專利名稱：裸眼3d顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實施例屬于裸眼3D顯示測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測試系統(tǒng)。
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，喚起人體生理機理或心理立體感暗示，產(chǎn)生立體視覺。裸眼3D顯示不需要配戴助視眼鏡就可以得到立體場景顯示的3D效果，其方便簡捷的特性在軍事模擬、視景仿真、石油地質(zhì)、建筑設(shè)計、醫(yī)學(xué)生物、游戲娛樂等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。高質(zhì)量的裸眼3D顯示技木，因具有廣泛的潛在市場，有望成為目前大量平面顯示技術(shù)的取代者，是國內(nèi)外大量科研機構(gòu)、公司的研究熱點。目前，多種裸眼3D顯示技術(shù)其成像效果參差不齊，國內(nèi)外關(guān)于裸眼3D顯示測試的技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)尚不成熟?，F(xiàn)階段的裸眼3D顯示的測試主要方法可分為主觀評價和客觀評價。主觀評價是由一定數(shù)量的受眾進(jìn)行主觀判斷。這種心理實驗不可避免地受到測試人的本身視覺、心理因素和圖像質(zhì)量的影響，存在過于“主觀”的無法克服的缺點?？陀^評價一般采用基于攝像設(shè)備的亮度分布分析，其方法類似于對普通2D顯示的測量，其結(jié)果對是否具有較好的3D顯示效果，是否真實的還原了 3D場景欠缺說服力，且其對不同的裸眼3D顯示實現(xiàn)技術(shù)需要對測試方法做出很大調(diào)整。由于實現(xiàn)裸眼3D的技術(shù)多種多祥，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)有的客觀評價法，其評價方法并不客觀、全面，且遺漏了除亮度以外的光學(xué)信息。同時，現(xiàn)有的測評方法也并未考慮人的生理特征，僅機械的采用各類普通光電探測器檢測圖像，其評價結(jié)果與人的真實觀測感受有一定的差距。因此，顯而易見，在廣泛的潛在市場需求下，ー種更合適的裸眼3D顯示的測試方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種更適合的裸眼3D顯示的測試裝置。為此，本實用新型的裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測試系統(tǒng)包括:由仿生參數(shù)調(diào)制的探測模塊；用于仿生人的三維視覺產(chǎn)生過程，通過調(diào)整人體視覺系統(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)計算機數(shù)據(jù)處理模塊，用于接收探測模塊的數(shù)據(jù)，計算光學(xué)傳遞函數(shù)數(shù)值及調(diào)制傳遞函數(shù)曲線，包括圖象源特征點被三維空間縱深距離調(diào)制后的計算；控制模塊，用于控制探測模塊做平移、旋轉(zhuǎn)、俯仰動作，以調(diào)節(jié)被測特征點與測試系統(tǒng)在水平空間的相對位置、縱深空間的相對位置、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)。本實用新型的有益效果是，由于采用了仿生法并且采用了光學(xué)傳遞函數(shù)MTF，這樣只采用ー個裸眼3D顯示測試方案即可較全面、綜合的分析多種裸眼3D顯示技術(shù)的效果，方法合理。

圖1是本實用新型實施例的裸眼3D顯示的檢測方法原理流程圖。圖2是本實用新型實施例結(jié)合雙目視差型裸眼3D技術(shù)設(shè)備的混合視域測試法示意圖。圖3是本實用新型實施例結(jié)合雙目視差型裸眼3D技術(shù)設(shè)備測試系統(tǒng)示意圖。圖4是本實用新型實施例計算機3D顯不評價流程圖。
具體實施方式
本實用新型下述實施例提供了裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測試系統(tǒng)，本測試系統(tǒng)是仿生人體視覺系統(tǒng)的測試系統(tǒng)，可以模擬人眼觀測過程，對圖象源固定位置特征點進(jìn)行測量，測試系統(tǒng)的聚焦距離、光譜響應(yīng)、雙目瞳距等各項參數(shù)之一或全部可調(diào)，被測特征點與測試系統(tǒng)在水平空間的相對位置、縱深空間的相對位置、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)采用與其立體視覺產(chǎn)生原理符合的測試方法:對于雙目視差型裸眼3D技術(shù)，測試時以顯示器為中心，做等距離扇形測試，并改變固定點的水平視角、俯仰視角以及旋傳視角的分區(qū)域測試；對于多層顯示裸眼3D技術(shù)，則采取固定對焦位置等距離扇形測試和不同聚焦位置分層次測試的方法；本方法和系統(tǒng)可對多種基于不同原理的裸眼3D顯示技術(shù)進(jìn)行測試，給出具有針對性的測試結(jié)果。本實施例如圖1-4所示。圖3中，I為3D圖像源，2為圖象源物點，3為裸眼3D顯示屏，4為裸眼3D技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備，如視差壁障、光柵、柱狀透鏡，5為圖像源同一點在不同視域范圍內(nèi)在顯示屏上顯示像點，6為圖像源同一點不同角度圖像信息進(jìn)入同一左/右眼仿生探測器的光路，7為仿生探測器(左眼/右眼)，8為探測模塊的參數(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)探測器光學(xué)組件焦距等，9為探測模塊的參數(shù)控制模塊的軟件及計算機部分，通過計算機軟件控制探測器波長響應(yīng)、視場、角度、入瞳、視覺響應(yīng)度、設(shè)置對應(yīng)參數(shù)等(對應(yīng)混合視域測試雙目視角、俯仰水平視角、對焦遠(yuǎn)近變量)，10為計算機數(shù)據(jù)處理模塊，如光學(xué)傳遞函數(shù)計算(流程參見圖4)，11為水平角度位移導(dǎo)軌(對應(yīng)混合視域測試空間位置X，y,及視角變量)，12為前后縱深位移導(dǎo)軌(對應(yīng)混合視域測試空間位置z變量)，13為測試用空間頻率柵格(對應(yīng)混合視域測試的特殊測試器件)。其中，X，y，z表示三維坐標(biāo)變量。根據(jù)功能，本實施例涉及到的各個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)備分測試用和被測試用兩種，被探測模塊包括圖3中的3D圖像源1、圖象源物點2、裸眼3D顯示屏3、裸眼3D技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備4、圖像源同一點在不同視域范圍內(nèi)在顯示屏上顯示像點5，它本身不屬于本測試系統(tǒng)中的一部分；測試用3D顯示圖像源包括圖3中的測試用空間頻率柵格13，是用于測試前的定標(biāo))；B、由仿生參數(shù)調(diào)制的探測模塊(包括圖3中的仿生探測器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調(diào)節(jié)的；[0016]C、光學(xué)系統(tǒng)計算機數(shù)據(jù)處理模塊(包括圖3中的計算機數(shù)據(jù)處理模塊10，用于計算光學(xué)傳遞函數(shù)數(shù)值);D、控制模塊(包括圖3中的探測模塊的參數(shù)控制模塊的光路和硬件部分8、探測模塊的參數(shù)控制模塊的軟件及計算機部分9、水平角度位移導(dǎo)軌11、前后縱深位移導(dǎo)軌12，用于控制探測模塊做平移、旋轉(zhuǎn)、俯仰動作，以調(diào)節(jié)被測特征點與測試系統(tǒng)在水平空間的相對位置、縱深空間的相對位置、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))。本實用新型以上4個部分協(xié)同工作，為方便理論分析，將ー些關(guān)聯(lián)緊密的工作部分在下文說明中合并為某些統(tǒng)ー過程。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)處理過程，光學(xué)處理過程在測試過程中科調(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)重指在測試中，所測得的參數(shù)對最終結(jié)果的貢獻(xiàn)。因為在不同的3D技術(shù)設(shè)備中，MTF受到前述雙目瞳距、聚焦距離等多個變量的共同影響，并且對某些變量更為敏感，此時對各個變量乘以權(quán)重因子進(jìn)行調(diào)試，有可能獲得更有效的測試結(jié)果，可用公式表達(dá)為:F^1も周厶朋V1, V2,嗎是多
變量し，し…影響下最后的測試結(jié)果，如視網(wǎng)膜處MTF，Vl，V2…是權(quán)重因子，用于調(diào)制各個變量不同的貢獻(xiàn)度，g、f、w，分別是各個參數(shù)的作用過程函數(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試物的一部分)提供利用不同裸眼3D顯示技術(shù)處理過的圖像，進(jìn)行空間分離，此模塊子模塊包括圖像輸入模塊，對應(yīng)圖3中的1、2 ;3D顯示設(shè)備是裸眼3D技術(shù)實現(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)時其觀察區(qū)域不同:對于雙目視差型裸眼3D顯示設(shè)備，針對左右眼的不同圖像的空間角度范圍來劃分視域；對于層析型裸眼3D顯示設(shè)備，則對聚焦位置變化時的空間范圍劃分層次。仿生探測模塊接收3D顯示圖像源模塊的圖像信息，模擬人體觀察圖像的過程，用于仿生人的三維視覺產(chǎn)生過程，通過調(diào)整人體視覺系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，模擬人的觀察視野，聚焦距離，瞳孔大小等視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)。圖像源經(jīng)探測器處理后輸出，模擬人體接收圖像的過程。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中仿生探測器7、探測模塊的參數(shù)控制模塊的光路和硬件部分8、計算機數(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)的評價方法(光學(xué)傳遞函數(shù)定義詳見中國標(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、符號):￥ (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)為(x，y)點的空域函數(shù)，V (I，n )是￥ (x，y)的傅里葉頻譜，是檢測到圖像所包含的空間頻率(In)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的空間范圍。當(dāng)圖像經(jīng)過光學(xué)部分后，各個不同頻率的正弦信號發(fā)生兩個變化:首先是調(diào)制度(或?qū)Ρ榷?下降，其次是相位發(fā)生轉(zhuǎn)移，并截止于某ー頻率。對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)，是ー種有效、客觀、全面的像質(zhì)評價方法。同時，光學(xué)部分中還包括圖象源特征點被三維空間縱深距離調(diào)制后的計算結(jié)果。在真實的三維空間中，當(dāng)物體特征點與觀測系統(tǒng)之間距離變化時，則特征點像方的圖像細(xì)節(jié)會發(fā)生變化。在本系統(tǒng)中，設(shè)定圖象源特征點的三維空間縱深距離z已知，￥0(x, y)為圖像源特征點(x，y)的空域函數(shù)，利用波動光學(xué)的菲涅耳衍射理論，即描述其在空間縱深上傳播的過程，經(jīng)傳播z距離后，其圖像分布情況為V (x, y)，具體公式如下:
權(quán)利要求1.種裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測試系統(tǒng)，其特征在于包括: 由仿生參數(shù)調(diào)制的探測模塊；用于仿生人的三維視覺產(chǎn)生過程，通過調(diào)整人體視覺系統(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)計算機數(shù)據(jù)處理模塊，與探測模塊的輸出端相連，用于接收探測模塊的數(shù)據(jù)，計算光學(xué)傳遞函數(shù)數(shù)值及調(diào)制傳遞函數(shù)曲線，包括圖象源特征點被三維空間縱深距離調(diào)制后的計算； 控制模塊，與探測模塊的控制端相連，用于控制探測模塊做平移、旋轉(zhuǎn)、俯仰動作，以調(diào)節(jié)被測特征點與測試系統(tǒng)在水平空間的相對位置、縱深空間的相對位置、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.權(quán)利要求1所述的裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測試系統(tǒng)，其特征在于:還包括空間頻率柵格，用于測試前的定標(biāo)。
3.權(quán)利要求1或2所述的裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測試系統(tǒng)，其特征在于:探測模塊包括參數(shù)控制模塊，所述的參數(shù)控制模塊包括光路和硬件部分、軟件及計算機部分，所述光路和硬件部分用于調(diào)整濾光片、調(diào)整光學(xué)探測器光學(xué)組件焦距，所述軟件及計算機部分，用于通過計算機軟件控制探測器波長響應(yīng)、視場、角度、入瞳、視覺響應(yīng)度、設(shè)置對應(yīng)參數(shù)，所述參數(shù)包括混合視域測試雙目視角、俯仰水平視角、對焦遠(yuǎn)近變量。
4.權(quán)利要求3所述的裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測試系統(tǒng)，其特征在于:探測模塊的參數(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)整混合視域測試空間位置z變量。
專利摘要本實用新型公開一種裸眼3D顯示圖像源和顯示設(shè)備綜合測試系統(tǒng)和方法，該包括由仿生參數(shù)調(diào)制的探測模塊、光學(xué)系統(tǒng)計算機數(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3D顯示設(shè)備輸出的圖像利用仿生探測器采樣；對采集到的圖像進(jìn)行處理，計算光學(xué)傳遞函數(shù)數(shù)值及調(diào)制傳遞函數(shù)曲線，包括圖象源特征點被三維空間縱深距離調(diào)制后的計算；通過MTF曲線變化趨勢獲取3D顯示技術(shù)的三維空間還原程度、圖像質(zhì)量客觀測試結(jié)果，評價裸眼3D技術(shù)的空間圖像特性。本實施例的有益效果是，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，這樣只采用一個裸眼3D顯示測試方案即可較全面、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G01M11/02GK202928783SQ20122062398
公開日2013年5月8日 申請日期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, 談夢澤, 馬建設(shè), 康吉強, 張波常, 吳宗昊 申請人:清華大學(xué)深圳研究生院