雷國(guó)平 丁妍芝 戴閩魯

(1.重慶三峽學(xué)院信號(hào)與信息處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó) 重慶400100；2.重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，中國(guó) 重慶400065)

0 引言

隨著“阿凡達(dá)”的高票房，電影制片商開始把目光從平面電影轉(zhuǎn)移到了立體影像，出現(xiàn)了立體電影的熱潮，一系列優(yōu)秀的立體電影，如“泰坦尼克號(hào)”、“地心引力”、“西游記之大鬧天宮”等等，都獲得了不菲的成績(jī)。作為新興顯示技術(shù)，立體顯示技術(shù)提供了深度信息，能夠給觀眾帶來(lái)沉浸感，深受廣大觀眾喜愛。然而，立體影像所帶來(lái)的視疲勞問題仍然困擾著觀眾，影響著立體影像的發(fā)展和普及。為了立體影像產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，必須對(duì)立體影像所帶來(lái)的視疲勞進(jìn)行評(píng)定。

立體影像視疲勞的評(píng)價(jià)方法可以分為主觀評(píng)定和客觀評(píng)定兩個(gè)方面。主觀評(píng)定法的代表性工作主要集中在收集并分析觀影者的主觀感受，而立體影像視疲勞的客觀評(píng)價(jià)主要是對(duì)平面影像視疲勞的評(píng)價(jià)模型加以擴(kuò)展。人們對(duì)平面影像視疲勞的評(píng)價(jià)模型已經(jīng)較為成熟，如何在已有的平面影像評(píng)價(jià)模型的基礎(chǔ)上，融合立體影像的特征，得到立體影像視疲勞評(píng)價(jià)模型一直都是研究的重點(diǎn)方向。

1 輻輳—調(diào)節(jié)沖突

自然的觀看場(chǎng)景是立體的，而觀看者也能夠觀測(cè)到自然場(chǎng)景中的三維信息。人的雙眼瞳間距離約為65mm，這使得在自然的視覺場(chǎng)景中，在觀察某一物體時(shí)，左、右眼接收到的圖像是不一樣的，即存在所謂的雙目視差。雙眼接收到的視角輕微不同的兩幅圖片經(jīng)過視覺皮層的融合，便給觀看者帶來(lái)了立體感[1]。

在自然的觀看環(huán)境中，雙眼視線匯聚于觀測(cè)點(diǎn)而產(chǎn)生輻輳，輻輳距離即為對(duì)應(yīng)的眼睛離觀測(cè)點(diǎn)的距離，在此同時(shí)，雙眼焦點(diǎn)調(diào)節(jié)作用也在進(jìn)行，因此輻輳和調(diào)節(jié)是一致的。而在立體影像的觀看過程中，雙眼視線匯聚于虛擬物像處，即輻輳距離隨虛擬物像位置的變化而變化，而焦點(diǎn)的調(diào)節(jié)卻仍在畫面上，即調(diào)節(jié)距離是固定的雙眼與屏幕間的距離，如圖1所示[2]。

立體影像由于能帶來(lái)深度信息而給觀眾沉浸感，而這是以引發(fā)輻輳—調(diào)節(jié)沖突為代價(jià)的，輻輳調(diào)節(jié)沖突是立體影像不可調(diào)節(jié)的矛盾，也是引發(fā)視疲勞的主要因素。輻輳—調(diào)節(jié)沖突的程度可由｜D-d｜得到，當(dāng)觀影距離一定時(shí)，｜D-d｜越大，觀看者所承受的視覺壓力越大，感受到的視疲勞程度越嚴(yán)重[3]。

圖1 立體影像顯示示意圖

圖1中，D表示調(diào)節(jié)距離，d表示輻輳距離。出現(xiàn)（A）圖中所看到的情況時(shí)，我們將在屏幕前看到圖像（橙色點(diǎn)），當(dāng)出現(xiàn)（B）圖所示情況時(shí)，圖像將被呈現(xiàn)在屏幕后面。

2 立體影像視疲勞的主觀評(píng)價(jià)

立體影像視疲勞的主觀評(píng)價(jià)是根據(jù)受試者在觀看立體影像后所做的問卷得到的。通過問卷調(diào)查，我們可以統(tǒng)計(jì)得到受試者對(duì)所看立體影像的平均主觀得分，并由此判定立體影像視疲勞的程度[4]。

立體影像視疲勞的主觀評(píng)價(jià)一般包括五個(gè)步驟：選定符合條件的受試者、訓(xùn)練受試者、設(shè)定實(shí)驗(yàn)環(huán)境、統(tǒng)計(jì)和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)[5]。

受試者是主觀評(píng)價(jià)的主體，所以受試者的選擇對(duì)主觀評(píng)價(jià)的成功與否具有決定性作用。首先，在選擇受試者時(shí)，要排除雙目視覺生理異常者，能夠正常地感知視差立體感。在具體操作中，通常是利用專業(yè)的眼科檢查來(lái)篩選受試者。其次，為了使受試者具有代表性，受試者最好是不同年齡、從事不同職業(yè)、男女比例均衡及能夠準(zhǔn)備表達(dá)自己的感受。

訓(xùn)練受試者是為了使評(píng)價(jià)結(jié)果更接近實(shí)際水平，減少評(píng)價(jià)誤差。告知受試者實(shí)驗(yàn)?zāi)康模绾螌?duì)自己的主觀感受進(jìn)行量化評(píng)分，使受試者有能力對(duì)自己的視疲勞程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

設(shè)定實(shí)驗(yàn)環(huán)境包括顯示器的大小、顯示器的分辨率、環(huán)境亮度和環(huán)境濕度等等。實(shí)驗(yàn)環(huán)境對(duì)受試者評(píng)價(jià)視疲勞有很大的影響。顯示器的大小和分辨率將影響立體影像的視差，因此在很大程度上影像者受試者的視疲勞水平，環(huán)境溫度和濕度也將通過影像受試者的情緒而影響立體影像視疲勞評(píng)價(jià)。要使得主觀評(píng)價(jià)結(jié)果具有一致性和可移植性，設(shè)定實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境一致是必要的。

統(tǒng)計(jì)和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是主觀評(píng)價(jià)視疲勞的重要環(huán)節(jié)。評(píng)價(jià)立體影像視疲勞的問卷包含立體影像視疲勞的子因素，由四個(gè)方面組成，即視疲勞癥狀、眼部癥狀、視覺功能性下降和視疲勞的心理癥狀。受試者根據(jù)觀影后的主觀感受對(duì)每個(gè)視疲勞子因素打分，評(píng)價(jià)標(biāo)度量表如表1所示[6-7]。由于在評(píng)價(jià)立體影像視疲勞時(shí)，受試者的情緒、已有主觀經(jīng)驗(yàn)等會(huì)影像實(shí)驗(yàn)，因此未來(lái)減少實(shí)驗(yàn)誤差，需要根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)的只是，對(duì)獲得的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并處理，去掉不合理的實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)，并對(duì)每位受試者的評(píng)分進(jìn)行歸一化處理，以減少主觀偏見和個(gè)人差異對(duì)實(shí)驗(yàn)的影像。

表1 視疲勞評(píng)價(jià)標(biāo)度量表

分析數(shù)據(jù)是主觀評(píng)價(jià)視疲勞最核心的環(huán)節(jié)，從主觀評(píng)價(jià)問卷數(shù)據(jù)中得到我們所需要的結(jié)論并對(duì)視疲勞進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 立體影像視疲勞的客觀評(píng)價(jià)

由于立體影像視疲勞的主觀評(píng)價(jià)步驟復(fù)雜，且需要主觀評(píng)論人員，從開始評(píng)價(jià)到得出結(jié)果需要耗費(fèi)較多時(shí)間，因此人們?cè)絹?lái)越多的把注意力轉(zhuǎn)移到了客觀評(píng)價(jià)立體影像視疲勞方面，并力圖找到評(píng)價(jià)立體影像視疲勞的普適性方法。

對(duì)立體影像視疲勞的客觀評(píng)價(jià)一般通過測(cè)定特定的參數(shù)來(lái)判斷立體影像視疲勞的疲勞程度，如測(cè)量受試者的瞳孔收縮時(shí)間、融合幅度、焦點(diǎn)調(diào)節(jié)等。如今應(yīng)用較為廣泛的是用測(cè)瞳孔直徑的方法來(lái)評(píng)判立體影像視疲勞[8-10]。

測(cè)量瞳孔直徑的設(shè)備一般為照相機(jī)、監(jiān)視器和計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)控制照相機(jī)，拍攝記錄受試者在觀看立體影像時(shí)的瞳孔狀況，得到瞳孔直徑，實(shí)驗(yàn)設(shè)置如圖2所示。

圖2 測(cè)量瞳孔直徑的實(shí)驗(yàn)裝置

在測(cè)量瞳孔直徑時(shí)，一定要注意調(diào)整觀影環(huán)境的照明情況，因?yàn)檫^強(qiáng)的環(huán)境亮度會(huì)使得瞳孔收縮變小，不利于觀察其變化，而環(huán)境亮度較弱時(shí)，則不利于拍攝記錄瞳孔直徑。在用瞳孔直徑客觀評(píng)價(jià)立體影像視疲勞的過程中，需要測(cè)量觀影前和觀影后的瞳孔直徑，并比較其數(shù)值。

視疲勞將使得瞳孔直徑變大，一般可以把0.4mm作為臨界值，當(dāng)瞳孔直徑的增加小于0.4mm時(shí)，我們就可以認(rèn)為觀影者保持一個(gè)較舒適的狀態(tài)，當(dāng)瞳孔直徑的增加大于0.4mm時(shí)，我們就可以認(rèn)為觀影者出現(xiàn)了視疲勞，應(yīng)當(dāng)休息或者對(duì)立體影片進(jìn)行調(diào)整。

4 總結(jié)

立體影像被稱為下一代顯示技術(shù)，吸引了一大批設(shè)備制造商和電影制造商的關(guān)注。為了立體影像產(chǎn)業(yè)更好的發(fā)展，必須正視立體影像視疲勞問題。對(duì)立體影像視疲勞的研究大多分為主觀評(píng)價(jià)立體影像視疲勞和客觀評(píng)價(jià)視疲勞兩個(gè)方面，主觀評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)單，通過問卷調(diào)查的方式獲取視疲勞數(shù)據(jù)，但是其操作過程較為復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)，需要受試者的參與?？陀^評(píng)價(jià)方法大多通過測(cè)量某一參數(shù)而獲取視疲勞程度的評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)需要較為精密的儀器和設(shè)備。主觀評(píng)價(jià)方法和客觀評(píng)價(jià)方法各有優(yōu)缺，運(yùn)用時(shí)需要視情況來(lái)選擇視疲勞評(píng)價(jià)方法。

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