Qualitätskontrolle von AR/VR-Displays auf Homogenität, Kontrast, Winkelabhängigkeit und Farbtreue
Head-Mounted-Displays (HMD) erlauben die Darstellung virtueller Bildinformation sowie die Überlagerung von virtueller mit realer Information. Der Nutzer taucht in eine virtuelle Welt ein (Virtual Reality) oder bekommt zusätzliche Information (Augmented Reality) in dem realen Bild eingeblendet. HMD erstellen ein virtuelles Bild, welches mit spezifischen Optiken getestet werden muss, die das menschliche Auge nachbilden.
Displaytechnologien und Hardware im AR/VR-Bereich unterscheiden sich je nach Einsatz stark voneinander. So kommen AR/VR-Brillen zur Unterstützung der Maschinenbedienung in der Produktion genauso zum Einsatz wie z.B. in der Medizin, im Verkehr oder im Entertainmentbereich.
Displayfehler oder Kalibrierfehler stören die Immersion des Nutzers in die virtuelle Welt. Sie müssen in der Qualitätssicherung zuverlässig erkannt und beurteilt werden. Hier öffnet sich ein neues und sehr spannendes Feld für die Displaymessung mit immer neuen Anforderungen an die Messtechnik.
Genaue und zuverlässige Displaymesstechnik ist notwendig für:
- die Kalibrierung von AR/VR-Geräten
- zur Erkennung von Bilddefekten
- für die Entwicklung von neuer AR/VR-Technologie
Die Herausforderungen: Großes Sichtfeld, Near-to-Eye-Displays
Displays von immersiven VR-Geräten spielen Bilder in einem extrem weiten Sichtfeld aus. So erreichen einige VR-Brillen inzwischen nahezu die Abdeckung des horizontalen Sichtfelds des menschlichen Auges. Ein bildgebendes System muss daher alle Bereiche des Displays erfassen, um realistische Messungen zu ermöglichen.
Die extreme Nähe des Displays zum Auge vergrößert zudem Displaydefekte, so dass sie dem Nutzer stärker auffallen. Gleichzeitig haben diese Displays eine immer höhere Auflösung, um die gewünschte realitätsnahe Illusion zu schaffen. Geeignete Messgeräte benötigen eine exzellente Auflösung, möglichst auf Pixelebene, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen.
Je ähnlicher die Messgeräte zum menschlichen Auge sind, desto besser kann das gesamte Sichtfeld und können die relevanten Defekte erfasst werden.
Unsere Lösungen: DMS Goniometer und LumiTop – zwei etablierte Messsysteme für innovative AR/VR-Anwendungen
Auf Basis der High-end Spektrometer der CAS-Serie von Instrument Systems stehen mit unseren DMS Display Messsystemen automatisierte Komplettsysteme zur Verfügung, die mittels winkel- und zeitaufgelösten Messungen das menschliche Wahrnehmungssystem so exakt nachbilden, wie kaum ein anderes System am Markt. Sie können mit kundenspezifischer Optik und umfangreichem Zubehör z.B. für die Nachbildung der Umgebungsbeleuchtung und -temperatur ausgestattet werden. Für AR/VR-Anwendungen stehen Softwaretools z.B. zum Eyebox Mapping und für Flicker zur Verfügung.
Das LumiTop-Messsystem in Kombination mit einem CAS-Spektrometer ist eines der wenigen auf dem Markt erhältlichen 2D-Farbmesssysteme mit spektralradiometrischer Genauigkeit und extrem kurzer Messzeit. Das LumiTop-System ist seit Jahren in den Produktionslinien einiger der größten Displayhersteller etabliert und mehr als 10.000-fach im Einsatz. Für den Einsatz bei der Messung von AR/VR-Displays an der montierten AR VR-Brille selbst, wie auch auf Modulebene, wurde das erfolgreiche Konzept um mehrere spezifische AR/VR-Objektive weiterentwickelt. Zusätzlich wird in der Applikation ein hochauflösender und auf AR/VR-Messanforderungen optimierter Sensor verwendet.
Wir beraten Sie gerne bei der Planung, um das für Sie ideale Messkonzept zu konfigurieren.
Welches ist Ihre individuelle Herausforderung? Gemeinsam finden wir die richtige Lösung - fragen Sie uns!
1. Welche Messgrößen sind für die Charakterisierung eines virtuellen Bildes wichtig?
Zu den wichtigsten Messgrößen eines virtuellen Bildes zählen Leuchtdichte, Farbe, Uniformität, Kontrast, Schärfe und Verzeichnung. Diese Parameter sind entscheidend für die Beurteilung der Bildqualität und tragen wesentlich zur Wahrnehmung und Immersion des Nutzers bei.
2. Worin unterscheidet sich ein 2D-Farbmesssystem für Displaytests von einem 2D-Farbmesssystem für Near-Eye-Displays?
2D-Farbmesssysteme für Flachbildschirme sind auf Messungen aus einem definierten Betrachtungsabstand ausgelegt. Bei Near-Eye-Displays (NEDs) in AR-/VR-Headsets befinden sich Display und Optik dagegen in unmittelbarer Nähe zum Auge. Das Messsystem muss daher das menschliche Auge möglichst realitätsnah nachbilden und gleichzeitig ein großes Sichtfeld, hohe Winkelauflösung sowie die spezifischen optischen Eigenschaften des Headsets berücksichtigen.
3. Wie sieht ein Messaufbau für die Charakterisierung von AR-/VR-Headsets aus?
Für die Messung von Near-Eye-Displays müssen Prüfling und Messsystem präzise zueinander ausgerichtet werden. Je nach Anwendung wird entweder das AR-/VR-Headset oder das Messsystem auf einem Positioniersystem montiert, das Translationen und Rotationen ermöglicht. Für spezielle Messaufgaben, beispielsweise Eyebox- oder Eye-Gaze-Messungen, können zusätzliche Achsen oder kundenspezifische Positioniersysteme erforderlich sein.
4. Worauf sollte ich bei der Auswahl eines 2D-Farbmesssystems für virtuelle Bildmessungen achten?
Das Messsystem sollte auf die Eigenschaften des Near-Eye-Displays abgestimmt sein. Dazu gehören insbesondere Sichtfeld (Field of View), virtuelle Bildentfernung, Auflösung und die erforderliche Winkelauflösung. Ebenso wichtig ist ein geeignetes Objektiv, das einen optimalen Zugang zum Display ermöglicht und das menschliche Auge möglichst realitätsnah nachbildet. Bei vollständig montierten Headsets kann beispielsweise eine periskopische Objektivgeometrie erforderlich sein, um auch bei beengten Platzverhältnissen eine zuverlässige Messung zu ermöglichen.
5. Gibt es Normen für die Messung von Near-Eye-Displays?
Ja. Für die Charakterisierung von Near-Eye-Displays und AR-/VR-Systemen stehen verschiedene internationale Normen und Richtlinien zur Verfügung, darunter:
- IEC 63145-10:2023
- IEC 63145-20-10:2019
- IEC 63145-20-20:2019
- IEC 63145-21-20:2022
- IEC 63145-22-10:2020
- IEC 63145-22-20:2024
- ISO 9241-333:2017
- ICDM Display Measurement Standard
