增强现实（AR） 光学的STO

什么是AR？

AR（增强现实）是一种将数字内容（包括笔墨、图像、视频和 3D 模子）叠加在现实天下之上的技术。AR 基于传感器和机械进修技术，对内部情况及物体停止扫描及信息探测进修，而且在现真相况叠加情形信息，满足用户所需。由于 AR 将数字工具和信息叠加在现实天下之上，是以 AR 对用户的实在代价首要表现在移动场景。

图1：增强现实

2022年，元宇宙带动了AR行业又一次炽热。

现在全部AR（增强现实）行业，大师做的首要工作都在增强视觉上。所以作为AR关键技术之一的NED（近眼显现）技术，也是业内的技术攻关重点。

一个好的近眼现实光学间接影响到了体验者的视觉沉醉。

AR光学

首先我们领会一个概念：OST。

OST是指经过光学透视的方式来实现AR技术，也就是自然光透过光学镜片进入人眼（道理类似于戴墨镜看自然天下）。OST的光学今朝业界也是五花八门 ，支流包括了：离轴光学、birdbath光学、光波导、自在曲面棱镜光学、复合反射光学 等…

下面基于给大师停止AR成像先容：

如图2所示，屏幕的光芒（绿色实线）经过一组光学镜片反射进入人眼，人眼在旁观镜片时会在前方显现一个虚像（虚拟物体苹果）。

又由于光学镜片自己是一个同时具有透光和反光特征的镜片，其透光特征答应自然光经过镜片入射进入人眼，所以人也可以经过镜片看到实在物体（实物：树）。

此时一套AR成像系统已经构成，一小我在不戴AR眼镜的时辰智能看到实在物体，在戴上AR眼镜后便可以经过AR眼镜同时看到实在物体和虚拟物体（如图3）。

图2：光学与成像

图3：AR结果表示

虚拟遮挡的重要性

至此大师已经大白了AR光学系统的根基道理和实现结果。

但在现实AR体验进程中，AR的光学系统也会带来很多题目。比如说虚拟物体的遮挡题目。为了给体验者更实在更公道的AR体验，虚拟物体和实在物体味存在实在物理的遮挡关系，比如说当虚拟物体比实在物体离你更近时，实在物体就会被虚拟物体遮挡，从而看不到实在物体的部分地区（如图4、图5）

图4：遮挡表示图

图5：人眼视野图（人眼看到的）

但现真相况不是如此理想，现在很多的AR显现光学系统由于入眼亮度（虚拟画面的亮度）不够高、透过率太高档题目致使了虚拟物体没法粉饰住实在物体。如图6，原本应当可以粉饰住实在树的虚拟苹果却是半通明的，体验者可以透过虚拟画面看到厥前面的物体，这样给体验者带来了很大的视觉BUG。我们管用虚拟物体粉饰住实在物体的技术叫做“虚拟遮挡”。

图6：现实AR虚拟遮挡结果

处理虚拟遮挡题目

今朝绝大大都的OST AR光学系统，在大都情境下城市存在虚拟遮挡的BUG题目。

很多厂家为领会决该题目，也利用了很多分歧的方式，比如进步虚拟画面入眼亮度、下降光学透光率等...

简单讲下这类方式：

1. 进步虚拟画面入眼亮度：如图2所示的AR光学系统，我们想进步虚拟画面入眼亮度焦点有两种方式。第一是进步光源（屏幕）自己的亮度。由于屏幕的光是由反射镜片反射入眼的，所以还有第二种方式是进步反射镜片的反射率，一样可以进步虚拟画面的入眼亮度。

虚拟画面亮了，自然遮挡结果会变好。

2. 下降光学透光率：我们一样看图2，自然光（树的光芒）是穿过光学镜片进入人眼的，而光学镜片自己是存在一定透光度的，所以人眼经过光学镜片看到的自然画面就会变暗（类似于墨镜结果），我们说的“光学透光率”是指自然光经过光学镜片的透过率。

自然情况变暗了，但虚拟画面亮度稳定，则自然遮挡结果会变好，如图7。

图7：下降光学透光率表示

STO

我们已经晓得了若何处理虚拟遮挡题目，所以在OST AR光学系统的设想上，我们就要重点斟酌该题目，所以我提出一个光学目标来暗示OST AR光学系统虚拟遮挡的现实结果。

称号：透视遮挡指数

STO（ See Though Occlusion）

界说：在OST（光学透视）的AR光学系统中，反应人眼感知虚拟物体对照人眼感知实在物体相对亮度的值。

提出人：Allen

提出时候：2022年5月

STO计较公式：STO=虚拟画面光入眼亮度/光学通透率=光源亮度*光学效力/光学通透率

STO值感化：

STO值反应着一套OST AR光学系统虚拟遮挡的结果，STO值越高，虚拟画面遮挡实在天下结果越强，越合适强亮度情况。

AR技术今朝已经利用到各行各业，利用处景各有分歧，分歧场景中自然光的亮度也分歧。一套好的AR光学系统常常能满足更多的场景利用，白天室外、室内、夜晚等等...

STO值可以让消耗者按照自己的现实利用处景挑选出更合适自己的AR装备。

感谢大师旁观