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激光与光电子学进展 2022年第20期59卷 161-168页

作者：田方旭张军暨南大学理工学院广州市可见光通信重点实验室广东广州510632

针对AR光学系统中虚像视距(VID)测量方法基于主观判断、易受摄影系统的景深干扰等问题,从VID的测量原理出发,提出了利用景深特性使AR虚像视距与参考实物物距保持一致的方法,通过构建实验系统和分析算法,采用基于边缘的空间频率响应检测... 详细信息

针对AR光学系统中虚像视距(VID)测量方法基于主观判断、易受摄影系统的景深干扰等问题,从VID的测量原理出发,提出了利用景深特性使AR虚像视距与参考实物物距保持一致的方法,通过构建实验系统和分析算法,采用基于边缘的空间频率响应检测同一摄影系统在拍摄虚像和参考实物过程中图像清晰度的相对变化,将VID转换为摄影系统在相应对焦位置时的远景距离,实现对AR光学系统VID的定量测量。实验结果表明:设计的VID测量系统的测量结果(1397 mm)与所测的AR波导镜片样品的理论设计值(1400 mm)相符,说明了该测量系统的有效性;测量误差为10~40 mm,即将理论误差降低到传统测量方法的1.6%~6.45%,显著提高了VID的测量精度。该方法仅基于常用实验器件即可实现AR光学系统VID的测量,有利于将VID检测系统更便捷地投入到AR设备的生产和研发环境中,助力AR设备设计和生产工艺的进步。

关键词：增强现实虚像视距景深图像清晰度空间频率响应

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增强现实显示虚像参数测量方法研究

增强现实显示虚像参数测量方法研究

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作者：田方旭暨南大学

学位级别：硕士

增强现实(AR)显示技术的研发在近年来取得了飞速的进展,但目前的AR器件在用户体验上仍需要进一步改善。正因如此,AR所显示的虚拟图像参数,如虚像视场角(VFOV)、虚像视距(VID)、可视范围(Eyebox)等是器件研发时最主要的设计目标,也是衡... 详细信息

增强现实(AR)显示技术的研发在近年来取得了飞速的进展,但目前的AR器件在用户体验上仍需要进一步改善。正因如此,AR所显示的虚拟图像参数,如虚像视场角(VFOV)、虚像视距(VID)、可视范围(Eyebox)等是器件研发时最主要的设计目标,也是衡量所设计的AR显示系统的功能质量能否达到用户需求的重要指标,故准确、便捷地实现AR显示虚像参数的测量,对于AR器件研发和使用都是不可或缺的一环。但在以往研究中,对于测量虚像光学参数的研究较为简略,存在测量方法和测量标准不明确、多依赖主观判断等问题。本文针对这些问题改进原有测量方法,完成了 AR显示虚像参数测量系统的设计与构建,实现了对AR显示系统VFOV、VID的客观定量测量。针对VFOV测量过程中标准不明确的问题,本文以6类像素亮度统计参数作为虚像边缘判断依据测量了 AR器件的VFOV,实验结果表明:一方面用作虚像边缘判断依据的亮度阈值与VFOV测量结果具有极高的相关性,不同亮度阈值所得平均VFOV测量结果存在11°(V)×7°(H)的差别。另一方面,多次测量中的VID测量误差对VFOV测量的影响要远小于亮度阈值选取的影响,不同VID测量值导致的测量结果平均波动范围为0.95°(V)×1.10°(H)。以不同VID条件下VFOV结果稳定性来看,采用0.64倍的像素亮度算术平均值作为亮度阈值,所得的VFOV测量结果为23.613±0.228°(V)× 42.936±0.360°(H),相对波动仅为0.91%,该结果最为稳定,符合AR镜片的设计预期。针对VID测量中清晰像多依赖于主观判断、未考虑摄影系统的景深的问题,本文通过定量计算同一摄影系统在拍摄虚像和参考实际物体的两个过程中清晰度的相对变化,将VID的测量转换为摄影系统在相应对焦位置时远景距离的测量,实现了对VID更精确地测量。所设计的VID测量系统的测量误差为10mm～40mm,相比于传统方法将理论误差降低到1.6%～6.45%,显著提高了 AR显示系统VID的测量精度。本文所设计的AR显示虚像参数测量系统为研究机构和厂家更准确、便捷地掌握VFOV、VID等参数提供了可行方案,有利于实现AR器件在用户视觉体验和穿戴舒适性的进一步提升,助力AR设备设计和生产工艺的进步。

关键词：增强现实虚像视场角虚像视距虚像边缘判定空间频率响应

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增强现实光学系统虚像视场角测量方法

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激光与光电子学进展 2022年第20期59卷 176-182页

作者：田方旭张军暨南大学理工学院广州市可见光通信重点实验室广东广州510632

由于增强现实(AR)光学系统虚像视场角(VFOV)测量中存在测量方法、虚像边缘判断标准不明确的问题,开展了针对AR光学系统VFOV测量方法的研究。设计了基于摄影系统采集图像计算VFOV的方法,采集了不同虚像视距(VID)时AR镜片样品所显示的最... 详细信息

由于增强现实(AR)光学系统虚像视场角(VFOV)测量中存在测量方法、虚像边缘判断标准不明确的问题,开展了针对AR光学系统VFOV测量方法的研究。设计了基于摄影系统采集图像计算VFOV的方法,采集了不同虚像视距(VID)时AR镜片样品所显示的最大虚拟图像,然后分析了6类像素亮度统计参数以不同倍率作为视场边缘像素的亮度阈值、不同VID对VFOV测量结果的影响。结果表明:6类统计参数所得VFOV测量结果存在11°(V)×7°(H)的差别;同一亮度阈值不同VID下VFOV最大波动范围为±2.630°(V)×±1.685°(H),最小波动为±0.228°(V)×±0.360°(H)。因此判定边缘像素的亮度阈值与VFOV结果高度相关,VID对VFOV测量的影响远小于亮度阈值的影响。推荐采用像素亮度算术平均值的64%作为阈值,该方案所得的VFOV结果最稳定,相对波动仅为0.91%,所设计的测量方案为测量AR光学系统的VFOV提供了普适的测量方法和流程,具有一定指导意义。

关键词：增强现实光学系统虚像视场角虚像视距虚像视场边缘判定方法

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