IEC 62629-62-122025 三维显示器 第62-12部分虚拟图像类型的测量方法 图像质量标准立项发展报告

三维显示器第62-12部分：虚拟图像类型的测量方法图像质量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:3DDisplays-Part62-12:MeasurementMethodsforVirtual-ImageType-ImageQuality摘要随着增强现实（AR）、虚拟现实（VR）及混合现实（MR）技术的迅猛发展，虚拟图像类型三维显示器已从实验室研究走向消费级市场，其图像质量的标准化测量成为制约行业健康发展的关键瓶颈。本标准《三维显示器第62-12部分：虚拟图像类型的测量方法图像质量》（IEC62629-62-12:2025）由国际电工委员会（IEC）发布，旨在建立虚拟图像类型三维显示器图像质量的统一测量方法和评价指标体系。报告从虚拟显示技术的产业背景出发，系统梳理了标准立项的必要性、技术路线、核心测量框架（包括亮度、色度均匀性、清晰度、畸变、串扰等指标），并重点介绍了标准的主要参与单位及其技术贡献。该标准的发布填补了国际虚拟图像显示质量测量领域的空白，对于统一全球产业界测试口径、促进近眼显示设备的互操作性与质量管控具有里程碑意义，为虚拟显示技术的大规模商用奠定了坚实的标准化基础。关键词：三维显示器；虚拟图像；图像质量测量；国际电工委员会；近眼显示；标准化Keywords:3Ddisplays;virtual-imagetype;imagequalitymeasurement;IEC;near-eyedisplay;standardization一、引言近年来，以虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR）为代表的沉浸式显示技术经历了爆发式增长。根据国际数据资讯（IDC）的统计，2024年全球AR/VR头显出货量已突破1200万台，预计到2028年复合年增长率将保持在30%以上。虚拟图像类型三维显示器——即通过光学系统在空间中形成虚像供人眼观测的显示设备——已成为消费电子、工业设计、医疗培训、教育娱乐等众多领域的核心交互界面。然而，虚拟图像类型三维显示器的图像质量评价远比传统直视型显示器复杂。其光学系统引入的畸变、色差、清晰度损失、亮度均匀性不足以及环境光干扰等问题，均需通过科学、可重复的测量方法加以量化。长期以来，各厂商采用各自内部的测量方法，导致产品标称参数无可比性，严重制约了产业链上下游的协作效率和消费者的理性选择。在此背景下，IEC/TC110（平板显示器件技术委员会）启动了虚拟图像类型三维显示器图像质量测量方法的国际标准编制工作。经过多轮起草、技术论证和全球范围的公开征求意见，最终形成了IEC62629-62-12:2025国际标准。二、标准立项的必要性与技术背景2.1产业发展的迫切需求虚拟图像显示设备的光学结构本质上是一个精密的成像系统，其图像质量不仅取决于显示面板本身的性能，还受制于目镜光学系统、波导结构、衍射光栅等元器件的综合影响。与传统直视型显示器不同，虚拟图像显示器的用户感知质量与测量仪器采集到的参数之间存在复杂的映射关系。例如，出瞳直径的大小直接影响亮度测量结果的稳定性，而眼箱（eye-box）范围内不同位置的图像质量差异更是常规二维显示测量方法无法覆盖的评估维度。上述特性决定了必须开发专门适配于虚拟图像显示的测量方法标准体系。2.2现有标准体系的空白在IEC62629-62-12:2025发布之前，国际标准化领域虽已存在若干针对三维显示器的测量标准，但均聚焦于立体显示、光栅式裸眼三维显示等传统类型。国际电信联盟（ITU）、国际标准化组织（ISO）在虚拟图像质量测量方面亦无系统性的方法学文件。虚拟现实产业联盟（IVRA）、美国国家标准化协会（ANSI）虽曾发布过若干行业白皮书或团体标准，但测量条件、设备配置和数据报告格式不统一，无法形成国际共识。IEC62629-62-12:2025的立项，正是填补了虚拟图像类型三维显示器图像质量测量国际标准的空白，顺应了全球产业界的一致呼声。2.3技术创新驱动的测量路线变革虚拟图像质量测量面临的核心挑战在于——测量仪器的入瞳位置与瞳孔位置的空间匹配。传统的二维显示屏测量直接将亮度计或色度计对准屏幕中心即可，而虚拟图像测量则需要模拟人眼在出瞳位置对虚拟图像进行采样与评价。IEC62629-62-12采用了基于“人眼模拟器”（eyesimulator）的测量框架，通过配备标准摄像镜头（入瞳直径、焦距、视场角均被明确规定）和精密位移平台的测量装置，在三维空间中构建出完整的眼箱扫描网格，实现了对虚拟像面上每个视场位置图像质量的自动化、高精度采集。三、标准的主要内容3.1标准的适用范围IEC62629-62-12:2025规定了虚拟图像类型三维显示器的图像质量测量方法，适用于包括近眼显示器（NED）、头戴式显示器（HMD）和抬头显示器（HUD）等在内的各类虚拟图像显示设备。该标准覆盖的虚拟图像距离范围自0.5米至无穷远，适配当前主流光学方案（包括自由曲面、Birdbath、波导等）。需要特别指出的是，本标准的测量对象为虚像质量本身，而非光学系统的设计参数或面形精度，后者属于其他专业光学测量标准的管辖范畴。3.2术语和定义体系标准系统性地定义了30余条关键术语——包括“虚拟图像距离”“出瞳直径”“眼箱”“视场角”等基础概念——为全球范围内的技术交流提供了统一语言。其中，将“图像质量属性”划分为亮度与色度、清晰度、几何畸变、串扰与杂散光等四类一级指标，每类之下细分若干二级指标。该指标体系经全球20余个国家的专家多轮评审和验证实验，在覆盖性与测量可行性之间取得了平衡。3.3测量条件与环境要求标准对测量环境提出了严格的限定要求。暗室环境照度须控制在1lx以下，避免环境光对虚拟图像对比度和色度的干扰。测量仪器须在23°C±2°C的恒温条件下进行充分的预热和零点校准。针对显示设备本身，被测样机需在标准信号驱动下稳定运行至少30分钟以达到热平衡状态。出瞳平面与测量仪器入瞳平面的对准精度应优于±0.1mm，角度对准误差应控制在±0.1°以内——这一精度要求配合标准提供的对准辅助程序（采用激光跟踪仪或光学自准直仪），确保测量结果的重复性满足相对偏差不大于3%的判定准则。3.4核心测量方法亮度与色度均匀性测量：在眼箱网格的每个节点上，采用分光辐射亮度计（光谱法）对虚拟图像的白场、红场、绿场、蓝场进行光谱扫描，计算得到各测试点的亮度值和色度坐标，并绘制亮度均匀性分布图和色度偏差Δu′v′分布图。测量时，图像采集设备须在不同曝光参数下拍摄多帧，以保证暗场和亮场细节均落入探测器线性响应区间。清晰度测量：采用调制传递函数（MTF）方法。标准推荐使用斜边法（slanted-edgemethod）或正弦光栅法。对于虚拟图像显示，MTF测量需在多个虚拟像距和多个视场角度下重复执行。标准明确规定：至少应在视场中心、±50%水平和±50%垂直视场等9个点位进行MTF测量，并以MTF50（即调制传递函数降至0.5所对应的空间频率）作为清晰度主要评价参数，同时记录MTF面积值作为辅助参考。几何畸变测量：将标准测试图案（具有精确网格间距的点阵或棋盘格图案）投射为虚拟图像，通过高分辨率摄像系统采集虚像后在软件中提取特征点的精确坐标，与理想位置进行对比，计算径向畸变和切向畸变系数。标准引入的畸变评价指标包括：TV畸变（电视畸变）、光学畸变和视场角畸变。其中视场角畸变直接反映了用户在沉浸体验中感受到的“图像膨胀或收缩”效应。串扰与杂散光测量：针对虚拟图像显示中常见的通道间串扰（左眼-右眼串扰）和光学系统内部杂散光引起的对比度下降，标准规定了全黑背景下的微小亮度信号检测法和交替帧串扰测量法。测量精度要求暗态亮度检测下限不低于0.005cd/m²，以覆盖当前高对比度OLED微显示器的动态范围。图像残留与闪烁：考虑到虚拟图像显示器中微显示器的像素刷新特性，标准引入了图像残留（imagesticking）和闪烁（flicker）的测量方法，以保障长时间用户体验的舒适度。四、标准制修订的企事业单位及标委会4.1IEC/TC110国际标准化组织框架本标准由国际电工委员会平板显示器件技术委员会（IEC/TC110）归口管理，其秘书处设于日本东京。TC110下设多个工作组（WG），其中WG2负责三维显示设备与光学测量标准化工作。IEC62629-62-12:2025作为IEC62629系列标准（三维显示装置测量方法系列标准）的重要组成部分，与已发布的IEC62629-1-1（立体显示基础测量）、IEC62629-2-1（裸眼立体显示光学测量）等标准共同构成三维显示测量方法标准族。4.2主要参与单位——中国电子技术标准化研究院中国电子技术标准化研究院（CESI，工业和信息化部直属事业单位）是本标准制定的核心参与单位之一。CESI是中国电子信息领域标准化工作的国家级专业机构，长期深度参与国际电工委员会平板显示器件技术委员会的工作，是IEC/TC110在中国的国内技术对口单位。在本标准制定过程中，CESI主要承担了以下关键任务：测量方法验证试验的组织与实施。CESI联合国内头部近眼显示企业和高等院校，搭建了基于标准建议方案的虚拟图像质量测量验证平台，对拟议的测量方法进行了系统的重复性、再现性验证。验证试验覆盖了多种主流光学方案（Birdbath方案、几何波导方案、衍射光栅波导方案等）的VR/AR设备，试验结果为标准中测量精度指标和判定准则的设定提供了翔实的数据基础。在标准草案的多次国际会议讨论中，CESI提交的验证数据为澄清“眼箱内测量位置的选取策略”等关键争议议题提供了关键依据。主动贡献具有自主知识产权的测量提案。CESI联合国内科研团队在清晰度测量中提出的“多视场MTF加权评价方法”，有效解决了传统单点MTF评价无法反映虚拟图像全视场清晰度一致性的问题，该提案在多次工作组会议讨论后被采纳为标准中清晰度评价的推荐方法之一，实现了从标准跟随到标准贡献的角色转变。组织国内产业界广泛参与标准讨论。CESI组织了国内虚拟显示产业链上下游企业（包括光学模组厂商、整机品牌商、测试仪器企业）组成标准工作组，在国内组织了多轮标准草案研讨和意见征集，形成的中国意见通过IEC/TC110国家委员会渠道提交至国际秘书处，多项意见（如关于微显示器亮度均匀性测量点位设置的修改建议）被国际标准最终文本采纳。CESI在显示标准化领域积累了丰富的技术储备，先后牵头制定了多项国家标准和行业标准，其研究成果为本标准的科学性、可操作性和产业适用性提供了坚实的保障。4.3其他重要参与机构本标准制定过程中，日本、韩国、德国、美国等国家的标准化机构和龙头企业亦发挥了重要作用。来自日本的多家知名显示企业承担了亮度测量方法的技术验证工作；韩国机构在串扰测量方法的实验室间比对方面贡献了大量实验数据；德国研究机构在杂散光测量的物理模型建立方面提供了理论支持。这些国际合作确保了标准在全球范围内的适用性和技术先进性。五、标准的技术特点与创新5.1基于人眼视觉模型的测量架构IEC62629-62-12:2025的显著创新在于将人眼视觉模型深度嵌入测量框架之中。标准推荐的“人眼模拟器”方案不仅规定了仪器光学参数（入瞳直径取4mm，模拟人眼在典型观看条件下的瞳孔直径），还规定了探测器的光谱响应须经修正以匹配人眼明视觉光谱光视效率函数V(λ)。这样一来，各实验室即使采用不同品牌的光学仪器，经V(λ)修正后获得的亮度、色度数据依然具备良好的可比性。这一设计显著提升了标准的可操作性和普适性。5.2多维度的测量参数体系标准创新的第二方面在于其建立了从“光学性能-感知质量”的映射关系。除传统的亮度、色度等物理量测量外，标准引入了基于图像质量评价算法的感知指标：清晰度方面采用MTF曲线下面积和MTF50双参数联合评判；畸变方面引入视场角畸变与TV畸变的联合评判；针对AR显示中外界环境光与虚拟图像的叠加效应，标准创新性地提出了在外界环境光模拟条件下的对比度测量方法。这种多维度的测量体系使标准不仅服务于产品检验，更为产品设计和用户体验优化提供了量化指导。5.3测量不确定度评估框架标准充分吸收了ISO/IEC98-3《测量不确定度表示指南》的通用框架，在附录中给出了完整的测量不确定度评定示例，包括亮度测量的合成标准不确定度计算、MTF测量中边缘检测算法引入的不确定度分量分析等。这一安排使实验室在依据本标准出具测试报告时，能够科学地评估和声明测量结果的置信区间，显著增强了测试数据的可信度和法律效力。六、标准的实施与应用展望IEC62629-62-12:2025的发布，对于虚拟显示产业具有直接且深远的影响。对于上游光学元件和显示面板制造商，该标准为其产品规格的定义和出货检验提供了统一的测试依据；对于中游整机厂商，标准中的测量方法可直接用于产品开发阶段的样机验证、量产阶段的品质管控以及竞品对标分析；对于下游检测认证机构，该标准为开展虚拟显示设备的第三方检测与认证服务提供了权威依据；对于最终用户和行业采购方，依据该标准出具的检测报告可作为产品选型和招标采购的技术依据。展望未来，随着虚拟显示技术在车载抬头显示（HUD）、工业维护辅助、远程医疗等专业场景中加速渗透，对虚拟图像质量测量标准的需求将不断增长。本标准为后续的标准更新预留了扩展空间——包括在适当时机引入基于人眼追踪的动态测量方法、扩展至全息显示等新型显示方案的测量协议等。此外，标准与IEC62629系列其他部分的协同配合，将逐步形成一个完整、协调的三维显示测量方法标准族，为全球三维显示产业的健康有序发展提供强有力的标准化支撑。中国电子技术标准化研究院等国内标准化机构将继续深入参与该系列标准的后续制定工作，推动中国虚拟显示产业在全球标准化格局中从参与者向引领者转变。结论IEC62629-62-12:2025《三维显示器第62-12部分：虚拟图像类型的测量方法图像质量》是国际电工委员会在虚拟图像显示器图像质量测量领域的首部国际标准，填补了虚拟图像显示质量标准化评价的国际空白。该标准建立了覆盖亮度与色度、清晰度、几何畸变、串扰与杂散光等核心参数的系统性测量方法体系，基于人眼模拟器的测量架构确保了测试结果与主观体验的良好一致性，测量不确定度评估框架则保障了检测数据的科学性和可追溯性。特别是中国电子技术标准化研究院在本标准制定中的深度参与和多维度贡献，标志着中国在虚拟显示国际标准化领域的话语权显著提升。作为IEC62629系列标准的重要组成部分，该标准的实施将有效统一全球虚拟显示产品的质量评价口径，提升产业链各环节的协作效率，为虚拟显示技术的