测量应用 │ AR/VR 的测量挑战 (I)

AR/VR头戴式设备(HMD)在各个领域中的应用已日渐普遍，例如用于生产线上的机器操作辅助、医疗产业、交通或娱乐产业等。如何让用户佩戴AR/VR设备时，尽可能舒适地体验在虚拟世界的沉浸感，并通过语言、手势等与虚拟环境实时交流，是设备开发人员及制造厂的重大挑战。

如果设备中使用的近眼显示器(NED)的图像质量不佳或校准出错，便会直接影响用户的视觉体验，更可能造成疲劳和眩晕等身体不适感。因此，在研发及生产的检测阶段，对于头戴式设备显示器及传感器的质量评估及性能检测至关重要。

针对应用在AR/VR头戴式设备中的特殊显示器、光源及传感器，Instrument Systems开发了全面的量测解决方案。如上图所示，在研发及生产过程中需要进行质量评估测试的，可区分为两大类型：用于显示图像的显示器(以蓝色标记)，以及用于手势及物体识别的红外感测装置(以红色标记)。

在接下来关于AR/VR测量的系列文章里，我们将逐步为您介绍头戴式设备显示器和光学器件的测量挑战及其解决方案。

测量挑战：虚拟图像测量

由于头戴式设备中的图像投影距离人眼非常近，如同使用放大镜观看显示图像，因此过低的影像分辨率、图像缺陷、失真、亮度及色度的不均匀等，都能看的一清二楚，从而影响用户体验。如何高度模拟人眼在AR/VR头戴式设备中的视觉响应，并标准化地评估其光学质量，是测量高分辨率近眼显示器的一大挑战。

另一项挑战，是近眼显示器的大视场范围(FoV)。沉浸式VR 设备的显示图像会投影在宽广的视野范围内，有些 VR 眼镜甚至覆盖人眼能见的整个水平视野（约120°）。为了逼真地呈现人眼视觉感知，测量系统必须能模拟人眼在AR/VR头戴式设备中的位置，并捕捉视场内的完整虚拟图像。

决定AR/VR虚拟图像质量的关键参数包含了：

• 均匀性 – 决定观看体验的基础

• 亮度和色彩 – 决定了图像自然度，也是生产质量一致性的指标

• 对比度– 决定文字及符号的可读性
  

• 眼盒（Eye box）– 定义了人眼瞳孔可以看到特定质量的图像的空间范围

• 失真 – 由于机械和光学设置而导致的图像失真，影响观看的舒适度及真实感

• 色差 – 必须压低至人眼无法辨识的程度

解决方案：LumiTop AR/VR光谱增强型成像色度测量系统

基于其特殊的仪器设计，LumiTop AR/VR成像色度测量系统可以有效克服虚拟图像的特殊测量挑战。其特点有：

• 三合一的一站式测量系统，结合成像色度计、光谱仪与光电二级管，同时提供精确的实时光谱辐射测量、成像测色法的快速数据分析选择及光电二极管的时间分辨率

• 可对焦在不同距离的虚拟平面

• 仿人眼的镜头设计，120° 的大视场范围，可调节入射瞳孔尺寸。

• 独特的潜望镜式镜头设计，可以深入头戴式装置内部，模拟用户人眼位置

• 紧凑的仪器系统设置，可同时测量“双眼“的光学特性

• 硬件触发器实现了时间优化的仪器控制，可同步化测量和数据处理，保证高吞吐率（UPH）

• 高分辨率摄像头，避免摩尔纹效应（Moire）

• 亮度和色彩测量的高准确度（absolute luminance and chroma accuracy）

• 可追溯至德国国家标准，确保设备与设备间的测量结果的一致性

下一篇关于AR/VR测量的文章里，我们将讨论AR/VR显示器的角度特性、透视光学以及眼盒测量。

德国Instrument Systems致力于制定AR/VR头戴式设备的行业测量标准及方法。如果您需要更多关于AR/VR测量的信息，请随时与我们联系。我们的测量专家很乐意为您的特殊应用提供实用建议。