Varjo是XR市場中擁有領先技術的虛擬現實設備供應商，其將可變焦距攝像機直通系統帶入到虛擬和混合現實場景中。在本篇文章中，Varjo的技術工程師維爾·蒂莫寧詳細介紹了這項在Varjo XR-4焦點版中投入應用的技術。

對可變焦距光學系統的需求

目前所有其他XR頭盔顯示器都采用定焦光學系統視頻直通焦距，這意味著攝像機的焦距通常是不能改變的。人眼的可以分辨高達每度約60像素的細節（程序設計指示），但定焦光學的問題為，在實際應用時往往只能達到30 PPD左右的分辨率極限。

造成這一情況的主要因素是需求平衡光線：一方面，鏡頭光圈需要足夠小以適應景深（DoFf）來覆蓋目標PPD下的整個工作范圍（例如從20厘米到無窮大）。另一方面，光圈又不能太小，因為圖像處理器需要一定量的光到達傳感器才能產生無噪聲的高質量圖像。我們需要非常接近衍射極限，因此縮小孔徑實際上會降低有效分辨率。另外曝光時間也不能太長，因為XR HMDs需要高速攝像機（至少90Hz），例如，在快節奏的訓練場景中，曝光時間甚至必須降低到1/90s以下，以減少運動模糊量。

出于類似的原因，手機早就從定焦相機過渡到了變焦相機。事實上，即使是人眼也在使用可變焦距光學系統。而Varjo則是第一家將可變焦距攝像機直通系統推向XR市場的公司。

實現行業首創的凝視驅動自動對焦系統

可變焦距和固定焦距相機的景深

可變焦距相機優化了PPD和到達傳感器的光量，但犧牲了DoF，一次只能聚焦很小的距離范圍。現在問題變成了:我們如何在正確的距離上聚焦，以及如何足夠快地聚焦？

你可能熟悉手機的對焦方式:你在屏幕上點擊一個物體，相機會評估不同的對焦距離，并選擇提取該物體最高頻率的距離。這對于XR HMDs來說還不夠好。

XR-4 Focal Edition具有精密校準的光學元件、非常快速的對焦致動器（從一端到另一端不到1毫秒）——但最重要的是，Varjo為此開發出了一種模仿人眼的新型自動對焦系統。

使用激光雷達和視線跟蹤確定焦距

Varjo開發的新型自動對焦系統的原理是追蹤用戶的凝視位置，頻率為200Hz，通過與Varjo先進的激光雷達深度傳感器結合，實現比人眼更快地調整到正確的焦距。最終的結果是盡可能自然的實現人眼追蹤效果：無論您看向哪里，都會看到準確對焦的圖像，且對焦速度非常之快，以至于您永遠無法看到圖像發生變化的過程。就像沒有通過攝像頭觀看現實世界一樣。

Varjo的系統可以通過選擇與凝視會聚距離相關的凝視位置周圍的激光雷達深度樣本來消除對焦錯誤，例如看著手指或在手指之間時。人們可能會擔心在注視點之外的物體可能沒有聚焦。人眼分辨率不會在視網膜中央凹外注意到這一點，由于XR-4 Focal Edition的光圈大約為人類虹膜的大小，因此在模擬這一類似情況時也會像人眼一樣工作以達到更加真實的觀看效果。

從30PPD到50PPD有什么區別

必須承認，Varjo最初沒有意識到在視頻傳遞中達到人眼分辨率比在VR中更重要。事后看來，這是顯而易見的，但令人驚訝的是，在現實世界中，我們周圍的幾乎所有東西都是根據人類視覺系統的分辨率設計的，無論是人們喜歡的雜志的字體大小，還是電腦顯示器的分辨率，又或者是鍵盤上字體的大小。

如果在XR中沒有達到人眼的分辨率，就會自然而然地迫使您把您正在看的東西向您的眼睛拉近。這在許多用例中是不可接受的，尤其是在高級培訓中。由于用于訓練地儀器已經過精心優化，適合人類視覺，因此您的頭部將不會經常移動。例如在虛擬現實中訓練飛行員將不再需要受訓者探出頭去閱讀儀器參數，因為在實際情況下你不會這么做。幸運的是，Varjo XR-4 焦點版做到了，它使您能夠像用自己眼睛一樣看清世界!