全息投影技术在通信系统中的应用研究-李迁博士

2021-12-23

随着信息技术和社会经济的飞速发展,5G、WEB 2.0、移动互联网等技术逐渐改变着人们工作、学习、娱乐的方式。因此,人们对于多媒体技术的需求也越来越多样,全息投影技术以其便捷性、真实性、感受性等优势得到了人们的广泛关注。传统的二维图像是通过摄影技术记录目标物体的颜色、轮廓等,只能显示出平面信息。全息投影技术是利用光的干涉和衍射原理,通过记录目标物体的相位信息、运动距离、运动轨迹、空间关系等全息信息,对目标物体进行动态或者静态的呈现,用户从视觉上看是三维的感受,因此,有种身临其境的感觉。因此,将全息投影技术运用于通信保障系统中主要面临两个问题:一是如何在现有技术的基础上,保证开销,降低成本;二是如何将全息投影技术与通信保障系统相结合,准确且高效的呈现数据,提高工作效率。

为了搭建基于全息投影技术的通信保障平台,运营商必须做好全息投影模块、通信保障模块、用户互动模块三个模块的工作:全息投影模块中要保证技术和价格的可行性,具有便捷性和高效性,能够适应于当前环境的快速变化;通信保障模块能够对于海量电信数据进行存储、处理、分析以及呈现等,能够具有报警、分析、统计、跟踪等功能;用户互动模块需要保证用户可以在投影的屏幕上做简单的操作,例如放大、缩小、拖拽、翻页等,尽量避免用户再次使用电脑和鼠标等硬件设备控制屏幕,提高员工的工作效率。

该系统主要可以分为3个主要模块:全息投影模块、通信保障模块以及用户互动模块。通信保障模块主要包括日常保障模块和重大场景保障模块。日常保障模块主要是针对常规的节假日、重点场景、重点区域等环境下的电信核心数据进行实时监控,通过数据分析来发现问题,并对问题进行及时处理;当本地区发生重大事件并达到相应的保障级别时,需要启用重大场景保障模块,例如重大自然灾害、社会事件等。重大场景保障模块需要根据事件发生的场景、特点、需求等,调动相应的资源,调整相应的关注数据,更新频率等,以最快地速度响应用户通信需求,从而保障通信的正常服务。该模块的方案流程图如图1所示。

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图1  通信保障模块实施方案

   日常保障模块主要是对于常规电信数据的处理、分析、呈现等操作,网管人员根据这些数据对网络运行情况进行分析,并进行故障的定位和维修,从而保证为用户提供正常的通信服务。在这个模块中,原始数据主要来自于大数据平台,通过对信令数据、MRO数据、网管数据等存储和处理,利用大数据技术,挖掘数据背后的规律和异常,从而调整运营商的运营方案。例如,可以根据用户的位置、基站状态、小区情况等,判断当前场景下的通信需求,对未来趋势进行预判,提前做好资源和人力的储备。由于该平台获取的原始数据具有不同的粒度、维度、可靠性、准确度等,因此需要使用不同类型的数据库对数据进行处理和存储,该模块中涉及的数据库技术主要有HDFS、Hive、Zookeeper、HBase、Sqoop、Spark 等。

    全息投影模块主要包括一块玻璃(贴膜)、一个回波仪、一台投影机和一部电脑,该模块的搭建对于环境要求不高,且在价格层面具有较强的竞争力。首先,通信保障模块的数据传送给电脑,电脑对其数据进行处理和分析;然后,连接电脑和投影机,利用投影机在玻璃上对数据进行呈现;其次,为了使呈现的效果更佳清晰,可以给玻璃添加贴上全息膜,当全息膜不通电时,就相当于一块投影布,当全息膜通电后,则变透明,可透视如玻璃一样。最后,为了识别用户的操作,则需要在玻璃上方或下方的正中间安装一个回波仪定位器。回波仪定位器主要是通过发射红外线信号对用户的触控操作进行识别,从而控制电脑。用户互动模块主要分为两个部分的工作:定位用户位置和用户手势识别。该模块主要是利用回波仪发出的红外光信号,并将其转化为电信号,对用户的位置和操作手势进行识别,从而实现用户对屏幕进行操作。

   除此以外,还有将全息投影技术应用于红绿灯中。很多人在出行时不遵守交通规则,不论是行人还是驾驶员,都经常地违反交通法规。近年来,随着更加严格的交通法规的制定和执行,违法行为次数减少,但仍然有不少人尝试利用交通法的漏洞和监管不充分来“方便”自己。行人乱穿马路,无视信号灯的行为不断发生。这种行为使得交通拥堵现象更容易发生,同时还留下了很多安全问题。通过分析国内外先进的城市红绿灯控制系统,结合我国城市道路及红绿灯的实际情况,同时也对今后城市红绿灯建设与交通建设的发展的远瞻性考量,全息投影技术的出现为红绿灯的发展注入了新的活力,交通红绿灯是城市的动脉,象征着一个城市的文明水平。交通红绿灯关系着人们财产、安全和时间相关的利益,具有优良科学的红绿灯控制技术对资源的物流和人们的出行都是十分有价值意义的,保证红绿灯线路的可靠,才能保证出行安全,甚至是生命通道的保障。目前,可显示的红绿灯全息图像采用风扇旋转+LED灯条显示相结合的方式,利用人眼持续性原理,形成图形、动画和视频的空间成像。利用人眼的视差特性,无需任何辅助设备即可获得具有空间和深度的逼真立体图像。采用全息投影技术红绿信号灯,

色彩鲜艳,层次清晰,形象逼真,强烈的视觉冲击能使行人和司机感受到交通规则的严肃性,从而控制闯红灯和乱穿马路的行为。全息投影具有生动的表现力,实现现实世界和虚拟交通灯之间的交互作用,增加实验者的沉浸感,自然地将虚拟交通灯与现实世界联系起来,并大大降低了发生交通事故的可能性。全息投影技术与红绿灯相结合,旨在针对我国城市交通的现状和存在的问题,对红绿灯不断做出结构和功能上的调整和设计,保证了行人过斑马线的安全性,同时减少驾驶员的视线遮挡而增强视觉观察的效果。如图2所示。

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图2  全息投影在红绿灯模块中的应用

综上所述,全息投影的内容丰富多样,可以DIY独立设计,比传统的平面显示有更多的显示形式和可能性。全息投影改变了人们因传统平面图像而产生的视觉疲劳。这也是图像制作领域的一场技术革命。这是一个质的变化,它以新颖、独特、奇特的表现手法、强烈的视觉冲击力和优美的环境感染力吸引着人们的目光。三维图像产品具有广阔的应用前景、无限扩大的市场空间,数字化应用技术和成熟完善的可操作技术,具有强大而无限的生命力。