显示技术专家Karl：Vision Pro光学模糊度高于Quest 3，对比度低于Quest 3
光学模糊度要高于Meta Quest 3，对比度则低于Meta Quest 3
（映维网Nweon 2024年03月05日）自Vision Pro在2023年6月发布以来，近眼显示技术专家卡尔·古塔格（Karl Guttag）就一直在分享他对苹果Vision Pro的技术分析，包括与Quest Pro的对比，Pancake光学元件分析等等。
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对于日前发布的最新博文，古塔格主要介绍了他对Vision Pro和Meta Quest 3的比较。其中，他表示Apple Vision Pro的光学模糊度要高于Meta Quest 3，对比度则低于Meta Quest 3。
引言——抱歉，但这是事实
我用几十款不同的头显拍过数千张照片，我注意到Apple Vision Pro（AVP）的图像有点模糊，所以我决定调查一下。继“Vision Pro图像质量问题之初印象”之后，本文将通过拍摄相同尺寸的相同图像来比较AVP和Meta Quest 3，而我得到了许多人会感到惊讶的结果。
我知道所有的“热点专家”都在歌颂“Vision Pro具有如此高的分辨率，没有纱窗效应”，但他们似乎不明白纱窗效应是隐藏在“模糊的视线”之中。正如上次所提到，AVP通过把所有一切都变得更大更粗来掩盖低于人类视觉的角分辨率。
尽管我之前在展示证据时引起了争议，但不妨指出，除了近乎黑色的图像外，AVP的对比度和色彩均匀性略低于Meta Quest 3。这是因为与AVP的Micro OLED显示器相比，AVP的Pancake光学元件的问题更为突出。这不应该让人感到意外。许多人报告说AVP会“发光”，尤其是在看电影的时候。这种“辉光”是由Pancake光学中的不必要反射所引起。
就像这个博客的惯例一样，我将在下面展示我的工作。如果你不同意，请亮出证据。
将纱窗效应隐藏在“模糊的视线”之中
数字不会说谎。正如我上次“Vision Pro图像质量问题之初印象”中所写的一样，AVP的峰值中心分辨率约为每度44.4像素（PPD），低于80 PPD，但苹果称之为“视网膜分辨率”，而如果光学锐利，则像素锯齿和纱窗效应应该可见。所以，为什么这么多人报告说AVP的分辨率一定很高，因为他们没有看到纱窗效应呢？这是因为他们忽略了光学清晰度的问题。
影响有效分辨率的因素有两个：光学器件的PPD和光学器件的调制传递函数。我们通常用调制传递函数（MTF）来测量光学器件的清晰度和对比度。
对于AVP，人们看不到纱窗效应，因为显示器稍微失焦/模糊。低通滤波是减少混叠和纱窗效应的经典方法。我注意到，当使用AVP的光学器件时，光学器件必须几乎接触到显示器才能对焦。AVP的面板似乎比最佳对焦距离凹陷了约1毫米（根据我的眼睛大致判断）。这足以使像素之间较薄的间隙失焦，而只是使像素稍微模糊。对于这种模糊现象，可能有其他的解释。尽管如此，失焦似乎是最可能造成模糊的原因。
视场中心46度全图像照片
我将从镜后图（用相机拍摄通过显示透镜看到的影像）的高分辨率图片开始。如果不单击它们以全分辨率查看它们，你将无法看到任何细节，但通过查看逐渐变小的字体，你可能会发现MQ3感觉更清晰。这是真的，甚至在光学中心（下面的“34”），甚至在AVP的注视点渲染导致图像外部（11,21,31,41,51和61）一个非常大的模糊之前都这样。
下面的照片是由佳能R5（4500万像素）相机用16毫米镜头f8焦距拍摄。通过调整窗口大小和移动头显，我在Apple Vision Pro和Meta Quest Pro创建了相同大小的图像，从而进行公平比较（是的，这花了很多时间）。一台MacBook Pro M3 Pro正在投屏AVP图像，而Meta Quest 3正在运行Immersed并镜像一台笔记本电脑。作为参考，我添加了一张从大约30″拍摄28″液晶显示器的照片，以提供与传统4K显示器的图像大致相同的视场。
中景特写对比
下面是AVP图像（左）、28英寸显示器（中）和MQ3图像（右）中心附近的裁剪。AVP图像的数字34上方的红圈是眼动追踪指示器的显示（同时用于帮助对准和对焦摄像头）。AVP的模糊在大视图中更为明显。
超近特写对比
若是超近特写看细节（上面所有的图像都是相同的分辨率），AVP在上面，MQ3在下面。需要注意的点包括：
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AVP和MQ3都无法分辨1像素的线条，而便宜的1080p显示器可以清楚地显示它们。
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尽管MQ3有更多的锯齿和纱窗效应，但它明显更清晰。
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看看圆圈和红色箭头所指向的3像素宽的线之间的空间，应该注意到AVP的对比度比MQ3要低（黑色更少）。
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AVP和MQ3都不能正确解析1像素宽的线条，但2和3像素宽的线条以及所有文本都比AVP清晰得多，对比度同样更高。是的，MQ3的有效分辨率客观上优于AVP。
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在MQ3图像中可以看到一定的彩色条纹，这是由于拜尔滤色镜（肉眼看不到）和MQ3光学元件的相对清晰度所造成的颜色伪影。摄像头可以通过光学器件“看到”MQ3的LCD彩色滤光片。
用稍微模糊Meta Quest 3进行实验
一个自然的问题是，MQ3是否应该让他们的光学稍微失焦以隐藏纱窗效应。作为一个快速的实验，我尝试对MQ3的图像进行一点（高斯）模糊。在确保比AVP更高有效分辨率的同时，它还有模糊的空间。AVP依然有更多的像素，而图像在稍微模糊的MQ3看起来更柔和。线条正在测试高对比度分辨率（和光学反射），照片显示了低对比度、更自然、像素细节更多的图像会发生什么。从左到右分别是：AVP；进行一定（高斯）模糊的MQ3；以及MQ3。
AVP的高分辨率内容问题
尽管苹果宣称每块显示屏的像素数量都与4K显示器相同（但形状和宽度不同），但分辨率受到多种因素的影响，包括：
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椭圆形的光学元件可以切割约25%-30%的像素。
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光学元件的外部部分具有较差的分辨率（约1/3像素)，并具有较差的颜色。
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矩形图像必须刻在椭圆形光学器件的最佳部分，并留有支持头部移动的余量。尽管组合显示器可能具有大约100度的视场，但只有约45至50度的最佳视点。
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源图像中的任何像素都必须缩放并映射到目标像素。对于任何高分辨率的内容，这可能会导致超过2倍（线性）的分辨率损失，如果出现伪影，情况会更糟。
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作为上面第4条的一部分或在一个单独的过程中，图像必须校正光学畸变和颜色，这会导致图像进一步退化
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随着头部的任何运动，高分辨率内容的闪烁和抖动。
如上所述，正如前面的光学照片所示，AVP不能准确显示详细的1920×1080（1080p）图像。
AVP缺乏“信息密度”
把所有东西都放大，包括短消息和视频，这可以适用于低信息密度的应用程序。如果要说有何区别，那就是AVP证明了非常高的分辨率对于电影来说并没有人们想象的那么重要（看电影是一种众所周知的糟糕的分辨率判断方式）。
正如上次讨论的一样，AVP通过把所有一切都变大来掩盖问题。但是，将单个元素放大意味着在整体图像放大的同时，可以看到的内容更少。变大意味着“信息密度”下降，眼睛和头部必须移动更多才能看到同样数量的内容，你看到的整体内容会变少。
博文FOV Obsession讨论了眼球运动和疲劳问题。关键是眼睛通常不希望长时间移动超过10度。左下图表是单目显示，其中文字不会随着头部转动而移动。根据文章，一个典型的报纸专栏只有6.6度。众所周知，当阅读宽度超过~30度的内容时，即便是很短的时间，人们都会转头而不是转动眼睛。为了使文本内容更清晰，你需要更多的眼睛和头部运动来查看/阅读相同数量的内容，而这可能会导致疲劳（我希望看到对这个问题的研究)）
类ANSI Contrast
测量对比度的标准方法是使用黑白棋盘模式，通常称为 ANSI Contrast。事实证明，对于一个大的棋盘图案，AVP和MQ3具有非常相似的对比度。在下面的图片中，我将棋盘做得更大，以便为每款设备的视场水平填充大约70度。AVP光学系统内部的光学反射抵消了AVP内部OLED显示器固有的高对比度。
AVP的颜色均匀性比MQ3差
你可能会发现AVP中心的白色方块中有轻微的粉红色。当我转头时，我看到粉红色的区域会随之移动。AVP的部分处理用于根据眼动追踪来校正颜色。大多数情况下，AVP做得不错，但它不能完美地纠正光学的颜色问题，这在大面积的白色区域变得很明显。所述问题在头部和眼球运动时最为明显。苹果承认，有时候，如果眼动追踪出现问题，校正功能可能会出现严重错误。
使用上面相同的图像，并在两个图像中增加相同的颜色饱和度，颜色问题会更加明显。MQ3的颜色均匀性只有轻微的白色变化，但AVP在中心变成粉红色，在外面变成青色。
AVP的“激进”光学设计的放大倍率约为MQ3的1.6倍，并且如上次讨论的那样，它采用了弯曲的四分之一波片。波片改变偏振光，并且和光的波长（颜色）和角度有关。在AVP和MQ3之间来回切换后，MQ3具有更好的颜色均匀性，特别是在摘下其中一个并快速穿戴另一个时。
结论与评论
作为一个完整的产品（在以后的文章中会有更多的介绍），AVP优于Meta Quest Pro、Quest 3或任何其他透视MR头显。尽管如此，AVP的有效分辨率还是低于像素差异，因为它采用了更柔和/更模糊的光学器件。
尽管像素分辨率优于Quest Pro和Quest 3，但对于高对比度图像，经过光学元件之后的有效分辨率更差。由于具有更高的PPD，AVP在“自然的”低对比度内容上看起来比MQP和MQ3更好。但是，AVP的图像比显示高分辨率、高对比度内容的廉价显示器差得多。实际上，AVP支持的是多个低角度分辨率显示器。
在有人认为我是Meta的粉丝之前，请阅读我关于Meta Quest Pro的系列文章。我并不是说MQ3比AVP好。我是说，MQ3客观上更清晰，颜色更均匀。苹果和Meta没有不同的物理特性，它们做了不同的权衡，而我有明确指出这一点。
AVP和任何VR/MR头显在处理“电影”和视频内容时都会表现得更好，因为它们几乎没有高对比度的边缘。大多数“自然”内容的细节和像素间的对比度都很低（这同时是为什么压缩对图片和电影如此有效的原因）。我另外必须提醒大家，我们仍然处于“狂热的阶段”，亦即在这个阶段，技术的日常问题会被忽视。
在最好的情况下，AVP的显示器中心为用户提供了直接（非透视）内容约20/30的视觉视图，而在使用透视时（20/35至20/50）则更差。当然，有人会觉得AVP很有用。但它依然只是一个技术极客的玩具，并会像十多年前的3D电影那样给人们留下深刻印象。值得一提的是，3D电视在2012年达到了4145万台的峰值，但几年后就消失了。
制作头显显示器就像n维象棋；你必须改善20多个主要因素，而改善一个因素通常会造成其他因素恶化。相关因素包括更高的分辨率、更宽的视场、外围视觉和安全问题、更低的功率、更小的形状、更少的重量、更好的光学器件、更好的摄像头、更多的摄像头和传感器等等。人们希望在大幅降低成本的同时实现所有改进。我认为在考虑通货膨胀因素后，AVP对于新技术的成本而言基本正确。我担心其他20个你必须解决才能有一个大众市场产品的问题。
附录-调制传递函数MTF
MTF是通过放置一系列宽度和间距相等的线，并测量线的大小和间距变化时白色和黑色之间的差异来衡量。人们通常使用50%的对比度临界值来指定MTF。但请注意，对比度定义为(Imax-Imin)/(Imax+Imin)，所以要达到50%的对比度，黑色电平必须是白色电平的1/3。下图显示了响应随行间距的变化情况。
光学器件的MTF会因光学器件的锐度和任何内部反射而降低，而这些内部反射又会降低对比度。
