裸眼3D显示设备显示响应特性的测试与分析

裸眼3D显示设备显示响应特性的测试与分析

关键词双目模拟裸眼3D理想响应目前，3D显示器件越来越多，串扰作为一个重要指标来评价其显示效果。我们采用双目摄像头模拟人眼自然状态下拍摄裸眼3D屏幕画面，采用模拟理想信号输入主动激励的方式来分析串扰量对于主通道设定输出的影响，从测试方法和数据分析上进行了新的尝试。引言3D图像串扰是影响3D成像效果的关键因素，在裸眼三D显示设备上要达到理想的3D效果观看效果，要求进入左右眼的左右通道视觉刺激信号间避免相互影响，即左眼只接受到左像，右眼只接受到右像。3D显示设备上串扰从视觉感知的角度来说指异侧图像对同侧图像的在同侧的感知图像的影响。根据公开的材料看，3D图像的串扰测试近几年逐渐被大家关注。根据报道，以中国电子技术标准化研究所作为牵头单位成立的立体显示标准工作组已经开展了大量研究工作，已经组织起草了《立体电视图像质量测试方法》(征求意见稿草案)。该标准草案研究了需要佩戴立体眼镜作为辅助设备的分时式和分光式平板立体显示器和平板立体显示器的立体图像质量的测量条件和测量方法，适用于需要佩戴立体眼镜作为辅助设备的分时式和分光式平板立体电视、高清晰度平板立体电视以及平板立体显示器，作为在设计和试验过程中评定其立体图像质量的依据。标准涵盖的主要指标包括3D关断比、3D对比度、3D亮度均匀性、3D色度均匀性、白色色度、色均一性、双眼色差、双眼串扰、可视角等。其中，串扰、可视角、闪烁等测试方法得到业界的广泛关注和探讨，在串扰测试方面，研究认为左右眼交叉干扰指标就是用来衡量左右眼交叉干扰的程度，除白(100%白)，黑(0%黑)信号之外，利用中间灰度在全画面9点上对串扰性能做评价，运用标准偏差等原理给出针对液晶和等离子电视的统一的计算方法。1吴冬燕等也提出了3D电视双眼串扰测试方法，王嘉辉等发表了眼镜式３D显示设备综合性能测试方案的研究，采用光谱辐射计配合立体眼镜进行串扰率测试。目前国际电工委员会颁布IEC62629-22-1国际标未涵盖指向式背光新型裸眼3D显示技术的测量方法，本文尝试采用双目图像采集法模拟人眼的客观光学图像刺激，测试分析双目的信号差异来综合评估3D显示效果。MichaelA.Weissman,AndrewJ.Woodsb,TrueVisionSystems在Asimplemethodformeasuringcrosstalkinstereoscopicdisplays提出以下模型：上图中，裸眼3D理想情况下是左右通道捕获视觉信号对同侧通道的信号响应，对异侧通道的信号响应最差，即串扰信号最低。以两通道信号(input_r,input_l)输入为例，input_r,input_l为输入信号，其输出信号output_r,output_l与同侧输入信号的相关性越强，则说明该系统串扰情况越弱，假设理想2D图像显示器其输出亮度和设定亮度是线性相关的，则其关系可表达为：output_r=kr*input_r+kl*input_l+Croutput_l=kr*input_r+kl*input_l+Cl试验测试方法理想信号输入测试方案特点：测试输出亮度从最暗到最亮划分为多个等级（N）。按网格区块将显示屏划分为多个独立子区域(M*M)。每个子区域都要独立测试左右通道亮度等级的任意组合配对输出(N*N组)。左、右通道各自图像亮度恒定，3D图像亮度恒定。理想信号输出及期望输出：其中，kr,kl分别为左右通道信号变换系数，Cr,Cl分别为左右通道信号偏移常数量。对于理想输出:output_r=kr*input_r+kl*input_r+Cr(k1=0)output_l=kr*input_r+kl*input_l+Cl(kr=0)即同侧输出只对同侧输出有响应，而对异侧输出无反应。单侧输入信号的生成：现在通用的裸眼3D显示技术采用光学栅格将左右通道画面进行分离，由于各厂家的技术能力技术方案的差异，其光学栅格的性能直接影响裸眼观看的视觉感受。根据光学栅格的物理特性及目前技术方案，在相对光栅不同偏角，其视觉效果会有一定的差异。所以将观看屏幕划分为大小一致的子区域，分别测试各区域的信号串扰情况。显示器在各子区域的图像亮度信号设计为矩阵Mat[0]，设计矩阵输入Mat[0]（8行8列为例），单侧输入要满足每个屏幕区域都要遍历一次任意亮度等级（N）,定义N个矩阵Mat[0]至Mat[N-1],如下图，从左至右分别是矩阵输入Mat[0]及M(0)到M(7)的对应输入信号图像。Mat[i]=mat[0]+imodN(N=8,0<=i双侧输入信号的生成：每个子区域都要独立测试左右侧通道(input_r,input_l)亮度等级的任意组合配对输出(N*N=64组)。命名左侧信号矩阵为MatR、右侧信号矩阵为MatL，完备的测试过程即MatR从M(0)遍历到M(7)的每个条件下，MatL从M(0)遍历到M(7)的双重遍历过程。在此过程中任意时刻的左、右通道各自图像亮度恒定，3D图像整体亮度恒定。3:数据分析屏幕单一区域输入输出数据分析：左右侧通道(input_r,input_l)按亮度等级分为0至7级，在不同input_r,input_l组合情况下，其单侧输出可表示为8*8矩阵(responseMat)，其单侧的输出结果用曲面表达如下。responseMat灰度图及响应梯度图中同侧输入信号强度对响应值的影响远大于异侧输入信号强度作用，上梯度图可以直观地看出在该该区域，其响应主要来源于同侧的信号刺激，另一侧的信号对该响应的作用不强。理想响应与异侧输入无关，与同侧输入线性相关，输出结果应该为一倾斜面；图中底部热度图表达其误差。responsesurfaceanderrorsofresponse屏幕整体不同区域输入输出数据分析：通过双目摄像头采集屏幕图像，按区域拼接responseMat，如下图共可等分为8*16个子区域，左边8*8个子区域代表左侧摄像头对屏幕8*8个子区域的响应矩阵；右边8*8个子区域代表右侧摄像头对屏幕8*8个子区域的响应矩阵（该响应矩阵已转置，以同侧输入强度为水平方向）。其与理想响应的区域平均误差在屏幕不同区域的分布如下，其中水平0-7的误差来源于左摄像头测试结果，8-15误差来源于右摄像头测试结果，图中可见相对于垂直方向，水平方向的视觉角度偏转对观看效果影响较大。讨论：本文采用的理想信号输入测试方案简单而有效率，测试多区域的所有双侧输入信号的任意组合，分别从显示区域和信号组合分析3D显示设备的显示特性；采用与理想响应平面的误差分析，为预补偿输入提供了基础数据和可能性。参考材料：[1]王琼华，潘冬冬，李大海，李小方，赵仁亮;狭缝光栅自由立体显示器的立体图像串扰度;光电子.激光;2010年07期[2]侯春萍，王晓燕;基于倾斜狭缝光栅的自由立体显示串扰比《天津大学学