在今天的文章中，ar硬件软件企业rave的首席科学家karl guttag对比分析了 magic leapone， hololens 和 lumus 这三款波导头显的分辨率。以下是映维的具体整理：vr设备
自今年1月份的
ces 大会以来我就一直想做这种对比分析。这是一次比较三种波导头显的机会：两款更为有名的衍射波导型头显hololens和magic leap
one，以及基于非衍射波导的lumus头显。与我在17年和18年ces大会体验的衍射波导相比，我更欣赏lumus的图像质量。
对于这篇文章，我主要是比较magic leap one（ml1）， 微软 hololens，以及lumus dk-vision的分辨率。这三款设备都采用了“全内反射（tir）”来支持一层薄“波导”。
ml1和hololens采用了一系列的衍射光栅来支持光线进入和离开波导。hololens为红，绿，蓝准备了一层波导，而ml1则为三种颜色准备了两层（共六层）波导以支持他们的焦平面概念。我已经在之前的文章中对ml1和hololens的波导进行了一定的讨论。
lumus选择了所谓的“光导光学元件（light-guide
optical
element；loe）”，其可通过一层波导来处理所有的颜色。一层loe的厚度类似于hololens多层波导堆叠。他们只是以一定角度切割波导的入口以使光线进入（而非使用特定颜色的衍射光栅），然后再使用一系列经过特别设计的局部反射镜来使光线射出。
1. 拍照与测试图
我使用了相同的奥林巴斯om-d e-m10 mark iii相机和相同的14-42mm镜头。你可以单击图片并以更高分辨率进行查看。我为每个显示器拍摄了数百张照片，然后在测试图中选择了最佳区域，试图呈现每个设备的最佳状态。
测试图是基于我在测试其他显示器时发现非常有用的测试图。有一系列320×240的子图案用于测试分辨率，其能够多次复制以填充显示分辨率。有一些大圆圈可以测试整个显示器的颜色纯度。我同时采用了包含人像的图片来替换一个或两个彩色场景，以此来检查颜色。对于想要验证或质疑我结果的任何人士，你都可以在
这里 找到我所使用的测试图。
2. 光学子系统：显示组件，投影仪光学，以及波导组合器
在high-level，三款头显都采用了类似的光学架构，并且都采用了场序彩色（fsc）和硅基液晶（lcos）微型显示器，但它们来自不同的lcos制造商。
它们中的每一个都包含“投影仪光学”，其能够校准和操纵图像以注入各自的波导之中。三者最不同的地方在于波导结构。
3. 头显：ml1, hololens和lumus
3.1 magic leap one
ml1使用衍射波导并阻挡约85％的真实光线。你可能会注意到，在上图中无法看到用户的眼睛。它搭载了一个由 omni vision制作的1280×960 lcos微型显示器，但有效分辨率要低很多。它的对角线视场大约是45度，水平视场则是40度左右。
ml1支持约220cdm2。在显示测试图时，我只能看到ml1显示了1280个水平像素中的大约1160个。我怀疑丢失的约120像素用于瞳距调整。ifixit的拆解说明ml1组件具有omnivision的自定义分辨率，并且可能使用与omnivision的1080p和720p组件相同的4.5微米像素间距。
3.2 hololens
微软hololens使用了类似于ml1的衍射波导，并阻挡约60％的真实光线，允许通过的光线比ml1多大约2.7倍。在右边的图片中，你可以看到佩戴者的眼睛，但很暗。它采用himax制造的1366×768像素lcos微型显示器，对角线视场约是35度，水平视场则是30度左右。
当在全帧观察时，我能够看到测试图中1280个水平像素中的约1270个。hololens在全亮度下支持约320cdm2，或者说比ml1亮约1.5倍。hololens中的himax fsc lcos组件可能采用了约6微米像素间距。
3.3 lumus dk-vision
lumus的dk-vision显示1920×1080像素（1080p），或者说大约是ml1和hololens的两倍。我在“ces
2018 ar overview”这篇文章中首次探讨了dk-vision，而lumus提供了宣传单张。lumus
loe有一系列的偏振半反射镜，可作为垂直视场和瞳孔扩展器。lumus头显只遮挡约20％的真实光线，比ml1亮约5.3倍，比hololens亮约2倍。我没有直接测量lumus头显的亮度，但根据相机设置，它大致有1000cdm2，大约比ml1亮五倍，比hololens亮三倍（lumus同时研发了高达6500cdm2的军用产品）。lumus声称dk-vision目前可支持2000cdm2，并最终能够支持3000cdm2，或者说比ml1和hololens亮大约一个数量级。lumus头显中使用的1080p
raontech lcos组件具有6.3微米像素间距。
4. 关于lumus dk-vision原型及其lcos显示组件的一些评论
我想说明的是，尽管ml1和hololens只是小批量生产的开发套件，但lumus的头显属于“仅供参考”。ml1和hololens具备许多lumus演示设备所不支持的功能。lumus头显尽管搭载了摄像头，惯性测量单元和android处理器，但并不具备magic
leap和hololens中的功能（如slam）。
lumus头显中的lcos组件是raontech的早期1080p原型，因此不一定代表最终产品。坦白说，色彩平衡和灰度响应并不是很好，这种情况并不罕见，因为它只是原型而非实际产品。我确实对照片进行了一定的白平衡调整，因为：1.它是一个原型；2.目标是比较光学；3.由于lumus采用来自不同厂商的lcos组件，因此最终产品不一定来自于raontech。
由于这台lumus头显是少数现有原型中的其中一台，它们可能是手工挑选和组装单元，因此它可能无法代表最终的产品。在大批量生产的同时，质量应该能有所提高。为提高他们的批量生产能力，lumus最近与广达电脑达成了生产合作伙伴关系。
影响结果的一个关键因素是，raontech
lcos面板的黑色与白色响应非常不对称，它非常偏向于黑色。一像素宽的白线几乎不可见，而一像素宽的黑线几乎是应有样子的两倍宽。由于lc行为和驱动，任何液晶显示器的黑色与白色响应总是存在一定程度的差异，但相对于我见过的其他lcos组件，raontech的不对称非常严重。这种不对称性也会影响整体外观，甚至是灰度颜色响应。
我希望raontech能够在他们的lcos组件中调整他们的液晶配方加工方式。
5. 全视场图片
下面的图片显示了每个头显的整个视场。这些图片不按比例绘制。hololens的水平视场约为30度，ml1为约35度，lumus也是35度左右。测试图中的每个子图案（带有编号的圆和可变大小的文本）是320×240像素。lumus原型几乎是ml1和hololens水平像素的两倍。你可能还会注意到，尽管lumus和hololens的宽高比大致为16：9，但ml1更为方正，名义比率是4：3。
完整的测试图可以帮助你全面了解图像质量，以及颜色在视场中的变化情况。这些图片水平上有大约2600到2900个相机像素，但不足以完全评估1140和1920像素宽之间的图像分辨率。基于基本采样理论和奈奎斯特（nyquist）速率，你显然希望每个显示像素具有两个以上的相机像素（样本）。
hololens和ml1在视场上都有明显的色移问题，在白色背景图像上更为明显。lumus只是在远角处有一定的色移。在lumus图片中，较小的文本看起来是更暗褪色，这是lcos组件行为的结果。
我注意到lumus
dk-vision存在一些ml1或hololens所没有的垂直枕形失真。我怀疑枕形化来源于他们的投影光学系统而非波导本身。最右侧的一些子图案（特别是子图案26和36）也存在一些重影。应该注意的是，这是原型而非生产产品，所以希望他们能够在生产制造之前能够改进部分或全部问题。
hololens （水平约1270像素）
ml1 （水平约1160像素）
lumus （水平约1920像素）
接下来，我们在白色背景图像看到有黑色。与hololens和magic
leap的衍射波导相比，lumus
loe波导在整个场中具有显著更好的颜色和亮度均匀性。在第5行哪里（51-56）那里，lumus显示器确实出现了微暗的黑带，我怀疑这是由loe分区的匹配所造成。
另外，左下角有一定的色移和变暗。由于lcos组件的不对称性，小文本不会像黑色背景上的白色文本那样淡化。
6. 相同视场近拍
对于下一组图片，相机为较大的图像进行了相应地放大，因此你可以看到每台设备视场中大致相等的部分，比例大致相同。在图片中，你可以看到只有3像素，2像素和1像素宽线的插图。hololens的水平像素数量大致与ml1相同，但视场较小，因此在进行相似的缩放时，图像和插图像更小。应该注意的是，lumus
dk-vision的插图已经放大了2倍，因此你可以看到细节。
因此在用眼睛看时，dk-vision上的2像素宽线条与ml1上的1像素宽线条的大小和宽度大致相同，并且比ml1上的2像素宽线条调制得更好。dk-vision的水平和垂直角分辨率似乎是ml1的大约4倍。
白色背景图片如下所示。白色背景更能看到光学元件散射多少光线。应该注意的是，与hololens和dk-vision相比，ml1的“黑色”1像素宽线条不会变得非常黑，这表明ml1光学元件波导是在散射光线：
7. 64×64子图案并排对比
最后，下面是每个头显最合适的64×64像素子图案。子图案有一组3像素宽的线，3像素宽的空间，接着是2像素宽的线和空间，接着是1像素宽的线和空间。这个子图案的目的是测试光学组件的有效分辨率，并基于广泛使用的1951 usaf分辨率图表。
这三个部分的lcos组件在黑色到白色，以及白色到黑色的过渡方面是不同的和不对称的，如黑色背景图和白色背景图所示。白色背景图的黑色能说明光学系统中是否存在散射问题。
如前所述，lumus已经放大到hololens和ml1图像相对大小的两倍。这意味着实际上lumus的2像素宽线非常接近于ml1的1像素线。
hololens可以显示1像素宽的线条，但它们不是特别清晰。lcos似乎略微偏向于白色而非黑色（1像素宽白线看起来比黑线宽）。你可能会注意到黑色背景的线条（左上角）比白色背景的线条（左下角）宽。由于hololens光学元件（波导和或投影仪）会散射光，白色背景的对比度较低。
ml1几乎没有显示对1像素线条的调制。与其他两台设备相比，即使2像素宽线也不是特别锐利。我从其他实验中注意到ml1的“开-关”对比度好于hololens，但正如白色背景图所示，ml1上的白光散射明显更差。你应该注意到，平整的3像素宽线条看起来都非常模糊和圆滑。
与hololens类似，ml1的lcos似乎略微偏向白色而不是黑色。根据现有信息，ml1的omnivision微型显示像素在物理上尺寸更小（4.5微米：约6微米），而需要进行更多地放大可能会导致ml1的有效分辨率更低。根据我所看到的情况，ml1最多可能只在每个方向上实现所述分辨率的一半。
ml1的默认图像大小分辨率非常糟糕，我做了一个测试，试图在其有效分辨率上获得更高的精度。当测试图锁定在空间中时，我逐渐向它移动并在我能够识别1像素宽线条时停止。然后我注意到视场中有多少像素可见，并拍了一张照片（下图）。结果是，在大约710像素宽的情况下，我可以开始看到离散的四条线。它们仍然没有很好地进行调制，但至少有四条线可见。
lumus光学可以解析1920×1080显示屏上的1像素宽线条。角分辨率在每个方向上比ml1的角度分辨率多三倍，更像是4倍。lumus系统分辨率的限制是lcos微型显示器。从黑色背景图
vs
白色图可以看出，lcos高度不对称，更倾向于黑色。考虑到lcos组件的物理像素尺寸是6.3微米，在三个头显中最大，而这是特别糟糕的情况。对于黑色背景图，1像素宽白色线条非常暗和细，而白色背景图上的黑色非常宽。
仔细观察下面lumus头显的放大图像，你甚至可以看到lcos像素镜之间的间隙有一系列微淡淡的水平和垂直线，这些线远小于像素的宽度。在这种情况下，分辨率受到lcos组件的限制。需要提醒的是，这已经是“最佳”子图案。
8. 总结
与hololens和lumus相比，ml1的分辨率不如前两者。我使用相同的设备，并且花费了很多时间来试图获得最好的图像。你在佩戴magic leap时显然不希望阅读文本。
对于hololens，1像素宽线条与你期望的一样，它们有点模糊但不算台糟糕。hololens的“开-关”对比度略低于100：1。
dk-vision在分辨率方面处于不同的阵营。但它受到lcos组件的不对称性限制，希望他们能够解决这个问题。
根据我的观察，ml1尝试在水平上显示大约1160个像素，水平视场为40度（对角线约45度）。每像素可达2.06弧分（一个弧分=
160度）。因为ml1很模糊，实际上每个像素只能显示大约4弧分。hololens显示约1024像素，水平超过约30.5度，或者说约1.78弧分像素，是ml1的两倍。dk-vision显示1080p像素，大约35度视场（对角线约40°），每像素约为1.08弧分，或约为ml1有效分辨率的四倍。
9. 其他因素（颜色，透明度和亮度 ）
尽管本文主要是跟分辨率有关，但我想讲讲其他一些观察结果。
与magic
leap和hololens的衍射波导相比，lumus loe视场上的颜色和亮度均匀性给我留下了深刻的印象。magic
leap和hololens的颜色在视场上会出现色移和波动，如上面的图片所示。尽管dk-vision在角落位置同样存在一定的问题，但显然优于另外两者。
lumus在透明度方面也有很大的优势。lumus只阻挡约20％的真实光线，而magic leap阻挡了大约85％，hololens则是60％。ml1显然更暗。
lumus头显也比ml1或hololens亮一个数量级。这对于帮助图像脱颖而出，并支持户外用例而言十分有必要。lumus声称他们的技术相较于衍射波导具有明显的光效优势，尽管我无法验证这一说法，但我认为这是可信的。所有三款头显都使用lcos，而它们应具有相似的反射率，但我怀疑ml1是由于双焦平面的存在而丢失了一定的效率。如果你只是在led上提升功率，它们会变得更热，效率更低，这反过来导致需要更多的热量管理，从而增加了体积和重量，而且很快就会失控。
dk-vision和ml1都使用外置电池组，而hololens则内置电池，但我不认为这是亮度产生差异的主要因素。我认为原因在于光损耗和热量管理。
10. 基本论点
简而言之，虽然并不完美，但在将虚拟信息叠加在现实世界这方面，lumus光学系统更符合我对“增强现实”显示器的期望。
我不知道为什么magic
leap和微软都决定采用衍射波导，我欢迎他们回应这篇分析文。magic
leap和微软都知道lumus的波导，也许他们存在各自的业务或技术原因。ml1和hololens的问题与我见过的其他十几种衍射波导都一致。在主要方面上，包括透明（并且不会造成伪影），分辨率，色彩均匀性和亮度（光学效率），lumus似乎都优于另外两款设备。