专利名称：一种立体视觉闪烁感知测试装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电子技术应用领域，具体涉及的是一种立体视觉闪烁感知测试仪器。
背景技术：
目前进行人眼闪烁感知测试一般采用频闪仪作为测量仪器。频闪仪可以控制光源发光，以特定频率快速闪动，从而进行闪烁感的测量。这类仪器结构简单，功能单一，只能测试在两眼观看同一光源时闪烁频率对于人眼闪烁感知能力的影响，而无法测试两眼在不同光源照明下的闪烁感知情况，并且无法调制光源的色彩、调制深度等。只能测量人眼对简单闪烁光源的感知情况。目前3D显示技术发展迅速，各显示设备制造厂商推出了众多型号的立体显示设备，这些3D显示设备的应用前景非常广泛。目前市场已有的3D显示设备的显示原理大都采用时间分离或空间分离的方法，使左右两眼观察到不同的平面图像，再通过视觉融合形成3D立体图像。在这些技术中，由于呈现给左右眼的是两幅图像，其分别闪烁产生的闪烁感知与两眼同时观看同一图像时的得到的闪烁感知的原理不一样，目前已有的频闪仪已无法进行这些情况下的闪烁感知测试研究。此外，目前采用时间分离或空间分离呈现不同图像给左右眼，通过人脑的融合形成立体图像的技术，打破了单眼调节功能和双眼会聚功能的协调机理，在这种情况下，人眼对闪烁的感知情况用现有的频闪仪也无法测试。综上所述，由于3D显示技术的发展，已有的频闪仪由于无法给双眼呈现不同闪烁频率、亮度、色彩、闪烁调制深度的图像，无法测量在打破正常的单眼调节和双眼会聚这种协调机理的情况下呈现立体图像时的闪烁感知，所以不能进行已有3D显示设备的立体视觉闪烁感知的测试研究。
发明内容
技术问题本发明提供了一种可以测试两眼在不同光源照明下的闪烁感知情况， 还可通过调制光源的色彩、亮度来调制照明深度的立体视觉闪烁感知测试装置。技术方案本发明的立体视觉闪烁感知测试装置，包括箱体、光源、固定反射镜、活动反光镜机构、控制器和观察窗口，箱体为顶部为活动盖板的立方体，箱体的内表面敷设有不反光材料，箱体的前立面和后立面之间设置的隔光装置将箱体分割为左右对称的两个暗室，隔光装置包括活动隔光板、横向隔光板和纵向隔光板，活动隔光板包括纵向直板和设置于所述纵向直板一端的倒U形板，倒U形板的开口一侧面向横向隔光板并与之连接，纵向直板的另一端与前立面中心设置的固定槽连接；横向隔光板的两端分别与左立面和右立面连接，将左右两个独立暗室均分割为前后两部分，在横向隔光板与倒U形板的开口相对的区域中心设置有一个光源，光源包括全彩发光二极管和恒流驱动器，所述全彩发光二极管的电流输入端与恒流驱动器的电流输出端连接；
在每个所述暗室中，前立面上设有观察图像，横向隔光板上设置有与所述观察图像对应的通光孔，通光孔内侧相邻的横向隔光板上设置有光源，在横向隔光板和后立面之间设置有与观察图像对应的固定反射镜，固定反射镜的外侧固定于横向隔光板上，内侧固定于后立面上，固定反射镜与后立面的夹角β =45° ；在固定反射镜内侧相邻的后立面上设置有观察窗口，在暗室的底面上设置有与所述观察窗口对应的活动反光镜机构，在活动反光镜机构上设置有活动反光镜，活动反光镜机构可使活动反光镜水平横向运动，同时还可绕垂直于底面的轴线转动。本发明中，活动反光镜机构包括水平移动装置和反光镜转动装置，水平移动装置的支座设置在暗室的底面上，支座上设置有两根横向且平行的导轨，导轨上放置有可在导轨上水平滑动的滑动底座，导轨两端均设置有限位开关，在支座上设置有位于导轨一侧的水平移动步进电机和水平电机减速齿轮组，位于导轨另一侧的从动轮，水平移动步进电机与水平电机减速齿轮组连接，水平电机减速齿轮组的输出轮连接有主动轮，从动轮和主动轮上设置有传动皮带，所述滑动底座一侧设置有皮带固定夹，皮带固定夹与传动皮带连接； 水平移动步进电机通过信号线连接有步进电机驱动器；
反光镜转动装置包括设置在滑动底座上的角度转动步进电机和角度电机减速齿轮组， 角度转动步进电机与角度电机减速齿轮组连接，角度电机减速齿轮组输出轮的上侧连接有反光镜夹具，反光镜夹具上设置有活动反光镜；角度转动步进电机通过信号线连接有角度步进电机驱动器；
控制器包括微处理器、人机交互界面接口、驱动信号输出端，微处理器的信号输入端与人机交互界面接口和限位开关连接，微处理器通过驱动信号输出端分别与恒流驱动器、水平步进电机驱动器和角度步进电机驱动器的信号输入端连接。本发明的装置使用时，如果需要测试单一光源下的各种闪烁感知情况，可打开测试箱顶部的活动盖板，移去活动隔光板，由横向隔光板中间的光源提供照明；如果需要两眼通道在不同闪烁频率、强度、相差、亮度、色彩、闪烁调制深度等情况下的进行视觉闪烁感知测试，则加上活动隔光板，由左右两个暗室内的光源独立照明。箱体中的左右眼的观察图像可根据测试需要选择，可以为简单图形，也可以是复杂的图像，其大小、形状都可根据需要改变。选择好观察图像，并向人机交互界面接口输入测试者瞳距、需要的两眼会聚距离和照明光源各项参数后，微处理器可计算出活动反射镜需移动的距离和转动的角度，微处理器控制水平步进电机驱动器和角度步进电机驱动器， 驱动水平移动步进电机和角度转动步进电机，使活动反光镜移到相应的位置和角度。观察图像经过固定反射镜和活动反射镜的两次反射后，呈现在观察窗口中，使测试者从左右两个观察窗口中的看到的图像能正确会聚，形成一幅立体图像，同时在人机交互界面接口中显示单眼调节距离和两眼会聚距离、闪烁光源参数。其中，单眼调节距离等于观察图像两次反射后经过的光程长度，两眼会聚距离等于会聚的像点距两眼中点的距离。测试箱内的光源提供观察图像时的照明。改变光源的参数，即可测试不同闪烁光源照明下，对不同图像的闪烁感知。本发明可以通过人机交互界面接口选择单一光源照明或两眼独立光源照明，可选择改变光源的闪烁频率、亮度、色彩、闪烁调制深度以及左右两路光源的相差等参数，可选择需测试的两眼会聚距离，模拟已有3D显示设备的各种闪烁情况。有益效果本发明相对于现有技术，具有以下优点本发明装置采用不透光的箱体作为测试环境，观察窗口加以遮光眼罩，箱体内敷设不反光材料，测试者感受到的照明光由测试箱内的全彩高亮发光二极管提供，排除了环境光对测试者的闪烁感知产生的影响，使测试结果更加精确。本发明可模拟更广泛的照明情况来测试人眼的闪烁感知。本测试装置采用微处理器控制三路全彩发光二极管进行照明，可以独立控制各路光源的闪烁频率、色彩。采用中间一路全彩发光二极管进行照明时，可测试在单一光源下的闪烁感知情况；采用左右两路全彩发光二极管进行照明时，可测试两眼在不同光源下的人的闪烁感知情况。人眼观看自然景象时，单眼调节距离和双眼会聚距离是协调一致的。而现有的立体显示设备是在同一显示平面上为左右眼呈现不同视差的图像，打破了人的单眼调节和双眼会聚的协调机制。本测试装置通过微处理器的计算，控制两路步进电机，改变活动反光镜的角度和水平位置，可以调节双眼的会聚距离，因而可以测试打破这种协调机制的情况下人眼的闪烁感知情况。本发明通过参数设置，可以用PWM调制的方法，对闪烁光的明、暗亮度水平进行调制，使其在不同明暗的亮度水平下闪烁，而不是仅以光源的全亮和全暗两种亮度水平进行闪烁。这可以测试出各种暗背景下不同亮度光源的闪烁感知。即可模拟人眼通过各种有背光照明的显示器(如液晶显示器等)观看立体图像时，显示不同亮度水平图像时的闪烁感知情况。在左右两眼使用独立的全彩发光二极管照明时，不仅可以调整以上参数，还可以调整两路照明的相差，模拟更多3D显示设备中的闪烁情况。
图1为本发明测试装置的平面结构图； 图2为本发明测试装置的通光孔剖面图； 图3为本发明测试装置的正面视图4为本发明测试装置的电路连接原理图； 图5. 1为本发明测试装置的水平移动装置俯视图； 图5. 2为本发明测试装置的水平移动装置正面视图； 图5. 3为本发明测试装置的水平移动装置左侧视6. 1为本发明测试装置的反光镜转动装置俯视图； 图6. 2为本发明测试装置的反光镜转动装置正面视图； 图7为本发明测试装置的单一光源照明立体视觉闪烁感知测试原理图； 图8为本发明测试装置的两路独立光源照明立体视觉闪烁感知测试原理图； 图9为本发明测试装置的立体视觉闪烁感知测试流程图； 图10为本发明测试装置的活动反光镜水平移动和角度转动几何关系原理图； 图11为测试者单眼调节距离与两眼会聚距离的关系图； 图12为活动反射镜水平移动距离与两眼会聚距离的关系图； 图13为活动反射镜转动角度与两眼会聚距离的关系图。图中有箱体1、光源2、固定反射镜4、水平移动装置5、反光镜转动装置6、控制器 7、观察窗口 8、前立面11、后立面12、左立面13、右立面14、观察图像15、全彩发光二极管 21、恒流驱动器22、固定槽31、左固定档板32、右固定档板33、活动隔光板34、横向隔光板 35，纵向隔光板36、通光孔37、皮带固定夹50、支座51、限位开关52、导轨53、滑动底座M、水平移动步进电机55、从动轮56、传动皮带57、主动轮58、水平步进电机驱动器59、角度步进电机驱动器61、角度转动步进电机62、角度电机减速齿轮组63、活动反光镜64、反光镜夹具65、齿轮固定座66、微处理器71、人机交互界面接口 72、驱动信号输出端73。观察图像到通光孔距离Ii1、通光孔到观察窗口的垂直距离Ii2，活动反光镜机构移动算法原理图中光线经过的各主要点有A、F、B、C、D、E、F，算法推导时的辅助点G、0。活动反光镜与观察窗口所在箱体板的夹角α，固定反光镜与观察窗口所在箱体板的夹角 β (β ε 45° )，活动反光镜调整的角度δ (δ=α-β)。
具体实施例方式下面结合说明书附图，对本发明的技术方案进一步详细说明。本发明的立体视觉闪烁感知测试装置，包括箱体1、光源2、固定反射镜4、活动反光镜机构、控制器7和观察窗口 8，箱体1为顶部为活动盖板的立方体，箱体1的内表面敷设有不反光材料，箱体1的前立面11和后立面12之间设置的隔光装置将箱体1分割为左右对称的两个暗室，隔光装置包括活动隔光板34、横向隔光板35和纵向隔光板36，活动隔光板34包括纵向直板和设置于所述纵向直板一端的倒U形板，倒U形板的开口一侧面向横向隔光板35并与之连接，纵向直板的另一端与前立面11中心设置的固定槽31连接；横向隔光板35的两端分别与左立面13和右立面14连接，将左右两个独立暗室均分割为前后两部分，在横向隔光板35与倒U形板的开口相对的区域中心设置有一个光源2，光源2包括全彩发光二极管21和恒流驱动器22，所述全彩发光二极管21的电流输入端与恒流驱动器22 的电流输出端连接；
在每个所述暗室中，前立面11上设有观察图像15，横向隔光板35上设置有与所述观察图像15对应的通光孔37，通光孔37内侧相邻的横向隔光板35上设置有光源2，在横向隔光板35和后立面12之间设置有与观察图像15对应的固定反射镜4，固定反射镜4的外侧固定于横向隔光板35上，内侧固定于后立面12上，固定反射镜4与后立面12的夹角β =45° ；在固定反射镜4内侧相邻的后立面12上设置有观察窗口 8，在暗室的底面上设置有与所述观察窗口 6对应的活动反光镜机构，在活动反光镜机构上设置有活动反光镜64， 活动反光镜机构可使活动反光镜64水平横向运动，同时还可绕垂直于底面的轴线转动。本发明中，活动反光镜机构包括水平移动装置5和反光镜转动装置6，水平移动装置5的支座51设置在暗室的底面上，支座51上设置有两根横向且平行的导轨53，导轨53 上放置有可在导轨53上水平滑动的滑动底座Μ，导轨53两端均设置有限位开关52，在支座51上设置有位于导轨53 —侧的水平移动步进电机55和水平电机减速齿轮组，位于导轨 53另一侧的从动轮56，水平移动步进电机55与水平电机减速齿轮组连接，水平电机减速齿轮组的输出轮连接有主动轮58，从动轮56和主动轮58上设置有传动皮带57，所述滑动底座M —侧设置有皮带固定夹50，皮带固定夹50与传动皮带57连接；水平移动步进电机55 通过信号线连接有水平步进电机驱动器59 ；
反光镜转动装置6包括设置在滑动底座讨上的角度转动步进电机62、和角度电机减速齿轮组63，角度转动步进电机62与角度电机减速齿轮组63连接，角度电机减速齿轮组63 输出轮的上侧连接有反光镜夹具65，反光镜夹具65上设置有活动反光镜64 ；角度转动步进电机62通过信号线连接有角度步进电机驱动器61 ；控制器7包括微处理器71、人机交互界面接口 72、驱动信号输出端73，微处理器71的信号输入端与人机交互界面接口和限位开关52连接，微处理器71通过驱动信号输出端73 分别与恒流驱动器22、水平步进电机驱动器59和角度步进电机驱动器61的信号输入端连接。本发明装置的箱体由不透光材料构成，内壁表面敷设有不反光材料，保证不受环境光干扰。如图1所示，箱体由横向隔光板分成前半部分和后半部分。前半部分可由活动隔光板分隔为两个暗室，为左右两眼的测试通道，可用左右两路全彩发光二极管分别照明。 移去活动隔光板时，用中间一路全彩发光二极管照明。箱体后半部分为反射光路部分，由纵向隔光板分隔成左右两个对称的暗室，与前半部分以通光孔连接，通光孔如图2所示。固定反射镜、活动反光镜平台支架放置其中。固定反射镜呈β =45°固定于横向隔光板和后立面上正对通光孔处。活动反射镜角度初始值α =β =45°，初始位置为距固定反射镜0.5 h2,h2 为箱体后半部分长度，见图8。观察窗口为测试人员观察图像的窗口，可水平调节两窗口间距，以适应不同瞳距的测试人员使用。观察图像可根据测试需要，选择简单图形和复杂图像，观察图像用全彩发光二极管照明，光源的各项参数可通过人机交互界面接口输入。如图4所示，控制器包括微处理器、人机交互界面接口、驱动信号输出端。所述微处理器分别与人机交互界面接口输入端和输出端连接，与驱动信号输出端连接。光源的恒流驱动器输入端与驱动信号输出端连接，恒流驱动器的输出端分别与三路全彩发光二极管的输入端连接。全彩发光二极管由红、绿、蓝三色通道组成，可通过控制各通道的驱动信号，改变光源闪烁的频率、强度、颜色、相位等。活动反光镜机构的水平步进电机驱动器59和角度步进电机驱动器61的信号输入端分别与控制器71的驱动信号输出端73连接，水平步进电机驱动器59的输出端与水平移动步进电机阳连接，水平移动步进电机阳可通过水平电机减速齿轮组58、从动轮56和传动皮带57带动滑动底座M进行水平方向移动。角度步进电机驱动器61的输出端与角度转动步进电机61连接，活动反射镜64固定于角度电机减速齿轮组63的输出轮上，由角度转动步进电机61带动角度电机减速齿轮组62转动，进行角度定位。本发明中的角度转动步进电机转动角度和水平移动步进电机移动距离的几何关系，保证了两眼观察到的图像能够正确会聚成一幅立体图像。图10为几何关系原理图。结合图10，下面对几何关系的计算进行详细说明。设箱体宽w，长h。h=hhh2，hi为观察图像到通光孔的距离、通光孔到观察窗口的垂直距离ti2，/为被测试者的瞳距。固定反射镜的角度β =45°，并固定于底边上正对通光孔处。活动反射镜角度的初始角度α=β=45°，初始位置为距离固定反射镜0.5 h2，即E点处。作光路辅助线AFB，BEC， CD, AF = hi; FB = BE = h2，G点为图像会聚点，0点为两眼间距的中心点。由光反射定律和三角形相似定理，推导过程如下
1EC为水平移动步进电机需要水平向右移动的距离。
「 GO _ ED 〒—ED*DO Jh-
I OO^y I—— ~- —j· h^i.. zz- zz ------------ 9
DO ECGO 4GO
1δ即为活动反射镜在初始角度α = 45°基础上，需要逆时针移动的角度。
权利要求
1.一种立体视觉闪烁感知测试装置，其特征在于，该装置包括箱体(1)、光源(2)、固定反射镜(4)、活动反光镜机构、控制器(7)和观察窗口(8)，所述的箱体(1)为顶部是活动盖板的立方体，箱体(1)的内表面敷设有不反光材料，箱体(1)的前立面(11)和后立面(12) 之间设置的隔光装置将箱体(1)分割为左右对称的两个暗室，所述隔光装置包括活动隔光板(34)、横向隔光板(35)和纵向隔光板(36)，所述活动隔光板(34)包括纵向直板和设置于所述纵向直板一端的倒U形板，所述倒U形板的开口一侧面向横向隔光板(35)并与之连接， 所述纵向直板的另一端与前立面(11)中心设置的固定槽(31)连接；所述横向隔光板(35) 的两端分别与左立面(13)和右立面(14)连接，将左右两个独立暗室均分割为前后两部分， 在横向隔光板(35)与倒U形板的开口相对的区域中心设置有一个光源(2)，所述光源(2)包括全彩发光二极管(21)和恒流驱动器(22 )，所述全彩发光二极管(21)的电流输入端与恒流驱动器(22)的电流输出端连接；在每个所述暗室中，前立面(11)上设有观察图像(15)，横向隔光板(35)上设置有与所述观察图像(15)对应的通光孔(37)，所述通光孔(37)内侧相邻的横向隔光板(35)上设置有光源(2)，在横向隔光板(35)和后立面(12)之间设置有与观察图像(15)对应的固定反射镜(4)，所述固定反射镜(4)的外侧固定于横向隔光板(35)上，内侧固定于后立面(12)上， 固定反射镜(4)与后立面(12)的夹角β =45° ；在所述固定反射镜(4)内侧相邻的后立面(12)上设置有观察窗口(8)，在暗室的底面上设置有与所述观察窗口(6)对应的活动反光镜机构，在所述活动反光镜机构上设置有活动反光镜(64)，活动反光镜机构可使所述活动反光镜(64 )水平横向运动，同时还可绕垂直于底面的轴线转动。
2.根据权利要求1所述的一种立体视觉闪烁感知测试装置，其特征在于，所述的活动反光镜机构包括水平移动装置(5)和反光镜转动装置(6)，所述水平移动装置(5)的支座 (51)设置在暗室的底面上，所述支座(51)上设置有两根横向且平行的导轨(53)，所述导轨 (53)上放置有可在导轨(53)上水平滑动的滑动底座(54)，导轨(53)两端均设置有限位开关(52)，在支座(51)上设置有位于导轨(53) 一侧的水平移动步进电机(55)和水平电机减速齿轮组，位于导轨(53)另一侧的从动轮(56)，所述水平移动步进电机(55)与水平电机减速齿轮组连接，水平电机减速齿轮组的输出轮连接有主动轮(58)，所述从动轮(56)和主动轮(58)上设置有传动皮带(57)，所述滑动底座(54) —侧设置有皮带固定夹(50)，所述皮带固定夹(50 )与传动皮带(57 )连接；所述水平移动步进电机(55 )通过信号线连接有水平步进电机驱动器(59)；所述反光镜转动装置(6)包括设置在滑动底座(54)上的角度转动步进电机(62)和角度电机减速齿轮组(63)，所述角度转动步进电机(62)与角度电机减速齿轮组(63)连接， 角度电机减速齿轮组(63)输出轮的上侧连接有反光镜夹具(65)，反光镜夹具(65)上设置有活动反光镜(64)；所述角度转动步进电机(62)通过信号线连接有角度步进电机驱动器 (61)；所述控制器(7)包括微处理器(71)、人机交互界面接口(72)、驱动信号输出端(73)，所述微处理器(71)的信号输入端与人机交互界面接口( 72)和限位开关(52)连接，微处理器 (71)通过驱动信号输出端(73)分别与恒流驱动器(22)、水平步进电机驱动器(59)和角度步进电机驱动器(61)的信号输入端连接。
全文摘要
本发明的立体视觉闪烁感知测试装置，在人机交互界面接口输入参数，经微处理器计算，驱动两路步进电机，调整活动反光镜的角度和位置，使左右眼图像正确呈现，经测试者的视觉融合，形成立体图像，并在光源照明下，进行闪烁感知测试。本发明箱体的内壁为不反光的材料，箱体内由全彩发光二极管提供照明，可实现单一光源和双眼不同光源照明下的闪烁感知测试。本发明可根据需要调节光源的闪烁频率、相差、亮度、色彩、明暗调制深度等，克服了现有频闪仪无法测试立体显示设备中产生的闪烁感觉，无法测试两眼对于不同闪烁光的融合情况，无法测试单眼调节位置与两眼会聚点不一致时的闪烁感知情况，可以更全面科学地进行人眼闪烁感知测试和研究。
文档编号A61B3/08GK102499626SQ20111042616
公开日2012年6月20日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者夏振平, 李晓华, 陈磊 申请人:东南大学