我們知道，光學一直是AR/VR的核心技術，為了實現理想的光學顯示效果，AR/VR廠商和科研人員不斷在解決各種各樣的問題。除了光學方案外，光學器件的質量對於AR/VR顯示效果也很重要。在DSCC舉辦的一場AR/VR顯示論壇上，光學檢測方案商Raidant Vision Systems光學設計經理Eric Eisenberg，分享了檢測AR/VR顯示屏的色彩和光線上的難點。
據了解，Radiant Vision多年來一直為光學製造商提供低成本、高效率的測試、測量解決方案，曾使用數千台相機測試了數百萬台設備，可分別測試照明顯示器和設備組件的光線、顏色、製造完整性和表面質量。
此前，該公司主要服務於2D顯示器和光源製造商，而近年來為了應對AR/VR顯示技術面臨的挑戰，便開發了專為頭顯和智能眼鏡設計的測量方案。
那麼，AR/VR光學到底有哪些難點呢？這個問題已經不止一次被光學專家拿來討論，而這一次，我們從光學測量的角度來看，傳統顯示技術相比AR/VR面臨哪些不一樣的難題。
請介紹一下Radiant Vision的測量方案。
Eisenberg：Radiant的解決方案建立在TrueTest基礎測試平台上，這是一個自動化的視覺檢測軟體，可與成像色度計和光度計套件ProMetric集成。TrueTest功能類似於電腦視覺算法，支持圖像處理、分析和數據輸出，其特點是可測量亮度、色度等光的定量值。
Radiant ProMetric套件搭配AR/VR測試鏡頭，可利用6100萬像素攝影機來替代人眼測試AR/VR光學系統，攝影機的入瞳距離接近人眼位置，和人眼不同的是，攝影機可對AR/VR圖像進行拍照，並進行後續分析。據稱，ProMetric在單個圖像中就能獲得所有次像素輸出值，測試的效率和準確性足夠高。此外，Radiant為AR/VR測試推出了基於TrueTest的軟體模塊：TT-ARVR。
測試2D顯示屏和AR/VR顯示屏有哪些不同？
Eisenberg：AR/VR早前在實驗室已經得到應用，直到5-10年前，消費設備製造商入局後才推動了AR/VR頭顯的商業化和採用，陸續出現了谷歌AR眼鏡、Oculus Rift、HTC Vive、PS VR、HoloLens等產品。於是，為了給AR/VR廠商提供有效的質控方案，Radiant開發了首個頭戴顯示器檢測方案。
由於AR/VR頭顯多為近眼顯示方案，其測量方式和2D顯示屏不同，規格和可視化參數也不同。這是因為，人眼在AR/VR頭顯中將更靠近螢幕，要了解AR/VR顯示的真實質量，需要一個可以複製用戶觀看條件的測量系統。
Radiant發現，當時市面上還沒有一種鏡頭可以像人眼一樣在AR/VR頭顯近處成像，並且具有足夠寬的視場角。於是，自主開發了120°視場角的AR/VR測試鏡頭，它的另一個特點是，光圈位於鏡頭前部，而非嵌入其他光學組件和外殼後部。這樣做的好處是，光圈的位置接近人眼瞳孔的位置，這樣就可以幫助鏡頭捕捉到人眼在AR/VR看到的畫面。
如何應對AR/VR行業變化？
Eisenberg：與其他消費電子行業一樣，AR/VR正在成長。實際上，測試每個AR/VR頭顯需要的解決方案略有不同，而這將需要Radiant在核心的測試技術基礎上，尋找更靈活、更高效的方案。
於是，Radiant便開發了XRE測試鏡頭，它專為AR/VR打造，是基於現成組件製造的定製光學測試系統架構。通常，不同的AR/VR頭顯規格各不相同，因此不得不為它們分別定製光學測試系統。而現在通過XRE鏡頭，AR/VR廠商便可以靈活的對不同的AR/VR進行測試，這預計會將開發周期進一步縮短。
測試AR/VR頭顯都有哪些步驟？
Eisenberg：簡單來講，Radiant技術常用於測試光和顏色的質量，並通過這些測試來分析顯示方案的任何視覺元素。通常，客戶的需求是測量顯示方案的亮度、亮度均勻性、色度、像素缺陷、粒子缺陷、清晰度、對焦、對比度、圖像殘留、扭曲和畸變、渲染圖像的縱橫比等等。
AR/VR頭顯廠商希望在成品中消除或在設計階段校正顯示方案的缺陷，因此需要使用對AR/VR進行反覆測試。
這些缺陷可能源自光學架構中的任何組件或步驟，比如顯示器本身、單個光學元件或他們組合後的效果。因此，每個組件階段都需要測試，而通過XRE和ProMetric方案，頭顯廠商可將測試流程自動化。
AR/VR測試和2D螢幕測試有哪些不同？測試AR/VR顯示屏有哪些特殊的挑戰？
Eisenberg：智慧型手機、顯示器與AR/VR頭顯的主要區別在於人眼觀看的距離、視角和FOV不同。通常，近眼顯示器由於靠近人眼，像素之間的空隙會比較清晰可見，從而產生紗窗效應。因此，在通常會通過測量AR/VR螢幕敏感區域變化、空間頻率等方式來評估清晰度、對焦等質量標準。不過也面臨一些問題，比如捕捉空間頻率的過程會影響AR/VR設備光學性能評估（調製傳遞函數MTF）的準確性。
值得注意的是，AR/VR頭顯中的圖像是虛擬的，虛擬圖像與人眼之間的距離並不固定，因此AR/VR光學測試儀器也需要適應、捕捉到不同焦距的虛擬圖像，並確保在任何焦面上都能清晰對焦。尤其是在測試可變焦VR頭顯時，需要準確模擬人眼變焦效果。細節方面，XRE鏡頭可通過軟體動態調焦，可在0.5米到無限遠距離自動對焦，對焦組件無需物理移動，也不需要手動調整。
AR/VR測試需要解決的另一個問題則是，捕捉廣角FOV可能導致圖像失真。據悉，桶形畸變是廣角攝影機在捕捉圖像時常見的一個問題，為了改善這一問題，Radiant的軟體可根據顯示屏的準確空間表示來測量數據點的坐標，從而校準這種畸變，確保測量坐標與顯示區域內真實坐標匹配。
AR/VR顯示屏還存在傳統2D螢幕所沒有的視覺缺陷，比如由光學器件導致的圖像失真，或是對焦圖像的清晰度差等等。對於可變焦VR顯示屏或是支持注視點渲染的光學方案，則需要評估同一個螢幕的兩個或更多焦點，並對每個焦點/圖像的距離進行分析，以確保焦面具有準確的深度。而對於配備兩塊螢幕（左右眼各一塊）的AR/VR方案來講，則需要分別測量這兩塊螢幕，並對比左右眼視覺的差異。
為了應對上述挑戰，Radiant如何來設計光學系統？是否會根據顯示屏（LCD、OLED）的類型來提供不同的方案？
Eisenberg：在評估AR/VR視覺質量時，顯示屏的類型對測試系統的設計並不是最重要因素。就拿紗窗效應來講，它與解析度、像素密度有關，而與螢幕的技術方案關係不大。為了避免AR/VR顯示屏像素化影響測試結果，Radiant採用了線擴散函數MTF測量方法，從而消除像素和像素之間的頻率問題。
目前客戶反饋如何？未來AR/VR顯示技術會更有挑戰性嗎？
Eisenberg：AR/VR顯示技術可能不會很快標準化，短期內市面上的AR/VR頭顯產品應該依然是多樣化的，有各自獨立的規格和方案。此外，配備Pancake等光學架構的可變焦AR/VR頭顯也在出現，頭顯的FOV在擴大。
對AR/VR廠商有哪些建議？
Eisenberg：針對不同的情景，所採用的AR/VR測試系統也不同，因為對數據測試的深度、周期、同時測試設備量要求都不同。
建議AR/VR廠商選擇低成本、快速的測試方案，同時測試複雜性也需要滿足其要求。在這個行業中，如果廠商等太久才發布新產品，可能會錯失競爭機會而被超越，不管你的設計有多好。使用自動測試方案的好處是，可以幫助AR/VR產品快速疊代，更快速的推向市場。參考：displaysupplychain
