近眼显示设备-光学显示性能测试方法

虚拟现实与元宇宙产业联盟标准 T/XRMA0002-2023 近眼显示设备-光学显示性能测试方法 TheMeasurementMethodoftheOpticalPerformancesofNearEyeDisplayDevices 2024-03-22发布2024-03-22实施 虚拟现实与元宇宙产业联盟 目次 前言III 1范围1 2规范性引用文件1 3术语和定义1 3.1缩写Abbreviations1 3.2LMD的入瞳EntrancePupilofLMD1 3.3眼点EyePoint1 3.4眼盒Eye-box2 3.5瞳距InterpupilDistance2 3.6适眼距EyeRelief2 3.7视场角FieldofView2 3.8畸变Distortion2 3.9调制对比度ModulationContrast2 3.10鬼像Ghost2 3.11虚像距离VirtualImageDistance2 3.12双目合像精度BinocularParallax2 3.13角分辨率PixelsPerDegree3 3.14双目差异BinocularDifference3 4光学显示性能要求3 4.1适眼距3 4.2眼盒3 4.3瞳距3 4.4视场角3 4.5虚像距离3 4.6亮度3 4.7色域范围3 5测试方法3 5.1测试条件3 5.1.1测试环境3 5.1.2预热稳定4 5.1.3电源4 5.2测量设备4 5.2.1六轴运动平台5 5.2.2光学测量装置(LMD)5 5.3测试图像5 5.4测量坐标系5 5.5测试前安装6 5.6测试点6 5.7性能测试7 5.7.1眼盒7 5.7.2瞳距8 5.7.3视场角9 I 5.7.4畸变12 5.7.5调制对比度15 5.7.6鬼像16 5.7.7虚像距离17 5.7.8双目合像精度17 5.7.9亮度及亮度均匀性17 5.7.10颜色和色域18 5.7.11颜色不均匀性18 5.7.12颜色配准误差18 5.7.13对比度19 5.7.14角分辨率20 5.7.15双目差异20 附录A（资料性附录）眼点和适眼距的确定方法22 A.1适眼距确定22 A.2眼点的确定22 A.2.1基于调制对比度的测量方法22 A.2.2基于亮度的测量方法23 附录B（资料性附录）测试图像24 前言 本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》给出的规则起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由虚拟现实与元宇宙产业联盟提出并归口。 本文件牵头单位：浙江舜为科技有限公司、中国信息通信研究院、杭州源现科技有限公司、上海鲲游光电科技有限公司、上海乐相科技有限公司、甬江实验室、杭州灵伴科技有限公司、优奈柯恩(北京)科技有限公司、京东方科技集团股份有限公司、北京灵犀微光科技有限公司、浙江舜宇智能光学技术有限公司、北京亮亮视野科技有限公司、北京爱奇艺科技有限公司、北京小米移动软件有限公司、OPPO广东移动通信有限公司、安徽熙泰智能科技有限公司、紫光展锐（上海）科技有限公司、深圳纳德光学有限公司、宁波市舜安人工智能研究院、北京一术科技有限公司 本文件核心起草人：孙杰、向潇、王琼、徐慧焕、唐宝杰、赵蕾、梁娇娇、陈朋波、肖冰、杨京龙、王学路、魏伟、康雪雪、周晓青、司晓阳、李勇、韩昕彦、豆子飞、陈沭、黄海峰、康峰、朱平、刘晓佳、陈定云、曹鸿鹏、陈仕韬、陈威 近眼显示设备-光学显示性能测试方法 1范围 本文件规定了近眼显示的术语定义、光学显示性能测试方法。本文件适用于指导近眼显示设备的光学性能检测。 2规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T38259-2019信息技术虚拟现实头戴式显示设备通用规范 IECTR63145-1-1：2018眼戴显示第1-1部分：通用介绍（EyeweardisplayPart1-1:Genericintroduction） IEC63145-20-10:2019基础测量方法-光学特性（Fundamentalmeasurementmethods– Opticalproperties） IEC63145-20-20:2019基础测量方法-图像质量（Fundamentalmeasurementmethods– Imagequality） ISO/CIE11664-1：2019色度学第1部分：CIE标准色度观察者（Colorimetry–Part1； CIEstandardcolorimetricobservers） IEC63145-22-10:2020眼戴显示第22-10部分：AR型的测量方法-光学特性（Eyeweardisplay-Part22-10:SpecificmeasurementmethodforARtype–Opticalproperties） 3术语和定义 下列术语以及定义适用于本文件。 3.1缩写Abbreviations NEDNearEyeDisplay近眼显示 LMDLightMeasurementDevice光学测量装置DUTDeviceUnderTest待测设备 FOVFieldofView视场角 PPDPixelsperDegree角分辨率CPDCyclesperDegree角频率 3.2LMD的入瞳EntrancePupilofLMD 孔径光阑对LMD前方光学系统在物方的光学成像。 注：如果在孔径光阑前面没有镜片，入瞳的位置为孔径光阑的位置，入瞳的大小为孔径光阑的大小。 【来源：IEC63145-20-10:2019,定义3.1.1】 3.3眼点EyePoint 可以获得眼戴显示最优显示性能时，佩戴者眼睛的入瞳所在的位置。 注1：一般情况下，眼点位置应由眼镜制造商或者供应商指定；如果制造商或供应商未指定眼点位置，则参考附录A 的方法确定眼点位置。 注2：眼点通常作为光学测量的原点位置；除特殊指定外，眼点的位置位于眼戴显示出曈的中心。 【改写IEC63145-20-10:2019,定义3.1.3】 T/XRMA0002-2023 3.4眼盒Eye-box 佩戴者无需头部移动或者其他的调整（眼睛的自然转动除外）便足以看到DUT所显示的整个虚拟图像时，佩戴者眼睛所在的三维空间。 注1：“足以看到”是指显示图像必须满足产品指标说明中所有指标要求。注2：本标准中采用眼盒宽度𝑊𝑊𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵�、眼盒高度𝐻𝐻𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵�评价眼盒大小。 【改写IEC63145-20-10:2019,定义3.1.2】 3.5瞳距InterpupilDistance 眼戴显示的左眼虚像光学系统和右眼虚像光学系统的眼盒中心的距离。 注：仅适用于双目视觉近眼显示设备。 3.6适眼距EyeRelief 眼睛角膜最凸出位置到最近的DUT光学表面之间的距离。 注：对于光轴与光学平面带倾角的眼戴显示设备，适眼距为沿光轴方向DUT的结构最外侧（靠近人眼一侧）与角膜之间的距离。 【改写IEC63145-20-10:2019,定义3.1.4】 3.7视场角FieldofView 从近眼显示设备的人眼位置观察到的虚像有效区域所对应的角区域。 注1：视场角包括水平视场角𝐴𝐴ℎ、垂直视场角𝐴𝐴𝑣�、对角线视场角𝐴𝐴𝑑�。 注2：一般情况下，虚像的有效区域为人眼可观察到的图像边缘所包围的图像区域。 3.8畸变Distortion 成像过程中所产生的图像像元的几何位置相对于参照系统发生的挤压、伸展、偏移和扭曲等，使图像的几何位置、尺寸、形状、方位等发生的改变。 【来源：GB/T38259-2019,定义3.11】 3.9调制对比度ModulationContrast 相间黑白线的亮度变化值。 注：调制对比度，也被称作MichelsonContrast，或ContrastModulation,本标准中采用调制对比度进行描述。 3.10鬼像Ghost 由于近眼显示设备光学系统内部光路多次反射等原因，在眼戴显示目标呈现图像周围产生的重影。 注：鬼像采用鬼像区域目标区域的能量比值𝑅𝑅𝑔𝑔ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜�来表征，𝑅𝑅𝑔𝑔ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜�数值越大，表示鬼像能量与目标显示图像的比值越大，对近眼显示设备的光学显示效果的负影响越大。 3.11虚像距离VirtualImageDistance 沿DUT光轴方向，虚像光学系统的眼点位置与虚像平面之间的距离。 3.12双目合像精度BinocularParallax 表征左眼虚像光学系统与右眼虚像光学系统图像融合的品质；本标准中用水平会聚角𝜑𝜑𝑥�、垂直发散角𝜃𝜃𝑦�、相对像旋转角𝜃𝜃𝑧�三个参数来表征。 注：双目合像精度仅适用于双目视觉近眼显示设备。 3.13角分辨率PixelsPerDegree 在用户视野中，沿某一方向，每个单位角度内能够看到的显示设备所输出像素的数量。 【来源：GB/T38259-2019,定义3.1】 3.14双目差异BinocularDifference 针对双目视觉的近眼显示设备，左右目在眼盒、视场角、调制对比度、虚像距离维度的数值差异。 4光学显示性能要求 4.1适眼距 适眼距对于光学测量安装定位有重要意义。一般情况下，适眼距应由制造商或销售商标称对于特殊情况无法提供适眼距的情况，按照附录A中章节A.1确定适眼距。 4.2眼盒 近眼显示设备的眼盒大小应由制造商或销售商标称，且实测值应不低于标称值的90%。 4.3瞳距 近眼显示设备的瞳距应由制造商或销售商标称；如果近眼显示设备的瞳距为可调节瞳距，应说明瞳距的可调节范围。瞳距或瞳距调节范围的实测值与标称值的偏差不应超过10%。 注：本标准中，偏差定义为：偏差=�实测值—标称值�。 标称值 4.4视场角 近眼显示设备的视场角应由制造商或销售商标称，且实测值不应低于标称值的95%。 4.5虚像距离 近眼显示设备的虚像距离应由制造商或销售商标称，定义屈光度（Dioptre）为以米为单位的虚像距离的倒数，对应光焦度差值不超过0.1。 4.6亮度 近眼显示设备的亮度应由制造商或者销售商标称，且实测值不应低于标称值的95%。 4.7色域范围 近眼显示设备的色域范围应由制造商或者销售商标称，且测试值与标称值之间的差值不应超过5%。 注：本标准中，差值定义为：差值=�实测值—标称值�。 5测试方法 5.1测试条件 5.1.1测试环境 光学性能测试环境应为暗室。 测试环境温度应保持在22℃-28℃； T/XRMA0002-2023 相对湿度应保持在25%-70%的范围内；气压应保持在86kPa-106kPa的范围内。 5.1.2预热稳定 如无特殊说明，近眼显示设备的所有测试均应当在待测设备(DUT)的光输出达到稳定后进行。当5分钟内DUT的亮度输出变化在3%以内时，认为DUT达到稳定；如果DUT的亮度输出变化超出3%，应当在测试报告中说明。 5.1.3电源 为确保DUT的性能稳定，DUT的驱动电源应当调至DUT的标称供电参数。如测试过程中DUT为电池供电，则应确保测试过程中电量不少于满量程的50%。 5.2测量设备 近眼显示设备的光学测试平台由六轴运动平台搭载光学测量装置构成。光学测量装置安装在六轴运动平台的末端，并通过六轴运动平台实现光学测量装置的三轴（具体为X、Y、Z轴）平移和绕三轴的旋转，如图1示例。 图1近眼显示设备测试平台 5.2.1六轴运动平台 六轴运动平台，用于实现LMD在X、Y、Z方向的平移，以及控制LMD以眼球中心（即LMD入瞳沿光轴往后10mm处，参考图A.1定义）为旋