裸眼3D技术原理

裸眼3D技术原理 裸眼3D显示器就是指无需佩戴眼镜，观者即可直接以肉眼观赏三维影像的立体显示器。 裸眼显示器的类型 全像式(Holographic Type) 全像式的3D裸眼立体显示器，当初是由麻省理工学院所开创，主要是利用红、蓝、绿三种颜色的镭射光源，在分别透过声光调变器晶体(Acoustic Optical Modulator,AOM)之后，产生了所谓的相位型光栅。而这些经过AOM的镭射光会携带着光栅讯息，在透过全像片合并之后，利用垂直扫描镜(Vertical Scanning mirror)以及多面镜(Polygonal mirror)，进行垂直及水平的扫描，最后呈现三维立体图像。 优点:全像片容易取得及其技术成熟。 缺点:其影响大小由于声光调变器晶体的大小，以及多面镜的扫描速度必须与三色的镭射光光源在晶体上传播的速度同步。 体积式(Volumetric Type) 德州仪器(Texas Instrument,Tl)提出一种利用镭射扫描立体影像显示器，又成为体积式显示器。主要是利用一个高速旋转的圆盘，藉由地下投影的镭射光源，投射到此快速旋转面时，会产生散射的效应，藉此扫描空间中的每一点。 缺点:影像中央有旋转轴，越靠近轴心的影像旋转速度则越慢，所产生的立体影像也因此较为模糊。 多平面式(Multi-Planar) 多平面时立体显示主要原理为利用一种两个面重叠的液晶面板，在两个面板显示大小相同的影响，利用物体和观赏者之间远近不同的距离，会 有明度及颜色上的差别，进而重叠前后物体影像，使观赏者在视觉上产生立体感。 缺点:前后面板的对位困难。 此形态的立体显示是将两个二维影像重叠，因此只有在特定的正视方向观赏，才会有较佳的立体显示效果，其余的观赏角度效果不佳。 目前各个厂家采用的裸眼3D显示技术主要有以下几种。 光屏障式(Barrier) 光屏障式3D技术也被称为视差屏障或视差障栅技术，其原理和偏振式3D较为类似，是由夏普欧洲实验室的师十余年的研究成功。光屏障式3D产品与既有的LCD液晶兼容，因此在量产性和成本上较具优势，但采用此种技术的产品影像分辨率和亮度会下降。光屏障式3D技术的实现方法是使用一个开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层，利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90?的垂直条纹。 光屏障式(Barrier)技术示意 图 这些条纹宽几十微米，通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式，称之为“视差障壁”。而该技术正是利用了安置在背光模块及LCD面板间的视差障壁，在立体显示模式下，应该由左眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透 明的条纹会遮挡右眼;同理，应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡左眼，通过将左眼和右眼的可视画面分开，使观者看到3D影像。 优点:与既有的LCD液晶工艺兼容，因此在量产性和成本上较具优势 缺点:画面亮度低，分辨率会随着显示器在同一时间播出影像的增加呈反比降低 柱状透镜(Lenticular Lens)技术 柱状透镜(Lenticular Lens)技术也被称为双凸透镜或微柱透镜3D技术，其最大的优势便是其亮度不会受到影响。柱状透镜3D技术的原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜，使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上，这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素，这样透镜就能以不同的方向投影每个子像素。于是双眼从不同的角度观看显示屏，就看到不同的子像素。不过像素间的间隙也会被放大，因此不能简单地叠加子像素。让柱透镜与像素列不是平行的，而是成一定的角度。这样就可以使每一组子像素重复投射视区，而不是只投射一组视差图像。 柱状透镜(Lenticular Lens)技术示意图 之所以它的亮度不会受到影响，是因为柱状透镜不会阻挡背光，因此画面亮度能够得到很好地保障。不过由于它的3D显示基本原理仍与视差障壁技术有异曲同工之处，所以分辨率仍是一个比较难解决的问。 优点:3D技术显示效果更好，亮度不受到影响 缺点:相关制造与现有LCD液晶工艺不兼容，需要投资新的设备和生产线。 指向光源(Directional Backlight)技术 3M的指向光源3D技术示意图 对指向光源(Directional Backlight)3D技术投入较大精力的主要是3M公司，指向光源(Directional Backlight)3D技术搭配两组LED，配合快速反应的LCD面板和驱动方法，让3D内容以排序(sequential)方式进入观看者的左右眼互换影像产生视差，进而让人眼感受到3D三维效果。前不久，3M公司刚刚展示了其研发成功的3D 光学膜，该产品的面试实现了无需佩戴 3D 眼镜，就可以在手机，游戏机及其他手持设备中显示真正的三维立体影像，极大地增强了基于移动设备的交流和互动。 优点:分辨率、透光率方面能保证，不会影响既有的架构，3D显示效果出色 缺点:技术尚在开发，产品不成熟 其他裸眼3D技术 在2009年4月，美国PureDepth公司宣布研发出改进后的裸眼3D技术——MLD(multi-layer display多层显示)，这种技术能够通过一定间隔重叠的两块液晶面板，实现在不使用专用眼镜的情况下，观看文字及图画时所呈现3D影像的效果。差障壁、柱状透镜技术都是将画面分割成给左、右眼观看的两个不同角度的影像，再利用视觉暂留原理，在人脑形成立体画面，除此之外也有厂家推出了多层显示技术(MLD，Multi-Layer Display)。它利用两层 LCD面板以一定间隔重叠，分别显示前景与后景，形成前后深度感，包括突出颜色及对比度。3D影像是通过在前后面板上分别显示内容相同、而亮度及大小均存在细微差别的影像而实现的。与以往采用多透镜的裸眼3D显示器相比，该类产品不仅可以让显示的画面更生动，不会产生观看3D影像引发的头晕及眼睛疲劳等副作用，3D显示时分辨率不会降低，可同时组合显示文字图片等2D和3D影像，观看3D影像的视角没有明确的界限。虽然该技术在设计和生产原理上看似是两个LCD面板的拼合，不过其生产成本较高，经过多年仍未能最终实现市场化。 另外，国内厂商欧亚宝龙旗下的Bolod裸眼3D显示器如今已经发展到第四代，产品也全部实现高清显示，在国内的3D显示行业处于领先位置。当然，由于非市场主流，对于MLD技术和Bolod裸眼3D显示器，我们此次只做简单的了解，不做深入技术性探讨。 纵观3D技术已成功应用到了数字显示领域，而作为新起之秀的裸眼3D显示技术必将青出于蓝而胜于蓝，未来裸眼3D显示技术发展前景不可限量～ 多视点，大势所趋 1.多视点的特点 需戴眼镜的3D显示器仅能做到2视点的3D视角范围，而无法做到3个视点以上。目前显示器厂商所推出的裸视多视点3D显示器不少，小至便携式产品，大至大型公用显示设备等，在引入上述的3D显示技术后，其视点数已由过去常见的2视点最大可做到30视点，多视点可看到3D影像的视角范围更广。 以人脸影像为例，在以2视点形成3D画面中，事先用双镜头拍摄人脸中间偏左及偏右的影像，当用户在屏幕正前方时，可看到人脸正面3D影像，但如果用户向显示器两旁移动，则看不到人脸的3D效果，原因是当初影像来源并没有多角度拍摄，而且LCD面板本身也无法区分出多角度影像，当用户走到屏幕侧边时，所看到人脸影像只剩下2D画面。相对的，多视点3D显示器所呈现出的3D影像视角范围广，其原因是由于单一物体是从多重角度拍摄，而且3D显示器本身能将多重画面分割出来。原始画面拍摄到人脸前方鼻子、侧边脸颊以及后方耳朵等部分，且3D显示器也将原多角度画面分别显示出来，因此当用户走到显示器侧边时，也能看到人脸颊及耳朵部分的3D影像。 2.多视点应用范围 目前多视点3D显示技术的真实性更强，但它也存在一些缺点。当一个显示器同时播放多个影像，分辨率则呈比例下降，以30视点3D显示器为例，单一影像所分配到的分辨率仅为原面板分辨率的1/30，而为解决此问题需要提高LCD面板精细度。如果是30视点的3D内容，则需拍摄30个不同的角度，多视点3D内容制作成本将随之增高。另外，多视点3D显示器会因用户所站立位置不对，出现叠影现象。 裸视多视点的3D显示技术目前多被引入大型公共显示的应用。为了吸引路人目光，公用显示器常用尺寸比一般家用电视或显示器更大，由于观看距离较远，它对分辨率要求较低，因此，目前多视点3D显示技术的缺点在广告应用中显得微乎其微，公用显示器也有可能成为3D显示器迈向规模化生产的出路。在未来用户对于视听质量享受要求提高的同时，它由电影院、商业用途等走进家庭，甚至是便携式产品，这将是未来的发展趋势。 3D产品的发展状况 裸眼3D显示产品也已被各大厂商作为液晶技术之后的最新研究方向。欧盟已投入700亿欧元用于3D显示技术研究，主要由飞利浦主导的ATTEST联盟进行研发。在日本，精工爱普生于2008年下半年推出2.57英寸的8视点显示屏，未来该产品主要应用在手机及手持式装置上。同时，NEC、东芝、日立、夏普等都相继推出了裸眼3D显示器(电视)，而且这种显示产品已出现在日本各大机场。 日韩厂商多采用柱状透镜技术。韩国三星电子和LG Display主要朝公用显示器方向发展，三星发布了52英寸9视点3D显示器。LG Display则推出42英寸25视点产品，甚至高达30个视点数的试验品。韩国还提出了到2010年实现大多数显示产品和记录设备与3D格式转换的。 而我国台湾地区的厂商多采用视差障壁技术，华映已推出4视点面板，包括从15.4英寸至37英寸的各种产品，友达则开发了5视点的24英寸3D显示面板。在国内，TCL推出了8视点的3D显示器(电视)，它采用了柱状透镜技术。