本申请提供了一种空中成像系统和显示设备,该空中成像系统包括像源元件以及成像元件；成像元件包括层叠的具有第一平面的第一光学平板以及具有与第一平面贴合的第二平面的第二光学平板，第一平面上开设有间隔周期排布的多个第一反射槽，第二平面上开设有间隔周期排布的多个第二反射槽；第一反射槽的内壁设有两个反射面相背的第一内反射膜，第二反射槽的内壁设有两个反射面相背的第二内反射膜，第一反射槽和第二反射槽呈正交设置；像源元件用于向成像元件射出入射光线，入射光线依次经第一内反射膜和第二内反射膜反射形成出射光线，出射光线再经第二光学平板汇聚以进行空中成像。本申请的空中成像系统结构简单成本低，并能有效提高图像显示质量。