3D電視雙眼串擾測試方法

吳冬燕，范科峰，卜樹坡，趙 展

（1.蘇州工業職業技術學院，江蘇 蘇州 215104；2.中國電子標準化研究所，北京 100007）

隨著3D市場的迅速擴大和3D技術的不斷發展，立體電視圖像質量分析方法與測試系統的研究已經成為人們關注的焦點，中國、美國、日本、韓國都在根據本國的情況加快立體電視圖像質量關鍵參量分析、測試方法與測試系統的研究。現階段，全球各個聯盟和組織已經根據自己的情況，制定了相關的研究體系。因此，我國急須加快立體電視圖像質量關鍵參數的分析、測試方法與測試系統的研究。

目前，在3D電視圖像雙眼串擾測試方法研究方面，Andrew等指出串擾是決定立體圖像質量的關鍵因素，對分時式PDP、LCD立體電視、自由立體電視串擾進行了分析，同時提出了串擾的測量方法和減少、消除串擾的方法[1]。Xing等提出了一個考慮立體圖像串擾感知的感知質量指標，綜合考慮串擾度、相機基線和場景內容，實驗結果表明串擾知覺明顯優于沒有整合3D深度信息的2D指標[2]。Mphepo等提出了一種基于狹縫光柵的自動立體顯示器液晶面板的像素陣列屬性和布局方案，該方案提高了立體圖像的亮度而不增加圖像的串擾[3]。在國內，潘冬冬等人對偏振眼鏡立體顯示的串擾度進行研究，推導了立體串擾度與偏振片旋轉角度和偏振片偏振度的關系，為偏振眼鏡立體顯示的性能改善提供了依據[4]。王瓊華等根據狹縫光柵自由立體顯示器的結構和工作原理,應用幾何光學知識，分析了立體圖像串擾度的計算公式，并給出了一個具體的狹縫光柵自由立體顯示器串擾計算結果[5]。

目前國內外提出了各種3D電視圖像雙眼串擾分析和測試方法，但各種方法差異明顯，尚無統一標準。本文分析3D電視圖像雙眼串擾產生的關鍵因素，研究3D電視圖像雙眼串擾測試方法。提出屏幕多點光色度探測方案，增強畫面捕捉能力，提高串擾的測試精度和速度。

1 3D電視雙眼串擾

目前3D顯示技術分為眼鏡式3D和裸視式3D。其中眼鏡式3D分為色差式（色分法）、偏光式（光分法）、主動快門式（時分法）；裸視式3D分為自動立體顯示（光屏障式、柱狀透鏡式、指向光源式）、頭盔立體顯示、全息立體顯示。雖然裸眼3D技術比眼鏡式3D技術更加方便，但偏光式和主動快門式3D顯示技術顯示效果好、技術成熟，是3D顯示的最佳選擇。本文主要是研究眼鏡式3D雙眼串擾的分析與測量方案。

理想情況下，觀看者的左眼只看到左眼圖像，右眼只看到右眼圖像，從而看到理想的立體圖像。然而，實際情況下，在很多觀看點看到的是存在左右眼圖像串擾的立體圖像，串擾是決定立體電視圖像質量的關鍵因素，高度的串擾將會導致立體圖像難以融合并產生失真，這使得觀看者有不同程度的視疲勞，因此實現低度串擾在高質量的立體顯示技術中尤為重要。圖像信號、背光源、面板、快門眼鏡等多種因素造成的延遲響應都會引起雙眼串擾，為了表征左右眼圖像的混疊程度，需要對立體電視圖像串擾分析與測試方法進行研究，為優化設計立體顯示器以及改善視疲勞提供重要依據。

2 3D電視雙眼串擾測試方案

2.1 3D電視圖像雙眼串擾多點測試

通過前期研究，發現立體電視圖像的串擾值分布并無一般正態分布等規律，串擾的研究應該考慮立體圖像整個畫面，但是針對實際測試難度，應該至少以畫面的多個點作為測量窗口。另外，課題組發現以往二維圖像的黑白窗口信號不適用于立體圖像，應該考慮256灰度中灰階殘像變化。因此，課題組擬采取如下方案分析立體電視的雙眼串擾：左右眼通道使用各自的測量圖，測定信號的輸入電平除白（100%白），黑（0%黑）信號之外，利用中間灰度在全畫面多點上對串擾性能做評價。測量灰階數通過實驗選擇，可以采用9灰階等分別進行多次綜合實驗選擇，測量點個數、窗口的大小、位置都將通過多次綜合實驗選擇。

測試信號：輸入電平利用9段灰度（0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%）。9點測量為例，在畫面上的9點P0～P8上同時顯示測量窗口，輸入亮度水平在左右畫像上切換進行評價，測量示意圖如圖1所示。

測試點：采用多點測量（9點測量），即P0,P0～P8。測量點的位置如圖2所示。

圖2 測試點的位置

使用相機式測量器時的配置，但此測量器的測量范圍為覆蓋3D電視的全畫面（全屏），參照圖3。

3D電視亮度與溫度有一定的聯系，為了測量數據的真實性，所以在測試之前，必須對被測機器進行熱機待用。具體測量步驟如下：

1）將眼鏡的左鏡片安裝在光學測量器上，對3D電視進行熱機操作。

2）輸入電平從0級開始，以12.5%為間隔，依次增加輸入的電平信號。顯示測量側的9點輸入電平為l的窗口（l為0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%），在反側9點處輸入水平為m（m為0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%）的窗口。

3）對P0～P8的各測量點的亮度進行2維測量，記錄輸入電平測量側l和反側電平m組合的左眼畫像亮度測量值。首先利用測量側l=0和反側m=0的組合進行測量。

4）反側窗口的輸入電平m切換為下一值，對所有的m輸入電平重復進行步驟3）的操作。

5）測量側窗口的輸入電平l切換為下一值，對所有的l亮度電平重復進行2）～4）的操作。

6）將眼鏡的右鏡片安裝在光學測量器上，對2）～5）右眼重復進行與左眼同樣的操作，測量并記錄數據。

2.2 數據分析

1）雙眼串擾XGi,RtoL,l-m以及XGi,LtoR,l-m的計算，利用畫面Pi的測量值，將左右不同信號水平輸入亮度（LLi,l-m，LRi,l-m）和同樣信號水平輸入時的亮度差（LLi,l-l，LRi,l-l），與測量側輸入電平LLi,l-0的比，如

式中：l為0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%；m為0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%。Gi為畫面Pi處的中間灰階。

2）計算個別中間灰階的雙眼串擾XGi,RtoL,l-m以及XGi,LtoR,l-m的絕對平均值，記錄在測量記錄中。

3）將各測量點數據帶入下式，算出平均值，即為雙眼串擾結果

3 實驗及結論

本文采用偏光式3D測量立體液晶電視，共4個樣品，其結果如表1所示。

表1 樣品串擾測試數據

1）實驗表明，立體電視屏幕不同位置的串擾差別比較大，采用多點測試基本能反應出屏幕不同位置的串擾情況。

2）測試中發現，全場或較大的窗口信號在對等離子的串擾測試過程中會發生錯誤，初步判斷在測試信號的切換時，使得等離子電視的亮度自動控制功能工作，調整了屏幕的亮度。為避免發生該現象，須采用較小窗口信號。

3）本文測試方案能針對3D電視雙眼串擾度進行定量測量與分析，這為3D電視圖像質量測試標準化起到一定的推動作用。

[1]Adrew Woods.Understanding crosstalk in stereoscopic displays[EB/OL].[2011-10-15].http://cmst.curtin.edu.au/local/docs/pubs/2010-23_understanding_crosstalk_woods.pdf.

[2]XING Liyuan,YOU Junyong,EBRAHIMI T,et al.A perceptual quality metric for stereoscopic crosstalk perception[C]//Proc.201017th IEEE International Conference on Image Processing(ICIP).Hong Kong:IEEE Press，2010：4033-4036.

[3]MPHEPO W，HUANG Yipai，SHIEH H P D.Enhancing the bright?ness of parallax barrier based 3D flat panel mobile displays without compromising power consumption[J].Journal of Display Technology，2010，6（2）：60-64.

[4]潘冬冬，王瓊華.偏振眼鏡立體顯示的立體串擾度及其影響因素[J].光學技術，2009，35（4）：39-40.

[5]王瓊華，潘冬冬.狹縫光柵自由立體顯示器的立體圖像串擾度[J].光電子激光，2010，21（7）：106-109.