專利名稱：裸眼3d顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法
裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)施例屬于裸眼3D顯示測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
裸眼3D技術(shù)，泛指一切人類自身不用借助其他器械就可以讓人產(chǎn)生立體視覺(jué)的技術(shù)，其原理主要是利用特定顯示技術(shù)如視差壁障、多層顯示等，喚起人體生理機(jī)理或心理立體感暗示，產(chǎn)生立體視覺(jué)。裸眼3D顯示不需要配戴助視眼鏡就可以得到立體場(chǎng)景顯示的 3D效果，其方便簡(jiǎn)捷的特性在軍事模擬、視景仿真、石油地質(zhì)、建筑設(shè)計(jì)、醫(yī)學(xué)生物、游戲娛樂(lè)等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。高質(zhì)量的裸眼3D顯示技術(shù)，因具有廣泛的潛在市場(chǎng)，有望成為目前大量平面顯示技術(shù)的取代者，是國(guó)內(nèi)外大量科研機(jī)構(gòu)、公司的研究熱點(diǎn)。
目前，多種裸眼3D顯示技術(shù)其成像效果參差不齊，國(guó)內(nèi)外關(guān)于裸眼3D顯示測(cè)試的技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)尚不成熟?，F(xiàn)階段的裸眼3D顯示的測(cè)試主要方法可分為主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)。主觀評(píng)價(jià)是由一定數(shù)量的受眾進(jìn)行主觀判斷。這種心理實(shí)驗(yàn)不可避免地受到測(cè)試人的本身視覺(jué)、心理因素和圖像質(zhì)量的影響，存在過(guò)于“主觀”的無(wú)法克服的缺點(diǎn)。客觀評(píng)價(jià)一般采用基于攝像設(shè)備的亮度分布分析，其方法類似于對(duì)普通2D顯示的測(cè)量，其結(jié)果對(duì)是否具有較好的3D顯示效果，是否真實(shí)的還原了 3D場(chǎng)景欠缺說(shuō)服力，且其對(duì)不同的裸眼3D 顯示實(shí)現(xiàn)技術(shù)需要對(duì)測(cè)試方法做出很大調(diào)整。由于實(shí)現(xiàn)裸眼3D的技術(shù)多種多樣，如視差壁障技術(shù)、柱狀透鏡技術(shù)、多層投影技術(shù)等。現(xiàn)有的客觀評(píng)價(jià)法，其評(píng)價(jià)方法并不客觀、全面， 且遺漏了除亮度以外的光學(xué)信息。同時(shí)，現(xiàn)有的測(cè)評(píng)方法也并未考慮人的生理特征，僅機(jī)械的采用各類普通光電探測(cè)器檢測(cè)圖像，其評(píng)價(jià)結(jié)果與人的真實(shí)觀測(cè)感受有一定的差距。因此，顯而易見，在廣泛的潛在市場(chǎng)需求下，一種更合適的裸眼3D顯示的測(cè)試方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種更適合的裸眼3D顯示的測(cè)試裝置及方法。
為此，本發(fā)明的裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試系統(tǒng)包括由仿生參數(shù)調(diào)制的探測(cè)模塊；用于仿生人的三維視覺(jué)產(chǎn)生過(guò)程，通過(guò)調(diào)整人體視覺(jué)系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，模擬人的觀察視野，聚焦距離，瞳孔大小等視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)；其中仿生參數(shù)是指雙目瞳距、聚焦距離、光譜響應(yīng)范圍及權(quán)重中之一或全部；光學(xué)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊，用于接收探測(cè)模塊的數(shù)據(jù)，計(jì)算光學(xué)傳遞函數(shù)數(shù)值及調(diào)制傳遞函數(shù)曲線，包括圖象源特征點(diǎn)被三維空間縱深距離調(diào)制后的計(jì)算；控制模塊，用于控制探測(cè)模塊做平移、旋轉(zhuǎn)、俯仰動(dòng)作， 以調(diào)節(jié)被測(cè)特征點(diǎn)與測(cè)試系統(tǒng)在水平空間的相對(duì)位置、縱深空間的相對(duì)位置、雙目水平及俯仰視角、雙目視線夾角中之一或全部；以及用于仿生參數(shù)的調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試方法包括如下步驟
仿生采樣對(duì)3D顯示設(shè)備輸出的圖像利用仿生探測(cè)器采樣；對(duì)采集到的圖像進(jìn)行處理，計(jì)算光學(xué)傳遞函數(shù)數(shù)值及調(diào)制傳遞函數(shù)曲線；通過(guò)調(diào)制傳遞函數(shù)MTF曲線變化趨勢(shì)獲取3D顯示技術(shù)的三維空間還原程度、圖像質(zhì)量客觀測(cè)試結(jié)果，評(píng)價(jià)裸眼3D技術(shù)的空間圖像特性。
本發(fā)明的有益效果是，由于采用了仿生法并且采用了光學(xué)傳遞函數(shù)MTF，這樣只采用一個(gè)裸眼3D顯示測(cè)試方案即可較全面、綜合的分析多種裸眼3D顯示技術(shù)的效果，方法合理。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例的裸眼3D顯示的檢測(cè)方法原理流程圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例結(jié)合雙目視差型裸眼3D技術(shù)設(shè)備的混合視域測(cè)試法示意圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例結(jié)合雙目視差型裸眼3D技術(shù)設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)示意圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例計(jì)算機(jī)3D顯示評(píng)價(jià)流程圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明下述實(shí)施例提供了裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法，本測(cè)試系統(tǒng)是仿生人體視覺(jué)系統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)，可以模擬人眼觀測(cè)過(guò)程，對(duì)圖象源固定位置特征點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試系統(tǒng)的聚焦距離、光譜響應(yīng)、雙目瞳距等各項(xiàng)參數(shù)之一或全部可調(diào)，被測(cè)特征點(diǎn)與測(cè)試系統(tǒng)在水平空間的相對(duì)位置、縱深空間的相對(duì)位置、雙目水平及俯仰視角、雙目視線夾角等參數(shù)中全部或部分參數(shù)可調(diào)。針對(duì)基于不同產(chǎn)生原理的裸眼3D顯示系統(tǒng)采用與其立體視覺(jué)產(chǎn)生原理符合的測(cè)試方法對(duì)于雙目視差型裸眼3D技術(shù)，測(cè)試時(shí)以顯示器為中心，做等距離扇形測(cè)試，并改變固定點(diǎn)的水平視角、俯仰視角以及旋傳視角的分區(qū)域測(cè)試；對(duì)于多層顯示裸眼3D技術(shù)，則采取固定對(duì)焦位置等距離扇形測(cè)試和不同聚焦位置分層次測(cè)試的方法；本方法和系統(tǒng)可對(duì)多種基于不同原理的裸眼3D顯示技術(shù)進(jìn)行測(cè)試， 給出具有針對(duì)性的測(cè)試結(jié)果。
本實(shí)施例如圖1-4所示。圖3中，I為3D圖像源，2為圖象源物點(diǎn)，3為裸眼3D顯示屏，4為裸眼3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備，如視差壁障、光柵、柱狀透鏡，5為圖像源同一點(diǎn)在不同視域范圍內(nèi)在顯示屏上顯示像點(diǎn)，6為圖像源同一點(diǎn)不同角度圖像信息進(jìn)入同一左/右眼仿生探測(cè)器的光路，7為仿生探測(cè)器(左眼/右眼)，8為探測(cè)模塊的參數(shù)控制模塊的光路和硬件部分，如調(diào)整濾光片、調(diào)整光學(xué)探測(cè)器光學(xué)組件焦距等，9為探測(cè)模塊的參數(shù)控制模塊的軟件及計(jì)算機(jī)部分，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件控制探測(cè)器波長(zhǎng)響應(yīng)、視場(chǎng)、角度、入瞳、視覺(jué)響應(yīng)度、 設(shè)置對(duì)應(yīng)參數(shù)等(對(duì)應(yīng)混合視域測(cè)試雙目視角、俯仰水平視角、對(duì)焦遠(yuǎn)近變量)，10為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊，如光學(xué)傳遞函數(shù)計(jì)算(流程參見圖4)，11為水平角度位移導(dǎo)軌(對(duì)應(yīng)混合視域測(cè)試空間位置X，y,及視角變量)，12為前后縱深位移導(dǎo)軌(對(duì)應(yīng)混合視域測(cè)試空間位置 z變量)，13為測(cè)試用空間頻率柵格(對(duì)應(yīng)混合視域測(cè)試的特殊測(cè)試器件)。其中，X，y，z表示三維坐標(biāo)變量。
根據(jù)功能，本實(shí)施例涉及到的各個(gè)部分可劃分成如下幾大模塊
A、3D顯示圖像源和顯示設(shè)備(又分為3D顯示圖像源模塊和3D顯示設(shè)備，3D顯示圖像源和顯示設(shè)備分測(cè)試用和被測(cè)試用兩種，被探測(cè)模塊包括圖3中的3D圖像源I、圖象源物點(diǎn)2、裸眼3D顯示屏3、裸眼3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備4、圖像源同一點(diǎn)在不同視域范圍內(nèi)在顯示屏上顯示像點(diǎn)5，它本身不屬于本測(cè)試系統(tǒng)中的一部分；測(cè)試用3D顯示圖像源包括圖3中的測(cè)試用空間頻率柵格13，是用于測(cè)試前的定標(biāo))；
B、由仿生參數(shù)調(diào)制的探測(cè)模塊(包括圖3中的仿生探測(cè)器7);其中仿生參數(shù)是指雙目瞳距、聚焦距離、光譜響應(yīng)范圍及權(quán)重等可調(diào)參數(shù)，它是由下述控制模塊來(lái)調(diào)節(jié)的；
C、光學(xué)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊(包括圖3中的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊10，用于計(jì)算光學(xué)傳遞函數(shù)數(shù)值);
D、控制模塊(包括圖3中的探測(cè)模塊的參數(shù)控制模塊的光路和硬件部分8、探測(cè)模塊的參數(shù)控制模塊的軟件及計(jì)算機(jī)部分9、水平角度位移導(dǎo)軌11、前后縱深位移導(dǎo)軌12，用于控制探測(cè)模塊做平移、旋轉(zhuǎn)、俯仰動(dòng)作，以調(diào)節(jié)被測(cè)特征點(diǎn)與測(cè)試 系統(tǒng)在水平空間的相對(duì)位置、縱深空間的相對(duì)位置、雙目水平及俯仰視角、雙目視線夾角等參數(shù)；另外，控制模塊還用于仿生參數(shù)的調(diào)節(jié))。
本發(fā)明以上4個(gè)部分協(xié)同工作，為方便理論分析，將一些關(guān)聯(lián)緊密的工作部分在下文說(shuō)明中合并為某些統(tǒng)一過(guò)程。
方便理論分析，下面描述中把圖3中參與光學(xué)處理的部分統(tǒng)稱為光學(xué)處理過(guò)程， 光學(xué)處理過(guò)程在測(cè)試過(guò)程中科調(diào)整光譜范圍、光譜響應(yīng)范圍及其權(quán)重等可調(diào)參數(shù)。權(quán)重指在測(cè)試中，所測(cè)得的參數(shù)對(duì)最終結(jié)果的貢獻(xiàn)。因?yàn)樵诓煌?D技術(shù)設(shè)備中，MTF 受到前述雙目瞳距、聚焦距離等多個(gè)變量的共同影響，并且對(duì)某些變量更為敏感，此時(shí)對(duì)各個(gè)變量乘以權(quán)重因子進(jìn)行調(diào)試，有可能獲得更有效的測(cè)試結(jié)果，可用公式表達(dá)為 Ρ{ξ 匕闕 11，72，_=容(/(點(diǎn))*1咖1)，/ 2)*例>2)，_)其中/^1，厶廁 V1, V2,嗎是多變量L，I2…影響下最后的測(cè)試結(jié)果，如視網(wǎng)膜處MTF，V1, V2…是權(quán)重因子，用于調(diào)制各個(gè)變量不同的貢獻(xiàn)度，g、f、w，分別是各個(gè)參數(shù)的作用過(guò)程函數(shù)。也可以不設(shè)權(quán)重因子，或者各變量的權(quán)重因子均取I，表示各變量貢獻(xiàn)度相同。
3D顯示圖像源模塊(此處的3D顯示圖像源模塊是被測(cè)試物的一部分)提供利用不同裸眼3D顯示技術(shù)處理過(guò)的圖像，進(jìn)行空間分離，此模塊子模塊包括圖像輸入模塊，對(duì)應(yīng)圖3中的1、2 ;3D顯示設(shè)備是裸眼3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備，可以是視域或?qū)哟慰刂颇K(這些子模塊在圖3中4、5，例如，針對(duì)雙目視差型技術(shù)，視域或?qū)哟慰刂颇K可以由柱透鏡、光柵、指向照明設(shè)備等組成)。當(dāng)采用不同裸眼3D顯示技術(shù)時(shí)其觀察區(qū)域不同對(duì)于雙目視差型裸眼3D顯示設(shè)備，針對(duì)左右眼的不同圖像的空間角度范圍來(lái)劃分視域；對(duì)于層析型裸眼3D顯示設(shè)備，則對(duì)聚焦位置變化時(shí)的空間范圍劃分層次。
仿生探測(cè)模塊接收3D顯示圖像源模塊的圖像信息，模擬人體觀察圖像的過(guò)程，用于仿生人的三維視覺(jué)產(chǎn)生過(guò)程，通過(guò)調(diào)整人體視覺(jué)系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，模擬人的觀察視野，聚焦距離，瞳孔大小等視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)。圖像源經(jīng)探測(cè)器處理后輸出，模擬人體接收?qǐng)D像的過(guò)程。
光學(xué)部分是系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊(為方便分析，此處把有光學(xué)元件或?qū)Τ上窆馄鹫{(diào)制作用的設(shè)備集合統(tǒng)稱為光學(xué)部分，包括圖3中仿生探測(cè)器7、探測(cè)模塊的參數(shù)控制模塊的光路和硬件部分8、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊10)，將物分解為各種空間頻率的譜，光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性可視為對(duì)各種空間頻率的傳遞和反應(yīng)能力，從而建立光學(xué)傳遞函數(shù)的評(píng)價(jià)方法(光學(xué)傳遞函數(shù)定義詳見中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版的GB/T4315. 1-2009光學(xué)傳遞函數(shù)第I部分 術(shù)語(yǔ)、符號(hào))
ψ (ξ, η) = (.V, v')exp[-/2^(<y.v + qy)\dxciyκ I )
ι/φ-，y) = JJ ι//(ξ, η) exp[/'2^v + ηγ)\ ξ η(2 )
ψ (χ, y)為(χ，y)點(diǎn)的空域函數(shù)，Ψ ( ξ，η )是Ψ (x，y)的傅里葉頻譜，是檢測(cè)到圖像所包含的空間頻率(I，n)的成分含量，低頻成分表示緩慢變化的背景和大的輪廓， 高頻成分表示圖像細(xì)節(jié)，積分范圍是有光通過(guò)的空間范圍。當(dāng)圖像經(jīng)過(guò)光學(xué)部分后，各個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)發(fā)生兩個(gè)變化首先是調(diào)制度(或?qū)Ρ榷?下降，其次是相位發(fā)生轉(zhuǎn)移，并截止于某一頻率。對(duì)比度的降低和位相的推移隨頻率而異，他們之間的函數(shù)關(guān)系稱為光學(xué)傳遞函數(shù)，是一種有效、客觀、全面的像質(zhì)評(píng)價(jià)方法。
同時(shí)，光學(xué)部分中還包括圖象源特征點(diǎn)被三維空間縱深距離調(diào)制后的計(jì)算結(jié)果。 在真實(shí)的三維空間中，當(dāng)物體特征點(diǎn)與觀測(cè)系統(tǒng)之間距離變化時(shí)，則特征點(diǎn)像方的圖像細(xì)節(jié)會(huì)發(fā)生變化。在本系統(tǒng)中，設(shè)定圖象源特征點(diǎn)的三維空間縱深距離z已知，Ψ0(χ, y)為圖像源特征點(diǎn)(x，y)的空域函數(shù)，利用波動(dòng)光學(xué)的菲涅耳衍射理論，即描述其在空間縱深上傳播的過(guò)程，經(jīng)傳播z距離后，其圖像分布情況為Ψ U，y)，具體公式如下I rf帥Ψ^ >') - — JJ K O!.. X, 二 dxYdy\
> Σ(3)I , re^-XlYHy-VlT=—f jj y 2 d)
將(3)式代入(I) (2)，由圖4流程，探測(cè)器完成圖像采集，計(jì)算在觀測(cè)面位置的光學(xué)傳遞函數(shù)，得到圖像特征點(diǎn)不同頻率的光學(xué)傳遞函數(shù)(光學(xué)傳遞函數(shù)定義詳見中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版的GB/T4315. 1-2009光學(xué)傳遞函數(shù)第I部分術(shù)語(yǔ)、符號(hào))，從而得到調(diào)制傳遞函數(shù)(Modulation Transfer Frequency, MTF)曲線。通過(guò)MTF曲線變化趨勢(shì)可獲取3D顯示技術(shù)的三維空間還原程度、圖像質(zhì)量等。
光學(xué)圖像處理模塊在對(duì)3D顯示設(shè)備輸出的圖像利用仿生探測(cè)器采樣后，即可對(duì)采集到的圖像進(jìn)行處理(包括光譜范圍、光譜響應(yīng)度等可調(diào)參數(shù)的處理)，對(duì)處理后的圖象結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和評(píng)價(jià)分析。處理包括在設(shè)置軟件濾選不同波長(zhǎng)范圍的光線形成的圖像，濾選不同視場(chǎng)范圍的光線形成的圖像，獲取特征點(diǎn)光學(xué)傳遞函數(shù)MTF和亮度等參數(shù)的數(shù)值，確定圖像的積分域和積分模式，并在積分域內(nèi)抽樣逐點(diǎn)計(jì)算整個(gè)圖像源區(qū)域的特性， 在此基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)裸眼3D技術(shù)的空間圖像特性(圖像間串?dāng)_，固定分辨率下的最大誤差容限，混合視域下隨單、多個(gè)變量變化下的3D圖像質(zhì)量MTF曲線的變化，其公式已經(jīng)在前述中定性表達(dá)，但不能完全定量。串?dāng)_、誤差容限、MTF變化趨勢(shì)是一個(gè)動(dòng)態(tài)趨勢(shì)范圍，而并非一個(gè)可以公式化的固定數(shù)值結(jié)果，3D顯示效果不能完全依靠公式定量計(jì)算，是本測(cè)試方法相較傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)量的意義之一))。以上結(jié)果由計(jì)算機(jī)處理并顯示圖像特性曲線及參數(shù)(雙目融合程度等曲線或參數(shù))。以上皆基于對(duì)各類變量作用下的MTF數(shù)據(jù)簇的測(cè)試結(jié)果處理分析得出，如圖像間串?dāng)_在雙目視差裸眼3D設(shè)備中通過(guò)左右眼視域混疊處MTF衰減得到 (串?dāng)_越大、MTF衰減越快，串?dāng)_越小，MTF曲線越平滑、衰減越慢。MTF是多因素影響的綜合評(píng)定指標(biāo)，圖像像質(zhì)越差、空間頻率下降越快，本部分參見GB/T4315. 2-2009光學(xué)傳遞函數(shù)第2部分測(cè)量導(dǎo)則)；最大誤差容限以人眼能清晰分辨的閾值20線對(duì)/毫米為界，測(cè)試系統(tǒng)在何種角度范圍內(nèi)MTF衰減到不低于閾值；雙目融合程度對(duì)比雙探測(cè)器下曲線相似程度可以得出(雙目探測(cè)器的兩個(gè)MTF曲線結(jié)果越接近，融合程度越好，具體表現(xiàn)為在人眼主視域如28°視角以內(nèi)近似越好，俯仰、水平角度變化下曲線越接近越好，等等。對(duì)雙目MTF結(jié)果取差值再積分，數(shù)值越小融合越好)。最終給出對(duì)應(yīng)的3D顯示效果質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)論。評(píng)價(jià)結(jié)論直接與MTF反應(yīng)的數(shù)值，以及根據(jù)參數(shù)變化時(shí)MTF的變化趨勢(shì)相關(guān)。如雙目視差型裸眼3D設(shè)備中左右眼視域交疊部分人體視網(wǎng)膜處MTF是否達(dá)到人眼的閾值20線對(duì)/毫米， 可通過(guò)如下方法判斷在以顯示器為中心探測(cè)器繞其改變角度時(shí)測(cè)得MTF變化趨勢(shì)是否在人眼清晰識(shí)別的范圍之內(nèi)。
控制模塊(與圖3中的參數(shù)控制相對(duì)應(yīng)，以雙目視差系統(tǒng)為例，對(duì)包括8、9、11、12 等機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，控制模塊包括與系統(tǒng)入瞳(入瞳可以限制測(cè)試系統(tǒng)的入射光線口徑)、光譜響應(yīng)、雙目瞳距、雙目視線夾角、在水平空間相對(duì)位置、縱深空間相對(duì)位置、雙目水平視角、雙目俯仰視角等設(shè)備測(cè)試參數(shù)變化的控制部分)，控制探測(cè)模塊做平移、旋轉(zhuǎn)、俯仰動(dòng)作，如圖3所示，其中旋轉(zhuǎn)控制軌道和平移軌道的位移量和旋轉(zhuǎn)角已標(biāo)定，仿生探測(cè)器利用導(dǎo)軌、滑軌、三維平臺(tái)等旋轉(zhuǎn)控制軌道和平移軌道實(shí)現(xiàn)空間位置的變換。雙目探測(cè)器可以調(diào)整水平、俯仰視角，以及瞳距、雙目夾角，最終實(shí)現(xiàn)多時(shí)域、多層次測(cè)量。
本實(shí)施例所述的適用于裸眼3D顯示的測(cè)試方法，僅使用一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)便能實(shí)現(xiàn)多種裸眼3D顯示技術(shù)的測(cè)試(通過(guò)導(dǎo)入不同的裸眼3D顯示技術(shù)模型，而不用更換系統(tǒng)設(shè)備)。因?yàn)椴煌穆阊?D顯示技術(shù)，其區(qū)別主要在于各自采用的喚起立體視覺(jué)的物理、心理暗示的途徑不同，反映在“輸出-接收”系統(tǒng)中即為前端的圖像顯示輸出系統(tǒng)的特性不同， 但后端接收測(cè)試系統(tǒng)原理都基于同一種仿生立體視覺(jué)的特性搭建，并不需要改變。因此只需要根據(jù)混合視域測(cè)試法中的8個(gè)不同變量做變更即可。
在真實(shí)的三維空間中，當(dāng)物體特征點(diǎn)與觀測(cè)系統(tǒng)之間距離變化時(shí)，則特征點(diǎn)像方的圖像細(xì)節(jié)會(huì)發(fā)生變化，本實(shí)施例的創(chuàng)新之處在于，在最終計(jì)算結(jié)果中包括圖象源特征點(diǎn)被三維空間縱深距離調(diào)制后的計(jì)算，通過(guò)MTF曲線變化趨勢(shì)獲取3D顯示技術(shù)的三維空間還原程度、圖像質(zhì)量等客觀測(cè)試結(jié)果，結(jié)合模擬人眼視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)外界目標(biāo)觀測(cè)時(shí)光譜響應(yīng)、系統(tǒng)入瞳(入瞳可以限制測(cè)試系統(tǒng)的入射光線口徑)、雙目瞳距、雙目視線夾角、在水平空間相對(duì)位置、縱深空間相對(duì)位置、雙目水平視角、雙目俯仰視角等觀測(cè)條件改變時(shí)的仿生測(cè)試方法，測(cè)量更為全面；利用多視域測(cè)試替代單一角度測(cè)試，結(jié)果更為可信；適用于多種裸眼3D 顯示技術(shù)，針對(duì)不同的技術(shù)可做各具特色的分析，并可軟件建模以虛擬儀器的形式工作，更快捷易用。
本實(shí)施例的混合視域測(cè)試法，結(jié)合了人體視覺(jué)系統(tǒng)的8個(gè)變量(系統(tǒng)入瞳(入瞳可以限制測(cè)試系統(tǒng)的入射光線口徑)、光譜響應(yīng)、雙目瞳距、雙目視線夾角、在水平空間相對(duì)位置、縱深空間相對(duì)位置、雙目水平視角、雙目俯仰視角)的仿生。
首先測(cè)試時(shí)在距離圖像源特定位置處測(cè)試多頻圖像柵格(就是圖3中的“空間頻率柵格”13，在圖象源輸入端輸入虛擬“空間頻率柵格”，即以圖像形式表達(dá)的空間頻率柵格,空間頻率柵格參數(shù)和其位于圖象源的空間位置已知,對(duì)空間頻率柵格測(cè)試),實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)標(biāo)定，標(biāo)定時(shí)如是對(duì)實(shí)體測(cè)試設(shè)備，則使用其自帶顯示設(shè)備即可，標(biāo)定過(guò)程包括對(duì)空間頻率柵格的多點(diǎn)定點(diǎn)測(cè)試，如前述所提及的選定測(cè)試范圍等；如對(duì)虛擬建模設(shè)備，則對(duì)其顯示設(shè)備進(jìn)行建模，如沒(méi)有具體顯示設(shè)備規(guī)定，則默認(rèn)使用預(yù)設(shè)的雙目視差型顯示設(shè)備如柱透鏡、光柵屏障。雖然本例中標(biāo)定時(shí)是使用空間頻率柵格圖像，但也可以采用其他光學(xué)測(cè)試常用的易于使用、測(cè)得MTF的圖像源。
完成系統(tǒng)標(biāo)定后，以單一變量法、多變量法(前述公式提及了混合視域測(cè)試法下有 8個(gè)變量影響MTF的結(jié)果，單一變量法即固定其余7個(gè)變量，只改變I個(gè)，研究MTF或其他光學(xué)參數(shù)的變化特征，此時(shí)如同研究一元函數(shù)曲線變化。多變量法，即引入不止一個(gè)變量后， 多變量同時(shí)變化下的測(cè)試結(jié)果，對(duì)應(yīng)如2元函數(shù)的曲面,3元或多元函數(shù)的向量空間變化趨勢(shì))對(duì)圖象源和3D顯示設(shè)備進(jìn)行混合視域測(cè)試測(cè)試，分析探測(cè)到的數(shù)據(jù)得出測(cè)試結(jié)果。(光學(xué)傳遞函數(shù)測(cè)量方法參見GB/T4315. 2-2009光學(xué)傳遞函數(shù)第2部分測(cè)量導(dǎo)則)。
測(cè)試完成，當(dāng)測(cè)試另一個(gè)3D顯示設(shè)備時(shí)，可以再次標(biāo)定。
本測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)8個(gè)變量的不同組合作為測(cè)試方案，同廠同規(guī)格設(shè)備，在不更換不同種類3D顯示設(shè)備的前提下，可以根據(jù)確定測(cè)試方案直接測(cè)試，否則則需要重新標(biāo)定。
權(quán)利要求
1.一種裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于包括由仿生參數(shù)調(diào)制的探測(cè)模塊；用于仿生人的三維視覺(jué)產(chǎn)生過(guò)程，通過(guò)調(diào)整人體視覺(jué)系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，模擬人的觀察視野，聚焦距離，瞳孔大小等視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)；其中仿生參數(shù)是指雙目瞳距、聚焦距離、光譜響應(yīng)范圍及權(quán)重中之一或全部；光學(xué)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊，用于接收探測(cè)模塊的數(shù)據(jù)，計(jì)算光學(xué)傳遞函數(shù)數(shù)值及調(diào)制傳遞函數(shù)曲線，包括圖象源特征點(diǎn)被三維空間縱深距離調(diào)制后的計(jì)算；控制模塊，用于控制探測(cè)模塊做平移、旋轉(zhuǎn)、俯仰動(dòng)作，以調(diào)節(jié)被測(cè)特征點(diǎn)與測(cè)試系統(tǒng)在水平空間的相對(duì)位置、縱深空間的相對(duì)位置、雙目水平及俯仰視角、雙目視線夾角中之一或全部；以及用于仿生參數(shù)的調(diào)節(jié)。
2.如權(quán)利要求權(quán)I所述的裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于 還包括空間頻率柵格，用于測(cè)試前的定標(biāo)。
3.如權(quán)利要求權(quán)I或2所述的裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于探測(cè)模塊的參數(shù)控制模塊包括光路和硬件部分、軟件及計(jì)算機(jī)部分，所述光路和硬件部分用于調(diào)整濾光片、調(diào)整光學(xué)探測(cè)器光學(xué)組件焦距，所述軟件及計(jì)算機(jī)部分，用于通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件控制探測(cè)器波長(zhǎng)響應(yīng)、視場(chǎng)、角度、入瞳、視覺(jué)響應(yīng)度、設(shè)置對(duì)應(yīng)參數(shù)，所述參數(shù)包括混合視域測(cè)試雙目視角、俯仰水平視角、對(duì)焦遠(yuǎn)近變量。
4.如權(quán)利要求權(quán)3所述的裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于 探測(cè)模塊的參數(shù)控制模塊還包括水平角度位移導(dǎo)軌，用于調(diào)節(jié)混合視域測(cè)試空間位置X，I 變量，及視角變量，前后縱深位移導(dǎo)軌，用于調(diào)整混合視域測(cè)試空間位置z變量。
5.一種裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試方法，其特征在于包括如下步驟仿生采樣對(duì)3D顯示設(shè)備輸出的圖像利用仿生人體視覺(jué)機(jī)制的探測(cè)器采樣；對(duì)采集到的圖像進(jìn)行處理，計(jì)算光學(xué)傳遞函數(shù)數(shù)值及調(diào)制傳遞函數(shù)曲線。
6.通過(guò)調(diào)制傳遞函數(shù)MTF曲線變化趨勢(shì)獲取3D顯示技術(shù)的三維空間還原程度、圖像質(zhì)量客觀測(cè)試結(jié)果，評(píng)價(jià)裸眼3D技術(shù)的空間圖像特性。如權(quán)利要求5所述的，裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試方法，其特征在于在仿生采樣步驟中，模擬人眼視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)外界目標(biāo)觀測(cè)時(shí)光譜響應(yīng)、系統(tǒng)入瞳、雙目瞳距、雙目視線夾角、在水平空間相對(duì)位置、縱深空間相對(duì)位置、雙目水平視角、雙目俯仰視角這些觀測(cè)條件之一或全部改變，進(jìn)行仿生測(cè)試。
7.如權(quán)利要求5或6所述的，裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試方法，其特征在于“對(duì)采集到的圖像進(jìn)行處理”包括在設(shè)置軟件濾選不同波長(zhǎng)范圍的光線形成的圖像、 濾選不同視場(chǎng)范圍的光線形成的圖像、獲取特征點(diǎn)光學(xué)傳遞函數(shù)和亮度參數(shù)的數(shù)值、確定圖像的積分域和積分模式、并在積分域內(nèi)抽樣逐點(diǎn)計(jì)算整個(gè)圖像源區(qū)域的特性。
8.如權(quán)利要求5或6所述的，裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試方法，其特征在于“評(píng)價(jià)裸眼3D技術(shù)的空間圖像特性”包括圖像間串?dāng)_、固定分辨率下的最大誤差容限、 混合視域下隨單、多個(gè)變量變化下的3D圖像質(zhì)量MTF曲線的變化，以及其他常規(guī)光學(xué)測(cè)試參數(shù)亮度、對(duì)比度、可視角度。
9.如權(quán)利要求8所述的，裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試方法，其特征在于圍繞多個(gè)變量變化下的動(dòng)態(tài)顯示效果測(cè)試；圖像間串?dāng)_在雙目視差裸眼3D設(shè)備中通過(guò)左右眼視域混疊處MTF衰減得到；最大誤差容限以人眼能清晰分辨的閾值20線對(duì)/毫米為界，測(cè)試系統(tǒng)在何種角度范圍內(nèi)MTF衰減到不低于閾值雙目融合程度對(duì)比雙探測(cè)器下曲線相似程度可以得出；所述“以人眼能清晰分辨的閾值20線對(duì)/毫米為界”，即雙目視差型裸眼3D設(shè)備中左右眼視域交疊部分人體視網(wǎng)膜處MTF是否達(dá)到人眼的閾值20線對(duì)/毫米，通過(guò)如下方法判斷在以顯示器為中心探測(cè)器繞其改變角度時(shí)測(cè)得MTF變化趨勢(shì)是否在人眼清晰識(shí)別的范圍之內(nèi)。
10.如權(quán)利要求5或6所述的，裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試方法，其特征在于在最終計(jì)算結(jié)果中包括圖象源特征點(diǎn)被三維空間縱深距離調(diào)制后的計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明公開一種裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測(cè)試系統(tǒng)和方法，該包括由仿生參數(shù)調(diào)制的探測(cè)模塊、光學(xué)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊、控制模塊；所述方法包括如下步驟仿生采樣對(duì)3D顯示設(shè)備輸出的圖像利用仿生探測(cè)器采樣；對(duì)采集到的圖像進(jìn)行處理，計(jì)算光學(xué)傳遞函數(shù)數(shù)值及調(diào)制傳遞函數(shù)曲線，包括圖象源特征點(diǎn)被三維空間縱深距離調(diào)制后的計(jì)算；通過(guò)MTF曲線變化趨勢(shì)獲取3D顯示技術(shù)的三維空間還原程度、圖像質(zhì)量客觀測(cè)試結(jié)果，評(píng)價(jià)裸眼3D技術(shù)的空間圖像特性。本實(shí)施例的有益效果是，由于采用了仿生法并且采用了光學(xué)傳遞函數(shù)數(shù)值及調(diào)制傳遞函數(shù)曲線，這樣只采用一個(gè)裸眼3D顯示測(cè)試方案即可較全面、綜合的分析多種裸眼3D顯示技術(shù)的效果，方法合理。
文檔編號(hào)G01M11/02GK102928206SQ20121047900
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者程雪岷, 談夢(mèng)澤, 馬建設(shè), 康吉強(qiáng), 張波常, 吳宗昊 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院