T/CVIA 118-2023 T/DTIA 002-2023 光场显示器的单目立体视觉测量方法

　　团 体 标 准

　　T/CVIA 118-2023

　　T/DT IA 002-2023

　　光场显示器的单目立体视觉测量方法

　　Monocular Stereo Vision Measurement Method for Light Field Display

　　2023-04- 18 发布 2023-04 18 实施

　　中 国 电 子 视 像 行 业 协 会国家 新型显 示 产 业技 术 创 新 中心

　　发布

　　前 言

　　本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国电子视像行业协会和和国家新型显示技术创新中心共同提出并归口，由新型显示产业技术创新战略联盟组织起草。

　　本文件起草单位：深圳市华星光电半导体显示技术有限公司、四川大学、南方科技大学、上海招扬科技有限公司、TCL 通讯科技控股有限公司。

　　本文件起草人：张晶、方松、邓欢、郝亚斌、冯晓曦、彭健锋、黄卫东、赵悟翔、孙小卫、李萌、杨云召、林科。

　　本文件为首次发布。

　　光场显示器的单目立体视觉测量方法

　　1 范围

　　本文件规定了多视点光场显示器的单目立体视觉的测量方法。

　　本文件适用于多视点光场显示器的设计开发、评价和验收。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　SJ/T 11591.1.2-2016 立体显示器件 第1-2部分：术语和定义

　　SJ/T 11591.4.2.1-2016 立体显示器件 第4-2-1部分：自由立体显示器件测量方法—光学和光电DB44/T 1528.1-2015 裸眼立体显示器 第1部分：光学参数测量方法

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1 光场显示相关术语及定义

　　3.1.1

　　立体图像 stereoscopic image

　　能够正确反映空间物体的三维关系，再现物体的空间感和真实感的显示图像。

　　3.1.2

　　多视点光场显示器 multi-view light field display

　　多视点显示器的相邻视点间隔小于人眼瞳孔大小，从而使单眼可看到多个视图的显示器。

　　3.2 光场显示性能相关术语及定义

　　3.2.1

　　视点数 number of views

　　光场显示器所显示的视图数目。

　　3.2.2

　　视点间隔 view interval

　　在设计观看距离处，光场显示器的两个相邻视点的中央间距。

　　3.2.3

　　视图串扰 view crosstalk

　　多视点光场显示器所显示的某一视图中混叠了其它视图的现象。

　　3.2.4

　　视觉串扰 visual crosstalk

　　多视点光场显示器中左眼(右眼)的视图混叠了右眼(左眼)的视图的现象。

　　3.2.5

　　设计观看距离 designed viewing distance

　　设计观看距离是一个设计值，在此距离下显示器有较小的视觉串扰表现，观看者可以看到最佳的立体显示效果。

　　3.3 人眼视觉相关术语及定义

　　3.3.1

　　瞳孔 pupil

　　通过人眼的角膜可以看到，其虹膜中央处有一圆孔，称为瞳孔[6](一般成年人的瞳孔平均直径为2.5~4.0mm，两眼瞳孔间距离为64~65mm)。

　　3.3.2

　　运动视差 motion parallax

　　人头部移动引起眼睛移动的视点运动，使头部移动前后在视网膜上接收到的图像存在差异，形成视点运动视差[7]。

　　4 测量一般条件

　　4.1 环境条件

　　标准测量条件：应在以下温度、湿度和气压条件范围内进行测量。

　　环境温度： 25±5℃。

　　相对湿度：25%RH～75%RH。

　　大气压力：86kPa ～106kPa。

　　光照条件：测量亮色度时在标准暗室条件下进行，被测显示器屏幕任一位置附近，暗室杂散光照度应低于0.3lx。

　　4.2 测量设备

　　测量设备：亮色度计、相机。

　　测量探头要求：亮色度计的测量孔径大小为4~6mm(建议参考值：4mm)。成像式测量设备(相机)的测量范围应包括至少500个像素点。

　　4.3 测量设置

　　测量设置如图1所示，测量距离通常选择显示器的设计观看距离，在测量过程中，测量距离应保持不变。一台光场显示器仅可规定和使用一个设计观看距离。

　　图1 测量设置侧视图

　　5 测量一般方法

　　5.1 视差连贯性

　　5.1.1 概述

　　单目视觉，指单眼可感知到深度信息，包括了运动视差及焦点调节。其中，运动视差是指人眼在移动过程中，观察的物体因为距离不同导致位移量不同，从而产生深度感知。虽然一般的多视点同样具有运动视差，但那是不连贯的，也即在运动视差的定义中还隐藏着“ 连贯性” 这一条件，由此提出“视差连贯性”的概念。“视差连贯性”也可以理解为“视差融合量”，即相邻视差图的视差量在一定范围内，人眼可以很好的融合相邻视差。要真正实现连续平滑的运动视差，相邻视差图的视差量控制是必不可少的。因此， 需要满足“相邻视差图的视差在设计观看距离上应满足人眼的连贯性感受”这一必要条件。

　　5.1.2 测量条件

　　测量设备：亮色度计、相机+人眼观测。

　　测量位置：显示屏中心。

　　5.1.3 测量位置

　　测量位置如图2所示，选择显示屏幕的中心位置P0 点附近，观察或拍摄位置为显示屏的设计观看距离处。

　　图2 测量位置图

　　5.1.4 测量画面

　　测量画面：视差连贯性测量示意图，如图3~5所示。

　　说明：图3为原始测量示意图示例(画面为白底，中心区域米字图样为黑色)，图4为分别将具有不同视差量的视差图像对合成视差测量示意图(仅中心米字图样)，1~15分别为不同的视差量，图5为确认视图串扰最大位置的测量示意图(图片为全屏大小，建议白色方块边长为5~10cm，便于观察判断)，在该位置单眼观测具有不同视差量的测量示意图的视图串扰情况。

　　图3 原始测量示意图示例

　　图4 不同视差测量示意图

　　图5 确认视图串扰最大位置测量示意图

　　5.1.5 测量方法

　　测量方法如下：

　　1) 已知待测屏幕的设计观看距离D及像素大小Pixel_size ，由公式(1)计算人眼视张角在5’时对应的像素个数n[8]，

　　2)根据n 的大小，将原始测量示意图分别移动k个像素、2k个像素 n个像素(可移动非等间距)，作为不同的视差量图片;

　　3)将原始测量示意图与移动后的不同视差量图片分别合成具有不同视差的测量示意图，如图4所示;

　　4)在两张纯黑图上分别设置白色方块画面，并合成视差图，如图5所示。在设计观看距离上，利用亮色度计测量其水平亮度分布，选择两个峰值亮度分布的中心点位置，即在该位置可看到左右两个白色方块亮度相同，标记这个位置;

　　5)在步骤 4)中标记的位置上，依次单眼观察或者相机拍摄步骤 3)中不同视差测量示意图;

　　6)按照5.1.3的位置观察或拍摄，当图中明显存在两个重影图案时，记下此时视差测量示意图中原始测量示意图移动的像素个数，即为待测屏幕在满足连续运动视差情况下可容忍的相邻最大视差。

　　5.2 相邻视点间隔

　　5.2.1 概述

　　单目视觉，指单眼可感知到深度信息，包括了运动视差及焦点调节。其中，焦点调节是指当单眼进入来自同一个点的不同方向的光线时，人眼的晶状体改变焦距使该点可成像在视网膜上，从而产生聚焦深度感知。而焦点调节需要密集视点排布，因为只有当视点足够密集，单眼可以进入至少两个视点时，才能实现单眼进入来自同一个点两个不同方向的光线。因此， 实现单目立体视觉还需要满足“相邻视点排布间隔小于瞳孔大小” 的另一必要条件。

　　5.2.2 测量条件

　　测量设备：亮色度计

　　测量位置：显示屏中心附近区域

　　5.2.3 测量位置

　　测量位置如图6所示，选择显示屏幕的中心条带区域位置(图中条纹区域)，亮色度计测量距离为显示屏设计观看距离处。

　　图6 测量区域位置分布图

　　5.2.4 测量画面

　　测量画面：不同视点的测量示意图，如图7所示。

　　说明：图7为合成的不同视点的红蓝测量示意图，纯红图和纯蓝图的分辨率与待测屏幕相同，在VN个视点的图中，将第m个视点图替换为纯红图，与其他纯蓝图合成所需的红蓝测量示意图。

　　图7 合成不同视点的红蓝测量示意图

　　5.2.5 测量方法

　　测量方法如下：

　　1) 已知待测屏幕在设计观看距离下对应的观看宽度VW(主视角观看区域) 和瞳孔大小e，由公式(2)计算理论上满足单目进入两个视点的最小视点数VN;

　　2)根据VN的实际大小，选取第m、m+1 VN(可选取非等间距)个视点作为测量的视点;

　　3)准备VN张纯蓝图，将第m张纯蓝图替换为纯红图，并合成红蓝测量示意图，以此作为第m个视点的红蓝测量示意图。同理，第m+1……VN个视点的红蓝测量示意图制作同上;

　　4)在待测屏幕前架设具有刻度的滑轨，亮色度计安装在滑动模块上，且与屏幕中心垂直，距离为设计观看距离处;

　　5)移动亮色度计，按照5.2.3的测量位置，在任意三个不同的位置分别测量纯红、纯蓝画面的三刺激值XYZ;

　　6)全屏播放步骤 3)中的红蓝测量示意图，在观察到的红色区域内水平移动亮色度计，移动距离≤1mm，测量三刺激值XYZ，并记录亮色度计的水平坐标位置。其他不同视点的红蓝测量示意图的测量步骤同上，依次完成VN个不同视点的红蓝测量示意图的测量;

　　7)根据附录B中的公式计算出红色的纯度，并绘制出红色纯度曲线和水平位置的关系曲线，通过曲线可以获得相邻视点间距(相邻曲线峰值对应的水平距离)。该测量方法同样适用于单目多视点的测量。

　　附录 A

　　(资料性)

　　测量示意图软件生成方法及测量示意图说明

　　为了完成上述测量工作，我们需要制作并输出特定的测量示意图。测量中所使用的测量画面由合图软件生成(不指定软件)，这里主要需要生成不同视差3D测量示意图和不同视点红蓝测量示意图。合图软件生成测量示意图的过程如下。

　　A.1 合成不同视差3D测量示意图过程

　　合成不同视差的3D测量示意图的过程如图A.1所示。

　　图A.1 合成不同视差的3D测量示意图的流程图

　　A.2 合成不同视点红蓝测量示意图过程

　　合成不同视点的红蓝测量示意图的过程如图A.2所示。

　　图A.2 合成不同视点的红蓝测量示意图的流程图

　　A.3 其他测量示意图说明

　　合成的不同视差图所采用的原始测量示意图为单像素米字图样，其分辨率与待测屏幕相同，如图A.3 所示。采用单像素图是利于像素个数的移动和观察判断，便于记录像素的移动个数对应的间距大小。采用米字图样是为了避免图像的单一方向，保证多个观察方向的判断结果。

　　合成的红蓝测量示意图在空间投射的示意图，如图A.4所示。红蓝测量示意图经光场显示器显示后，在空间中投射为红蓝交替的条纹，不同视点对应不同位置的红色条纹，通过测量红色纯度在空间中的分布曲线，可得到相邻视点间距。

　　图A.3 原始测量示意图

　　图A.4 合成的红蓝测量示意图在空间投射的示意图

　　附录 B

　　(资料性)

　　纯度计算及数据处理方法

　　通过测量三刺激值XYZ ，可根据如下公式计算出红色的纯度，绘制出红色纯度曲线。计算纯度的公式推导如下。

　　红蓝两色的三刺激值分别为，红色：XRYRZR，蓝色：XB YBZB。

　　认为红蓝两种颜色在混合时，两者的亮度Y分别乘上一个系数r和b，又因为其本身的色坐标不发生变化，所以对应的XZ也需要乘上和Y相同的系数，基于颜色混合刺激值可直接相加的原理，则混合色的刺激值应为：

　　X = rXR + bXB ·························································· (B. 1)

　　Y = rYR + bYB ··························································· (B. 2)

　　Z = rZR + bZB ·························································· (B. 3)

　　由上式可以推出以下三个关系式：

　　···························································· (B. 4)

　　···························································· (B. 5)

　　···························································· (B. 6)

　　又根据色坐标的计算公式有，

　　x

　　y

　　z

　　为方便表示，可令，

　　WR = (X + Y + Z)R ···················································· (B. 10)

　　WB = (X + Y + Z)B ···················································· (B. 11)

　　又可以得到如下三个r和b的关系式：

　　·························································· (B. 12)

　　·························································· (B. 13)

　　·························································· (B. 14)

　　最后，可计算得到其红色纯度分布图，从而绘制出纯度分布与水平位置的关系曲线。

　　图B.1 计算纯度图示例

　　附录 C

　　(资料性)

　　单目立体视觉判定方法建议

　　针对上述单目立体视觉的必要条件的测量，分别对视差连贯性条件和相邻视点间隔条件进行了结果的判定，其判定方法及对判定结果的划分建议如下。

　　C.1 视差连贯性的判定

　　判定方法：

　　依次单眼观察或相机拍摄后观察合成的不同视差的3D测量示意图，当可明显分辨出图中存在两个重影图案时，记录此时原始的3D测量示意图所移动的像素个数k(例如本实验中测量结果k为6~8个，

　　已知像素大小为n )，则移动的像素间距为K=k*n，即为待测屏幕在满足连续运动视差情况下可容忍的相邻最大视差。根据实验结果，将视差连贯性分为连贯、较连贯、不连贯分别对应为A级、B级、C级，判定结果划分如下。

　　表C.1视差连贯性分级

　　C.2 相邻视点间隔的判定

　　判定方法：

　　若在每个相邻视点的间隔内，相邻视点间距d都小于瞳孔大小e，即证明在设计观看距离上的各个位置，单眼可进入两个视点，具备单目立体视觉条件，判定结果划分如下。

　　表C.2 相邻视点间隔判定

　　参 考 文 献

　　[ 1] IEC 62629-1-2 ：2013 3D display devices-Part 1-2：Generic-Terminology and letter symbols

　　[2] IEC 62629-22-1：2013 3D display devices-Part 22-1： Measuring methods for autostereoscopic displays- Optical

　　[3] SJ/T 11591.4.2. 1-2016 立体显示器件

　　[4] DB44/T 1528. 1-2015 裸眼立体显示器 第1部分：光学参数测量方法

　　[5] CIE S 023/E-2013：Characterization of the Performance of Illuminance Meters and Luminance Meters

　　[6] 章海军.视觉信息应用技术 [M]. 浙江：浙江大学出版社，2019.

　　[7] 马群刚，夏军.3D显示技术 [M]. 北京：电子工业出版社，2020.

　　[8] 蒋百川.几何光学与视觉光学 [M]. 上海：复旦大学出版社，2016.