3D显示画质测评方法研究

摘要：3D显示技术是利用一系列的电学、光学方法使人左右眼产生视差从而接受到不同的图像，图像传送到大脑视觉神经中枢，经过差异处理后，大脑将它们合成3D图像，使人感觉到所看见的物体有立体感、真实感。本文对3D显示画质测评方法进行了分析研究。

关键词：3D 画质 测评

1、3D产品的特点

第一，3D产品使得观看的人们可以在人脑中合成3D影视，所以具有真实的立体感和强烈的视觉震撼感。第二，3D产品技术发展较为迅速，目前具有高清晰画质、逼真自然和高对比度等几个优点。第三，3D产品在播放功能中具有较强的兼容性，可以兼容播放2D视频内容，且能自由转换。第四，3D产品能够使得人们的双眼从8个角度获得图像，这源于其在技术方面应用了8视点合成算法，在不同角度都可以看到立体图像。

2、3D显示图像成像原理

当我们用双眼观看物体时，眼睛看到的物体景象肯定会略有差异，这种差异的存在是产生立体感的重要原因。

主要影响人眼生理3D立体视觉的因素就是双眼视差，大量研究随机点的结果已经证明，不具备任何意义的随机点，在排除心理深度暗示之后，具备一定的视差条件，就能缠身深度感觉，说明人眼视差与任何视觉经验并不相关，如果人眼的水平视觉较大，就会产生模糊重影等视觉现象，人眼水平视差的范围也会影响3D显示图像的质量。

3、3D显示技术的主要分类

（1）色差式。色差式3D先由旋转的滤光轮分出光谱信息，使用不同颜色的滤光片进行画面滤光，使得一个图片能产生出两幅图像，人的每只眼睛都看见不同的图像。（2）偏光式。偏光式3D是利用光线有“振动方向”的原理来分解原始图像的，先通过把图像分为垂直向偏振光和水平向偏振光两组画面，然后3D眼镜左右分别采用不同偏振方向的偏光镜片，这样人的左右眼就能接收两组画面，再经过大脑合成立体影像。（3）主动快门式。主动快门式3D主要是通过提高画面的刷新率来实现3D效果的，把图像按帧一分为二，形成对应左眼和右眼的两组画面，红外信号发射器将同步控制快门式3D眼镜的左右镜片开关，使左、右双眼能够在正确的时刻看到相应画面。

4、3D显示目前的主观评价要求和方法

4.1 主观评价要求

在主观评价中必须对影响因素做出严格规定是为了使评价结果出现变化的原因只受限于3D视频本身质量的影响。

（1）观看场地条件。必须在没有收到任何外界电波磁场干扰的安静室内进行测试，保证在暗室内进行亮度和色度的测试，座位不能超过水平方向中垂线的正负三十度，座位距离应该和屏幕保持3倍屏幕高度。（2）测试人员条件。参与主观评价的测试人员需具备正常视力以及立体视觉能力的测试人员才能够参与主观评价，测试人员需要包括专业人员和普通观众，年龄覆盖层面尽可能广泛。（3）3D眼镜。不同的立体显示技术对应了不同的立体眼镜，所以立体眼镜的种类很多，但是目前普遍应用的是红蓝立体眼镜、偏光式立体眼镜和主动快门立体眼镜三种。

4.2 主观评价方法

国际电信联盟于2000年了ITU-RBT.1438立体电视图像主观评价标准，主观评价图像质量分为优秀、良好、一般、不好、差五个级别，评价方法仍然沿用双刺激连续质量标度法。

国内外学者设计了一些立体影像主观评价实验，但仍然没有能够根本上解决立体视频质量主观评价问题[1]。

5、3D显示图像质量客观评价

5.1 客观评价指标

（1）3D亮度对比度评价指标。在显示设备上显示的3D图像一般采用融合左右视图的方法，但是当左右两眼图像的亮度差距比较大的时候，人眼就会出现强烈的不适感，所以，在3D图像质量客观评价中，经常将被测试的左右视图的亮度比值作为一个重要的质量评价指标。（2）3D系统串扰。一般情况下，人们看到的是存在于左右双眼图像串扰的3D图像，所以，串扰是决定3D立体产品图像质量的关键因素之一，高度串扰会导致3D图像难以融合，而且会产生部分失真，使得观看者出现视觉疲劳的症状。3D图像的信号、光源、眼镜等多种因素都会引起双眼串扰，因此，系统串扰是作为3D图像质量评价指标之一。（3）3D辉度。辉度是针对3D显示产品电光源而言，或者3D显示产品发光面积的大小与照射距离相比较小的场合，辉度表明了发光体在空间发射汇聚的能力，换言之，辉度就是表示3D显示产品光源到底有多“亮”，辉度越大，光源看起来就月凉，因此，辉度也是作为3D图像质量评价指标之一。

5.2 客观评价模型

虽然目前大量实验已经表明相邻的两个视点之间的图像具有高相关性，具有标准视差的视点的绝对差图像是这幅图像的轮廓线，但是，目前还没有统一确切的立体电视客观评价标准出台。

若绝对差值图像是零值图像，说明这两个视点接收的图像完全相同，是由于双眼存在视差而获得的立体感，在基于双视点成像的基础之上，定义左右视点差值图像的峰值信噪比，应用这一指标进行立体图像质量评价。

综上，如果需要双眼视差的质量优良，立体感强烈，就应该使得进行压缩后视点对的绝对差值图尽量接近原始图像绝对差值图像[2]。

如图1所示，本文根据3D成像原理和视觉特性建立了人眼视觉模型。

3D显示图像质量客观评价的目的是：将两幅图像进行比较，将图像在双眼中的可视程度定量分析，一般情况下，两幅图像中一个作为参考图像，另一个是经过处理之后具有部分噪声的图像，模仿双眼观看景物的过程是过去的误差综合分析过程，作为3D显示图像质量客观评价指标。

6、结语

本文通过论述3D显示目前的主观评价要求和方法，了解了影响3D图像质量的各类因素，建立了人眼视觉模型，并提出了三个评价指标，探究3D显示图像质量客观评价方法具有重要的意义。