CN102724545A - 裸眼3d显示设备的性能指标测试方法及测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种裸眼3D显示设备的性能指标测试方法及测试系统，主要解决现有测试技术仅针对分时和分光设备且仅依靠局部信息进行性能评估，且不能对裸眼3D显示设备性能进行测试的问题。其实现方案是：根据人眼视觉系统对立体图像感知的特点，设计表征裸眼3D显示器显示性能的客观评价指标及其各自测量方法；利用立体相机采集的图像计算得到评价裸眼3D设备显示性能的7个指标参数，即左通道亮度串扰度CT_L、右通道亮度串扰度CT_R、左通道亮度对比度C_L、右通道亮度对比度C_R、亮度差异值dL、亮度对比度差异值dC和莫尔纹强度指数dM，通过这些参数检验裸眼3D显示设备的性能。本发明可用于裸眼3D显示设备的质量检查与筛选，保证进入市场的产品质量达标。

Description

裸眼3D显示设备的性能指标测试方法及测试系统

技术领域

本发明涉及测试技术领域，具体涉及对裸眼3D显示设备性能指标的测试与客观评价，包括左通道亮度串扰度CT_L、右通道亮度串扰度CT_R、左通道亮度对比度C_L、右通道亮度对比度C_R、亮度差异值dL、亮度对比度差异值dC和莫尔纹强度指数dM，可用于裸眼3D显示设备出厂时的性能指标测试、质量检查与筛选。

背景技术

3D显示技术即三维显示技术，是一种将空间三维信息重现的显示技术，其将三维立体信息通过专用的显示设备传送给人眼视觉系统，人脑据该立体信息形成三维立体感知。目前的三维显示技术按其成像原理可被分为真三维显示和双眼视差三维显示，真三维显示主要以体显示为代表，是三维立体信息空间投影的结果；双眼视差三维显示技术主要包括传统的色分法又称光分法、时分法、偏光法和空分法，这些技术均要求用户佩戴辅助成像的眼镜，另有利用狭缝光栅和柱镜光栅进行分光的裸眼3D显示技术，将辅助成像的眼镜“戴”到显示设备上，以实现用户裸眼观看三维显示的目的。

由于基于分光和分时等技术的3D显示技术需要佩戴辅助成像眼睛，易导致用户用眼疲劳、观看不方便等诸多问题，特别是对于移动设备，如手机而言，若观看时需佩戴3D辅助眼镜，不仅大大影响该产品的用户体验效果，而且会引起三维移动终端及其配件不方便携带的问题。因此，在3D显示设备方面，各大厂商更热衷于研究无需佩戴眼镜即可观看图像的裸眼3D技术，目前也有裸眼3D电视、手机面世。然而，裸眼3D显示技术也存在诸如左右通道串扰严重、观看范围较小且固定、左右眼视图合成引起的色彩偏差串扰等问题，同时由于各厂商采用的技术不同，对产品的评价方法也各不相同，性能指标也无法统一，导致评价体系的混乱从而使用户无法对产品获得清晰的认识。

国内发明专利“一种评测立体图像质量的方法”给出了评测立体图像质量的方法，却并不涉及显示设备性能指标的测试。诺基亚研究中心和芬兰坦佩雷理工大学针对裸眼3D显示设备的客观评价问题发表了名为“Characterizingautostereoscopic 3D displays”的文章，文中说明对裸眼3D显示技术的特征进行客观描述的一些方法，如最优视间距、不感知赝像下的移动自由度等三维客观评价参数。但这些参数仅仅涉及观看条件指标的量化，不能完整地评价3D显示设备的显示性能。同样的，法国艾尔迪姆ELDIM公司研制了一种基于傅立叶光学的仪器来测试3D显示设备特性的方法，量化了最优视距、视角自由度、色偏等指标，然而，该设备实现方法复杂、制造成本高昂，且这些参数也并不能完全地评价裸眼3D显示设备成像性能的好坏。

为规范国内3D立体显示行业的发展，我国信息产业部也正努力推行行业规范化发展。正拟的《立体电视图像质量测试方法》和《3D安全规范》讨论稿给出了针对需要佩戴立体眼镜作为辅助设备的分时式和分光式平板立体电视机和平板立体显示设备的测试方法，对于裸眼3D显示设备的性能指标测试具有一定的参考意义，但不可直接使用。

综上所述，现有测试方法主要针对分光或分时技术的3D显示设备，对裸眼3D显示设备显示性能指标的测试目前尚无有效可行的方法，这将导致裸眼3D显示器出厂时无客观指标系统可评价其显示性能，不利用该类产品品质的检测、鉴定与筛选，易造成显示质量不达标的产品流通市场，导致用户使用过程中头晕等身体不适反应。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提出一种裸眼3D显示设备的性能指标测试方法，通过左通道亮度串扰CT_L、右通道亮度串扰CT_R、左通道亮度对比度C_L、右通道亮度对比度C_R、亮度差异值dL、亮度对比度差异值dC这六个指标参数的测试，保证进入市场的产品质量达标，避免对人体的危害。

为实现上述目的，本发明的裸眼3D显示设备的性能指标测试方法，包括如下步骤：

1)对立体相机的焦平面阵列进行参数标定和反Gamma校正，即γ^-1校正；

2)设计标准测试图像

设计四对标准测试立体图像对，其中：第一对图像的左通道图像f_Lwb灰度值为255，即白屏，右通道图像f_Rwb灰度值为0，即黑屏；第二对图像的左通道图像f_Lbw灰度值为0，右通道图像f_Rbw灰度值为255；第三对图像的左右通道图像f_Lbb、f_Rbb灰度值均为0；第四对图像的左右通道图像f_Lww、f_Rww灰度值均为255；

3)搭建测试平台

首先将光学平台调至水平状态；将半圆形导轨放置于暗室测试光学平台中央，用铆钉固定；用夹具夹紧待测设备、用光具座将其安装在半圆形导轨的圆心处，且待测设备的屏幕表面法线方向与半圆形导轨直径面外法线P方向一致，即待测设备屏幕与光学平台水平面垂直，且待测设备屏幕的底边与半圆形导轨直边平行；立体相机经夹具夹紧后通过螺杆与滑块连接成一个整体，该整体只在距离待测设备屏幕中心点恒定半径R的半圆形导轨上滑动，即只在离屏幕中心点距离为R的最佳观看范围内移动；连接立体相机与指标计算单元的数据接收模块，并使立体相机左右镜头按人类双眼瞳距放置且正对屏幕的左右通道光路，左右镜头的中心水平线与待测裸眼3D设备屏幕的中心水平线同在测试水平面H内；

4)设定立体相机参数

设定立体相机适度曝光情况下、且每次拍摄的曝光时间均相同的工作参数，包括相机的光圈F数、快门速度；根据待测设备显示的亮度情况，设置立体相机的感光度；根据待测设备的最佳观看距离R，设定立体相机的镜头焦距；

5)拍摄测试图像

通过裸眼3D显示设备依次显示四对标准测试立体图像对，控制立体相机对待测设备显示的每一对图像对左右通道图像分别采集K次，K≥2，得到四对图像对数据组，即第一对标准测试立体图像对的左通道图像数据组右通道图像数据组

第二对标准测试立体图像对的左通道图像数据组右通道图像数据组第三对标准测试立体图像对的左通道图像数据组

右通道图像数据组

第四对标准测试立体图像对的左通道图像数据组

右通道图像数据组

6)数据接收与噪声抑制

将四对标准测试立体图像对的八组数据组通过硬件接口传输至计算机，并将这八组数据组l∈{0,1,2,…,K}代入公式：其中X为角标标记{Lwb,Rwb,Lbw,Rbw,Lbb,Rbb,Lww,Rww}中的取值，得到四对八幅去噪后的图像，即第一对图像的左通道图像L_Lwb、右通道图像L_Rwb；第二对图像的左通道图像L_Lbw、右通道图像L_Rbw；第三对图像的左通道图像L_Lbb、右通道图像L_Rbb；第四对图像的左通道图像L_Lww、右通道图像L_Rww；

7)利用步骤6)中所得的图像，计算裸眼3D显示设备显示性能指标：

7a)计算左通道亮度串扰度CT_L和右通道亮度串扰度CT_R：

${\mathrm{CT}}_L=\frac{L_{\mathrm{Lbw}}-L_{\mathrm{Lbb}}}{L_{\mathrm{Lwb}}-L_{\mathrm{Lbb}}}\×100\%,$ ${\mathrm{CT}}_R=\frac{L_{\mathrm{Rwb}}-L_{\mathrm{Rbb}}}{L_{\mathrm{Rbw}}-L_{\mathrm{Rbb}}}\×100\%;$

7b)计算左通道亮度对比度C_L和右通道亮度对比度C_R：

$C_L=\frac{L_{\mathrm{Lww}}}{L_{\mathrm{Lbb}}},$ $C_R=\frac{L_{\mathrm{Rww}}}{L_{\mathrm{Rbb}}};$

7c)计算待测设备的亮度差异值dL：

$\mathrm{dL}=\frac{|L_{\mathrm{Lww}}-L_{\mathrm{Rww}}|}{\min (L_{\mathrm{Lww}},L_{\mathrm{Rww}})}\×100\%,$

其中，min(·)表示取自变量中的最小值作为函数应变量输出；

7d)利用步骤7b)中获得的左通道亮度对比度C_L和右通道亮度对比度C_R数据，计算待测设备的亮度对比度差异值dC：

$\mathrm{dC}=\frac{|C_L-C_R|}{\min (C_L,C_R)}\×100\%;$

7e)计算待测设备的莫尔纹强度指数dM：

dM＝[n_L×(I_L-max-I_L-min)²+n_R×(I_R-max-I_R-min)²]^1/2，

其中：n_L为左通道图像中亮暗条纹变化的周期数，

n_R为右通道图像中亮暗条纹变化的周期数，

I_L-max为左通道图像中所有亮条纹的平均亮度，

I_R-max为右通道图像中所有亮条纹的平均亮度，

I_L-min为左通道图像中所有暗条纹的平均亮度，

I_R-min为图像中所有暗条纹的平均亮度。

为实现上述目的，本发明的裸眼3D显示设备的性能指标测试系统，包括测试平台、立体相机和指标计算单元，其特征在于：

测试平台，位于暗室环境中，它包括待测设备、光学平台、半圆形导轨和光机配件，用于提供测试环境、支撑待测设备与立体相机，并以半圆形导轨及相关光机配件调整立体相机与待测设备之间相对位置；

立体相机，放置在测试平台的半圆形导轨上，测试时，通过立体相机的快门和光圈控制相机曝光时间，对待测设备所显示的每一对标准测试图像对进行多次拍摄，获取测试图像数据组。

指标计算单元，包括数据接收模块、噪声抑制模块和指标计算与显示模块；该数据接收模块与立体相机相连，接收由立体相机拍摄得到的图像数据组；该噪声抑制模块，与数据接收模块相连，用于对所得到的图像数据组按帧相加取平均，消除因待测设备抖动与立体相机CCD暗电流引起的噪声；该指标计算与显示模块与噪声抑制模块相连，用于利用去噪后的图像计算待测设备的性能指标，并给出性能指标计算的结果。

所述光机配件包括夹具、螺杆、光具座、滑块、铆钉，用于调整和固定立体相机及待测设备的位置。

所述半圆形导轨，是以待测设备显示屏幕中心点为圆心、以待测设备的最佳视距R为半径的光学导轨，测试时，待测设备由光具座固定放置在半圆形导轨圆心处，且屏幕表面法线方向与半圆形导轨直径面外法线P方向一致；立体相机正对屏幕的左右通道光路，在光机配件的辅助下在半圆形导轨上移动，其左右镜头的中心水平线与待测裸眼3D设备屏幕的中心水平线同在测量水平面H内。

所述立体相机，可采用性能参数相同的两个镜头和性能参数相同的两台焦平面阵列组成，其焦平面阵列可为CCD或CMOS器件，将两对镜头和焦平面阵列分别通过两套紧固螺纹咬合构成左相机和右相机，左右两相机的镜头按人类双眼瞳间距放置，且分别与裸眼3D显示设备的左右通道光路正对，经过参数标定及γ^-1校正后，用夹具夹紧，通过螺杆与滑块相连接构成一个整体并安装在半圆形导轨上；测试时，该立体相机的左右镜头分别正对待测设备的左右通道光路，设定相机焦距为待测设备的最佳观看距离R，通过立体相机的快门和光圈控制曝光时间，对待测设备显示的每一对标准测试立体图像对进行多次拍摄，并将拍摄得到的图像数据组通过相机上的硬件接口上传至指标计算单元。

所述立体相机，可进一步仅采用一个镜头和一台焦平面阵列组成，其焦平面阵列可为CCD或CMOS器件，该镜头通过紧固螺纹与相机连接，经过参数标定及γ^-1校正后，用夹具夹紧，通过螺杆与滑块相连接构成一台相机，并安装在半圆形导轨上；测试时，首先将该立体相机放置在正对待测设备左右通道光路之一的位置，对当前待测设备显示的标准测试图像进行多次拍摄；然后将该相机沿半圆形导轨移动到与另一通道光路正对的位置上，即与前一位置相对屏幕垂直中线对称的位置，重复多次拍摄的过程，采集另一通道当前显示的测试图像，并将拍摄得到的图像数据组通过相机上的硬件接口上传至指标计算单元；其中，对左右通道图像采集的先后顺序并不影响测试结果。

所述立体相机，可进一步采用一台具有双镜头双焦平面阵列的一体化3D摄像机，其焦平面阵列可为CCD或CMOS器件，该摄像机经参数标定及γ^-1校正后，用夹具夹紧，通过螺杆与滑块相连接构成一个整体并安装在半圆形导轨上；测试时，该立体相机的左右镜头分别正对待测设备的左右通道光路，设定相机焦距为待测设备的最佳观看距离R，通过立体相机的快门和光圈控制曝光时间，对待测设备显示的每一对标准测试立体图像对进行多次拍摄，并将拍摄得到的图像数据组通过相机上的硬件接口上传至指标计算单元。

所述指标计算单元采用主控计算机或专用硬件电路系统上的软硬件资源实现。

所述数据接收模块，采用USB接口或网口或专用图像采集卡上的CameraLink接口实现，用于接收立体相机拍摄得到的图像数据并传输至后续处理模块。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明不同于传统测试办法仅针对分时和分光3D显示设备性能指标的测量，致力于对裸眼3D设备显示性能指标的测试，设计了针对裸眼3D设备的测试平台和测试方法，能规范进入市场的裸眼3D设备产品质量；

2.本发明提出了针对裸眼3D显示设备最影响观看体验的七个性能指标：左通道亮度串扰CT_L、右通道亮度串扰CT_R、左通道亮度对比度C_L、右通道亮度对比度C_R、亮度差异值dL、亮度对比度差异值dC和莫尔纹强度指数dM，可全面、客观地评价裸眼3D显示设备的显示性能；

3.由于左右通道串扰、亮度和对比度差异是引起用户3D观看时身体不适最重要的因素，因此本发明关于左通道亮度串扰CT_L、右通道亮度串扰CT_R、亮度差异值dL、亮度对比度差异值dC的准确测量，能防止质量不达标的裸眼3D产品进入市场、对用户身体健康造成伤害；

4.不同于传统使用亮度计依靠局部亮度信息测试3D设备全局性能的方法，本发明采用CCD和CMOS等焦平面阵列对裸眼3D设备的显示内容进行拍摄，用整幅图像数据参与指标计算，使测试指标能全面地表征裸眼3D显示设备的全局显示性能；

5.本发明由于采用了标定系统参数并作γ^-1校正后的立体相机对裸眼3D设备显示内容进行拍摄，同时对所采集的图像进行相加取平均去噪，消除了CCD相机暗电流及裸眼3D显示设备抖动的影响，使参与指标计算的图像数据真实可靠，得到的指标计算结果更真实地描述裸眼3D显示设备的性能。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图；

图2是本发明测试时待测设备与立体相机及测试平台之间的位置关系；

图3是本发明测试时使用的四对标准测试立体图像对；

图4是本发明的测试方法流程图。

具体实施方式

裸眼3D属于新型的三维立体显示技术，在未来的虚拟现实、影音娱乐、体感交互中均具有重要作用，为避免质量不合格的裸眼3D产品流通市场，造成对用户身体的伤害，本发明根据人眼视觉系统对立体图像感知的特点，设计了左通道亮度串扰CT_L、右通道亮度串扰CT_R、左通道亮度对比度C_L、右通道亮度对比度C_R、亮度差异值dL、亮度对比度差异值dC和莫尔纹强度指数dM七个指标参数及其测试方法，并给出测试系统的搭建方法。以下结合附图，完整地描述本发明的测试系统搭建与具体指标的测试过程。

参照图1，本发明的测试系统包括测试平台1、立体相机2和指标计算单元3三部分，测试时，位于测试平台1上的待测设备11显示标准测试图像，其左右眼视图分别由立体相机2的左镜头21和右镜头22采集，并上传至指标计算单元3进行处理。这三部分的结构关系如图2所示。

参照图2，测试平台1位于暗室环境中，用于提供测试环境、支持待测设备11与立体相机2，它包括光学平台12、半圆形导轨13和光机配件。其中：待测设备11通过光机配件14安装在半圆形导轨13圆心处，其待测设备屏幕表面与光学平台12表面垂直，且屏幕底边与半圆形导轨13的直边平行。

所述的光机配件，包括夹具141、螺杆142、光具座143、滑块144和铆钉145。

所述的半圆形导轨13，是以待测设备11显示屏幕中心点在光学平台12上的投影点为圆心、以待测设备11的最佳观看距离R为半径制作的光学导轨，其直边与弧边可分离、依靠铆钉145连接，用以辅助调节待测设备11和立体相机2在距离R内的相对位置关系。

所述的立体相机2，通过夹具141、螺杆142和滑块144安装并放置在测试平台1的半圆形导轨13上，立体相机2在滑块144的辅助下能在半圆形导轨13上移动，它的左镜头21、右镜头22分别正对待测设备显示屏幕的左右通道光路，镜头的中心水平线与待测裸眼3D设备屏幕的中心水平线同在测试水平面H内；测试时，通过立体相机2的快门和光圈控制相机曝光时间，对待测设备所显示的每一对标准测试图像对进行多次拍摄，获取测试图像数据组。

指标计算单元3，包括数据接收模块31、噪声抑制模块32和指标计算与显示模块33；该数据接收模块31与立体相机2相连，接收由立体相机拍摄得到的图像数据组；该噪声抑制模块32与数据接收模块31相连，用于对所得到的图像数据组按帧相加取平均，消除因待测设备抖动与立体相机CCD暗电流引起的噪声；该指标计算与显示模块33与噪声抑制模块32相连，用于利用去噪后的图像计算待测设备的性能指标，并给出性能指标计算的结果。

所述的立体相机2，可采用如下三种结构：

结构1：采用性能参数相同的左镜头21、右镜头22和性能参数相同的左焦平面阵列23、右焦平面阵列24组成，焦平面阵列可为CCD或CMOS器件，将两套镜头和焦平面阵列分别通过两套紧固螺纹咬合构成左相机和右相机，经过参数标定及γ^-1校正后，即通过先测得焦平面阵列红绿蓝三色的γ感光特性曲线，进而标定该焦平面阵列红绿蓝三色的γ值，并根据三色γ值校正焦平面阵列的成像结果，其左镜头21与右镜头22之间按人类双眼瞳距放置，且分别与待测设备11显示的左右通道光路正对，用夹具141夹紧，通过螺杆142与滑块144连接构成一个整体并安装在半圆形导轨13上；测试时，该立体相机2的左右镜头21和22分别正对待测设备11的左右通道光路，其焦距被设定为待测设备11的最佳观看距离R，通过立体相机2的快门和光圈控制曝光时间，对待测设备11显示的每一对标准测试立体图像对进行多次拍摄，并将拍摄得到的图像数据组通过相机上的硬件接口上传至指标计算单元3。

结构2：仅采用一个镜头和一台焦平面阵列组成，其焦平面阵列可为CCD或CMOS器件，该镜头通过紧固螺纹与焦平面阵列连接为一台相机，再进行参数标定及γ^-1校正，即通过先测得焦平面阵列红绿蓝三色的γ感光特性曲线，进而标定该焦平面阵列红绿蓝三色的γ值，并根据三色γ值校正焦平面阵列的成像结果，校正后再用夹具141夹紧，通过螺杆142与滑块144安装在半圆形导轨13上；测试时，通过光路时间复用的方法复用该相机为一台立体相机2，首先将该立体相机2放置在正对待测设备左右通道光路之一的位置，对当前待测设备11显示的标准测试图像进行多次拍摄；然后将该相机沿半圆形导轨13移动到与另一通道光路正对的位置上，即与前一位置相对屏幕垂直中线对称的位置，重复多次拍摄的过程，采集另一通道当前显示的测试图像，并将拍摄得到的图像数据组通过相机上的硬件接口上传至指标计算单元3；其中，对左右通道图像采集的先后顺序并不影响测试结果。

结构3：采用一台具有双镜头双焦平面阵列的一体化3D摄像机，其焦平面阵列可为CCD或CMOS器件，该摄像机经过参数标定及γ^-1校正后，用夹具141夹紧，通过螺杆142与滑块144相连接构成一个整体并安装在半圆形导轨上；测试时，该立体相机2的左右镜头分别正对待测设备的左右通道光路，设定相机焦距为待测设备的最佳观看距离R，通过立体相机2的快门和光圈控制曝光时间，对待测设备显示的每一对标准测试立体图像对进行多次拍摄，并将拍摄得到的图像数据组通过相机上的硬件接口上传至指标计算单元3。

所述的指标计算单元3采用主控计算机或专用硬件电路系统上的软硬件资源实现。其中数据接收模块31，采用USB接口或网口或专用图像采集卡上的CameraLink接口实现，用于接收立体相机2拍摄得到的图像数据并传输至后续处理模块。

参照图4，本发明裸眼3D显示设备的性能指标测试方法，包括如下步骤：

步骤1：对立体相机的焦平面阵列进行参数标定和反Gamma校正，即γ^-1校正。

由于本发明的测试方法用于测试衡量裸眼3D显示设备图像显示质量的关键指标，其中包括对亮度和色度的测试，因此首先需要对立体相机的焦平面阵列如CCD芯片和CMOS芯片的γ参数进行标定，即对其红绿蓝三色光强响应曲线进行γ^-1校正，以获得真实的3D显示设备显示亮度、色度信息。

1a)搭建相机γ参数标定系统，使用待标定焦平面阵列拍摄不同亮度下的红绿蓝三色入射光，得到立体相机红色通道测量值L_r、绿色通道测量值L_g和蓝色通道测量值L_b，并使用光功率计或亮度计获得红色入射光亮度的真实值C_r、绿色入射光亮度的真实值C_g和蓝色入射光亮度的真实值C_b，据此分别绘制出该相机红绿蓝三色通道的感光曲线，即光强响应曲线，或代入下式即可求得焦平面阵列红色通道γ_r值、绿色通道γ_g值、蓝色通道γ_b值：

$L_r=K{C_r}^{{\mathrm{\γ}}_r}+N_{\mathrm{\σ}}$

$L_g=K{C_g}^{{\mathrm{\γ}}_g}+N_{\mathrm{\σ}}$

$L_b={{\mathrm{KC}}_b}^{{\mathrm{\γ}}_b}+N_{\mathrm{\σ}},$

其中：K是将光强单位的数转为图像灰度值时产生的常数；N_σ是对焦平面阵列在光电转换过程中产生的高斯白噪声的估计，该噪声仅与噪声灰度值的标准差σ有关；

1b)根据步骤1a)中标定所得的γ_r、γ_g、γ_b数值，对高斯白噪声的估计N_σ以及焦平面阵列对实际场景的测量值L_r、L_g、L_b，进行γ^-1校正，即是将立体相机拍摄所得图像的红绿蓝三通道灰度值分别代入下列焦平面阵列红绿蓝三色光强响应反函数C_r、C_g、C_b，求取该图像对应的真实场景红绿蓝三通道灰度值C_r、C_g、C_b：

$C_r={[(L_r-N_{\mathrm{\σ}})/K]}^{{{\mathrm{\γ}}_r}^{-1}}$

$C_g={[(L_g-N_{\mathrm{\σ}})/K]}^{{{\mathrm{\γ}}_g}^{-1}}$

$C_b={[(L_b-N_{\mathrm{\σ}})/K]}^{{{\mathrm{\γ}}_b}^{-1}}.$

步骤2：设计标准测试图像。

参照图3，针对所有待测的性能指标设计四对标准测试立体图像对，其中：图3(a)是第一对标准测试图像，其左通道图像f_Lwb灰度值为255，即白屏，右通道图像f_Rwb灰度值为0，即黑屏；图3(b)是第二对标准测试图像，其左通道图像f_Lbw灰度值为0，右通道图像f_Rbw灰度值为255；图3(c)是第三对标准测试图像，其左右通道图像f_Lbb、f_Rbb灰度值均为0；图3(d)是第四对标准测试图像，其左右通道图像f_Lww、f_Rww灰度值均为255。其中：

左通道亮度串扰CT_L和右通道亮度串扰CT_R利用第一、第二、第三对标准测试图像对数据进行测量；

左通道亮度对比度C_L和右通道亮度对比度C_R利用第三、四对标准测试图像对数据进行测量；

亮度差异值dL和莫尔纹强度指数dM利用第四对标准测试图像对数据进行测量；

亮度对比度差异值dC依靠左通道亮度对比度C_L和右通道亮度对比度C_R的计算结果进行测量。

步骤3：搭建测试平台。

参照图2，首先将光学平台调至水平状态；将半圆形导轨放置于暗室测试光学平台中央，用铆钉固定；用夹具夹紧待测设备、用光具座将其安装在半圆形导轨的圆心处，且待测设备的屏幕表面法线方向与半圆形导轨直径面外法线P方向一致，即待测设备屏幕与光学平台水平面垂直，且待测设备屏幕的底边与半圆形导轨直边平行；立体相机经夹具夹紧后通过螺杆与滑块连接成一个整体，该整体只在距离待测设备屏幕中心点恒定半径R的半圆形导轨上滑动，即只在离屏幕中心点距离为R的最佳观看范围内移动；连接立体相机与指标计算单元的数据接收模块，并使立体相机左右镜头按人类双眼瞳距放置且正对屏幕的左右通道光路，左右镜头的中心水平线与待测裸眼3D设备屏幕的中心水平线同在测试水平面H内。

步骤4：设定立体相机参数。

为使立体相机成像结果亮度适中，不发生过度曝光的现象，手动设置光圈的F数为8或9或11，快门的速度为1/2000秒或1/2500秒或1/3200秒或1/4000秒，保证每次拍摄的曝光时间均相同，即光圈F数与快门速度在每次拍摄时均应相同，并根据待测设备的最佳观看距离R设定立体相机镜头的焦距。

步骤5：拍摄测试图像。

通过裸眼3D显示设备依次显示四对标准测试立体图像对，控制立体相机对待测设备显示的每一对图像对左右通道图像分别采集K次，K≥2，得到四对图像对数据组，即第一对标准测试立体图像对的左通道图像数据组

右通道图像数据组

第二对标准测试立体图像对的左通道图像数据组右通道图像数据组

第三对标准测试立体图像对的左通道图像数据组

右通道图像数据组

第四对标准测试立体图像对的左通道图像数据组右通道图像数据组

在拍摄过程中应保证立体相机与裸眼3D显示设备之间相对距离不变，且每对标准测试图像的K次拍摄应在较短时间内完成。

所有图像拍摄结果均应根据立体相机参数标定的结果，按颜色通道分别代入焦平面阵列红绿蓝光强响应的反函数进行γ^-1校正。

步骤6：数据接收与噪声抑制。

为消除平台扰动、CCD芯片电子热运动及显示设备闪烁引起的噪声干扰，将对待测设备显示的四对标准测试立体图像对进行拍摄，得到的八组数据组通过数据接收单元传输至噪声抑制单元，并将这八组图像数据组

其中l∈{0,1,2,…,K}，分别代入下列公式进行噪声抑制：

$L_X=\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{f}_X^k\right)/L,$

其中，X为角标标记{Lwb,Rwb,Lbw,Rbw,Lbb,Rbb,Lww,Rww}中的取值，由此得到四对八幅去噪后的图像，即第一对图像对的左通道图像L_Lwb、右通道图像L_Rwb；第二对图像对的左通道图像L_Lbw、右通道图像L_Rbw；第三对图像对的左通道图像L_Lbb、右通道图像L_Rbb；第四对图像对的左通道图像L_Lww、右通道图像L_Rww。

步骤7：利用步骤6中获得的图像数据，计算裸眼3D显示设备的性能指标参数：

7a)计算左通道亮度串扰度CT_L：该指标表征待测裸眼3D显示设备的左通道亮度受到右通道亮度干扰的程度，其计算公式如下：

${\mathrm{CT}}_L=\frac{L_{\mathrm{Lbw}}-L_{\mathrm{Lbb}}}{L_{\mathrm{Lwb}}-L_{\mathrm{Lbb}}}\×100\%,$

其中，CT_L值越小，表明该待测设备的左通道亮度受到来自右通道亮度的串扰程度越轻，待测设备的显示性能越好；

7b)计算右通道亮度串扰度CT_R：该指标表征待测裸眼3D显示设备的右通道亮度受到左通道亮度干扰的程度，其计算公式如下：

${\mathrm{CT}}_R=\frac{L_{\mathrm{Rwb}}-L_{\mathrm{Rbb}}}{L_{\mathrm{Rbw}}-L_{\mathrm{Rbb}}}\×100\%,$

其中，CT_R值越小，表明该待测设备的右通道亮度受到来自左通道亮度的串扰程度越轻，待测设备的显示性能越好；

7c)计算左通道亮度对比度C_L：该指标表征待测裸眼3D显示设备左通道所能表现的最大亮度对比度，即最大动态范围，是待测设备显示第三对和第四对标准测试图像对时，左通道图像最大亮度值与最小亮度值之间的比值，其计算公式如下：

$C_L=\frac{L_{\mathrm{Lww}}}{L_{\mathrm{Lbb}}},$

其中，C_L值越大，表示该待测设备左通道所能表现的亮度对比度越大，即待测设备左通道能显示的动态范围越大，因而待测设备的显示性能越好；

7d)计算右通道亮度对比度C_R：该指标表征待测裸眼3D显示设备右通道所能表现的最大亮度对比度，即最大动态范围，是待测设备显示第三对和第四对标准测试图像对时，右通道图像最大亮度与最小亮度值之间的比值，其计算公式如下：

$C_R=\frac{L_{\mathrm{Rww}}}{L_{\mathrm{Rbb}}},$

其中，C_R值越大，表示该待测设备右通道所能表现的亮度对比度越大，即待测设备右通道能显示的动态范围越大，因而待测设备的显示性能越好；

7e)计算亮度差异值dL：该指标表征待测裸眼3D显示设备左右通道所显示图像的亮度均衡性，即左右通道间的亮度差异值，是待测设备显示第四对标准测试图像对时，左右通道图像间亮度差值与二者中亮度较小值之间的比值，其计算公式如下：

$\mathrm{dL}=\frac{|L_{\mathrm{Lww}}-L_{\mathrm{Rww}}|}{\min (L_{\mathrm{Lww}},L_{\mathrm{Rww}})}\×100\%,$

其中：min(·)表示取自变量中的较小值作为函数的应变量输出；dL值越小，表示待测设备左右通道间显示的亮度差异度越小，其亮度显示越均衡，因而待测设备的显示性能越好；

7f)计算亮度对比度差异值dC：该指标表征待测裸眼3D显示设备左右通道间图像显示亮度对比度的均衡性，即对比度均匀性，是左通道亮度对比度C_L和右通道亮度对比度C_R的差值与二者中数值较小者的比值，其计算公式如下：

$\mathrm{dC}=\frac{|C_L-C_R|}{\min (C_L,C_R)}\×100\%,$

其中，dC值越小，表示裸眼3D显示设备左右通道显示的图像亮度对比度差异越小，其显示的左右通道图像亮度对比度越均衡，因而待测设备的显示性能越好；

7g)计算待测设备的莫尔纹强度指数dM：该指标表征待测裸眼3D显示设备所显示的莫尔纹的强度，测试时，立体相机放置在待测设备的最佳观看位置上，待测设备显示第四对标准测试图像对，此时每一通道显示的图像在水平方向上存在强度周期变化的明暗条纹，垂直方向上的强度基本保持不变，因此明暗条纹的变化可以被建模成沿水平方向分布的条纹，且左通道和右通道明暗条纹强度的变化可用下式中的I_L-moire(x)和I_R-moire(x)等效：

$I_{L-\mathrm{moire}}\left(x\right)=\frac{(I_{L-\max }-I_{L-\min })}{2}\×\sin \left(\frac{2\mathrm{\πx}{n}_L}{H}\right)+\frac{(I_{L-\max }+I_{L-\min })}{2}$

$I_{R-\mathrm{moire}}\left(x\right)=\frac{(I_{R-\max }-I_{R-\min })}{2}\×\sin \left(\frac{2\mathrm{\πx}{n}_R}{H}\right)+\frac{(I_{R-\max }+I_{R-\min })}{2},$

其中：H为图像横方向上的像素总量，且左右通道图像像素数量H相等；

x为横方向的像素坐标；

n_L为左通道图像中亮暗条纹变化的周期数；

n_R为右通道图像中亮暗条纹变化的周期数；

I_L-max为左通道图像中所有亮条纹的平均亮度

I_R-max为右通道图像中所有亮条纹的平均亮度；

I_L-min为左通道图像中所有暗条纹的平均亮度；

I_R-min为图像中所有暗条纹的平均亮度。

根据上述对待测设备左右通道明暗条纹变化I_L-moire(x)和I_R-moire(x)的等效结果，得到描述左通道亮条纹的平均亮度I_L-max、左通道暗条纹的平均亮度I_L-min、右通道亮条纹的平均亮度I_R-max和右通道暗条纹的平均亮度I_R-min的值，因此该待测设备的莫尔纹强度指数dM可用下式计算得到：

dM＝[n_L×(I_L-max-I_L-min)²+n_R×(I_R-max-I_R-min)²]^1/2，

计算得到的莫尔纹强度指数dM数值越小，表明待测设备显示的莫尔纹强度越小，能被人眼接收到的成分就越小。莫尔纹强度指数可被用以定义裸眼3D显示设备的最佳观看范围：在待测设备显示区域内，莫尔纹强度指数最小的区域即为待测设备的最佳观看范围。

以上描述仅是本发明的一个具体实施例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种裸眼3D显示设备的性能指标测试方法，包括如下步骤：

1)对立体相机的焦平面阵列进行参数标定和反Gamma校正，即γ^-1校正；

2)设计标准测试图像

设计四对标准测试立体图像对，其中：第一对图像的左通道图像f_Lwb灰度值为255，即白屏，右通道图像f_Rwb灰度值为0，即黑屏；第二对图像的左通道图像f_Lbw灰度值为0，右通道图像f_Rbw灰度值为255；第三对图像的左右通道图像f_Lbb、f_Rbb灰度值均为0；第四对图像的左右通道图像f_Lww、f_Rww灰度值均为255；

3)搭建测试平台

首先将光学平台调至水平状态；将半圆形导轨放置于暗室测试光学平台中央，用铆钉(145)固定；用夹具(141)夹紧待测设备、用光具座(143)将其安装在半圆形导轨的圆心处，且待测设备的屏幕表面法线方向与半圆形导轨直径面外法线P方向一致，即待测设备屏幕与光学平台水平面垂直，且待测设备屏幕的底边与半圆形导轨直边平行；立体相机经夹具(141)夹紧后通过螺杆(142)与滑块(144)连接成一个整体，该整体只在距离待测设备屏幕中心点恒定半径R的半圆形导轨上滑动，即只在离屏幕中心点距离为R的最佳观看范围内移动；连接立体相机与指标计算单元的数据接收模块，并使立体相机左右镜头按人类双眼瞳距放置且正对屏幕的左右通道光路，左右镜头的中心水平线与待测裸眼3D设备屏幕的中心水平线同在测试水平面H内；

4)设定立体相机参数

设定立体相机适度曝光情况下、且每次拍摄的曝光时间均相同的工作参数，包括相机的光圈F数、快门速度；根据待测设备显示的亮度情况，设置立体相机的感光度；根据待测设备的最佳观看距离R，设定立体相机的镜头焦距；

5)拍摄测试图像

通过裸眼3D显示设备依次显示四对标准测试立体图像对，控制立体相机对待测设备显示的每一对图像对左右通道图像分别采集K次，K≥2，得到四对图像对数据组，即第一对标准测试立体图像对的左通道图像数据组

右通道图像数据组

第二对标准测试立体图像对的左通道图像数据组右通道图像数据组

第三对标准测试立体图像对的左通道图像数据组右通道图像数据组

第四对标准测试立体图像对的左通道图像数据组

右通道图像数据组

6)数据接收与噪声抑制

将四对标准测试立体图像对的八组数据组通过硬件接口传输至计算机，并将这八组数据组

l∈{0,1,2,…,K}代入公式：

其中X为角标标记{Lwb,Rwb,Lbw,Rbw,Lbb,Rbb,Lww,Rww}中的取值，得到四对八幅去噪后的图像，即第一对图像的左通道图像L_Lwb、右通道图像L_Rwb；第二对图像的左通道图像L_Lbw、右通道图像L_Rbw；第三对图像的左通道图像L_Lbb、右通道图像L_Rbb；第四对图像的左通道图像L_Lww、右通道图像L_Rww；

7)利用步骤6)中所得的图像，计算裸眼3D显示设备显示性能指标：

7a)计算左通道亮度串扰度CT_L和右通道亮度串扰度CT_R：

${\mathrm{CT}}_L=\frac{L_{\mathrm{Lbw}}-L_{\mathrm{Lbb}}}{L_{\mathrm{Lwb}}-L_{\mathrm{Lbb}}}\×100\%,$ ${\mathrm{CT}}_R=\frac{L_{\mathrm{Rwb}}-L_{\mathrm{Rbb}}}{L_{\mathrm{Rbw}}-L_{\mathrm{Rbb}}}\×100\%;$

7b)计算左通道亮度对比度C_L和右通道亮度对比度C_R：

$C_L=\frac{L_{\mathrm{Lww}}}{L_{\mathrm{Lbb}}},$ $C_R=\frac{L_{\mathrm{Rww}}}{L_{\mathrm{Rbb}}};$

7c)计算待测设备的亮度差异值dL：

$\mathrm{dL}=\frac{|L_{\mathrm{Lww}}-L_{\mathrm{Rww}}|}{\min (L_{\mathrm{Lww}},L_{\mathrm{Rww}})}\×100\%,$

其中，min(·)表示取自变量中的最小值作为函数应变量输出；

7d)利用步骤7b)中获得的左通道亮度对比度C_L和右通道亮度对比度C_R数据，计算待测设备的亮度对比度差异值dC：

$\mathrm{dC}=\frac{|C_L-C_R|}{\min (C_L,C_R)}\×100\%.$

7e)计算待测设备的莫尔纹强度指数dM：

dM＝[n_L×(I_L-max-I_L-min)²+n_R×(I_R-max-I_R-min)²]^1/2

其中：n_L为左通道图像中亮暗条纹变化的周期数，n_R为右通道图像中亮暗条纹变化的周期数，I_L-max为左通道图像中所有亮条纹的平均亮度，I_R-max为右通道图像中所有亮条纹的平均亮度，I_L-min为左通道图像中所有暗条纹的平均亮度，I_R-min为图像中所有暗条纹的平均亮度。

2.一种裸眼3D显示设备的性能指标测试系统，包括测试平台(1)、立体相机(2)和指标计算单元(3)，其特征在于：

测试平台(1)，位于暗室环境中，它包括待测设备(11)、光学平台(12)、半圆形导轨(13)和光机配件(14)，用于提供测试环境、支撑待测设备(11)与立体相机(2)，并以半圆形导轨(13)及相关光机配件(14)调整立体相机与待测设备之间相对位置；

立体相机(2)，放置在测试平台的半圆形导轨上,测试时，通过立体相机的快门和光圈控制相机曝光时间，对待测设备所显示的每一对标准测试图像对进行多次拍摄，获取测试图像数据组；

指标计算单元(3)，包括数据接收模块(31)、噪声抑制模块(32)和指标计算与显示模块(33)；该数据接收模块(31)与立体相机(2)相连，接收由立体相机拍摄得到的图像数据组；该噪声抑制模块(32)，与数据接收模块(31)相连，用于对所得到的图像数据组按帧相加取平均去噪，消除因待测设备抖动与立体相机CCD暗电流引起的噪声；该指标计算与显示模块(33)与噪声抑制模块(32)相连，用于利用去噪后的图像计算待测设备的性能指标，并给出性能指标计算的结果。

3.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于：所述光机配件(14)包括夹具(141)、螺杆(142)、光具座(143)、滑块(144)、铆钉(145)，用于调整和固定立体相机及待测设备的位置。

4.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于：所述半圆形导轨(13)，是以待测设备显示屏幕(11)中心点为圆心、以待测设备的最佳视距R为半径制作的光学导轨，其直边与弧边可分离、依靠铆钉(145)连接；测试时，待测设备由光具座(143)固定放置在半圆形导轨圆心处，且屏幕表面法线方向与半圆形导轨直径面外法线P方向一致，即屏幕表面与光学平台表面垂直，屏幕底边与半圆形导轨直边平行；立体相机正对屏幕的左右通道光路，在光机配件(14)的辅助下在半圆形导轨上移动，其左右镜头的中心水平线与待测裸眼3D设备屏幕的中心水平线同在测量水平面H内。

5.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于：所述立体相机(2)，可采用性能参数相同的两个镜头和性能参数相同的两台焦平面阵列组成，其焦平面阵列可为CCD或CMOS器件，将两对镜头和焦平面阵列分别通过两套紧固螺纹咬合构成左相机和右相机，左右两相机的镜头按人类双眼瞳间距放置，且分别与裸眼3D显示设备的左右通道光路正对，经过参数标定及γ^-1校正后，用夹具(141)夹紧，通过螺杆(142)与滑块(144)相连接构成一个整体并安装在半圆形导轨上；测试时，该立体相机(2)的左右镜头分别正对待测设备的左右通道光路，设定相机焦距为待测设备的最佳观看距离R，通过立体相机(2)的快门和光圈控制曝光时间，对待测设备显示的每一对标准测试立体图像对进行多次拍摄，并将拍摄得到的图像数据组通过相机上的硬件接口上传至指标计算单元(3)。

6.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于：所述立体相机(2)，可进一步仅采用一个镜头和一台焦平面阵列组成，其焦平面阵列可为CCD或CMOS器件，该镜头通过紧固螺纹与相机连接，经过参数标定及γ^-1校正后，用夹具(141)夹紧，通过螺杆(142)与滑块(144)相连接构成一台相机，并安装在半圆形导轨上；测试时，首先将该立体相机放置在正对待测设备左右通道光路之一的位置，对当前待测设备显示的标准测试图像进行多次拍摄；然后将该相机沿半圆形导轨移动到与另一通道光路正对的位置上，即与前一位置相对屏幕垂直中线对称的位置，重复多次拍摄的过程，采集另一通道当前显示的测试图像，并将拍摄得到的图像数据组通过相机上的硬件接口上传至指标计算单元(3)；其中，对左右通道图像采集的先后顺序并不影响测试结果。

7.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于：所述立体相机(2)，可进一步采用一台具有双镜头双焦平面阵列的一体化3D摄像机实现。

8.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于：所述指标计算单元(3)采用主控计算机或专用硬件电路系统上的软硬件资源实现。

9.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于：所述数据接收模块(31)，采用USB接口或网口或专用图像采集卡上的CameraLink接口实现，用于接收立体相机(2)拍摄得到的图像数据并传输至后续处理模块。

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