3D电视双眼串扰测试方法

吴冬燕，范科峰，卜树坡，赵 展

（1.苏州工业职业技术学院，江苏 苏州 215104；2.中国电子标准化研究所，北京 100007）

随着3D市场的迅速扩大和3D技术的不断发展，立体电视图像质量分析方法与测试系统的研究已经成为人们关注的焦点，中国、美国、日本、韩国都在根据本国的情况加快立体电视图像质量关键参量分析、测试方法与测试系统的研究。现阶段，全球各个联盟和组织已经根据自己的情况，制定了相关的研究体系。因此，我国急须加快立体电视图像质量关键参数的分析、测试方法与测试系统的研究。

目前，在3D电视图像双眼串扰测试方法研究方面，Andrew等指出串扰是决定立体图像质量的关键因素，对分时式PDP、LCD立体电视、自由立体电视串扰进行了分析，同时提出了串扰的测量方法和减少、消除串扰的方法[1]。Xing等提出了一个考虑立体图像串扰感知的感知质量指标，综合考虑串扰度、相机基线和场景内容，实验结果表明串扰知觉明显优于没有整合3D深度信息的2D指标[2]。Mphepo等提出了一种基于狭缝光栅的自动立体显示器液晶面板的像素阵列属性和布局方案，该方案提高了立体图像的亮度而不增加图像的串扰[3]。在国内，潘冬冬等人对偏振眼镜立体显示的串扰度进行研究，推导了立体串扰度与偏振片旋转角度和偏振片偏振度的关系，为偏振眼镜立体显示的性能改善提供了依据[4]。王琼华等根据狭缝光栅自由立体显示器的结构和工作原理,应用几何光学知识，分析了立体图像串扰度的计算公式，并给出了一个具体的狭缝光栅自由立体显示器串扰计算结果[5]。

目前国内外提出了各种3D电视图像双眼串扰分析和测试方法，但各种方法差异明显，尚无统一标准。本文分析3D电视图像双眼串扰产生的关键因素，研究3D电视图像双眼串扰测试方法。提出屏幕多点光色度探测方案，增强画面捕捉能力，提高串扰的测试精度和速度。

1 3D电视双眼串扰

目前3D显示技术分为眼镜式3D和裸视式3D。其中眼镜式3D分为色差式（色分法）、偏光式（光分法）、主动快门式（时分法）；裸视式3D分为自动立体显示（光屏障式、柱状透镜式、指向光源式）、头盔立体显示、全息立体显示。虽然裸眼3D技术比眼镜式3D技术更加方便，但偏光式和主动快门式3D显示技术显示效果好、技术成熟，是3D显示的最佳选择。本文主要是研究眼镜式3D双眼串扰的分析与测量方案。

理想情况下，观看者的左眼只看到左眼图像，右眼只看到右眼图像，从而看到理想的立体图像。然而，实际情况下，在很多观看点看到的是存在左右眼图像串扰的立体图像，串扰是决定立体电视图像质量的关键因素，高度的串扰将会导致立体图像难以融合并产生失真，这使得观看者有不同程度的视疲劳，因此实现低度串扰在高质量的立体显示技术中尤为重要。图像信号、背光源、面板、快门眼镜等多种因素造成的延迟响应都会引起双眼串扰，为了表征左右眼图像的混叠程度，需要对立体电视图像串扰分析与测试方法进行研究，为优化设计立体显示器以及改善视疲劳提供重要依据。

2 3D电视双眼串扰测试方案

2.1 3D电视图像双眼串扰多点测试

通过前期研究，发现立体电视图像的串扰值分布并无一般正态分布等规律，串扰的研究应该考虑立体图像整个画面，但是针对实际测试难度，应该至少以画面的多个点作为测量窗口。另外，课题组发现以往二维图像的黑白窗口信号不适用于立体图像，应该考虑256灰度中灰阶残像变化。因此，课题组拟采取如下方案分析立体电视的双眼串扰：左右眼通道使用各自的测量图，测定信号的输入电平除白（100%白），黑（0%黑）信号之外，利用中间灰度在全画面多点上对串扰性能做评价。测量灰阶数通过实验选择，可以采用9灰阶等分别进行多次综合实验选择，测量点个数、窗口的大小、位置都将通过多次综合实验选择。

测试信号：输入电平利用9段灰度（0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%）。9点测量为例，在画面上的9点P0～P8上同时显示测量窗口，输入亮度水平在左右画像上切换进行评价，测量示意图如图1所示。

测试点：采用多点测量（9点测量），即P0,P0～P8。测量点的位置如图2所示。

图2 测试点的位置

使用相机式测量器时的配置，但此测量器的测量范围为覆盖3D电视的全画面（全屏），参照图3。

3D电视亮度与温度有一定的联系，为了测量数据的真实性，所以在测试之前，必须对被测机器进行热机待用。具体测量步骤如下：

1）将眼镜的左镜片安装在光学测量器上，对3D电视进行热机操作。

2）输入电平从0级开始，以12.5%为间隔，依次增加输入的电平信号。显示测量侧的9点输入电平为l的窗口（l为0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%），在反侧9点处输入水平为m（m为0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%）的窗口。

3）对P0～P8的各测量点的亮度进行2维测量，记录输入电平测量侧l和反侧电平m组合的左眼画像亮度测量值。首先利用测量侧l=0和反侧m=0的组合进行测量。

4）反侧窗口的输入电平m切换为下一值，对所有的m输入电平重复进行步骤3）的操作。

5）测量侧窗口的输入电平l切换为下一值，对所有的l亮度电平重复进行2）～4）的操作。

6）将眼镜的右镜片安装在光学测量器上，对2）～5）右眼重复进行与左眼同样的操作，测量并记录数据。

2.2 数据分析

1）双眼串扰XGi,RtoL,l-m以及XGi,LtoR,l-m的计算，利用画面Pi的测量值，将左右不同信号水平输入亮度（LLi,l-m，LRi,l-m）和同样信号水平输入时的亮度差（LLi,l-l，LRi,l-l），与测量侧输入电平LLi,l-0的比，如

式中：l为0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%；m为0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%。Gi为画面Pi处的中间灰阶。

2）计算个别中间灰阶的双眼串扰XGi,RtoL,l-m以及XGi,LtoR,l-m的绝对平均值，记录在测量记录中。

3）将各测量点数据带入下式，算出平均值，即为双眼串扰结果

3 实验及结论

本文采用偏光式3D测量立体液晶电视，共4个样品，其结果如表1所示。

表1 样品串扰测试数据

1）实验表明，立体电视屏幕不同位置的串扰差别比较大，采用多点测试基本能反应出屏幕不同位置的串扰情况。

2）测试中发现，全场或较大的窗口信号在对等离子的串扰测试过程中会发生错误，初步判断在测试信号的切换时，使得等离子电视的亮度自动控制功能工作，调整了屏幕的亮度。为避免发生该现象，须采用较小窗口信号。

3）本文测试方案能针对3D电视双眼串扰度进行定量测量与分析，这为3D电视图像质量测试标准化起到一定的推动作用。

[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，王琼华.偏振眼镜立体显示的立体串扰度及其影响因素[J].光学技术，2009，35（4）：39-40.

[5]王琼华，潘冬冬.狭缝光栅自由立体显示器的立体图像串扰度[J].光电子激光，2010，21（7）：106-109.