一副AR眼镜是怎样炼成的？

2017-04-01 17:02

AR与VR都是计算视觉产业体系的核心技术。但AR 与 VR 相比，人们普遍认为前者的前景更加广阔，更有预测称，到2020年，AR的市场规模会比VR大一倍。但是，由于AR 多了与真实世界相互融合这一个步骤，因此实现难度也比 VR 大得多。下文中，我们对目前业内应用的AR实现方式做了较完善的盘点，包括专业级别的七种主流AR光学方案，以及针对狂热科技爱好者的四种底层AR实现方式。帮助大家了解AR是如何实现虚拟世界和现实世界的交互融合的。
七种AR光学方案及优缺点
1、直接投影或离轴反射

这种技术类似于投影仪，可以将影像直接投影到眼镜上，比如 Glass Up，就是在右侧镜腿上安装了一个微型投影仪，并将镜片作为反射镜，会在镜片上投射一个大小为 320×240 的区域，通过反射以后形成平行光进入人眼成像。这种方案虽无法像手机或平板电脑一样进行多任务处理，但应付一些文字信息和简单图表足够。Meta 眼镜也采用了类似技术——离轴反射镜，与标准抛物反射镜的不同之处在于，它可在特定角度下直射并聚焦入射平行光，且支持无限远焦点，造型极其紧凑的投影仪藏在镜框内，左右各有一个，由 LED 光源将半透式 LCD 上的影像投射到分光镜片上成像，从而提供了立体视觉。
2、棱镜光学

如图，最简单的就是 45 度角棱镜，把显示器产生的光从眼镜框反射进人眼，也同时让现实世界的光透进来。这样做简单便宜，众所周知的 Google Glass 便是采用了这种方案。但由于技术限制，连 Google Glass 的缺点也很明显，视场角仅 20°左右（棱镜方式要想做大 FOV 只能做得更厚），光线需要先后经过半反半透膜层两次，光能利用率低（约为 20%），导致画面较暗。受限于制造工艺，镜片厚，提供面积大的镜片成本高、良率低。
3、自由曲面棱镜式

自由曲面指表面形状不能被连续加工的，具有传统加工成型的任意性特点的曲面，其设计难度远远高于前两类。一般情况下它的形态是一个楔形的玻璃，这种曲面是非旋转对称的 XY 多项式自由曲面。在这种结构中，光线经过该棱镜的变换，形成虚拟放大的图像，自由曲面全反射的出射面和自由曲面的反射面能消除色差和畸变等像差，因此成像质量更加清晰，视角可以达到 54 度，采用双自由曲面棱镜视角可以进一步提高。缺陷

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