|
在許多情況下，對(duì)近眼顯示解決方案的技術(shù)優(yōu)化不只是一個(gè)“有了更好”的問(wèn)題，而是能夠決定其可用性的重要問(wèn)題。設(shè)想一位外科醫(yī)生或內(nèi)科急救專(zhuān)家在治病時(shí)佩戴了近眼顯示器作為輔助工具。在這種環(huán)境中，一個(gè)清晰、不突兀的視覺(jué)體驗(yàn)至關(guān)重要。或者，想象視頻游戲播放機(jī)，要想提供無(wú)縫、實(shí)時(shí)的體驗(yàn)，就要求顯示延遲非常低。 在這兩種情況中，逼真的視覺(jué)體驗(yàn)取決于最大程度地降低顯示圖像的等待時(shí)間（延遲），最大程度地提高光學(xué)對(duì)比度和增加被顯示信息的視角（FOV）。 顯示延遲-打造實(shí)時(shí)體驗(yàn)的關(guān)鍵 首先考慮系統(tǒng)延遲，許多系統(tǒng)層面的元件都會(huì)產(chǎn)生延遲，整合在一起就是用戶(hù)所體驗(yàn)到的延遲。為此，我們著眼于與顯示引擎相關(guān)的部分，并可將其劃分為以下兩部分： 顯示（像素）延遲=像素?cái)?shù)據(jù)更新時(shí)間+像素切換時(shí)間 第一部分稱(chēng)為“像素?cái)?shù)據(jù)更新時(shí)間”，是顯示設(shè)備將新數(shù)據(jù)值“載入”顯示像素所用時(shí)間。對(duì)于許多顯示引擎結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)或多個(gè)幀像周期，從輸入至引擎開(kāi)始測(cè)量。假如延遲一幀，對(duì)于60Hz源就是約16.67毫秒，這對(duì)許多現(xiàn)代顯示技術(shù)是稀松平常的事，其包含了一個(gè)便于圖像處理的幀內(nèi)存。對(duì)于有些顯示引擎，像素?cái)?shù)據(jù)更新時(shí)間可能是兩個(gè)或更多幀。 顯示延遲的第二部分是“像素切換時(shí)間”，這是一個(gè)像素從電流態(tài)（開(kāi)或關(guān)）切換為反態(tài)所用時(shí)間。當(dāng)像素充分沉淀，人類(lèi)觀察者可清楚察覺(jué)新數(shù)據(jù)的時(shí)候，像素切換時(shí)間結(jié)束。 像素?cái)?shù)據(jù)更新時(shí)間和像素切換時(shí)間是人類(lèi)觀察者察覺(jué)的顯示總延遲時(shí)間。16.67毫秒的延遲時(shí)間通常被視為很好的表現(xiàn)，有些顯示情況會(huì)達(dá)到60毫秒或更高。 德州儀器DLP Pico芯片具有現(xiàn)有最快的像素速度，每秒可翻轉(zhuǎn)每個(gè)數(shù)字微鏡（像素）數(shù)千次，從而降低了顯示延遲，支持高達(dá)120Hz的顯示幀速率，同時(shí)，保持高畫(huà)質(zhì)。 對(duì)比度-數(shù)字內(nèi)容與真實(shí)世界視覺(jué)融合的關(guān)鍵 除了提供低延遲的實(shí)時(shí)體驗(yàn)外，理想的近眼顯示解決方案應(yīng)提供透明的內(nèi)容，具有高清晰度，不阻礙終端用戶(hù)的真實(shí)世界觀感。例如，如果要顯示的數(shù)據(jù)只采用20%的顯示設(shè)備像素陣列，那么，其余80%對(duì)用戶(hù)就實(shí)際不可見(jiàn)，進(jìn)而將數(shù)字內(nèi)容與真實(shí)世界融合在一起。 重要的是，在透視型近眼顯示光學(xué)系統(tǒng)中，圖像不顯示在半透明表面（即眼鏡片上）。由于該表面按定義非常接近使用者的眼睛，在半透明表面上的顯示就是無(wú)效的，人眼無(wú)法舒適地聚焦于如此近的事物。光學(xué)系統(tǒng)沒(méi)有在一個(gè)表面上創(chuàng)建圖像，而是形成了光瞳，人眼在光學(xué)鏈路中充當(dāng)最后的元件-從而將最終圖像創(chuàng)建于眼球的視網(wǎng)膜上。 照明系統(tǒng)—DLP數(shù)字微鏡設(shè)備（DMD）—光學(xué)系統(tǒng)—人眼 普通透視型NED光學(xué)系統(tǒng)包括一個(gè)波導(dǎo)光學(xué)元件，收集輸入的光，傳遞給人眼。這種安排不僅形成必要的光瞳，還可以定位微顯示、光學(xué)和照明，不妨礙使用者的視域。 既然我們理解了光學(xué)系統(tǒng)，那么，我們?nèi)绾未_保被顯示的圖像的透明區(qū)域不妨礙使用者的視域呢？實(shí)現(xiàn)這一目的的最佳途徑是，最大程度地增大光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)比度。下面這張圖片說(shuō)明了對(duì)比度所能帶來(lái)的顯示沖擊力，這是近眼顯示器使用者所看到的。 注：照片是模擬的，非實(shí)際近眼顯示器的圖像 近眼顯示設(shè)計(jì)中的許多要素都能影響對(duì)比度，主要包括光學(xué)設(shè)計(jì)的光圈數(shù)（f值）和是否具備先進(jìn)的圖像處理算法。對(duì)于一些微顯示設(shè)備，填充系數(shù)也會(huì)影響對(duì)比度，但通常影響程度要低一些。 光學(xué)設(shè)計(jì)的f值說(shuō)明透鏡焦距與入射通孔的直徑的比。更高的f值能得到更高的對(duì)比度-并降低光學(xué)復(fù)雜度和縮小尺寸。雖然高f值能帶來(lái)更高的對(duì)比度，它也必須與要求的視角進(jìn)行平衡-因?yàn)楦叩膄值不僅增加對(duì)比度，同時(shí)也降低了視角。 通過(guò)對(duì)RGB背光源（即LED亮度）的智能管理，結(jié)合各圖像幀獲得的數(shù)字增益，先進(jìn)圖像處理技術(shù)也可以改善對(duì)比度。例如，德州儀器DLP產(chǎn)品公司的TRP芯片具備IntelliBright算法，其中包括被稱(chēng)之為內(nèi)容適配性照度控制（CAIC）功能。根據(jù)圖象內(nèi)容和環(huán)境照明條件，該算法可以智能地調(diào)節(jié)圖像的亮度。這不僅產(chǎn)生最佳圖象亮度和對(duì)比度，還使系統(tǒng)電力消耗最優(yōu)；這是近眼顯示技術(shù)的另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)。 通過(guò)更大的視角保持自然的透視型視覺(jué)體驗(yàn) 人眼具有差不多180度的水平視角。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭戴設(shè)備通常具有20-60度的視角，這足以產(chǎn)生自然的觀看體驗(yàn)。與之對(duì)比的是，典型的穿透式智能眼睛解決方案的視角很小，使得使用者必須周期性不自然地去關(guān)注它。大多數(shù)透視型近眼顯示應(yīng)用的趨勢(shì)是更大的視角。更大的視角也可以允許更多內(nèi)容與使用者對(duì)真實(shí)世界的自然觀察重疊顯示，從而提供了更高質(zhì)量的視覺(jué)體驗(yàn)。 視角通常受三個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素控制：微顯示陣列對(duì)角線尺寸、光學(xué)f值和波導(dǎo)端的瞳孔尺寸。這些因素間要考慮權(quán)衡幾個(gè)關(guān)系：更大的陣列對(duì)角尺寸會(huì)提供更高的視角，并且在大多數(shù)情況下也提供更高的解析度，但這也會(huì)增加系統(tǒng)的體積，因?yàn)閷?duì)角線尺寸通常要轉(zhuǎn)化為更大的光學(xué)器件。更低f值光學(xué)設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生更大的視角，但也會(huì)增加光學(xué)尺寸和降低對(duì)比度。隨著瞳孔尺寸增加，視角會(huì)減小。例如，5毫米的瞳孔可以獲得45度的視角，而10毫米的瞳孔在相同f值的情況下獲得的視角不到25度。 對(duì)于仍處于開(kāi)發(fā)中的許多透視型近眼顯示解決方案，提供數(shù)字內(nèi)容與物理世界無(wú)縫融合的視覺(jué)體驗(yàn)至為重要。設(shè)計(jì)難題要求對(duì)直接影響終端用戶(hù)的體驗(yàn)諸項(xiàng)因素做出取舍平衡。 近眼顯示器 注：近眼顯示器是一種可穿戴設(shè)備，在用戶(hù)視野前方形成顯示影像。這種顯示可以是透明或不透明的，具體取決于應(yīng)用場(chǎng)景。例如，透明顯示可基于真實(shí)世界疊加顯示信息和圖形，而不透明顯示可提供身臨其境的影院般體驗(yàn)。 DLP Pico是一種反射微型顯示技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度、快刷新率、低功耗的近眼顯示效果。根據(jù)不同的光學(xué)設(shè)計(jì)，此技術(shù)可用于產(chǎn)生透明和不透明顯示效果。 |
