立體影像視疲勞評價方法

雷國平 丁妍芝 戴閩魯

(1.重慶三峽學(xué)院信號與信息處理重點實驗室，中國 重慶400100；2.重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，中國 重慶400065)

0 引言

隨著“阿凡達”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”、“地心引力”、“西游記之大鬧天宮”等等，都獲得了不菲的成績。作為新興顯示技術(shù)，立體顯示技術(shù)提供了深度信息，能夠給觀眾帶來沉浸感，深受廣大觀眾喜愛。然而，立體影像所帶來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)的長遠(yuǎn)發(fā)展，必須對立體影像所帶來的視疲勞進行評定。

立體影像視疲勞的評價方法可以分為主觀評定和客觀評定兩個方面。主觀評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價主要是對平面影像視疲勞的評價模型加以擴展。人們對平面影像視疲勞的評價模型已經(jīng)較為成熟，如何在已有的平面影像評價模型的基礎(chǔ)上，融合立體影像的特征，得到立體影像視疲勞評價模型一直都是研究的重點方向。

1 輻輳—調(diào)節(jié)沖突

自然的觀看場景是立體的，而觀看者也能夠觀測到自然場景中的三維信息。人的雙眼瞳間距離約為65mm，這使得在自然的視覺場景中，在觀察某一物體時，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，便給觀看者帶來了立體感[1]。

在自然的觀看環(huán)境中，雙眼視線匯聚于觀測點而產(chǎn)生輻輳，輻輳距離即為對應(yīng)的眼睛離觀測點的距離，在此同時，雙眼焦點調(diào)節(jié)作用也在進行，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，｜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，我們將在屏幕前看到圖像（橙色點），當(dāng)出現(xiàn)（B）圖所示情況時，圖像將被呈現(xiàn)在屏幕后面。

2 立體影像視疲勞的主觀評價

立體影像視疲勞的主觀評價是根據(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)計得到受試者對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價一般包括五個步驟：選定符合條件的受試者、訓(xùn)練受試者、設(shè)定實驗環(huán)境、統(tǒng)計和處理實驗數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)[5]。

受試者是主觀評價的主體，所以受試者的選擇對主觀評價的成功與否具有決定性作用。首先，在選擇受試者時，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)備表達自己的感受。

訓(xùn)練受試者是為了使評價結(jié)果更接近實際水平，減少評價誤差。告知受試者實驗?zāi)康模绾螌ψ约旱闹饔^感受進行量化評分，使受試者有能力對自己的視疲勞程度進行評價。

設(shè)定實驗環(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。實驗環(huán)境對受試者評價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價。要使得主觀評價結(jié)果具有一致性和可移植性，設(shè)定實驗環(huán)境，并保持實驗環(huán)境一致是必要的。

統(tǒng)計和處理實驗數(shù)據(jù)是主觀評價視疲勞的重要環(huán)節(jié)。評價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每個視疲勞子因素打分，評價標(biāo)度量表如表1所示[6-7]。由于在評價立體影像視疲勞時，受試者的情緒、已有主觀經(jīng)驗等會影像實驗，因此未來減少實驗誤差，需要根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計的只是，對獲得的評價結(jié)果進行統(tǒng)計并處理，去掉不合理的實驗分?jǐn)?shù)，并對每位受試者的評分進行歸一化處理，以減少主觀偏見和個人差異對實驗的影像。

表1 視疲勞評價標(biāo)度量表

分析數(shù)據(jù)是主觀評價視疲勞最核心的環(huán)節(jié)，從主觀評價問卷數(shù)據(jù)中得到我們所需要的結(jié)論并對視疲勞進行評價。

3 立體影像視疲勞的客觀評價

由于立體影像視疲勞的主觀評價步驟復(fù)雜，且需要主觀評論人員，從開始評價到得出結(jié)果需要耗費較多時間，因此人們越來越多的把注意力轉(zhuǎn)移到了客觀評價立體影像視疲勞方面，并力圖找到評價立體影像視疲勞的普適性方法。

對立體影像視疲勞的客觀評價一般通過測定特定的參數(shù)來判斷立體影像視疲勞的疲勞程度，如測量受試者的瞳孔收縮時間、融合幅度、焦點調(diào)節(jié)等。如今應(yīng)用較為廣泛的是用測瞳孔直徑的方法來評判立體影像視疲勞[8-10]。

測量瞳孔直徑的設(shè)備一般為照相機、監(jiān)視器和計算機。計算機控制照相機，拍攝記錄受試者在觀看立體影像時的瞳孔狀況，得到瞳孔直徑，實驗設(shè)置如圖2所示。

圖2 測量瞳孔直徑的實驗裝置

在測量瞳孔直徑時，一定要注意調(diào)整觀影環(huán)境的照明情況，因為過強的環(huán)境亮度會使得瞳孔收縮變小，不利于觀察其變化，而環(huán)境亮度較弱時，則不利于拍攝記錄瞳孔直徑。在用瞳孔直徑客觀評價立體影像視疲勞的過程中，需要測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，我們就可以認(rèn)為觀影者保持一個較舒適的狀態(tài)，當(dāng)瞳孔直徑的增加大于0.4mm時，我們就可以認(rèn)為觀影者出現(xiàn)了視疲勞，應(yīng)當(dāng)休息或者對立體影片進行調(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。對立體影像視疲勞的研究大多分為主觀評價立體影像視疲勞和客觀評價視疲勞兩個方面，主觀評價方法簡單，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，耗時較長，需要受試者的參與。客觀評價方法大多通過測量某一參數(shù)而獲取視疲勞程度的評價，實驗需要較為精密的儀器和設(shè)備。主觀評價方法和客觀評價方法各有優(yōu)缺，運用時需要視情況來選擇視疲勞評價方法。

［1］李思思.輻輳與焦點調(diào)節(jié)不一致所引發(fā)的立體影像視疲勞研究[D].北京郵電大學(xué),2012.

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