立体影像视疲劳评价方法

雷国平 丁妍芝 戴闽鲁

(1.重庆三峡学院信号与信息处理重点实验室，中国 重庆400100；2.重庆邮电大学通信与信息工程学院，中国 重庆400065)

0 引言

随着“阿凡达”的高票房，电影制片商开始把目光从平面电影转移到了立体影像，出现了立体电影的热潮，一系列优秀的立体电影，如“泰坦尼克号”、“地心引力”、“西游记之大闹天宫”等等，都获得了不菲的成绩。作为新兴显示技术，立体显示技术提供了深度信息，能够给观众带来沉浸感，深受广大观众喜爱。然而，立体影像所带来的视疲劳问题仍然困扰着观众，影响着立体影像的发展和普及。为了立体影像产业的长远发展，必须对立体影像所带来的视疲劳进行评定。

立体影像视疲劳的评价方法可以分为主观评定和客观评定两个方面。主观评定法的代表性工作主要集中在收集并分析观影者的主观感受，而立体影像视疲劳的客观评价主要是对平面影像视疲劳的评价模型加以扩展。人们对平面影像视疲劳的评价模型已经较为成熟，如何在已有的平面影像评价模型的基础上，融合立体影像的特征，得到立体影像视疲劳评价模型一直都是研究的重点方向。

1 辐辏—调节冲突

自然的观看场景是立体的，而观看者也能够观测到自然场景中的三维信息。人的双眼瞳间距离约为65mm，这使得在自然的视觉场景中，在观察某一物体时，左、右眼接收到的图像是不一样的，即存在所谓的双目视差。双眼接收到的视角轻微不同的两幅图片经过视觉皮层的融合，便给观看者带来了立体感[1]。

在自然的观看环境中，双眼视线汇聚于观测点而产生辐辏，辐辏距离即为对应的眼睛离观测点的距离，在此同时，双眼焦点调节作用也在进行，因此辐辏和调节是一致的。而在立体影像的观看过程中，双眼视线汇聚于虚拟物像处，即辐辏距离随虚拟物像位置的变化而变化，而焦点的调节却仍在画面上，即调节距离是固定的双眼与屏幕间的距离，如图1所示[2]。

立体影像由于能带来深度信息而给观众沉浸感，而这是以引发辐辏—调节冲突为代价的，辐辏调节冲突是立体影像不可调节的矛盾，也是引发视疲劳的主要因素。辐辏—调节冲突的程度可由｜D-d｜得到，当观影距离一定时，｜D-d｜越大，观看者所承受的视觉压力越大，感受到的视疲劳程度越严重[3]。

图1 立体影像显示示意图

图1中，D表示调节距离，d表示辐辏距离。出现（A）图中所看到的情况时，我们将在屏幕前看到图像（橙色点），当出现（B）图所示情况时，图像将被呈现在屏幕后面。

2 立体影像视疲劳的主观评价

立体影像视疲劳的主观评价是根据受试者在观看立体影像后所做的问卷得到的。通过问卷调查，我们可以统计得到受试者对所看立体影像的平均主观得分，并由此判定立体影像视疲劳的程度[4]。

立体影像视疲劳的主观评价一般包括五个步骤：选定符合条件的受试者、训练受试者、设定实验环境、统计和处理实验数据、分析数据[5]。

受试者是主观评价的主体，所以受试者的选择对主观评价的成功与否具有决定性作用。首先，在选择受试者时，要排除双目视觉生理异常者，能够正常地感知视差立体感。在具体操作中，通常是利用专业的眼科检查来筛选受试者。其次，为了使受试者具有代表性，受试者最好是不同年龄、从事不同职业、男女比例均衡及能够准备表达自己的感受。

训练受试者是为了使评价结果更接近实际水平，减少评价误差。告知受试者实验目的，如何对自己的主观感受进行量化评分，使受试者有能力对自己的视疲劳程度进行评价。

设定实验环境包括显示器的大小、显示器的分辨率、环境亮度和环境湿度等等。实验环境对受试者评价视疲劳有很大的影响。显示器的大小和分辨率将影响立体影像的视差，因此在很大程度上影像者受试者的视疲劳水平，环境温度和湿度也将通过影像受试者的情绪而影响立体影像视疲劳评价。要使得主观评价结果具有一致性和可移植性，设定实验环境，并保持实验环境一致是必要的。

统计和处理实验数据是主观评价视疲劳的重要环节。评价立体影像视疲劳的问卷包含立体影像视疲劳的子因素，由四个方面组成，即视疲劳症状、眼部症状、视觉功能性下降和视疲劳的心理症状。受试者根据观影后的主观感受对每个视疲劳子因素打分，评价标度量表如表1所示[6-7]。由于在评价立体影像视疲劳时，受试者的情绪、已有主观经验等会影像实验，因此未来减少实验误差，需要根据数理统计的只是，对获得的评价结果进行统计并处理，去掉不合理的实验分数，并对每位受试者的评分进行归一化处理，以减少主观偏见和个人差异对实验的影像。

表1 视疲劳评价标度量表

分析数据是主观评价视疲劳最核心的环节，从主观评价问卷数据中得到我们所需要的结论并对视疲劳进行评价。

3 立体影像视疲劳的客观评价

由于立体影像视疲劳的主观评价步骤复杂，且需要主观评论人员，从开始评价到得出结果需要耗费较多时间，因此人们越来越多的把注意力转移到了客观评价立体影像视疲劳方面，并力图找到评价立体影像视疲劳的普适性方法。

对立体影像视疲劳的客观评价一般通过测定特定的参数来判断立体影像视疲劳的疲劳程度，如测量受试者的瞳孔收缩时间、融合幅度、焦点调节等。如今应用较为广泛的是用测瞳孔直径的方法来评判立体影像视疲劳[8-10]。

测量瞳孔直径的设备一般为照相机、监视器和计算机。计算机控制照相机，拍摄记录受试者在观看立体影像时的瞳孔状况，得到瞳孔直径，实验设置如图2所示。

图2 测量瞳孔直径的实验装置

在测量瞳孔直径时，一定要注意调整观影环境的照明情况，因为过强的环境亮度会使得瞳孔收缩变小，不利于观察其变化，而环境亮度较弱时，则不利于拍摄记录瞳孔直径。在用瞳孔直径客观评价立体影像视疲劳的过程中，需要测量观影前和观影后的瞳孔直径，并比较其数值。

视疲劳将使得瞳孔直径变大，一般可以把0.4mm作为临界值，当瞳孔直径的增加小于0.4mm时，我们就可以认为观影者保持一个较舒适的状态，当瞳孔直径的增加大于0.4mm时，我们就可以认为观影者出现了视疲劳，应当休息或者对立体影片进行调整。

4 总结

立体影像被称为下一代显示技术，吸引了一大批设备制造商和电影制造商的关注。为了立体影像产业更好的发展，必须正视立体影像视疲劳问题。对立体影像视疲劳的研究大多分为主观评价立体影像视疲劳和客观评价视疲劳两个方面，主观评价方法简单，通过问卷调查的方式获取视疲劳数据，但是其操作过程较为复杂，耗时较长，需要受试者的参与。客观评价方法大多通过测量某一参数而获取视疲劳程度的评价，实验需要较为精密的仪器和设备。主观评价方法和客观评价方法各有优缺，运用时需要视情况来选择视疲劳评价方法。

［1］李思思.辐辏与焦点调节不一致所引发的立体影像视疲劳研究[D].北京邮电大学,2012.

［2］戴闽鲁.最新立体影像技术[M].东南大学出版社,2014,

［3］王飞,王晨升,刘晓杰.观察立体影像时的视觉疲劳及其缓解措施[J].工程图学学报,2011,04:80-83.

［4］李虹珊.立体电影主观评价方法浅议[J].现代电影技术,2013,08:16-19.

［5］李壮恒,王涌天,翁冬冬.视频立体增强现实系统舒适度评价方法研究[J].计算机仿真,2012,10:51-54,239.

［6］张英静.立体图像主观评价及基于SVM质量的客观评价[D].天津大学,2012.

［7］张英静,李素梅,卫津津,臧艳军.立体图像质量的主观评价方案[J].光子学报,2012,05:602-607.

［8］赵峰,范伟杰,赵贵阳.瞳孔直径与3D液晶显示器使用者视疲劳关系[J].临床眼科杂志,2013,02:153-155.

［9］王琼华,潘冬冬,李小方,李大海,廖咏川.自由立体显示器观看者瞳孔直径与视疲劳关系[J].光子学报,2011,03:350-353.

［10］尹杰.观看3D影像所致不适感的脑电信号初步研究[D].北京协和医学院,2012.