美国陆军挑战日光环境,改善HoloLens 2户外作战性能

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低对比度的高光显示

映维网 2021年01月08日)美国陆军正在继续探索能够提高士兵战斗能力的新科技,而研究人员相信增强现实至关重要。

美国陆军作战能力发展司令部下属陆军研究实验室(U.S. Army Combat Capabilities Development Command’s Army Research Laboratory)的研究人员发现了一种帮助AR克服日光条件的新技术,方式是利用低对比度的暗调高光。团队表示,这开启了一个全新的研究课题,并能帮助改善面向户外作战的AR显示性能。

简单来说,对于高对比度,亦即光差强烈的高光显示,这容易造成用户的注意力系统过载,并妨碍其看到被机器视觉算法错过的第二个目标。但通过低对比度高光显示,用户可以在视场中看到高光显示机制无法捕捉到的真实目标。

陆军研究实验室的神经科学家周昌弘博士表示“想象一下未来的士兵在城市丛林中搜索目标。他放眼望去街道,并看到无人机在外面搜索。然后他回头看了看黑暗的走廊。头显能瞬间突出显示无人机在墙后看到的目标位置。然后在昏暗的环境中,高光会自动调整到合适的水平,这样士兵就能看到无人机在另一个房间里看漏的第二个目标。”

在这种情况中,暗调高光显示机制非常有用。这是以适当的对比度来吸引士兵的注意,而且高光不会过于强烈并导致士兵看漏第二个目标。

在名为《Low-contrast Acuity Under Strong Luminance Dynamics and Potential Benefits of Divisive Display Augmented Reality(强亮度动态下的低对比度锐度和分割显示增强现实的潜在优势)》的研究论文中,研究人员提出了对比度高达100000:1的HDR显示系统,并评估了强烈的亮度动态将如何影响低对比度视力。

研究表明,在25×或100×亮度的闪光之后,90%的对比度对视力没有影响,而较低的对比度也仅对视力产生极小的影响(10%的对比度,最高为+0.20 LogMAR)。低对比度锐度对亮度变化的适应性开启了分割式显示在自然HDR亮度下有效滴定显著性的研究。

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周昌弘博士表示:“我们知道AR显示器在室内的效果优秀,但在室外,图标会消失,因为显示器的亮度有限。即便是在最亮的级别,它们的亮度也比晴朗的一天暗100倍,所以图标和目标变得不可见。”

由于所需的功率太大,目前难以提高显示器的亮度。所以团队提出了一种新方法:低对比度调光。这项技术可以用来滴定目标高光显示的可见度。周昌弘博士指出:“我们原本担心,当转移视线时,视网膜的强烈光线变化会淹没信号。但我们的研究表明它有效。我们的视觉系统对强亮度动态非常有弹性。我们可以看到非常低的对比度。”

研究人员指出,未来的作战人员需要在室外、室内、以及室内+室外的混合环境中使用AR。“我们的发现为实现这种用例铺平了道路,包括在具有挑战性的沙漠、雪地、海洋和密集的城市环境中。同样的方法可以提高其他显示技术的态势感知能力,比如红外夜视显示器。这种方法同时可以实现间接光学元件,其具有激光眼睛保护的潜力。”

研究人员研究了高动态范围亮度及其对视觉处理的影响。周昌弘博士表示:“我们认为,这应该提高情景感知和情报获取,并避免信息丢失的情况。例如,如果在酒店房间向外看,我们可以同时看到里面和外面,但由于动态范围有限,典型的相机只能看到其中之一。当前的AR技术同样存在类似的显示问题。这项技术将确保信息在两个频谱都可见,包括相对于室外和相对于室内环境显示。”

团队指出,若成功实现,所述技术将能够帮助未来的商用AR在白天环境中发挥更大的功能。“想象一下极限雪地运动,或者像在阳光明媚的日子购物数个小时等等”。

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