专利名称：裸眼3d显示图像源和显示设备综合测试系统的制作方法
技术领域：
本实施例属于裸眼3D显示测试技术领域，涉及裸眼3D显示图像源和显示设备综合测试系统。
背景技术：
裸眼3D技术，泛指一切人类自身不用借助其他器械就可以让人产生立体视觉的技术，其原理主要是利用特定显示技术如视差壁障、多层显示等，喚起人体生理机理或心理立体感暗示，产生立体视觉。裸眼3D显示不需要配戴助视眼镜就可以得到立体场景显示的3D效果，其方便简捷的特性在军事模拟、视景仿真、石油地质、建筑设计、医学生物、游戏娱乐等领域获得广泛的应用。高质量的裸眼3D显示技木，因具有广泛的潜在市场，有望成为目前大量平面显示技术的取代者，是国内外大量科研机构、公司的研究热点。目前，多种裸眼3D显示技术其成像效果參差不齐，国内外关于裸眼3D显示测试的技术及标准尚不成熟。现阶段的裸眼3D显示的测试主要方法可分为主观评价和客观评价。主观评价是由一定数量的受众进行主观判断。这种心理实验不可避免地受到测试人的本身视觉、心理因素和图像质量的影响，存在过于“主观”的无法克服的缺点。客观评价一般采用基于摄像设备的亮度分布分析，其方法类似于对普通2D显示的測量，其结果对是否具有较好的3D显示效果，是否真实的还原了 3D场景欠缺说服力，且其对不同的裸眼3D显示实现技术需要对测试方法做出很大调整。由于实现裸眼3D的技术多种多祥，如视差壁障技术、柱状透镜技术、多层投影技术等。现有的客观评价法，其评价方法并不客观、全面，且遗漏了除亮度以外的光学信息。同时，现有的测评方法也并未考虑人的生理特征，仅机械的采用各类普通光电探测器检测图像，其评价结果与人的真实观测感受有一定的差距。因此，显而易见，在广泛的潜在市场需求下，ー种更合适的裸眼3D显示的测试方法，具有广阔的应用前景。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种更适合的裸眼3D显示的测试装置。为此，本实用新型的裸眼3D显示图像源和显示设备综合测试系统包括:由仿生參数调制的探測模块；用于仿生人的三维视觉产生过程，通过调整人体视觉系统模型的结构和參数，模拟人的观察视野，聚焦距离，瞳孔大小等视觉系统结构及參数；其中仿生參数是指双目瞳距、聚焦距离、光谱响应范围及权重中之一或全部；光学系统计算机数据处理模块，用于接收探测模块的数据，计算光学传递函数数值及调制传递函数曲线，包括图象源特征点被三维空间纵深距离调制后的计算；控制模块，用于控制探测模块做平移、旋转、俯仰动作，以调节被测特征点与测试系统在水平空间的相对位置、纵深空间的相对位置、双目水平及俯仰视角、双目视线夹角中之一或全部；以及用于仿生參数的调节。本实用新型的有益效果是，由于采用了仿生法并且采用了光学传递函数MTF，这样只采用ー个裸眼3D显示测试方案即可较全面、综合的分析多种裸眼3D显示技术的效果，方法合理。
图1是本实用新型实施例的裸眼3D显示的检测方法原理流程图。图2是本实用新型实施例结合双目视差型裸眼3D技术设备的混合视域测试法示意图。图3是本实用新型实施例结合双目视差型裸眼3D技术设备测试系统示意图。图4是本实用新型实施例计算机3D显不评价流程图。
具体实施方式
本实用新型下述实施例提供了裸眼3D显示图像源和显示设备综合测试系统，本测试系统是仿生人体视觉系统的测试系统，可以模拟人眼观测过程，对图象源固定位置特征点进行測量，测试系统的聚焦距离、光谱响应、双目瞳距等各项參数之一或全部可调，被测特征点与测试系统在水平空间的相对位置、纵深空间的相对位置、双目水平及俯仰视角、双目视线夹角等參数中全部或部分參数可调。针对基于不同产生原理的裸眼3D显示系统采用与其立体视觉产生原理符合的测试方法:对于双目视差型裸眼3D技术，测试时以显示器为中心，做等距离扇形测试，并改变固定点的水平视角、俯仰视角以及旋传视角的分区域测试；对于多层显示裸眼3D技术，则采取固定对焦位置等距离扇形测试和不同聚焦位置分层次测试的方法；本方法和系统可对多种基于不同原理的裸眼3D显示技术进行测试，给出具有针对性的测试結果。本实施例如图1-4所示。图3中，I为3D图像源，2为图象源物点，3为裸眼3D显示屏，4为裸眼3D技术实现设备，如视差壁障、光栅、柱状透镜，5为图像源同一点在不同视域范围内在显示屏上显示像点，6为图像源同一点不同角度图像信息进入同一左/右眼仿生探測器的光路，7为仿生探測器(左眼/右眼)，8为探测模块的參数控制模块的光路和硬件部分，如调整滤光片、调整光学探測器光学组件焦距等，9为探测模块的參数控制模块的软件及计算机部分，通过计算机软件控制探測器波长响应、视场、角度、入瞳、视觉响应度、设置对应參数等(对应混合视域测试双目视角、俯仰水平视角、对焦远近变量)，10为计算机数据处理模块，如光学传递函数计算(流程參见图4)，11为水平角度位移导轨(对应混合视域测试空间位置X，y,及视角变量)，12为前后纵深位移导轨(对应混合视域测试空间位置z变量)，13为测试用空间频率栅格(对应混合视域测试的特殊测试器件)。其中，X，y，z表示三维坐标变量。根据功能，本实施例涉及到的各个部分可划分成如下几大模块:A、3D显示图像源和显示设备(又分为3D显示图像源模块和3D显示设备，3D显示图像源和显示设备分测试用和被测试用两种，被探测模块包括图3中的3D图像源1、图象源物点2、裸眼3D显示屏3、裸眼3D技术实现设备4、图像源同一点在不同视域范围内在显示屏上显示像点5，它本身不属于本测试系统中的一部分；测试用3D显示图像源包括图3中的测试用空间频率栅格13，是用于测试前的定标)；B、由仿生參数调制的探测模块(包括图3中的仿生探測器7);其中仿生參数是指双目瞳距、聚焦距离、光谱响应范围及权重等可调參数，它是由下述控制模块来调节的；[0016]C、光学系统计算机数据处理模块(包括图3中的计算机数据处理模块10，用于计算光学传递函数数值);D、控制模块(包括图3中的探测模块的參数控制模块的光路和硬件部分8、探测模块的參数控制模块的软件及计算机部分9、水平角度位移导轨11、前后纵深位移导轨12，用于控制探测模块做平移、旋转、俯仰动作，以调节被测特征点与测试系统在水平空间的相对位置、纵深空间的相对位置、双目水平及俯仰视角、双目视线夹角等參数；另外，控制模块还用于仿生參数的调节)。本实用新型以上4个部分协同工作，为方便理论分析，将ー些关联紧密的工作部分在下文说明中合并为某些统ー过程。方便理论分析，下面描述中把图3中參与光学处理的部分统称为光学处理过程，光学处理过程在测试过程中科调整光谱范围、光谱响应范围及其权重等可调參数。权重指在测试中，所测得的參数对最終結果的贡献。因为在不同的3D技术设备中，MTF受到前述双目瞳距、聚焦距离等多个变量的共同影响，并且对某些变量更为敏感，此时对各个变量乘以权重因子进行调试，有可能获得更有效的测试结果，可用公式表达为:F^1も周厶朋V1, V2,吗是多
变量し，し…影响下最后的测试结果，如视网膜处MTF，Vl，V2…是权重因子，用于调制各个变量不同的贡献度，g、f、w，分别是各个參数的作用过程函数。也可以不设权重因子，或者各变量的权重因子均取I，表示各变量贡献度相同。3D显示图像源模块(此处的3D显示图像源模块是被测试物的一部分)提供利用不同裸眼3D显示技术处理过的图像，进行空间分离，此模块子模块包括图像输入模块，对应图3中的1、2 ;3D显示设备是裸眼3D技术实现设备，可以是视域或层次控制模块(这些子模块在图3中4、5，例如，针对双目视差型技术，视域或层次控制模块可以由柱透镜、光栅、指向照明设备等组成)。当采 用不同裸眼3D显示技术时其观察区域不同:对于双目视差型裸眼3D显示设备，针对左右眼的不同图像的空间角度范围来划分视域；对于层析型裸眼3D显示设备，则对聚焦位置变化时的空间范围划分层次。仿生探测模块接收3D显示图像源模块的图像信息，模拟人体观察图像的过程，用于仿生人的三维视觉产生过程，通过调整人体视觉系统模型的结构和參数，模拟人的观察视野，聚焦距离，瞳孔大小等视觉系统结构及參数。图像源经探测器处理后输出，模拟人体接收图像的过程。光学部分是系统的关键模块(为方便分析，此处把有光学元件或对成像光起调制作用的设备集合统称为光学部分，包括图3中仿生探測器7、探测模块的參数控制模块的光路和硬件部分8、计算机数据处理模块10)，将物分解为各种空间频率的谱，光学系统的光学特性可视为对各种空间频率的传递和反应能力，从而建立光学传递函数的评价方法(光学传递函数定义详见中国标准出版社出版的GB/T4315.1-2009光学传递函数第I部分:术语、符号):￥ (I , n)= / / ￥ (x, y) exp [~i2 n (I x+ n y) ] dxdy(I)￥ (x, y) = / / V (I，^) exp [_i2 (I x+^ y) ] d Id ^(2)V (x, y)为(x，y)点的空域函数，V (I，n )是￥ (x，y)的傅里叶频谱，是检测到图像所包含的空间频率(In)的成分含量，低频成分表示缓慢变化的背景和大的轮廓，高频成分表示图像细节，积分范围是有光通过的空间范围。当图像经过光学部分后，各个不同频率的正弦信号发生两个变化:首先是调制度(或对比度)下降，其次是相位发生转移，并截止于某ー频率。对比度的降低和位相的推移随频率而异，他们之间的函数关系称为光学传递函数，是ー种有效、客观、全面的像质评价方法。同时，光学部分中还包括图象源特征点被三维空间纵深距离调制后的计算結果。在真实的三维空间中，当物体特征点与观测系统之间距离变化时，则特征点像方的图像细节会发生变化。在本系统中，设定图象源特征点的三维空间纵深距离z已知，￥0(x, y)为图像源特征点(x，y)的空域函数，利用波动光学的菲涅耳衍射理论，即描述其在空间纵深上传播的过程，经传播z距离后，其图像分布情况为V (x, y)，具体公式如下:
权利要求1.种裸眼3D显示图像源和显示设备综合测试系统，其特征在于包括: 由仿生參数调制的探測模块；用于仿生人的三维视觉产生过程，通过调整人体视觉系统模型的结构和參数，模拟人的观察视野，聚焦距离，瞳孔大小等视觉系统结构及參数；其中仿生參数是指双目瞳距、聚焦距离、光谱响应范围及权重中之一或全部； 光学系统计算机数据处理模块，与探测模块的输出端相连，用于接收探测模块的数据，计算光学传递函数数值及调制传递函数曲线，包括图象源特征点被三维空间纵深距离调制后的计算； 控制模块，与探测模块的控制端相连，用于控制探测模块做平移、旋转、俯仰动作，以调节被测特征点与测试系统在水平空间的相对位置、纵深空间的相对位置、双目水平及俯仰视角、双目视线夹角中之一或全部；以及用于仿生參数的调节。
2.权利要求1所述的裸眼3D显示图像源和显示设备综合测试系统，其特征在于:还包括空间频率栅格，用于测试前的定标。
3.权利要求1或2所述的裸眼3D显示图像源和显示设备综合测试系统，其特征在于:探测模块包括參数控制模块，所述的參数控制模块包括光路和硬件部分、软件及计算机部分，所述光路和硬件部分用于调整滤光片、调整光学探測器光学组件焦距，所述软件及计算机部分，用于通过计算机软件控制探測器波长响应、视场、角度、入瞳、视觉响应度、设置对应參数，所述參数包括混合视域测试双目视角、俯仰水平视角、对焦远近变量。
4.权利要求3所述的裸眼3D显示图像源和显示设备综合测试系统，其特征在于:探测模块的參数控制模块还包括水平角度位移导轨，用于调节混合视域测试空间位置X，I变量，及视角变量，前后纵深位移导轨，用于调整混合视域测试空间位置z变量。
专利摘要本实用新型公开一种裸眼3D显示图像源和显示设备综合测试系统和方法，该包括由仿生参数调制的探测模块、光学系统计算机数据处理模块、控制模块；所述方法包括如下步骤仿生采样对3D显示设备输出的图像利用仿生探测器采样；对采集到的图像进行处理，计算光学传递函数数值及调制传递函数曲线，包括图象源特征点被三维空间纵深距离调制后的计算；通过MTF曲线变化趋势获取3D显示技术的三维空间还原程度、图像质量客观测试结果，评价裸眼3D技术的空间图像特性。本实施例的有益效果是，由于采用了仿生法并且采用了光学传递函数数值及调制传递函数曲线，这样只采用一个裸眼3D显示测试方案即可较全面、综合的分析多种裸眼3D显示技术的效果，方法合理。
文档编号G01M11/02GK202928783SQ20122062398
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者程雪岷, 谈梦泽, 马建设, 康吉强, 张波常, 吴宗昊 申请人:清华大学深圳研究生院