CN103260040A - 基于人眼视觉特性的3d显示自适应调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于人眼视觉特性的3D显示自适应调节方法，本方法分析了3D画面的形成原理，即双眼观察物体时，物体表面的光线到达左眼和右眼的距离和角度是不同的，物体左侧的光线会更多的进入左眼，而物体右侧的光线则会更多的进入右眼，这光线的不同会使双眼产生不同的视觉信号，从而在产生3D立体感。提出一种可以自适应人眼视觉特性的3D画面显示方法，此方法依据双眼成像的视差角为判定门限，要求3D画面不停自适应调整，以满足3D效果成像条件。本发明主要通过自适应调节画面来自适应人眼，因此可以降低3D画面闪烁，缓解3D画面带来的人眼视疲劳，改善3D显示对人眼的危害。

Description

基于人眼视觉特性的3D显示自适应调节方法

技术领域

本发明涉及一种显示技术，尤其是一种涉及人眼视觉特性视角差的3D显示技术，具体地说是一种基于人眼视觉特性的3D显示自适应调节方法。

背景技术

3D显示技术就是利用一系列的光学方法使人左右眼产生视差从而接受到不同的画面，在大脑形成3D（3Dimensions）立体效果的技术。目前主流的桌面3D显示技术有三种红（琥珀）蓝式、光学偏振式以及主动快门式，三者皆需要搭配眼镜来实现。在这三种3D显示技术中，前两者又称被动式3D显示技术，以眼镜本身不提供任何变化为主要特点，其技术相对比较成熟，而第三种快门式3D技术因为会通过眼镜自身的主动调节来达到效果，因此也被称为主动式3D显示技术。作为最新的主动式3D显示技术，快门式3D则是通过快速交替输出存在左右形状差异的2帧连续画面，并关闭相应的眼镜镜片来达到让双眼接受存在差异画面的目的。由于主动快门式3D眼镜一直处于高速的开闭状态，长时间观看很容易造成人眼的疲劳，由于不同的帧变化间断时间和人的个体差异不同，眼镜的疲劳程度和大脑的劳累速度也是不同的，最严重的长时间观看可能引发呕吐等现象。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的3D显示技术易造成人眼疲劳，进而对人眼造成伤害，发明一种基于人眼视觉特性的3D显示自适应调节方法，它能根据人眼的视觉特性，以视差角来自适应调整3D画面的显示，从而改善人眼的疲劳。

本发明的技术方案是：

一种基于人眼视觉特性的3D显示自适应调节方法，其特征是它结合人眼视觉特性，根据物体表面的光线到达左眼和右眼的距离和角度不同，从而利用视差角使3D画面显示根据视差角自适应调节3D图像，达到缓解3D画面带来的人眼视觉疲劳和体验逼真生动的3D效果。

本发明具体步骤包括：

步骤1，计算标准视角和虚像视角；

步骤2，由步骤1得出视差角，并比较视差角值是否在安全范围内；

步骤3，调整超出安全范围的3D图像；当视差角（A－B）=1°时，凸出画面的最大凸出距离为画面像素之间的距离，M'点到屏幕的距离为最大画面凸出距离，凸出画面必须在这个范围之内，3D显示效果为最佳；当视差角（A－B）>1°时，即画面像素之间的距离大于凸出画面的最大凸出距离，此时为超标画面；对于凹陷画面，规定其凹陷屏幕的距离必须小于人眼的瞳距；当且仅当凹陷画面N在此范围内时，3D显示为最佳效果，反之则无法聚焦。

步骤4，输出人眼视觉特性内的3D画面。

所述的标准视角A由瞳距D_e、视距D_v大小构成，其计算方法为：

$A=2*a\tan \frac{D_e/2}{D_v}*180/\mathrm{Pi}$

式中Pi即圆周率常数π，下同。

所述的虚像视角B由最大像素间距离D_p、屏幕的分辨率W_r以及屏幕尺寸大小W_s构成，其计算方法为：

$B=2*a\tan \frac{(D_e+D_m)/2}{D_v}*180/\mathrm{Pi}$

其中D_m为计算出的像距，如下所示：

D_m=D_p*W_s/W_r。

本发明的有益效果：

本发明根据观看者与显示屏幕的距离、屏幕分辨率、屏幕尺寸和人眼瞳距计算出相对视差，利用相对视差来实现自适应3D画面的调节。

本发明根据人眼的视觉特性，计算出虚像和实像之间的视差角，并根据视差角来调节3D图像的显示。

本发明可以降低3D画面闪烁，缓解3D画面带来的人眼视觉疲劳，消除3D显示对人眼的危害。

本发明通过视差角对3D凹、凸画面进行自适应调整，带来逼真生动的3D体验感。

附图说明

图1是观看者感知立体效果原理图。

图2是视差角的计算原理图。

图3是3D显示自适应调节的方法原理图。

图4是自适应调节流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，该图介绍了3D显示效果的形成原理，3D显示中有凹、凸两种画面类型。L代表左眼视图，R代表右眼视图，我们的双眼观察物体时，物体表面的光线到达左眼和右眼的距离和角度是不同的，物体左侧的光线会更多的进入左眼，而物体右侧的光线则会更多的进入右眼，这光线的不同会使双眼产生不同的视觉信号，我们的大脑在接受到不同的信号之后会启动一套复杂的处理系统，将两组信号进行比对和混合，从而在产生物体形状的同时会带来一个副产品立体感。当L在R左边，观察者眼睛观察L与R的视线交点在屏幕后方，则立体画面呈现出凹陷效果，当L在R右边，观察者眼睛观察L与R的视线交点在屏幕前方，则立体画面呈现出凸出效果。

如图2所示，视差角是由标准实像视角A和虚像视角B构成。标准视角A由瞳距D_e、视距D_v大小构成构成，其计算方法为：

$A=2*a\tan \frac{D_e/2}{D_v}*180/\mathrm{Pi}$

同理虚像视角B由最大像素间距离D_p、屏幕的分辨率W_r以及屏幕尺寸大小W_s构成，其计算方法为：

$B=2*a\tan \frac{(D_e+D_m)/2}{D_v}*180/\mathrm{Pi},$

其中   D_m=D_p*W_s/W_r。

最后得出：视差角=视角A－视角B。

如图3所示，3D显示自适应调节的原理是根据视差角来判断的。如图2所示，视差角=视角A－视角B，因此视差角是已知的。对于凸出画面，视差角必须小于安全范围，如（视角A－视角B）<1°，当（视角A－视角B）=1°时，凸出画面的最大凸出距离为画面像素之间的距离，M'点到屏幕的距离为最大画面凸出距离，凸出画面必须在这个范围之内，3D显示效果为最佳，反之无法聚焦如N'点位置，当（视角A－视角B）>1°时，即画面像素之间的距离大于凸出画面的最大凸出距离，此时为超标画面。对于凹陷画面，规定其凹陷屏幕的距离必须小于人眼的瞳距。在图3中，M点为凹陷画面的最大值，此时M点到屏幕的距离和人眼之间的瞳距相等，当且仅当凹陷画面N在此范围内时，3D显示为最佳效果，反之则无法聚焦。

如图4所示，为了能更好的体验3D效果，通过调节画面显示来自适应人眼视觉，因此可以有效的解决3D画面带来的视觉疲劳以及危害。首先需要计算标准视角A和虚像视角B，由两者得出视差角，其中标准视角A是固定的不会变化，虚像视角B是根据图像的变化而变化的。然后用视差角和凸出、凹陷图像的最大安全范围作比较，如果超出其范围，则进行图像调整，直至范围之内，最后通过屏幕进行3D图像输出。

具体实施时标准视角的测量、虚像视角的测量均可采用现有的相关传感技术加以实现。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.一种基于人眼视觉特性的3D显示自适应调节方法，其特征是它结合人眼视觉特性，根据物体表面的光线到达左眼和右眼的距离和角度不同，从而利用视差角使3D画面显示根据视差角自适应调节3D图像，达到缓解3D画面带来的人眼视觉疲劳和体验逼真生动的3D效果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是它包括以下步骤：

步骤1，计算标准视角和虚像视角；

步骤2，由步骤1得出视差角，并比较视差角值是否在安全范围内；

步骤3，调整超出安全范围的3D图像；当视差角（A－B）=1°时，凸出画面的最大凸出距离为画面像素之间的距离，M'点到屏幕的距离为最大画面凸出距离，凸出画面必须在这个范围之内，3D显示效果为最佳；当视差角（A－B）>1°时，即画面像素之间的距离大于凸出画面的最大凸出距离，此时为超标画面；对于凹陷画面，规定其凹陷屏幕的距离必须小于人眼的瞳距；当且仅当凹陷画面N在此范围内时，3D显示为最佳效果，反之则无法聚焦；

步骤4，输出人眼视觉特性内的3D画面。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的标准视角A由瞳距D_e、视距D_v大小构成，其计算方法为：

$A=2*a\tan \frac{D_e/2}{D_v}*180/\mathrm{Pi}$

所述的虚像视角B由最大像素间距离D_p、屏幕的分辨率W_r以及屏幕尺寸大小W_s构成，其计算方法为：

$B=2*a\tan \frac{(D_e+D_m)/2}{D_v}*180/\mathrm{Pi}$

其中D_m为计算出的像距：

D_m=D_p*W_s/W_r。

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