CN110536127A - 一种裸眼立体显示***闪烁率的评价方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种裸眼立体显示***闪烁率的评价方法及装置。该方法包括在屏幕上设置若干测试点,测量各测试点视区的光强度随时间的变化;根据所述的光强度变化,计算单眼闪烁率;所述单眼闪烁率的计算方法包括将光强度变化划分为瞬时波动和累计波动两类,单眼闪烁率等于瞬时波动闪烁率和累计波动闪烁率之和;双眼闪烁率,即测试点闪烁率,等于单眼闪烁率之和或平均值;裸眼立体显示***闪烁率等于各测试点闪烁率的平均值。本发明实施例提供的方法可以通过数值准确有效地对裸眼立体显示***的闪烁率进行评价,测量结果有效地反映人眼实际观看立体显示影像时的闪烁情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种裸眼立体显示***,属于指向光源技术领域,特别是涉及一种裸眼立体显示***闪烁率的评价方法及装置。
背景技术
目前主流的3D技术包括偏振眼镜式、快门眼镜式、头盔式等由于需要佩戴额外的辅助装置,一直以来为人们所诟病。而自由立体显示技术(如视差屏障光栅、柱透镜光栅、指向光源等)无需额外的辅助装置即可感受3D效果,正收到越来越多人的关注。
目前的自由立体显示技术普遍采用液晶面板(LCD)像素在空间的重新排布,或者背光单元在时空上的调制,使左右眼的光信号分别投送到观看者的左右眼,然后经过大脑对左右图像进行融合,感受到具有纵深感的立体图像。
经过对LCD或背光单元在时空中的调制之后,屏幕不同部分的子像素在空间中出现了非均匀的光强度分布,当观看者在观看范围内移动时视网膜感受到光强的非均匀变化就会产生闪烁现象。闪烁现象大大影响了观看者的观看体验,准确评估屏幕中不同部分子像素产生的闪烁对改善立体显示的设计工作具有十分重要的意义,同时也有利于裸眼立体显示***的加工和制造。
在过去对于裸眼立体显示***闪烁程度的评价更多的是依靠人眼的主观感受,尚不存在一种客观有效的闪烁评价方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种裸眼立体显示***闪烁率的评价方法及装置,旨在填补裸眼立体显示技术对于闪烁现象评价方法的空白,是一种对裸眼立体显示***屏幕不同部分子像素在空间中非均匀光强度分布导致的闪烁的测量与评价方法及装置。
为此,本发明提供一种裸眼立体显示***闪烁率的评价方法,采用的技术方案如下:
一种裸眼立体显示***闪烁率的评价方法,包括以下步骤:
在屏幕上设置若干测试点,测量各所述测试点视区的光强度变化。根据所述光强度变化计算闪烁率。单眼闪烁率由测试点视区光强度变化计算得到;测试点闪烁率由左右眼闪烁率计算得到;裸眼立体显示***闪烁率由所述测试点闪烁率计算得到。
进一步而言,将视区的光强度变化分为瞬时波动和累计波动两类。闪烁率等于瞬时波动闪烁率和累计波动闪烁率之和,其中,
所述瞬时波动闪烁率与光强度的关系如下:
上式中,Fi为瞬时波动闪烁率,L1和L2分别为测试点在摄像机相邻两帧的光强度值;
所述累计波动闪烁率与光强度的关系如下:
其中,
上式中,Fa为累计波动闪烁率,Lmax和Lmin分别为累计波动周期内光强度的最大值和最小值,α为累计波动周期内的平均光强度增量,n为累计波动周期内的数据量。
所述瞬时波动为两帧间的亮度变化;所述累计波动为连续3帧或以上亮度单调变化的亮度变化。
进一步而言,所述单眼闪烁率等于测试点视区瞬时波动闪烁率和累计波动闪烁率之和;所述测试点闪烁率等于左右眼闪烁率之和或者平均值;所述裸眼立体显示***闪烁率等于各测试点闪烁率的平均值。
一种裸眼立体显示***闪烁率的评价方法,包括以下步骤:
在屏幕上设置若干测试点,测量各所述测试点视区的光强度变化和闪烁率分布;测试仪器为高速摄像机,所述摄像机的帧率在1000fps以上,所述摄像机的光谱响应曲线与人眼光谱光敏感曲线的误差不高于10%;闪烁率由光强度变化计算得到。
测试前,先调节裸眼立体显示***屏幕的亮度,使得摄像机获取到的测试点视区亮度不出现过曝或过暗。
测试时,保证摄像机测试的视区光强数据与观看者眼睛实际观看时获取的相同,即保证摄像机的运动轨迹,包括运动速度、运动方向和运动位置等与观看者眼睛接近。
根据摄像机的视角、分辨率、与裸眼立体显示***屏幕的相对距离和运动速度等因素,将屏幕测试点的位置映射到摄像机画幅像素矩阵的位置,根据摄像机与屏幕的相对运动,进行测试点对应像素矩阵的坐标追迹。
根据所述像素矩阵在灰度值空间、YUV空间或HSV空间提取到的亮度平均值的变化作为屏幕测试点在特定运动轨迹下的视区光强变化。
在屏幕上选择若干测试点,测量各所述测试点视区的光强度变化并计算相应的单眼闪烁率和测试点闪烁率。记录摄像机的运动轨迹,包括运动速度、运动方向和运动位置等,测试得到的闪烁率为相应运动轨迹的闪烁率。
根据所得的视区光强变化计算单眼闪烁率,进而计算测试点闪烁率。
根据所述闪烁分布,计算显示***整体闪烁率。所述显示***整体计算方法包括:
选取屏幕若干区域,分别计算相应的测试点闪烁率。
根据所述各测试点闪烁率计算平均值得到裸眼立体显示***整体闪烁率。
作为一种优选的技术方案,所述测试点为多个(包括5点,9点,或25点等)呈矩阵排列;所述测量各所述测试点对应视区的光强度变化包括:将摄像机镜头表面设置为与屏幕所在平面平行。
作为一种优选的技术方案,摄像机的运动速度包括10cm/s、20cm/s和30cm/s等;取摄像机相对于屏幕的多个距离(包括60cm,70cm,或80cm等)。
作为一种优选的技术方案,在设置测试点的步骤之前,还包括载入灰度图像作为测试图像;所述像素矩阵的维度为3*3。
作为一种优选的技术方案,在设置测试点的步骤之前,还包括调节屏幕亮度。
相应的,本发明实施方式还提供了一种裸眼立体显示***闪烁率的评价装置,包括:
测量模块,用于在屏幕上设置若干测试点,测量各测试点对应的视区光强度变化和闪烁率分布;
计算模块,用于根据所述光强度变化,计算各测试点的闪烁率及显示***的总体闪烁率。包括:
测试点闪烁率计算模块,用于根据单眼闪烁率计算得到测试点闪烁率。
显示***整体闪烁率计算模块,用于对所述整体闪烁率进行计算,包括:
第一计算子模块,用于设置屏幕若干位置作为测试点,并分别计算相应的测试点闪烁率;
第二计算子模块,用于计算屏幕若干测试点闪烁率的平均值。
本发明还提供了一种裸眼立体显示***闪烁率的评价装置,采用的技术方案如下:
一种裸眼立体显示***闪烁率的评价装置,其包括:测量模块,用于在屏幕上设置若干测试点;所选测试仪器为高速摄像机;所述摄像机的光谱响应曲线与人眼光谱光敏感曲线的误差不应于10%;所述摄像机的帧率在1000fps以上;测试前调节屏幕的亮度使得摄像机记录的亮度不出现过曝或过暗。
测试时保证摄像机测试的视区光强数据与观看者的眼睛获取的相同,即保证摄像机的运动轨迹,包括运动速度、运动方向和运动位置等与观看者眼睛接近。
根据摄像机的视角、分辨率、与裸眼立体显示***屏幕的距离和运动速度等因素,将屏幕测试点的位置映射到摄像机画幅像素矩阵的位置,根据摄像机与屏幕的相对运动,进行测试点对应像素矩阵的坐标追迹。
借由上述技术方案,本发明具有如下优点和有益技术效果:
1)本发明的一种裸眼立体显示***闪烁率的评价方法及装置,高速摄像机记录下人眼观看过程中感受到的屏幕各测试点的光强度变化,并以此计算测试点闪烁率以及显示***的整体闪烁率。闪烁率反映的是光强度变化的幅度,光强度变化越剧烈,闪烁率越大,则闪烁程度越剧烈,反之,闪烁率越接近于0则裸眼显示***的闪烁程度越弱,观看者的观看感受越平稳,显示***的显示质量也越好。
2)本发明实施例提供的方法可以通过数值准确有效地对裸眼立体显示***的闪烁率进行评价,并且测量结果能有效反映人眼实际观看立体显示影像时的闪烁情况。填补了指向光源技术对于闪烁现象评价方法的空白。
附图说明
图1是本发明实施例所述裸眼立体显示***闪烁率的评价方法的测试示意图;
图2是本发明实施例所述裸眼立体显示***闪烁率的评价方法的流程图;
图3是本发明实施例所述裸眼立体显示***闪烁率的评价方法中屏幕选点示意图(以5点发为例);
图4是本发明所述裸眼立体显示***闪烁率评价方法一实施方式中屏幕选点示意;
图5是本发明实施方式中单眼视区光强度变化测试结果示意图;
图6是本发明实施方式中裸眼立体显示***闪烁率的分布示意图;
图7是本发明实施例所述裸眼立体显示***闪烁率的测试装置的结构示意图;
图中:
图8是本发明实施例二所述裸眼立体显示***闪烁率测试装置的结构示意图;
1:屏幕;2:高速摄像机;3:指向背光自由立体显示器;4:假人;5:人眼跟踪摄像头;6:导轨。
具体实施方式
本发明公开了一种裸眼立体显示***闪烁率的评价方法及装置。该评价方法包括步骤:
在屏幕上设置若干测试点,测量各测试点视区的光强度随时间的变化;
根据所述的光强度变化,计算单眼闪烁率;所述单眼闪烁率的计算方法包括将光强度变化划分为瞬时波动和累计波动两类,单眼闪烁率等于瞬时波动闪烁率和累计波动闪烁率之和;双眼闪烁率,即测试点闪烁率,等于单眼闪烁率之和或平均值;裸眼立体显示***闪烁率等于各测试点闪烁率的平均值。
使用本发明实施例提供的方法可以通过数值准确有效地对裸眼立体显示***的闪烁率进行评价,测量结果有效地反映人眼实际观看立体显示影像时的闪烁情况。
下面结合附图和较佳实施例对本发明作进一步详细说明,但本发明并不局限于以下的实施例。
实施例1
参见图1和图2所示,图1是本发明实施例所述裸眼立体显示***闪烁率的评价方法的测试示意图,图2是本发明实施例所述裸眼立体显示***闪烁率的评价方法的流程图,在图1和图2示出的实施方式中,该裸眼立体显示***闪烁率的评价方法,包括以下步骤:
S201:选择一个高速摄像机,所述摄像机的光谱响应曲线与人眼光谱光敏感曲线的误差不高于10%,所述摄像机的帧率至少为1000fps,所述摄像机的运动轨迹,包括运动速度、运动方向、运动位置等与观看者眼睛接近。
S202:在显示屏幕中载入灰度测试图像,并在屏幕1上设置若干测试点,将各所述测试点通过坐标追迹映射到摄像机画幅的像素矩阵,测量各所述测试点视区的光强度变化并计算闪烁率分布。
根据测得的光强度变化,两帧间的亮度变化视为瞬时波动;连续3帧或以上亮度单调变化的亮度变化视为累计波动;
所述瞬时波动闪烁率与光强度的关系如下:
上式中,Fi为瞬时波动闪烁率,L1和L2分别为测试点在摄像机相邻两帧的光强度值;
所述累计波动闪烁率与光强度的关系如下:
其中,
上式中,Fa为累计波动闪烁率,Lmax和Lmin分别为累计波动周期内光强度的最大值和最小值,α为累计波动周期内的平均光强度增量,n为累计波动周期内的数据量。
所述瞬时波动为两帧间的亮度变化;所述累计波动为连续3帧或以上亮度单调变化的亮度变化。
单眼闪烁率等于瞬时波动闪烁率与累计波动闪烁率之和;
测试点闪烁率等于双眼闪烁率之和或平均值。
根据各测试点闪烁率计算显示***整体闪烁率,计算方法包括:
第一计算子模块,用于选择屏幕若干位置作为测试点,并分别计算相应的测试点闪烁率;
第二计算子模块,用于计算屏幕若干测试点闪烁率的平均值。
在一些优选的实施方式中,所述测试点为多个(包括5点,9点或25点等)呈矩阵排列。
在一些优选方案中,在设置测试点的步骤之前,还包括在显示屏幕中载入黑白测试图像。
在测试过程中,可以将高速摄像机2镜头设置为与屏幕1所在平面平行,通过步进电机控制摄像机以一定运动轨迹移动。
参见图3所示,本发明实施例所述裸眼立体显示***闪烁率的评价方法中屏幕选点示意图。在图3所示的实施方式中,在屏幕1上设置5个测试点,分别为01~05。摄像机模拟人眼实际观看时的运动轨迹,记录下五个测试点视区的光强度变化。通过高速摄像机镜头的视角、分辨率、与裸眼立体显示***屏幕的相对距离和运动轨迹等参数将五个测试点映射到画幅的像素矩阵,在测试数据中按时间的先后提取五个测试点经过坐标追迹之后相应像素矩阵亮度的平均值,即得到测试点视区光强度随时间的变化。
参见图4,图4是本发明所述裸眼立体显示***闪烁率评价方法一实施方式中屏幕选点示意图。在尺寸为53.15*29.90cm的指向背光裸眼立体显示器屏幕上分别选取A、B、C三个点进行测试,三个点对应摄像机画幅为3*3的像素矩阵。测试距离为80cm。运动速度为20.8cm/s。运动方向为在与屏幕方向平行的直线上从屏幕的左侧移动至右侧。在此配置下,测试点C视区左眼光强度随时间的变化如图5所示,较高的亮度峰和较低的亮度峰以120Hz的频率交替出现,以测试左眼闪烁率为例,较高的亮度峰表示***刷新左眼图像时屏幕的亮度,较低的亮度峰表示***刷新右眼图像时屏幕的亮度,而右眼的情况则刚好相反。
作为一种优选的方案,仅考虑各较高亮度峰的极大值。
图5中瞬时波动闪烁率为0.03896,累计波动闪烁率为0.003939,在此配置下左眼闪烁率为0.04290。
根据本发明实施方式所述的评价方法,图6为所测指向背光裸眼立体显示器屏幕上A、B、C三点视区中的测试点闪烁率的分布情况。例如,在运动速度为20.8cm/s时,A,B,C三点的测试点闪烁率分别为0.02766,0.02055,0.08733,在此配置下,显示器整体闪烁率为0.04518。
随着人眼移动速度的增加,由于***固有延迟带来的均匀光场分布与人眼不重合的现象会加剧,从而导致闪烁现象的加剧,图6所示的测试结果与理论分析相吻合。利用步进电机和头托控制真人以特定速度移动,结果显示A,B测试点闪烁程度相近,但视区C点闪烁较强,证明本发明所述的测试***测量结果与实际观察一致。
本发明实施方式还提供一种裸眼立体显示***闪烁率的评价装置。参见图7,图7是本发明所述裸眼立体显示***闪烁率测试装置实施方式的结构示意图。在图7所示的实施方式中,该裸眼立体显示***闪烁率的评价装置包括:
测量模块401,用于在屏幕上设置若干测试点,测量各所述测试点对应视区的光强度变化;
计算模块402,根据所述的光强度变化,计算裸眼立体显示***整体闪烁率,所述整体闪烁率计算模块包括:
单眼闪烁率计算模块403,包括将测试点视区光强度变化数据中两帧间的亮度变化定义为瞬时波动,将连续3帧或以上亮度单调变化的亮度变化定义为累计波动,并且:
所述瞬时波动闪烁率与光强度的关系如下:
上式中,Fi为瞬时波动闪烁率,L1和L2分别为测试点在摄像机相邻两帧的光强度值;
所述累计波动闪烁率与光强度的关系如下:
其中,
上式中,Fa为累计波动闪烁率,Lmax和Lmin分别为累计波动周期内光强度的最大值和最小值,α为累计波动周期内的平均光强度增量,n为累计波动周期内的数据量。
单眼闪烁率等于瞬时波动闪烁率与累计波动闪烁率之和。裸眼立体显示***整体闪烁率计算模块404,用于计算裸眼立体显示***整体闪烁率,包括:
第一计算子模块405,用于将双眼闪烁率求和,得到测试点闪烁率;
第二计算子模块406,用于计算选取屏幕各测试点闪烁率的平均值,得到裸眼立体显示***整体闪烁率;
在上述评价方法的实施方式中的技术特征也可以任意的在该装置的实施方式中,只要其组合不会违背本发明的精神和实质。例如,图1所示的测量方法也可以用于测量2D显示器的闪烁率。
实施例2
本实施例裸眼立体显示***闪烁率的测试方法和装置,可以对指向光源自由立体显示***闪烁率进行测量和评估,参见图8。指向背光自由立体显示器3打开人眼跟踪摄像头5进入正常显示模式。选择一个能够稳定进入显示器跟踪模式的假人4,并将高速摄像机2置于待测试的眼睛之中,保证高速摄像机2和假人4时刻保持同步移动。高速摄像机通过金属杠固定在导轨6之上,通过步进电机的控制,高速摄像机2和假人4以一定运动状态在导轨6之上同步移动。
作为一种优选的技术方案,导轨采用的是三维导轨。
正式测试的步骤如下:
步骤1:在屏幕1上设置若干测试点,所述测试点为5,9或者25个圆孔对应的屏幕区域。
步骤2:将高速摄像机2和假人4置于屏幕1前一定的测试距离,在***正常的人眼跟踪状态下,***将带有立体信息的光强投送到假人的眼睛当中,高速摄像机2记录下各测试点视区的光强度变化;
步骤3:利用步进电机控制高速摄像机2模拟人观看时实际的运动轨迹,在此过程中高速摄像机2记录下人在特定运动状态下感受到测试点视区的光强度变化;
作为一种优选的方案,只考虑各主成像光亮度峰的极大值进行计算。
测量右眼对应的闪烁率亦然。
根据所述的主成像光亮度峰的极大值分布分成瞬时波动和累计波动两类,分别计算瞬时波动闪烁率和累计波动闪烁率,进而得到测试点闪烁率;
根据所述测试点闪烁率取平均值得到***整体闪烁率。
目前主流的屏幕闪烁的测试方法都是将高速摄像机固定在某一观看位置,测试屏幕的光强度变化,此类测试方法仅能反映人静止观看时的闪烁程度。本发明所述的裸眼立体显示***闪烁率的测试装置能够模拟人眼实际观看时的运动轨迹,得到不同运动状态下的闪烁率,测试结果更加全面。根据人眼对于不同光强度变化的敏感程度不同,本发明将光强度变化分为瞬时波动和累计波动两类进行计算,测试得到的闪烁率更加准确。本发明所述的裸眼立体显示***闪烁率的评价装置对于闪烁率的测试更加全面而且科学,更加适用于带有人眼跟踪模块的裸眼立体显示***闪烁率的测试。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,故凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种裸眼立体显示***闪烁率的评价方法,其特征在于,包括以下步骤:
屏幕上设置若干测试点,测量各所述测试点视区的光强度变化,根据所述光强度变化计算闪烁率;单眼闪烁率由测试点视区光强度变化计算得到;测试点闪烁率由左右眼闪烁率计算得到;裸眼立体显示***闪烁率由所述测试点闪烁率计算得到。
2.如权利要求1所述的裸眼立体显示***闪烁率的评价方法,其特征在于:将视区的光强度变化分为瞬时波动和累计波动两类;
所述瞬时波动闪烁率与光强度的关系如下:
上式中Fi为瞬时波动闪烁率,L1和L2分别为测试点在摄像机相邻两帧的光强度值;
所述累计波动闪烁率与光强度的关系如下:
其中,
上式中,Fa为累计波动闪烁率,Lmax和Lmin分别为累计波动周期内光强度的最大值和最小值,α为累计波动周期内的平均光强度增量,n为累计波动周期内的数据量;
所述瞬时波动为两帧间的亮度变化;所述累计波动为连续3帧或以上亮度单调变化的亮度变化。
3.如权利要求1所述的裸眼立体显示***闪烁率的评价方法,其特征在于:
所述单眼闪烁率等于测试点视区瞬时波动闪烁率和累计波动闪烁率之和;
所述测试点闪烁率等于左右眼闪烁率之和或者平均值;
所述裸眼立体显示***闪烁率等于各测试点闪烁率的平均值。
4.一种裸眼立体显示***闪烁率的评价方法,包括以下步骤:
在屏幕上设置若干测试点,测量各所述测试点视区的光强度变化和闪烁率分布;测试仪器为高速摄像机,所述摄像机的帧率在1000fps以上,所述摄像机的光谱响应曲线与人眼光谱光敏感曲线的误差不高于10%;闪烁率由光强度变化计算得到。
5.如权利要求4所述的裸眼立体显示***闪烁率的评价方法,其特征在于:测试前,先调节裸眼立体显示***屏幕的亮度,保证摄像机测试得到的测试点亮度不出现过曝或者过暗;
测试时,保证摄像机的视区光强数据与观看者眼睛实际观看时获取的相同,即保证摄像机的运动轨迹,包括运动速度、运动方向和运动位置等与观看者实际观看时的眼睛接近。
6.如权利要求4所述的裸眼立体显示***闪烁率的评价方法,其特征在于:根据摄像机的视角、分辨率、与裸眼立体显示***屏幕的相对距离和运动速度等因素,将屏幕测试点的位置映射到摄像机画幅像素矩阵的位置,根据摄像机与屏幕的相对运动,进行测试点对应像素矩阵的坐标追迹。
7.如权利要求6所述的裸眼立体显示***闪烁率的评价方法,其特征在于:根据所述像素矩阵在灰度值空间、YUV空间或HSV空间提取到的亮度平均值的变化作为屏幕测试点在特定运动轨迹下的视区光强变化。
8.如权利要求4所述的裸眼立体显示***闪烁率的评价方法,其特征在于:在屏幕上选择若干测试点,测量各所述测试点视区的光强度变化并计算相应的单眼闪烁率和测试点闪烁率。记录摄像机的运动轨迹,包括运动速度、运动方向和运动位置等,测试得到的闪烁率为相应运动轨迹的闪烁率。
9.一种裸眼立体显示***闪烁率的评价装置,其特征在于其包括:
测量模块,用于在屏幕上设置若干测试点;所选测试仪器为高速摄像机,所述摄像机的光谱响应曲线与人眼光谱光敏感曲线的误差不高于10%,所述摄像机的帧率在1000fps以上;测试前应该调节屏幕的亮度使得摄像机记录的亮度不出现过曝或者过暗;
计算模块,用于根据所述的光强度变化,计算裸眼立体显示***闪烁率;所述计算模块包括:单眼闪烁率计算模块,用于根据所述光强度变化,计算得到瞬时波动闪烁率、累计波动闪烁率和单眼闪烁率;整体闪烁率计算模块,用于计算裸眼立体显示***整体闪烁率,所述整体闪烁率计算模块包括:
第一计算子模块,用于选择屏幕若干位置作为测试点,并分别计算相应的测试点闪烁率;
第二计算子模块,用于计算屏幕若干测试点闪烁率的平均值,得到整体闪烁率。
10.如权利要求9所述的裸眼立体显示***闪烁率的评价方法,其特征在于:所述测试点为显示***屏幕的若干区域;
在设置测试点的步骤之前,还包括载入灰度图像作为测试图像;
在测试前,还包括将摄像机镜头表面设置为与屏幕所在平面平行。
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