烽火通信科技股份有限公司 武汉烽火技术服务有限公司，武汉 430074
【目的】随着各种互联网新兴业务的崛起以及无源光网络（PON）在行业应用场景的延伸，作为第五代固定网络（F5G）代表技术的PON，需要不断演进升级才能满足未来网络的需求。其中，PON的时延是迫切要改善的关键网络性能指标，故文章对PON的低时延技术进行了深入研究。
【方法】文章首先总结了当下PON在低时延方面所面临的挑战，分析了导致PON时延较高的主要原因有两个，分别是因光网络单元（ONU）带宽分配机制引入的上行固有时延和因ONU注册/测距机制引入的上行随机时延。因此，文章提出了基于单帧多突发技术和独立注册通道技术的两种超低时延技术方案，并进行实验验证分析。
【结果】通过验证分析，对于单帧多突发技术的低时延技术方案，结合时延和带宽利用率两个性能指标综合来看，1/4调度周期表现最优，但会牺牲小部分带宽，比较适合传输对时延敏感而带宽不敏感的业务；对于独立注册通道技术的低时延技术方案，由于引入了额外的波长用于ONU注册/测距通道，可以完全消除正常业务通道因注册/测距的静默窗口引入的额外时延和抖动。
【结论】综合而言，文章所探讨的基于PON的超低时延技术方案，可以有效降低PON的时延，有助于促进虚拟现实（VR）类等新兴业务的规模商用和工业互联网的快速发展。
无源光网络 超低时延技术 虚拟现实 工业互联网 PON ultra-low delay technology VR industrial internet 光通信研究
2024, 50(1): 22006501
1 宁波大学 信息科学与工程学院，浙江宁波352
2 宁波大学 科学技术学院 信息工程学院，浙江宁波3151
沉浸式的虚拟现实体验中视觉诱发晕动症（Visually Induced Motion Sickness， VIMS）是影响虚拟现实系统发展与应用的一个重要问题。现有的基于视觉内容的评价方案大多考虑的要素不够全面，对运动信息的提取较为简单，且少有考虑时域上的突变对晕动症的影响。针对上述问题，提出了虚拟现实中视觉诱发晕动症时空多特征评价模型；基于立体全景视频中空域、时域信息来设计视觉诱发晕动症评价模型，采用更符合人眼感知的加权运动特征，并考虑了立体全景视频时域的突变信息设计了特征提取方式。所提出模型分为预处理模块、特征提取模块及时域聚合与回归模块。预处理模块用于视口提取和光流图、视差图、显著图的估计。特征提取模块包含前背景加权运动特征提取、基于变换域的视差特征提取、空间特征提取及时域突变特征提取。时域聚合后通过支持向量回归得到VIMS评价分数。实验结果表明，该模型在立体全景视频数据库SPVCD上的预测结果与平均主观意见分的皮尔逊线性相关系数为0.821、斯皮尔曼相关系数为0.790、均方根误差为0.489。该模型取得了优良的预测性能，验证了所提出特征提取模块的有效性。
虚拟现实 立体全景视频 晕动症 运动感知 突变特征 virtual reality stereoscopic panoramic video motion sickness motion perception abrupt change feature
苏州科技大学电子与信息工程学院，江苏 苏州 215009
视觉诱导晕动症是虚拟现实技术应用中较为严重的问题，沉浸在虚拟现实环境中的使用者普遍会存在头晕、恶心等症状。立体影像采集失真导致人眼感知的虚拟空间畸变，可能是诱发和增强视觉诱导晕动症的重要因素之一。为了研究立体影像采集失真对视觉诱导晕动症的影响，基于立体影像采集理论构建了虚拟空间畸变模型，针对具有三种焦距参数的镜头获取不同等级的立体空间畸变影像。通过视觉感知实验，对不同空间畸变下的视觉诱导晕动症进行主观和客观的评价。结果表明，当立体影像采集的相机视场角与人眼视场角不匹配时，立体影像失真对视觉诱导晕动症有显著性影响，立体影像采集失真会导致更为强烈的视觉诱导晕动症状。首次用系统性实验的方法验证采集参数与感知参数不匹配导致的虚拟空间畸变增强了视觉诱导晕动症的结论，研究结果对提出切实可行的缓解方法有重要意义。
视觉感知 虚拟现实 视觉诱导晕动症 立体影像采集 立体影像失真 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0409001
1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心，北京 100081
超短焦偏振折反射虚拟现实（VR）镜头是新兴的近眼显示光学解决方案，能满足用户对大视场、大出瞳和高清晰度的需求。本文详述了超短焦偏振折反射VR镜头的光路原理，说明了偏振折反射VR光学方案相较于传统VR光学方案的优势，并研究了低应力镜片的设计方法。为增加设计自由度，提出将非球面转化为环形拼接非球面，并介绍了拼接非球面的数学描述与优化策略。针对不同视场的像质差异问题，引入了像质自动平衡优化算法。采用上述方法先后设计了47°视场角和96°视场角的两款超短焦偏振折反射VR镜头，在像质平衡优化后，全视场调制传递函数值较采用普通非球面的系统提升了0.35以上。研究结果证明了环形拼接非球面在VR镜头设计中的可行性与高自由度优势，并体现了像质平衡优化算法的实用性。介绍了超短焦偏振折反射VR镜头的研发流程，原理样机的测试结果验证了该光学系统的良好显示性能。本文提出的设计方法对VR近眼显示设备的高清化与轻量化发展具有指导意义。
光学设计 虚拟现实 近眼显示 拼接非球面 超短焦偏振折反射镜头 光学学报
2023, 43(15): 1522001
3D Visualization and Imaging Systems Laboratory，Jame C. Wyant College of Optical Sciences，The University of Arizona，Tucson 85721，Arizona，USA
光场显示器旨在通过重建三维场景在不同方向发出的几何光线来渲染三维场景的视觉感知，从而为人的视觉系统提供自然舒适的视觉体验，解决传统平面立体三维显示器中的聚散调节冲突问题。近年来，多种光场显示方法被尝试应用到头戴式显示技术中。本文对头戴式光场显示器的最新发展进行全面概述。
头戴显示器 光场显示 虚拟现实 增强现实 光学学报
2023, 43(15): 1500005
1 珑璟光电-微纳光学研究中心，广东 深圳 518000
2 浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室，浙江 金华 321004
提出了一种紧凑型纯相位全息近眼显示方法，避免了4f系统的使用且通过滤波可消除零级光和高级衍射光的干扰，能够实现近眼虚拟现实（VR）和增强现实（AR）三维显示。在进行全息图计算时，三维物体被分割成多层图像，利用每一层图像相对于投影透镜焦平面的距离和投影透镜的焦距获得该深度对应的补偿相位因子，采用迭代优化算法获得三维物体的纯相位全息图并在所提系统中进行显示。通过数值模拟和光学实验，证明了所提方法的有效性。
全息 全息三维显示 近眼显示 相位全息 虚拟现实 增强现实
1 西南科技大学信息工程学院，四川 绵阳 621010
2 特殊环境机器人技术四川省重点实验室，四川 绵阳 621010
传统的虚拟现实（VR）技术通过人为建模的方式生成室内三维地图模型，存在速度慢、模型与现实物体尺度之间存在偏差的问题。鉴于此，提出基于VR的移动机器人的真实环境三维建模系统。首先通过视觉同时定位与建图（SLAM）技术快速地获取室内的高精度稠密三维点云地图；其次将三维点云通过曲面重建算法重建为室内三维模型并导入到unity 3D中；然后借助VR设备将室内三维模型置于三维立体的虚拟环境中；最后通过视觉SLAM技术实现移动机器人在室内环境的重定位，实时映射机器人在模型中的位姿，完成交互。利用视觉SLAM技术构建三维地图模型不仅快速，解决了场景尺度偏差的问题，且实现地图的重复使用。同时VR技术也使操作人员可以获得强烈的沉浸感，从而更好地理解机器人的工作环境。
视觉同时定位与建图 虚拟现实 三维建模 室内建模 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0233001
罗栩豪 1,2,3,4董思禹 1,2,3,4,*王占山 1,2,3,4程鑫彬 1,2,3,4,**
1 同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所，上海 200092
2 先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092
3 上海市数字光学前沿科学研究基地，上海 200092
4 上海市全光谱高性能光学薄膜器件及应用专业技术服务平台，上海 200092
虚拟现实（VR）和增强现实（AR）是继计算机、智能手机和互联网之后出现的下一代革新技术，正在改变我们感知和沟通世界的方式。近年来，VR/AR头戴显示器蓬勃发展，对高分辨、高亮度的微型显示设备和小体积、轻质量的近眼显示光学系统的需求也越来越迫切。超表面作为一种在二维平面上排布亚波长纳米结构的新型超薄光学元器件，具有超越传统光学器件的强大电磁波调控能力，正在推进VR和AR设备向着小型化、轻量化方向发展。首先简要介绍VR/AR显示技术的基本原理并回顾发展历程；重点分析超表面和超透镜在VR/AR近眼显示光学系统中的设计原理、性能特点及应用方法，以及超表面在微型显示设备中的作用和应用效果；随后介绍超表面微纳加工技术和大面积批量制备方法；最后对超表面VR/AR显示技术进行总结，并对其发展前景进行展望。
增强现实 虚拟现实 近眼显示 超表面 激光与光电子学进展
2022, 59(20): 2011002
1 安徽师范大学 物理与电子信息学院 光电技术研究中心, 芜湖 241002
2 安徽师范大学 安徽省光电材料科学与技术重点实验室, 芜湖 241002
为了满足用户对虚拟现实头戴显示器大视场和高分辨率的需求, 采用逆向设计方法, 通过理论计算与软件仿真, 设计了一种同轴大视场虚拟现实型头戴显示器的光学结构。结果表明, 每个通道采用3片非球面透镜, 全视场角为90°, 出瞳直径为8mm, 出瞳距离为13mm, 在奈奎斯特频率10.58lp/mm处调制传递函数大于0.3, 最大畸变为6.1%; 与参考文献相比, 此结构分辨率高、畸变小、像差平衡合理。该设计为优化大视场头戴显示器的光学结构提供了参考。
光学设计 虚拟现实 软件仿真 头戴显示器 非球面 调制传递函数 optical design virtual reality software simulation head mounted display aspheric surface modulation transfer function
