金 帥 邢麗冬 錢志余 王 笑 李忠強(qiáng) 劉保玉

(南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，南京 210016)

3D影片中深度信息與觀看者疲勞度的關(guān)聯(lián)研究

金 帥 邢麗冬*錢志余 王 笑 李忠強(qiáng) 劉保玉

(南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，南京 210016)

通過采集志愿者觀看不同深度信息的3D影片時(shí)的腦電數(shù)據(jù)，來研究影片的深度信息對(duì)觀看者疲勞產(chǎn)生的影響。本研究選取了10名健康的男性志愿者，分別觀看5部不同深度信息的3D影片片段，記錄其觀看前后的腦電信號(hào)。通過計(jì)算觀看前后各頻帶的功率譜，得出疲勞因子R=(Pα+Pθ)/Pβ的比值變化情況。設(shè)計(jì)了問卷，定性了解志愿者的疲勞程度，并用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析了深度信息和對(duì)應(yīng)R值、主觀疲勞值兩者之間的關(guān)系。結(jié)果表明，在觀看不同深度信息的3D影片后，全部志愿者主觀反映眼部出現(xiàn)沉重、酸脹、刺痛等疲勞癥狀和其他不適，并且有14個(gè)導(dǎo)聯(lián)的R值上升，在導(dǎo)聯(lián)F4、C4、F7尤其明顯。結(jié)論是：(1)深度信息與疲勞度有密切的關(guān)聯(lián)性，平均深度信息和標(biāo)準(zhǔn)差越大，也越容易產(chǎn)生疲勞；(2)相同深度信息的交叉視差比非交叉視差更能引起疲勞；(3)疲勞因子R值與主觀疲勞問卷可以作為觀看3D影片疲勞評(píng)估的一個(gè)參考指標(biāo)。

3D影片； 深度信息； 腦電； 疲勞

引言

近年來，隨著大批3D影片的上映，3D影像顯示設(shè)備(主要為3D電視)逐步在全球范圍內(nèi)普及。3D顯示技術(shù)相較于傳統(tǒng)二維顯示技術(shù)，有其不可比擬的優(yōu)勢(shì)。強(qiáng)烈的立體真實(shí)感和震撼的視覺沖擊，能讓觀眾產(chǎn)生身臨其境的感覺。但3D技術(shù)還不完善，目前存在著影片分辨率較低、可視區(qū)域較小、屏幕亮度降低、左右眼圖像串?dāng)_等[1]缺陷。這些缺陷會(huì)造成觀看者不同程度的不適感和疲勞感，甚至產(chǎn)生眼花目眩、惡心反胃等強(qiáng)烈反應(yīng)。這些問題的出現(xiàn)，無疑給3D產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來一定的影響。目前我國在該領(lǐng)域尚未有統(tǒng)一的評(píng)估方法和手段，因此研究并建立相關(guān)體系成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。

據(jù)文獻(xiàn)資料報(bào)道，使用某些3D成像技術(shù)來制作3D效果會(huì)影響視覺舒適程度[2]。其中最主要的不良反應(yīng)是產(chǎn)生視疲勞。有研究認(rèn)為，導(dǎo)致視疲勞等不適的主要原因可能是串?dāng)_和模糊[3]。但這些研究只采用主觀疲勞問卷或者人為監(jiān)測(cè)雙眼狀態(tài)來反應(yīng)視疲勞程度，主觀性大，可靠性低，評(píng)估效果較差[4-5]。而從客觀指標(biāo)來評(píng)價(jià)人體疲勞的研究則認(rèn)為，視差過大、場(chǎng)景亮度和深度的突然改變等，是造成視覺疲勞的主要原因[6]，但其監(jiān)測(cè)方法復(fù)雜繁瑣，不適合推廣。現(xiàn)也有研究利用腦電信號(hào)結(jié)合主觀問卷來進(jìn)行評(píng)估觀看3D影像后的不適感，但僅停留于3D和2D的不適感的對(duì)比，并未對(duì)3D影片中的具體參數(shù)進(jìn)行深入研究[7]。Celestine等讓受試者找出3D電視上不同色球的相對(duì)參考標(biāo)記位置，證實(shí)了隨著深度信息的增加，視覺疲勞程度會(huì)顯著上升[8]。而Lambooij的工作則說明動(dòng)態(tài)場(chǎng)景產(chǎn)生的人體不適，除了與屏幕視差范圍有關(guān)外，還與物體在屏幕上水平運(yùn)動(dòng)視差的改變相關(guān)[9]。本課題基于前人的工作，研究了3D影片中的深度信息與觀看者疲勞狀態(tài)的關(guān)聯(lián)。

由于腦電信號(hào)可以直接無損地監(jiān)測(cè)大腦皮層的神經(jīng)中樞電信號(hào)，準(zhǔn)確反映出大腦所處的各種狀態(tài)，已成為最廣泛的評(píng)定中樞神經(jīng)系統(tǒng)變化的指標(biāo)之一，被譽(yù)為監(jiān)測(cè)疲勞的金標(biāo)準(zhǔn)[10]。最常用的方法是在志愿者進(jìn)行某些活動(dòng)(如駕駛，飲酒等)前后，比較腦電各個(gè)頻段的能量功率來判斷其疲勞情況。本實(shí)驗(yàn)是通過采集志愿者腦電信號(hào)，計(jì)算3種頻段α、β、θ各自的功率，求得疲勞因子R=(Pα+Pθ)/Pβ的比值。疲勞因子R是考察觀看者疲勞的主要指標(biāo)，而深度信息是影片中評(píng)價(jià)3D效果的重要指標(biāo)，故研究中基于以上兩個(gè)指標(biāo)，并結(jié)合觀看者主觀問卷調(diào)查表進(jìn)行關(guān)聯(lián)性研究。為評(píng)估觀看3D影片產(chǎn)生的疲勞開辟一條新途徑，從而為3D產(chǎn)業(yè)的健康評(píng)估體系的建立做了初步探索。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和處理方法

1.1深度測(cè)試原理

在現(xiàn)實(shí)生活中看到的各種影像制品是平面的，如何在平面顯示設(shè)備上輸出具有一定深度感的立體影像，3D成像技術(shù)至關(guān)重要。目前較成熟的技術(shù)基本分為裸眼式和眼鏡式?；诒緦?shí)驗(yàn)采用佩戴主動(dòng)快門式眼鏡觀看3D影像，故文中主要介紹該3D成像原理。圖1為佩戴主動(dòng)快門式3D眼鏡觀看左右眼格式3D影片的立體成像示意圖。圖中雙眼OO′的距離d稱為瞳距，一般取d=65 mm。l為人眼與屏幕之間的距離，實(shí)際觀看時(shí)視距l(xiāng)=3 m。A點(diǎn)表示左眼圖像上某一物點(diǎn)，A′點(diǎn)則是右眼圖像上與A點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的物點(diǎn)。當(dāng)顯示器顯示左右眼圖片時(shí)，快門眼鏡分別交替開閉左右鏡片，使左眼圖像進(jìn)入左眼O點(diǎn)，右眼圖像進(jìn)入右眼O′點(diǎn)。而圖中的AA′是帶有變形移位的，稱此距離為重影間距。大腦融合具有重影間距的左右眼圖像，從而形成立體視覺現(xiàn)象，稱此現(xiàn)象為視覺移位現(xiàn)象[11]。當(dāng)A點(diǎn)在左、A′點(diǎn)在右時(shí)，大腦融合成像時(shí)會(huì)感覺此物點(diǎn)是往屏幕深處延伸，如圖1(a)所示AA′點(diǎn)融合后會(huì)在屏幕背后形成虛像點(diǎn)B，稱之為非交叉視差，而h到屏幕距離即為該視差下的深度信息；反之A點(diǎn)在右、A′點(diǎn)在左時(shí)，觀看者感覺到的是此物點(diǎn)B突出屏幕平面，如圖1(b)所示，稱之為交叉視差。在一定的視距下，大腦能融合的交叉視差和非交叉視差是有范圍的，稱此范圍為融合范圍；超過該范圍，觀看者將看到雙像，即圖中AA′距離過大，將看到2D的雙像而不是有立體感的影像。3D影片中處于融合范圍內(nèi)的深度信息，在兩種視差下的計(jì)算都使用相似三角形原理。

對(duì)于實(shí)際觀看的影片，按秒截出一張左右眼格式的3D圖片，測(cè)量出AA′的距離，并根據(jù)上述原理計(jì)算深度信息，如圖2所示。

(1)

化簡(jiǎn)后得

(2)

反之若右眼為實(shí)線圖像，左眼為虛線圖像，如圖2中(b)，則按照?qǐng)D1(b)中的交叉視差計(jì)算，公式如下

(3)

化簡(jiǎn)后得

(4)

對(duì)于一系列相似的3D圖片，則測(cè)量其中深度信息最大的圖片。在測(cè)量重影距離AA′時(shí)，要主觀判斷最大間隔處和估讀小數(shù)點(diǎn)后一位，會(huì)引入一定的實(shí)驗(yàn)誤差。但該誤差對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大，可以忽略不計(jì)。

1.2實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與方法

隨著大學(xué)生自殺事件頻發(fā)，學(xué)校健康教育問題引起了社會(huì)各界的普遍關(guān)注[1].一般而言，自殺行為的發(fā)生要經(jīng)歷產(chǎn)生自殺意念、擬定自殺計(jì)劃和實(shí)施自殺行動(dòng)等過程[2].Pokorny等[3]最先從心理學(xué)視角對(duì)自殺意念進(jìn)行界定，認(rèn)為自殺意念是有解決自己生命的想法，但尚未付諸行動(dòng)；Beck等[4]認(rèn)為自殺意念是個(gè)體有自殺的愿望，但無自殺的嘗試行為.肖水源[5]指出自殺意念是評(píng)估自殺危險(xiǎn)行為的重要指標(biāo).

志愿者篩選：10名年齡在21至25歲之間且均為右利手的男性；身體健康，具有正常立體感覺功能，曾經(jīng)觀看過3D影片且無不良反應(yīng)；視力或者矯正視力在4.8以上。

采集設(shè)備：本實(shí)驗(yàn)采用江蘇偉思VEEG1320 型視頻腦電圖儀采集數(shù)據(jù)，采樣頻率256 Hz，參考電極為雙耳，10-20電極導(dǎo)聯(lián)定位標(biāo)準(zhǔn)，16導(dǎo)聯(lián)記錄EEG。

顯示設(shè)備：海信液晶電視LED46XT39G3D，屏幕尺寸為46英寸(1 168.4 mm)，與之配套的海信快門式3D眼鏡FPS3D02。

主觀問卷：主觀疲勞癥狀問卷，采用現(xiàn)在公認(rèn)的、由意大利學(xué)者Rechichit等提出的視疲勞10個(gè)主訴癥狀為判斷標(biāo)準(zhǔn)[12]，當(dāng)出現(xiàn)其中兩個(gè)及以上癥狀時(shí)即可判定為視疲勞。本實(shí)驗(yàn)又另外多加了眼脹、眼干、異物感、頭暈、眼花、眼疲勞等6項(xiàng)作為參考指標(biāo)。癥狀程度采用5分制：5分最嚴(yán)重，0分無癥狀。

電影片源：5部均為左右眼格式而深度信息參數(shù)不同的3D電影，分辨率為1 920像素×1 080像素，每個(gè)片源截取40 min的片段。

實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)流程如圖3所示，具體分為4個(gè)過程。觀看之前，在安靜黑暗的狀態(tài)下測(cè)量約5 min的閉眼腦電數(shù)據(jù)；觀看開始后，記錄觀看3D影片片段的腦電信號(hào)，如遇志愿者有強(qiáng)烈不適感時(shí)則停止實(shí)驗(yàn)；觀看結(jié)束后，繼續(xù)閉眼測(cè)量志愿者腦電5 min；腦電采集結(jié)束后，志愿者如實(shí)填寫主觀疲勞癥狀問卷。

1.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

處理采集的腦電數(shù)據(jù)采用Matlab軟件中的工具包，統(tǒng)計(jì)分析則采用SPSS13.0軟件進(jìn)行。

(1)預(yù)處理：由于EEG是一種隨機(jī)性很強(qiáng)的生理信號(hào)，極易被無關(guān)噪聲污染而形成各種 EEG 偽跡。故采取以下方法剔除這些偽跡：(1)導(dǎo)出采集的腦電數(shù)據(jù)時(shí)，使用陷波、低通濾波(0.5 Hz)和高通濾波(30 Hz)的手段，濾去工頻、高頻的信號(hào)干擾以及頻率小于0.5 Hz的眼電偽跡；(2)在Matlab中使用獨(dú)立成分分析(ICA)來去除頻率大于0.5 Hz的眼電偽跡。

(2)特征波段處理：把上述經(jīng)過預(yù)處理的EEG進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)，提取特征波段，然后根據(jù)式(5)和式(6)計(jì)算出3種頻段的α(頻率范圍8 ～13 Hz)、β(頻率范圍13～30 Hz)、θ(頻率范圍4 ～8 Hz)各自的功率譜(δ波僅在兒童智力尚未成熟或者成人深睡情況下等出現(xiàn)，故不對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)分析)。

(5)

(6)

式中，F(xiàn)(τ,ω)是短時(shí)傅里葉變換，h頻帶分別為α、β、θ波；ω1,ω2是各頻帶的頻率上下限。

(3)統(tǒng)計(jì)分析處理：整理志愿者的主觀問卷表，按照影片和志愿者歸類。對(duì)于同一個(gè)人，定義疲勞度參考比來確定其疲勞程度，如式(7)所示。對(duì)于疲勞因子，則統(tǒng)計(jì)其16個(gè)導(dǎo)聯(lián)的平均值后，找出疲勞因子R值和深度信息因素具有明顯關(guān)聯(lián)性的導(dǎo)聯(lián)作主要觀察。此外對(duì)志愿者主觀疲勞得分進(jìn)行配對(duì)組t檢驗(yàn)，對(duì)看前看后的疲勞因子比較則采用配對(duì)t檢驗(yàn)。

(7)

2 結(jié)果

2.1實(shí)驗(yàn)影片深度信息

測(cè)量各個(gè)影片深度信息參數(shù)所得的數(shù)據(jù)詳見表1。影片的深度信息分布，表示影片中深度信息的最小值和最大值；平均深度信息是測(cè)量所有深度信息值的平均值；深度信息標(biāo)準(zhǔn)差是影片深度信息變化度的體現(xiàn)，是深度信息分散程度的度量，數(shù)值越大表示深度信息變化幅度越大。有些影片的標(biāo)準(zhǔn)差大于均值，是因深度信息之間的數(shù)值差距較大所致，即某些場(chǎng)景的深度信息趨近于零，而某些場(chǎng)景的深度信息很大，以表現(xiàn)較為逼真的3D效果。

2.2主觀問卷結(jié)果

表2是統(tǒng)計(jì)了50例主觀問卷調(diào)查表中所有疲勞項(xiàng)目出現(xiàn)的分?jǐn)?shù)。其中反映眼沉重、眼疲勞、眼脹、眼刺痛和服干等5項(xiàng)癥狀的問卷超過25例，且這5項(xiàng)癥狀的總分不低于50分，可認(rèn)為出現(xiàn)了輕度疲勞。對(duì)于“頭痛”項(xiàng)中出現(xiàn)的總分高而百分比少的原因可能是電極帽對(duì)某些受試者壓迫所引起的不適所致(為保證電極阻抗符合實(shí)驗(yàn)要求)。

表3是統(tǒng)計(jì)了5個(gè)志愿者觀看5個(gè)影片后的疲勞參考比，全部50例主觀反映出現(xiàn)視疲勞，即有兩項(xiàng)及以上的視疲勞癥狀出現(xiàn)。在SPSS中對(duì)表3使用配對(duì)組設(shè)計(jì)分析得出，觀看者不同對(duì)疲勞度參考比有影響(F=23.886，P<0.01)。而隨影片不同，疲勞度參考比亦受影響(F=39.814，P<0.01)。隨著影片平均深度信息和變化度的增加，志愿者的疲勞參考比也相應(yīng)增加。這說明深度信息對(duì)志愿者的主觀感受會(huì)產(chǎn)生影響，且深度信息平均值越大，變化越劇烈，觀眾的感受程度越強(qiáng)烈[13]。

2.3疲勞因子R值

相關(guān)研究表明，當(dāng)人處于疲勞或者困乏時(shí)，大腦的興奮性會(huì)降低，從而β波及高頻腦電會(huì)減少，而α波會(huì)增多，重心頻率會(huì)下降；當(dāng)從疲勞轉(zhuǎn)為瞌睡或睡眠狀態(tài)時(shí)，重心頻率會(huì)逐步降低為慢波θ波[14]。基于上述人體腦電特征波變化，可以采用腦電功率譜的比值R=(Pα+Pθ)/Pβ描述觀看3D影片的腦電特征，用以評(píng)價(jià)觀看者疲勞度的指標(biāo)，R值越大，疲勞度等級(jí)越高。

圖4所示16個(gè)導(dǎo)聯(lián)中，有14個(gè)在觀看3D電影片段之后，R值小幅上升，與主觀問卷中輕度疲勞狀態(tài)的結(jié)論吻合。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)低負(fù)荷視頻顯示終端(VDT)任務(wù)之后，所有導(dǎo)聯(lián)的R平均值都會(huì)有所上升[14]，而本實(shí)驗(yàn)中對(duì)于Fp1和F3導(dǎo)聯(lián)與其他不同的原因，可認(rèn)為是正?，F(xiàn)象，或是某幾例實(shí)驗(yàn)時(shí)，這些導(dǎo)聯(lián)電極放置可能出現(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致沒有正常采集腦電波。對(duì)16個(gè)導(dǎo)聯(lián)的平均R值進(jìn)行配對(duì)T檢驗(yàn)之后，得到看前看后的雙側(cè)檢驗(yàn)P=0.014，按α=0.05標(biāo)準(zhǔn)，可認(rèn)為觀看3D電視會(huì)對(duì)R值產(chǎn)生影響。而對(duì)于每個(gè)導(dǎo)聯(lián)來說，去除幾例R值明顯偏離均值的樣本后進(jìn)行了配對(duì)t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示7個(gè)導(dǎo)聯(lián)(FP1、FP2、F3、F4、C4、F7、F8)的P<0.05具有顯著差異，其中導(dǎo)聯(lián)C4的P<0.01。

從上述具有顯著差異的導(dǎo)聯(lián)中，選取R平均值變化較大的3個(gè)(F4、C4、F7)作為主要觀察導(dǎo)聯(lián)。圖5是在觀看每部電影后，3個(gè)導(dǎo)聯(lián)R平均值較看前的增長(zhǎng)情況。

3 討論

3.1深度信息與疲勞的關(guān)聯(lián)

表1中的影片數(shù)據(jù)說明，選擇觀看的5部電影具有不同深度信息參數(shù)。既有均值和標(biāo)準(zhǔn)差都較小的《冰河世紀(jì)3》，也有兩者較大的《阿凡達(dá)》以及大小介于之間的《叢林大反攻》，充分考慮到了影片深度信息的梯度分布。表2從主觀問卷得分上說明，觀看3D影片后會(huì)產(chǎn)生輕度疲勞，其主要表現(xiàn)為眼疲勞，并伴有其他頭部不適癥狀。圖4則從腦電數(shù)據(jù)說明觀看者出現(xiàn)了腦力疲勞。表3是志愿者觀看每部影片反映的主觀疲勞程度，不同志愿者之間的主觀疲勞反映也有較大差別，表明存在個(gè)體差異。而圖5顯示了在觀看不同影片之后3個(gè)主要觀察導(dǎo)聯(lián)R值的增長(zhǎng)情況。綜合表1、表3的主觀感受表明，在觀看相同電影時(shí)，志愿者的主觀問卷得分有明顯差異，高者與低者相差幾倍。從圖5可見，雖然深度信息和疲勞因子并不存在嚴(yán)格正相關(guān)的聯(lián)系，但疲勞因子在觀看深度信息較大的《阿凡達(dá)》之后，比觀看深度信息較小的《冰河世紀(jì)3》要增加得多。結(jié)合主觀客觀兩方面觀察，深度信息參數(shù)與疲勞有一定的關(guān)聯(lián)。一般來說，觀看平均深度信息和標(biāo)準(zhǔn)差越大的影片，產(chǎn)生的疲勞也會(huì)越重。

而深度信息是產(chǎn)生立體成像與立體效果的基石，一般來說深度信息越大立體效果越好，圖像的縱深感也越強(qiáng)[15]。即深度信息與立體效果成正相關(guān)，與疲勞度也成正相關(guān)。因此，3D影像要取得一個(gè)平衡，在確保3D效果的情況下，對(duì)人體產(chǎn)生的疲勞要盡量輕。

據(jù)研究表明，視覺中樞位于枕葉，即O1，O2電極位置，但根據(jù)圖4的R平均值來看，這兩個(gè)導(dǎo)聯(lián)不是增加最明顯的導(dǎo)聯(lián)，可能是因?yàn)橛^看3D電視是一個(gè)復(fù)雜的過程，它不僅涉及到視覺中樞，還涉及到其他多個(gè)神經(jīng)中樞參與其中。因此可進(jìn)行下一步的實(shí)驗(yàn)分析，找出觀看3D影片而誘發(fā)各腦區(qū)變化最明顯的區(qū)域，并由此建立可以用于觀看3D影片健康評(píng)估體系專用的腦電極布局方法。而在影片方面，可在本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上找出適宜的深度信息分布范圍，進(jìn)而指導(dǎo)3D效果的合理制作，乃至形成一套行之有效的制作指導(dǎo)理論。

3.2交叉視差和非交叉視差

從表1可知，影片中屬于非交叉視差的深度信息明顯比屬于交叉視差的要大得多，但是人眼卻對(duì)基于交叉視差的3D效果敏感得多。為了討論這一現(xiàn)象，我們引入由北京大學(xué)邱章紅教授所提出的出屏鏡頭和驚艷鏡頭的概念。按照好萊塢的電影工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，出屏鏡頭指是以銀幕高度為基準(zhǔn)，當(dāng)景物飛出銀幕幅度超過銀幕高度的十分之二(本實(shí)驗(yàn)為115.5 mm)或者更大。當(dāng)出屏幅度與銀幕高度相等(577.5 mm)時(shí)，則稱之為驚艷鏡頭。

觀看出屏鏡頭時(shí)會(huì)明顯感覺到向外沖擊力，驚艷鏡頭則更為明顯，這種感覺會(huì)使觀眾產(chǎn)生躲閃或觸摸等生理反應(yīng)，在醫(yī)學(xué)上稱這些反應(yīng)為應(yīng)激反應(yīng)。應(yīng)激反應(yīng)的產(chǎn)生，會(huì)使下丘腦-腦垂體-腎上腺皮質(zhì)系統(tǒng)活動(dòng)增強(qiáng)，相應(yīng)激素的分泌也會(huì)增加，使皮層喚醒水平提高和情緒喚起，從而注意力更加集中，思維更加活躍，反應(yīng)更加迅速。但是緊張感放松之后，疲勞度會(huì)相應(yīng)的增加。而從人眼生理方面來講，交叉視差比非交叉視差更易產(chǎn)生疲勞的原因，則是因?yàn)殡p眼的輻輳運(yùn)動(dòng)造成的。眼球?yàn)槭闺p像融合成單像而旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)稱之為輻輳。在觀看非交叉視差的場(chǎng)景時(shí)，眼球的轉(zhuǎn)動(dòng)較小，即輻輳角變化較小，雙眼不容易疲勞；而在觀看交叉視差的場(chǎng)景時(shí)，由于其成像于屏幕前，為融合雙像則輻輳角變化較大，雙眼的會(huì)聚與焦點(diǎn)調(diào)節(jié)頻繁而劇烈，導(dǎo)致不一致性程度較非交叉視差嚴(yán)重，有時(shí)甚至?xí)隽穗p眼的融合范圍而看到雙像，產(chǎn)生嚴(yán)重的不適和疲勞?；谝陨戏治隹烧J(rèn)為交叉視差是疲勞度增加的主要因素，非交叉視差是次要因素。而對(duì)于疲勞的產(chǎn)生是深度信息的均值，還是標(biāo)準(zhǔn)差所占的比重大，則需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)論證。

3.3其他因素對(duì)疲勞的影響

在本實(shí)驗(yàn)過程中，雖然盡力排除其他因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，如志愿者的性別和年齡分布單一，控制觀看時(shí)長(zhǎng)為40 min，在觀看前知曉影片的內(nèi)容等，但仍不可避免有其他因素的干擾。因?yàn)槌松疃刃畔?duì)疲勞產(chǎn)生有關(guān)聯(lián)外，影響觀看者疲勞產(chǎn)生的因素還有很多：從影片方面來講，影片觀看時(shí)長(zhǎng)和內(nèi)容等都有可能造成不同程度的影響；而各個(gè)影片中3D場(chǎng)景所占比例，也是影響疲勞產(chǎn)生的重要因素之一。從客觀條件來講，佩戴3D眼鏡來觀看節(jié)目，導(dǎo)致光通量減少等原因，亦會(huì)促使眼疲勞的產(chǎn)生；而3D顯示設(shè)備的性能，也是必須考慮的因素之一。從觀看者的角度來看，個(gè)體差別和年齡因素也是影響疲勞產(chǎn)生的因素，比如老人和孩童的視功能偏弱，更容易產(chǎn)生疲勞和發(fā)生不良反應(yīng)。以上這些都是今后可以進(jìn)行繼續(xù)研究的方向。

4 結(jié)論

通過以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論，可以得出如下結(jié)論：

(1)疲勞度與深度信息有著密切的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示疲勞度會(huì)隨著影片平均深度信息的加大而變大；在平均深度信息相差不多的影片中，深度信息標(biāo)準(zhǔn)差大的影片，往往會(huì)使觀看者更感疲勞；

(2)具有相同深度信息的交叉視差相比于非交叉視差更能引起觀看者的疲勞，尤其是出屏達(dá)到甚至超過十分之二的驚艷鏡頭；

(3)對(duì)于疲勞判定而言，疲勞因子R與主觀問卷有一定的參考意義，可以將其作為評(píng)價(jià)觀看3D影片疲勞的一個(gè)指標(biāo)；此外，觀看3D影片產(chǎn)生的疲勞具有明顯的個(gè)體差異性，對(duì)于那些觀看3D電影有明顯不良反應(yīng)的人群，還是少看或者不看為宜。

由于目前我國還沒有出臺(tái)針對(duì)觀看3D影片的健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，加之針對(duì)3D影像的各種研究仍處于起步階段，制約了該行業(yè)的快速良性發(fā)展。而在此領(lǐng)域的研究還需要進(jìn)行大量的工作，其中包括研究影片中3D場(chǎng)景的比例、3D影片的內(nèi)容形式、觀看3D影像時(shí)長(zhǎng)以及深度信息的舒適范圍等對(duì)觀看者各種不同的影響作用。這些參數(shù)對(duì)于3D影片的制作以及3D產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立都是至關(guān)重要的。如能盡早確定，則對(duì)我國3D產(chǎn)業(yè)鏈的形成和發(fā)展，無疑將發(fā)揮促進(jìn)作用。

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TheAssociationbetweenDepthInformationof3DMovieandViewerFatigue

JIN Shuai XING Li-Dong*QIAN Zhi-Yu WANG Xiao LI Zhong-Qiang LIU Bao-Yu

(CollegeofAutomationEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)

In this work, 10 healthy male volunteers were required to watch 5 film clips with different depth information. Their EEG data of pre-and post-watching were collected for figuring out the impact of depth information of 3D films on audiences’ visual fatigue. By calculating the power of each frequency band spectrum, the change of fatigue factorR=(Pα+Pθ)/Pβwas obtained. Additionally we designed questionnaires to evaluate the volunteers’ degree of visual fatigue qualitatively. The relationship amid depth information,R-valueand subjective fatigue feeling emerged from the questionnaire was analyzed statistically. Experimental results showed that after watching 3D films with different depth information, all volunteers reported eyes appearing heavy, soreness, tingling and other symptoms of fatigue or other discomforts. Fatigue factors collected from 14 independent leads increase accordingly, especially in lead F4, C4, F7. Our conclusions are following: (1) A close correlation between depth information and audiences’ fatigue exists, the greater the average depth information and its standard deviation, the more prone to tired; (2) The crossed disparity is more prone to cause fatigue than uncrossed disparity at the same depth information. (3) The fatigue factor R-value and subjective fatigue questionnaire can be used as a point of reference for the 3D movie fatigue assessment.

3D film; depth information; EEG; fatigue

10.3969/j.issn.0258-8021. 2014. 03.07

2013-06-26， 錄用日期:2013-09-20

科技部十二五國家科技支撐計(jì)劃(2012BAI23B07)；國家自然科學(xué)基金(61171059)

R318

A

0258-8021(2014) 03-0306-07

*通信作者(Corresponding author)，E-mail: xldnuaa@nuaa.edu.cn