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裸眼3D的研究現狀

裸眼3D技術可分為擋光板、柱面透鏡和定向背光3D技術。早在2009年,美國PureDepth公司開發的多層顯示技術(MLD)就是裸眼3D顯示技術。這種技術的優點是不會對觀看者造成惡心、頭暈等不良反應。同時,這項技術還突破了視野和角度的限制,使觀看的場所進壹步擴大。最個性化的壹點是,使用這種3D顯示技術,還可以添加二維字幕。現在這項技術已經在美國拉斯維加斯廣泛使用。與MLD技術相比,柱面透鏡3D顯示技術沒有優勢。顧名思義,柱面透鏡類型就是使用柱面透鏡。在液晶顯示屏前安裝壹排柱狀透鏡,這樣圖像就會出現在透鏡的焦平面上。因此,圖像中的每個像素通過透鏡呈現在人的兩只眼睛中。壹旦像素的光通過不同的角度進入左右眼,人就會將雙眼接收到的圖像在大腦中疊加,形成3D圖像。與其他顯示技術相比,柱面透鏡3D顯示技術的主要優勢在於可以滿足圖像的亮度要求,但圖像是通過壹層透鏡呈現給觀眾的,因此很難在圖像的分辨率上有更大的突破。而且在液晶屏前安裝鏡頭需要較高的制造成本和較高的維護成本,不利於推廣使用。光柵3D顯示技術是由夏普公司歐洲R&D部的幾名工程師開發的壹種新型顯示技術。這項技術在LCD面板和內部發光器件之間增加了偏振模式和聚合物層。當圖像通過液晶面板顯示在觀眾面前時,偏振模式可以區分左右眼接受的圖像,從而在觀眾的大腦中形成立體的顯示畫面。這種技術將偏振模式和聚合物層集成在顯示器中,可以在最廣範圍和成本控制上起到壹定作用,但在圖像顯示和3D顯示技術中很難提高亮度。定向光源3D技術在顯示原理上與上述顯示技術基本相似,只是在呈現3D圖像時需要兩個背景光源。當觀眾的左右眼同時接收到畫面時,不同方向的背景光源依次交替點亮,左右眼畫面通過3M反光膜交替呈現在觀眾面前。因為人眼有壹定的視覺停頓時間,交替畫面可以在人腦中形成3D畫面。但最終顯示效果達不到高清的要求。裸眼3D顯示的關鍵技術主要包括視圖分離的光學原理、子屏劃分、獨立視圖的呈現、立體顯示液晶屏的圖形處理軟件等。其實裸眼3D圖像是根據人眼睛的視差呈現的。只要能合理呈現左右眼圖像,就能出現立體的視頻效果。子屏分區就是將裸眼顯示分割成視圖,每個視圖都有固定的區域。在視頻顯示中,每個子畫面中的圖像需要交替呈現,這就在觀眾的腦海中形成了立體視頻。目前的裸眼3D顯示技術還不夠成熟,實現人們生活中隨處可用的裸眼3D顯示還為時過早。然而,裸眼3D顯示所能帶給人們的巨大視覺享受仍然激發著相關人員的研究熱情,其巨大的市場潛力也推動著相關技術不斷進步以實現高清顯示效果。所以不是成熟的肉眼。

裸眼3D顯示終端的編碼模式

3D圖像呈現需要傳輸大量數據,因此為了升級3D技術,數據壓縮技術必須相當先進。傳統的3D圖像編碼基本上是以左傳輸通道作為數據的基本層,右傳輸通道作為左通道的輔助層。歐洲的ATTEST系統框架在傳輸3D圖像數據時采用單通道視頻數據傳輸,同時配合相應深度數據的3D立體視頻格式。通過深度視頻數據的超輕壓縮,可以減少數據量,視頻數據主要通過單通道傳輸。Orbi和Interview用於深度編碼的碼率分別為各自單通道碼率的6.2%和3.5%。這種3D立體圖像呈現終端的編碼方法適用於傳統的裸眼3D顯示技術。它們的成像原理基本上是左右眼分別接收傳輸的圖像信息,然後在大腦中形成立體圖形,因此只需要兩個通道來傳輸視頻數據。而要實現裸眼3D視頻顯示,要輸出的數據量更大,傳統的顯示終端編碼方式理論上是不可能的。然而,裸眼3D顯示中最成功的方法是基於視差的立體視頻終端編碼方法。其主要工作原理是:首先對左眼要接收的圖像信息進行H.264標準編碼,然後將編碼後的左眼接收圖像與右眼接收圖像進行比較,通過視覺估計得到相應的視覺差異信息,再對該信息進行H.264編碼;最終生成的左眼數據碼流和視差數據碼流通過傳輸通道發送到解碼端,解碼操作得到編碼後的左眼視圖和編碼後的視差視圖。根據這些信息得到右眼視圖數據和其他六個視點的數據信息,最後將所有數據整合顯示在裸眼3D立體顯示器上。這種顯示終端編碼方式在壹些實際顯示器中也有應用,但還是存在壹些問題:屏幕會閃爍,這壹直是顯示器的問題。不同尺寸的屏幕,不同的顯示環境,會造成不同的閃爍強度和頻率;由於DLP屏幕前的光柵周期性運動,很容易在觀眾的某個區域產生與原像素不同的像素,也就是俗稱的彩虹效應,在裸眼3D顯示器中也會存在。完全消除這些問題是非常困難的,相關技術還處於研究階段。從技術上來說,裸眼3D可以分為三種:光壘柱面透鏡技術和指向光源。裸眼3D技術最大的優勢是擺脫了眼鏡的束縛,但在分辨率、視角、觀看距離等方面還有很多不足。

觀看時,觀眾需要與顯示設備保持壹定的位置才能看到3D圖像(3D效果受視角影響較大),3D圖像與常見的偏振式3D技術和快門式3D技術仍有壹定差距。然而,液晶面板行業巨頭AUO和研發巨頭3M壹直在積極開發,預計今明兩年將量產部分裸眼3D顯示設備。光學屏障——光學屏障3D技術也叫視差屏障或視差屏障技術,其原理類似於偏振3D,是夏普歐洲實驗室的工程師歷時十余年研究成功的。光障3D產品兼容現有的LCD液晶技術,因此在量產和成本上有優勢,但使用該技術的產品圖像分辨率和亮度會下降。利用液晶層和偏振膜制作了壹系列方向為90度的垂直條紋。優點:與現有LCD技術兼容,因此在量產和成本上有優勢。

缺點:畫面亮度較低,分辨率會隨著顯示器同時播放圖像的增加而反比降低。柱面透鏡技術也稱為雙凸透鏡或微柱面透鏡3D技術,其最大的優點是其亮度不會受到影響。柱面透鏡3D技術的原理是在液晶屏前面加壹層柱面透鏡。優點:3D技術顯示效果更好,亮度不受影響。

缺點:相關制造與現有LCD液晶技術不兼容,需要投入新的設備和生產線來指向光源——在指向光源的3D技術上投入大量精力的主要公司是3M公司。指向光源的3D技術配合兩組發光二極管,配合快速響應的液晶面板和驅動方式,3D內容可以有序進入觀看者的左右眼交換圖像產生視差,進而讓人感受到3D效果。不久前,3M公司剛剛展示了其研發成功的3D光學薄膜。這款產品的采訪實現了不戴3D眼鏡就可以在手機、遊戲機等手持設備上顯示真實的3D圖像,大大增強了基於移動設備的交流和互動。優點:可以保證分辨率和透光率,不會影響現有的設計架構,3D顯示效果極佳。

缺點:技術還在發展中,產品還不成熟。

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