AR眼鏡檢測(cè)哪些

AR眼鏡作為近眼顯示設(shè)備的一種，運(yùn)用其顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了虛擬信息與真實(shí)世界相疊加的效果；AR眼鏡顯示性能指標(biāo)影響著AR產(chǎn)品實(shí)際的體驗(yàn)效果。因此，如何客觀評(píng)價(jià)AR眼鏡顯示技術(shù)指標(biāo)尤為重要。

AR眼鏡的性能特征和技術(shù)參數(shù)主要包括光學(xué)性能、機(jī)械性能、電氣性能等幾個(gè)維度。在本文中我們重點(diǎn)關(guān)注其光學(xué)性能，光學(xué)顯示性能指標(biāo)可以劃分為單目和雙目?jī)蓚€(gè)類(lèi)別。單目性能指標(biāo)包含了AR眼鏡的基礎(chǔ)光學(xué)指標(biāo)，比如：眼點(diǎn)距離、眼盒范圍、視場(chǎng)角、畸變、亮度、對(duì)比度、色度、分辨能力、虛像距離、透過(guò)率等。而雙目性能指標(biāo)則主要包括單目測(cè)量項(xiàng)目的左右一致性如視場(chǎng)角差異、畸變差異、分辨能力差異、亮度差異等。

指標(biāo)

說(shuō)明

?01

? ?? 單目指標(biāo)

不同的技術(shù)指標(biāo)影響AR眼鏡體驗(yàn)的不同方面，以下內(nèi)容將結(jié)合部分單目指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

眼點(diǎn)距離(Eye relief)

是指眼鏡的出曈距離。這一技術(shù)指標(biāo)和眼盒大小一起影響著佩戴者觀察虛像的完整程度及眼鏡可適配的人群。

眼盒(Eye box)

出曈的三維尺寸定義為眼盒范圍，人眼在眼盒范圍內(nèi)能夠觀察到清晰完整的虛擬圖像。一般而言在給定眼點(diǎn)距離下測(cè)量橫向和縱向兩個(gè)方向上的眼盒范圍。

圖1 眼盒邊緣觀察到的虛擬圖像

視場(chǎng)角(FOV)

定義為虛擬圖像的可視角度，決定了AR眼鏡可顯示的畫(huà)幅大小；過(guò)小的視場(chǎng)角會(huì)影響沉浸感。該指標(biāo)可以通過(guò)水平、垂直以及對(duì)角視場(chǎng)角進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖2 視場(chǎng)角示意圖

畸變(Distortion)

顯示器件顯示的圖像經(jīng)過(guò)AR眼鏡成像系統(tǒng)放大后，產(chǎn)生圖像的扭曲變形稱(chēng)之為畸變。該指標(biāo)一般通過(guò)測(cè)量虛擬圖像邊緣的水平畸變和垂直畸變進(jìn)行衡量。對(duì)于某些光學(xué)設(shè)計(jì)較復(fù)雜的AR眼鏡系統(tǒng)，虛像內(nèi)部的畸變形態(tài)也需要進(jìn)行測(cè)量。

圖3 畸變示意圖

清晰度(Resolution)

在虛像清晰度評(píng)價(jià)中，采用的是Michelson對(duì)比度測(cè)試圖，按照公式計(jì)算對(duì)比度調(diào)制數(shù)值。

Lmax、Lmin對(duì)應(yīng)為某塊區(qū)域下的最大亮度和最小亮度數(shù)值。

圖 4 Michelson對(duì)比度測(cè)試圖樣式

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? ? 雙目指標(biāo)

雙目性能指標(biāo)是指AR眼鏡在雙目維度上的性能指標(biāo)，反映的是立體融合后的顯示效果，具體而言包括單目測(cè)量項(xiàng)目的左右一致性如視場(chǎng)角差異、畸變差異、分辨能力差異、亮度差異等；雙目融合關(guān)鍵項(xiàng)目主要有：水平會(huì)聚角度、垂直發(fā)散角度和相對(duì)像傾斜角度。

雙目合像特性(Binocular properties)

AR眼鏡中雙目的融合程度影響著虛擬物體顯示的立體感，融合程度差令使使用者產(chǎn)生視覺(jué)疲勞。合像特性是指通過(guò)三個(gè)維度(相對(duì)像旋轉(zhuǎn)、垂直發(fā)散角、水平會(huì)聚角)反映AR眼鏡雙目融合特性的好壞。

?圖5 雙目合像示意圖

為了達(dá)到還原人真實(shí)的AR眼鏡虛像觀感，實(shí)施精準(zhǔn)的光學(xué)性能指標(biāo)測(cè)量的目的，測(cè)評(píng)的整個(gè)過(guò)程對(duì)測(cè)試工具及測(cè)量環(huán)境有著嚴(yán)格的要求。針對(duì)檢測(cè)設(shè)備要求具備入瞳前置的鏡頭，且入瞳大小在人眼瞳孔直徑變換范圍內(nèi)(2mm-5mm)，檢測(cè)設(shè)備應(yīng)該同時(shí)具備角度和位移運(yùn)動(dòng)能力，以用來(lái)模擬眼球的運(yùn)動(dòng)。

具體而言，眼球瞳孔位于角膜后端約3mm處，眼球運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)中心位于角膜后端約13mm處；眼球在球體上具備上下左右的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能力，為人類(lèi)提供了更廣的視野。因此檢測(cè)設(shè)備應(yīng)該具備六自由度運(yùn)動(dòng)能力以用于模擬人眼的眼球轉(zhuǎn)動(dòng)，從而反映真實(shí)人眼觀察虛像的效果。

圖6 人眼球結(jié)構(gòu)且具備旋轉(zhuǎn)能力

同時(shí)檢測(cè)設(shè)備(LMD)應(yīng)該具備入瞳前置鏡頭，這樣才能夠收集到完整的光線。

圖7 檢測(cè)鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖

基于以上要求，檢測(cè)設(shè)備在光學(xué)顯示技術(shù)指標(biāo)方面的測(cè)量結(jié)果才能夠真實(shí)還原人眼的觀感體驗(yàn)。后續(xù)我們會(huì)針對(duì)具體項(xiàng)目的測(cè)試流程、計(jì)算方法進(jìn)行展開(kāi)說(shuō)明和解讀，敬請(qǐng)期待！

參考文獻(xiàn)：

[1]?IEC TR 63145-1-1:2018?Eyewear display Part 1-1: Generic introduction

[2]?IEC 63145-20-10:2020 Fundamental measurement methods – Optical properties

[3]?IEC 63145-20-20:2019 Fundamental measurement methods – Image quality

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總結(jié)

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