最硬核體驗與技術分析：詳細探討Magic Leap One圖像質量問題

文章相關引用及參考：kguttag

本文來Karl Guttag

（映維網 2018年10月09日）在上一篇「最硬核體驗與技術分析，深度對比Magic Leap One和HoloLens」文章中，AR硬體/軟體企業Rave的首席科學家Karl Guttag向我們對比分析了透過Magic Leap One（ML1）和HoloLens所看到的真實世界視圖。對於今天的文章，他將探討ML1的圖像問題。以下是映維網的具體整理：

左上方是原始測試圖的裁剪圖，與透過ML1拍攝的相同部分圖片相比縮放了200％。包含各種特徵的測試圖是判斷不同圖像質量方面的一種困難但公平的方式。一像素和兩像素寬特徵用於測試顯示器的解析度。相關圖片拍攝方式的其他信息請參照文章末尾。

大多數Magic Leap的演示內容都包含色彩鮮艷但體積較小的對象，其既可以作為「視覺糖果（華而不實）」，也可以隱藏視場所缺乏的色彩均勻性。在測試圖中採用具有膚色的面部是因為人類對皮膚的顏色更為敏感。測試圖提供了一個大大的實心白色對象以幫助識別任何色移。

我使用Helio瀏覽器來顯示圖像，一些圖像解析度問題可能與Helio瀏覽器在3D空間中縮放圖像的方式有關。我嘗試拍攝測試圖並在ML1圖庫中顯示它們，但結果不是十分優秀。我用Hololens瀏覽器瀏覽了相同的測試圖，而後者明顯比ML1更清晰。有時候我們需要回過頭來，並區分瀏覽器縮放問題與光學問題，但再次說明，這就是ML1正常顯示二維影像的方式。

我仔細端詳了兩台ML1的內容，但它們都沒有提供銳利的圖像，所以我認為它們在相當程度上代表了ML1的圖像質量。即使ML1上的縮放引擎不是十分優秀，由光學元件引起的炫光和色差程度也表明ML1光學元件的解析度比較低。

我只測試了「遠焦」模式（約36英寸遠），因為測試近深平面聚焦模式非常困難。我感覺近焦平面比遠焦平面更銳利，而Magic Leap專利申請中的圖表同樣說明了這一點（見下圖）。遠焦平面穿過近焦平面出射光柵併到達眼睛，這可能是問題的一部分原因。我本來也想測試近焦平面，但沒有辦法縮放測試圖，我也不知道如何將頭顯維持在近焦「模式」。

1. ML1的圖像問題

下圖是透過ML1的右眼光學元件拍攝。老實說，特寫圖像可以顯示你一般不會注意到的問題。

通常來說，由於光學器件的缺陷，投影圖像看起來不如直視顯示，但對於ML1而言，衍射波導似乎限制了解析度。

儘管就如何「看到」圖像方面人眼與相機之間存在差異，但它仍然可以很好地說明眼睛所看到的內容。相機是「客觀/絕對的」方式，而人類視覺系統則對亮度和顏色等事物更為主觀/自適應和敏感。人眼可以看到圖片中的偽影和其他問題。

總體而言，圖像中心的色彩平衡很好。你會注意到測試圖中的兩個面部膚色發生了色移，但在圖像外圍15％之前都不太明顯。

ML1圖像的問題：

柔和/模糊圖像：你可以在文本和單像素和雙像素寬的測試圖中看到這一點。儘管這種柔和可能是由於縮放演算法造成，但圖像整體相當模糊。儘管ML1成像器聲稱的解析度是1280×960，但有效解析度在兩個方向都只有大約一半，或者說視場中心更接近640×480，而周邊則更低。

波導發光（失焦反射）：儘管波導發光在大型明亮對象周圍最明顯（如測試圖中的圓形和方形），但它同時會降低對比度，從而影響細節的有效解析度，如文本。

視場中的色波隨頭部和眼睛移動而移動（請參見黑白矩形圖），視場中的顏色一致性相對較差，這與我迄今為止見過的所有衍射波導都一致。

藍綠色和藍色在圖像的左側和右側偏移，再次說明，這是衍射波導的常見問題。對於右眼，左側的紅色不足，右側則缺少綠色和紅色（帶藍色）；左眼則相反。

當你遠離視場中心時，亮度會下降。這個問題對大多數基於投影的顯示設備而言都十分常見。在這方面上，ML1似乎比Hololens更好。

色差：請留意圓圈邊緣，一邊是紅色邊緣，另一邊則是藍綠色。

雙目重疊視差：這是立體視場頭顯的和小視場的常見問題。隨著圖像填充視場，每隻眼睛都看到大致相同的圖像，但存在一定的漂移。當你用雙眼瀏覽圖像時，左眼圖像會在右側出現截斷，反之亦然。你在每一側都會看到黑暗區域。對於看起來大約4英尺遠的圖像，我已經用橙色虛線進行了標示。解決這個問題將進一步降低視場，因為他們必須在「保留區」維持相當大比例的視場。

裁剪視場以支持內瞳距調整：基於全尺寸的測試圖顯示方式，我認為他們保留了大約130個水平像素（約為1280個水平像素的10％）以支持電子IPD調整（注意，這是一個非常間接的測量，可能不準確，因為我無法控制源圖像）。Hololens似乎為同一功能保留了相似數量的像素。

9.衍射波導正在捕捉來自現實世界的光線，這導致顏色出現「炫光」：我在之前的文章中已經提到這一點。

2. 更多關於解析度的觀察

為了看到更多的細節，相機在拍攝左邊圖片時拉近了兩倍以上，從而提供5個以上相機樣例/ML1像素。下圖iPhone部分進行了複製和平移，從而幫助更好地與ML1文本進行對比。iPhone拍攝圖像顯示了ML1能夠解釋圖像時的應有文本樣式。ML1的文本更穩柔和模糊。ML1的影像銳利度不如HoloLens，甚至不及Lumus的波導。你很難看清一像素點和45度線。

3. 總結

根據以往對其他衍射波導的經驗，我本來預料設備會出現顏色不一致和圖像炫光問題。但是，ML1視場中心的顏色相當不錯。

但我無法甩掉柔和/模糊文本。我最初是在《Dr.Grordbort』s Invaders》影像的文本中注意到這一點，而這正是我對ML1進行測試的原因。我暫時不確定這在多大程度上與雙焦平面有關，但我認為這正是ML1比HoloLens更模糊的原因。

在未來，我希望能夠繞過3D縮放並直接驅動顯示器，以更好地隔離光學與縮放問題。我同時十分好奇是否能將設備鎖定在「近焦平面模式」並獨立測試這個模式。在測試ML1時，當我將目光從ML1上移開後，它馬上又會切換回遠焦平面模式（這就是為什麼我沒有在近焦平面模式下進行測試的原因）。

4. 拍攝測試圖圖片的設置

我使用的是Olympus OM-D E-M10 Mark III無反光鏡相機。我是因為其尺寸及功能才特意選擇了這款相機。從鏡頭中心到相機底部的距離小於從眼睛瞳孔到頭部的距離，這樣它就可以放置在一台剛性頭顯之內，其中鏡頭位於原本瞳孔的位置。在人像模式下，它具有3456像素寬，4608像素高，這是ML1 1280×960像素的兩個相機樣例以上/像素。相機搭載5軸光學防抖功能，而這非常有助於拍攝手持拍攝。

ML1的「遠焦點」大約是5英尺遠（約1.5米）。我在這個網站上放置了一張測試圖，並使用ML1的Helio瀏覽器調出圖像。然後我來回移動ML1頭顯，直到測試圖填滿了虛擬圖像位於大約4英尺時的視圖。

上圖顯示了從某個角度觀看時的iPhone設置。它可以讓你了解虛擬影像相對於手機的位置。這張照片是透過ML1進行拍攝，只是後面添加了紅色注釋。

我從其他實驗了解到，ML1的「遠焦點」大約是5英尺遠。我將iPhone 6s放在側視圖的一個「孔洞」中。為了令手機與虛擬影像同時對焦，我將手機放在背後，並且將其位置調整至相機能夠對焦手機和ML1影像的位置。我然後縮放了iPhone的顯示屏，令ML1看到與ML1相同的文本大小。通過這樣的方式，我可以說明干解析度測試圖下的文本應該是什麼樣子，而它驗證了相機能夠解析測試圖中的單個像素。

iPhone的亮度設置為450 cd/m2（白天全亮度），這樣在減少85%之後仍然能夠看到，因此網格僅約70 cd/m2。我是以RAW格式拍攝照片，然後基於ML1圖像中心的白色進行白平衡，這使得iPhone的顯示屏看起來有點偏向綠色。照片是在1/25秒拍攝，以平均任何場序效應。

作為參考，下圖是ML1在大約相同位置的透視拍攝。對於透視拍攝，ML1的攝像頭和測試圖的曝光可以單獨設置。在這張圖片中，ML1的攝像頭似乎專註於遠景，這會令iPhone失焦，但你可以感受到iPhone的亮度。

有趣是，我在這張透視圖片中看到了一些不同的縮放偽影，尤其是白色背景的細黑線往往會消失。

透視圖像偏向於白色而不是黑色。請留意「Arial 16 point」下的一像素寬特徵，黑色的一像素點和線幾乎全部丟失，即使左邊兩像素寬的像素也幾乎消失。

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