一种3d显示主观亮度均匀性的定量测量方法与测量装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，在屏幕上选取至少5个测试点，通过光学测量仪器测量各测试点视区中的照度，从而得出测试点的照度分布曲线；随后，通过照度与亮度转换公式得到对应的亮度L及亮度分布曲线；根据所得的各测试点视区中的亮度L计算测试点的主观亮度均匀性UL。通过本发明所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法及测量装置，能得出较为准确的3D显示的主观亮度均匀性，有助于形成符合人眼主观感受的屏幕亮度均匀性的描述；通过引入亮度与照度的物理转换关系，简化测试系统，提高了检测效率。本发明所述的方法有利于3D显示屏幕质量的检测工作。
【专利说明】
一种3 D显示主观亮度均匀性的定量测量方法与测量装置
技术领域
[0001]本发明涉及3D显示技术领域，特别涉及一种3D显示主观亮度均匀性的定量测量方 法与测量装置。
【背景技术】
[0002] 影响3D显示影像质量的因素包括:亮度、串扰、分辨率和色域等。其中，亮度是影响 观看效果和观影舒适度的直接因素。研究表明，观看者在高亮度显示的情况下能获得更好 的观影体验。
[0003] 然而亮度不均匀现象普遍存在于屏幕中，即使在高亮度的情况下，亮度均匀性的 降低仍然大大限制了显示质量以及观影舒适度。由于3D屏幕增加了特殊的装置已实现显示 立体影像的功能，因此容易造成一定程度的亮度均匀性下降。尤其是对于自由立体显示，其 光强空间分布具有明显的方向性(左右眼视区在空间中交替分布），传统的评价2D显示亮度 均匀性的方法将不再适用。另一方面，人眼对亮度的主观感受与光学亮度之间并非线性关 系，对屏幕亮度均匀性的定量描述必须符合人眼的主观感受。对3D显示主观亮度均匀性的 定量测评将有助于3D显示屏幕质量的检测工作，并且对3D显示的设计与优化工作有着重要 的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是为了克服现有技术的不足，提供一种3D显示主观亮度均匀性的定量 测量方法，其能得出较为准确的3D显示的主观亮度均匀性，有助于3D显示屏幕质量的检测 工作。
[0005] 本发明的另一个目的是提供一种3D显示主观亮度均匀性的测量装置。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] -种3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，在屏幕上选取至少5个测试点，通过 光学测量仪器测量各测试点视区中的照度，从而得出测试点的照度分布曲线;随后，通过照 度与亮度转换公式得到对应的亮度L及亮度分布曲线;根据所得的各测试点视区中的亮度L 计算测试点的主观亮度均匀性UL。
[0008] 作为优选，根据所得的各测试点视区中的亮度L计算测试点的亮度平均值&和测 试点的亮度标准差SL，通过测试点的亮度平均值A L和测试点的亮度标准差SL计算出主观亮 度均匀性UL。
[0009] 作为优选，在测量某一测试点视区中的照度前，使用带镂空图案的黑色不透光遮 盖物遮挡屏幕中非当前测试点的区域。
[0010] 作为优选，所选取的测试点位于所述屏幕的中心区和边缘区。
[0011] 作为优选，所述主观亮度均匀性队，通过公式(1)得出：
[0012]
[0013] 作为优选，所述测试点为一半径为R的圆形像素区域，R的值为：
[0014]
[0015] 其中：
[0016] Dv为观察距离，也就是光学测量仪器与被测屏幕之间的垂直距离；
[0017] α为光学测量仪器的视场角。
[0018] 作为优选，所述照度与亮度转换公式为公式(3):
[0019]
[0020]其中，L、E分别为亮度和照度，△ As为测试点的面积，Θ为光学测量仪器的探头与测 试点和探头连线与屏幕法线方向的夹角。
[0021]作为优选，完成权利要求1所述的步骤后，移动所述光学测量仪器，使所述光学测 量仪器在另一位置上测量各测试点视区中的照度，从而得出测试点的照度分布曲线;随后， 通过照度与亮度转换公式得到对应的亮度L及亮度分布曲线;根据所得的各测试点视区中 的亮度L计算测试点的主观亮度均匀性U L。
[0022] 一种3D显示主观亮度均匀性的测量装置，包括：
[0023] 照度测量模块，用于测量各测试点视区中的照度，并记录各个测试位置所对应的Θ 值；
[0024] 亮度获取模块，通过公式(3)得到各测试点视区中的亮度；
[0025] 计算主观亮度均匀性模块，根据各测试点视区中的亮度值计算测试点的亮度平均 值4，根据各测试点视区中的亮度L与亮度平均值Ad十算测试点的亮度标准差Su最后通过 公式（1)计算主观亮度均匀性Ul。
[0026] 作为优选，所述照度测量模块为基于光探头的照度测量仪器。
[0027] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0028]通过本发明所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法及测量装置，能得出较 为准确的3D显示的主观亮度均匀性，有助于形成符合人眼主观感受的屏幕亮度均匀性的描 述;通过引入亮度与照度的物理转换关系，简化测试系统，提高了检测效率。本发明所述的 方法有利于3D显示屏幕质量的检测工作。
【附图说明】
[0029]图1为本发明所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法的流程示意图；
[0030]图2为本发明所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法的实施例1的选取测 试点的位置示意图；
[0031]图3为本发明所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法的测量装置布置位置 的不意图；
[0032]图4为所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法测量裸眼3D显示器3D模式下 的视区分布图；
[0033]图5为所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法的裸眼3D显示器3D模式下测 试点的照度分布曲线；
[0034]图6为所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法的裸眼3D显示器3D模式下测 试点的亮度分布曲线和对应的亮度均匀性分布；
[0035]图7为所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法的裸眼3D显示器2D模式下个 测试点的亮度分布和对应的亮度均匀性分布。
[0036]图中：
[0037] 1 一屏蒂；2-光探测器;3-暗条纹;4 一壳区；5-暗区。
【具体实施方式】 [0038] 实施例1
[0039]本发明所述的一种3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，用以准确表达人眼对 于3D显示的亮度均匀性主观感受。
[0040] 通过在屏幕上选取至少5个测试点，通过光学测量仪器测量各测试点视区中的照 度，从而得出测试点的照度分布曲线；随后，通过照度与亮度转换公式得到对应的亮度L及 亮度分布曲线;根据所得的各测试点视区中的亮度计算测试点的主观亮度均匀性。
[0041] 下面结合附图，对本发明进行具体说明。
[0042] 参阅图1，本发明所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法具体方案包含以 下步骤：
[0043]步骤S101:在被测的屏幕1上选择N个测试点（N不小于5) A的值越大，测量结果越 能反映屏幕的整体主观亮度均匀性情况。
[0044]较优的，为了保证测试结果的可靠性，所选测试点应包括位于屏幕中心点位置的 测试点以及靠近屏幕1边缘部分的测试点。
[0045]图2所示为N = 5时测试点的选择方法。在屏幕1上设置了01~05共五个测试点，每 次测量对其中一个测试点进行。为了对屏幕1中某一测试点进行单独测量及保证测量准确， 可使用带圆形镂空图案的黑色不透光覆盖物(如黑色卡纸、黑布等)覆盖屏幕1，该圆形镂空 区域为当前测试的测试点，即只让当前测试点暴露在外界。例如：若需要对图3示出的01测 试点进行测试，则将02~05测试点关闭，仅仅打开01测试点对应的圆孔进行测试。
[0046] 较优的，每一测试点应为半径为R的圆形像素区域。参见图3，R的值由以下公式确 定：
[0047]
[0048]其中Dv为观察距离，也就是光学测量仪器与被测屏幕之间的垂直距离，较佳地，Dv 为被测屏幕的最佳观看距离;α为光学测量仪器的视场角。本发明通过将带圆孔的不透光遮 盖物覆盖屏幕的方式限制视场角。为获得较高的亮度测量精确度，α应尽可能小，较佳地，α 取值可为α = 1°。
[0049] 步骤S102:参见图3,在屏幕1中载入黑白测试图像对，将光学测量仪器放置在某一 位置，分别测量屏幕上各测试点单独打开时（即带圆形镂空图案的黑色不透光覆盖物覆盖 屏幕中非测试点区域时)所测得的照度值。并记录每一测试位置与被测试点之间的相对位 置，并计算每一次测量中光束方向与屏幕1法线方向的夹角Θ。
[0050] 步骤S103:由步骤S102中所记录的照度值和夹角Θ，根据公式（3)计算视区中该位 置所测得的屏幕上各测试点视区中的亮度。
[0051]
[0052]其中，L、E分别为亮度和照度，△ As为测试点的面积，Θ为光学测量仪器的探头与测 试点和探头连线与屏幕1法线方向的夹角。
[0053]理论上，光源的面积应为点光源，若测试点的面积过大，照度与亮度转换将会有较 大的误差。因此，定义测试点的半径R应尽可能小。
[0054]较优的，为了提高表达3D显示的主观亮度均匀性的准确性，R/Dv的值应不小于50。
[0055] 步骤S104:由步骤S103所得的屏幕上各测试点的亮度，计算在该位置测试点的主 观亮度均匀性。
[0056] 主观亮度均匀性的计算包括平均值和方差或标准差。包括以下步骤：
[0057] 根据各测试点视区中的亮度L及亮度分布曲线计算测试点的亮度平均值Au
[0058]
[0059] 其中i = 1，2，3，……，N;U为第i个测试点的亮度。亮度平均值Al可描述屏幕背景亮 度，N的值越大，测试点的选择越具有代表性，A^t于屏幕背景亮度的描述就越准确。
[0060] 根据各测试点视区中的亮度与亮度平均值4计算测试点的亮度标准差Su
[0061]
[0062] SL描述了各测试点视区中亮度相对于亮度平均值Al的平均偏差程度。
[0063] 屏幕各测试点视区中的亮度不均程度可表示为SJAL，反应了各测试点视区中亮度 相对于背景亮度的平均偏差情况。由此计算主观亮度均匀性U L:
[0064]
[0065] UL的值越大，主观亮度均匀性越高，UL可能的取值范围为0-100% ;若UL为100%，则 有最大主观亮度均匀性，此时每个被测试点的亮度L为同一值。仇的值越小，说明主观亮度 均匀性越低，3D显示的影像质量越差，观看者的观影体验以及舒适度越低。由此用以准确评 价人眼对于3D显示的亮度均匀性主观感受。
[0066] 步骤S105:平移光学测量仪器2至另一位置，重复步骤S102~S104,获得屏幕测试 点的照度分布、亮度分布以及主管亮度均匀性分布。
[0067]较佳的，光学测量仪器2的平移方向应与屏幕1所在平面平行。
[0068] 较佳的，光学测量仪器2在平移的间距应为定值d。例如:d = 2mm或d = lcm。
[0069] 下面通过具体实施例具体说明本发明所述的3D显示主观亮度均匀性的定量测量 方法及主观亮度均匀性的评价。
[0070] 参见图2,在尺寸为21cmX 16cm的2D/3D可切换的裸眼3D显示设备的屏幕上选取 01、02、03、04和05五个点进行测试。最佳观看距离0 ￥为65〇11，则测试点为半径约为0.56〇11的 圆。在该裸眼3D显示设备的3D模式下播放左黑右白图像对(左眼视区播黑图，右眼视区播白 图），可得到一系列黑白相间的矩形光带，如图4所示，包括亮区4和暗区5,亮区4的宽度大约 为8cm，并且在每个视区中间有一条暗条纹3。通过光学测量仪器2测出五个测试点的照度。 参见图5为测试点的照度分布曲线。由照度分布曲线明显看出，在亮区的中间区域照度值有 一定程度的下降，该区域即为图4所示的暗条纹3。
[0071]通过公式(3)，得到各个测试点的亮度;通过各测试点视区中的亮度，计算出测试 点的Al及SL，通过测试点的Al及SL，计算出UL，参阅图6,可见测试点的亮度分布曲线以及对应 的主观亮度均匀性。
[0072] 平移光学测量仪器2至另一位置，重复步骤S102~S105,获得屏幕各测试点视区中 的照度分布、亮度分布以及主管亮度均匀性分布。
[0073]根据图6可知，裸眼3D显示设备3D模式下屏幕1测试点的亮度分布是随观看位置改 变的；因而，对应的亮度均匀性也是随观看位置而改变。
[0074] 具体地，在位置40cm处，主观亮度均匀性为81.65% ;在位置74cm处，主观亮度均匀 性为79.61%;在位置100cm处，主观亮度均匀性为92.39%。主观亮度均匀性随观看位置的 改变有明显的变化，特别是屏幕的亮区和暗区的交界处，主观亮度均匀性急剧下降。主观亮 度均匀性的值越大，人眼观看时屏幕亮度的均匀程度越高，影像效果也越好。一般来说，当 屏幕的主观亮度均匀性高于88%时，人眼将不会感觉到明显的亮度不均匀现象。因此，当主 观亮度均匀性高于88%，可以认为屏幕的亮度是均匀的，此时可以达到较好的观影效果。 [0075] 实施例2:
[0076] 本发明所述的一种3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法同样适用于普通2D显 示器主观亮度均匀性的定量测量。
[0077] 在尺寸为21cm X 16cm的2D/3D可切换的裸眼3D显示设备2D模式下的测量为例。 [0078] 参阅图2所示，在屏幕上选取5个测试点，对屏幕上01~05的五个测试点，测量各测 试点视区中的照度;通过照度与亮度转换公式得到对应的亮度，从而可以得到测试点的主 观亮度均匀性。测试距离Dv的最佳观看距离65cm，测试点为半径约为0.56cm的圆。全屏播放 白色图像，屏幕视区中光强分布按人眼所见无明显变化。平移光学测量仪器2,每隔lcm测量 一组数据。
[0079]参见图7,为2D模式下亮度分布图。显然，在不同观看位置，屏幕的亮度以及主观亮 度均匀性没有明显的变化，并且亮度均匀性均高于97%。
[0080] 具体地，在位置为260mm处，主观亮度均匀性为97.62%。对比实施例1，2D模式下保 持了较高的主观亮度均匀性水平，并且在视区中亮度和主观亮度均匀性都保持了较高的一 致性。
[0081 ]本发明还公开一种3D显示主观亮度均匀性的测量装置，包括：
[0082] 照度测量模块，用于测量各测试点视区中的照度分，并记录各个观察位置所对应 的Θ值;照度测量模块为基于光探头的照度测量仪器。
[0083] 亮度获取模块，通过公式(3)得到各测试点视区中的亮度；
[0084]计算主观亮度均匀性模块，根据各测试点视区中的亮度计算测试点的亮度平均值 Au根据各测试点视区中的亮度L与亮度平均值&计算测试点的亮度标准差Su最后通过公 式（1)计算主观亮度均匀性Ul。
[0085]本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明 的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发
【主权项】
1. 一种3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其特征在于，在屏幕上选取至少5个测 试点，通过光学测量仪器测量各测试点视区中的照度，从而得出测试点的照度分布曲线；随 后，通过照度与亮度转换公式得到对应的亮度L及亮度分布曲线;根据所得的各测试点视区 中的亮度L计算测试点的主观亮度均匀性U l。2. 根据权利要求1所述3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其特征在于，根据所得 的各测试点视区中的亮度L计算测试点的亮度平均值Al和测试点的亮度标准差义，通过测试 点的亮度平均值Al和测试点的亮度标准差Sl计算出主观亮度均匀性U l。3. 根据权利要求1或2所述3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其特征在于，在测 量某一测试点视区中的照度前，使用带镂空图案的黑色不透光遮盖物遮挡屏幕中非当前测 试点的区域。4. 根据权利要求1所述3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其特征在于，所选取的 测试点位于所述屏幕的中心区和边缘区。5. 根据权利要求1所述3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其特征在于，所述主观 亮度均匀性Ul，通过公式（1)得出：6. 根据权利要求1所述3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其特征在于，所述测试 点为一半径为R的圆形像素区域，R的值为：其中： Dv为观察距离，也就是光学测量仪器与被测屏幕之间的垂直距离； α为光学测量仪器的视场角。7. 根据权利要求1所述3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其特征在于，所述照度 与亮度转换公式为公式(3):其中，L、E分别为亮度和照度，AAs为测试点的面积，Θ为光学测量仪器的探头与测试点 和探头连线与屏幕法线方向的夹角。8. 根据权利要求1所述3D显示主观亮度均匀性的定量测量方法，其特征在于，完成权利 要求1所述的步骤后，移动所述光学测量仪器，使所述光学测量仪器在另一位置上测量各测 试点视区中的照度，从而得出测试点的照度分布曲线;随后，通过照度与亮度转换公式得到 对应的亮度L及亮度分布曲线;根据所得的各测试点视区中的亮度L计算测试点的主观亮度 均匀性Ul。9. 一种3D显示主观亮度均匀性的测量装置，其特征在于，包括： 照度测量模块，用于测量各测试点视区中的照度，并记录各个测试位置所对应的Θ值； 亮度获取模块，通过公式(3)得到各测试点视区中的亮度； 计算主观亮度均匀性模块，根据各测试点视区中的亮度值计算测试点的亮度平均值4， 根据各测试点视区中的亮度L与亮度平均值Al计算测试点的亮度标准差Sl;最后通过公式 (1)计算主观亮度均匀性Ul。10.根据权利要求9所述3D显示主观亮度均匀性的测量装置，其特征在于， 所述照度测量模块为基于光探头的照度测量仪器。
【文档编号】H04N17/00GK105898292SQ201610013820
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年1月6日
【发明人】周建英, 王晓露, 范杭, 李焜阳, 陈海域, 彼得·克雷布斯, 王嘉辉, 苏剑绑, 周延桂
【申请人】中山大学