3D

3D显示技术3D显示的基本原理3D显示简史3D技术简介123CONTENTS主要3D显示技术解析41.3D显示的基本原理双目视差产生立体感相机在左眼位置拍摄相机在右眼位置拍摄左眼右眼大脑：我看到立体手机了左眼右眼位差左眼右眼左眼右眼位差深度深度OOEE显示平面双眼在观察空间场景时，空间场景在双眼视网膜上所成的像略有差异，这种差异称为双眼视差，视差经视觉皮层融合，产生立体感。在不同视点拍摄一空间场景，得到两幅略有差异的平面图片，称为立体图象对。空间点成像在立体图像对上必存在位置差异，称为位差。左图展示了深度感的产生。物体的深度信息就是通过位差来恢复的，视差越大说明物体离透镜的距离越近；反之，则越远。单目立体视觉更多的是依靠先前经验来获得立体感。AAA2.3D显示简史16世纪开始用不同的颜色为左右眼绘制有一定规律差异的图像，然后通过滤光镜观察来产生立体视觉。17世纪初出现“立体镜”，为每只眼睛提供独立的视觉通道，立体视觉感非常强烈。19世纪末立体电影技术出现。首先采用两部摄影机模拟人类双眼进行拍摄，然后将制好的影片用放映机通过偏光滤光镜投射到电影荧幕上，观众通过偏光滤光镜就可以观察到运动的立体图像了。该技术沿用至今。20世纪双信道偏光分像立体电视出现。黑白电视机时代，用两部电视摄像机拍摄影像并用两个独立的视频信道传输到两部电视机，每部电视机的屏幕上安置一块偏光板，然后用偏光眼镜去观察。1950‘s互补色立体分像电视技术应用于立体电视。基本方法是用两部镜头前端加装滤光镜的摄像机去拍摄同一场景图像，在彩色电视机的屏幕上观众看到的是两副不同颜色的图像相互叠加在一起，当观通过相应的滤光镜观察时就可以看到立体电视图像。1970’s由于光开关材料的出现，人们可以制造光开关眼镜,出现了时分式立体电视技术，时分式的立体电视技术采用彩色电视信号的奇场和偶场播放立体电视信号。1980’s日本东芝公司研制出时分式立体电视投影机。1985年日本松下公司的时分式液晶眼镜立体电视样机获得成功。1986年美国DTI(DimensionTechnologiesInc.)公司成立，目前已经拥有了全球大部分3DLCD相关专利。2002年三洋电机宣布研究出50英寸不需要专用眼镜的等离子裸眼立体显示器.开发的无需眼镜也能看到三维显示效果的液晶面板。2003年以夏普、索尼、三洋电机、NTT数据、伊藤忠商事等5家公司为主，同时联合硬件制造商、软件开发商、出版社、报社等70家公司在日本成立了“3D联盟”。2009年美国PureDepth公司宣布研发出改进后的裸眼3D技术——MLD（multi-layerdisplay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。2.3D显示简史3D显示技术单像成像立体成像利用近大远小,明大暗小,透视等在2D画面上产生3D感觉2D图象处理Multi-LayerDisplay(MLD)一定间隔重叠2块液晶面板,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,利用2D画面产生3D.眼镜式液晶眼镜红蓝眼镜偏振眼镜裸眼式视差障栅柱镜光栅利用液晶快门分时打开或关闭左\右眼镜片,产生双眼视差.利用红/蓝色镜片只允许红/蓝色光通过,产生双眼视差.两个不同偏振方向的光线,分别进入相应镜片,产生双眼视差.在显示器前放置黑白狭缝光栅,类似于小孔成像原理，将显示器上光线向两个方向分开,射入左右眼,产生双眼视差.在显示器前放置圆柱状凸透镜光栅,凸透镜可以将光线向两个方向折射,该两束光线进入左右眼，产生双眼视差.3.3D显示技术简介通过在空气或者特殊的立体镜片上形成立体的影像。不同于平面银幕投影仅仅在二维表面通过透视、阴影等效果实现立体感，全息投影技术是真正呈现3D的影像，可以从360°的任何角度观看影像的不同侧面。.全息投影指向光源搭配两组LED，配合快速反应的LCD面板和驱动方法，让3D内容以排序方式进入左右眼互换影像，产生双眼视差.4.主要3D显示技术解析色差式色差式3D历史最为悠久，成像原理简单，实现成本低廉，但是3D画面效果也是最差的，需要配合色差式3D眼镜才能看到3D效果。色差式3D先由旋转的滤光轮分出光谱信息，使用不同颜色的滤光片进行画面滤光，使得一个图片能产生出两幅图像，人的每只眼睛都看见不同的图像。目前我们较为最常见的滤光片颜色通常是红/蓝，红/绿，或者红/青，目前采用这种技术的影院以及越来越少了。优点：技术难度低，成本低廉缺点：3D画质效果不是最好，画面边缘易偏色4.主要3D显示技术解析快门式快门式3D技术主要是通过提高画面的快速刷新率（至少要达到120Hz）来实现3D效果，属于主动式3D技术。当3D信号输入到显示设备（诸如显示器、投影机等）后，120Hz的图像便以帧序列的格式实现左右帧交替产生，通过红外发射器将这些帧信号传输出去，负责接收的3D眼镜在刷新同步实现左右眼观看对应的图像，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。优点：资源相对较多，厂商宣传推广力度大，3D效果出色缺点：快门眼镜价格昂贵4.主要3D显示技术解析偏光式偏光式3D也叫偏振式3D技术，属于被动式3D技术，目前3D电影院、3D液晶电视等大多采用的是偏光式3D技术。偏光式3D是利用光线有“振动方向”的原理来分解原始图像的，先通过把图像分为垂直向偏振光和水平向偏振光两组画面，然后3D眼镜左右分别采用不同偏振方向的偏光镜片，这样人的左右眼就能接收两组画面，再经过大脑合成立体影像。优点：偏光式眼镜价格低廉，3D效果出色，市场份额大缺点：安装调试繁琐，成本不便宜4.主要3D显示技术解析视差障栅技术视差障栅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。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4.主要3D显示技术解析柱状透镜技术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，在TFTLCD前面板镶上一块柱透镜板组成立体显示的光学系统。柱透镜板由细长的半圆柱透镜紧密排列构成，经TFTLCD像素调制的光线通过柱透镜的折射，把奇、偶列像素上显示的视差图像投射到人的左、右眼，经视觉中枢的立体融合获得立体感。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，分辨率仍是问题4.主要3D显示技术解析指向光源技术对指向光源3D技术投入较大精力的主要是3M公司，指向光源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4.主要3D显示技术解析全息投影技术现在的全系投影技术一共分为以下几种：1.在美国麻省一位叫ChadDyne的29岁理工研究生发明了一种空气投影和交互技术，这是显示技术上的一个里程碑，它可以在气流形成的墙上投影出具有交互功能的图像。此技术来源海市蜃楼的原理，将图像投射在水蒸气上，由于分子震动不均衡，可以形成层次和立体感很强的图像。2.日本公司ScienceandTechnology发明了一种可以用激光束来投射实体的3D影像，这种技术是利用氮气和氧气在空气中散开时，混合成的气体变成灼热的浆状物质，并在空气中形成一个短暂的3D图像。这种方法主要是不断在空气中进行小型爆破来实现的。3.南加利福尼亚大学创新科技研究院的研究人员目前宣布他们成功研制一种360度全息显示屏，这种技术是将图像投影在一种高速旋转的镜子上从而实现三维图像。4.主要3D显示技术解析全息投影技术4.3D全息透明屏幕是一种采用了全息技术的透明投影屏幕，这种投影屏幕具有全息图像的特点，只显示来自某一特定角度的图像，而忽略其他角度的光线。即使是在环境光线很亮的地方，也能显示非常明亮、清晰的影像。德国Sax3D公司拥有全球最大全息技术薄膜切割的专利技术。Sax3D公司的全息箔投影显示屏是目前全球单块全息箔尺寸最大的投影显示屏。并且也是最早生产全息箔触摸投影显示屏和最大投射角的全息箔投影显示屏。Sax3D全息透明屏幕具有透明、不受光线影响的特点，使观者可以透视到屏幕后面的物体。15