专利名称：三维显示器的光学特性评价装置和光学特性评价方法
技术领域：
本发明涉及三维显示器的光学特性评价装置和三维显示器光学特性评价方法。
背景技术：
众所周知，为了评价三维显示器(以下也称为「3D显示器」)的光学特性，用示波器等对从3D显示器上的例如多个位置的测量点射出的光线的分布状态进行测量。具体而言，一般的方式是对从测量点出发的放射角度方向的亮度分布进行测量。可是，对于3D显示器而言，重要的是观察者是否感知到立体图像，因此，不仅要测量来自3D显示器的物理光线分布，还必须结合人能否获得立体感来进行评价。换言之，光是否准确地投射到观察者的眼中是评价3D显示器的光学特性上的一项判断基准。因此，在评价3D显示器的光学特性时，与观察者的左右两眼分别对应的图像能否被观察为清晰的图像成为评价的要点之一。一般来说，将应该进入左右眼的光完全分离较为困难，会有不期望的光作为漏光(crosstalk:串扰)进入眼中。也就是，本来不该看见的图像的漏光作为串扰进入观察者眼中。该串扰的量影响到立体感知的质量，因此，作为是否能够无矛盾地感知立体视觉的判定，可用分别进入左右眼的期望的光和不期望的光的亮度对比作为基准来评价3D显示器的光学特性。例如，在非专利文献1中记载的技术方案是用左右眼的3D对比之积来评价3D显示器的光学特性的方法。另外，例如，如非专利文献2中记载的那样，作为3D显示，已经提出来双眼方式、多眼方式、全感(integral)方式等多种方式。在双眼方式和多眼方式的3D显示器中，右眼用和左眼用的图像被预先确定，因此，可基于上述的3D对比进行3D显示器的光学特性评价。现有技术文献非专利文献非专禾Ij 文献 1 :Pierre Μ. Boher, Thibault Bignon， Thierry R. Leroux, “ A new way to characterize auto-stereoscopic 3D displays using Fourier optics instrument, “ EI09，7237-37 (2009)非专利文献 2 Taira K. , Hamagishi G. , Izumi K. , Uehara S. , Nomura Τ. , MashitaniK. , MiyazawaA. , Koike Τ. , Yuuki Α. , Horikoshi Τ. , Hisatake Y., Ujike H. and NakanoY. , " Variation of Autostereoscopic displays and their measurements, “ IDW08,302-2,1103-1106(2008)
发明内容
发明要解决的技术问题然而，全感方式的3D显示器的情况与双眼方式或多眼方式的3D显示器不同，不存在视点这一概念。即，全感方式的3D显示器不涉及左右眼的图像这样的概念，而是以忠实地再现从物体发出的光线为目标的3D显示器。因此，在对全感方式的3D显示器的光学特性进行评价时，存在不能应用传统的3D对比的问题。
本发明鉴于上述的问题点而提出，其目的在于提供能够不依赖于3D显示器的种类进行光学特性评价的3D显示器光学特性评价装置和3D显示器光学特性评价方法。解决问题的手段为了解决上述课题，本发明的三维显示器的光学特性评价装置的特征在于，具有 亮度测量单元，其对从三维显示器上的预定测量点发出的光线的放射角度方向的亮度进行测量；亮度分布分析单元，其基于由所述亮度测量单元测量出的亮度数据，对所述光线的所述放射角度方向的亮度分布状态进行分析，并生成所述光线的亮度分布图像；眼间亮度分析单元，其基于所述亮度分布图像，对观察者两眼间感知的亮度进行分析，并生成立体视觉判定图像；以及立体视觉判定单元，其基于所述立体视觉判定图像，将作为所述三维显示器前面的区域的、所述放射角度方向的一定区域判定为立体视觉可能区域。另外，本发明的三维显示器的光学特性评价方法的特征在于，包括亮度测量步骤，其中亮度测量单元对从三维显示器上的预定测量点发出的光线的放射角度方向的亮度进行测量；亮度分布分析步骤，其中亮度分布分析单元基于由所述亮度测量单元测量出的亮度数据，对所述光线的所述放射角度方向的亮度分布状态进行分析，并生成所述光线的亮度分布图像；眼间亮度分析步骤，其中眼间亮度分析单元基于所述亮度分布图像，对在观察者两眼间感知的亮度进行分析，并生成立体视觉判定图像；以及立体视觉判定步骤，其中立体视觉判定单元基于所述立体视觉判定图像，将作为所述三维显示器前面区域的、所述放射角度方向的一定区域判定为立体视觉可能区域。根据这样的本发明的三维显示器的光学特性评价装置和三维显示器的光学特性评价方法，在眼间亮度分析单元基于亮度分布图像分析在观察者两眼间感知的亮度并由此生成立体视觉判定图像的情况下，立体视觉判定单元基于该立体视觉判定图像判定立体视觉可能区域。这是不论双眼方式、多眼方式、全感方式等3D显示器的种类均可适用的评价装置和评价方法。因此，若采用本发明的三维显示器的光学特性评价装置和三维显示器的光学特性评价方法，就能够不依赖于三维显示器的种类地进行光学特性的评价。优选的是，所述亮度分布分析单元在所述三维显示器的全部视点中分析每个视点各自的所述亮度分布状态，并生成所述每个视点各自的所述亮度分布图像。如此，通过生成每个视点各自的亮度分布图像，能够在三维显示器的全部视点上评价光学特性。优选的是，所述眼间亮度分析单元从所述亮度分布分析单元所生成的所述每个视点各自的所述亮度分布图像中，提取与所述观察者的眼间距离相应的2个亮度分布图像， 并使用该提取出的所述2个亮度分布图像，分析所述观察者的所述两眼间的亮度对比度， 由此生成所述立体视觉判定图像。与从每个视点各自的亮度分布图像中提取的观察者的眼间距离相符的2个亮度分布图像分别相当于观察者的右眼和左眼。优选的是，所述亮度分布分析单元在所述三维显示器的全部视线方向中分析每个视线方向各自的所述亮度分布状态，并生成所述每个视线方向各自的所述亮度分布图像。如此，通过生成每个视线方向各自的亮度分布图像，能够在三维显示器的全部视线方向上进行光学特性的评价。优选的是，所述眼间亮度分析单元从所述亮度分布分析单元所生成的所述每个视线方向各自的所述亮度分布图像中，提取与所述观察者的眼间距离相当的2个亮度分布图像，并使用该提取出的所述2个亮度分布图像，分析所述观察者的所述两眼间的亮度对比度，由此生成所述立体视觉判定图像。从每个视线方向各自的亮度分布图像中提取出的与观察者的眼间距离相当的2 个亮度分布图像，分别相当于观察者的右眼和左眼。优选的是，所述亮度对比度为所述观察者的右眼和左眼中应进入光与不应进入光之比。优选的是，本发明将观察者的右眼和左眼中应进入光与不应进入光之比作为三维显示器光学特性评价的判断基准。优选的是，关于所述亮度对比度的值，在应进入所述观察者的右眼的光进入了所述右眼且应进入所述观察者的左眼的光进入了所述左眼的情况下，不伴随有符号的改变， 在应进入所述观察者的右眼的光进入了所述观察者的左眼或应进入所述观察者的左眼的光进入了所述观察者的右眼的情况下，伴随有符号的改变。根据本发明，可以计算考虑了逆视的、亮度的对比度的值。优选的是，所述立体视觉判定单元将所述立体视觉判定图像中与所述亮度对比度超过预定阈值的部分相当的所述一定区域，判定为所述立体视觉可能区域。通过设定适当的阈值，能够容易地进行是否为立体视觉可能区域的判断。优选的是，所述亮度分布图像和所述立体视觉判定图像是表示与所述三维显示器的显示面垂直的面上的所述区域中的亮度分布的图像。在本发明中，亮度分布图像和立体视觉判定图像对应于与三维显示器的显示面垂直的面，特别是在三维显示器按通常的使用状态设置的情况下对应于与地面成水平的面。 并且，立体视觉判定单元基于该立体视觉判定图像，特别是在三维显示器按通常的使用状态设置的情况下，针对作为三维显示器前面的区域的、从三维显示器发出的光线的放射角度方向上的区域，进行是否为立体视觉可能区域的判定。发明效果根据本发明，能够提供能够不依赖于3D显示器的种类进行光学特性的评价的三维显示器光学特性评价装置和三维显示器光学特性评价方法。
图1是第1实施方式的光学特性评价装置1的结构概要图。图2是光学特性评价装置1的硬件结构图。图3是说明光学特性评价装置1的动作的流程图。图4是示出在步骤S102中亮度计58对从3D显示器60上的预定测量点61放射的光线的放射角度方向的亮度进行测量的情况的图。图5是示出在步骤S103生成的亮度分布图像的一例的图。图6是示出在步骤S105提取的2个亮度分布图像的图。图7是示出在步骤S105生成的立体视觉判定图像的一例(双眼方式和多眼方式的情况)的图。图8是示出在步骤S105生成的立体视觉判定图像(全感方式的情况)的一例的图。图9是示出考虑了逆视情况的、视线方向的编号方法的图。图10是示出在考虑了逆视的情况下求得的立体视觉判定图像的一例的图。图11是示出在考虑了逆视的情况下在与显示器60相隔一定距离的位置提取亮度对比的结果的图。图12是说明第1实施方式中的波瓣区域的图。图13是第2实施方式的视场角特性验证装置Al的结构概要图。图14是视场角特性验证装置Al的硬件结构图。图15是示出视场角特性验证装置Al的动作的流程图。图16是说明亮度分布检查部AllO的亮度测量处理的图。图17是示出亮度分布检查部AllO求得的亮度分布Ln(X，Y，θ )的一例的图。图18是说明波瓣检测部Α120对波瓣和属于波瓣的区域进行检测的情况的图。
具体实施例方式以下，参照附图详细说明本发明的三维显示器光学特性评价装置和三维显示器光学特性评价方法的优选实施方式。此外，对
中相同的要素赋予相同的标号，并省略重复的说明。[第1实施方式]
(光学特性评价装置1的构成)首先，参照图1说明本发明的第1实施方式的光学特性评价装置1的构成。图1 是光学特性评价装置1的结构概要图。如图1所示，光学特性评价装置1具有如下部分作为功能性构成要素亮度测量部10(与权利要求书中的“亮度测量单元”相当)、亮度分布分析部20 (与权利要求书中的“亮度分布分析单元”相当)、眼间亮度分析部30 (与权利要求书中的“眼间亮度分析单元”相当)以及立体视觉判定部40(与权利要求书中的“立体视觉判定单元”相当)。亮度测量部10对从3D显示器上预定的测量点放射的光线的放射角度方向的亮度进行测量。亮度分布分析部20基于亮度测量部10所测定的亮度数据对光线的放射角度方向的亮度分布状态进行分析并生成光线的亮度分布图像。眼间亮度分析部30基于亮度分布图像对在观察者两眼间感知的亮度进行分析并生成立体视觉判定图像。立体视觉判定部 40基于立体视觉判定图像，将作为3D显示器前面区域的、放射角度方向一定的区域判定为立体视觉可能区域。图2是光学特性评价装置1的硬件结构图。如图2所示，光学特性评价装置1在物理上由包含以下部分的普通计算机系统构成CPU 51、ROM 52和RAM 53等主存储装置；键盘及鼠标等的输入设备M ；3D显示器等的输出设备55 ；与其他装置之间进行数据收发的通信模块56 ；硬件设备等的辅助存储装置57等。此外，光学特性评价装置1包括亮度计58。 该亮度计58相当于图1的亮度测量部10。通过读取CPTO1、ROM 52和RAM 53等硬件上的预定的计算机软件，在CPU 51的控制下使输入设备M、输出设备55、通信模块56、亮度计 58动作，并且进行主存储装置52、53和辅助存储装置57中的数据的读出和写入而实现光学特性评价装置1的各功能。
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(光学特性评价装置1的动作)以下，参照图3的流程图详细说明光学特性评价装置1的动作(与权利要求书的 “三维显示器光学特性评价方法”相当)。此外，在以下的说明中，先就双眼方式和多眼方式的3D显示器进行说明，关于全感方式的3D显示器在(全感方式)一项中另作说明。原因是因为双眼方式和多眼方式的3D显示器中有视点的概念，而全感方式的3D显示器中没有视点的概念。(双眼方式和多眼方式)以下，参照图3的流程图，对双眼方式和多眼方式的3D显示器情况下的光学特性评价装置1的动作进行详细说明。首先，对作为进行图3所示的处理的前提的事项进行说明。第1实施方式中，假设采用能够呈现N个视点图像的双眼方式或多眼方式的3D显示器。即，第1实施方式的双眼方式或多眼方式的3D显示器中的视点最大数为N。准备最初评价用的图像。具体而言，按视点数准备如下面这样的评价用图像构成为仅1个视点为全白画面(全白)的图像、其他视点的图像均为全黑画面(全黑)的图像。由于第1实施方式中的视点的最大数为N，因此准备N个评价用图像1 N。艮P，评价用图像1 仅视点1的图像为全白、视点2 N的图像为全黑评价用图像2 仅视点2的图像为全白、视点1以及视点3 N的图像为全黑…评价用图像k 仅视点k的图像为全白、视点1 (k ？ 1)以及(k+Ι) N的图像为全黑…评价用图像N 仅视点N为全白、视点1 (N-I)的图像为全黑。接着，依次在3D显示器上呈现各评价用图像k(k = 1 N)(步骤S101)。然后，在呈现了评价用图像k的状态下，亮度测量部10对从3D显示器上预定的测量点放射的光线的放射角度方向的亮度进行测量(步骤S102，与权利要求书的“亮度测量步骤”相当)。例如，如图4所示，为了求得从3D显示器60的预定测量点61发出的光线的亮度分布，在3D显示器60的前面，使隔一定距离可在圆周上移动的亮度计58从位置A移动至位置B、从位置B移动至位置C，如此测量各位置处的亮度。实际上一边将亮度计58以一定间隔(例如1度的间隔)移动，一边测量各位置的测量点61的亮度。接着，对于一个评价用图像k，将全部位置上的测量结果合成，生成从测量点61放射的光线的亮度分布图像(步骤S103，与权利要求书的“亮度分布分析步骤”相当)。图5示出在步骤S103中生成的评价用图像k的亮度分布图像的一例。在图5所示的亮度分布图像80中，白色部分表示高亮度部分，黑色部分表示低亮度部分。因此，仅在高亮度部分的光线进入观察者70的眼中时，观察者70能够感知3D显示器60上的亮点。换言之，在高亮度部分以外的位置即使观察者70的眼睛位于该处，观察者70也不能感受到3D 显示器60上的光。另外，亮度分布图像80是表示如下区域中的亮度分布的图像，该区域是与3D显示器60的显示面62正交的面上的、特别是横切3D显示器60的中央水平面的二维平面上的、3D显示器60前面区域中图5的3D显示器60与观察者70之间的区域。另外，在图5中，3D显示器60的显示面62在H面上，亮度分布图像80示出XY面上的亮度分布。接着，对3D显示器的全部视点中每个视点各自的亮度分布状态进行分析，即，按视点数N重复进行上述的步骤SlOl 步骤S103的处理，生成每个视点各自的亮度分布图像(N个)(步骤S104)。接着，眼间亮度分析部30从亮度分布分析部20在步骤S104生成的每个视点各自的亮度分布图像中，提取与观察者的眼间距离(左右眼的间距约6. 5cm)相当的2个亮度分布图像，并用该提取出的2个亮度分布图像分析观察者两眼间的亮度对比度，从而生成立体视觉判定图像。这里，所谓“亮度对比度”是指观察者右眼和左眼中应进入光与不应进入光之比(步骤S105，与权利要求书的“眼间亮度分析步骤”相当)。以下，对步骤S105进行更详细的说明。例如，在观察者在视点1和视点2上实现立体视觉的情况下，当观察者右眼观察视点1的图像并且观察者左眼观察视点2的图像时， 观察者能够实现立体视觉。此外，所谓“立体视觉”是指观察者通过3D显示器获得的立体感，也称为“双眼视觉”。图6示出在步骤S105中提取的2个亮度分布图像81、82。图6 (A) 是与观察者右眼观察的视点1的图像相当的亮度分布图像81，图6(B)是与观察者左眼观察的视点2的图像相当的亮度分布图像82。这里，设观察者的眼间距离与亮度分布图像上e个像素对应。即，在观察者右眼置于视点1的亮度分布图像81的任意像素(i，j)处时，观察者左眼根据物理关系位于(i+e， j)处。因此，视点2的亮度分布图像82的像素(i+e，j)的值与左眼观察视点2的图像时的光线亮度对应。即，可以将右眼观察的视点1的亮度设为亮度分布图像81的(i，j)的值， 并将左眼观察的视点2的图像的亮度设为亮度分布图像82的(i+e，j)的值，然后将这2个值之积定义为“眼间亮度”。实际上，考虑到存在漏光，定义了应该进入双眼的光与未进入的光之比，即亮度对比度，并采用其积的形式。例如，观察视点1的图像的右眼中存在作为漏光的视点2的图像的光。换言之，右眼位于(i，j)位置时，视点2的亮度分布图像82的(i，j)的像素值成为进入视点1的右眼的漏光。另外，在看见视点2的左眼中也同样会从视点1的亮度分布图像81得到右眼的漏光。S卩，以观察者右眼中视点1的亮度I1和观察者左眼中视点2的亮度I2为对象时的两眼间的亮度对比度可用下式(1)定义。[式1]
权利要求
1.一种三维显示器的光学特性评价装置，其特征在于，该光学特性评价装置具有亮度测量单元，其对从三维显示器上的预定测量点发出的光线的放射角度方向的亮度进行测量；亮度分布分析单元，其基于由所述亮度测量单元测量出的亮度数据，对所述光线的所述放射角度方向的亮度分布状态进行分析，并生成所述光线的亮度分布图像；眼间亮度分析单元，其基于所述亮度分布图像，对观察者两眼间感知的亮度进行分析， 并生成立体视觉判定图像；以及立体视觉判定单元，其基于所述立体视觉判定图像，将作为所述三维显示器前面的区域的、所述放射角度方向的一定区域判定为立体视觉可能区域。
2.根据权利要求1所述的三维显示器的光学特性评价装置，其特征在于所述亮度分布分析单元在所述三维显示器的全部视点中分析每个视点各自的所述亮度分布状态，并生成所述每个视点各自的所述亮度分布图像。
3.根据权利要求2所述的三维显示器的光学特性评价装置，其特征在于所述眼间亮度分析单元从所述亮度分布分析单元所生成的所述每个视点各自的所述亮度分布图像中，提取与所述观察者的眼间距离相应的2个亮度分布图像，并使用该提取出的所述2个亮度分布图像，分析所述观察者的所述两眼间的亮度对比度，由此生成所述立体视觉判定图像。
4.根据权利要求1所述的三维显示器的光学特性评价装置，其特征在于所述亮度分布分析单元在所述三维显示器的全部视线方向中分析每个视线方向各自的所述亮度分布状态，并生成所述每个视线方向各自的所述亮度分布图像。
5.根据权利要求4所述的三维显示器的光学特性评价装置，其特征在于所述眼间亮度分析单元从所述亮度分布分析单元所生成的所述每个视线方向各自的所述亮度分布图像中，提取与所述观察者的眼间距离相当的2个亮度分布图像，并使用该提取出的所述2个亮度分布图像，分析所述观察者的所述两眼间的亮度对比度，由此生成所述立体视觉判定图像。
6.根据权利要求3或权利要求5所述的三维显示器的光学特性评价装置，其特征在于所述亮度对比度为所述观察者的右眼和左眼中应进入光与不应进入光之比。
7.根据权利要求6所述的三维显示器的光学特性评价装置，其特征在于 关于所述亮度对比度的值，在应进入所述观察者的右眼的光进入了所述右眼且应进入所述观察者的左眼的光进入了所述左眼的情况下，不伴随有符号的改变，在应进入所述观察者的右眼的光进入了所述观察者的左眼或应进入所述观察者的左眼的光进入了所述观察者的右眼的情况下，伴随有符号的改变。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的三维显示器的光学特性评价装置，其特征在于所述立体视觉判定单元将所述立体视觉判定图像中与所述亮度对比度超过预定阈值的部分相当的所述一定区域，判定为所述立体视觉可能区域。
9.根据权利要求1 8中任一项所述的三维显示器的光学特性评价装置，其特征在于所述亮度分布图像和所述立体视觉判定图像是表示与所述三维显示器的显示面垂直的面上的所述区域中的亮度分布的图像。
10. 一种三维显示器的光学特性评价方法，其特征在于，所述方法包括 亮度测量步骤，其中亮度测量单元对从三维显示器上的预定测量点发出的光线的放射角度方向的亮度进行测量；亮度分布分析步骤，其中亮度分布分析单元基于由所述亮度测量单元测量出的亮度数据，对所述光线的所述放射角度方向的亮度分布状态进行分析，并生成所述光线的亮度分布图像；眼间亮度分析步骤，其中眼间亮度分析单元基于所述亮度分布图像，对在观察者两眼间感知的亮度进行分析，并生成立体视觉判定图像；以及立体视觉判定步骤，其中立体视觉判定单元基于所述立体视觉判定图像，将作为所述三维显示器前面的区域的、所述放射角度方向的一定区域判定为立体视觉可能区域。
全文摘要
本发明提供不依赖于3D显示器的种类而能够进行光学特性评价的三维显示器的光学特性评价装置(1)和三维显示器光学特性评价方法。眼间亮度分析部(30)基于亮度分布图像，分析在观察者两眼间感知的亮度，由此生成立体视觉判定图像，立体视觉判定部(40)基于该立体视觉判定图像，判定立体视觉可能区域。无论3D显示器的种类是双眼方式、多眼方式还是全感方式，所述光学特性评价装置(1)和三维显示器光学特性评价方法均可适用。因此，采用本实施方式的三维显示器的光学特性评价装置(1)和三维显示器光学特性评价方法能够不依赖于3D显示器的种类地进行光学特性的评价。
文档编号H04N13/04GK102461192SQ20108002645
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月14日 优先权日2009年6月15日
发明者堀越力, 壶井雅史, 木村真治 申请人:株式会社Ntt都科摩