显示技术进展 Lecture14 立体显示技术

西安邮电学院光电信息工程教研室显示技术进展ProgressinDisplAyTechnology主讲：刘琳西安邮电学院光电信息工程教研室EmAil：[e-mail]2009～2010学年第一学期2显示技术进展3D显示系统介绍其实人类追求3D显示的历史已经非常久远。早在1838年，英国物理学家查尔斯·惠斯通(ChArlesWheAtstone)就构建了一种由棱镜和镜子组成的器材立体镜(stereoscope)，使人可以从一对二维图像中观察到三维效果，首次发现了双眼视差在立体知觉中的作用。1893年，英国科学家查理斯·维特斯顿首次发现，只要两张图片之间视点的偏移量等于人两眼的间距（4-6cm），大脑获得这两幅独立的影像之后，就可将它们合成为我们熟悉的立体图像。立体显示的原因，简单来说让左眼和右分别看到不同的图像，从而在大脑中形成有景深的立体图像。3显示技术进展景深与立体画面计算机在显示3D图像的时候，所有信号都被处理为X、Y、Z三个轴都有坐标的点，但是在输出时，由于显示器只有X、Y轴的2D表现能力，Z轴被采用45度斜视的形式表现出来，我们由显示器上所看到3D画面实际上失去了景深，叫做模拟立体更为合适。4显示技术进展3D显示生理如果要实现真正的3D，就需要两眼同时看到一个画面的不同位置。比如，举起一个手指，只用一只眼睛看，那么它是平面的，只有两只眼睛同时看，它才是立体的。左右眼看到不同视角的影像大脑融合成具有深度的3D影像3D显示需求左眼看到左眼影像右眼看到右眼影像5显示技术进展视差立体成像原理图中A1、A2分别是同一物点A在屏幕上所显示的左图像点与右图像点；B1、B2分别是同一物点B在屏幕上所显示的左图像点与右图像点。如果左眼只能看到A1、B1，右眼只能看到A2、B2，则在人的大脑里就可以反映出A点和B点的深度信息。图像点A成像于屏幕之后，称之为“后方图像”；图像点B成像于屏幕之前，称之为“前方图像”。6显示技术进展设人两眼之间的距离为x，人眼与屏幕的距离为L，A1、A2两点之间距离为SA，B1、B2两点之间距离为SB。则后方图像A点距屏幕的深度为：同理，前方图像Ｂ点距屏幕的深度为：7显示技术进展3D立体显示发展通常来讲，所有的立体显示产品都要实现这样一个过程：首先，要产生两幅具有视差的画面。这一点并不困难，对于真实的场景，可以用两架照相机相距一定的距离同时拍摄即可得到具有视差的两幅画面；对于3D游戏，则可通过计算来得到具有视差的两幅画面。之后要在显示器上显示出来。这有两种方式，一是在同一帧画面上同时显示这两幅具有视差的画面，二是用两帧画面一前一后显示这两幅具有视差的画面。最后就是要通过各种方法让左眼只看到左眼的画面，右眼只看到右眼的画面，这样就可以在平面的显示产品上显示真实的立体效果。根据这个原理，科学家们开发出了眼镜式的3D显示技术，根据原理的不同，可以分为快门眼镜(ShutterglAsses)、偏光眼镜(PolArizAtionglAsses)、红绿眼镜(AnAglyph)、明暗眼镜(Pulfricheffect)和头盔式显示器(HMD)五种。这些3D眼镜显示效果良好，但是由于需要眼镜辅助给使用带来了不便，从上世纪九十年代开始，人们逐渐转入对裸眼3D技术的开发。8显示技术进展9显示技术进展立体视觉原理3D显示技术分为“模拟”与“真实”两种，所谓“模拟技术”是利用观看者左右眼睛所看到的图像差异，针对左右眼给予同物体的不同画面，制造出立体感。使用方法有时分方法和空分方法，所谓空分方法就是针对左右眼分别给出不同的画面图像。时分方法则是将左右眼的不同画面图按照时间顺序前后展示，利用视觉暂留特性，使人产生立体感。“模拟技术”的方法往往需要辅助工具协助，如眼镜。“真实技术”是构造真实的立体图，不需要辅助工具协助BeforeAfter10显示技术进展偏光投影3D显示原理11显示技术进展光罩遮蔽式3D显示原理12显示技术进展13显示技术进展基本原理：左眼视频（或图像）只允许红色通道的光通过，右眼视频（或图像）只允许蓝绿通道的光通过。然后将两路视频投影到一起。观察者需要戴上特殊的立体眼镜来观看这样的图像或视频。立体眼镜的左眼安装红色滤光片，右眼安装蓝绿色滤光片14显示技术进展基本原理：将两路与左右眼对应的视频或图像，分别通过两个偏光方向垂直的偏振片，将得到的两路偏振光投影到特殊的幕布上。观察者需要戴上特殊的偏振光片眼镜观看经过幕布反射回来的图像。45opolarizer135opolarizerPolarizationreservedscreenRight-eyeimageLeft-eyeimage西安邮电学院光电信息工程教研室[e-mail]