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无萤幕时代即将来临？揭秘础搁/痴搁智慧成像系统
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英文原文：
視覺可以說是人類最重要的感官體驗之一，人類大腦幾乎一半的记忆体都用於視覺影像處理。正因視覺體驗的重要性，科技巨頭紛紛佈局擴增實境/虛擬實境(AR/VR)，隨著巨頭的加入，「元宇宙」概念引爆了整個市場。他們以擴增實境為切入點，將其視作下一代硬體設備的人機介面(HMI)的關鍵技術。隨著科技發展，「無螢幕時代」必將到來，AR/VR技術將取代電腦螢幕，而AR/VR眼鏡設備將取代智慧手機。然而，電子元件(大腦)和光學元件(眼睛)仍然面臨著許多技術障礙。這篇文章將從光學和智慧成像系統角度帶您了解AR/VR黑科技。
什麼是成像系统？它们在础搁/痴搁中作用是什麼？
在太空探索、工业5.0机器视觉、资讯娱乐、驾驶辅助、电脑和智慧手机等各类应用中，成像系统主要用於观测、影像擷取或影像显示等功能。成像系统一般由一个相机带着镜头与显示器所组成，它可以是独立单元，也可以是模组化元件的组装。
数位化概念起步於20世纪中叶，最早的人机界面是只有电脑专家才能操作的大型电脑。到了20世纪70年代末，第一台个人电脑走进家庭，随后智慧手机诞生让人机界面成為生活日常。根据预测，抬头显示和免持的础搁/痴搁系统将是人机界面的下一波浪潮。目前，没有人能够準确预测人机界面的未来形态，但要实现边缘计算的无缝连接(非云端连接)还面临着巨大挑战。&苍产蝉辫;沉浸式虚拟实境生活环境是美好的愿景，但处理周围环境的大量资讯叠加是扩增实境系统面临的极大挑战。此外，还存在价格、整体性能(影像品质、功耗)和人体工学方面的诸多限制。但终有一日，础搁/痴搁系统将能够像隐形眼镜一样轻巧、无缝、高效、佩戴舒适，且不会导致注意力分散的问题，反而可以藉由给视野中的目标位置提供定制化资讯而提高人们注意力。
正如我们的大脑和眼睛是人体两个主要器官一样，计算晶片和成像系统也是未来础搁/痴搁人机界面的核心。在遵循摩尔定律的基础上，半导体生态系统几十年来為计算晶片的小型化付出了巨大努力，也因此我们现在实用的智慧手机的计算能力可以堪比20世纪70年代的超级电脑。目前光电界正致力於使础搁/痴搁智慧成像系统走向小型化和数位化。
同样，显示器也越来越小型化，下一代础搁设备可能不仅仅是佩戴的眼镜，更有可能放入我们的眼睛中。一些公司正在开发可安装在隐形眼镜上的微小系统，即隐形础搁眼镜。这款仿生眼的显示器比一颗沙粒还小，它将光线发射到我们眼睛最敏感的部位，即光受体数量和密度最高的中央凹。下一代版本将包括处理器、眼球追踪感测器和通讯晶片，用一块小电池便可以為整个设备供电。
成像系统数位化
与几十年前的电子元件类似，今日的光学元件主要是类比技术。光学系统由复杂的大块表面、多层薄膜或连续形状组成。这种传统方法的替代方案直到最近才出现。随着平面光学元件的出现，奈米结构元件(尺寸小於一个波长)应运而生，能够重复实现聚焦、滤色和反射等光学功能。该项技术的主要优势在於其小尺寸、多功能性以及与半导体製程的相容性，為光学元件和电子元件之间的整合带来了新的可能性。要使该项技术走向成熟，需要克服许多障碍。材料和半导体製程领域的领导者正利用他们的专业知识，推动平面光学元件进入各类规模市场。
每个光学元件都将从类比技术转换為数位技术。全数位化成像系统将以更灵活、更具体的方式收集或显示影像。中央凹相机或显示器有效地证明了如何以更客製化、更高效的方式使用像素成像系统，将详细的视觉资讯精确地带到资讯处理单元，并同时降低其他区域的解析度。从某种意义上说，数位成像系统是模仿人类眼睛功能。
為未來而设计：成像系統智慧化
我們人類大腦幾乎一半的记忆体都用於視覺影像處理。同樣，成像系統必須實現智慧化，這意味著光學元件和電子元件必須共同设计、共同最佳化，甚至可能共同製造。
成像系統由收集光線的感測器、將原始感測器信號傳輸至處理單元的轉換器以及對數位訊號進行後處理以做出決策的電腦視覺單元組成。每個元件由不同的團隊分別设计，並採用不同的技術製造。
近感测器计算或感测器内计算将成為主流计算方式，有助於实现更具创新性的成像系统，降低能耗，实现低延迟和更高的安全性。例如，颁惭翱厂影像感测器可以由一个平面系统晶片组成，该晶片整合光电二极体阵列、脉衝调变电路和一个简单的础顿颁转换器，使前端处理单元靠近或进入感测器层。其他方式包括将光学元件、感测器和演算法进行联合最佳化，然后相互配合使用以解决某一特定的成像问题：不单只是拍照，还需要辨识物体并作出决定，比如监视器摄影机与眼球追踪摄影机的差别。智慧化显示引擎经充分最佳化后，我们甚至不需要构建中间影像来呈现真正沉浸式的内容。
下一代成像系統有望推動AR/VR技術的發展，從而取代個人電腦和智慧手機，創造「無螢幕時代」。面對這樣的機遇，光學行業以及促進智慧成像系統设计的生態系統，將持續探索無限可能，助力未來成像技術。
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AR/VR系統的设计必須考量良好的成像品質，新思科技光學解决方案提供成像系統设计軟體CODE V、光子元件设计軟體RSoft與照明设计軟體LightTools進行AR/VR系統设计和開發，可於加工前完成完整的成像设计、繞射結構设计與系統影像模拟，加速高品質产物的開發。更多詳情，請至：/zh-tw/optical-solutions.html