IEC 63145-22-202024 眼镜显示器.第22-20部分AR型的特殊测量方法.图像质量标准立项发展报告

眼镜显示器第22-20部分：AR型特殊测量方法——图像质量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:EyewearDisplay-Part22-20:SpecificMeasurementMethodsforARType-ImageQuality摘要随着增强现实（AugmentedReality,AR）技术的迅猛发展，眼镜显示器作为其核心终端形态，已从实验性产品快速迈向消费级市场。然而，AR眼镜显示器件在光学架构、成像机制及人眼耦合方式上的根本性差异，使得传统的平板显示测量标准（如IEC62341系列）难以直接适用。为填补这一国际标准空白，国际电工委员会（IEC）正式发布了IEC63145-22-20:2024《眼镜显示器第22-20部分：AR型的特殊测量方法图像质量》。本标准在IEC63145系列框架下，首次系统性地定义了AR型眼镜显示器在图像质量维度的标准测量条件、测量装置及评价方法，涵盖虚像距离、视场角、角分辨率、亮度、对比度、颜色均匀性及串扰等核心参数。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容框架、关键测量方法及其与既有标准体系的关联，并详细介绍了主要参与制定单位在全国光辐射安全和激光设备标准化技术委员会（SAC/TC284）框架下的技术贡献，旨在为行业研发、品质管控及后续标准迭代提供权威性参考。关键词：眼镜显示器；增强现实；图像质量；测量方法；IEC63145；国际标准；光学测量AbstractWiththerapidadvancementofAugmentedReality(AR)technology,eyeweardisplayshaveevolvedfromexperimentalproductstoconsumer-gradedevicesastheircoreterminalform.However,fundamentaldifferencesinopticalarchitecture,imagingmechanisms,andhuman-eyecouplingapproachesofARglassesrendertraditionalflat-paneldisplaymeasurementstandards(e.g.,theIEC62341series)largelyinapplicable.Tobridgethisinternationalstandardizationgap,theInternationalElectrotechnicalCommission(IEC)officiallypublishedIEC63145-22-20:2024,*Eyeweardisplay–Part22-20:SpecificmeasurementmethodsforARtype–Imagequality*.WithintheframeworkoftheIEC63145series,thisstandardsystematicallydefines,forthefirsttime,standardizedmeasurementconditions,apparatus,andevaluationmethodsforimagequalityofAR-typeeyeweardisplays,coveringcoreparametersincludingvirtualimagedistance,fieldofview,angularresolution,luminance,contrastratio,coloruniformity,andopticalcrosstalk.Thisreportsystematicallyreviewstheprojectbackground,technicalframework,keymeasurementmethodologies,andtherelationshipwithexistingstandards.ItfurtherdetailsthetechnicalcontributionsofmajorparticipatingorganizationsundertheframeworkoftheNationalTechnicalCommitteeonOpticalRadiationSafetyandLaserEquipmentStandardization(SAC/TC284),aimingtoprovideanauthoritativereferenceforindustryR&D,qualitycontrol,andfuturestandarditerations.Keywords:Eyeweardisplay;AugmentedReality;Imagequality;Measurementmethods;IEC63145;Internationalstandard;Opticalmeasurement一、引言1.1研究背景增强现实技术通过在真实世界视野上叠加计算机生成的虚拟信息，实现了数字内容与物理环境的无缝融合。据市场研究机构IDC预测，全球AR/VR头显出货量将在2027年突破3000万台，其中AR眼镜的复合年增长率将超过80%。与此同时，消费级AR眼镜产品（如观影、翻译、导航等应用场景）已实现量产落地，行业正处于从技术验证向规模化商用跨越的关键节点。然而，AR眼镜显示系统的技术特性决定了其测量评价面临独特挑战：首先，AR眼镜采用自由曲面、光波导或Birdbath等光学架构，人眼通过目视光学系统观看到的是经放大后的虚像，而非屏幕上的实像，这使得传统显示器以屏幕表面为测量基准的方法完全失效；其次，AR眼镜的透视（see-through）特性要求图像质量评价必须同时考虑虚拟通道与真实环境通道的叠加效果；第三，AR眼镜的出瞳直径通常仅为数毫米，测量仪器的入瞳位置和孔径大小对测量结果影响显著。在上述背景下，业界迫切需要一套专门针对AR型眼镜显示器图像质量的国际通用测量标准，以统一产品质量评价口径，支撑产品研发对标和国际贸易互认。1.2标准立项意义IEC63145-22-20:2024的发布具有多方面的重要意义。其一，该标准首次为AR型眼镜显示器的图像质量提供了国际公认的测量准则，为全球范围内该类产品的质量评价建立了统一的"标尺"，有效解决了此前各企业自建测量体系导致的结果不可比问题。其二，标准的制定过程汇聚了全球主要显示技术研究机构和龙头企业的技术共识，反映了当前AR显示测量技术的最新成果和最佳实践。其三，该标准为后续AR眼镜在其他维度（如光学性能、安全性能等）的标准制定奠定了方法论基础，是IEC63145系列标准框架中的关键组成部分。其四，对于中国企业而言，该标准为中国AR眼镜产业参与国际竞争提供了明确的技术语言，有助于中国产品更顺畅地进入国际市场。1.3标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|IEC63145-22-20:2024||中文名称|眼镜显示器第22-20部分：AR型的特殊测量方法图像质量||英文名称|Eyeweardisplay–Part22-20:SpecificmeasurementmethodsforARtype–Imagequality||发布机构|国际电工委员会（IEC）||标准状态|现行||发布日期|2024年2月6日||分类号|电子显示器件||国别|国际组织||语种|英语|二、标准体系框架与定位2.1IEC63145系列标准体系IEC63145是国际电工委员会下设的电子显示器件技术委员会（IECTC110）为各类眼镜显示器制定的系列标准，其标准体系采用分层结构进行组织：-IEC63145-1：基础性标准，规定了眼镜显示器的术语定义、通用测量条件和基本评价框架，是整个系列标准体系的基石；-IEC63145-20：针对AR型眼镜显示器的通用要求，涵盖AR显示区别于其他类型显示的核心特征和光学系统特性；-IEC63145-22-20：本报告所论述的标准，针对AR型眼镜显示器的图像质量，规定了具体的测量条件和测量方法；-其他子部分：涉及AR型的其他特殊性能（如光学性能、视觉安全等）以及虚拟现实（VR）型和混合现实（MR）型眼镜显示器的专用测量标准。2.2本标准在体系中的位置IEC63145-22-20:2024是该系列中首个聚焦于AR型图像质量测量的正式国际标准。其编号结构中，"22"表示AR型眼镜显示器（参照IEC63145-20的定义），"-20"标识了图像质量这一专项维度。本标准与该系列其他部分共同构成了覆盖眼镜显示器产品全性能维度的标准矩阵。从标准层级看，IEC63145-22-20属于"产品专用测量方法标准"，该定位决定了其内容侧重于具体的测量方法而非通用术语或基础要求。因此，该标准在使用时需要与IEC63145-1中规定的通用测量条件配合使用。例如，标准中明确引用了IEC63145-1中关于环境光照条件、测量暗室要求及仪器一般性要求的规定。三、标准主要内容与技术框架3.1范围界定该标准明确适用于AR型眼镜显示器（即采用透视式光学设计、允许用户同时看到虚拟图像和真实世界的眼镜形态显示设备）的图像质量测量。标准明确排除了不具备透视功能的VR型封闭式头戴显示器，也不适用于采用直视型（非目视光学）显示方案的智能眼镜产品。此外，标准不涉及AR眼镜的光学安全（如蓝光危害）和视觉人体工效学评价，这些内容由其他标准和IEC63145系列的其他部分另行规定。3.2规范性引用文件标准主要引用了以下规范性文件：IEC63145-1:2022《眼镜显示器第1部分：术语和通用测量条件》为测量环境及设备选型提供基础框架；IEC62341-6-1《有机发光二极管显示器件第6-1部分：光学及光电参数测量方法》为特定参数测量提供参考；ISO15004-2《眼科仪器第2部分：低视力辅助设备基本要求和试验方法》为涉及人眼视觉评价的部分提供参考依据。3.3术语与定义该标准在IEC63145-1通用术语的基础上，进一步补充和定义了AR型眼镜显示器图像质量评价所特有的专业术语，主要包括：虚像距离（指人眼通过光学系统观察到的虚拟图像所在的等效距离）、视场角（从眼点位置观察到的虚拟图像的角度范围，通常分别定义水平视场角和垂直视场角）、出瞳距离及出瞳直径（出瞳为光学系统中孔径光阑经后续光学组件所成的像，其距离和直径直接影响测量仪器的对准条件）、角分辨率（以每度视场角内的像素数或弧分/像素对表示，反映虚拟图像的空间精细度）以及光学串扰（指一个通道的光信号非期望地耦合到另一通道，在AR系统中表现为虚拟图像对透视通道或左右眼通道之间的干扰）等。这些术语的精确定义为确保测量方法和测量结果的一致性提供了基础。3.4测量条件与装置要求该标准对测量条件提出了严格而系统的要求，以确保不同实验室和不同时间点的测量结果具有可重复性和可比性。环境条件方面，标准要求测量在暗室或低照度环境下进行，以避免环境光对虚拟图像亮度和对比度测量的干扰。对于涉及透视通道的测试项目，标准规定了标准照明体D65的光源条件及照度水平（典型值为250lx），以模拟典型室内使用环境。测量仪器方面，标准要求使用配备成像色度计或亮度计的测量系统，并明确规定了仪器的关键性能指标：测量仪器的入瞳直径应不大于AR眼镜出瞳直径的50%以确保测量的一致性；仪器的光谱响应应经过光谱辐射度校准，确保亮度测量的绝对精度；对于角分辨率测量，需要使用高分辨率成像传感器，成像镜头的焦距和分辨率应满足奈奎斯特采样定理的要求。测量装置对准方面，标准规定了一套系统的对准程序：首先将AR眼镜固定于精密调整架上，通过调整六自由度（X/Y/Z平移及俯仰/偏航/翻滚旋转）确保眼镜的光轴与测量仪器光轴对齐；其次，将测量仪器的入瞳位置对准AR眼镜的出瞳位置；最后，通过拍摄测试图案并评估图像清晰度的方式确认对焦状态。测量图案选择方面，标准推荐了包括全白场（用于亮度均匀性及色度均匀性测量）、全黑场（用于暗态亮度及黑电平评估）、棋盘格或点阵图案（用于对比度和串扰测量）、分辨率测试卡（如ISO12233增强型分辨率测试卡）以及不同灰阶的阶梯图案（用于灰阶响应和伽马特性评估）在内的多种标准测试图案。3.5图像质量参数及测量方法该标准系统性地规定了下述核心图像质量参数的测量方法。虚像距离的标准测量方法采用聚焦对准法，即将成像色度计或相机通过前置平行光管对准眼镜出瞳位置，在给定虚像距离下对测试图案进行对焦，通过读取对焦位置进而确定虚像距离。该参数的测量意义在于虚像距离直接影响人眼观看的调节负担，过近的虚像距离（如小于1米）在长时间佩戴时易引发视疲劳。视场角的测量通过拍摄已知角尺寸的测试图案，从捕获图像中识别图案边缘在传感器上的像素位置，通过几何换算得到水平和垂直方向上的视场角数值。角分辨率的测量采用极限分辨率法，即投影逐渐缩小的分辨率测试图案（如逐渐减小线对宽度的楔形图案），由观察者或图像处理算法判定可分辨的极限线对宽度，折算为每度视场角可分辨的线对数或像素数。亮度的测量在暗室条件下显示全白场图案，在出瞳位置使用经校准的成像亮度计测量虚像中心区域的平均亮度。亮度均匀性则以中心亮度为基准，分别测量视场范围内多个预设位置的亮度值，计算亮度偏差百分比或均匀性比率。对比度的测量采用以下方法：分别显示全白场和全黑场图案，在相同测量条件下读取中心区域亮度值，对比度即为白场亮度与黑场亮度之比。考虑到AR眼镜的透视特性，该测量在暗室条件（环境光贡献为零）下进行，以表征显示器件本身的对比度能力；在此基础上，标准还规定了在模拟环境光下的亮度对比度测量程序。颜色均匀性的测量与亮度均匀性测量同步进行，通过成像色度计同时获取各测量点的色度坐标（u‘,v’），以中心区域色度坐标为参考，计算各点的色差Δu‘v’，并以最大色差值作为颜色均匀性的评价指标。串扰的测量方法为：在其中一个通道（如左眼通道）显示全白场，另一通道（如右眼通道）显示全黑场，分别测量两个通道出瞳位置的亮度值。串扰百分比定义为非显示通道的泄漏亮度与显示通道的亮度之比乘以100%。3.6测量不确定度与报告要求标准在规范性附录中引入了测量不确定度的评定框架。标准要求测量不确定度的评估应覆盖以下来源：亮度计/色度计的校准不确定度、测量重复性（TypeA不确定度）、环境条件波动引入的不确定度以及样品定位重复性引入的不确定度。最终报告中应以扩展不确定度（k=2，置信概率约95%）形式给出。在报告要求方面，标准规定测量报告应至少包含以下信息：被测设备的型号和序列号、固件版本、测量环境条件（温度、湿度、环境光照）；测量仪器的型号、序列号及最近校准日期；AR眼镜的工作模式设置（亮度等级、色温模式等）；各参数测量结果及相应的测量不确定度。四、标准技术特点与行业影响4.1核心技术特点相比传统显示测量标准体系，IEC63145-22-20反映出若干显著的技术特点和创新性突破。以"人眼视点"为测量基准是该标准最根本的方法论转变。传统显示测量以屏幕表面为基准平面，而AR眼镜测量则以人眼瞳孔位置（即出瞳位置）为测量的空间参考点。这一转变从根本上解决了目视光学系统测量中"测哪里"的问题。所有测量参数均以入瞳位置为原点建立球面坐标系进行定义，测量仪器模拟人眼的位置和视场，确保了测量结果与用户体验之间的高度相关性。虚像平面测量技术是该标准解决的另一关键问题。由于虚拟图像并不存在于物理空间中，传统基于实像的测量方法（如直接接触式探头扫描）完全不适用。该标准采用聚焦成像法，通过对虚像平面的光学聚焦获取图像信息，实现了对非物理存在图像的定量评价。考虑透视叠加效应是该标准针对AR型显示的特殊考量。与VR封闭式显示器不同，AR眼镜的图像质量不仅取决于显示器件本身的性能，还受到环境光线通过透视光学系统叠加的影响。该标准在对比度等参数的定义和测量中充分考虑了这一特性，引入了环境光条件下的补充测量规程。4.2行业影响与应用前景从标准的技术内容和适用范围来看，IEC63145-22-20:2024的发布将产生以下多层面的行业影响。在研发与设计层面，该标准为AR眼镜的光学设计和显示模组选型提供了明确的可量化设计目标。设计团队可以在方案阶段即参照标准中的测量方法进行设计验证，降低后期设计迭代成本。同时，标准中规定的测量方法促使设计者在光学系统设计阶段就将可测性纳入考量，确保产品在量产阶段具有可检验的工艺窗口。在品质管控与生产制造层面，该标准为生产线上的产品一致性检测提供了统一方法。通过标准化的测量流程，制造商可以在不同产线、不同工厂之间建立统一的品质基线，并借助测量不确定度的评估框架建立合理的规格限。在国际贸易与市场准入层面，IEC标准的国际属性使采用本标准进行产品评价的结果可在全球范围内获得认可。对于进口国监管机构而言，符合IEC标准的产品评价报告可有效降低重复检测的行政成本。对于出口企业而言，采用国际标准有助于消除技术性贸易壁垒，