3D電視雙眼串?dāng)_測(cè)試方法

吳冬燕，范科峰，卜樹(shù)坡，趙 展

（1.蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215104；2.中國(guó)電子標(biāo)準(zhǔn)化研究所，北京 100007）

隨著3D市場(chǎng)的迅速擴(kuò)大和3D技術(shù)的不斷發(fā)展，立體電視圖像質(zhì)量分析方法與測(cè)試系統(tǒng)的研究已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，中國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)都在根據(jù)本國(guó)的情況加快立體電視圖像質(zhì)量關(guān)鍵參量分析、測(cè)試方法與測(cè)試系統(tǒng)的研究?，F(xiàn)階段，全球各個(gè)聯(lián)盟和組織已經(jīng)根據(jù)自己的情況，制定了相關(guān)的研究體系。因此，我國(guó)急須加快立體電視圖像質(zhì)量關(guān)鍵參數(shù)的分析、測(cè)試方法與測(cè)試系統(tǒng)的研究。

目前，在3D電視圖像雙眼串?dāng)_測(cè)試方法研究方面，Andrew等指出串?dāng)_是決定立體圖像質(zhì)量的關(guān)鍵因素，對(duì)分時(shí)式PDP、LCD立體電視、自由立體電視串?dāng)_進(jìn)行了分析，同時(shí)提出了串?dāng)_的測(cè)量方法和減少、消除串?dāng)_的方法[1]。Xing等提出了一個(gè)考慮立體圖像串?dāng)_感知的感知質(zhì)量指標(biāo)，綜合考慮串?dāng)_度、相機(jī)基線和場(chǎng)景內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明串?dāng)_知覺(jué)明顯優(yōu)于沒(méi)有整合3D深度信息的2D指標(biāo)[2]。Mphepo等提出了一種基于狹縫光柵的自動(dòng)立體顯示器液晶面板的像素陣列屬性和布局方案，該方案提高了立體圖像的亮度而不增加圖像的串?dāng)_[3]。在國(guó)內(nèi)，潘冬冬等人對(duì)偏振眼鏡立體顯示的串?dāng)_度進(jìn)行研究，推導(dǎo)了立體串?dāng)_度與偏振片旋轉(zhuǎn)角度和偏振片偏振度的關(guān)系，為偏振眼鏡立體顯示的性能改善提供了依據(jù)[4]。王瓊?cè)A等根據(jù)狹縫光柵自由立體顯示器的結(jié)構(gòu)和工作原理,應(yīng)用幾何光學(xué)知識(shí)，分析了立體圖像串?dāng)_度的計(jì)算公式，并給出了一個(gè)具體的狹縫光柵自由立體顯示器串?dāng)_計(jì)算結(jié)果[5]。

目前國(guó)內(nèi)外提出了各種3D電視圖像雙眼串?dāng)_分析和測(cè)試方法，但各種方法差異明顯，尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。本文分析3D電視圖像雙眼串?dāng)_產(chǎn)生的關(guān)鍵因素，研究3D電視圖像雙眼串?dāng)_測(cè)試方法。提出屏幕多點(diǎn)光色度探測(cè)方案，增強(qiáng)畫面捕捉能力，提高串?dāng)_的測(cè)試精度和速度。

1 3D電視雙眼串?dāng)_

目前3D顯示技術(shù)分為眼鏡式3D和裸視式3D。其中眼鏡式3D分為色差式（色分法）、偏光式（光分法）、主動(dòng)快門式（時(shí)分法）；裸視式3D分為自動(dòng)立體顯示（光屏障式、柱狀透鏡式、指向光源式）、頭盔立體顯示、全息立體顯示。雖然裸眼3D技術(shù)比眼鏡式3D技術(shù)更加方便，但偏光式和主動(dòng)快門式3D顯示技術(shù)顯示效果好、技術(shù)成熟，是3D顯示的最佳選擇。本文主要是研究眼鏡式3D雙眼串?dāng)_的分析與測(cè)量方案。

理想情況下，觀看者的左眼只看到左眼圖像，右眼只看到右眼圖像，從而看到理想的立體圖像。然而，實(shí)際情況下，在很多觀看點(diǎn)看到的是存在左右眼圖像串?dāng)_的立體圖像，串?dāng)_是決定立體電視圖像質(zhì)量的關(guān)鍵因素，高度的串?dāng)_將會(huì)導(dǎo)致立體圖像難以融合并產(chǎn)生失真，這使得觀看者有不同程度的視疲勞，因此實(shí)現(xiàn)低度串?dāng)_在高質(zhì)量的立體顯示技術(shù)中尤為重要。圖像信號(hào)、背光源、面板、快門眼鏡等多種因素造成的延遲響應(yīng)都會(huì)引起雙眼串?dāng)_，為了表征左右眼圖像的混疊程度，需要對(duì)立體電視圖像串?dāng)_分析與測(cè)試方法進(jìn)行研究，為優(yōu)化設(shè)計(jì)立體顯示器以及改善視疲勞提供重要依據(jù)。

2 3D電視雙眼串?dāng)_測(cè)試方案

2.1 3D電視圖像雙眼串?dāng)_多點(diǎn)測(cè)試

通過(guò)前期研究，發(fā)現(xiàn)立體電視圖像的串?dāng)_值分布并無(wú)一般正態(tài)分布等規(guī)律，串?dāng)_的研究應(yīng)該考慮立體圖像整個(gè)畫面，但是針對(duì)實(shí)際測(cè)試難度，應(yīng)該至少以畫面的多個(gè)點(diǎn)作為測(cè)量窗口。另外，課題組發(fā)現(xiàn)以往二維圖像的黑白窗口信號(hào)不適用于立體圖像，應(yīng)該考慮256灰度中灰階殘像變化。因此，課題組擬采取如下方案分析立體電視的雙眼串?dāng)_：左右眼通道使用各自的測(cè)量圖，測(cè)定信號(hào)的輸入電平除白（100%白），黑（0%黑）信號(hào)之外，利用中間灰度在全畫面多點(diǎn)上對(duì)串?dāng)_性能做評(píng)價(jià)。測(cè)量灰階數(shù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇，可以采用9灰階等分別進(jìn)行多次綜合實(shí)驗(yàn)選擇，測(cè)量點(diǎn)個(gè)數(shù)、窗口的大小、位置都將通過(guò)多次綜合實(shí)驗(yàn)選擇。

測(cè)試信號(hào)：輸入電平利用9段灰度（0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%）。9點(diǎn)測(cè)量為例，在畫面上的9點(diǎn)P0～P8上同時(shí)顯示測(cè)量窗口，輸入亮度水平在左右畫像上切換進(jìn)行評(píng)價(jià)，測(cè)量示意圖如圖1所示。

測(cè)試點(diǎn)：采用多點(diǎn)測(cè)量（9點(diǎn)測(cè)量），即P0,P0～P8。測(cè)量點(diǎn)的位置如圖2所示。

圖2 測(cè)試點(diǎn)的位置

使用相機(jī)式測(cè)量器時(shí)的配置，但此測(cè)量器的測(cè)量范圍為覆蓋3D電視的全畫面（全屏），參照?qǐng)D3。

3D電視亮度與溫度有一定的聯(lián)系，為了測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)性，所以在測(cè)試之前，必須對(duì)被測(cè)機(jī)器進(jìn)行熱機(jī)待用。具體測(cè)量步驟如下：

1）將眼鏡的左鏡片安裝在光學(xué)測(cè)量器上，對(duì)3D電視進(jìn)行熱機(jī)操作。

2）輸入電平從0級(jí)開(kāi)始，以12.5%為間隔，依次增加輸入的電平信號(hào)。顯示測(cè)量側(cè)的9點(diǎn)輸入電平為l的窗口（l為0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%），在反側(cè)9點(diǎn)處輸入水平為m（m為0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%）的窗口。

3）對(duì)P0～P8的各測(cè)量點(diǎn)的亮度進(jìn)行2維測(cè)量，記錄輸入電平測(cè)量側(cè)l和反側(cè)電平m組合的左眼畫像亮度測(cè)量值。首先利用測(cè)量側(cè)l=0和反側(cè)m=0的組合進(jìn)行測(cè)量。

4）反側(cè)窗口的輸入電平m切換為下一值，對(duì)所有的m輸入電平重復(fù)進(jìn)行步驟3）的操作。

5）測(cè)量側(cè)窗口的輸入電平l切換為下一值，對(duì)所有的l亮度電平重復(fù)進(jìn)行2）～4）的操作。

6）將眼鏡的右鏡片安裝在光學(xué)測(cè)量器上，對(duì)2）～5）右眼重復(fù)進(jìn)行與左眼同樣的操作，測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)分析

1）雙眼串?dāng)_XGi,RtoL,l-m以及XGi,LtoR,l-m的計(jì)算，利用畫面Pi的測(cè)量值，將左右不同信號(hào)水平輸入亮度（LLi,l-m，LRi,l-m）和同樣信號(hào)水平輸入時(shí)的亮度差（LLi,l-l，LRi,l-l），與測(cè)量側(cè)輸入電平LLi,l-0的比，如

式中：l為0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%；m為0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%。Gi為畫面Pi處的中間灰階。

2）計(jì)算個(gè)別中間灰階的雙眼串?dāng)_XGi,RtoL,l-m以及XGi,LtoR,l-m的絕對(duì)平均值，記錄在測(cè)量記錄中。

3）將各測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)帶入下式，算出平均值，即為雙眼串?dāng)_結(jié)果

3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)論

本文采用偏光式3D測(cè)量立體液晶電視，共4個(gè)樣品，其結(jié)果如表1所示。

表1 樣品串?dāng)_測(cè)試數(shù)據(jù)

1）實(shí)驗(yàn)表明，立體電視屏幕不同位置的串?dāng)_差別比較大，采用多點(diǎn)測(cè)試基本能反應(yīng)出屏幕不同位置的串?dāng)_情況。

2）測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，全場(chǎng)或較大的窗口信號(hào)在對(duì)等離子的串?dāng)_測(cè)試過(guò)程中會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，初步判斷在測(cè)試信號(hào)的切換時(shí)，使得等離子電視的亮度自動(dòng)控制功能工作，調(diào)整了屏幕的亮度。為避免發(fā)生該現(xiàn)象，須采用較小窗口信號(hào)。

3）本文測(cè)試方案能針對(duì)3D電視雙眼串?dāng)_度進(jìn)行定量測(cè)量與分析，這為3D電視圖像質(zhì)量測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化起到一定的推動(dòng)作用。

[1]Adrew Woods.Understanding crosstalk in stereoscopic displays[EB/OL].[2011-10-15].http://cmst.curtin.edu.au/local/docs/pubs/2010-23_understanding_crosstalk_woods.pdf.

[2]XING Liyuan,YOU Junyong,EBRAHIMI T,et al.A perceptual quality metric for stereoscopic crosstalk perception[C]//Proc.201017th IEEE International Conference on Image Processing(ICIP).Hong Kong:IEEE Press，2010：4033-4036.

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