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解析裸眼3D显示技术原理
       如今主流的3D立体显示技术,仍然不能使我们摆脱特制眼镜的束缚,这使得其应用范围以及使用舒适度都打了折扣。而且不少3D技术会让长时间的体验者有恶心眩晕等感觉,而且3D眼镜的卫生条件也很差,甚至有报道说某观众在观看3D影片时因为使用了上一个观众刚刚留下的眼镜而不幸感染了红眼病。于是,3D立体显示能够持续发展的动力,就落到了裸眼3D显示技术这一前沿科技身上。

裸眼3D显示技术一般被称为“裸眼多视点”技术,也就是不通过任何工具就能让左右两只眼睛从显示屏幕上看到两幅具有视差的、有所区别的画面,将它们反射到大脑,人就会产生立体感。它也利用了人眼的视差原理,通过给观看者左右两眼分别送去不同的画面,从而达到立体的视觉效果。由于观察着可以不佩戴眼镜,因此这些技术非常适合在公共场所展示的大屏幕显示器,便于多人观赏。不过,裸眼3D显示技术的缺点也非常明显:人们在观看屏幕时,必须位于一定的范围内才能观察到立体画面,若距离屏幕位置太远,或观察角度太大的时候,3D效果并不明显。此外,若离屏幕距离太近,人会有明显的头晕现象,因此该技术暂时还不适合在小尺寸显示器上使用。此外,这种技术在显示效果方面相对较差。

3D画面和常见的偏光式3D技术和快门式3D技术尚有一定的差距。不过液晶面板行业巨头友达光电、研发巨头3M等已经在积极进行研发,预计部分裸眼式3D显示设备将于今明两年实现量产。当前市面中裸眼3D显示技术主要有视差障壁技术、柱状透镜技、MLD技术等,下面我们具体讲解一下这些技术的简单原理。

 

视差障壁技术

 

我们知道电影院在放映3D电影时,广泛采用的是偏振眼镜法。而视差障壁与偏振眼镜法有些相似,不过一个需要通过眼镜,另一个却不需要。视差障壁技术是由夏普欧洲实验室的工程师经过十年研究所得。它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。

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。缺陷:由于背光遭到视差障壁的阻挡,所以亮度也会随之降低,要看到高亮度的画面比较困难。除此之外,分辨率也会随着显示器在同一时间播出影像的增加成反比降低,导致清晰度的降低。

 

柱状透镜技术,也被称为双凸透镜或微柱透镜。它相比视差障壁技术最大的优点是其亮度不会受到影响。它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,因此不能简单地迭加子像素。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。

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题。

MLD技术

MLD技术于2009年4月,由美国PureDepth公司宣布研发出改进后的裸眼3D技术研制,美国PureDepth公司改进钱两种技术后的裸眼3D技术——MLD(multi-layer display多层显示),这种技术能够通过一定间隔重迭的两块液晶面板,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。与以往采用柱状透镜技术的裸眼3D显示器相比,MLD技术具有以下几个优点:

观看3D影像时,用户不会产生眩晕、头疼及眼睛疲劳等副作用;

3D显示时,屏幕的分辨率不会降低;

可组合显示文字等二维影像和3D影像;

对观看3D影像的视野及角度没有太大的限制,通俗点说就是可视角度够大。据悉,采用MLD技术的显示设备已经在美国拉斯维加斯的部分娱乐场所得到了应用,并取得了良好的效果。

指向光源技术

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,不会影响既有的设计架构,3D显示效果出色。

缺点:技术尚在开发,产品不成熟

DFD(Depth-Fused 3D)3D显示技术

DFD(Depth-Fused 3D)是日本NTT根据全新的错视原理开发的景深融合型立体影像技术,其利用两片液晶显示器与half mirror,开发不需特殊眼镜就可以观赏的立体影像的技术,这种立体影像制作原理称为REAL。REAL立体影像的制作过程是先利用一般摄影机、相机、闪光灯摄影等方式拍摄影像,然后取一般摄影与闪光灯摄影拍摄影像灰色度两者的差分,再与一定峰值比较藉此获得二值化(0与1的数字元元化)的影像,接着抽出所谓的近影像领域,最后再将Relief状景深添加至近影像领域内。被照物景深形状除了球体比较接近真实景深外,其它物体都会出现某种程度的差异,只要近影像与远影像两者前后关系维持正确,且景深为连续性平滑状的话,通常利用肌理描绘(Texture)作补正,就可以获得非常协调的立体影像。

随着技术的进步,纵观3D显示技术已成功应用到了数字显示领域,3D显示技术和普通消费者的距离已经越来越近了,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,裸眼3D技术在实现成品化、成熟化后。不仅可以实现了裸眼看3D,而且还可以保证3D立体出屏效果的震撼,解决戴着眼镜看3D的束缚与困扰,开拓出一个自由自在享受3D的空间。
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