CN102736233A - 透明成像的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在反射成像时，能使成像源隐藏，并且使观察者能以最佳视角和视距去观看所显示的透明影像的方法和装置。包括：成像源和反射介质，其特征在于包括：将所述成像源射出的光由光疏介质射到光密介质的第一折射面，发生折射，再使该光从该光密介质射到该光疏介质，并在该光密介质的第二折射面发生全反射或折射；将所述成像源射出的光由所述光疏介质射到所述光密介质的第一折射面，发生折射，然后使折射后的光从该光密介质射到所述反射介质，发生反射，再使反射后的光射到该光密介质的第二折射面；将所述背景物射出的光由所述光疏介质射到所述光密介质的第三折射面，发生折射，再使折射后的光射到所述反射介质，并使该光线穿过该反射介质射到所述第二折射面。

Description

透明成像的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种透明成像的方法和装置，特别是涉及一种在反射成像时，使观察者在任意位置都看不到成像源，并且使观察者能以最佳视角/视距去观看所显示的透明影像的方法和装置。本发明尤其适用于提高透明影像的神秘感、科技感和立体感。

背景技术

显示技术的不断突破，诞生了多种显示产品，从CRT显示屏、LCD显示屏，LED显示屏，立体显示屏，到近年来具有发展潜力的OLED显示屏，都体现着时代的进步，其中OLED显示屏更节能，还可实现透明显示的效果，它的出现丰富了人们的视觉效果，有巨大的进步，但现有的这种显示技术的整体性价比(实用程度)还不强，并且难以应用到大屏幕的显示。

在透明显示技术领域里，成本低、易操作的现有幻影成像(透明反射成像)技术也可实现透明显示的效果，其主要是通过光线反射成像的，这种通过反射成像的现象在我们日常生活中就可以看到，例如当我们在汽车上，从透明的玻璃往外望，可看到乘客的透明影像悬浮在空中，同时又可看到汽车外的景物，并且影像越黑的部分越透明，产生这种现象的关键因素就是玻璃是透明的，并且具有反射成像的特性，另外，在现实世界中，黑色属性的物质对反射光的能力很低，黑色部分射出的光通过玻璃反射后，再射到人眼睛的光是很少的，所以黑色的部分就表现为透明，当人的视线从该部分穿过，就看到了汽车外的景物。

尽管现有的幻影成像技术相对其他透明显示技术来说，其技术、工艺简单，成本低，整体性价比高，但因为其主要是通过光学反射作用成像的，致使该幻影成像技术需要有对应的成像源作为反射成像的必要条件，其技术原理如图1、图2所示，在图1的光路图中看出，该幻影成像技术不能将图像40(成像源)隐藏，观众47在视角范围7内观看透明影像3的同时，图像40(成像源)容易被直接看到，观众74在另一边的范围7也可看到图像40(成像源)，并且只要一看到图像40，就能清楚地意识到所看到透明影像3，就是通过图像40(成像源)反射而成的，也就是说只要观众意识到图像40(成像源)存在的真实位置，就会使该透明影像效果失去神秘感和科技感，极大地降低了观众观看的欲望和关注度。正是由于这种现有技术不能使成像源隐藏，所以一直是该技术发展的巨大障碍，好比魔术表演一但被观众知道其中秘密，魔术的关注度显著减少，同样，对于这种靠反射成像的透明显示设备来说，由于其成像技术过于简单，只要观众看到成像源，几乎不用思考就知道其原理，所以会认为没有科技含量，自然就对其关注度不大，造成这种技术发挥不出其应有的价值，所以提升这种成像技术的神秘感变得非常重要。

现有技术的幻影成像(透明反射成像)设备，目前市场上有多种方案，普遍用于广告宣全、产品展示、舞台表演领域，其放置方式和显示方式都接近以下几种：其中有的是可以4面可观看的，其成像源处于较低处，由丹麦RAMBOLL公司制造的多方位三维显示Cheoptics360XL就是该方式的一种，如图7所示，有反射玻璃8、图像10(成像源)、透明影像1，4块反射玻璃8为等腰梯形相互拼接成一个上下开口的正四棱台，每块反射玻璃8反射对应的图像10，形成可4面观看的透明影像，但是观察者只要在近处或较高处就能看到图像10(成像源)；有的幻影成像设备其成像源设置在较高位置(吊顶式)，如图8所示，其结构也是四面成像的，和丹麦RAMBOLL公司设计的结构类似，其整体是吊起来设置的，该方案虽然使观众很难看到成像源，但这种设置方式使透明的影像5与观察者的眼睛6处于不是最佳的观看高度(观看视角)和观看视距；还有的幻影成像设备限定观众在较远的距离观看，例如深圳、上海欢乐谷里的魔幻剧场《西部追忆》就是应用该成像原理的舞台剧，如图9所示，有投影屏12、镀膜反射玻璃16、表演者14、围栏18、观众13、透明的影像15，当观众走近观看时，站在观众30的位置，稍抬一下头，就能看到投影屏12(成像源)，这种表演方式限制了观众在不同的位置自由地观看表演的权利，其随意性和互动性不强，并且其透明影像的视觉效果难以做到和真实世界一样的立体视觉效果。

以上各种现有技术方案都存在一个矛盾：要使观察者能自由地不受观看位置的限制并以最佳视角/视距去观看透明影像和要使成像源隐藏之间的矛盾。即如果采用以上躲避性的遮挡方式去隐藏成像源，就会限制其透明影像观看的视角和视距，导致其观看的舒适度和观看效果不佳；如果采用能自由观看并达到最佳观看的视角/视距的方式，成像源就容易暴露；但实际上由于这种反射成像的结构特点决定了其不可能通过这种简单的遮挡方式把成像源隐藏掉，所以尽管这种反射成像的设备采用以上或类似的遮挡方案，当观察者在近处或眼睛高于成像源时，还是能看到成像源的。现有的绝大部分幻影成像设备，观察者都要在近处观看才能很好地看清其透明影像，并且非常希望能在近处各个视角仔细看个究竟，这也是观察者的一种好奇心理。

以上各种现有技术方案限制了这种设备的放置方式和显示方式。由于其顾忌成像源被观察者发现，所以其放置方式绝大多数都是采用把成像源设置在反射玻璃(反射介质)的上方或下方，这样设置利于采用一些躲避性的遮挡方式掩盖成像源，但是如果采用成像源设置在反射玻璃的左边或右边的方式，就不可能通过这种遮挡方式掩盖成像源，当观察者只要面对其观看，就一定能看到成像源，所其不能采用这种设置方式，从而局限了放置方式，造成其不能灵活地去适应场地的布局；因此，其也不能采用两组成像源同时分别设置在反射玻璃的左边和右边的方式，这样其反射玻璃只能对成像源进行单次反射，没能充分利用反射玻璃的两个反射面进行反射，从而局限了显示方式，造成成像次数单一，在成像源有限的情况下其总显示面积难以增大，显示的透明影像也完全处于一个平面，影像没有层次的立体变化；即使其要达到这种有层次感的立体效果，现有技术方案也必须用多个设备并列在一起才能产生类似的层次立体效果，这样其神秘感不强，非常浪费空间，并且也需要更多的成像源，成本高，所以其采用这种显示方式实用程度很低。

以上各种现有技术方案限制了这种设备的应用范围。由于其顾忌成像源被观察者发现，并且体积较大、放置方式单一和显示方式变化少，所以也只能应用在某些特定的场所和特定的领域。如果把其做成体积较小可以随意摆在观察者的手上或桌面上观赏的，那么其成像源暴露无疑，没有神秘感和科技感可言，所以对于这种通过反射而产生透明影像的设备，采用这种形式其价值不大，这也正是目前市场上还没有出现这种较小型设备的原因。

以上的各种现有技术方案都有尽可能地去使成像源不被观察者发现，但都不能全面地去解决问题，顾此失彼，只是简单地采用一些躲避性的遮挡，这样不但不能发挥出该类设备的最佳显示效果和功用，而且其成像源随时都可能被观察者发现，非常被动，所以本质上还是没有解决问题。

另外，在显示技术领域里，包括上述所列举的技术或产品，都不能同时解决以下问题：

(1)观众不需要配戴特定的眼镜，就能看到和真实世界一样立体效果的真人影像(尺寸和真人一样)。

(2)观众看到的立体真人影像(尺寸和真人一样)，效果真实、清晰(分辨率高)，观看的舒适度能达到和人的正常水平一样。

(3)所显示的立体真人影像(尺寸和真人一样)具有透明特性，观众可以清晰地看到立体真人影像后面的真实背景，立体真人影像和背景之间的立体感强。

(4)观众能观看到立体真人影像(尺寸和真人一样)，同时在任何位置都看不到立体真人影像里的本人。

(5)所显示的立体真人影像(尺寸和真人一样)，能与观众实时互动，作出对应的语言和肢体动作。

发明内容

导致出现以上一连窜的问题的根源在于该现有的技术方案不能使成像源彻底隐藏，或者说，根源在于现有的技术方案顾忌其成像源被观察者发现。因此，本发明的一个目的是提供一种涉及在观看反射成像时，使观察者在任何位置都看不到成像源，并且使观察者能以最佳视角/视距去观看所显示的透明影像的方法和装置。该目的实际上是解决相关技术的限制和缺点所造成的多个问题。

本发明的另一个目的是提供一种涉及观众在观看表演时，不需要佩戴立体眼镜就能看到表演者的立体、真实、透明的影像，同时在任何位置都看不到表演者本人，并且还可以使表演者的立体真人影像与观众实时互动的透明成像装置。

本发明的其它特征和优点将在下面的说明中进行描述，可以通过描述得到理解或者可以通过结合本发明的附图和实施例得到理解。

为了实现上述本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一方面是提供一种透明成像的方法，包括：将在可见光下可见的物质作为成像源，将在可见光下可见的物质作为背景物，将透明的固体作为反射介质；该方法的特征在于包括：将所述成像源射出的光由光疏介质射到光密介质，并使其在该光密介质的第一折射面发生折射，再使该折射后的光从该光密介质射到该光疏介质，并在该光密介质的第二折射面发生全反射或折射；所述光疏介质是气体，所述光密介质是透明的液体和/或透明的固体；所述第一折射面是所述光密介质和所述光疏介质之间的交界面，所述第二折射面是所述光密介质和所述光疏介质之间的交界面；使所述第一折射面和所述第二折射面相互成β角，β角的值的范围是170°≥β≥10°；使所述第一折射面和至少一个所述反射介质的反射面相互成γ角，γ角的值的范围是90°＞γ＞10°；将所述成像源射出的光由所述光疏介质射到所述光密介质，并使其在该光密介质的第一折射面发生折射，然后使该折射后的光从该光密介质射到所述反射介质，并在该反射介质的反射面发生反射，再使该反射后的光由该光密介质射到所述光疏介质，并在所述第二折射面发生折射，所述反射介质用于使所述成像源通过被该反射介质对应的反射面反射，使成像源在对应的位置成像；将所述背景物射出的光由所述光疏介质射到所述光密介质，并使其在该光密介质的第三折射面发生折射，然后使该折射后的光由该光密介质射到所述反射介质，并使该光穿过该反射介质再射到该光密介质，再使该穿透反射介质的光由该光密介质射到该光疏介质，并在所述第二折射面发生折射；所述第三折射面是所述光密介质和所述光疏介质之间的交界面；使所述第三折射面和所述第二折射面相互成α角，α角的值的范围是40°≥α≥0°；使所述光密介质与所述反射介质的反射面直接接触或间接接触；所述间接接触是指反射介质的反射面与所述光密介质之间设置有透明物质，并且该反射介质的反射面与该透明物质直接接触，所述透明物质是透明液体和/或透明固体。

该方法还包括，所述的成像源是二维显示屏显示的图像、三维立体显示屏显示的图像、投影屏显示的图像、玻璃、平面镜、生物；所述反射介质是玻璃、水晶、塑料、树脂、金属薄膜；所述光疏质介质是空气；所述光密介质是水、玻璃、水晶、塑料或树脂；所述金属薄膜是通过用镀膜技术使金属附着在所述透明折射介质的表面上而形成的一层或多层的固态透明反射薄膜，用于增强该表面对光的反射性能。

本发明的另一方面是提供一种透明成像的装置，包括：成像源，是在可见光下可见的物质；光路转换器，用于控制进入所述光路转换器的光的方向，所述光路转换器包括反射介质，所述反射介质是透明的固体，用于使所述成像源通过被该反射介质对应的反射面反射，使成像源在对应的位置成像，所述反射介质至少有一个反射面；该透明成像装置特征在于包括：所述光路转换器还包括折射介质，所述折射介质是透明的液体和/或透明的固体，用于使所述成像源射出的光穿过该折射介质的折射面时发生折射和/或反射，改变该光的方向；如果所述折射介质是透明液体或包含有透明液体，则该透明液体装在透明的固体容器内；所述折射介质与所述反射介质的反射面直接接触或间接接触；所述间接接触是指反射介质的反射面与所述折射介质之间设置有透明物质，并且该反射介质的反射面与该透明物质直接接触，所述透明物质是透明液体和/或透明固体；所述折射介质的形状是至少有三个折射面的多面体，在所述折射介质的折射面和反射介质的反射面中，至少有两个折射面相互成α角，α角的值的范围是40°≥α≥0°，至少有两个折射面相互成β角，β角的值的范围是170°≥β≥10°，至少有一个反射介质的反射面和一个折射面相互成γ角，γ角的值的范围是90°＞γ＞10°；在所述折射介质的折射面中，并且在一个折射面上的任意一点与另一个折射面上的任意一点连结所得到的所有直线中，至少有一条直线穿过所述反射介质的反射面；在所述反射介质的反射面和折射介质的折射面中，至少有一个反射面位于两个折射面之间；在所述折射介质的折射面中，并且在所述成像源表面上的任意一点与所述反射介质的反射面上的任意一点连结所得到的所有直线中，至少有一条直线与折射面相交；在所述成像源、折射介质的折射面和反射介质的反射面中，至少有一个折射面位于成像源和反射面之间。

该透明成像装置还包括，所述的成像源是二维显示屏、三维立体显示屏、投影屏、玻璃、平面镜、生物；所述反射介质是玻璃、水晶、塑料、树脂、金属薄膜；所述折射介质是水、玻璃、水晶、塑料或树脂；所述金属薄膜是通过用镀膜技术使金属附着在所述透明折射介质的表面上而形成的一层或多层的固态透明反射薄膜，用于增强该表面对光的反射性能。

该透明成像装置还包括，所述成像源是表演者和/或表演道具，或包含有平面镜，用于做各种具有观赏性的表演；表演室，用于作为表演者表演的场地；照明系统，用于照射表演者和道具。

该透明成像装置还包括，监视器，该监视器包括摄像头、显示屏和控制系统，该摄像头把信号输出到控制系统，控制系统把信号输出到显示屏；该摄像头对准观众，用于表演者在表演的过程中通过观看显示屏里的图像，观察观众的反应。

该透明成像装置还包括，所述的折射介质至少有4个折射面；所述的成像源有两组，分别为第一组和第二组，每组至少有一个成像源，在所述第一组里的每个成像源表面上的任意一点与所述第二组里的每个成像源表面上的任意一点连结所得到的所有直线中，至少有一条直线穿过所述反射介质的反射面和所述折射介质的至少两个折射面。

该透明成像装置还包括，所述的折射介质有6个折射面，至少有2个折射面相互平行；所述反射介质有3个，至少有一个反射介质的反射面与至少一个折射面成45°角；所述成像源有两组，每组有1个成像源。

该透明成像装置还包括，所述的折射介质有6个折射面，至少有2个折射面相互平行；所述反射介质有4个，该反射介质形状大小相同，并且都是等腰梯形，至少有一个反射介质的反射面与至少一个折射面成45°角，该4个反射介质相互围括成一个上底面和下底面开口的正四棱台；所述成像源有两组，每组有1个成像源。

该透明成像装置还包括，所述的折射介质有6个折射面，至少有2个折射面相互平行；所述反射介质有8个，该反射介质形状大小相同，并且都是等腰梯形，至少有一个反射介质的反射面与至少一个折射面成45°角，每4个反射介质成一组，每组的反射介质相互围括成一个上底面和下底面开口的正四棱台，每一个正四棱台的开口边和另一个正四棱台的开口边互相对接；所述成像源有两组，每组有1个成像源。

下面通过图3、图4、图5、图6和文字描述，说明本发明的工作原理。

在现有技术的幻影成像设备中，包括有三部分的光同时进入观察者的眼睛，第一部分是成像源射出的光线A没有经过反射玻璃反射，而直接通过空气到达观察者眼睛的；第二部分是成像源射出的光线B经过反射玻璃的反射后再到达观察者眼睛的，正是该部分光使观察者看到了透明的影像；第三部分是背景物体射出的光线C通过反射玻璃后再到达观察者眼睛的，正因为有光线A的存在所以观察者看到了成像源。本发明是要通过改变光线A的方向，使光线A射到观察者的眼睛之前，使其可反方向前进或使其大角度偏转，从而另观察者看不到成像源，同时光线B和光线C可进入观察者的眼睛，其最终看到的透明影像效果和现有技术所达到的效果是相同的。

因此，本发明主要是通过增加折射介质，使光线在该折射介质的折射面发生折射和/或反射的作用，来控制光线A的方向，同时又不会影响其透明影像的最终观看效果。如图3和图4所示，成像源是显示屏44，折射介质是水41，把其灌满透明容器46，容器46外形和内腔形状都是六面体，即水41的形状也是一个六面体，如图3所示，选择面6(面SRQP)作为第一折射面，面31(面TNQR)作为第二折射面，面35(面LMPS)作为第三折射面；第二折射面31的法线方向有相对的第三折射面35，反射玻璃42的反射面与第一折射面6成一锐角γ；水41、反射玻璃42和容器46组成一个光路转换器，外壳45是两边开口的长方体，外壳45使观察者的视线不会从光路转换器的顶面LMNT和底面SPQR穿过，即观察者不能从顶面LMNT和底面SPQR看到显示屏44。

根据上面分析有三部分的光会射到第二折射面31，分别设定为光线A、光线B和光线C，如图4所示，光线A是显示屏44射出的光，其从第一折射面6入射，再射到第二折射面31；如图6所示，光线B是显示屏44射出的光，其先从第一折射面6入射，再通过反射玻璃42反射后，最后射到第二折射面31；如图5所示，光线C是任意背景物17射出的光，其先从第三折射面35入射，再通过反射玻璃42后，最后射到第二折射面31。如图4所示，所述光线A包括光线5和光线100，光线5和光线100是显示屏44上任意一点20射出的光；角ε是光线5在第二折射面31的入射角，角λ是光线5在第一折射面6的入射角，角δ是光线5在第一折射面6折射角，角β是第二折射面31与第一折射面6所成的角。下面分析光线A、光线B和光线C的光路偏转情况。

(1)光线A的光路偏转分析：

情况一，如图4所示，设定λ≤60°，根据折射定律，δ＜41°，于是η＞49°，当β≥90°时，那么ε＞49°，光线5发生全反射，即光线A不能射出第二折射面31，所以观察者47不论站在任何位置，只要其视线从第二折射面31穿过去看显示屏44，是看不到显示屏44的；即显示屏44处于隐形状态；

情况二，如图4所示，由于λ＜90°，根据折射定律，δ＜49°，于是η＞41°，当β≥98°时，那么ε＞49°，光线5发生全反射，即光线A不能射出第二折射面31，所以观察者47不论站在任何位置，只要其视线从第二折射面31穿过去看显示屏44，是看不到显示屏44的，即显示屏44处于隐形状态；

情况三，如图4所示，设定90°＞λ≥60°，根据折射定律，40°＜δ＜49°，于是50°＞η＞41°，当β≤88°时，那么ε＜48°，光线5通过第二折射面31时，发生折射，即光线A能射出第二折射面31；

情况四，如图4所示，由于λ＜90°，根据折射定律，δ＜49°，于是η＞41°，当41°＜η＜48°，并且当β≤90°时，那么ε＜48°，光线5通过第二折射面31时，发生折射，即光线A能射出第二折射面31；

情况五，如图4所示，可把水41替换为折射率比水的折射率大的折射介质，例如采用折射率为1.49(波长为589nm的光在真空中传播时的折射率)的透明有机玻璃作为折射介质，根据折射定律，其全反射临界角大于42°，小于43°，由于λ＜90°，于是η＞47°，当β≥86°时，那么ε＞43°，光线5发生全反射，即显示屏44射出的光线不能通过第二折射面31，所以观察者47不论站在任何位置，只要其视线从第二折射面31穿过去看显示屏44，是看不到显示屏44的，即显示屏44处于隐形状态；

上述情况三和情况四，光线A在第二折射面31发生了折射，但其方向偏转的角度很大，如图4所示，由于λ＜90°，于是η＞41°，当β＝96°时，光线5的折射角大于77°，所以在视角范围21内没有光线A射入观察者的眼睛，视角范围21的角度值为71°，这些通过第二折射面31折射后的光线A形成的虚象与显示屏44的位置和大小比例都有很大变化，该虚象上还会出现光谱(色差现象)。这些现象会混淆观察者的视觉，导致其难以判断出显示屏44存在的真实位置。其中光线101为光线100折射后的光线，光线48为光线5折射后的光线，光线101的反向延长线与光线48的反向延长线相交于一点19，点19为点20的虚像。

以上分析的是显示屏44射出的部分光射到第二折射面31(折射面TNQR)的情况，同理，显示屏44同样有一部分光线是射到折射面LTRS、折射面LMPS和折射面MNQP上的，去掉外壳45，当观察者的视线从光路转换器外部向这几个面穿过时，其看到的最终效果和上述情况分析的一样。

(2)光线B的光路偏转分析：

图6是显示屏44和显示屏里的图像36通过反射玻璃42反射的光路图，即光线B的光路图。其中虚像43是显示屏44的虚像，图像36是显示屏44里显示的内容，虚像39是图像36的虚像，虚像39是观察者47所看到的透明影像。与没有增加折射介质水41的情况相比，光线B的方向有所偏转，但仍能通过第二折射面31进入观察者47的眼睛，所成的透明影像没有变形现象，并且效果一样，只是透明影像变得离观察者更近了。

(3)光线C的光路偏转分析：

图5是任意背景物体17产生虚像29的光路图，即光线C的光路图。其中反射玻璃42的第一反射面68、第二反射面66和水41以充分接触为最佳，并且第二折射面31与第三折射面35以保持平行为最佳，否则光线C会发生不必要的偏转，导致背景物体的虚象出现变形和使该虚像在观察者的视线方向出现偏移，这样透明影像产生与背景融合的效果就不真实。与没有增加折射介质水41的情况相比，光线C的方向有所偏转，但仍能通过第二折射面31进入观察者47的眼睛，所成的背景虚像没有变形现象，并且效果一样，只是背景虚像比背景实物离观察者更近了。

综合上述，增加折射介质后，对光线B和光线C的偏转影响不大，最终没有影响所要显示的透明影像的效果，和没有增加折射介质的情况相比，所成的透明影像一样是立体、透明、清晰的，并且看到的背景物也是清晰的。影响光线A的方向偏转因素有三个：1.折射介质的折射率，2.折射介质的折射面之间所成的角度，3.成像源射出的光入射到折射介质的折射面的角度。根据实际需要，可对不同因素加以组合，以达到满足实际需要的最佳方案。

本发明的有益效果是：

(1)在反射成像时，与现有技术相比本发明能使观察者在任何位置完全看不到成像源，并且还能使其以最佳的视角/视距去观看所显示的透明影像，从而极大地提高了透明影像的神秘感和科技感；因此，本发明并不限于应用到现有技术所应用的特定领域，本发明还可以做成体积更小的产品，使其能容易通过不同的形式进入个人或家庭使用的领域，直接扩大了其应用范围。

(2)与现有技术的方案相比，本发明结构巧妙，其不论体积大或小的设备都可采用多种显示方式和放置方式，更容易满足室内或室外多种不同场所的观看需要。由于本发明能充分利用单个或多个反射介质的反射面进行反射成像，从而使其能用最少的成像源产生更多的显示面积；图10所示(即实施例一)，在实施例一里增加一个平面镜放置在容器46的顶面与外壳45之间，并与显示屏44相对放置，则可实现双面都能显示透明影像，从而节省了成本；如图18和图19所示(即实施例四)，只用了两个成像源就可使两个面同时显示出透明影像，其每个面能显示出3个影像面，并且影像面之间能产生远近的层次关系，从而产生了一种新的立体效果，其显示面积也显著曾多，扩大了其视角观看的范围，同时强化了其神秘感；由于本发明的影像都是虚像，所以即使把本发明的设备靠墙边放置也不会影响这种有层次感的立体效果，有效节省了空间。

(3)本发明能把真人作为成像源，制成一种可用于舞台表演的透明成像装置，其真人表演者的立体透明影像能与远距离或近距离的观众实时互动，该立体真人影像可实时根据观众的语言、肢体动作做出各种回应；观众不受观看位置和观看角度的限制，自由性强；通过对灯光的控制能使表演者或道具的虚像全部或局部随时消失在观众的视线里；表演者可从远到近来回走动进行表演，形成强列的视觉纵深效果；观众不需要借助任何立体眼镜，就可感受到和真实世界一样的立体视觉效果，其成像清晰、分辨率高，并且可产生影像层叠的新型立体效果，给观众以强烈的视觉冲击力，观众就像和全息人在互动一样，科幻感强。

(4)由于本发明可采用水做折射介质，可把在水里生存的生物放在该水里，使透明的影像与这些生物穿插结合，相映成趣，产生与众不同的视觉效果。

应当理解上述一般性说明和下面的详细说明是示范性的和说明性的，并且对所要求保护的本发明提供进一步的说明。

附图说明

在可能的情况下，在所有附图中用相同的参考标号或相同的名称表示同样的或类似的部件。

图1是现有幻影成像(透明反射成像)技术的侧视成像光路图(原理图)；

图2是图1的立体视图；

图3是图4、图5和图6里的光路转换器的立体示意图；

图4是本发明光线A的侧视光路图(原理图)；

图5是本发明光线C(任意背景物体17)的侧视成像光路图(原理图)；

图6是本发明光线B的侧视成像光路图(原理图)；

图7是丹麦RAMBOLL公司设计的四面幻影成像设备立体示意图；

图8是吊顶式4面成像的幻影成像设备侧视示意图；

图9是深圳、上海欢乐谷魔幻剧场《西部追忆》的幻影成像设备侧视简略结构图；

图10是本发明实施例一的立体示意图；

图11是图10的侧视结构示意图；

图12是本发明实施例二的立体示图；

图13是图12的侧视结构示意图；

图14是图13去掉上壳体50和显示屏58的顶视结构示意图；

图15是本发明实施例三的立体结构示意图；

图16是图15的影像输入面和影像输出面的立体结构示意图；

图17是图15的去掉顶盖92的顶视结构示意图；

图18是本发明实施例四的立体示意图；

图19是图18的顶视结构示意图；

图3、图4、图5和图6中的顶点L、顶点M、顶点N、顶点T、顶点S、顶点P、顶点Q和顶点R是容器46内腔的各个顶点，图16中的顶点A、顶点B、顶点C、顶点D、顶点F、顶G、顶点H、顶点K是容器93内腔的各个顶点，4.显示屏44的虚像，6.第一折射面SRQP，31.第二折射面TNQR，35.第三折射面LMPS，41.水，44.显示屏，46.透明容器，42.反射玻璃，10.外壳，40.图像，27.视线方向，2.空气，68.反射玻璃的第一反射面，66.反射玻璃的第二反射面，52.镀膜反射玻璃，54.镀膜反射玻璃。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。

下面参考图10和图11说明本发明的第一个实施例，是单面成像，显示单层影像的情况。

如图10所示，外壳45由不透明的板材制成，由一个长方体去掉两个相对的面而成的开口框体，用来支撑和固定显示屏44、透明容器46，透明容器46为带顶盖的长方体容器，其内腔也是长方体，即角β＝90°；把镀膜反射玻璃42放入容器46内，使镀膜反射玻璃42的反射面与容器46底面成45°角，镀膜反射玻璃42的反射面朝向外壳45开口的方向，把透明的水41灌满整个容器46，并且使水41与镀膜反射玻璃42的第一反射面68、第二反射面66充分接触，使容器46密封好，防止漏水；该容器46、镀膜反射玻璃42和水41组成一个光路转换器；使光路转换器固定在外壳45里，显示屏44也设置在外壳45里面，位于容器46的下方，使显示屏44的显示面朝向容器46的底面，把显示屏44最左边的一点和容器46的底面最右边的一点连结，得到一条连线，该连线与容器46的底面成θ角，如图11所示，角θ＝30°，显示屏44的显示面与容器46的底面平行；把准备好的视频图像输入到显示屏44；如图11所示，虚像39是显示屏44里的图像36的虚像，其反射轴为镀膜反射玻璃42；当观察者47从外壳45开口的方向27看去，可看到虚像39程透明的状态；此时，由于图像36射出的光经过第一折射面6时发生折射，经过第二折射面31时发生全反射，所以观察者不能从开口面看到显示屏44里的图像36，也不能从该机体的顶面、底面和侧面看到显示屏44里的图像36。

下面参考图12、图13和图14说明本发明的第二个实施例，是有四面成像，每面显示两层影像的情况。

如图13所示，把显示屏57固定在下壳体56里，其显示面向上放置，把显示屏58固定在上壳体50里，其显示面向下放置，上壳体50底面开口，下壳体56顶面开口；把四块一样是等腰梯形的镀膜反射玻璃相互围括成一个没有上底面和下底面的开口正四棱台，大口在上，小口在下，然后放入到透明容器28里，并且使每块镀膜反射玻璃的反射面与容器28的底面成45°角；透明容器28为有盖的为长方体，其内腔也是长方体，两个相对的上底面和下底面为面积相等的正方形，周边四个面为面积相等的长方形；把透明的水灌满整个容器28，并且使水65与4块镀膜反射玻璃的反射面充分接触，密封好容器，防止漏水；容器28夹在上壳体50与下壳体56之间，容器28顶面与上壳体50开口面对接，容器28的底面与下壳体56开口面对接；把显示屏57最左边的一点和容器28的底面最右边的一点连结，得到一条连线A，该连线A与容器28的底面成ω角，ω＝30°，显示屏57的显示面与容器28的底面平行；把显示屏58最右边的一点和容器28的顶面最左边的一点连结，得到一条连线B，该连线B与容器28的顶面同样成ω角；显示屏58和显示屏57里的图像射出的光线分别能从容器28的顶面和底面射入水65中，再通过4块镀膜反射玻璃反射成像；该透明容器28、四块镀膜反射玻璃和水65组成一个光路转换器。

如图13和图14所示，把显示屏57的内容分成四个图像，分别为图像67，图像69，图像70，图像71，把显示屏58内容也分成四个图像，分别为图像61，图像62，图像72，图像73，每个图像分别对应每个镀膜反射玻璃反射成像，如图13所示，虚像60为图像67通过镀膜反射玻璃51反射而成的虚像；虚像63为图像61通过镀膜反射玻璃53反射而成的虚像；虚像59为图像70通过镀膜反射玻璃53反射而成的虚像；虚像64为图像62通过镀膜反射玻璃51反射而成的虚像。

如图13所示，当观察者47从指示方向27看去，可看到虚像59和虚像64，即可看到两层不同内容的透明影像；同样，当观察者在其他三个方向观看时，都能看到双层的影像，这样比单层影像更具有立体感。同时，当观察者的视线分别从容器28周边4个面看进去时，都不能看到显示屏57和显示屏58，也不能从该机体的顶面或底面看到显示屏57和显示屏58里的图像。

下面参考图15、图16和图17说明本发明的第三个实施例，是用于表演的透明成像装置，有两面成像，每面显示单层影像的情况。

如图15和图16所示，容器93为带盖的长方体容器，其内腔也是长方体，把一块长方形的镀膜反射玻璃88倾斜放入容器93内，镀膜反射玻璃88的反射面与容器93的影像输入面ADKF成45°角，把透明的水77灌满容器93，使水77与镀膜反射玻璃88的反射面充分接触，把容器92密封好，防止漏水，并且顶面ABCD用不透明的木板92盖住，防止光线从该顶面进入容器93；该透明容器93、镀膜反射玻璃88和水77组成一个光路转换器；表演者81和表演者82分别处于表演室80和表演室87里，分别面向透明容器93的影像输入面ADKF和影像输入面BCHG；表演室80和表演室87是由木板围括成的长方体盒，每个表演室有一面开口，开口面分别与影像输入面ADKF和影像输入面BCHG对接；表演室80和表演室87为暗室，把周围密封好，防止外来光线从开口面以外的面入光，室内表面采用黑色的低反光材料；显示屏90和显示屏83分别置于表演室80和表演室87里，摄像头86对着观众91，摄像头86的信号输入显示屏90，摄像头26对着观众84，摄像头26的信号输入显示屏83，组成表演者洞察观众反映的监视器；聚光灯85和聚光灯78分别照射表演者，灯光的强度、颜色和照明方向可由表演者自行控制或由本装置的后台服务器控制。

如图15所示，表演者81以镀膜反射玻璃88为反射轴反射成虚像79，虚像79是观众91可看到的透明影像；为表演者82以镀膜反射玻璃88为反射轴反射成虚像89，虚像89是观众84可看到的透明影像；同时，当观众91和观众84的视线分别从影像输出面DCHK和影像输出面ABGF穿过时，都不能看到表演者81和表演者82，但观众91和观众84可相互看到对方。如图17所示，表演者81和表演者82在阴影部分25的位置为最佳表演位置。

下面参考图18和图19说明本发明的第四个实施例，是有两面成像，每面显示三层影像的情况。

如图18所示，外壳120是由不透明的板材制成，由一个长方体去掉两个相对的面而制成的开口框体，用来支撑和固定显示屏111、显示屏110、透明容器133；如图19所示，把3个镀膜反射玻璃放入容器133内，镀膜反射玻璃108与镀膜反射玻璃104成90°角，镀膜反射玻璃104与镀膜反射玻璃105成90°角，三个镀膜反射玻璃分别与容器133底面垂直，与第一折射面153成45°角；透明容器133为带顶盖的长方体容器，其内腔也是长方体；把透明的水41灌满整个容器133，并且使水41与3个镀膜反射玻璃的反射面充分接触，使容器133密封好，防止漏水；容器133、镀膜反射玻璃和水41组成一个光路转换器；显示屏111的中心、第一折射面151的中心、每个镀膜反射玻璃的中心、第四折射面154和显示屏110的中心按该列举的顺序排列在同一直线上；显示屏111和显示屏110设置在外壳120里面，分别位于容器133的左边和右边，使显示屏111的显示面朝向容器133的左边面(第一折射面151)，并与之平行，使显示屏110的显示面朝向容器133的右边面(折射面154)，并与之平行；把处理好的视频图像输入到显示屏111和显示屏110。

如图19所示，虚像118是显示屏111里的图像106的虚像，反射轴是镀膜反射玻璃108，虚像114是显示屏110里的图像107的虚像，其反射轴是镀膜反射玻璃104，虚像115是显示屏111里的图像106的虚像，其反射轴是镀膜反射玻璃105，虚像109是显示屏110里的图像107的虚像，其反射轴是镀膜反射玻璃105，虚像113是显示屏111里的图像106的虚像，其反射轴是镀膜反射玻璃104，虚像112是显示屏110里的图像107的虚像，其反射轴是镀膜反射玻璃108；

观察者125从的视线由方向160从第二折射面153穿过时，可看到三个从近到远的影像层，分别是虚像109、虚像113和虚像112，程透明的状态；同样，观察者136从的视线由方向161从第三折射面152穿过时，可看到三个从近到远的影像层，分别是虚像118、虚像114和虚像115，程透明的状态；并且观察者都不能看到显示屏111和显示屏110，也不能从该机体的顶面、底面和侧面看到显示屏110和显示屏111里的图像。

该实施方式，虽然其透明影像层的亮度会从近到远依次有衰减，但只要显示屏的亮度足够，并不影响其显示的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明。本领域的熟练技术人员将会明白，在本发明的启示下，且在不背离本发明的精神和范围的条件下，可以对本发明作出各种修改和变化。因此，本发明包括所有在所附权利要求和等同物范围内的对本发明作出的各种修改和变化。

Claims (10)

1.一种透明成像的方法，包括：

将在可见光下可见的物质作为成像源；

将在可见光下可见的物质作为背景物；

将透明的固体作为反射介质；该方法的特征在于包括：

将所述成像源射出的光由光疏介质射到光密介质，并使其在该光密介质的第一折射面发生折射，再使该折射后的光从该光密介质射到该光疏介质，并在该光密介质的第二折射面发生全反射或折射；

所述光疏介质是气体，所述光密介质是透明的液体和/或透明的固体；

所述第一折射面是所述光密介质和所述光疏介质之间的交界面，所述第二折射面是所述光密介质和所述光疏介质之间的交界面；

使所述第一折射面和所述第二折射面相互成β角，β角的值的范围是170°≥β≥10°；

使所述第一折射面和至少一个所述反射介质的反射面相互成γ角，γ角的值的范围是90°＞γ＞10°；

将所述成像源射出的光由所述光疏介质射到所述光密介质，并使其在该光密介质的第一折射面发生折射，然后使该折射后的光从该光密介质射到所述反射介质，并在该反射介质的反射面发生反射，再使该反射后的光由该光密介质射到所述光疏介质，并在所述第二折射面发生折射，所述反射介质用于使所述成像源通过被该反射介质对应的反射面反射，使成像源在对应的位置成像；

将所述背景物射出的光由所述光疏介质射到所述光密介质，并使其在该光密介质的第三折射面发生折射，然后使该折射后的光由该光密介质射到所述反射介质，并使该光穿过该反射介质再射到该光密介质，再使该穿透反射介质的光由该光密介质射到该光疏介质，并在所述第二折射面发生折射；

所述第三折射面是所述光密介质和所述光疏介质之间的交界面；

使所述第三折射面和所述第二折射面相互成α角，α角的值的范围是40°≥α≥0°；

使所述光密介质与所述反射介质的反射面直接接触或间接接触；以及

所述间接接触是指反射介质的反射面与所述光密介质之间设置有透明物质，并且该反射介质的反射面与该透明物质直接接触，所述透明物质是透明液体和/或透明固体。

2.根据权利要求1所述的方法，其中还包括：

所述的成像源是二维显示屏显示的图像、三维立体显示屏显示的图像、投影屏显示的图像、玻璃、平面镜、生物；

所述反射介质是玻璃、水晶、塑料、树脂、金属薄膜；

所述光疏介质是空气；

所述光密介质是水、玻璃、水晶、塑料或树脂；以及

所述金属薄膜是通过用镀膜技术使金属附着在所述透明折射介质的表面上而形成的一层或多层的固态透明反射薄膜，用于增强该表面对光的反射性能。

3.一种透明成像的装置，包括：

成像源，是在可见光下可见的物质；

光路转换器，用于控制进入所述光路转换器的光的方向，所述光路转换器包括反射介质，所述反射介质是透明的固体，用于使所述成像源通过被该反射介质对应的反射面反射，使成像源在对应的位置成像，所述反射介质至少有一个反射面；该透明成像装置特征在于包括：

所述光路转换器还包括折射介质，所述折射介质是透明的液体和/或透明的固体，用于使所述成像源射出的光穿过该折射介质的折射面时发生折射和/或反射，改变该光的方向；

如果所述折射介质是透明液体或包含有透明液体，则该透明液体装在透明的固体容器内；

所述折射介质与所述反射介质的反射面直接接触或间接接触；

所述间接接触是指反射介质的反射面与所述折射介质之间设置有透明物质，并且该反射介质的反射面与该透明物质直接接触，所述透明物质是透明液体和/或透明固体；

所述折射介质的形状是至少有三个折射面的多面体，在所述折射介质的折射面和反射介质的反射面中，至少有两个折射面相互成α角，α角的值的范围是40°≥α≥0°，至少有两个折射面相互成β角，β角的值的范围是170°≥β≥10°，至少有一个反射介质的反射面和至少一个折射面相互成γ角，γ角的值的范围是90°＞γ＞10°；

在所述折射介质的折射面中，并且在一个折射面上的任意一点与另一个折射面上的任意一点连结所得到的所有直线中，至少有一条直线穿过所述反射介质的反射面；

在所述反射介质的反射面和折射介质的折射面中，至少有一个反射面位于两个折射面之间；

在所述折射介质的折射面中，并且在所述成像源表面上的任意一点与所述反射介质的反射面上的任意一点连结所得到的所有直线中，至少有一条直线与折射面相交；以及

在所述成像源、折射介质的折射面和反射介质的反射面中，至少有一个折射面位于成像源和反射面之间。

4.根据权利要求3所述的透明成像装置，其中包括：

所述的成像源是二维显示屏、三维立体显示屏、投影屏、玻璃、平面镜、生物；

所述反射介质是玻璃、水晶、塑料、树脂、金属薄膜；

所述折射介质是水、玻璃、水晶、塑料或树脂；以及

所述金属薄膜是通过用镀膜技术使金属附着在所述透明折射介质的表面上而形成的一层或多层的固态透明反射薄膜，用于增强该表面对光的反射性能。

5.根据权利要求3所述的透明成像装置，还包括：

所述成像源是表演者和/或表演道具，或包含有平面镜，用于做各种表演；

表演室，用于作为表演者表演的场地；以及

照明系统，用于照射表演者和道具。

6.根据权利要求5所述的透明成像装置，还包括：

监视器，该监视器包括摄像头、显示屏和控制系统，该摄像头把信号输出到控制系统，控制系统把信号输出到显示屏，该摄像头对准观众，用于表演者在表演的过程中通过观看显示屏里的图像，观察观众的反应。

7.根据权利要求3、4、5或6所述的透明成像装置，还包括：

所述的折射介质至少有4个折射面；以及

所述的成像源有两组，分别为第一组和第二组，每组至少有一个成像源，在所述第一组里的每个成像源表面上的任意一点与所述第二组里的每个成像源表面上的任意一点连结所得到的所有直线中，至少有一条直线穿过所述反射介质的反射面和所述折射介质的至少两个折射面。

8.根据权利要求7所述的透明成像装置，包括：

所述的折射介质有6个折射面，至少有2个折射面相互平行；

所述反射介质有3个，至少有一个反射介质的反射面与至少一个折射面成45°角；以及

所述成像源有两组，每组有1个成像源。

9.根据权利要求7所述的透明成像装置，包括：

所述的折射介质有6个折射面，至少有2个折射面相互平行；

所述反射介质有4个，该反射介质形状大小相同，并且都是等腰梯形，至少有一个反射介质的反射面与至少一个折射面成45°角，该4个反射介质相互围括成一个上底面和下底面开口的正四棱台；以及

所述成像源有两组，每组有1个成像源。

10.根据权利要求7所述的透明成像装置，包括：

所述的折射介质有6个折射面，至少有2个折射面相互平行；

所述反射介质有8个，该反射介质形状大小相同，并且都是等腰梯形，至少有一个反射介质的反射面与至少一个折射面成45°角，每4个反射介质成一组，每组的反射介质相互围括成一个上底面和下底面开口的正四棱台，每一个正四棱台的开口边和另一个正四棱台的开口边互相对接；以及

所述成像源有两组，每组有1个成像源。

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