之间，所述第一成像单元、所述第一图像处理单元、所述第一显示屏、所述第二成像单元、所述第二图像处理单元、所述第二显示屏之间的信号或数据通过有线或无线方式相互传输。
优选地，其中所述微透镜单元的形状为圆形、正六边形或矩形。
优选地，其中所述第一成像单元或第二成像单元包括多个子成像单元，每个成像子单元分别设置成对应于第一微透镜阵列或第三微透镜阵列的每个微透镜单元，每个子成像单元和其对应的微透镜单元组成第一模块。
优选地，其中所述第一显示屏或第二显示屏包括多个子显示单元，每个子显示单元分别设置成对应于第二微透镜阵列或第四微透镜阵列的每个微透镜单元，每个子显示单元和其对应的微透镜单元组成第二模块。
优选地，其中所述第一模块和所述第二模块相互间隔交错排列。
优选地，其中所述第一模块和第二模块之间通过铰链或柔性的方式连接。
优选地，其中所述第一显示屏或第二显示屏是柔性的。
优选地，其中所述成像单元和所述显示屏构成封闭的环状。
优选地，其中位于所述第一侧的各个元件和位于所述第二侧的各个元件构成封闭的环状。
综上所述，本发明一种光学隐形装置实现了针对不同物体的实时隐形效果，且对物体的形状具有较好的适应性，其隐形效果与真实环境高度一致，同时还具有三维立体效果，可以广泛应用于军事领域和一些民用领域。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出本发明一种光学隐形装置的第一实施方式；
图2(a)示意性示出本发明一种光学隐形装置的第二实施方式；
图2(b)示意性示出了第二实施方式中另一实施例的光学隐形装置的结构图；
图2(c)至图2(d)示意性示出了第二实施方式中另一实施例的光学隐形装置结构图；
图2(e)至图2(f)示意性示出了第二实施方式中另一实施例的光学隐形装置结构图；
图3(a)示出了图2(f)中不同模块之间的铰链连接局部放大图；
图3(b)示出了环状隐形装置的原理图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件。
本发明提供一种光学隐形装置100，通过该隐形装置100可以实现实时的隐形效果，并可以对任何形状的物体进行全方位的隐形。
图1示出了根据本发明的一种光学隐形装置的第一种实施方式。如图1所示，该光学隐形装置100沿光路入射方向依次包括：用于成像的第一微透镜阵列101、成像单元102、图像处理单元103、显示屏104 和用于将显示屏104所显示的内容投射到外部的第二微透镜阵列105。其中，需要隐形的目标位于成像单元102和显示屏104之间，成像单元102、图像处理单元103和显示屏之间的信号或数据通过有线或无线方式相互传输。
第一微透镜阵列101，包括多个用于聚光的第一微透镜单元101a，用于聚焦光束。根据本发明的一个实施例，微透镜的形状可以为设置成圆形、正六边形或矩形等。外部光线经过第一微透镜阵列101进入成像单元102感应成像。
成像单元102，布置在第一微透镜阵列101的焦平面上，用于感光成像。成像单元102的传感器例如可以为CCD或CMOS，用于接收成像光强信号，转变为电信号存储起来。成像单元102与第一微透镜阵列101的组合实现了一个简易光场相机的功能，可以获得更大范围的不同景深的实景图像。其中所述成像单元102包括多个子成像单元，每个成像子单元分别设置成对应于第一微透镜阵列101每个微透镜单元101a。
图像处理单元103，用于获取成像单元102感应的图像数据并对该数据进行处理。图像处理单元103与成像单元102之间可以通过数据线106 或者无线的方式连接通信，进一步根据需要呈现出不同景深的图像，然后将处理后的图像实时的呈现到显示屏104上供使用者的人眼108观看。根据本发明的一个实施例，图像处理单元103与成像单元102之间存在一定的空间，该空间用于放置需要隐形的目标物体，例如图1中的苹果107。
显示屏104，布置在第二微透镜阵列105的焦平面上，用于实时呈现实景图像，显示屏104可以选用LCD、LED或OLED。优选地，将图像处理单元103和显示屏104依次并列贴附在一起组成一个整体，从而有效地减小占用空间。
第二微透镜阵列105，包括多个用于显示的第二微透镜单元101a，用于将显示屏104上显示的图像发散和放大后投射到外部，例如投射到使用者的人眼108上。优选地，第二微透镜阵列105的焦平面与显示屏 104的所在平面重合，这样可以保证透过的光线均为平行光线。
将需要隐形的目标位于成像单元102和显示屏104之间，成像单元 102、图像处理单元103和显示屏104之间的信号或数据通过有线或无线方式相互传输。
上述本发明的第一种实施方式采用一侧用于摄像、另一侧用于显示的结构，则也只能从有限的角度方向上观看才能起到隐形的效果，例如，从图1中所示的人眼108的观看方向才能看不见该隐形装置和需要隐形的苹果107。
图2(a)至图2(e)示出了本发明一种光学隐形装置的第二种实施方式，与第一种实施方式不同点在于第二种实施方式采用了能够在单侧同时摄像和显示的结构，从而扩大了第一种实施方式的可视角度和范围。该第二种实施方式的隐形装置可以实现从多角度多方向观看都具有隐形的效果。
如图2(a)所示，一种光学隐形装置200包括：位于第一侧(例如图 2(a)中的左侧)的用于成像的第一微透镜阵列201a、第一成像单元203a、第一图像处理单元205a、第一显示屏204a和第二微透镜阵列202a、以及位于第二侧(例如图2(a)中的右侧)的第三微透镜阵列201b、第二成像单元203b、第二图像处理单元205b、第二显示屏204b和第四微透镜阵列202b。
第一微透镜阵列201a包括多个微透镜单元，用于聚焦来自第一侧外部实景的光束。第一成像单元203a布置在第一微透镜阵列201a的焦平面上，用于将第一微透镜阵列201a收集到的光信号感光成像。第一图像处理单元205a用于获取第一成像单元203a感应的图像数据以获得不同景深的实景图像，并将所述实景图像呈现到另一侧(即第二侧)所述第二显示屏204b上。第一显示屏204a用于呈现经另一侧的第二图像处理单元205b处理后的图像。第二微透镜阵列202a用于将第一显示屏204a 上显示的图像投射到第一侧的外部。第三微透镜阵列201b包括多个微透镜单元，用于聚焦来自第二侧外部实景的光束。第二成像单元203b布置在第三微透镜阵列201b的焦平面上，用于将第三微透镜阵列201b收集到的光信号感光成像。第二图像处理单元205b用于获取第二成像单元 203b感应的图像数据以获得不同景深的实景图像，并将所述实景图像呈现到另一侧的所述第一显示屏204a上。第二显示屏204b用于呈现经另一侧的第一图像处理单元205a处理后的图像。第四微透镜阵列202b用于将第二显示屏204b上显示的图像投射到第二侧的外部。
具体地，如图2(a)所示，第一微透镜阵列201a置于第一成像单元 203a的前方，第一成像单元203a与第二微透镜阵列202a彼此间隔交错排列，第一显示屏204a设置于第二微透镜阵列202a的后方。第一显示屏204a可以为一体的显示屏，通过划分不同的子显示单元来对应每个第二微透镜阵列202a。
将需要隐形的目标107位于所述第一侧和第二侧之间，第一成像单元203a、第一图像处理单元205a、第一显示屏204a、第二成像单元203b、第二图像处理单元205b、第二显示屏204b之间的信号或数据通过有线或无线方式相互传输。
该光学隐形装置200的第一侧结构和第二侧结构之间的布置关系实际为镜像布置，此外还可以将第一成像单元203a和第二微透镜阵列202a 以及第二成像单元203b和第四微透镜阵列202b相互间隔交错排列在同一平面上，从而不仅实现图像拍摄和显示的均匀性，还具有结构紧凑等优点。
通过上述可知，在需要隐形的物体(图2(a)所示的苹果107)两侧分别镜像布置有数据线106相互连接的上述隐形装置，从而即可实现从两个方向(即人眼108和人眼109的观看方向)观看苹果107均具有隐形效果，同样地也可以实现多角度多方向观看的隐形效果。
图2(b)示出了上述光学隐形装置200的另一可替代的布置方式，且均能实现同样的效果。图2(b)示意的隐形装置与图2(a)描述的光学隐形装置200区别在于替换了成像单元203和显示屏204之间位置，多个用于摄像的微透镜单元201与显示屏204间隔交错排列，在显示屏204的上方设有用于显示微透镜单元202。
具体地，如图2(b)所示，以第一侧为例，第一微透镜阵列201置于第一成像单元203的前方，第一成像单元203可以为一体的成像单元，通过划分不同的子成像单元来对应每个第一微透镜阵列201。第一微透镜阵列201与第一显示屏204的各个子显示单元彼此间隔交错排列，第一显示屏204设置于第二微透镜阵列202的后方。
图2(c)和图2(d)示意的光学隐形装置与图2(b)描述的光学隐形装置区别在于成像单元203和显示屏204为棋盘式间隔交错排列。如图2(d) 所示，成像单元203和显示屏204的每个子成像单元和每个子显示单元彼此相互间隔交错排列，呈棋盘状排列。如图2(c)所示，每个成像单元 203和每块显示屏204均分别对应用于第一微透镜单元201和第二微透镜单元202。具体地，第一微透镜阵列201和第二微透镜阵列202彼此间隔排列，第一成像单元203的各个子成像单元与第一显示屏204的各个子显示单元彼此间隔交错排列，呈现出如图2(d)所示的棋盘状间隔排列方式。
图2(e)和图2(f)示出了上述光学隐形装置200的另一可替代的布置方式。如图2(e)和图2(f)所示，光学隐形装置的多个成像单元203和显示屏204间隔交错排列在一起，且每个成像单元203均对应一个用于聚光的微透镜单元201且组成第一模块，每块显示屏204均对应一个用于显示的微透镜单元202且组成第二模块，整个隐形装置由第一模块和第二模块相互间隔排列组成。在该实施例中，通过将第一模块和第二模块之间进行柔性连接，可以形成柔性的光学隐形装置。
具体地，如图2(f)所示，在第一模块和第二模块底部边缘通过铰链 301进行连接，各个模块之间均通过多个铰链301彼此相连接，从而整体形成一块形状可变的网状结构的光学隐形装置。
图3(a)示出了本发明的柔性光学隐形装置的连接结构放大图。图3(a) 所示为图2(f)中铰链301的局部放大图。根据一个实施例，该铰链301 的转轴为空心，其内部设置有角度传感器302，用于测量铰链转动的角度，并通过测量出的角度值计算出所有模块当前的方位，且进一步可以确定所有第一模块拍摄了什么方位的图像以及所有第二模块应该显示什么图像，从而实现了具有一定柔性的光学隐形装置。
图3(b)示出了本发明一种光学隐形装置的第四种实施方式，该实施方式中，实现了一种环形或可封闭的隐形装置，可实现多角度全方位观看的隐形效果。
具体地，将第三种实施方式中描述的第一模块和第二模块相互连接在一起并可以形成一个环形或封闭形状的隐形装置，如图3(a)所示，多个局部的隐形装置301相互拼接形成了一个环形的隐形装置，且环形隐形装置在中心线上延伸即可得到上下开口的圆柱形隐形装置，进一步的还可以形成一个封闭空间的隐形装置，封闭的隐形装置可实现三维空间内全方位的隐形效果，例如球形隐形装置。本实施的方式仅举出了环形隐形装置一个实施例，通过该环形隐形装置可在水平面内360度观看时均具有隐形效果，即水平面内全方位的对苹果107进行了隐形。
更加优选地，采用柔性材料制作上述隐形装置，例如软体塑料，即利用软体塑料将第一模块和第二模块固定，且第一模块和第二模块连接处的软体塑料出还设置有角度传感器302，从而可以实现柔性更好的隐形装置，进一步可以制作成用于隐形人体的隐形衣。
具体地，对应于图1的实施方式，通过将图1中的成像单元102和显示屏104制作成柔性的，能够构成封闭的环状光学隐形装置。对应于图2(a)中的实施方式，通过将位于第一侧的各个元件和位于所述第二侧的各个元件通过上述柔性连接的方式构成封闭的环状，形成封闭的光学隐形装置。
综上所述，本发明一种光学隐形装置实现了针对不同物体的实时隐形效果，且对物体的形状具有较好的适应性，其隐形效果与真实环境高度一致，还具有三维立体效果，可以广泛应用于民用领域和军事领域。
所述附图仅为示意性的并且未按比例画出。虽然已经结合优选实施例对本发明进行了描述，但应当理解本发明的保护范围并不局限于这里所描述的实施例。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (9)

1.一种光学隐形装置，所述光学隐形装置沿光路入射方向依次包括：用于成像的第一微透镜阵列、成像单元、显示屏和用于将所述显示屏所显示的内容投射到外部的第二微透镜阵列，还包括有图像处理单元，其中，
所述第一微透镜阵列包括多个微透镜单元，用于聚焦外部实景的光束；
所述成像单元布置在所述第一微透镜阵列的焦平面上，用于将第一微透镜阵列收集到的光信号感光成像；所述成像单元包括多个子成像单元，每个成像子单元分别设置成对应于第一微透镜阵列每个微透镜单元；
所述图像处理单元用于获取所述成像单元感应的图像数据以获得不同景深的实景图像，并将所述实景图像呈现到所述显示屏上；
所述显示屏布置在所述第二微透镜阵列的焦平面上，用于呈现经图像处理单元处理后的图像；
所述第二微透镜阵列用于将显示屏上显示的图像投射到外部；其中，需要隐形的目标位于所述成像单元和所述显示屏之间，所述成像单元、所述图像处理单元和所述显示屏之间的信号或数据通过有线或无线方式相互传输。
2.一种光学隐形装置，所述光学隐形装置包括：位于第一侧的用于成像的第一微透镜阵列、第一成像单元、第一图像处理单元、第一显示屏和第二微透镜阵列、以及位于第二侧的第三微透镜阵列、第二成像单元、第二图像处理单元、第二显示屏和第四微透镜阵列，其中，
所述第一微透镜阵列包括多个微透镜单元，用于聚焦来自第一侧外部实景的光束；
所述第一成像单元布置在所述第一微透镜阵列的焦平面上，用于将第一微透镜阵列收集到的光信号感光成像；
所述第一图像处理单元用于获取所述第一成像单元感应的图像数据以获得不同景深的实景图像，并将所述实景图像呈现到所述第二显示屏上；
所述第一显示屏用于呈现经第二图像处理单元处理后的图像；
所述第二微透镜阵列用于将第一显示屏上显示的图像投射到第一侧的外部；
所述第三微透镜阵列包括多个微透镜单元，用于聚焦来自第二侧外部实景的光束；
所述第二成像单元布置在所述第三微透镜阵列的焦平面上，用于将第三微透镜阵列收集到的光信号感光成像；
所述第二图像处理单元用于获取所述第二成像单元感应的图像数据以获得不同景深的实景图像，并将所述实景图像呈现到所述第一显示屏上；
所述第二显示屏用于呈现经第一图像处理单元处理后的图像；所述第四微透镜阵列用于将第二显示屏上显示的图像投射到第二侧的外部；
其中所述第一成像单元或第二成像单元包括多个子成像单元，每个成像子单元分别设置成对应于第一微透镜阵列或第三微透镜阵列的每个微透镜单元，每个子成像单元和其对应的微透镜单元组成第一模块；
其中，需要隐形的目标位于所述第一侧和第二侧之间，所述第一成像单元、所述第一图像处理单元、所述第一显示屏、所述第二成像单元、所述第二图像处理单元、所述第二显示屏之间的信号或数据通过有线或无线方式相互传输。
3.如权利要求1或2所述的光学隐形装置，其中所述微透镜单元的形状为圆形、正六边形或矩形。
4.如权利要求2所述的光学隐形装置，其中所述第一显示屏或第二显示屏包括多个子显示单元，每个子显示单元分别设置成对应于第二微透镜阵列或第四微透镜阵列的每个微透镜单元，每个子显示单元和其对应的微透镜单元组成第二模块。
5.如权利要求4所述的光学隐形装置，其中所述第一模块和所述第二模块相互间隔交错排列。
6.如权利要求4所述的光学隐形装置，其中所述第一模块和第二模块之间通过铰链或柔性的方式连接。
7.如权利要求2所述的光学隐形装置，其中所述第一显示屏或第二显示屏是柔性的。
8.如权利要求1所述的光学隐形装置，其中所述成像单元和所述显示屏构成封闭的环状。
9.如权利要求2所述的光学隐形装置，其中位于所述第一侧的各个元件和位于所述第二侧的各个元件构成封闭的环状。
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