1 中国科学技术大学生物医学工程学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学附属第一医院（安徽省立医院）整形外科，安徽 合肥 230001
3 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230027
4 中国科学技术大学苏州高等研究院，江苏 苏州 215123
5 中国科学技术大学电子科学与技术系，安徽 合肥 230026
远程皮肤病学是缓解偏远地区皮肤专科医生缺乏问题的有效手段，但目前的方法存在适用范围有限、严重依赖远程医学专家及显示不够直观等缺陷。为弥补当前研究不足，设计并搭建了一套皮肤肿瘤智能远程会诊系统，该系统兼具无网络环境下的皮肤肿瘤自动筛查和有网络环境下的远程会诊及术前规划功能。性能量化实验结果表明，系统可将虚拟的标注高精度原位投射到成像区域。实验对照结果显示，部署于该系统的深度学习模型在诊断能力上与皮肤科专家相当，并且能够辅助专家更迅速、更精确地做出医疗决策。临床试验进一步证实了该系统的实用性。该系统旨在为医疗资源有限的地区提供帮助，使得当地患者能够进行皮肤肿瘤等多种疾病的早期筛查及治疗。
医用光学 生物技术 远程皮肤病学 人工智能 增强现实 原位投影成像
1 南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016
2 中航西安飞机工业集团股份有限公司，陕西 西安 710089
提出一种基于多点的虚实注册方法。首先，设计一种手持式靶标探针，根据飞机零部件上的典型特征设计了不同的探针测头，并采用单目相机对探针进行标定，标定出测头尖点相对靶标的位置。然后，在虚实注册过程中在三维模型上设置几个点，借助靶标探针测量真实零件上对应的几个点，利用奇异值矩阵分解法，求解出增强现实设备虚实映射空间中三维模型到真实零件的刚体变换，根据此变换即可实现虚实配准。最后，选取3 m×1.4 m×0.5 m尺寸范围内的机翼为验证对象，采用所设计的靶标探针验证其虚实配准精度，并分析注册时点的数量与布局对虚实注册精度的影响。实验结果表明，所提方法可以实现大尺寸零部件整体较高的虚实配准精度。
测量 飞机装配 增强现实 虚实配准 探针标定 多点注册
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Physics, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, China
Virtual reality (VR) and augmented reality (AR) are revolutionizing our lives. Near-eye displays are crucial technologies for VR and AR. Despite the rapid advances in near-eye display technologies, there are still challenges such as large field of view, high resolution, high image quality, natural free 3D effect, and compact form factor. Great efforts have been devoted to striking a balance between visual performance and device compactness. While traditional optics are nearing their limitations in addressing these challenges, ultra-thin metasurface optics, with their high light-modulating capabilities, may present a promising solution. In this review, we first introduce VR and AR near-eye displays, and then briefly explain the working principles of light-modulating metasurfaces, review recent developments in metasurface devices geared toward near-eye display applications, delved into several advanced natural 3D near-eye display technologies based on metasurfaces, and finally discuss about the remaining challenges and future perspectives associated with metasurfaces for near-eye display applications.
metasurface near-eye display virtual reality augmented reality 3D display Opto-Electronic Science
2023, 2(8): 230025
1 深圳大学物理与光电工程学院，广东 深圳 518060
2 福州大学物理与信息工程学院平板显示技术国家地方联合工程实验室，福建 福州 350108
3 南阳利达光电有限公司，河南 南阳 473003
近眼显示光学系统是增强现实（AR）技术的核心基础，是接收虚拟画面信息和融合现实环境进行显示的直接载体。辐辏调节是人眼生理机能的辐辏距离和晶状体聚焦调节距离相匹配的基本生理反应。当前AR近眼显示方案仅提供具有左、右眼视差片源形成的3D显示效果，相对于正常环境的目视观察有极大差距，造成人眼辐辏调节冲突（VAC）。缓解或消除VAC是AR近眼显示系统发展和普及的必由之路，其主要解决方案包括：部分深度信息的光学显示系统，如两焦面或多焦面近眼显示光学方案；完整深度信息的光学方案，如集成成像光场显示技术和计算全息波前重建的近眼显示方案；无深度信息的光学显示方案，如基于Maxwellian显示技术的近眼显示光学系统。本文综述了当前技术发展过程中缓解或消除VAC的近眼显示光学方案，分析了各技术的特点、实现方式，以及优缺点，最后总结了当前AR近眼显示中解决VAC问题面临的挑战，并对未来技术和显示方案的发展前景进行了展望。
近眼显示 增强现实 辐辏调节冲突 增强现实 深度信息 光学学报
2023, 43(23): 2300001
上海电子信息职业技术学院 通信与信息工程学院,上海 201411
RGB合波器作为激光扫描显示系统的关键性核心部件,其微小型化和高传输效率是应用于增强现实的必然要求。针对氮化硅、氮化镓、SU8三种可见光波段高透过率材料,对比研究了其波导的折射率差、色散曲线、单模条件,以及所构成的多模干涉型RGB波导合波器的尺寸、传输效率、光场分布。研究结果表明,氮化硅器件的各项性能介于氮化镓与SU8器件之间;氮化镓器件具有最大的芯层与包层折射率差,最小的单模截止尺寸,最短的器件长度（2 000 μm）;SU8器件具有最小的芯层与包层折射率差,最大的单模截止尺寸,但器件长度大于氮化镓,为3 600 μm。此外,氮化硅、氮化镓、SU8三种器件的RGB平均传输率分别为78%,55%和91%,可见SU8器件占有明显优势。未来,经过进一步优化设计的超紧凑氮化镓多模干涉型RGB波导合波器有望应用于激光扫描单片集成系统中,而具有良好柔性的SU8多模干涉型RGB波导合波器则在可形变系统中具有重要应用价值。这些器件为增强现实系统朝着微小型化和高传输效率的方向发展提供了技术基础。
多模干涉 RGB波导 合波器 增强现实 multi-mode interference RGB waveguide combiner augmented reality (AR)
1 上海健康医学院, 上海 201318
2 上海健康医学院附属卫生学校, 上海 200237
AR眼镜可以在应急救援中帮助救援人员更快、更准确地掌握事故现场的情况, 辅助救援行动。分析了AR眼镜在应急救援中的作用、应用场景、效果和面临的问题与挑战, 讨论了AR技术在应急救援中的发展方向。AR眼镜有望成为应急救援的重要工具, 帮助救援人员更好地应对各种紧急情况。
增强现实 AR眼镜 应急救援 应急救援装备 augmented reality AR glasses emergency rescue emergency rescue equipment
1 福州大学 物理与信息工程学院 平板显示技术国家地方联合工程实验室，福建 福州 350108
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室（闽都创新实验室），福建 福州 350108）
增强现实（AR）近眼显示光学引擎是新型显示光学设计领域的研究热点之一，它将虚拟图像投射到现实物理环境中进行显示，在空间上增强、融合和补充了物理世界。AR 近眼显示光学引擎在光学系统集成化和微型化方面有较高要求，眼镜形态的AR近眼显示光学设备是未来必然发展趋势。光学超表面是一种由亚波长单元结构在二维平面上周期排布而成的人工结构阵列，通过单元结构和电磁波的相互作用实现对光场中振幅、相位和偏振的任意调控，同时具有体积小、效率高、结构紧凑等特点，在近眼显示应用中具有很大潜力。文中在AR光学引擎设计中引入一种传输相位型超表面光波导耦出结构，该超表面单元引入了突变相位，通过对超表面的等相位面调控改变光经过波导耦出的角度，使出射光效率最高达到77%，并实现20°视场角，为AR光波导结构设计提供一种可行方案，有望为下一代人机交互显示平台提供解决方案。
近眼显示 光波导 超表面 传输相位 增强现实 光束偏转 near-eye display optical waveguide metasurface transmission phase augmented reality beam deflection 红外与激光工程
2023, 52(7): 20230342
3D Visualization and Imaging Systems Laboratory，Jame C. Wyant College of Optical Sciences，The University of Arizona，Tucson 85721，Arizona，USA
光场显示器旨在通过重建三维场景在不同方向发出的几何光线来渲染三维场景的视觉感知，从而为人的视觉系统提供自然舒适的视觉体验，解决传统平面立体三维显示器中的聚散调节冲突问题。近年来，多种光场显示方法被尝试应用到头戴式显示技术中。本文对头戴式光场显示器的最新发展进行全面概述。
头戴显示器 光场显示 虚拟现实 增强现实 光学学报
2023, 43(15): 1500005
