CN105898292A - 一种3d显示主观亮度均匀性的定量测量方法与测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，在屏幕上选取至少5个测试点，通过光学测量仪器测量各测试点视区中的照度，从而得出测试点的照度分布曲线；随后，通过照度与亮度转换公式得到对应的亮度L及亮度分布曲线；根据所得的各测试点视区中的亮度L计算测试点的主观亮度均匀性U_L。通过本发明所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法及测量装置，能得出较为准确的3D显示的主观亮度均匀性，有助于形成符合人眼主观感受的屏幕亮度均匀性的描述；通过引入亮度与照度的物理转换关系，简化测试系统，提高了检测效率。本发明所述的方法有利于3D显示屏幕质量的检测工作。

Description

一种3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法与测量装置

技术领域

本发明涉及3D显示技术领域，特别涉及一种3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法与测量装置。

背景技术

影响3D显示影像质量的因素包括：亮度、串扰、分辨率和色域等。其中，亮度是影响观看效果和观影舒适度的直接因素。研究表明，观看者在高亮度显示的情况下能获得更好的观影体验。

然而亮度不均匀现象普遍存在于屏幕中，即使在高亮度的情况下，亮度均匀性的降低仍然大大限制了显示质量以及观影舒适度。由于3D屏幕增加了特殊的装置已实现显示立体影像的功能，因此容易造成一定程度的亮度均匀性下降。尤其是对于自由立体显示，其光强空间分布具有明显的方向性(左右眼视区在空间中交替分布)，传统的评价2D显示亮度均匀性的方法将不再适用。另一方面，人眼对亮度的主观感受与光学亮度之间并非线性关系，对屏幕亮度均匀性的定量描述必须符合人眼的主观感受。对3D显示主观亮度均匀性的定量测评将有助于3D显示屏幕质量的检测工作，并且对3D显示的设计与优化工作有着重要的意义。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足，提供一种3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其能得出较为准确的3D显示的主观亮度均匀性，有助于3D显示屏幕质量的检测工作。

本发明的另一个目的是提供一种3D显示主观亮度均匀性的测量装置。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，在屏幕上选取至少5个测试点，通过光学测量仪器测量各测试点视区中的照度，从而得出测试点的照度分布曲线；随后，通过照度与亮度转换公式得到对应的亮度L及亮度分布曲线；根据所得的各测试点视区中的亮度L计算测试点的主观亮度均匀性U_L。

作为优选，根据所得的各测试点视区中的亮度L计算测试点的亮度平均值A_L和测试点的亮度标准差S_L，通过测试点的亮度平均值A_L和测试点的亮度标准差S_L计算出主观亮度均匀性U_L。

作为优选，在测量某一测试点视区中的照度前，使用带镂空图案的黑色不透光遮盖物遮挡屏幕中非当前测试点的区域。

作为优选，所选取的测试点位于所述屏幕的中心区和边缘区。

作为优选，所述主观亮度均匀性U_L，通过公式(1)得出：

$U_L=(1-\frac{S_L}{A_L})\×100\%,---\left(1\right).$

作为优选，所述测试点为一半径为R的圆形像素区域，R的值为：

$R=D_V\·tan\left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right),---\left(2\right)$

其中：

D_V为观察距离，也就是光学测量仪器与被测屏幕之间的垂直距离；

α为光学测量仪器的视场角。

作为优选，所述照度与亮度转换公式为公式(3)：

$L=\frac{E\·r^2}{\mathrm{\Δ}As\·{\cos }^2\mathrm{\θ}},---\left(3\right)$

其中，L、E分别为亮度和照度，ΔA_S为测试点的面积，θ为光学测量仪器的探头与测试点和探头连线与屏幕法线方向的夹角。

作为优选，完成权利要求1所述的步骤后，移动所述光学测量仪器，使所述光学测量仪器在另一位置上测量各测试点视区中的照度，从而得出测试点的照度分布曲线；随后，通过照度与亮度转换公式得到对应的亮度L及亮度分布曲线；根据所得的各测试点视区中的亮度L计算测试点的主观亮度均匀性U_L。

一种3D显示主观亮度均匀性的测量装置，包括：

照度测量模块，用于测量各测试点视区中的照度，并记录各个测试位置所对应的θ值；

亮度获取模块，通过公式(3)得到各测试点视区中的亮度；

计算主观亮度均匀性模块，根据各测试点视区中的亮度值计算测试点的亮度平均值A_L，根据各测试点视区中的亮度L与亮度平均值A_L计算测试点的亮度标准差S_L；最后通过公式(1)计算主观亮度均匀性U_L。

作为优选，所述照度测量模块为基于光探头的照度测量仪器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过本发明所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法及测量装置，能得出较为准确的3D显示的主观亮度均匀性，有助于形成符合人眼主观感受的屏幕亮度均匀性的描述；通过引入亮度与照度的物理转换关系，简化测试系统，提高了检测效率。本发明所述的方法有利于3D显示屏幕质量的检测工作。

附图说明

图1为本发明所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法的流程示意图；

图2为本发明所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法的实施例1的选取测试点的位置示意图；

图3为本发明所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法的测量装置布置位置的示意图；

图4为所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法测量裸眼3D显示器3D模式下的视区分布图；

图5为所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法的裸眼3D显示器3D模式下测试点的照度分布曲线；

图6为所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法的裸眼3D显示器3D模式下测试点的亮度分布曲线和对应的亮度均匀性分布；

图7为所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法的裸眼3D显示器2D模式下个测试点的亮度分布和对应的亮度均匀性分布。

图中：

1—屏幕；2—光探测器；3—暗条纹；4—亮区；5—暗区。

具体实施方式

实施例1

本发明所述的一种3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，用以准确表达人眼对于3D显示的亮度均匀性主观感受。

通过在屏幕上选取至少5个测试点，通过光学测量仪器测量各测试点视区中的照度，从而得出测试点的照度分布曲线；随后，通过照度与亮度转换公式得到对应的亮度L及亮度分布曲线；根据所得的各测试点视区中的亮度计算测试点的主观亮度均匀性。

下面结合附图，对本发明进行具体说明。

参阅图1，本发明所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法具体方案包含以下步骤：

步骤S101：在被测的屏幕1上选择N个测试点(N不小于5)。N的值越大，测量结果越能反映屏幕的整体主观亮度均匀性情况。

较优的，为了保证测试结果的可靠性，所选测试点应包括位于屏幕中心点位置的测试点以及靠近屏幕1边缘部分的测试点。

图2所示为N＝5时测试点的选择方法。在屏幕1上设置了01～05共五个测试点，每次测量对其中一个测试点进行。为了对屏幕1中某一测试点进行单独测量及保证测量准确，可使用带圆形镂空图案的黑色不透光覆盖物(如黑色卡纸、黑布等)覆盖屏幕1，该圆形镂空区域为当前测试的测试点，即只让当前测试点暴露在外界。例如：若需要对图3示出的01测试点进行测试，则将02～05测试点关闭，仅仅打开01测试点对应的圆孔进行测试。

较优的，每一测试点应为半径为R的圆形像素区域。参见图3，R的值由以下公式确定：

$R=D_V\·tan\left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right),---\left(2\right)$

其中D_V为观察距离，也就是光学测量仪器与被测屏幕之间的垂直距离，较佳地，D_V为被测屏幕的最佳观看距离；α为光学测量仪器的视场角。本发明通过将带圆孔的不透光遮盖物覆盖屏幕的方式限制视场角。为获得较高的亮度测量精确度，α应尽可能小，较佳地，α取值可为α＝1°。

步骤S102:参见图3，在屏幕1中载入黑白测试图像对，将光学测量仪器放置在某一位置，分别测量屏幕上各测试点单独打开时(即带圆形镂空图案的黑色不透光覆盖物覆盖屏幕中非测试点区域时)所测得的照度值。并记录每一测试位置与被测试点之间的相对位置，并计算每一次测量中光束方向与屏幕1法线方向的夹角θ。

步骤S103：由步骤S102中所记录的照度值和夹角θ，根据公式(3)计算视区中该位置所测得的屏幕上各测试点视区中的亮度。

$L=\frac{E\·r^2}{\mathrm{\Δ}As\·{\cos }^2\mathrm{\θ}},---\left(3\right)$

其中，L、E分别为亮度和照度，ΔA_S为测试点的面积，θ为光学测量仪器的探头与测试点和探头连线与屏幕1法线方向的夹角。

理论上，光源的面积应为点光源，若测试点的面积过大，照度与亮度转换将会有较大的误差。因此，定义测试点的半径R应尽可能小。

较优的，为了提高表达3D显示的主观亮度均匀性的准确性，R/D_V的值应不小于50。

步骤S104：由步骤S103所得的屏幕上各测试点的亮度，计算在该位置测试点的主观亮度均匀性。

主观亮度均匀性的计算包括平均值和方差或标准差。包括以下步骤：

根据各测试点视区中的亮度L及亮度分布曲线计算测试点的亮度平均值A_L：

$A_L=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{L}_i,---\left(4\right)$

其中i＝1,2,3,……,N；L_i为第i个测试点的亮度。亮度平均值A_L可描述屏幕背景亮度，N的值越大，测试点的选择越具有代表性，A_L对于屏幕背景亮度的描述就越准确。

根据各测试点视区中的亮度与亮度平均值A_L计算测试点的亮度标准差S_L：

$S_L=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{(L_i-A_L)}^2},---\left(5\right)$

S_L描述了各测试点视区中亮度相对于亮度平均值A_L的平均偏差程度。

屏幕各测试点视区中的亮度不均程度可表示为S_L/A_L，反应了各测试点视区中亮度相对于背景亮度的平均偏差情况。由此计算主观亮度均匀性U_L：

$U_L=(1-\frac{S_L}{A_L})\×100\%,---\left(6\right)$

U_L的值越大，主观亮度均匀性越高，U_L可能的取值范围为0-100％；若U_L为100％，则有最大主观亮度均匀性，此时每个被测试点的亮度L为同一值。U_L的值越小，说明主观亮度均匀性越低，3D显示的影像质量越差，观看者的观影体验以及舒适度越低。由此用以准确评价人眼对于3D显示的亮度均匀性主观感受。

步骤S105：平移光学测量仪器2至另一位置，重复步骤S102～S104，获得屏幕测试点的照度分布、亮度分布以及主管亮度均匀性分布。

较佳的，光学测量仪器2的平移方向应与屏幕1所在平面平行。

较佳的，光学测量仪器2在平移的间距应为定值d。例如：d＝2mm或d＝1cm。

下面通过具体实施例具体说明本发明所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法及主观亮度均匀性的评价。

参见图2，在尺寸为21cm×16cm的2D/3D可切换的裸眼3D显示设备的屏幕上选取01、02、03、04和05五个点进行测试。最佳观看距离D_V为65cm，则测试点为半径约为0.56cm的圆。在该裸眼3D显示设备的3D模式下播放左黑右白图像对(左眼视区播黑图，右眼视区播白图)，可得到一系列黑白相间的矩形光带，如图4所示，包括亮区4和暗区5，亮区4的宽度大约为8cm，并且在每个视区中间有一条暗条纹3。通过光学测量仪器2测出五个测试点的照度。参见图5为测试点的照度分布曲线。由照度分布曲线明显看出，在亮区的中间区域照度值有一定程度的下降，该区域即为图4所示的暗条纹3。

通过公式(3)，得到各个测试点的亮度；通过各测试点视区中的亮度，计算出测试点的A_L及S_L，通过测试点的A_L及S_L，计算出U_L，参阅图6，可见测试点的亮度分布曲线以及对应的主观亮度均匀性。

平移光学测量仪器2至另一位置，重复步骤S102～S105，获得屏幕各测试点视区中的照度分布、亮度分布以及主管亮度均匀性分布。

根据图6可知，裸眼3D显示设备3D模式下屏幕1测试点的亮度分布是随观看位置改变的；因而，对应的亮度均匀性也是随观看位置而改变。

具体地，在位置40cm处，主观亮度均匀性为81.65％；在位置74cm处，主观亮度均匀性为79.61％；在位置100cm处，主观亮度均匀性为92.39％。主观亮度均匀性随观看位置的改变有明显的变化，特别是屏幕的亮区和暗区的交界处，主观亮度均匀性急剧下降。主观亮度均匀性的值越大，人眼观看时屏幕亮度的均匀程度越高，影像效果也越好。一般来说，当屏幕的主观亮度均匀性高于88％时，人眼将不会感觉到明显的亮度不均匀现象。因此，当主观亮度均匀性高于88％，可以认为屏幕的亮度是均匀的，此时可以达到较好的观影效果。

实施例2：

本发明所述的一种3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法同样适用于普通2D显示器主观亮度均匀性的定量测量。

在尺寸为21cm×16cm的2D/3D可切换的裸眼3D显示设备2D模式下的测量为例。

参阅图2所示，在屏幕上选取5个测试点，对屏幕上01～05的五个测试点，测量各测试点视区中的照度；通过照度与亮度转换公式得到对应的亮度，从而可以得到测试点的主观亮度均匀性。测试距离D_V的最佳观看距离65cm，测试点为半径约为0.56cm的圆。全屏播放白色图像，屏幕视区中光强分布按人眼所见无明显变化。平移光学测量仪器2，每隔1cm测量一组数据。

参见图7，为2D模式下亮度分布图。显然，在不同观看位置，屏幕的亮度以及主观亮度均匀性没有明显的变化，并且亮度均匀性均高于97％。

具体地，在位置为260mm处，主观亮度均匀性为97.62％。对比实施例1，2D模式下保持了较高的主观亮度均匀性水平，并且在视区中亮度和主观亮度均匀性都保持了较高的一致性。

本发明还公开一种3D显示主观亮度均匀性的测量装置，包括：

照度测量模块，用于测量各测试点视区中的照度分，并记录各个观察位置所对应的θ值；照度测量模块为基于光探头的照度测量仪器。

亮度获取模块，通过公式(3)得到各测试点视区中的亮度；

计算主观亮度均匀性模块，根据各测试点视区中的亮度计算测试点的亮度平均值A_L，根据各测试点视区中的亮度L与亮度平均值A_L计算测试点的亮度标准差S_L；最后通过公式(1)计算主观亮度均匀性U_L。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变动。

Claims (10)

1.一种3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其特征在于，在屏幕上选取至少5个测试点，通过光学测量仪器测量各测试点视区中的照度，从而得出测试点的照度分布曲线；随后，通过照度与亮度转换公式得到对应的亮度L及亮度分布曲线；根据所得的各测试点视区中的亮度L计算测试点的主观亮度均匀性U_L。

2.根据权利要求1所述3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其特征在于，根据所得的各测试点视区中的亮度L计算测试点的亮度平均值A_L和测试点的亮度标准差S_L，通过测试点的亮度平均值A_L和测试点的亮度标准差S_L计算出主观亮度均匀性U_L。

3.根据权利要求1或2所述3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其特征在于，在测量某一测试点视区中的照度前，使用带镂空图案的黑色不透光遮盖物遮挡屏幕中非当前测试点的区域。

4.根据权利要求1所述3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其特征在于，所选取的测试点位于所述屏幕的中心区和边缘区。

5.根据权利要求1所述3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其特征在于，所述主观亮度均匀性U_L，通过公式(1)得出：

$U_L=(1-\frac{S_L}{A_L})\×100\%,---\left(1\right).$

6.根据权利要求1所述3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其特征在于，所述测试点为一半径为R的圆形像素区域，R的值为：

$R=D_V\·tan\left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right),---\left(2\right)$

其中：

D_V为观察距离，也就是光学测量仪器与被测屏幕之间的垂直距离；

α为光学测量仪器的视场角。

7.根据权利要求1所述3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其特征在于，所述照度与亮度转换公式为公式(3)：

$L=\frac{E\·r^2}{\mathrm{\Δ}As\·{\cos }^2\mathrm{\θ}},---\left(3\right)$

其中，L、E分别为亮度和照度，ΔA_S为测试点的面积，θ为光学测量仪器的探头与测试点和探头连线与屏幕法线方向的夹角。

8.根据权利要求1所述3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其特征在于，完成权利要求1所述的步骤后，移动所述光学测量仪器，使所述光学测量仪器在另一位置上测量各测试点视区中的照度，从而得出测试点的照度分布曲线；随后，通过照度与亮度转换公式得到对应的亮度L及亮度分布曲线；根据所得的各测试点视区中的亮度L计算测试点的主观亮度均匀性U_L。

9.一种3D显示主观亮度均匀性的测量装置，其特征在于，包括：

照度测量模块，用于测量各测试点视区中的照度，并记录各个测试位置所对应的θ值；

亮度获取模块，通过公式(3)得到各测试点视区中的亮度；

计算主观亮度均匀性模块，根据各测试点视区中的亮度值计算测试点的亮度平均值A_L，根据各测试点视区中的亮度L与亮度平均值A_L计算测试点的亮度标准差S_L；最后通过公式(1)计算主观亮度均匀性U_L。

10.根据权利要求9所述3D显示主观亮度均匀性的测量装置，其特征在于，

所述照度测量模块为基于光探头的照度测量仪器。