3D电视原理介绍和各种3D技术

3D电视原理介绍自阿凡达引发3D体验狂潮之后，作为上市不到1年的电视品类，3D可谓创下了有史以来普及最快、接受度最高的消费奇观，将年初人们对3D“叫好不叫座”的担忧彻底瓦解。针对这一现象，记者陆续走访了中国电子商会副秘书长陆刃波、奥维咨询高级分析师等多名资深行业专家。专家谈到：今年国庆之所以会有如此强悍的市场表现，从平板电视市场消费需求和技术发展趋势看，虽是意料之外，也是情理之中。超高性价比、超强观看体验、并辅之以技术领跑，3D电视未来形势值得看好。一、什么是3D电视？3D是three-dimensional的缩写，就是三维立体图形。由于人的双眼观察物体的角度略有差异，因此能够辨别物体远近，产生立体的视觉。三维立体影像电视正是利用这个原理，把左右眼所看到的影像分离。时分3D液晶电视的立体显示效果，是通过在液晶面板上轮流播放左右眼的信号，用户借助同步开关的立体眼镜，将经过编码处理的3D视频影像独立送入人的左右眼，即能体验触手可及的立体影响。总的来说，3D一般意义上指的就是三维空间，也就是我们生活的这个空间。三维空间与二维、一维空间的最大区别就是“立体”。因为这个特性，一些立体声音响会在宣传中加入“3D”字样，这里仅仅代表的是“立体”声，所以应该区别。3D引擎是一些电脑中的3D图像绘制所要用到的核心软件，不同的图形引擎往往代表了不同的画面效果，如著名的“虚幻”引擎。这里的3D绘图也就是我们现在在电脑上接触的最多的3D图形，和立体3D有本质上的区别，一个是画面生成形式，一个是画面的显示形式，两者及容易混淆。谈到立体，这里就不得不说一下一维、二维空间的特征。其实很简单，一维可以被理解为一根线，这根线只能两边无限延伸。二维高于一维，拥有一个面上任意延伸的坐标属性，也就是我们通常所说的平面。三维高于二维的特征就是在这个平面上多出了“上下”两个坐标，使物体突出于平面的面，形成我们所谓的“立体”。“立体”之于平面的区别还有：立体是具有长、宽、高三个属性的，所以三维空间的物体我们能最多看到三个面。（大家可以拿一个方形的盒子做实验，你最多看到三个面）二、立体影像的形成原理人的两只眼睛同时观察物体，不但能扩大视野，而且能判断物体的远近，产生立体感视差创造立体。立体影像的基本原理是视差，主要是双目视差（binocularparallax），人的双眼相距约6.5cm，两只眼睛同时观察物体时，左眼看到物体的左侧面较多，右眼看到物体的右侧面较多，左右眼视网膜上所成的像不同，这两个像经过大脑综合以后就能区分物体的前后、远近，从而产生立体视觉。——这就是视差创造立体。总体来说，目前的3D显示技术都是在造视觉差，由左右眼看到不同的图像，在人脑中重现，进而实现3D立体的感觉。如果你在看3D电影的时候闭上一只眼睛，是没有办法享受到3D的效果的。我们都知道，只有在两只眼睛看到物体的时候，我们才可以确定其位置。而当我们闭上一只眼睛的时候，即便可以轻松看清楚物体，但是对于物体的位置判断已经不准确了。为了证明这一点，让做我们来做个简单的实验：闭上你的一只眼睛（左眼或者右眼都无所谓，随便那只舒服闭那只），然后左右手各拿一只铅笔的，在大概三十厘米距离左右把两只铅笔的笔尖慢慢靠拢对齐。这时你会发现，在绝大多数的时候，你左右手中的两只笔尖是无法对齐到一点的。然后我们将两只眼睛睁开，在做这个动作的时候，我们发现很轻松就可以实现了。这就说明，我们平时感觉到的距离感，其实是由两只眼睛共同决定的。我们在平时使用显示器或其他显示设备看物体的时候，是以下这个状态的：平时看普通显示器时的示意图仅仅是这样的话，显然是无法实现3D效果的。不要着急，下面让我们一步步来解析实现3D画面的真相。前面我们说过，目前的3D技术就是通过让左右眼看到不同的东西，在人脑中产生立体的感觉。而当我们左右眼分别看到了各自的信息，然后在脑中重组，由于接受的是不同的信号，所以重组发生异变，将原本2D的图像转化成了3D的信号。如上图所示，如果左眼看到了稍微偏左的图像，而右眼则看到了稍微偏右的图像，两个图像在人脑中重组的时候，就会产生如下图的感觉：我们感觉到，自己看到的A实际上已经偏离了显示器屏幕，而进入了显示器的屏幕后方，距离我们更远。反之，如果左眼看到偏右的图像，而右眼看到偏左的图像，则会使得我们看到的物体在显示屏幕的前方，距离我们更近。注：视觉暂留——人眼在观察景物时，光信号传人大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。在黑暗中舞动一只火把或者是一根香火，我们看到的不是一个点，而是一条线就是最典型的代表。三、3D技术分类显示的方面解决了，另一个方面就是眼睛的方面。这就是眼镜式3D技术。其实3D技术分类分为裸眼式和眼镜式。裸眼式3D技术目前主要应用在商用显示方面（以后还将应用于手机等显示设备中）；眼镜式3D技术则集中于消费级市场，此次风靡全球的影片《阿凡达》采用的全部是眼镜式3D技术。如果细分的话，眼镜式3D技术可分为色差式、快门式和偏光式（也叫色分法、时分法、光分法）三种，而裸眼式3D技术可分为透镜阵列、屏障栅栏和指向光源三种，每种技术的原理和成像效果都有一定的差别。裸眼式3D技术介绍裸眼式3D技术大多处于研发阶段，主要应用在工业商用显示市场，所以大众消费者接触的不多。从技术上来看，裸眼式3D可分为光屏障式（Barrier）、柱状透镜(LenticularLens)技术和指向光源（DirectionalBacklight）三种。裸眼式3D技术最大的优势便是摆脱了眼镜的束缚，但是分辨率、可视角度和可视距离等方面还存在很多不足。TCL在卖场中展示的裸眼3D电视目前已经有包括TCL在内的彩电厂商推出了免佩戴专业眼镜就能看到3D立体画面的显示设备，它们最大的优势就是可以人们完全不需要佩戴眼镜就能体验到身临其境的效果。这项技术一般被称为“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，若离屏幕距离太紧，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。眼镜式3D技术介绍色差式3D技术互补色：主要是红蓝、绿红、黄棕立体眼镜这3种。其中以红蓝眼镜为主（因为的红蓝片源比较多），这些价格也比较便宜，几元就能买一个，对显示器没有要求，能在电视、显示器、投影等上面观看，可是这种实现立体效果的方式有一个缺点，就是色彩会失真（与原版的电影有色差）。但这种方法实现立体在国外非常流行。但看的时间不能过长，这也是一部真正的红蓝立体电影每到半小时，就要弄进一段2D的片断，因为外国人很注意保护眼睛。戴上这种偏色（红蓝、绿红、蓝棕）的3D立体眼镜，你可以直接在电脑上观看互补色的立体图片和红蓝立体电影和红蓝立体游戏。最早出现3D显示技术就是色差式，从技术层面上来看也是最为初级的一种3D效果显示方法，这种3D显示的辅助设备只需购买一付红青（红淡蓝）色差眼镜就可以了。成本也最为低廉。红蓝立体眼镜色差式3D显可以称为分色立体成像技术，是用两台不同视角上拍摄的影像分别以两种不同的颜色印制在同一副画面中。用肉眼观看的话会呈现模糊的重影图像，只有通过对应的红蓝等立体眼镜才可以看到立体效果，就是对色彩进行红色和蓝色的过滤，红色的影像通过红色镜片蓝色通过蓝色镜片，两只眼睛看到的不同影像在大脑中重叠呈现出3D立体效果。不足：显示效果有限，3D效果体验不足但是其低廉的成本却使很多财力有限的3D影片爱好者选择他的一个主要原因。色差式3D的不足是显示效果有限，3D效果体验不足但是其低廉的成本却使很多财力有限的3D影片爱好者选择他的一个主要原因。快门式3D技术(现在的3D显示器+英伟达显卡+3DNV眼镜【一套价格大约在3500左右】或者3D红网眼镜+120hz的显示器【价格一套大概在350左右】）快门式3D技术可以为家庭用户提供高品质的3D显示效果，这种技术的实现需要一付主动式LCD快门眼镜，交替左眼和右眼看到的图象以至于你的大脑将两幅图像融合成一体来实现，从而产生了单幅图像的3D深度感。其成本也比色差式3D显示技术昂贵很多。快门式3D眼镜快门式3D技术的原里是根据人眼对影像频率的刷新时间来实现的，通过提高画面的快速刷新率（至少要达到120Hz）左眼和右眼个60Hz的快速刷新图象才会让人对图象不会产生抖动感，并且保持与2D视像相同的帧数，观众的两只眼睛看到快速切换的不同画面，并且在大脑中产生错觉，便观看到立体影像。不足：由于技术成本的制约其成本也较高，如果是同时约几个朋友来看3D电影的话就要每人都有一付这样的眼镜，这就需要花很多钱，如果是每人独自观看的话那互动性就差了。快门式3D技术的优势是其3D效果实现逼真，但是由于技术成本的制约其成本也较高，如果是同时约几个朋友来看3D电影的话就要每人都有一付这样的眼镜，这就需要花很多钱，如果是每人独自观看的话那互动性就差了偏光式3D技术（电影院采用的是这种模式，设备一般都在上万元左右)偏光式3D也叫偏振式3D技术，属于被动式3D技术，眼镜价格也较为便宜，目前3D电影院、3D液晶电视等大多采用的是偏光式3D技术。和快门式3D技术一样，偏光式3D也细分出了很多种类，比如应用于投影机行业的偏光式3D需要两台以上性能参数完全相同的投影机才能实现3D效果，而应用于电视行业的偏光式3D技术则需要画面具有240Hz或者480Hz以上的刷新率，从实现的方式二者也存在很多差别。电影院一般采用偏光式眼镜在技术方式上，偏光式3D技术是被动接收所以也被称为属于被动式3D技术，辅助设备方面的成本较低，但对输出设备的要求较高，所以非常适合商业影院等需要众多观众的场所使用。不足：光线偏振系统的价格却不菲对于家庭用户来说实现起来并不容易。点评：目前大多数3D电视主要采用快门式和偏光式技术。偏光式3D电视目前偏光膜较贵，2D显示时亮度会降低一半，3D显示时分辨率会降低，但闪烁较轻；滤色式3D电视主要采用分色技术，基本原理是让某些颜色的光只进入左眼，另一部分只进入右眼，显示结果是颜色不全，而且因为红色片亮度降低人眼极不舒服，属于淘汰的技术。而主动式3D电视则需要加装同步装置，且3D眼镜造价比较贵，但是3D分辨率是最高的，2D显示没有任何变化。偏光式和快门式都存在优劣势，均在不断发展，技术的进步将会逐渐解决清晰度、亮度下降、闪烁等问题。如果哪种方式完全解决了问题，性价比优，就会成为主流，如果没有大的突破，会是主动和偏光式并存。四、3D电视健康观看指南适当的观看距离1、影响观看距离的最大因素是屏幕尺寸，屏幕越大，3D立体感越强。2、经研究发现，大于3倍屏幕高度的观看距离可获得更好的3D立体影像。3、儿童由于视网膜未发育完全，近距离观看3D电视易伤害眼睛，家长应重点关注。舒适的观看姿势1、电视安装位置的高低会影响眼睛观看的舒适度，观看者的水平视线落在屏幕中线上下20厘米的范围内易于保护眼。2、长时间俯视或仰视观看3D电视易压迫神经、引起眼充血，正常的坐姿观看易于保护眼睛、减轻疲劳感。分辨率越大，3D效果更佳。当然显示器越大，效果也会更逼真。让你觉得有身临其境般的感觉。个人觉得3D的最高境界就是出屏和入屏了。出屏是指：物体瞬间飞出来一样。入屏则是感觉像是一个山洞一直延伸进去！其余的部分就是景深了（景深，通俗一些讲，就是一前一后的距离范围，便叫做景深。）五、3D电视的内容格式那么目前3D电视又拥有哪些视频信号格式呢？下面我们通过一个表格来表现：信号格式特点备注Fullside-byside左右数据量大采用较