我眼中的3D显示技术原理与发展

3DDisplayAnnaLiu1首个3D电视频道开始试播我国首个3D电视试验频道于2012年01月01日播出，有线数字电视网覆盖的用户，可以通过具有3D功能的电视机和有线数字高清机顶盒收看立体效果的纪录片、动画片、体育比赛、影视剧以及2012年春晚、伦敦奥运会等重大活动的转播。3D电视频道开播初期，用户可以免费收看。3D电脑不断推陈出新AlienwareM18x东芝裸眼3D笔记本Dell双核裸眼3D平板StreakPro3D立体显示可以说是进来娱乐产业相当热门的话题，不但有好莱坞不断推出的《阿凡达》《变形金刚》等卖座3D立体电影，全球各大家电厂商也积极布局准备推出一系列支持3D立体显示的播放机与电视机等家电产品，NVIDIA也推出支持3D立体显卡与周边，甚至连SCE与任天堂也陆续发表PS3与NDS后续机种的3D立体显示支持。3D技术起源什么是3D显示技术3D显示技术的原理3D显示技术的种类3D显示技术的优劣3D显示技术的发展3D显示技术的展望讲解内容3D显示起源3D显示历史相当久远，早在19世纪摄影技术刚起步时就已经出现，做法是将2台相机并列模拟双眼，同时拍下2张有着些微差异的相片，之后再透过平行视线法、交叉视线法或类似双筒望远镜的专属观看设备等方式让双眼分别观看2张并列的照片。由于立体视觉是基于视差而来，因此3D显示技术就是要以人工方式，利用一系列的光学方法使人左右眼产生视差从而接受到不同的画面，在大脑形成3D（3Dimensions）立体效果的技术。3D显示技术3D显示原理视差人双眼能同时看相同一方向，但是眼间距仍有约65mm，所以不能完全瞄上一条直线，在一定的范围内双眼看到的图像会产生一定的差异。3D显示裸眼式反射全息法透镜全息法全像全息法体积全息法全息3D显示分类裸眼式透镜阵列法视察挡板法微镜投影法微位相差板法指向光源法非全息辅助设备光分法色分法时分法非全息-辅助设备非全息指的是利用光学等方法产生立体的视觉效果，将二维的屏幕感知为三维的图像。观看的视角有限。1、色分法：采用互补色色彩将图形或物体显示在平面图片上，观视者通过光学滤色镜对图片进行双眼同时观视，即可展现其图形成物体的立体形态。色分法成像的图色分法的互补色眼镜2、光分法：利用偏光片（通过如百叶窗般排列的矽晶体涂料薄膜（偏光膜））来滤原本朝向不同方向震动的光线，挡住与偏光膜方向垂直的光线，只让与偏光膜方向相同的光线通过从而产生视差。采用交错偏光片的3D液晶电视偏光片眼镜3、时分法：(快门法)通过提高屏幕刷新率把图像按帧一分为二，形成左右眼连续交错显示的两组画面，通过快门式3D眼镜的配合，使得这两组画面分别进入左右双眼，最终在大脑中合成3D立体图像。快门式3D眼镜HMD头盔式3D显示器时分法显示效果图显示器效果眼镜效果现在市场上主流3D电视就是根据上面2光分法、3时分法来实现的。据国美、苏宁等家电卖场的销售人员介绍，市场上3D眼镜一般分为主动快门式和偏振式两种。合资品牌以主动快门式为主，对应的是软屏；国产品牌以偏振式为主，对应的是硬屏。主动快门式3D眼镜带有电池、电路、液晶镜片，清晰度比较高，但是消费者如果长时间观看，就可能引起头晕、眩晕、视力疲劳；偏振式清晰度相对减半，不过成本较低，价廉物美，使用起来更自由轻便。3D显示裸眼式反射全息法透镜全息法全像全息法体积全息法全息3D显示分类裸眼式透镜阵列法视察挡板法微镜投影法微位相差板法指向光源法非全息辅助设备光分法色分法时分法1、视察挡板法：是在屏幕表面设置称为「视差屏障」的纵向栅栏状光学屏障来控制光线行进方向，让左右两眼接受不同影像产生视差达成立体显示效果.視差遮屏，是以黑色与透明相间的直线条纹，置于离液晶面板一小段距离处，让观赏者的其中一眼只能看到液晶面板奇数画面，观赏者另一眼則只眼看到液晶面板偶数画面。非全息-裸眼式视察挡板法合成图视察挡板法显示器2、透镜阵列法：在显示器前面板镶上一块柱透镜板组成裸眼立体显示的光学系统，像素的光线通过柱透镜的折射，把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。柱透镜板由细长的半圆柱透镜紧密排列构成，下图显示了柱透镜方法的原理。左右眼视图分别位于奇列和偶列像素上，形成视图分区。透镜阵列显示器及其合成原理3、微透镜投影：将图像投影到由微透镜组成的显示屏上，经过有微透镜折射产生相差来达到立体成像。微透镜投影显示器4、微位相差板法：微位相差板法是台湾光电研究院研究成功的一种裸眼立体显示技术。使用微位相差板改变光的偏极态来达到左、右视图的分离。微位相差板立体显示器不需要戴眼镜，但是视角很小，需要和头部跟踪装置配合使用5、特殊照明法：线光源照明法的立体显示器在LCD的像素层后使用一系列并排的线状光源给像素列提供背光照明，线光源宽度极小并与液晶屏的列像素平行。密集的线光源照明使奇、偶列像素的图像传输路径分离，使左、右眼看到对应的画面。3M公司的指向光源显示屏全息全息：（Holography）特指一种可以让从物体发射的衍射光能够被重现的3维技术，其位置和大小同之前一模一样。从不同的位置观测此物体，其显示的像也会变化。换句话说，人们观看全息像时会得到与观看原物时完全相同的视觉效果.可以在多个角度观看。（存在视觉死角）全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术，其第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，此即拍摄过程：被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来，记录着干涉条文的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图原理：3D显示裸眼式反射全息法透射全息法全像全息法体积全息法全息3D显示分类裸眼式透镜阵列法视察挡板法微镜投影法微位相差板法指向光源法非全息辅助设备光分法色分法时分法1、透射式全息显示图像：透射式全息显示图像属于一种最基本的全息显示图像。记录时利用相干光照射物体，物体表面的反射光和散射光到达记录干板后形成物光波；同时引入另一束参考光波（平面光波或球面光波）照射记录干板。对记录干板曝光后便可获得干涉图形，即全息显示图像。再现时，利用与参考光波相同的光波照射记录干板，人眼在透射光中观看全息板，便可在板后原物处观看到与原物完全相同的再现虚像。2、反射式全息显示图像：将物体置于全息板的右侧，相干点光源从左方照射全息板。将直接照射至全息板平面上的光作为参考光；而将透过全息板（未经处理过的全息板是透明的）的光射向物体，再由物体反射回全息板的光作为物光，两束光干涉后便形成全息显示图像。由于记录时物光与参考光分别从全息板两侧入射，故全息板上的干涉条纹层大致与全息板平面平行。再现时，利用光源从左方照射全息板，全息板中的各条纹层宛如镜面一样对再现光产生出反射，在反射光中观看全息板便可在原物处观看到再现的图像。反射式原理图3、全像式（E-Holography）主要是麻省理工学院所发展的，是利用红、蓝、绿三色雷射光源，各自经过声光调变器晶体(AcousticOpticalModulator,AOM)，产生相位型光栅，带着光栅讯息的雷射光经过全像片合并之后，利用垂直扫描镜(VerticalScanningmirror)及多面镜(Polygonalmirror)，进行垂直及水平的扫描，进而将立体影像呈现出来，其优点为全像片的取得容易且技术成熟，然而，影像大小常受限于声光调变器晶体的大小，且多面镜的扫描速度必须与三色雷射光源在晶体传播速度同步。全像式原理结构图上图是一对从车的左右侧面采取的图像。该图像是由本田的数据库研究部提供的概念车本田EPX。全像式成像图片4、体积式(Volumetric)：德州仪器(TexasInstrument,TI)提出一种利用雷射扫描立体影像显示器，又有人称之为体积式显示器。主要是利用一个快速旋转的圆盘，配合由底下投影的雷射光源，藉由雷射光源投射到快速旋转的旋转面时，会产生散射的效应，以扫描空间中的每一点，其缺点是影像中央必须有一个旋转轴，靠近轴心的影像旋转速度较慢，立体影像较不清晰。体积式原理图体积式原理图体积式显示器多年来裸眼3D技术已经取得了很大的成果。这些都说明了，我们将遭遇一个由2D到3D的视觉革命的时代，这将在很大程度上改变我们的生活。那么国内显示器市场什么时候会出现3D显示器大规模上市的情景？“目前来看，只要裸眼3D显示技术足够成熟，3D显示器成为主流甚至普及将会非常快，其速度将不亚于LCD替代CRT。”长城显示器有关人士如是说。就现阶段来看，裸眼3D显示首先会在商业应用、3D影院方面发展，因为商业应用使用3D显示技术后所带来的效果比较明显，较容易被商业客户所采用，而3D影院是电影公司把用户重新拉回电影院的最好也是唯一的手段了。但是对于个人家庭用户来说，目前裸眼3D显示产品的价格整体偏高，进入家庭可能尚需时日.各方法的优劣色分法：实现3维简易，对视场和景深无严格的限制。但易引起眼部的疲劳。光分法：宽视域、大景深，成像质量优异，但头部倾斜是无法过滤掉另一方向的光。时分法：成像优异，但眼镜由液晶构成成本较高。视察挡板法：无需其他辅助设备，能2D\3D切换，但有效像素低，光源被遮挡，亮度低。透镜阵列法：画面明亮，观看简便，但对屏面与柱状透镜的配准位置要求较高，图像的清晰度亦受到柱状透镜屏密度的限制。微镜投影法：对光源要求较高，体积大。微位相差板法：画面清晰，视角很小，需要和头部跟踪装置配合使用。指向光源法：易实现大屏幕，机构简单，可2D\3D转换，但是整体亮度低。全息法对比透镜全息法：图像清晰逼真，景深较大，其光源激光会带来特有的散斑效应的弊病，即再现像面上附有微小而随机分布的颗粒状结构。反射全息法：消除了激光的散斑效应，但作大屏幕技术难度较大；景深不太大，距记录介质平面较远处的图像有点模糊不清。全像全息法：全像片的取得容易且技术成熟，然而，影像大小常受限于声光调变器晶体的大小，且多面镜的扫描速度必须与三色雷射光源在晶体传播速度同步。体积式全息法：会产生散射的效应，缺点是影像中央必须有一个旋转轴，靠近轴心的影像旋转速度较慢，立体影像较不清晰。3D技术的优劣3D显示技术从现阶段来看，是劣势多余优势。但是，3D是新事物，是显示技术发展的方向，存在较多不足是新事物走向成熟所必经的阶段。3D技术的发展3D电视需求预测05001000150020002500300020102012201340万200万3000万+2500万+LG预测全球3D电视需求量：3D技术的展望综观以上的技术，目前所提出的各种方式都仍有其优缺点，但随着时间的进步，这些问题也渐渐的被解决，正如当初的彩色显示器代替了黑白显示器，液晶显示器代替CRT显示器一样，随着显示技术的革新，没有辅助设备的三维显示技术代替平面显示技术将是必然趋势3DDisplay