立体电视机可视角测试的研究

吴冬燕 曹建东 范科峰

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

1 引言

随着立体显示技术的快速发展，3D电视机正走进千家万户并成为终端显示设备的主力军。3D电视机兼有2D与3D显示功能，所以深受广大用户的欢迎。但由于改变了原来的观看模式，观看者需要配套的眼镜方可观看，所以会发现很多的不适应。其中，合适的观看位置将决定所观看的3D效果，也就是说3D电视如同2D电视一样，同样存在可视角问题。所以，研究3D电视可视角的测试方法是很有必要的。

2 3D电视与2D电视可视角测试的区别

2.1 3D电视显示技术

一般情况下，3D电视从3D显示技术方向可分为：色差式、偏光式、主动快门式，并且需要佩戴相应的眼镜进行观看。由于色差式的3D效果较差，并且容易出现画面色彩模糊，所以此类技术并没有被厂家所采用。目前，偏光式和主动快门式是3D电视的主流技术。

2.2 关于3D可视角的理解

我们可以将3D电视可视角理解为：观看3D电视时，观众能够获得3D效果的最大观看角度，并且观看到的画面不失真、不模糊，包括垂直可视角与水平可视角。也就是说3D电视具有一定的立体可视角，只有在这些角度，观察者的左（或右） 眼才各自看到该看的左（或右） 眼图像，除此之外的区域，观察者看到的要么是左眼图像和右眼图像的混叠，要么是没有视差的左右眼图像，即立体可视角之外观察者是不能看到正确的立体图像。因此，3D电视可视角是评价3D电视性能及质量的一个核心指标[1-2]。

2.3 3D电视与2D电视可视角测试的主要区别

常见2D电视可视角测量方法，一般都是基于对比度或者基于亮度进行测试，并且基于亮度的可视角测试是普遍的方式。虽然3D电视与2D电视外观结构相似，但并不能直接采用2D电视可视角测试方法测试3D电视。

一般情况下，观看者的可视角不同，所观看到的立体电视图像会有一些差异，即所看到的立体图像的串扰、对比度、亮度等等图像指标都会有些变化。根据笔者前期针对3D电视双眼串扰的研究，发现可视角的变化会引起串扰值的变化，也就是说可视角决定了3D观看效果。所以，讨论可视角问题时，应考虑多种图像指标，应将相关图像指标纳入结果统一分析。

3 3D电视可视角测试方法

本文将串扰纳入到立体电视可视角测试方案中。根据作者前期在立体电视串扰方面的研究，得知针对3D电视双眼串扰特点，可以利用屏幕9点及不同灰阶信号完成测试。左右双眼串扰公式如下[3-5]：

图1 3D电视水平可视角特性测量图（平面图）

图2 3D电视垂直可视角特性测量图（侧面图）

在调整不同可视角度测试串扰时，为了测试的便利性，可以采用多点测量，也可以采用中心点测量；可以采用多阶亮度信号，亦可直接采用黑（0%）白（100%）信号简化测试。本文采用中心点测量及 9 段电平（0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%）。

需要说明的是测试可视角时，可以保持光学测量仪位置不变，调整被测立体电视的角度；也可保持立体电视位置不变，调整光学测量仪的角度[6-8]。

3.1 3D电视水平可视角特性研究

按照图1测试图配置测量仪器，并保证3D电视屏幕中心点和亮度测量仪中心点在水平轴线上。确保3D电视机在3D显示状态下能够正常工作，并且保持工作60分钟以上。

3D电视及亮度测量仪热机后，把左眼镜片安装在光学测量器上。水平（即画面的垂直方向）的初期角设为0度，并放在规定的测量距离上。

按照双眼串扰的测量方法，加入最初的测量项目的输入信号，即输入信号从0开始，间隔为12.5%。中心点的输入电平为 l的 窗 口（l为 0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%），在 反 侧 输 入 水 平 为 m（m为 0，12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%）。

进行二维测量并记录结果。

向右调整角度（步进为+2度），重复（2）（3），记录测量结果。

向左调整角度（步进为- 2度），重复（2）（3），记录测量结果。

根据公式（1）（2）计算双眼串扰值。

根据公式（3）（4）计算中间灰阶双眼串扰平均值。

完成不同可视角度的双眼串扰的测量，即反映了基于串扰的可视角特性。

3.2 3D电视垂直可视角特性研究

3D电视垂直可视角的测试与水平可视角的测试相似，只是需要按照图2进行仪器配置及位置摆放。唯一区别就是调整角度时，垂直可视角测试是向上调整（步进为+2度），向下调整（步进为-2度），计算方法都一样。

4 测量结果的说明及可视角的判定问题

本文主要提出了一种立体电视机的可视角测试方法，其可视角的判定需根据图像串扰结果而定，但此方法只是一个定性的分析方法。实际上，可视角本身还存在一定的主观人为因素，不同的观察者，视觉感受肯定有差异。所以，立体电视可视角的标准是较难界定的。

[1] Adrew Woods. Understanding Crosstalk in Stereoscopic Displays. 3DSA (Three-Dimensional Systems and Applications) conference,Tokyo, 2010.

[2] Xing Liyuan, You Junyong, Ebrahimi T., Perkis A. A perceptual quality metric for stereoscopic crosstalk perception. ICIP2010, 2010:4033-4036.

[3] 吴冬燕，范科峰，卜树坡，赵展.3D电视双眼串扰测试方法[J]. 电视技术 , 2012,36（6）:87-89.

[4] 吴冬燕，卜树坡. 一种新颖IPTV机顶盒的设计 [J]. 苏州大学学报(工科版), 2012,32（1）: 7-9.

[5] 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): 517-518.

[6] 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): 1058-1061.

[7] Mphepo W, Huang Yi-Pai, Shieh Han-Ping D.Enhancing the Brightness of Parallax Barrier Based 3D Flat Panel Mobile Displays Without Compromising Power Consumption [J].Journal of Display Technology, 2010,6(2):60-64.

[8] Son J-Y, Javidi B, Kwack K-D, “Methods for displaying three-dimensional images,” Proc. of the IEEE, vol.94, no.3, pp.502-523, 2006.