裸眼3D顯示設(shè)備顯示響應(yīng)特性的測試與分析

裸眼3D顯示設(shè)備顯示響應(yīng)特性的測試與分析

關(guān)鍵詞雙目模擬裸眼3D理想響應(yīng)目前，3D顯示器件越來越多，串?dāng)_作為一個(gè)重要指標(biāo)來評價(jià)其顯示效果。我們采用雙目攝像頭模擬人眼自然狀態(tài)下拍攝裸眼3D屏幕畫面，采用模擬理想信號輸入主動激勵的方式來分析串?dāng)_量對于主通道設(shè)定輸出的影響，從測試方法和數(shù)據(jù)分析上進(jìn)行了新的嘗試。引言3D圖像串?dāng)_是影響3D成像效果的關(guān)鍵因素，在裸眼三D顯示設(shè)備上要達(dá)到理想的3D效果觀看效果，要求進(jìn)入左右眼的左右通道視覺刺激信號間避免相互影響，即左眼只接受到左像，右眼只接受到右像。3D顯示設(shè)備上串?dāng)_從視覺感知的角度來說指異側(cè)圖像對同側(cè)圖像的在同側(cè)的感知圖像的影響。根據(jù)公開的材料看，3D圖像的串?dāng)_測試近幾年逐漸被大家關(guān)注。根據(jù)報(bào)道，以中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所作為牽頭單位成立的立體顯示標(biāo)準(zhǔn)工作組已經(jīng)開展了大量研究工作，已經(jīng)組織起草了《立體電視圖像質(zhì)量測試方法》(征求意見稿草案)。該標(biāo)準(zhǔn)草案研究了需要佩戴立體眼鏡作為輔助設(shè)備的分時(shí)式和分光式平板立體顯示器和平板立體顯示器的立體圖像質(zhì)量的測量條件和測量方法，適用于需要佩戴立體眼鏡作為輔助設(shè)備的分時(shí)式和分光式平板立體電視、高清晰度平板立體電視以及平板立體顯示器，作為在設(shè)計(jì)和試驗(yàn)過程中評定其立體圖像質(zhì)量的依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)涵蓋的主要指標(biāo)包括3D關(guān)斷比、3D對比度、3D亮度均勻性、3D色度均勻性、白色色度、色均一性、雙眼色差、雙眼串?dāng)_、可視角等。其中，串?dāng)_、可視角、閃爍等測試方法得到業(yè)界的廣泛關(guān)注和探討，在串?dāng)_測試方面，研究認(rèn)為左右眼交叉干擾指標(biāo)就是用來衡量左右眼交叉干擾的程度，除白(100%白)，黑(0%黑)信號之外，利用中間灰度在全畫面9點(diǎn)上對串?dāng)_性能做評價(jià)，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)偏差等原理給出針對液晶和等離子電視的統(tǒng)一的計(jì)算方法。1吳冬燕等也提出了3D電視雙眼串?dāng)_測試方法，王嘉輝等發(fā)表了眼鏡式３D顯示設(shè)備綜合性能測試方案的研究，采用光譜輻射計(jì)配合立體眼鏡進(jìn)行串?dāng)_率測試。目前國際電工委員會頒布IEC62629-22-1國際標(biāo)未涵蓋指向式背光新型裸眼3D顯示技術(shù)的測量方法，本文嘗試采用雙目圖像采集法模擬人眼的客觀光學(xué)圖像刺激，測試分析雙目的信號差異來綜合評估3D顯示效果。MichaelA.Weissman,AndrewJ.Woodsb,TrueVisionSystems在Asimplemethodformeasuringcrosstalkinstereoscopicdisplays提出以下模型：上圖中，裸眼3D理想情況下是左右通道捕獲視覺信號對同側(cè)通道的信號響應(yīng)，對異側(cè)通道的信號響應(yīng)最差，即串?dāng)_信號最低。以兩通道信號(input_r,input_l)輸入為例，input_r,input_l為輸入信號，其輸出信號output_r,output_l與同側(cè)輸入信號的相關(guān)性越強(qiáng)，則說明該系統(tǒng)串?dāng)_情況越弱，假設(shè)理想2D圖像顯示器其輸出亮度和設(shè)定亮度是線性相關(guān)的，則其關(guān)系可表達(dá)為：output_r=kr*input_r+kl*input_l+Croutput_l=kr*input_r+kl*input_l+Cl試驗(yàn)測試方法理想信號輸入測試方案特點(diǎn)：測試輸出亮度從最暗到最亮劃分為多個(gè)等級（N）。按網(wǎng)格區(qū)塊將顯示屏劃分為多個(gè)獨(dú)立子區(qū)域(M*M)。每個(gè)子區(qū)域都要獨(dú)立測試左右通道亮度等級的任意組合配對輸出(N*N組)。左、右通道各自圖像亮度恒定，3D圖像亮度恒定。理想信號輸出及期望輸出：其中，kr,kl分別為左右通道信號變換系數(shù)，Cr,Cl分別為左右通道信號偏移常數(shù)量。對于理想輸出:output_r=kr*input_r+kl*input_r+Cr(k1=0)output_l=kr*input_r+kl*input_l+Cl(kr=0)即同側(cè)輸出只對同側(cè)輸出有響應(yīng)，而對異側(cè)輸出無反應(yīng)。單側(cè)輸入信號的生成：現(xiàn)在通用的裸眼3D顯示技術(shù)采用光學(xué)柵格將左右通道畫面進(jìn)行分離，由于各廠家的技術(shù)能力技術(shù)方案的差異，其光學(xué)柵格的性能直接影響裸眼觀看的視覺感受。根據(jù)光學(xué)柵格的物理特性及目前技術(shù)方案，在相對光柵不同偏角，其視覺效果會有一定的差異。所以將觀看屏幕劃分為大小一致的子區(qū)域，分別測試各區(qū)域的信號串?dāng)_情況。顯示器在各子區(qū)域的圖像亮度信號設(shè)計(jì)為矩陣Mat[0]，設(shè)計(jì)矩陣輸入Mat[0]（8行8列為例），單側(cè)輸入要滿足每個(gè)屏幕區(qū)域都要遍歷一次任意亮度等級（N）,定義N個(gè)矩陣Mat[0]至Mat[N-1],如下圖，從左至右分別是矩陣輸入Mat[0]及M(0)到M(7)的對應(yīng)輸入信號圖像。Mat[i]=mat[0]+imodN(N=8,0<=i雙側(cè)輸入信號的生成：每個(gè)子區(qū)域都要獨(dú)立測試左右側(cè)通道(input_r,input_l)亮度等級的任意組合配對輸出(N*N=64組)。命名左側(cè)信號矩陣為MatR、右側(cè)信號矩陣為MatL，完備的測試過程即MatR從M(0)遍歷到M(7)的每個(gè)條件下，MatL從M(0)遍歷到M(7)的雙重遍歷過程。在此過程中任意時(shí)刻的左、右通道各自圖像亮度恒定，3D圖像整體亮度恒定。3:數(shù)據(jù)分析屏幕單一區(qū)域輸入輸出數(shù)據(jù)分析：左右側(cè)通道(input_r,input_l)按亮度等級分為0至7級，在不同input_r,input_l組合情況下，其單側(cè)輸出可表示為8*8矩陣(responseMat)，其單側(cè)的輸出結(jié)果用曲面表達(dá)如下。responseMat灰度圖及響應(yīng)梯度圖中同側(cè)輸入信號強(qiáng)度對響應(yīng)值的影響遠(yuǎn)大于異側(cè)輸入信號強(qiáng)度作用，上梯度圖可以直觀地看出在該該區(qū)域，其響應(yīng)主要來源于同側(cè)的信號刺激，另一側(cè)的信號對該響應(yīng)的作用不強(qiáng)。理想響應(yīng)與異側(cè)輸入無關(guān)，與同側(cè)輸入線性相關(guān)，輸出結(jié)果應(yīng)該為一傾斜面；圖中底部熱度圖表達(dá)其誤差。responsesurfaceanderrorsofresponse屏幕整體不同區(qū)域輸入輸出數(shù)據(jù)分析：通過雙目攝像頭采集屏幕圖像，按區(qū)域拼接responseMat，如下圖共可等分為8*16個(gè)子區(qū)域，左邊8*8個(gè)子區(qū)域代表左側(cè)攝像頭對屏幕8*8個(gè)子區(qū)域的響應(yīng)矩陣；右邊8*8個(gè)子區(qū)域代表右側(cè)攝像頭對屏幕8*8個(gè)子區(qū)域的響應(yīng)矩陣（該響應(yīng)矩陣已轉(zhuǎn)置，以同側(cè)輸入強(qiáng)度為水平方向）。其與理想響應(yīng)的區(qū)域平均誤差在屏幕不同區(qū)域的分布如下，其中水平0-7的誤差來源于左攝像頭測試結(jié)果，8-15誤差來源于右攝像頭測試結(jié)果，圖中可見相對于垂直方向，水平方向的視覺角度偏轉(zhuǎn)對觀看效果影響較大。討論：本文采用的理想信號輸入測試方案簡單而有效率，測試多區(qū)域的所有雙側(cè)輸入信號的任意組合，分別從顯示區(qū)域和信號組合分析3D顯示設(shè)備的顯示特性；采用與理想響應(yīng)平面的誤差分析，為預(yù)補(bǔ)償輸入提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和可能性。參考材料：[1]王瓊?cè)A，潘冬冬，李大海，李小方，趙仁亮;狹縫光柵自由立體顯示器的立體圖像串?dāng)_度;光電子.激光;2010年07期[2]侯春萍，王曉燕;基于傾斜狹縫光柵的自由立體顯示串?dāng)_比《天津大學(xué)學(xué)