三維顯示器的光學特性評價裝置和光學特性評價方法
2023-10-22 19:38:07
專利名稱：三維顯示器的光學特性評價裝置和光學特性評價方法
技術領域：
本發明涉及三維顯示器的光學特性評價裝置和三維顯示器光學特性評價方法。
背景技術：
眾所周知，為了評價三維顯示器(以下也稱為「3D顯示器」)的光學特性，用示波器等對從3D顯示器上的例如多個位置的測量點射出的光線的分布狀態進行測量。具體而言，一般的方式是對從測量點出發的放射角度方向的亮度分布進行測量。可是，對於3D顯示器而言，重要的是觀察者是否感知到立體圖像，因此，不僅要測量來自3D顯示器的物理光線分布，還必須結合人能否獲得立體感來進行評價。換言之，光是否準確地投射到觀察者的眼中是評價3D顯示器的光學特性上的一項判斷基準。因此，在評價3D顯示器的光學特性時，與觀察者的左右兩眼分別對應的圖像能否被觀察為清晰的圖像成為評價的要點之一。一般來說，將應該進入左右眼的光完全分離較為困難，會有不期望的光作為漏光(crosstalk:串擾)進入眼中。也就是，本來不該看見的圖像的漏光作為串擾進入觀察者眼中。該串擾的量影響到立體感知的質量，因此，作為是否能夠無矛盾地感知立體視覺的判定，可用分別進入左右眼的期望的光和不期望的光的亮度對比作為基準來評價3D顯示器的光學特性。例如，在非專利文獻1中記載的技術方案是用左右眼的3D對比之積來評價3D顯示器的光學特性的方法。另外，例如，如非專利文獻2中記載的那樣，作為3D顯示，已經提出來雙眼方式、多眼方式、全感(integral)方式等多種方式。在雙眼方式和多眼方式的3D顯示器中，右眼用和左眼用的圖像被預先確定，因此，可基於上述的3D對比進行3D顯示器的光學特性評價。現有技術文獻非專利文獻非專禾Ij 文獻 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)非專利文獻 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)
發明內容
發明要解決的技術問題然而，全感方式的3D顯示器的情況與雙眼方式或多眼方式的3D顯示器不同，不存在視點這一概念。即，全感方式的3D顯示器不涉及左右眼的圖像這樣的概念，而是以忠實地再現從物體發出的光線為目標的3D顯示器。因此，在對全感方式的3D顯示器的光學特性進行評價時，存在不能應用傳統的3D對比的問題。
本發明鑑於上述的問題點而提出，其目的在於提供能夠不依賴於3D顯示器的種類進行光學特性評價的3D顯示器光學特性評價裝置和3D顯示器光學特性評價方法。解決問題的手段為了解決上述課題，本發明的三維顯示器的光學特性評價裝置的特徵在於，具有 亮度測量單元，其對從三維顯示器上的預定測量點發出的光線的放射角度方向的亮度進行測量；亮度分布分析單元，其基於由所述亮度測量單元測量出的亮度數據，對所述光線的所述放射角度方向的亮度分布狀態進行分析，並生成所述光線的亮度分布圖像；眼間亮度分析單元，其基於所述亮度分布圖像，對觀察者兩眼間感知的亮度進行分析，並生成立體視覺判定圖像；以及立體視覺判定單元，其基於所述立體視覺判定圖像，將作為所述三維顯示器前面的區域的、所述放射角度方向的一定區域判定為立體視覺可能區域。另外，本發明的三維顯示器的光學特性評價方法的特徵在於，包括亮度測量步驟，其中亮度測量單元對從三維顯示器上的預定測量點發出的光線的放射角度方向的亮度進行測量；亮度分布分析步驟，其中亮度分布分析單元基於由所述亮度測量單元測量出的亮度數據，對所述光線的所述放射角度方向的亮度分布狀態進行分析，並生成所述光線的亮度分布圖像；眼間亮度分析步驟，其中眼間亮度分析單元基於所述亮度分布圖像，對在觀察者兩眼間感知的亮度進行分析，並生成立體視覺判定圖像；以及立體視覺判定步驟，其中立體視覺判定單元基於所述立體視覺判定圖像，將作為所述三維顯示器前面區域的、所述放射角度方向的一定區域判定為立體視覺可能區域。根據這樣的本發明的三維顯示器的光學特性評價裝置和三維顯示器的光學特性評價方法，在眼間亮度分析單元基於亮度分布圖像分析在觀察者兩眼間感知的亮度並由此生成立體視覺判定圖像的情況下，立體視覺判定單元基於該立體視覺判定圖像判定立體視覺可能區域。這是不論雙眼方式、多眼方式、全感方式等3D顯示器的種類均可適用的評價裝置和評價方法。因此，若採用本發明的三維顯示器的光學特性評價裝置和三維顯示器的光學特性評價方法，就能夠不依賴於三維顯示器的種類地進行光學特性的評價。優選的是，所述亮度分布分析單元在所述三維顯示器的全部視點中分析每個視點各自的所述亮度分布狀態，並生成所述每個視點各自的所述亮度分布圖像。如此，通過生成每個視點各自的亮度分布圖像，能夠在三維顯示器的全部視點上評價光學特性。優選的是，所述眼間亮度分析單元從所述亮度分布分析單元所生成的所述每個視點各自的所述亮度分布圖像中，提取與所述觀察者的眼間距離相應的2個亮度分布圖像， 並使用該提取出的所述2個亮度分布圖像，分析所述觀察者的所述兩眼間的亮度對比度， 由此生成所述立體視覺判定圖像。與從每個視點各自的亮度分布圖像中提取的觀察者的眼間距離相符的2個亮度分布圖像分別相當於觀察者的右眼和左眼。優選的是，所述亮度分布分析單元在所述三維顯示器的全部視線方向中分析每個視線方向各自的所述亮度分布狀態，並生成所述每個視線方向各自的所述亮度分布圖像。如此，通過生成每個視線方向各自的亮度分布圖像，能夠在三維顯示器的全部視線方向上進行光學特性的評價。優選的是，所述眼間亮度分析單元從所述亮度分布分析單元所生成的所述每個視線方向各自的所述亮度分布圖像中，提取與所述觀察者的眼間距離相當的2個亮度分布圖像，並使用該提取出的所述2個亮度分布圖像，分析所述觀察者的所述兩眼間的亮度對比度，由此生成所述立體視覺判定圖像。從每個視線方向各自的亮度分布圖像中提取出的與觀察者的眼間距離相當的2 個亮度分布圖像，分別相當於觀察者的右眼和左眼。優選的是，所述亮度對比度為所述觀察者的右眼和左眼中應進入光與不應進入光之比。優選的是，本發明將觀察者的右眼和左眼中應進入光與不應進入光之比作為三維顯示器光學特性評價的判斷基準。優選的是，關於所述亮度對比度的值，在應進入所述觀察者的右眼的光進入了所述右眼且應進入所述觀察者的左眼的光進入了所述左眼的情況下，不伴隨有符號的改變， 在應進入所述觀察者的右眼的光進入了所述觀察者的左眼或應進入所述觀察者的左眼的光進入了所述觀察者的右眼的情況下，伴隨有符號的改變。根據本發明，可以計算考慮了逆視的、亮度的對比度的值。優選的是，所述立體視覺判定單元將所述立體視覺判定圖像中與所述亮度對比度超過預定閾值的部分相當的所述一定區域，判定為所述立體視覺可能區域。通過設定適當的閾值，能夠容易地進行是否為立體視覺可能區域的判斷。優選的是，所述亮度分布圖像和所述立體視覺判定圖像是表示與所述三維顯示器的顯示面垂直的面上的所述區域中的亮度分布的圖像。在本發明中，亮度分布圖像和立體視覺判定圖像對應於與三維顯示器的顯示面垂直的面，特別是在三維顯示器按通常的使用狀態設置的情況下對應於與地面成水平的面。 並且，立體視覺判定單元基於該立體視覺判定圖像，特別是在三維顯示器按通常的使用狀態設置的情況下，針對作為三維顯示器前面的區域的、從三維顯示器發出的光線的放射角度方向上的區域，進行是否為立體視覺可能區域的判定。發明效果根據本發明，能夠提供能夠不依賴於3D顯示器的種類進行光學特性的評價的三維顯示器光學特性評價裝置和三維顯示器光學特性評價方法。
圖1是第1實施方式的光學特性評價裝置1的結構概要圖。圖2是光學特性評價裝置1的硬體結構圖。圖3是說明光學特性評價裝置1的動作的流程圖。圖4是示出在步驟S102中亮度計58對從3D顯示器60上的預定測量點61放射的光線的放射角度方向的亮度進行測量的情況的圖。圖5是示出在步驟S103生成的亮度分布圖像的一例的圖。圖6是示出在步驟S105提取的2個亮度分布圖像的圖。圖7是示出在步驟S105生成的立體視覺判定圖像的一例(雙眼方式和多眼方式的情況)的圖。圖8是示出在步驟S105生成的立體視覺判定圖像(全感方式的情況)的一例的圖。圖9是示出考慮了逆視情況的、視線方向的編號方法的圖。圖10是示出在考慮了逆視的情況下求得的立體視覺判定圖像的一例的圖。圖11是示出在考慮了逆視的情況下在與顯示器60相隔一定距離的位置提取亮度對比的結果的圖。圖12是說明第1實施方式中的波瓣區域的圖。圖13是第2實施方式的視場角特性驗證裝置Al的結構概要圖。圖14是視場角特性驗證裝置Al的硬體結構圖。圖15是示出視場角特性驗證裝置Al的動作的流程圖。圖16是說明亮度分布檢查部AllO的亮度測量處理的圖。圖17是示出亮度分布檢查部AllO求得的亮度分布Ln(X，Y，θ )的一例的圖。圖18是說明波瓣檢測部Α120對波瓣和屬于波瓣的區域進行檢測的情況的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細說明本發明的三維顯示器光學特性評價裝置和三維顯示器光學特性評價方法的優選實施方式。此外，對
中相同的要素賦予相同的標號，並省略重複的說明。[第1實施方式]
(光學特性評價裝置1的構成)首先，參照圖1說明本發明的第1實施方式的光學特性評價裝置1的構成。圖1 是光學特性評價裝置1的結構概要圖。如圖1所示，光學特性評價裝置1具有如下部分作為功能性構成要素亮度測量部10(與權利要求書中的「亮度測量單元」相當)、亮度分布分析部20 (與權利要求書中的「亮度分布分析單元」相當)、眼間亮度分析部30 (與權利要求書中的「眼間亮度分析單元」相當)以及立體視覺判定部40(與權利要求書中的「立體視覺判定單元」相當)。亮度測量部10對從3D顯示器上預定的測量點放射的光線的放射角度方向的亮度進行測量。亮度分布分析部20基於亮度測量部10所測定的亮度數據對光線的放射角度方向的亮度分布狀態進行分析並生成光線的亮度分布圖像。眼間亮度分析部30基於亮度分布圖像對在觀察者兩眼間感知的亮度進行分析並生成立體視覺判定圖像。立體視覺判定部 40基於立體視覺判定圖像，將作為3D顯示器前面區域的、放射角度方向一定的區域判定為立體視覺可能區域。圖2是光學特性評價裝置1的硬體結構圖。如圖2所示，光學特性評價裝置1在物理上由包含以下部分的普通計算機系統構成CPU 51、ROM 52和RAM 53等主存儲裝置；鍵盤及滑鼠等的輸入設備M ；3D顯示器等的輸出設備55 ；與其他裝置之間進行數據收發的通信模塊56 ；硬體設備等的輔助存儲裝置57等。此外，光學特性評價裝置1包括亮度計58。 該亮度計58相當於圖1的亮度測量部10。通過讀取CPTO1、ROM 52和RAM 53等硬體上的預定的計算機軟體，在CPU 51的控制下使輸入設備M、輸出設備55、通信模塊56、亮度計 58動作，並且進行主存儲裝置52、53和輔助存儲裝置57中的數據的讀出和寫入而實現光學特性評價裝置1的各功能。
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(光學特性評價裝置1的動作)以下，參照圖3的流程圖詳細說明光學特性評價裝置1的動作(與權利要求書的 「三維顯示器光學特性評價方法」相當)。此外，在以下的說明中，先就雙眼方式和多眼方式的3D顯示器進行說明，關於全感方式的3D顯示器在(全感方式)一項中另作說明。原因是因為雙眼方式和多眼方式的3D顯示器中有視點的概念，而全感方式的3D顯示器中沒有視點的概念。(雙眼方式和多眼方式)以下，參照圖3的流程圖，對雙眼方式和多眼方式的3D顯示器情況下的光學特性評價裝置1的動作進行詳細說明。首先，對作為進行圖3所示的處理的前提的事項進行說明。第1實施方式中，假設採用能夠呈現N個視點圖像的雙眼方式或多眼方式的3D顯示器。即，第1實施方式的雙眼方式或多眼方式的3D顯示器中的視點最大數為N。準備最初評價用的圖像。具體而言，按視點數準備如下面這樣的評價用圖像構成為僅1個視點為全白畫面(全白)的圖像、其他視點的圖像均為全黑畫面(全黑)的圖像。由於第1實施方式中的視點的最大數為N，因此準備N個評價用圖像1 N。艮P，評價用圖像1 僅視點1的圖像為全白、視點2 N的圖像為全黑評價用圖像2 僅視點2的圖像為全白、視點1以及視點3 N的圖像為全黑…評價用圖像k 僅視點k的圖像為全白、視點1 (k ？ 1)以及(k+Ι) N的圖像為全黑…評價用圖像N 僅視點N為全白、視點1 (N-I)的圖像為全黑。接著，依次在3D顯示器上呈現各評價用圖像k(k = 1 N)(步驟S101)。然後，在呈現了評價用圖像k的狀態下，亮度測量部10對從3D顯示器上預定的測量點放射的光線的放射角度方向的亮度進行測量(步驟S102，與權利要求書的「亮度測量步驟」相當)。例如，如圖4所示，為了求得從3D顯示器60的預定測量點61發出的光線的亮度分布，在3D顯示器60的前面，使隔一定距離可在圓周上移動的亮度計58從位置A移動至位置B、從位置B移動至位置C，如此測量各位置處的亮度。實際上一邊將亮度計58以一定間隔(例如1度的間隔)移動，一邊測量各位置的測量點61的亮度。接著，對於一個評價用圖像k，將全部位置上的測量結果合成，生成從測量點61放射的光線的亮度分布圖像(步驟S103，與權利要求書的「亮度分布分析步驟」相當)。圖5示出在步驟S103中生成的評價用圖像k的亮度分布圖像的一例。在圖5所示的亮度分布圖像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，僅在高亮度部分的光線進入觀察者70的眼中時，觀察者70能夠感知3D顯示器60上的亮點。換言之，在高亮度部分以外的位置即使觀察者70的眼睛位於該處，觀察者70也不能感受到3D 顯示器60上的光。另外，亮度分布圖像80是表示如下區域中的亮度分布的圖像，該區域是與3D顯示器60的顯示面62正交的面上的、特別是橫切3D顯示器60的中央水平面的二維平面上的、3D顯示器60前面區域中圖5的3D顯示器60與觀察者70之間的區域。另外，在圖5中，3D顯示器60的顯示面62在H面上，亮度分布圖像80示出XY面上的亮度分布。接著，對3D顯示器的全部視點中每個視點各自的亮度分布狀態進行分析，即，按視點數N重複進行上述的步驟SlOl 步驟S103的處理，生成每個視點各自的亮度分布圖像(N個)(步驟S104)。接著，眼間亮度分析部30從亮度分布分析部20在步驟S104生成的每個視點各自的亮度分布圖像中，提取與觀察者的眼間距離(左右眼的間距約6. 5cm)相當的2個亮度分布圖像，並用該提取出的2個亮度分布圖像分析觀察者兩眼間的亮度對比度，從而生成立體視覺判定圖像。這裡，所謂「亮度對比度」是指觀察者右眼和左眼中應進入光與不應進入光之比(步驟S105，與權利要求書的「眼間亮度分析步驟」相當)。以下，對步驟S105進行更詳細的說明。例如，在觀察者在視點1和視點2上實現立體視覺的情況下，當觀察者右眼觀察視點1的圖像並且觀察者左眼觀察視點2的圖像時， 觀察者能夠實現立體視覺。此外，所謂「立體視覺」是指觀察者通過3D顯示器獲得的立體感，也稱為「雙眼視覺」。圖6示出在步驟S105中提取的2個亮度分布圖像81、82。圖6 (A) 是與觀察者右眼觀察的視點1的圖像相當的亮度分布圖像81，圖6(B)是與觀察者左眼觀察的視點2的圖像相當的亮度分布圖像82。這裡，設觀察者的眼間距離與亮度分布圖像上e個像素對應。即，在觀察者右眼置於視點1的亮度分布圖像81的任意像素(i，j)處時，觀察者左眼根據物理關係位於(i+e， j)處。因此，視點2的亮度分布圖像82的像素(i+e，j)的值與左眼觀察視點2的圖像時的光線亮度對應。即，可以將右眼觀察的視點1的亮度設為亮度分布圖像81的(i，j)的值， 並將左眼觀察的視點2的圖像的亮度設為亮度分布圖像82的(i+e，j)的值，然後將這2個值之積定義為「眼間亮度」。實際上，考慮到存在漏光，定義了應該進入雙眼的光與未進入的光之比，即亮度對比度，並採用其積的形式。例如，觀察視點1的圖像的右眼中存在作為漏光的視點2的圖像的光。換言之，右眼位於(i，j)位置時，視點2的亮度分布圖像82的(i，j)的像素值成為進入視點1的右眼的漏光。另外，在看見視點2的左眼中也同樣會從視點1的亮度分布圖像81得到右眼的漏光。S卩，以觀察者右眼中視點1的亮度I1和觀察者左眼中視點2的亮度I2為對象時的兩眼間的亮度對比度可用下式(1)定義。[式1]
權利要求
1.一種三維顯示器的光學特性評價裝置，其特徵在於，該光學特性評價裝置具有亮度測量單元，其對從三維顯示器上的預定測量點發出的光線的放射角度方向的亮度進行測量；亮度分布分析單元，其基於由所述亮度測量單元測量出的亮度數據，對所述光線的所述放射角度方向的亮度分布狀態進行分析，並生成所述光線的亮度分布圖像；眼間亮度分析單元，其基於所述亮度分布圖像，對觀察者兩眼間感知的亮度進行分析， 並生成立體視覺判定圖像；以及立體視覺判定單元，其基於所述立體視覺判定圖像，將作為所述三維顯示器前面的區域的、所述放射角度方向的一定區域判定為立體視覺可能區域。
2.根據權利要求1所述的三維顯示器的光學特性評價裝置，其特徵在於所述亮度分布分析單元在所述三維顯示器的全部視點中分析每個視點各自的所述亮度分布狀態，並生成所述每個視點各自的所述亮度分布圖像。
3.根據權利要求2所述的三維顯示器的光學特性評價裝置，其特徵在於所述眼間亮度分析單元從所述亮度分布分析單元所生成的所述每個視點各自的所述亮度分布圖像中，提取與所述觀察者的眼間距離相應的2個亮度分布圖像，並使用該提取出的所述2個亮度分布圖像，分析所述觀察者的所述兩眼間的亮度對比度，由此生成所述立體視覺判定圖像。
4.根據權利要求1所述的三維顯示器的光學特性評價裝置，其特徵在於所述亮度分布分析單元在所述三維顯示器的全部視線方向中分析每個視線方向各自的所述亮度分布狀態，並生成所述每個視線方向各自的所述亮度分布圖像。
5.根據權利要求4所述的三維顯示器的光學特性評價裝置，其特徵在於所述眼間亮度分析單元從所述亮度分布分析單元所生成的所述每個視線方向各自的所述亮度分布圖像中，提取與所述觀察者的眼間距離相當的2個亮度分布圖像，並使用該提取出的所述2個亮度分布圖像，分析所述觀察者的所述兩眼間的亮度對比度，由此生成所述立體視覺判定圖像。
6.根據權利要求3或權利要求5所述的三維顯示器的光學特性評價裝置，其特徵在於所述亮度對比度為所述觀察者的右眼和左眼中應進入光與不應進入光之比。
7.根據權利要求6所述的三維顯示器的光學特性評價裝置，其特徵在於 關於所述亮度對比度的值，在應進入所述觀察者的右眼的光進入了所述右眼且應進入所述觀察者的左眼的光進入了所述左眼的情況下，不伴隨有符號的改變，在應進入所述觀察者的右眼的光進入了所述觀察者的左眼或應進入所述觀察者的左眼的光進入了所述觀察者的右眼的情況下，伴隨有符號的改變。
8.根據權利要求6或權利要求7所述的三維顯示器的光學特性評價裝置，其特徵在於所述立體視覺判定單元將所述立體視覺判定圖像中與所述亮度對比度超過預定閾值的部分相當的所述一定區域，判定為所述立體視覺可能區域。
9.根據權利要求1 8中任一項所述的三維顯示器的光學特性評價裝置，其特徵在於所述亮度分布圖像和所述立體視覺判定圖像是表示與所述三維顯示器的顯示面垂直的面上的所述區域中的亮度分布的圖像。
10. 一種三維顯示器的光學特性評價方法，其特徵在於，所述方法包括 亮度測量步驟，其中亮度測量單元對從三維顯示器上的預定測量點發出的光線的放射角度方向的亮度進行測量；亮度分布分析步驟，其中亮度分布分析單元基於由所述亮度測量單元測量出的亮度數據，對所述光線的所述放射角度方向的亮度分布狀態進行分析，並生成所述光線的亮度分布圖像；眼間亮度分析步驟，其中眼間亮度分析單元基於所述亮度分布圖像，對在觀察者兩眼間感知的亮度進行分析，並生成立體視覺判定圖像；以及立體視覺判定步驟，其中立體視覺判定單元基於所述立體視覺判定圖像，將作為所述三維顯示器前面的區域的、所述放射角度方向的一定區域判定為立體視覺可能區域。
全文摘要
本發明提供不依賴於3D顯示器的種類而能夠進行光學特性評價的三維顯示器的光學特性評價裝置(1)和三維顯示器光學特性評價方法。眼間亮度分析部(30)基於亮度分布圖像，分析在觀察者兩眼間感知的亮度，由此生成立體視覺判定圖像，立體視覺判定部(40)基於該立體視覺判定圖像，判定立體視覺可能區域。無論3D顯示器的種類是雙眼方式、多眼方式還是全感方式，所述光學特性評價裝置(1)和三維顯示器光學特性評價方法均可適用。因此，採用本實施方式的三維顯示器的光學特性評價裝置(1)和三維顯示器光學特性評價方法能夠不依賴於3D顯示器的種類地進行光學特性的評價。
文檔編號H04N13/04GK102461192SQ20108002645
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月14日 優先權日2009年6月15日
發明者堀越力, 壺井雅史, 木村真治 申請人:株式會社Ntt都科摩