裸眼3D显示技术研究

计算机光盘软件与应用工程技术ComputerCDSoftwareandApplications2012年第19期—86—裸眼3D显示技术研究欧阳俊林（四川理工学院计算机学院，四川自贡643000）摘要：作为3D显示技术的一个分支——裸眼3D显示技术以其独特的视觉体验越来越受到人们的关注和研究，本文就裸眼3D显示技术的技术原理及其系显示终端基本编码方式进行了系统性的基础研究。关键词：裸眼3D；3D显示；3D视频格式中图分类号：TP391.41文献标识码：A文章编号：1007-9599(2012)19-0086-02随着人们生活水平的提高以及对生活品质的不断追求，普通的二维电影已经难以满足人们的需求。近些年来电影行业热衷的3D大片颇受人们的欢迎，但是传统3D电影需要佩戴专业的眼睛才能够观看，而长时间佩戴这类眼睛容易让人产生恶心、头晕等症状，甚至于损坏观众的视力，特别是对于戴有近视镜的观众使用起来更不方便。同时经过多次观看3D电影后可以发现，现如今的3D电影在图像亮度以及视频清晰度上都不是很理想，直接影响着观众的观看效果。以上这些问题都限制着传统3D显示技术的发展，同时也促使着裸眼3D技术的加速研发。现如今裸眼3D的呼声越来越高，但是这种显示技术在研发上还有很多的问题需要解决。1裸眼3D显示技术原理以及研究现状裸眼3D技术可以分为光屏障式、柱状透镜式以及方向性背光3D技术。早在2009年，美国的PureDepth公司研究开发出来的多层显示技术（MLD）就是一种裸眼3D显示技术，这种技术的好处是不会让观众产生观看的不良反应，如恶心，眩晕等。同时这种技术还突破了视野以及角度的限制，使得观看场所可以进一步的扩大。最为个性化的一点是，使用这种3D显示技术还可以添加二维的字幕。目前该技术已经在美国拉斯维加斯地区推广使用。相比较于MLD技术，柱状透镜式3D显示技术就不具有什么优势。柱状透镜式顾名思义就是要使用到柱状的透镜。在液晶显示屏幕前加装一排柱状的透镜，这样图像就会呈现在透镜的焦平面上。从而将图像中的各个像素点通过透镜呈现在人的两个眼睛中，一旦像素点的光通过不同的角度进入左右眼后，人就会在大脑中将双眼所接收到的图像进行叠加形成3D图像。柱状透镜式3D显示技术与其他的显示技术相比，主要优势就是在于能够达到图像的亮度要求，但是图像毕竟是通过了一层透镜呈现在观众眼前，所以在图像的分辨率上很难有更大的突破。而且在液晶屏幕前加装透镜需要更大的制造成本，后期维护成本也很高，不利于推广使用。光屏障式3D显示技术是由夏普公司欧洲研发部的几位工程师共同研发出来的新型显示技术，该技术是通过在LCD液晶面板和内部发光器件之间增设偏振模和高分子层，当图像通过液晶面板显示在观众面前时，偏振模可以将左右眼接受的画面区分开来，从而在观众大脑中形成立体的显示画面。这种技术是将偏振模和高分子层集成在了显示器的内部，能够在最广以及成本控制方面起到一定的作用，但是在图像的显示方面难以提高亮度，同时难以达到高清显示效果。因此也不算是一种成熟的裸眼3D显示技术。方向性光源3D技术在显示原理上和上述显示技术基本类似，不同的是该技术在呈现3D画面时需要两块背景光源。在观众的左右眼同时接收画面时，处在不同方向上的背景光源依次交替点亮，透过3M反射膜交替在观众面前呈现左右眼画面。由于人眼具有一定的视觉暂停时间，所以交替出现的画面就能够在人脑中形成3D画面。但是最终的显示效果同样无法满足高清晰度的要求。裸眼3D显示器的关键技术主要有视图进行分离的光学原理、亚屏幕分区、独立视图的呈现、立体显示液晶屏、图形处理软件等。实际上裸眼3D就是根据人们眼睛的视差进行相应图像呈现的，只要能够合理的分配左右眼图像呈现就能够出现立体的视频效果。亚屏幕分区就是将裸眼显示器进行视图分区，每一个视图都有固定的区域。在进行视频显示时需要将每一个亚屏幕中的图像进行相互交错呈现，已在观众大脑中形成立体视频。当前的裸眼3D显示技术还不够成熟，想真正的在人们生活中实现随处可用随处可见的裸眼3D显示还为之尚早。但是裸眼3D显示所能够给人们带来的巨大视觉享受还是激发着相关人员的研究热情，其巨大的市场潜力也推动着相关技术的不断进步。2裸眼3D显示终端编码方式3D图像呈现需要传输大量数据，所以要想进行3D技术的升级，就必须在进行数据压缩方面的技术相当先进。传统的3D图像编码基本是将左侧传输通道作为数据的基本层，而右侧传输通道作为左侧通道的辅助层。欧洲的ATTEST系统框架在进行3D图像数据传输时所采用的是单通道视频数据传输，同时配合相应深度数据的3D立体视频格式。通过将深度视频数据进行超轻压缩，从而起到减少数据量的效果，同时视频数据主要使用单通道进行传输。Orbi以及Interview在进行深度编码是所使用的编码码率分别是各自进行单通道编码时码率的6.2%和3.5%。这种3D立体图像呈现终端的编码方式适合传统的裸眼3D显示技术，它们的成像原理基本都是左右眼分别接受传输过来的图像信息，然后在大脑中形成立体图形，所以只需要两个通道即可传输视频数据。然而要想实现裸眼3D视频显示，所需要出书的数据量更加庞大，传统的显示终端编码方式理论上根本不可能实现。但是目前在裸眼3D显示方面较为成功的就是基于视差的立体视频终端编码方法。它的主要工作原理是：首先对左眼所要接收的图像信息进行H.264标准编码，然后将编码过得左眼接收图像和右眼接收图像进行比对，进行视觉估计得到相应的视觉差别信息，在对这些信息进行H.264编码；将最终产生的左眼数计算机光盘软件与应用2012年第19期ComputerCDSoftwareandApplications工程技术—87—据码流和视差数据码流通过传输通道送至解码端，进行解码操作得出经过编码后的左眼视图以及编码后的视差视图，根据这些信息得出右眼视图数据以及其他的六个视点的数据信息，并最终整合所有数据在裸眼3D立体显示器上进行显示。目前这种显示终端编码方式也在一些实际的显示器中应用，但是还是存在着一些问题：屏幕会出现闪烁，这是显示器一直以来都存在的问题。不同大小的屏幕，不同的显示环境均会造成闪烁的强度以及频率不同；因为DLP屏幕前的光栅在周期性的移动，很容易在观众的某个区域产生与原来画面像素不同的像素，这就是我们俗称的彩虹效应，在裸眼3D显示器中也会存在。这些问题想要彻底消除是非常困难的，相关技术还均处在研究的阶段。3未来裸眼3D显示技术的研究与发展方向现在社会生活人们已经越来越关注自己的视觉感受，自从有了阴极射像管后，人类就不断的进行着视频显示技术方面的研究。几十年前的黑白电视，再到彩色电视；从前几年的LED液晶显示器到LCD显示器；从小尺寸显示器到大尺寸显示器，人们对显示器的大小，显示器的分辨率要求越来越高。近些年来，3D显示技术的越发成熟使得人们又开始有了梦想，那就是身临其境的舒适观看。裸眼3D显示技术在实现上涉及多方面的研究，人体视觉差的研究，立体显示技术的研究，光学分析以及显示数据处理等，同时还要将这些理论研究进行综合与实际测试。今后裸眼3D显示器将不再受到环境的限制，可以满足更多观众同时观看的需求；随着显示编码软件的不断升级，能够呈现分辨率更高的视频；基于不同原理设计的显示器能够在不同的场合发挥自己的作用。裸眼3D显示巨大的市场潜力以及逼真的视觉享受将促使着人们不断地研究，不断地进步，相信在不久的将来，裸眼3D的普及将不再是梦。参考文献：[1]蔡履中,刘华光.光学三维显示技术[J].现代显示,1996,1:39-54.[2]朱秀昌,刘峰,胡栋.数字图像处理与图像通信[M].北京:北京邮电大学出版社,2002,2.[3]谭军,陆波,余桂丰.立体电视技术的发展概况及基本原理[J].中国有线电视,2004,12:25-27.[作者简介]欧阳俊林（1975-），男，四川宜宾人，讲师，硕士，研究方向：图形图像与模式识别、云计算。（上接第85页）距离通信功能的手机，用来与手机销售广告牌交互。RFID标签被固定在海报的背面，这个服务可以使用明确地使用环境相关的信息如位置来选择最近的手机卖场或通过时间来确定这款手机实时的促销信息。通过这个简单的应用中有一个有不同手机卖场服务和环境信息服务组成的主要手机销售分发服务。这样的一个体系结构实现了智能交互，通过情景感知让物联网中的一些数据以低能耗方式在本地资源受限的传感器节点、在代理交互服务器上处理相应的数据，使用户能更好的达到自己的目的。目前协调感知技术正融入此体系结构中，同时位于不同时空位置的感知设备观测的信息具有互补性，如何综合多个感知节点的数据综合起来，经过信息的提取，通过交互服务器的三大主要函数得出用户最终需要的信息。4总结而现在，物联网受限于物理对象的标准化描述。借由智能交互拓展了物理设备的性能还仅仅只有一些特有解决方案。在论文中，我们讨论了一种将移动互联的嵌入式系统互联与物联网以同样方式结合的思路，展示了一个通过统一客户终端实现设备和各种服务间协调的系统。我们在中间件中以一种统一而准确的方式提供给用户的不同独立服务的组合上。凭借语义网络服务技术，有可能克服不同服务间语义不兼容问题的可能。物联网是一项庞大的系统，是未来更长时间进行设计、部署、实现和完善的系统，需要有计划、深入地开展相关的研究和开发工作。参考文献：[1]BChaib-draa,FDignum.(2002)TrendsinAgentCommunicationLanguage.ComputationalIntelligence18(2),89-101doi:10.1111/1467-8640.00184.[2]ElhadiShakshuki,ZhonghaiLuo,andJingGong,“Anagent-basedapproachtosecurityservice”,JournalofNetworkandComputerApplications,2005,28:183-208.[3]MuralidaranGangadharan,andKaiHwang,“IntranetSecuritywithMicro-FirewallsandMobileAgentsforProactiveIntrusionResponse”,IEEEInternationalConferenceonComputerNetworksandMobileComputing,Beijing,China.October16-19,2001.