基于OLED對視覺隱身的研析

刁揚(yáng)軒 黃凱

摘? 要：本文主要探討如何利用OLED以及微型攝像機(jī)技術(shù)，通過攝影學(xué)知識(shí)的一些相關(guān)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)視覺，即肉眼上也能欺騙對方，以達(dá)到完全不可視狀態(tài)的效果。再根據(jù)人眼所能反應(yīng)的最快時(shí)間，小于這個(gè)程度的同時(shí)利用CCD作為高速感光軟件，并最終用OLED實(shí)現(xiàn)顯示后方環(huán)境。 在各種效果的討論上比較了CCD與CMOS對感光環(huán)境的差別，且分析了環(huán)境變化所帶來的負(fù)面影響。

關(guān)鍵詞：OLED? CCD? 隱形? 環(huán)境變化

中圖分類號(hào)：TM26? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）12（c）-0085-03

Abstract： This paper mainly discusses how to use OLED and micro camera technology， through some related combination of photographic knowledge， so as to achieve vision， that is， the naked eye can deceive each other， so as to achieve the effect of completely invisible state. At the same time， CCD is used as high-speed photosensitive software， and finally OLED is used to display the rear environment. In the discussion of various effects， the differences between CCD and CMOS on the photosensitive environment are compared， and the negative effects of environmental changes are analyzed.

Key Words： OLED; CCD; Invisible; Environment change

如今世界官方宣言對于機(jī)動(dòng)類物品，如各種作戰(zhàn)及指揮器件，主要研究的技術(shù)都是對于低可偵測性技術(shù)的研究，即我們常說的隱形技術(shù)。不過對于更進(jìn)一步的隱形技術(shù)來說，在光學(xué)，色學(xué)方面也能騙過敵方的，才會(huì)更具有作戰(zhàn)價(jià)值。

1? 利用OLED實(shí)現(xiàn)顯示環(huán)境

1.1 利用OLED前瞻分析

目前對于偵測性技術(shù)的隱形研究可謂是爐火純青，這些隱形主要是指信號(hào)方面的屏蔽，用何種方式去使物體所發(fā)出的輻射度量，電磁學(xué)度量盡可能的屏蔽掉，而涉及的方面主要囊括雷達(dá)，聲納，熱感，動(dòng)態(tài)捕捉等領(lǐng)域。這些只是在信號(hào)層面所作出的研究成果。若想實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的隱形，還得依靠視覺上的完全屏蔽，即在時(shí)空尺度上雖然實(shí)體仍存在，只不過通此物體上所反射的光學(xué)信號(hào)通過調(diào)制改變傳入我們視網(wǎng)膜后，在視神經(jīng)上被大腦感知到的只是此物與周圍完美融成一體的像。當(dāng)然還有一種辦法，即通過在物體上涂有某種特殊涂料，從而讓其吸收某種特定的波長，比如只是吸收帶有此物體像信息的光的波長，這樣能實(shí)現(xiàn)后，再通過反射周圍環(huán)境的光波長，來讓自身達(dá)到隱蔽的效果。

1.2 OLED發(fā)光機(jī)理

OLED是利用有機(jī)分子作為發(fā)射及導(dǎo)電層，在外部偏壓的情況下，通過電子注入層與空穴注入層，在穿過陰極與電子注入層的勢壘，陽極與空穴注入層的勢壘后，使在偏壓下移動(dòng)的空穴與電子再通過陽極傳輸層與陰極傳輸層最終能在發(fā)光層結(jié)合而由電能轉(zhuǎn)化為光能發(fā)光，這樣的不斷發(fā)光，會(huì)在發(fā)光層不斷累積激子，而這些激子正是空穴與電子第一次結(jié)合時(shí)產(chǎn)生的。當(dāng)激子累積到一定數(shù)目，會(huì)刺激有機(jī)材料中的電子從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，此為有機(jī)體的活化，當(dāng)然，在激發(fā)態(tài)上的電子不會(huì)很穩(wěn)定，最終又會(huì)回到基態(tài)發(fā)出退激光。

1.3 OLED顯示屏的選擇

如今OLED顯示技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各大領(lǐng)域，如手機(jī)的超薄屏，電腦的曲面屏，平板及電視，甚至軍方計(jì)算機(jī)的專用屏。OLED顯示屏與傳統(tǒng)的LCD相比，可不需要背光燈，只需在基板上涂抹一層或多層有機(jī)涂料，在電流通過時(shí)，就可發(fā)光。并且與LED相比，OLED具有LED中許多種類的發(fā)光特性，即單色發(fā)光二極管，變色發(fā)光二極管，閃爍發(fā)光二極管，且同時(shí)具有發(fā)光強(qiáng)度高，發(fā)光效率高，響應(yīng)速度快，環(huán)保節(jié)能，其屏幕重量輕，厚度也僅為1mm，是lcd的1/3，這樣的厚度在制成隱身衣后，加上OLED的可曲變性可近乎完美的貼合人體而降低與周圍環(huán)境的不協(xié)調(diào)度[7]。除此之外，OLED耐低溫，于-40℃仍能工作，并可發(fā)出冷光源較少熱量的散失，這與實(shí)現(xiàn)隱形技術(shù)中的條件是不謀而合的[5]。要達(dá)到完全的視覺隱形，則需要高度的環(huán)境適應(yīng)性，就是需要在環(huán)境做出改變時(shí)，我們的屏幕也能根據(jù)周圍的變化來及時(shí)，同時(shí)響應(yīng)且反饋，這種反應(yīng)必須是瞬時(shí)的，現(xiàn)今OLED響應(yīng)時(shí)間是6～20ms，而人眼對周圍環(huán)境做出

反應(yīng)的最快時(shí)間是50ms，這還必須是經(jīng)過訓(xùn)練的極限值，而正常人人眼響應(yīng)時(shí)間能達(dá)到100ms便是不錯(cuò)的，所以利用OLED來做對周圍環(huán)境的實(shí)時(shí)響應(yīng)是理論可行的。

而對于實(shí)際情況的隱形實(shí)現(xiàn)，還需微型攝像機(jī)的反應(yīng)延遲時(shí)間。

2? 感光元件的選擇

對于微型攝像機(jī)而言，攝像機(jī)內(nèi)有兩種感光器件，一是CMOS型，即互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體，利用硅，鍺兩種制成的半導(dǎo)體材料，通過兩個(gè)帶負(fù)電與正電的晶體管的互補(bǔ)作用產(chǎn)生電流，再通過編制好的芯片從而存儲(chǔ)信息。不過第二種CCD型攝像頭是在單晶材料上運(yùn)作，但它們的原理大多無異。CCD與CMOS攝像機(jī)都是用矽感光二極體進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換使得電信號(hào)隨著光信號(hào)的增強(qiáng)而增強(qiáng)。與CMOS攝像機(jī)相比，CCD每次采集完的信息需要先將像素點(diǎn)轉(zhuǎn)移至存儲(chǔ)器內(nèi)，再通過底部線路過放大器后經(jīng)過ADC最后才把信號(hào)進(jìn)行了轉(zhuǎn)換。這樣一來，采集的信號(hào)不易失真，不過由此而引發(fā)的功率大問題卻是種雙刃劍效應(yīng)[4]。而CMOS每次采集完信息后其儲(chǔ)存信息的像素點(diǎn)都直接連著ADC（信號(hào)轉(zhuǎn)換兼放大功能），這樣肯定電流流的就小了，所需的功率，能耗也降低了，只不過圖像分辨率也跟著降低了。

通過對比，這里主要還是推薦用CCD來作為我們的感光元件，雖然功耗高了，不過這樣采集出來的信息更不容易失真，從而可獲得高分辨率的圖像。平時(shí)玩游戲即知，像gta5，絕地求生等等這些游戲都使用了虛幻5的引擎，而通過虛幻5所制作出的游戲，在光影，動(dòng)態(tài)模糊，分辨率，圖像采集顯示率，紋理，陰影，后期處理，抗鋸齒等方面都能做出與現(xiàn)實(shí)世界極高的模仿度，對于許多AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)自然就更不用說了[2]。因此只有在圖像分辨度高到一定程度，至少在有限距離內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生模糊感與像素感，這樣才算得上能與周圍環(huán)境融為一體的作用。

由于這里我們更值得去做的是探討人離開物體的距離與人對此物體的感知大小的關(guān)系，不過人對物體的感知大小需要很多復(fù)雜的學(xué)科做支撐，如模糊數(shù)學(xué)，認(rèn)知心理學(xué)，以及大腦神經(jīng)學(xué)，且感知程度還對每個(gè)人自身的不確定因素有關(guān)，在現(xiàn)今人類對于意識(shí)研究尚未完全架構(gòu)的情形下，很難做出對感知程度的判斷，故這里做一個(gè)簡單粗糙的數(shù)學(xué)計(jì)算來模擬物體的像的大小與距離的關(guān)系。首先我們必須知道，物體被看到的大小指的是視角大小[3]。物體被移到遠(yuǎn)處，我們直觀的感受就是物體的視角在變小。 簡化物體為一根長為L的桿子，和我們的距離為x，所占的視角為θ，物體垂直我們的視線，并且視線經(jīng)過物體的中心?？梢缘玫竭@樣的關(guān)系：

這就是物體大小和距離的關(guān)系。

根據(jù)這個(gè)關(guān)系式畫出視角θ關(guān)于距離x的函數(shù)圖像，可以發(fā)現(xiàn)視角與距離的關(guān)系不是線性的，隨著距離從0開始增大，視角從180°快速縮小，然后減小的速率越來越慢，當(dāng)距離為無窮遠(yuǎn)時(shí)，視角縮小為0。

在類型上，市面大多流傳針孔攝像頭的無孔不入，雖然的確可以將其做到微乎其微的地步，不過其利用的是小孔成像原理，就需要長時(shí)間的曝光在光照條件下，而如果是在晚上的環(huán)境下，這樣的信息響應(yīng)時(shí)間甚至長達(dá)幾小時(shí)，就是在幾個(gè)小時(shí)你才只拍了對于環(huán)境的幾張照片，這樣對于隱形的處理是得不償失的，因此我們選用無線類。無線類在大小上會(huì)比針孔類大，不過我們只要減少其鏡面反射對人眼的作用即可，此時(shí)就要在攝像頭頂端涂抹一層增透膜，以增加光攜帶信息的入射，且減少光的反射[1]。在選用CCD時(shí)，我們也可配合市面上的multi-mejapixel來實(shí)現(xiàn)高分辨率的圖像，以及playstation，能實(shí)現(xiàn)320×240的分辨率，且在1s內(nèi)就能捕捉120幀，對于人眼而言，60幀閃爍作用的圖像就已經(jīng)能讓人在大腦里產(chǎn)生完全動(dòng)態(tài)的效果了。

在最后選擇好攝像頭類型及OLED類型后，我們便可通過一系列特殊的工藝將OLED經(jīng)過電路與攝像頭種的反饋元件連接在一起，這樣便能實(shí)現(xiàn)經(jīng)攝像頭處理過的信息可以傳遞至OLED顯示屏上進(jìn)行低失真率的顯示。而對于攝像頭安放位置與OLED顯示內(nèi)容，通過圖2大致可知物體后面環(huán)境的像完美的顯示于物體前身，而對于物體前面環(huán)境的像則顯示于物體后身，這是還原假定物體不存在后此環(huán)境的真實(shí)狀況。

3? 結(jié)語

本文僅初步探討了對于實(shí)現(xiàn)視覺隱身可從OLED方面入手，通過分析環(huán)境變化及各種器件產(chǎn)生的噪聲，來適配適合的器件，這里通過數(shù)據(jù)及理論分析選用了壽命長，體積微小，集成度高且成像質(zhì)量良好的CCD型元件作為感光元件，采用了更薄，更輕，照射強(qiáng)度高且覆蓋范圍廣的OLED型作為顯示元件。

參考文獻(xiàn)

[1] 科學(xué)家研發(fā)“隱形衣”新技術(shù)光學(xué)芯片彎曲光線[J].技術(shù)與市場，2018，25（6）：1.

[2] 趙猛.高溫超導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)磁隱形及力學(xué)特性[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2016.

[3] 馬亮.未來“隱形衣”用啥面料——浙江大學(xué)有望研制隱身衣物[J].中國纖檢，2014（9）：2.

[4] 孫振亞.高集成度模塊化CCD成像系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].中國科學(xué)院大學(xué)（中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所），2019.

[5] 宋喬剛.高效熱活化延遲熒光OLED和近紅外光探測器及其集成上轉(zhuǎn)換發(fā)光器件研究[D].中國科學(xué)院大學(xué)（中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所），2019.

[6] 李卓斌.基于激基復(fù)合物的有機(jī)電致發(fā)光器件的制備與性能研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2020.

[7] 薛楷.單層有機(jī)發(fā)光二極管的性能研究[D].南京：南京郵電大學(xué)，2019.