Varjo XR-4功能详解：由凝视驱动的XR自动对焦相机系统

Varjo是XR市场中拥有领先技术的虚拟现实设备供应商，其将可变焦距摄像机直通系统带入到虚拟和混合现实场景中。在本篇文章中，Varjo的技术工程师维尔·蒂莫宁详细介绍了这项在Varjo XR-4焦点版中投入应用的技术。

对可变焦距光学系统的需求

目前所有其他XR头盔显示器都采用定焦光学系统视频直通焦距，这意味着摄像机的焦距通常是不能改变的。人眼的可以分辨高达每度约60像素的细节（程序设计指示），但定焦光学的问题为，在实际应用时往往只能达到30 PPD左右的分辨率极限。

造成这一情况的主要因素是需求平衡光线：一方面，镜头光圈需要足够小以适应景深（DoFf）来覆盖目标PPD下的整个工作范围（例如从20厘米到无穷大）。另一方面，光圈又不能太小，因为图像处理器需要一定量的光到达传感器才能产生无噪声的高质量图像。我们需要非常接近衍射极限，因此缩小孔径实际上会降低有效分辨率。另外曝光时间也不能太长，因为XR HMDs需要高速摄像机（至少90Hz），例如，在快节奏的训练场景中，曝光时间甚至必须降低到1/90s以下，以减少运动模糊量。

出于类似的原因，手机早就从定焦相机过渡到了变焦相机。事实上，即使是人眼也在使用可变焦距光学系统。而Varjo则是第一家将可变焦距摄像机直通系统推向XR市场的公司。

实现行业首创的凝视驱动自动对焦系统

可变焦距和固定焦距相机的景深

可变焦距相机优化了PPD和到达传感器的光量，但牺牲了DoF，一次只能聚焦很小的距离范围。现在问题变成了:我们如何在正确的距离上聚焦，以及如何足够快地聚焦？

你可能熟悉手机的对焦方式:你在屏幕上点击一个物体，相机会评估不同的对焦距离，并选择提取该物体最高频率的距离。这对于XR HMDs来说还不够好。

XR-4 Focal Edition具有精密校准的光学元件、非常快速的对焦致动器（从一端到另一端不到1毫秒）——但最重要的是，Varjo为此开发出了一种模仿人眼的新型自动对焦系统。

使用激光雷达和视线跟踪确定焦距

Varjo开发的新型自动对焦系统的原理是追踪用户的凝视位置，频率为200Hz，通过与Varjo先进的激光雷达深度传感器结合，实现比人眼更快地调整到正确的焦距。最终的结果是尽可能自然的实现人眼追踪效果：无论您看向哪里，都会看到准确对焦的图像，且对焦速度非常之快，以至于您永远无法看到图像发生变化的过程。就像没有通过摄像头观看现实世界一样。

Varjo的系统可以通过选择与凝视会聚距离相关的凝视位置周围的激光雷达深度样本来消除对焦错误，例如看着手指或在手指之间时。人们可能会担心在注视点之外的物体可能没有聚焦。人眼分辨率不会在视网膜中央凹外注意到这一点，由于XR-4 Focal Edition的光圈大约为人类虹膜的大小，因此在模拟这一类似情况时也会像人眼一样工作以达到更加真实的观看效果。

从30PPD到50PPD有什么区别

必须承认，Varjo最初没有意识到在视频传递中达到人眼分辨率比在VR中更重要。事后看来，这是显而易见的，但令人惊讶的是，在现实世界中，我们周围的几乎所有东西都是根据人类视觉系统的分辨率设计的，无论是人们喜欢的杂志的字体大小，还是电脑显示器的分辨率，又或者是键盘上字体的大小。

如果在XR中没有达到人眼的分辨率，就会自然而然地迫使您把您正在看的东西向您的眼睛拉近。这在许多用例中是不可接受的，尤其是在高级培训中。由于用于训练地仪器已经过精心优化，适合人类视觉，因此您的头部将不会经常移动。例如在虚拟现实中训练飞行员将不再需要受训者探出头去阅读仪器参数，因为在实际情况下你不会这么做。幸运的是，Varjo XR-4 焦点版做到了，它使您能够像用自己眼睛一样看清世界!