三维医用电子内窥镜已经广泛应用于各类医学诊断、微创手术以及医学培训。三维内窥镜可视化过程中的立体空间几何畸变将直接影响医护人员对于病灶相对大小和距离的视觉感知精确度, 同时也可能成为三维内窥镜使用过程中影响视觉舒适度的重要因素之一。现有研究往往仅关注立体影像获取过程中平面图像的畸变及其矫正, 而忽略了可视化过程中显示系统不匹配及人眼对三维影像的感知特性造成的立体空间几何畸变。本文通过对三维医用电子内窥镜影像获取、显示及感知过程的分析, 建立了三维医用电子内窥镜可视化模型。理想的三维内窥镜影像感知是真实世界空间在各个维度等比例放大的虚拟空间立体感知, 三维内窥镜的参数与可视化过程的参数必须匹配才能达到理想的无畸变各维度等放大率效果, 最终实现精确的视觉感知以及良好的使用舒适度。研究内容有望为三维影像获取与可视化在医疗领域更为精确和舒适的应用提供理论参考。

搭建了美术馆实验环境，被观赏画作表面的照度为200 lx，采用LED光源的色温为3 300 K。改变投影仪的亮度和对比度参数，设定三种常用投影显示模式（模式1?亮度24.7 cd/m²，对比度12∶1；模式2?亮度57.7 cd/m²，对比度20∶1；模式3?亮度78.9 cd/m²，对比度24∶1），分别对32名实验者在三种显示模式下进行视觉舒适度评价的心理物理学实验。结果表明：在美术馆照明环境一定的情况下，投影显示的亮度和对比度影响参观者的视觉舒适度。在设置投影模式1的条件下，参观者视觉舒适度最佳。研究结果对于美术馆展陈设计中投影显示技术的合理运用提供了参考。

提出了一种基于瞳孔直径的视频显示终端(VDT)视觉舒适度评价方法。在3种光环境和5种VDT屏幕亮度下进行眼动实验,采集被试者瞳孔直径数据,并对每种条件下视觉舒适度进行主观评分。采用统计学分析方法,从性别、用眼习惯以及是否佩戴眼镜等方面系统研究被试者瞳孔直径变化与视觉舒适度间的对应关系。实验结果表明,与视觉舒适下的瞳孔直径相比,当因光环境较暗引起视觉不舒适时,被试者的瞳孔直径相对变化量为17.61%~24.55%,当因光环境较亮引起视觉不舒适时,被试者的瞳孔直径相对变化量为-6.12%~-12.45%,而当被试者处于视觉舒适状态下,瞳孔直径相对变化量为-2.14%~2.14%。这项工作对于VDT视觉健康评价标准的建立、健康光环境设计等具有重要意义。

视差是影响立体内容视觉舒适度的主要因素之一。结合视觉显著特性,通过大量主观实验研究视差因素对立体图像舒适度的影响,得到舒适视差的定量范围。首先,利用立体显著区域提取算法获得显著立体图像,并用眼动仪验证其合理性;然后,采用像素平移法对显著立体图像进行视差变换,得到实验素材,进行主观实验;最后,处理实验数据,得到舒适视差的定量范围。结果表明,人眼对水平视差和垂直视差的舒适度响应差异很大,水平视差舒适范围为(-0.379°,0.644°),而可接受的垂直视差范围为(-0.10°,0.11°)。验证实验的正确率在90%以上,表明所得舒适视差范围很好地反映了立体图像的主观舒适度,能为立体内容的制作提供更符合人眼视觉特性的定量标准。

立体图像观看舒适度的影响因素是立体成像技术领域的关键问题。结合视觉注意机制特性,定量研究饱和度因素对立体图像视觉舒适度的影响。首先,得到立体显著度图,利用模糊隶属度原理和掩膜对其进行优化获得最终的显著立体图像,并用眼动仪对所得立体图像显著区域的正确性进行验证。然后,采用改进的逐级逼近法进行主观实验,通过大量的实验数据得到显著立体图像的舒适饱和度匹配图和差异图。实验结果表明,双目视图舒适饱和度平均差异值最大可达0.29。验证实验表明所提方法的舒适饱和度范围具有更好的普适性,不仅为立体图像舒适度的研究提供了依据,而且为立体内容的制作提供了技术标准。

结合视觉注意机制,通过大量主观实验,定量研究了对比度因素对立体图像视觉舒适度的影响。首先结合平面显著图和立体视差图获得立体显著度图,再利用模糊隶属度和掩模对其进行优化,获得显著立体图像,并用眼动仪验证其合理性;然后对左右视图进行对比度变换和主观实验,数据筛选后得到显著立体图像的舒适对比度匹配图和差异图。实验结果表明:左右视图的对比度差异门限值随着左视图对比度值的不同而改变,且左右视图对比度差异不能过大,最大和最小差异值分别为1.97和-2.40。实验所得舒适对比度范围很好地反映了立体图像的舒适度,验证实验的正确率达95%,为立体内容的制作提供了更合理可行的定量标准。

结合视觉注意机制, 通过大量主观实验定量地对影响立体图像视觉舒适度的色度因素进行了研究.首先, 结合视差图和平面显著图获得立体显著度图, 再利用模糊隶属度和掩膜对其优化得出最终的显著立体图像, 并采用眼动仪对所得显著立体图像的合理性进行验证; 然后, 采用由粗到细的逐级逼近法获得实验数据, 利用视觉感知正常的被试者进行主观实验, 得到不同场景显著立体图像的舒适色度匹配图和差异图.实验结果表明, 左右视图舒适色度区间会随着不同场景而不同, 双目视图舒适色度差异值平均最大可为122.5°, 即左右视图色度差异不能过大.所得舒适色度范围很好地反映了立体图像的舒适度, 不仅为立体信息的质量评价提供了评判依据而且为立体内容的制作提供了更有力的技术支撑.

基于双目视差的立体显示系统中, 不恰当的图像景深分布是引起视疲劳的主要原因, 因此提出一种新颖的立体深度调整方法以提高立体显示观看视觉舒适度。该方法以原始立体图像作为输入, 应用图像谱残差提取的方法获得立体图像的视觉显著性, 结合特定的观看条件建立视疲劳指标模型, 获取特定图像在特定观看条件下的最佳零视差平面(ZDP)。根据最佳ZDP对原始输入左右视图进行视差调整, 从而获得视疲劳指标最小的立体图像。为了进一步验证该方法对立体显示视觉舒适度的提升效果, 设计并完成了相应的视觉感知实验。实验结果表明, 该方法显著提高了立体显示观看舒适度。