一种分析裸眼3D显示系统立体深度影响因素的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种分析裸眼3D显示系统立体深度影响因素的方法，依据潘弄融合和波像差理论，建立理想立体深度模型与实际立体深度模型，对影响实际立体深度的因素进行分析，给出显示系统立体深度的客观评价；包括以下步骤：S1、结合人眼视觉特性和潘弄融合理论，确定双眼能融合形成3D感的视差范围，建立理想的立体深度模型；S2、根据波像差理论,建立实际立体深度模型，通过视网膜上的光斑分布和人的单眼分辨率极限求实际立体深度；S3、将所述实际立体深度与所述理想立体深度进行比对，分析影响实际立体深度的因素；本发明专利技术系统的分析影响裸眼3D显示系统立体深度的因素，为更好地设计裸眼3D显示系统以及改善裸眼3D显示系统的体验提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种分析裸眼3D显示系统立体深度影响因素的方法
本专利技术涉及裸眼3D显示效果评价领域，特别是涉及一种分析裸眼3D立体深度影响因素的方法。
技术介绍
近年来，携带有深度信息的三维显示技术得到广泛关注。人们希望能在显示屏幕上将真实的三维世界完整的还原出来，在获取所需基本信息的同时，能够最大程度的获得生动形象的观感。虚拟现实技术(VirtualReality，VR)被寄予很大的期望，可用于游戏、体育、在线教育、医疗、餐饮和网上购物等领域。苹果、谷歌、Oculus、华为、三星、微软等科技巨头纷纷投入这一研究，蚁视科技、暴风魔镜、七维科技等科技新秀也在开发专门的显示器。但现阶段三维显示技术还不成熟。裸眼3D显示作为近些年来发展迅速的技术，已经开始应用于户外广告屏、产品展览等领域。裸眼3D显示可分为光栅式、透镜式和指向式裸眼3D显示。主要是通过光栅或者透镜将显示器显示的图像进行分光，从而使人眼接收到不同的图像，在大脑中融合形成3D感。光栅式显示系统会带来亮度的损失，指向式裸眼3D显示技术还不成熟，目前研究最多的是透镜式裸眼3D显示系统。但由于透镜的分光效果不理想等原因，透镜式裸眼3D显示屏的立体深度远远未达到理想要求。为了给观众带来更舒适和更震撼的裸眼3D体验，如何提高显示器的立体深度成为重中之重。目前对立体深度的探究主要是通过主观评价，很少从机理上分析影响立体深度的因素，也就无法改善裸眼3D显示系统的立体深度。
技术实现思路
本专利技术目的就是从机理上分析影响裸眼3D显示系统立体深度的因素问题。本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种分析裸眼3D显示系统立体深度影响因素的方法，包括以下步骤：S1、结合人眼视觉特性和潘弄融合理论，确定双眼能融合形成3D感的视差范围，建立理想的立体深度模型；S2、根据波像差理论,建立实际立体深度模型，通过视网膜上的光斑分布和人的单眼分辨率极限求实际立体深度；S3、将所述实际立体深度与所述理想立体深度进行比对，分析影响实际立体深度的因素。优选地，步骤S1中，潘弄融合区域即双眼视差融合范围为-0.2°～+0.2°，|θout-θ0|≤0.2°；由于零视差角度足够小，所以允许的最大出屏深度为对应屏幕上的水平视差为对于给定片源，此时的理论出屏深度为其中：D为观察距离，p为显示屏上水平视差，e为人眼瞳孔间距，θ0为零视差角度，θin为入屏视差角度，θout为出屏视差角度，vout为出屏深度,vin为入屏深度。优选地，步骤S2中，根据波像差理论，中心透镜光瞳函数为其中：波数λ是波长；(ε,η)是入瞳坐标即透镜坐标,s是透镜口径；W(ε,η)是波像差；优选地，所述波像差为其中：S1～S5分别为球差、慧差、像散、场曲和畸变；优选地，用δ函数表示的点光源像素(xmn,ymn)，透镜的复振幅透过率为：优选地，到达观察面光场分布为：经过人眼成像系统在视网膜的场分布为：其中(x,y)是人眼视网膜坐标.所有光源的线性累加形成光斑，视网膜上光场分布为：优选地，设扩展光源的尺寸为a×a，视网膜上光场分布为：优选地，光源通过透镜在voutmax处形成光斑的直径为De，人眼极限分辨率为ae，则为满足人眼分辨率De≤(D-voutmax)*ae从而由上述公式可得扩展光源的尺寸a、透镜的像差S1～S5、透镜的通光孔径s以及观察角度θ对立体深度的影响。本专利技术与现有技术对比的有益效果是：本专利技术的一种分析裸眼3D显示系统立体深度影响因素的方法，根据潘弄融合和波像差理论建立立体深度的理想与实际模型，从光源、透镜和观察者三方面系统的分析影响立体深度的因素，且首次分析像素尺寸对立体深度的影响，与主观评价裸眼3D立体深度不同，从作用机理上分析各因素对裸眼3D立体深度的影响，给出评价裸眼3D效果的客观评价方法，指出改善裸眼3D显示观影体验的方向。附图说明图1是本专利技术技术方案流程图；图2是视差角概念说明示意图；图3是不等间距屏幕示意图；图4是波像差理论模型图；图5是菲涅尔衍射原理图。具体实施方式本专利技术根据潘弄融合和波像差理论建立分析影响立体深度因素的模型，如图1所示包括如下步骤：步骤1：结合人眼视觉特性和潘弄融合理论，建立立体深度的理想模型，首先确定双眼能融合形成3D感的视差范围，将视差角在-0.2°～+0.2°定义为双眼视差融合范围，其中视差角是双眼辐辏角度的差值。正视差角度对应出屏，负视差角度对应入屏，出屏对观影体验的影响更大，且入屏和出屏的分析方法类似，以下分析以出屏为例。如图2所示的视差角概念说明示意图，图中，观察距离为D，显示屏上水平视差为p，人眼瞳孔间距为e，零视差角度为θ0，入屏视差角度为θin，出屏视差角度为θout，出屏深度为vout,入屏深度为vin。研究表明，潘弄融合区域即双眼视差融合范围为-0.2°～+0.2°,|θout-θ0|≤0.2°。由于零视差角度足够小，所以允许的最大出屏深度为对应屏幕上的水平视差为对于给定片源，此时的理论出屏深度为如图3的不等间距大尺寸裸眼3D显示系统，其出屏深度为：可以看到观察距离D、水平视差人眼间距e、像素间距t以及像素排列方式都会影响立体深度。步骤二：根据波像差理论进一步建立实际立体深度模型，通过视网膜上的光斑分布和人的单眼分辨率极限求实际立体深度；波像差理论模型如图4所示，其中1是LED光源面，2是透镜阵列，3是观察面。中心透镜光瞳函数为：其中波数λ是波长。(ε,η)是入瞳坐标即透镜坐标,s是透镜口径。W(ε,η)是波像差。W(ε,η)主要由以下几部分组成其中S1～S5分别为球差、慧差、像散、场曲和畸变。对于可以用δ函数表示的点光源像素(xmn,ymn)，透镜的复振幅透过率为如图5菲涅尔衍射原理图所示，l是入射光波的方向向量，r是出射光波的方向向量，(n,l)和(n,r)分别是孔径面∑的法线与l和r方向的夹角；倾斜因子为：对于轴上点可以将入射光看成垂直入射到孔径的平面波，即cos(n,l)＝-1，又cos(n,r)≈1，即近似的把倾斜因子看作常量，不考虑它的影响。对于离轴的像素点，因为光源与孔径的距离有限，所以入射光不是垂直入射到孔径，此时取cos(n,r)＝1，cos(n,l)＝-sinθ所以到达观察面光场分布经过人眼成像系统在视网膜的场分布为其中(x,y)是人眼视网膜坐标.所有光源的线性累加形成光斑，视网膜上光场分布针对扩展面光源，假设扩展光源的尺寸为a×a，视网膜上光场分布为单像素成像必须满足人眼分辨率，以此为依据求得实际立体深度。由光源通过透镜在d＝vmaxout处形成光斑的直径为De，人眼极限分辨率为ae，则为满足人眼分辨率De≤(D-vmaxout)*ae从而由上述公式可得扩展光源的尺寸a、透镜的像差S1～S5、透镜的通光孔径s以及观察角度θ都会影响立体深度。步骤三：根据步骤一、二建立的所述实际立体深度与所述理想立体深度模型，分析各因素对实际立体深度的影响。本专利技术应用案例一：是将本专利技术应用于设计裸眼3D显示系统。设定显示屏宽度和高度，屏幕长宽比为4:3，设计k视点的显示系统。设计观看距离为显示屏高度的三倍。根据设定的立体深度和上述仿真结果确定像素间距，进而求出透镜焦距，然后求解透镜宽度并计算透镜的微观加工参数。本专利技术应用案例二：是将本专利技术应用于裸眼3D视本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分析裸眼3D显示系统立体深度影响因素的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：S1、结合人眼视觉特性和潘弄融合理论，确定双眼能融合形成3D感的视差范围，建立理想的立体深度模型；S2、根据波像差理论,建立实际立体深度模型，通过视网膜上的光斑分布和人的单眼分辨率极限求实际立体深度；S3、将所述实际立体深度与所述理想立体深度进行比对，分析影响实际立体深度的因素。

【技术特征摘要】
1.一种分析裸眼3D显示系统立体深度影响因素的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：S1、结合人眼视觉特性和潘弄融合理论，确定双眼能融合形成3D感的视差范围，建立理想的立体深度模型；S2、根据波像差理论,建立实际立体深度模型，通过视网膜上的光斑分布和人的单眼分辨率极限求实际立体深度；S3、将所述实际立体深度与所述理想立体深度进行比对，分析影响实际立体深度的因素。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1中，潘弄融合区域即双眼视差融合范围为-0.2°～+0.2°,|θout-θ0|≤0.2°；由于零视差角度足够小，所以允许的最大出屏深度为对应屏幕上的水平视差为对于给定片源，此时的理论出屏深度为其中：D为观察距离，p为显示屏上水平视差，e为人眼瞳孔间距，θ0为零视差角度，θin为入屏视差角度，θout为出屏视差角度，vout为出屏深度,vin为入屏深度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2中，根据波像差理论，中心透镜光瞳函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏萍，安舒，马建设，何泽浩，陈虎，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44