VR显示器中视差线索对伽马估计的影响.pdf
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1、云南民族大学学报(自然科学版),():收稿日期:基金项目:国家自然科学基金(,)作者简介:彭毅钧(),男,硕士研究生 主要从事 立体视觉舒适度研究通信作者:陈载清(),男,博士,教授,硕士生导师 主要从事颜色视觉与立体显示技术研究 显示器中视差线索对伽马估计的影响彭毅钧,陈载清,云利军,(云南师范大学 信息学院,云南 昆明 ;云南师范大学 云南省教育厅计算机视觉与智能控制技术工程研究中心,云南 昆明 ;云南师范大学 云南省光电信息技术重点实验室,云南 昆明 )摘要:虚拟现实(,)头戴立体显示器能够呈现视差线索,从而产生具有深度感的沉浸式交互体验 基于显示器伽马值人眼视觉估计方案,本文开展实验探
2、讨了 显示器中不同视差线索对伽马值估计的影响 实验要求被试者使用 开发的 显示器伽马值人眼视觉估计软件,在不同视差下对 显示器伽马值进行估计,并将估计结果与光谱仪 测量结果进行对比 实验结果表明,当视差为 弧分时,人眼视觉估计 显示器伽马值的准确度最高,估计误差为 ,当虚拟深度从近距离(弧分视差)到远距离(弧分视差)变化时,人眼视觉估计误差由 增大到 ,当虚拟深度从远距离(弧分视差)到近距离(弧分视差)时,人眼视觉估计误差由 增大到 实验结果表明视差线索对被试者视觉估计 显示器伽马值产生了影响关键词:视差;人眼视觉估计;虚拟现实显示器;伽马值中图分类号:文献标志码:文章编号:()基于三维()立
3、体显示技术的虚拟现实(,)头戴显示器可以将具有视差线索的双目图像投射到人眼中,让用户产生临场深度感的沉浸式体验,已在教育、医疗、数字媒体、商业等领域得到了广泛应用 目前,立体显示技术主要是利用空间复用或时间复用等分像技术提供左右眼视差图像来产生目标的立体感,已经有大量商用的借助辅助设备的立体眼镜或头盔显示,以及不需要辅助设备的光栅式自由立体显示技术产品 然而,视觉不舒适一直是制约立体显示技术推广和普及的主要障碍 头盔显示器在出厂时会预先把伽马值调好,但与普通二维平面显示器不同的是,头盔有两块显示屏分别供左右眼观看,因受硬件设备、软件算法等因素影响,会导致 头盔左右两块显示屏的伽马值出现差异,并
4、引起左右显示屏颜色不对称 当 头盔左右显示屏颜色差别过大时,使用者就会出现双目竞争,容易导致视觉不适和视觉疲劳等症状 此外,在立体显示中,双目视差是使用者获得立体感与沉浸感的主要线索,但过大视差也会导致较为严重的视觉疲劳现象,而视差过小时,虽然可以获得较为舒适的视觉感知,却会削弱使用者的立体感与沉浸感 在人眼视觉估计显示器伽马值方面,已经有 等 采用全视觉心理物理学方法估计 显示器伽马值;等 改进了人眼观测技术,可以精确获得显示设备色调再现曲线;张子扬、李琼等 采用了同色条纹混色法的视觉匹配方法视觉估计 与液晶显示器(,)伽马值 在视差对立体视觉影响方面,等 认为过大的双目视差将导致明显的视觉
5、疲劳;也有学者 讨论了视差及其他原因对立体视觉舒适度的影响 因为色彩校正的好坏将会直接影响显示的质量与使用者的体验,传统的伽马校正使用的设备大多非常昂贵、调整时间慢,非常不方便 作者设计了人眼视觉估计 头盔伽马值的实验方案,并重点讨论视差线索对人眼视觉估计 显示器伽马值的影响 方法 仪器设备与实验条件研究中使用的主要仪器如图 所示,在使用之前,它们都需要预热半小时以上达到稳态再进行使用:)头戴式 显示器:眼镜一体机 台(编号 ,英寸 显示屏、分辨率 、)光谱仪:公司生产的光谱仪 )实验者共 人:实验者均为在校学生,每个人的左右眼视力均在 以上,并且有着正常的色视觉;)实验环境:使用光谱仪 测量
6、 头盔伽马值需要在暗室进行,因人眼估计时需要将头盔戴上相当于暗室,因此估计实验可以在正常亮度环境下实验图 实验仪器 仪器测量伽马值头戴式 显示器伽马值的测量模型选用由 等人提出且被 所推荐的非线性变化模型 增益 偏置 伽马模型(,),该模型使用较少的数据就可以获得很高的测量精度 以灰色通道为例,该模型见等式(),(),()其中,表示 头盔在灰色通道的数字驱动值,表示在该数字驱动值下灰色亮度,表示灰色通道最大亮度,是该数字驱动值下亮度的归一化,、,分别表示显示器的增益与补偿,表示 头盔灰色通道伽马值,是显示卡模拟 数字转换比特数,一般 ,且一般情况下 ,接近,而,接近,因此 模型等式可以简化为等
7、式(),()()根据等式(),使用光谱仪 对 显示器伽马值进行了测量,由于黑点对其精度会造成影响,因此采用测量结果减黑点的式()模型作为评价伽马准确度的标准 ,()()其中 为表示数字驱动值为 时的灰色亮度,即黑点 根据国内外相关研究结果表明,每个通道选择 个标定点可以得到最好的预测精度 ,使用 对 个颜色通道等距离的 个点进行亮度测量,测量结束后进行归一化,并计算其伽马值,结果见表 表 仪器测量 头盔伽马值颜色通道左显示屏伽马值右显示屏伽马值左右显示屏伽马值差距绝对值灰色通道 红色通道 绿色通道 蓝色通道 对 ()光谱仪测量点进行画线,得到曲线如图 ,可以看出 个颜色通道左右两块显示屏伽马值
8、均有明显差异 之后又测量了其它 部头盔,部 头盔左右显示屏伽马值平均差异为 ,最大接近 此实验证明 头盔左右两块显示屏伽马值确实存在差异 人眼视觉估计伽马值实验原理实验选用混色条纹匹配法进行人眼视觉估计 头盔伽马值的实验,此方法原理是利用混色技术在 显示器上呈现 种同色调不同亮度的颜色,人眼对其进行融合,融合色块的感知量正理论应趋于这两种颜色亮度的中间值,测试者对匹配色块进行调节,使匹配色块尽量接近甚至等于融合色块,用等式()表示云南民族大学学报(自然科学版)第 卷0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.91%700.10.20.30.40.50.60.70.80.
9、91F3F30.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.913700.10.20.30.40.50.60.70.80.914700.10.20.30.40.50.60.70.80.91:700.10.20.30.40.50.60.70.80.910.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.910.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.91图 光谱仪测量的伽马曲线 ()()其中,是融合色块的亮度,是视觉估计亮度,将式()带入式(),可得估算伽马值等式():()()()()、分别为实验亮、暗条纹数字驱动值,因此仅需人眼视觉估
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