【为什么打造一款AR眼镜这么难?浅谈AR光学方案】5G时代,随着元宇宙概念的催化,AR眼镜行业迎来了高速发展期。
回顾近两年,市面上消费级AR眼镜层出不穷,在市场教育普及的后时代,消费者对AR眼镜的接受度明显有所提升,那这是否意味着AR眼镜最好的时代已经到来?
诚然随着摄像头等关键元器件、人机交互等技术的发展,为AR眼镜的体验带来质的飞跃。AR眼镜也趋于“更小、更轻、更薄”,但距离用户渴望的高舒适度和沉浸感的要求仍距离尚远,这其中一个核心,就是AR眼镜的光学模组。
光学模组是AR产品的核心
和手机相比,AR眼镜相当于把手机屏幕换成镜片,将原先手机上看到的画面在眼镜上呈现,这就需要通过AR光学方案实现。
更形象地说,AR光学就是一个画面放大器。为了提升用户体验,把显示器尽量做小,同时画面尽量大,颜色更真,亮度和对比度更高。
AR眼镜经历过多种光学方案,目前市面上主流的光学方案主要是四种:棱镜、自由曲面、Birdbath和光波导。
棱镜方案
棱镜方案光学显示系统主要由投影仪和棱镜组成:投影仪把图像投射出来,继而棱镜将图像直接反射到人眼视网膜中,与现实图像相叠加,形成虚实融合的视觉体验。
Google Glass AR眼镜
该方案最具代表的产品是Google Glass。如图所示,系统处于人眼上方,用户想要看到图像需要让眼神聚焦在右上方,视场角和体积的矛盾也随之产生。
Google Glass只有15°的视场角,但光学镜片却有10mm的厚度,加之存在着亮度不足,以及偶尔的颜色失真等现象,最终该产品也以“失败”告终。
自由曲面方案
几乎所有镜头都无法避免畸变。在传统摄影中,我们可以通过后期(如PS)进行图片调整修正畸变,这主要是镜片方案的放大率差异造成的。
而自由曲面则利用其不规则、自由的曲面,让不同角度光束在穿过主轴时,可以保持近似的放大率,最大程度地减少像差。凭借颜色真、亮度高、对比度高等良好表现,自由曲面方案在早期得到业界认可。
其中最具代表性的产品是日本爱普生AR眼镜和美国梦境视觉的AR头盔。但爱普生AR眼镜23°的视场角,却有13mm的厚度;美国梦境视觉的Meta2系列AR眼镜虽然有90°的视场角,但其厚度超过50mm,仅光机系统重量就约为420克。
Birdbath方案
Birdbath得益于设计难度与量产成本的优势,已经实现了AR终端的规模上量。
采用这种光学方案的AR设备有联想Mirage AR头显和OPPO AR Glass 2021。这种设计方案视场角通常在50°,但极易造成光损失,第一次反射就有50%的光损失,因此镜片普遍会比较黑,亮度和对比度较低,不适合室外使用。
我们可以发现,上面说到的这3类光学方案,都摆脱不了伴随着视场角的扩大,镜片变厚、体积增大,以及一定程度上存在亮度和色彩上的问题。
极致轻薄下的画面呈现,体积小、重量轻的佩戴体验,是光波导与自由曲面、棱镜、Birdbath等光学方案的本质区别。
光波导方案远期市场值得期待
光波导+microLED由于其镜片轻薄、清晰度高、可视角度大、体积小等优势,被认为是AR眼镜光学方案的黄金搭档。
光波导方案工作原理图
基于波导技术的AR眼镜,一般由显示模组、波导和耦合器三部分组成。显示模组发出的光线被入耦合器件耦入光波导中,在波导内以全反射的形式向前传播,到达出耦合器件时被耦合出光波导后进入人眼成像。由于用波导折叠了光路,一般系统体积相对较小。
根据技术的不同,光波导又可分为阵列光波导和衍射光波导。受限于衍射光波导的加工工艺,其视场均匀性和色彩均匀性较差,且生产成本较高;阵列光波导基于几何光学原理,具有轻薄、较大的视场角和眼动范围且色彩均匀的优势,可以给用户带来更好的视觉和使用体验。
工人佩戴AR眼镜进行日常巡检
2021年,亮风台发布的这款5G AR智能眼镜HiAR H100,即采用定制1.5mm阵列光波导光学镜片,在成像清晰度、亮度、色彩均匀度、功耗等方面实现AR技术的突破,用户佩戴后拥有清、薄、透的无感佩戴体验。
定制波导光学,高清高透
结合LCOS微型显示器,搭配1080 P分辨率的摄像头和80%以上透光率的光学镜片,画面呈现更自然的、虚实融合的显示效果。
当然,任何一款AR产品,最终都要服务经济,赋能于人。
HiAR H100则是亮风台专为工业场景打造的一款AR智能眼镜,工作人员可以通过全局语音交互的方式,在解放双手的同时,眼前叠加设备的实时数据,完成自主的设备巡点检,供应商远程评审、远程售后服务等多个场景,应用于宝武、海尔、泰康保险等几十个企业。
看完上文,有些伙伴可能要问:光波导就是最好的光学方案?它就是AR光学的未来吗?
其实,目前市面上的光学方案还没有统一的标准,仍处于迷雾中探索的阶段。
正如微软、苹果、谷歌对AR眼镜产品和技术均有不同的见解,哪一条路才是康庄大道,还需要经过大家不断地找寻与市场的验证。
回顾近两年,市面上消费级AR眼镜层出不穷,在市场教育普及的后时代,消费者对AR眼镜的接受度明显有所提升,那这是否意味着AR眼镜最好的时代已经到来?
诚然随着摄像头等关键元器件、人机交互等技术的发展,为AR眼镜的体验带来质的飞跃。AR眼镜也趋于“更小、更轻、更薄”,但距离用户渴望的高舒适度和沉浸感的要求仍距离尚远,这其中一个核心,就是AR眼镜的光学模组。
光学模组是AR产品的核心
和手机相比,AR眼镜相当于把手机屏幕换成镜片,将原先手机上看到的画面在眼镜上呈现,这就需要通过AR光学方案实现。
更形象地说,AR光学就是一个画面放大器。为了提升用户体验,把显示器尽量做小,同时画面尽量大,颜色更真,亮度和对比度更高。
AR眼镜经历过多种光学方案,目前市面上主流的光学方案主要是四种:棱镜、自由曲面、Birdbath和光波导。
棱镜方案
棱镜方案光学显示系统主要由投影仪和棱镜组成:投影仪把图像投射出来,继而棱镜将图像直接反射到人眼视网膜中,与现实图像相叠加,形成虚实融合的视觉体验。
Google Glass AR眼镜
该方案最具代表的产品是Google Glass。如图所示,系统处于人眼上方,用户想要看到图像需要让眼神聚焦在右上方,视场角和体积的矛盾也随之产生。
Google Glass只有15°的视场角,但光学镜片却有10mm的厚度,加之存在着亮度不足,以及偶尔的颜色失真等现象,最终该产品也以“失败”告终。
自由曲面方案
几乎所有镜头都无法避免畸变。在传统摄影中,我们可以通过后期(如PS)进行图片调整修正畸变,这主要是镜片方案的放大率差异造成的。
而自由曲面则利用其不规则、自由的曲面,让不同角度光束在穿过主轴时,可以保持近似的放大率,最大程度地减少像差。凭借颜色真、亮度高、对比度高等良好表现,自由曲面方案在早期得到业界认可。
其中最具代表性的产品是日本爱普生AR眼镜和美国梦境视觉的AR头盔。但爱普生AR眼镜23°的视场角,却有13mm的厚度;美国梦境视觉的Meta2系列AR眼镜虽然有90°的视场角,但其厚度超过50mm,仅光机系统重量就约为420克。
Birdbath方案
Birdbath得益于设计难度与量产成本的优势,已经实现了AR终端的规模上量。
采用这种光学方案的AR设备有联想Mirage AR头显和OPPO AR Glass 2021。这种设计方案视场角通常在50°,但极易造成光损失,第一次反射就有50%的光损失,因此镜片普遍会比较黑,亮度和对比度较低,不适合室外使用。
我们可以发现,上面说到的这3类光学方案,都摆脱不了伴随着视场角的扩大,镜片变厚、体积增大,以及一定程度上存在亮度和色彩上的问题。
极致轻薄下的画面呈现,体积小、重量轻的佩戴体验,是光波导与自由曲面、棱镜、Birdbath等光学方案的本质区别。
光波导方案远期市场值得期待
光波导+microLED由于其镜片轻薄、清晰度高、可视角度大、体积小等优势,被认为是AR眼镜光学方案的黄金搭档。
光波导方案工作原理图
基于波导技术的AR眼镜,一般由显示模组、波导和耦合器三部分组成。显示模组发出的光线被入耦合器件耦入光波导中,在波导内以全反射的形式向前传播,到达出耦合器件时被耦合出光波导后进入人眼成像。由于用波导折叠了光路,一般系统体积相对较小。
根据技术的不同,光波导又可分为阵列光波导和衍射光波导。受限于衍射光波导的加工工艺,其视场均匀性和色彩均匀性较差,且生产成本较高;阵列光波导基于几何光学原理,具有轻薄、较大的视场角和眼动范围且色彩均匀的优势,可以给用户带来更好的视觉和使用体验。
工人佩戴AR眼镜进行日常巡检
2021年,亮风台发布的这款5G AR智能眼镜HiAR H100,即采用定制1.5mm阵列光波导光学镜片,在成像清晰度、亮度、色彩均匀度、功耗等方面实现AR技术的突破,用户佩戴后拥有清、薄、透的无感佩戴体验。
定制波导光学,高清高透
结合LCOS微型显示器,搭配1080 P分辨率的摄像头和80%以上透光率的光学镜片,画面呈现更自然的、虚实融合的显示效果。
当然,任何一款AR产品,最终都要服务经济,赋能于人。
HiAR H100则是亮风台专为工业场景打造的一款AR智能眼镜,工作人员可以通过全局语音交互的方式,在解放双手的同时,眼前叠加设备的实时数据,完成自主的设备巡点检,供应商远程评审、远程售后服务等多个场景,应用于宝武、海尔、泰康保险等几十个企业。
看完上文,有些伙伴可能要问:光波导就是最好的光学方案?它就是AR光学的未来吗?
其实,目前市面上的光学方案还没有统一的标准,仍处于迷雾中探索的阶段。
正如微软、苹果、谷歌对AR眼镜产品和技术均有不同的见解,哪一条路才是康庄大道,还需要经过大家不断地找寻与市场的验证。
绮梦笔记之二十
给它一个想象力丰富的指定语:夜来风雨声,花落知多少。
第一组内容上算是差不多,有落花,有雨水,有黑夜,可是画面上的几个人影都不太像样,怪怪的。第二组指定一张色彩比较艳丽的图片,用霍克尼风格,出来的画面就是灿烂阳光下落英缤纷,但逻辑错误不少。
第三组换成金凯德风格,结果它画给我的是美国小镇的朦胧夜色。意思没错,不能怪AI哦。考虑一小会儿,我决定添一张花卉静物给它参考。这次出来的画面上没有夜色没有落雨只有大把大把的花束,朦胧摇曳,实在很让人喜欢。不错。我又换了一张绿调子的风景画做附加图,结果出来的图更叫我惊喜了,朦胧唯美,满是鲜花的山谷,小径,还有流水潺潺,妥妥的童话世界,花仙子居住的地方。我又给它一张粉红色花卉的照片做附加图,结果呢,它给我画了四张粉红色像雾气一样飘舞飞扬的花卉图像,非常可爱,真高兴。同一个句子能出来这么多不同效果,这个AI的想象力还是很不错啦。
给它一个想象力丰富的指定语:夜来风雨声,花落知多少。
第一组内容上算是差不多,有落花,有雨水,有黑夜,可是画面上的几个人影都不太像样,怪怪的。第二组指定一张色彩比较艳丽的图片,用霍克尼风格,出来的画面就是灿烂阳光下落英缤纷,但逻辑错误不少。
第三组换成金凯德风格,结果它画给我的是美国小镇的朦胧夜色。意思没错,不能怪AI哦。考虑一小会儿,我决定添一张花卉静物给它参考。这次出来的画面上没有夜色没有落雨只有大把大把的花束,朦胧摇曳,实在很让人喜欢。不错。我又换了一张绿调子的风景画做附加图,结果出来的图更叫我惊喜了,朦胧唯美,满是鲜花的山谷,小径,还有流水潺潺,妥妥的童话世界,花仙子居住的地方。我又给它一张粉红色花卉的照片做附加图,结果呢,它给我画了四张粉红色像雾气一样飘舞飞扬的花卉图像,非常可爱,真高兴。同一个句子能出来这么多不同效果,这个AI的想象力还是很不错啦。
猛然想起:
我似乎忘记了,摄影师一直在做的事,是用图像来表达自己所思所想,
拍摄出自己想象中世界的样子,也是自己的样子
而近来我一直在寻找我是谁,却忘记了说出我是谁,陈果说,我是谁,我所做所说都在说明我是谁,而我,没有说,
我停在了不知道我是谁…
而找到“我”,需要去探索,思考,不断的去选择,去创造。
原来生命是为了找到“我”而来啊!真是快哉!
“我”就像一个作品,一次方案,即使在拍摄进行时,也还不断地在思考和优化!而“我”是谁,也只有不断去优化、思考、
换个说法就是,我要用一生去孵化“我”。
而我需要着手从,我想要去探索的部分下手,
比如我对这个世界里存在的色彩的看法,
比如我对微笑的看法,
比如我对生命的看法,
比如我对花朵的看法。...
这种感觉,太美妙了。
#摄影[超话]##摄影生活#
我似乎忘记了,摄影师一直在做的事,是用图像来表达自己所思所想,
拍摄出自己想象中世界的样子,也是自己的样子
而近来我一直在寻找我是谁,却忘记了说出我是谁,陈果说,我是谁,我所做所说都在说明我是谁,而我,没有说,
我停在了不知道我是谁…
而找到“我”,需要去探索,思考,不断的去选择,去创造。
原来生命是为了找到“我”而来啊!真是快哉!
“我”就像一个作品,一次方案,即使在拍摄进行时,也还不断地在思考和优化!而“我”是谁,也只有不断去优化、思考、
换个说法就是,我要用一生去孵化“我”。
而我需要着手从,我想要去探索的部分下手,
比如我对这个世界里存在的色彩的看法,
比如我对微笑的看法,
比如我对生命的看法,
比如我对花朵的看法。...
这种感觉,太美妙了。
#摄影[超话]##摄影生活#
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