什麼是(shì)“虛擬(nǐ)”圖(tú)像？基本的，虛擬(nǐ)圖像(xiàng)是(shì)投射到(dào)空(kōng)間的(dí)圖像。產(chǎn)生(shēng)虛(xū)擬(nǐ)圖像(xiàng)的典型設(shè)備包(bāo)括矯正眼鏡，雙筒望(wàng)遠(yuǎn)鏡，放大鏡，眼(yǎn)鏡(jìng)，顯微(wēi)鏡(jìng)，望(wàng)遠鏡，瞄準鏡，近眼顯(xiǎn)示器和平(píng)視(shì)顯(xiǎn)示(shì)器。這(zhè)些設(shè)備(bèi)中(zhōng)的(dí)每(měi)一(yī)個(gè)都(dū)形成(chéng)一(yī)個近(jìn)場(cháng)圖像(xiàng)，用(yòng)眼睛(jīng)觀看並(bìng)適應基於儀(yí)器(qì)設(shè)計的(dí)距離(lí)。在創(chuàng)建“虛擬圖像(xiàng)”時，亮度(dù)和(hé)顏(yán)色(sè)測(cè)量是關(guān)鍵(jiàn)因(yīn)素。這(zhè)兩(liǎng)個都受到(dào)瞳(tóng)孔(kǒng)的(dí)物(wù)理(lǐ)大小的(dí)影(yǐng)響

圖(tú)像測(cè)量有四(sì)種不(bù)同(tóng)的(dí)物理類別。他們是(shì)：

1.虛擬(nǐ)現(xiàn)實(shí)-不涉及(jí)環(huán)境照明(míng)，近眼(yǎn)顯示(shì)

2.增強現實-包(bāo)括(kuò)部分(fēn)環境照明(míng)和近(jìn)眼(yǎn)顯示

3.數(shù)字(zì)眼鏡(jìng)-需(xū)要全環境照明和近(jìn)眼顯示

4.汽(qì)車(chē)/航空電子設備-需(xū)要全環(huán)境照明(míng)和(hé)平視顯示器

使用標準亮(liàng)度

標準(zhǔn)亮度產品(pǐn)通(tōng)常可用(yòng)於測(cè)量(liáng)抬頭顯(xiǎn)示(shì)，但(dàn)近眼顯示(shì)由(yóu)於光學(xué)元(yuán)件(jiàn)緊湊(còu)，需要特別(bié)考慮。其(qí)中一個考慮因(yīn)素(sù)是環境照射的影(yǐng)響(xiǎng)，這(zhè)使設(shè)計和測(cè)量(liáng)都(dū)變得(dé)復雜。

A光源是所有(yǒu)製造商用於標定(dìng)光(guāng)源特(tè)性的(dí)基本標(biāo)準(zhǔn)。A光源(yuán)的優點是(shì)A光源(yuán)的(dí)物(wù)理特(tè)性(xìng)很(hěn)好測量，在穩定供(gōng)電時，A光源非常(cháng)穩定，在實驗室中(zhōng)表現出(chū)高相關性(xìng)，光譜(pǔ)是(shì)連(lián)續的，沒有(yǒu)拐(guǎi)點(diǎn)等(děng)特點。然(rán)而(ér)，A光源(yuán)的(dí)藍(lán)光(guāng)含量(liáng)非(fēi)常(cháng)低，不(bù)能(néng)代表任(rèn)何現(xiàn)代(dài)顯示，並(bìng)且相(xiāng)對於(yú)現代(dài)照明/顯示標準(zhǔn)來說，其色(sè)溫也是非常低的(dí)。

 這造(zào)成在使用A光源(yuán)作為校準源時產生不確定性。 大多數(shù)設備都以A光(guāng)源為(wéi)參(cān)考，但(dàn)是典型(xíng)的非(fēi)A光源(yuán)的光源的測(cè)量(liáng)不確(què)定(dìng)性相對(duì)較高(gāo)，並(bìng)且儀器間一致(zhì)性也會受到影響(xiǎng)。 因(yīn)此，大多數電子(zǐ)顯示測量都不(bù)是基(jī)於A光源的。

抬頭顯(xiǎn)示(shì)和近(jìn)眼顯(xiǎn)示由於(yú)圖(tú)像刷新而(ér)具(jù)有(yǒu)變化(huà)的(dí)時(shí)間(jiān)特(tè)性。 同步時序對(duì)於在高(gāo)亮(liàng)度(dù)下短(duǎn)曝光時間的測(cè)量至關重(zhòng)要。 出瞳均匀(yún)性是另(lìng)一(yī)個(gè)影響(xiǎng)亮度準確性(xìng)的(dí)問(wèn)題(tí)。 這些不(bù)確(què)定性(xìng)也使儀器(qì)間(jiān)一致性(xìng)更加(jiā)難以把控(kòng)。

增強現實與透(tòu)明度(dù)問(wèn)題

虛擬現實(shí)（VR）是(shì)一(yī)種(zhǒng)封(fēng)閉(bì)現(xiàn)實世界(jiè)的數(shù)字環境(jìng)。而增強現實(shí)（AR）則(zé)是一(yī)種(zhǒng)建立(lì)在(zài)現實世界之上的(dí)數字內容。

環境照(zhào)明(míng)的(dí)動態範(fàn)圍(wéi)決定了顯示元件的動(dòng)態(tài)範(fàn)圍(wéi)。 傳(chuán)統的抬(tái)頭顯示與增強現(xiàn)實顯示之間的區(qū)別(bié)在(zài)於，抬頭顯(xiǎn)示通常用於向(xiàng)場(cháng)景(jǐng)提供輔助信(xìn)息，而不是使(shǐ)用另(lìng)一個場景(jǐng)來(lái)增(zēng)強場(cháng)景。

上麵的(dí)這個眼(yǎn)盒（eye box)例子是一個簡(jiǎn)單的放(fàng)大鏡，真(zhēn)實(shí)物(wù)體放在(zài)鏡頭(tóu)焦平麵的前麵(miàn)。光綫軌(guǐ)跡(jì)顯示(shì)虛擬圖像是在真(zhēn)實物(wù)體(tǐ)後麵形成的。必須執(zhí)行(háng)第(dì)二次光軌(guǐ)跡，才(cái)能知道(dào)觀察(chá)者將如(rú)何看到圖像的(dí)。

那(nà)麼(mó)怎麼(mó)測(cè)量虛擬圖(tú)像與(yǔ)真實圖(tú)像(xiàng)有(yǒu)何不同呢？ 上麵的眼盒(hé)（eye box)框示(shì)例(lì)中(zhōng)的(dí)虛(xū)像(xiàng)顯(xiǎn)示(shì)範圍(wéi)受出瞳(tóng)限製。 這意(yì)味(wèi)著(zhuó)正(zhèng)確測量亮度(dù)需要(yào)滿足三個*的條(tiáo)件(jiàn)：

1.出(chū)瞳的照明範圍必須超(chāo)過測量(liáng)儀器(qì)的入瞳範(fàn)圍；

2.測量儀(yí)器的視場(cháng)必須小於(yú)“眼盒（eye box)”或(huò)出瞳範圍(wéi)；

3.在測量儀(yí)器的入(rù)瞳處，必須(xū)保證(zhèng)光源(yuán)的均匀性(xìng)。 這是(shì)比較(jiào)不(bù)同儀器(qì)的(dí)數據(jù)時(shí)，降低(dī)儀器(qì)性(xìng)能的(dí)重要(yào)元素。

查看上麵的虛擬圖(tú)像演(yǎn)示了(liǎo)執行第(dì)二(èr)條光綫軌跡以(yǐ)顯示查看條件。 現在，虛擬圖像在光綫軌跡中被定義(yì)為“真實”對象。 眼睛位置被(bèi)任意定義為(wéi)由(yóu)近軸主光綫(xiàn)（以(yǐ)紅(hóng)色(sè)顯(xiǎn)示(shì)）和近(jìn)軸邊緣(yuán)光(guāng)綫(xiàn)（以綠色(sè)顯(xiǎn)示）表示的(dí)平(píng)麵(miàn)。 從這一點觀察可(kě)以查(chá)看整(zhěng)個區(qū)域。 “眼(yǎn)盒（eye box)”範(fàn)圍平麵表(biǎo)示(shì)觀(guān)察者可以查看整個(gè)圖像(xiàng)區(qū)域的極限(xiàn)距離(lí)。

那麼問(wèn)題出在哪裏(lǐ)呢？ 從(cóng)理論(lùn)上(shàng)講，應該沒(méi)有(yǒu)問題。 保(bǎo)持亮度恒(héng)定(dìng)，因此在光學(xué)係統(tǒng)中的任何位置亮度都*相同。 然而(ér)，問題(tí)在於(yú)測(cè)量裝(zhuāng)置的(dí)物理結構(gòu)引(yǐn)起的。 需(xū)要(yào)保(bǎo)證瞳孔和“眼盒（eye box)”的光學特(tè)性需要嚴格(gé)一致。 並且(qiě)要滿足一個(gè)*的條(tiáo)件(jiàn)：眼盒(hé)（eye box)中的照(zhào)明必須*均匀。 如(rú)果在近眼情(qíng)況下虛擬圖像(xiàng)的(dí)物(wù)理(lǐ)範圍小(xiǎo)於(yú)抬頭(tóu)顯示中的物(wù)理(lǐ)範圍(wéi)，則(zé)儀器間的一(yī)致性將(jiāng)成(chéng)為(wéi)另(lìng)一(yī)個需要考慮的(dí)問題。

在(zài)抬頭(tóu)顯示/近眼(yǎn)顯示在(zài)測量方(fāng)麵還麵臨(lín)其(qí)他挑戰(zhàn)。許(xǔ)多客(kè)戶不理解這(zhè)兩個基本要求：從(cóng)出(chū)瞳(tóng)處照(zhào)射(shè)範(fàn)圍必(bì)須超過測(cè)量儀器(qì)的(dí)入瞳(tóng)範(fàn)圍，並且測(cè)量儀(yí)器的(dí)視(shì)場(cháng)必須(xū)小於“眼(yǎn)盒（eye box)”或出(chū)瞳的範(fàn)圍(wéi)。

亮(liàng)度(dù)在(zài)光學係統(tǒng)中(zhōng)的(dí)任何(hé)地方都是恒(héng)定的，隻能(néng)通(tōng)過(guò)光傳(chuán)輸(shū)過程(chéng)進行(háng)改變(biàn)。 在近(jìn)的(dí)眼(yǎn)鏡討論中(zhōng)“眼(yǎn)鏡顯示測量(liáng)方(fāng)法：測(cè)量(liáng)設(shè)備(bèi)中瞳孔(kǒng)大小的依(yī)賴性”，”大(dà)島(dǎo)康介(jiè)等(děng)人強調了這個(gè)問(wèn)題，照明設(shè)備的不正(zhèng)確(què)使(shǐ)用(yòng)或設計(jì)會導致固定孔徑和(hé)亮度的(dí)很大變(biàn)化(huà)。 兩(liǎng)種儀(yí)器(qì)類型(xíng)之(zhī)間(jiān)的基(jī)本數據即(jí)使(shǐ)在小(xiǎo)孔徑(jìng)尺寸下也(yě)有相當(dāng)大(dà)的(dí)差異。 而顯示不均(jūn)匀(yún)加(jiā)大(dà)這(zhè)些(xiē)差異(yì)。

屏幕中(zhōng)心(xīn)亮(liàng)度(dù)與入瞳(tóng)尺寸(cùn)關(guān)係

固定孔徑(jìng)解決(jué)方案

在現實世(shì)界(jiè)中(zhōng)，固(gù)定(dìng)的孔徑(jìng)附件可以在眼盒（eye box)中(zhōng)進行(háng)測(cè)量(liáng)。 遠心(xīn)設計(jì)可以(yǐ)消除焦點，但(dàn)一(yī)定要知道視場範圍。 該(gāi)固定(dìng)孔徑係(xì)統(tǒng)的視野(yě)為18度(dù)。 在(zài)現(xiàn)實世(shì)界中(zhōng)，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的(dí)眼(yǎn)鏡(jìng)配置。 必(bì)須用(yòng)夾具(jù)來(lái)固(gù)定(dìng)耳鉤和(hé)模擬鼻梁。有(yǒu)限的(dí)空間(jiān)使測(cè)量變(biàn)得困難，但是(shì)如(rú)果(guǒ)滿足上(shàng)述(shù)三個*的(dí)條(tiáo)件，則(zé)可以(yǐ)使(shǐ)用光(guāng)譜輻(fú)射度計(jì)進行測試。

可以(yǐ)測(cè)量(liáng)近(jìn)眼(yǎn)設備(bèi)的(dí)標準光譜(pǔ)輻射(shè)儀可(kě)以(yǐ)比較固(gù)定(dìng)孔徑和(hé)標(biāo)準設(shè)備之間(jiān)的(dí)亮(liàng)度測(cè)量結果。 這(zhè)可能(néng)要低(dī)三倍。 在一(yī)個測試(shì)示(shì)例(lì)中，沒有(yǒu)填(tián)充(chōng)標準(zhǔn)儀器的入射光瞳，因(yīn)此(cǐ)將(jiāng)光(guāng)譜(pǔ)輻射度計放置得更(gēng)遠可(kě)以(yǐ)產生(shēng)更好的(dí)相關(guān)性。 但是，在兩(liǎng)個係(xì)統(tǒng)的(dí)視場(cháng)相等之(zhī)前，不可能(néng)使兩種配(pèi)置都達成(chéng)一(yī)致。

如果(guǒ)光纖適配器(qì)安裝(zhuāng)在(zài)標(biāo)準鏡(jìng)頭上，則(zé)可以(yǐ)使用(yòng)光纖探頭安裝(zhuāng)在“head box”內。 然後將光纖探(tàn)針安裝(zhuāng)在夾具(jù)中(zhōng)。 這可以使固定物(wù)理(lǐ)入(rù)瞳位(wèi)置容易定位。 在中等亮度(dù)下人眼的平均(jūn)瞳孔尺寸(cùn)為(wéi)3-5mm。 這(zhè)在(zài)心理(lǐ)物理(lǐ)研(yán)究(jiū)中(zhōng)是(shì)非常(cháng)有用的，因為視(shì)網膜(mó)照(zhào)度(dù)很容易計(jì)算。這裏采用了(liǎo)一種被稱為“遠(yuǎn)心(xīn)”技(jì)術的概念。

固(gù)定(dìng)孔徑測量與(yǔ)標準亮度計(jì)有(yǒu)相關(guān)性(xìng)。這(zhè)並(bìng)不簡單(dān)，因為顯(xiǎn)示(shì)器與(yǔ)光(guāng)學係統(tǒng)耦(ǒu)合的不(bù)均匀性(xìng)。使(shǐ)用(yòng)標(biāo)準光度計/光譜(pǔ)輻射(shè)度計(jì)，標準裝置的(dí)出瞳(tóng)孔徑必(bì)須(xū)被填滿(mǎn)，以(yǐ)便進(jìn)行精確(què)的(dí)光點測量(liáng)。因(yīn)此(cǐ)，當使(shǐ)用固定(dìng)孔徑(jìng)係統(tǒng)時(shí)，對測(cè)量(liáng)區域進行“填(tián)充(chōng)”是非常(cháng)重要(yào)的(dí)。

固定(dìng)孔(kǒng)徑解決方(fāng)案(àn)的好處(chǔ)在(zài)於，它可(kě)以將(jiāng)測量結(jié)構小化(huà)。 根據定義，此解(jiě)決(jué)方(fāng)案(àn)對成(chéng)像位置要求很寬泛。 可以將孔(kǒng)徑定義為(wéi)與(yǔ)瞳孔(kǒng)尺寸相同。 止動透(tòu)鏡(jìng)(stop lens)造成的誤(wù)差小(xiǎo)於3% 。

Photo Research的固定孔徑附(fù)件(jiàn)

Photo Research的(dí)固定孔徑附件在測(cè)量(liáng)設備(bèi)的較(jiào)大運動範(fàn)圍(wéi)內(nèi)可以變化很小。 當(dāng)被測光源(yuán)不再充滿透(tòu)鏡的入射(shè)光(guāng)瞳(tóng)時，測得(dé)亮度會(huì)快速變化。但(dàn)經過校準在2-6mm的孔徑(jìng)之間(jiān)，亮度幾乎沒(méi)有變化。

參(cān)考上(shàng)圖，位於L1後焦(jiāo)點的(dí)遠(yuǎn)心(xīn)光圈定(dìng)義了圖像(xiàng)尺寸(cùn)隨(suí)對(duì)象位置的變化(huà)。 第二個鏡(jìng)頭將光圈(quān)聚焦(jiāo)到固定(dìng)點。 L1位(wèi)於(yú)L2的(dí)前焦(jiāo)點，因此(cǐ)使(shǐ)L1的(dí)出瞳(tóng)變(biàn)為(wéi)遠心。 L1和L2的位置之間的(dí)關(guān)係(xì)提供(gōng)了高度的瞳孔混合(hé)。 通(tōng)過在(zài)L1的(dí)前表麵放(fàng)置一個(gè)物理擋塊，可以(yǐ)調整該(gāi)係統的視場(cháng)。 通過(guò)將MS-75鏡(jìng)頭(tóu)用作(zuò)光(guāng)學(xué)係統(tǒng)中(zhōng)的L2，可(kě)以(yǐ)將(jiāng)該(gāi)設計(jì)體現(xiàn)為PRISM-75鏡(jìng)頭的附件。

二(èr)維測(cè)量

那麼(mó)，二維(wéi)測量到底怎(zěn)麼樣？二維測(cè)量對(duì)於(yú)缺陷(xiàn)檢測（即MURA）和其他標(biāo)準(zhǔn)（如(rú)MTF，圖像運動(dòng)塗抹，固定(dìng)模式噪(zào)聲，失(shī)真等(děng)）是非(fēi)常重(zhòng)要。固(gù)定(dìng)瞳孔在(zài)眼鏡(jìng)中是非常有(yǒu)挑(tiāo)戰性的，但它可(kě)能不(bù)是(shì)這些空間測(cè)量(liáng)所必需的(dí)。必須通(tōng)過*均匀地(dì)裝滿入(rù)瞳孔(kǒng)。但由於眼(yǎn)盒(hé)（eye box)幾何結構和(hé)顯示均(jūn)匀(yún)性的限製(zhì)，這通常(cháng)是不(bù)可能的。如(rú)果(guǒ)輻射測量/色度測(cè)不(bù)重(zhòng)要，就沒(méi)這麼(mó)多(duō)問題(tí)了。

通常，如(rú)果(guǒ)可(kě)以捕(bǔ)獲整(zhěng)個視(shì)場(cháng)，由於(yú)入射(shè)光瞳問(wèn)題(tí)，測(cè)得的亮度值將(jiāng)偏低(dī)，但這(zhè)可以通過(guò)使(shǐ)用具有(yǒu)正確幾(jī)何(hé)形狀(zhuàng)的標(biāo)準輻射(shè)度計(jì)來進行校正。同(tóng)理也可以(yǐ)進行(háng)MTF測量，但必須對MTF圖像捕獲(huò)係統進行表(biǎo)征，並校正成(chéng)特性。這會(huì)導致在(zài)高(gāo)頻(pín)下(xià)的(dí)噪聲(shēng)更(gēng)大(dà)。

殘影的測量需(xū)要非常(cháng)精(jīng)確地控(kòng)製曝光(guāng)時(shí)間(jiān)。 傳感器(qì)的(dí)電子(zǐ)快門(mén)的特(tè)性(xìng)可能(néng)會(huì)使(shǐ)數據變得復雜化。 因此，與(yǔ)固(gù)定孔徑係統的(dí)關(guān)聯(lián)將(jiāng)非常困(kùn)難。 對(duì)眼盒(hé)（eye box)參數(shù)的了(liǎo)解(jiě)不足，無法(fǎ)開發(fā)適用於(yú)所有情況(kuàng)的通用解決(jué)方案(àn)。 成(chéng)像器(qì)的特性(xìng)對所得數據有很(hěn)大的影(yǐng)響，因此(cǐ)，使用之(zhī)前(qián)必須對(duì)成(chéng)像(xiàng)器(qì)進行(háng)*校準。

結論

對(duì)於抬頭(tóu)顯(xiǎn)示（用(yòng)於(yú)航(háng)空電(diàn)子(zǐ)設備(bèi)/汽(qì)車(chē)），建(jiàn)議(yì)使用標(biāo)準光譜輻(fú)射(shè)度計，並(bìng)注(zhù)意(yì)確保設(shè)備的(dí)入(rù)瞳(tóng)孔正確填(tián)充。

對(duì)於(yú)近眼顯示(shì)，應使(shǐ)用固定(dìng)孔(kǒng)徑解決(jué)方案(àn)。 也可以在支(zhī)座位置(zhì)使(shǐ)用標準光(guāng)譜輻(fú)射度計(jì)，以確保入瞳孔(kǒng)填(tián)滿。

請(qǐng)記住(zhù)，方法之(zhī)間(jiān)的(dí)相關(guān)性(xìng)會(huì)因(yīn)顯示(shì)不均(jūn)匀(yún)而受(shòu)到(dào)影響。應進(jìn)行重復性測量（不少於七個），以確(què)保時(shí)間(jiān)同(tóng)步沒有(yǒu)問題。 還應(yīng)該進行可(kě)靠性測量(liáng)，以確認(rèn)測(cè)量過程準確性(xìng)。