随着元宇宙的爆火， AR/VR眼镜在人们日常中的应用也越来越广泛，普通人有更多的机会接触到各类AR/VR设备。当问起AR/VR使用体验感受时，大部分人会说看到的画面是否清晰。可见显示作为AR/VR设备的核心功能，显示是否清晰是非常重要的体验指标。然而清晰度是人们视觉上对图像的一种主观感受，本文将带您一同探索如何客观的去衡量一款眼镜的清晰程度。
平板显示清晰度判断
在大家熟悉的消费数码领域，提到清晰度大家能想到的就是厂家宣传的视网膜屏、2K屏、4K屏等概念，其实也就是显示像素数量的多少。那什么是像素呢？在手机、平板等传统显示行业，像素可以理解为一个发光点，很多发光点通过横向和纵向排列合成了我们看到的图像。
像素点组成图像
许多厂家标注参数时会写1080p、2k、4k。这些数值只表示了画面横向或者纵向的像素点个数。1080p表示的是画面的垂直方向像素个数，而2k和4k指的是水平方向每行像素个数达到约2000和4000。人们近似用2k和4k来表示。而行列像素点数目相乘就是整个画面的像素。
相同画幅下，像素点数量越多画面越细腻清晰
显然在描绘同样大小的内容时，像素数目越多则画面可呈现的细节越丰富，那么在平板显示领域，我们可以通过描述单位显示面积内像素数目来客观的衡量显示清晰程度。这种清晰程度有多种衡量方法，典型的是以像素密度即每英寸范围内像素数（PPI，pixel per inch）来衡量，也即屏幕对角线上的像素数除以屏幕对角线长度。现实中，显示器的PPI不可能无节制的增大，那么怎么才算一个好的显示器呢？2010年史蒂夫·乔布斯在iPhone 4发布会上提出的了“视网膜屏”的概念。苹果在iphone 4上将960×640的像素压缩到一个对角3.5英寸的显示屏内，屏幕的像素密度达到326像素/英寸（PPI），并称之为“视网膜屏”。其定义依据是人眼最小分辨能力大概是1角分，当手机使用者在距离手机屏幕30厘米处观察时，对应此处的像素密度PPI接近300。当设备使用距离不再减少时，高于300PPI的显示屏幕，人眼就观察不出图像是否有颗粒感了，此时继续提升显示屏幕PPI对清晰度提升有限。
乔布斯介绍视网膜屏概念综上，由于显示器件高分辨率是保证画面清晰度的前提，我们可以简单的用PPI来描述手机、平板、显示器图像的清晰程度。人眼在30cm视距下观察显示器的理论极限是300PPI，一般高于300人眼就观察不出显示器是否有颗粒感了。
ARVR眼镜清晰度判断
PPD
在AR/VR眼镜中，商家标注的1080P,2K,4K指的是硬件中显示屏的分辨率。但是，由于我们通过AR/VR眼镜观察到的不是显示屏本身，而是屏幕通过光学系统放大呈现的虚像，只说显示器件的分辨率无法代表一个AR/VR眼镜的视觉清晰度。因此我们需要使用新的标准去衡量AR/VR的清晰度。
近眼显示原理
由于不同眼镜的虚像距离不同，我们不能再简单的用每英寸内的像素密度（PPI）来描述AR/VR的清晰度能力。这时我们可以隐藏观察距离，使用PPD来描述像素密度。PPD (Pixels Per Degree) 角分辨率，或称空间分辨率，指视场角中的平均每 1°夹角内填充的像素点的数量。我们可以通过以下公式简单换算PPD：
总而言之，PPD的概念与PPI相近，它反应的是近眼显示设备的像素密度。对于头戴显示类产品，PPD 数值越大，就说明显示硬件能够显示更多画面细节，用户对显示画面的感受就越清晰。那么只用PPD就可以表示用户看到的画面的清晰度嘛？答案是否定的！
MTF
从AR/VR眼镜的显示原理出发，就可以发现AR/VR眼镜使用者看到画面的清晰程度不仅取决于显示器件的像素密度，同时也受到光学模组的成像质量的影响。在一些AR/VR眼镜的宣传页上我们总是可以看到MTF这个概念。
雷鸟Air plus介绍页面
MTF究竟是什么？它的全称叫调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)反映的是一个光学成像系统的空间频率响应特性。通常其横坐标表征的空间频率，纵坐标用0-1表征了在该频率下线对的可分辨情况。
真实场景中的黑白线组成的完美线对图卡通过光学系统后，受到光学系统像差的影响，成像会产生模糊。我们用图像的明暗差异来描述线对的模糊情况，其计算公式为：
在光学系统MTF测量中，一般会采用刃边法测量。以刀形边缘作为目标物对被测系统成像，对于采集到的带有原始数据和噪声的图像信号数字化然后进行去噪处理得到了一个随着位置变化的亮度值的曲线，我们将其称为边缘拓展函数ESF。对ESF做微分，就可以得到线拓展函数LSF，代表的是灰度值变化的快慢，最后对LSF进行傅里叶变换，取模便得到了当前光学系统的MTF曲线。
总之，我们通常用MTF曲线来表征光学系统的分辨能力，其反应的是光学系统在不同空间频率下的对实物的分辨能力。
调制对比度测试法
基于以上了解，我们知道了MTF可以表示光学模组还原实际场景的物理能力，像素密度（PPD）能够反应显示器件经过光学系统后的上限分辨能力。实际测量一款AR/VR眼镜的清晰度时，需要综合考量光学显示器件和光学镜片模组。两者需要匹配，就像木桶理论，最终清晰度体验取决于两个指标中较低的那个：
此时我们可以采用基于调制对比度的测试方法，在AR/VR眼镜中根据显示分辨率投影固定像素间隔的黑白条纹。通过带仿真人眼的镜头的检测设备采集到虚像画面，计算对应黑白线对的Michealson对比度，公式如下:
其中IMAX表示的是测试图像中的最大亮度，IMIN表示的是测试图像中的最小亮度，一般来说对比度越大，图像越清晰醒目，色彩也越鲜明艳丽；而对比度小，则会让整个画面都灰蒙蒙的。
通过对成像图像对比度的测试方法，综合了显示器件和光学模组对成像图像清晰度的影响，能够更加准确反应人对AR/VR显示画面的分辨能力，其测量结果更具有说服力。
小结
影响VR/AR眼镜清晰度的因素很多，其中最重要的是像素密度和光学系统自身分辨能力，我们通过对条纹图卡对比度计算，得到了AR/VR眼镜清晰度综合的评价方法。了解了上述关于清晰度的概念，想必大家在选择的时候可以更好的结合光学指标和自身需求选择到更适合自己的产品，后续我们也会针对相关产品输出测评报告，期待您的关注。
