我眼中的3D顯示技術(shù)原理與發(fā)展

1、3DDisplayAnna Liu1首個(gè)首個(gè)3D電視頻道開始試播電視頻道開始試播我國(guó)首個(gè)我國(guó)首個(gè)3D電視試驗(yàn)頻道電視試驗(yàn)頻道于于2012年年01月月01日播出，日播出，有線數(shù)字電視網(wǎng)覆蓋的用戶，有線數(shù)字電視網(wǎng)覆蓋的用戶，可以通過(guò)具有可以通過(guò)具有3D功能的電功能的電視機(jī)和有線數(shù)字高清機(jī)頂盒視機(jī)和有線數(shù)字高清機(jī)頂盒收看立體效果的紀(jì)錄片、動(dòng)收看立體效果的紀(jì)錄片、動(dòng)畫片、體育比賽、影視劇以畫片、體育比賽、影視劇以及及2012年春晚、倫敦奧運(yùn)年春晚、倫敦奧運(yùn)會(huì)等重大活動(dòng)的轉(zhuǎn)播。會(huì)等重大活動(dòng)的轉(zhuǎn)播。3D電視頻道開播初期，用戶可電視頻道開播初期，用戶可以免費(fèi)收看。以免費(fèi)收看。3D 電腦不斷推陳出新Alien

2、ware M18x東芝裸眼東芝裸眼3D筆記本筆記本Dell 雙核裸眼雙核裸眼3D平板平板Streak Pro3D立體顯示可以說(shuō)是進(jìn)來(lái)娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)立體顯示可以說(shuō)是進(jìn)來(lái)娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)相當(dāng)熱門的話題，不但有好萊塢不相當(dāng)熱門的話題，不但有好萊塢不斷推出的斷推出的阿凡達(dá)阿凡達(dá)變形金剛變形金剛等賣座等賣座3D立體電影，全球各大家電立體電影，全球各大家電廠商也積極布局準(zhǔn)備推出一系列支廠商也積極布局準(zhǔn)備推出一系列支持持3D立體顯示的播放機(jī)與電視機(jī)等立體顯示的播放機(jī)與電視機(jī)等家電產(chǎn)品，家電產(chǎn)品，NVIDIA也推出支持也推出支持3D立體顯卡與周邊，甚至連立體顯卡與周邊，甚至連SCE與任與任天堂也陸續(xù)發(fā)表天堂也陸續(xù)發(fā)表PS3

3、與與NDS后續(xù)機(jī)后續(xù)機(jī)種的種的3D立體顯示支持。立體顯示支持。3D技術(shù)起源什么是3D顯示技術(shù)3D顯示技術(shù)的原理3D顯示技術(shù)的種類3D顯示技術(shù)的優(yōu)劣3D顯示技術(shù)的發(fā)展3D顯示技術(shù)的展望講解內(nèi)容講解內(nèi)容3D3D顯示起源顯示起源 3D顯示歷史相當(dāng)久遠(yuǎn)，早在顯示歷史相當(dāng)久遠(yuǎn)，早在19世世紀(jì)攝影技術(shù)剛起步時(shí)就已經(jīng)出現(xiàn)，做法紀(jì)攝影技術(shù)剛起步時(shí)就已經(jīng)出現(xiàn)，做法是將是將2臺(tái)相機(jī)并列模擬雙眼，同時(shí)拍下臺(tái)相機(jī)并列模擬雙眼，同時(shí)拍下2張有著些微差異的相片，之后再透過(guò)張有著些微差異的相片，之后再透過(guò)平行視線法、交叉視線法或類似雙筒望平行視線法、交叉視線法或類似雙筒望遠(yuǎn)鏡的專屬觀看設(shè)備等方式讓雙眼分別遠(yuǎn)鏡的專屬觀看設(shè)備

4、等方式讓雙眼分別觀看觀看2張并列的照片。張并列的照片。 由于立體視覺是基于視差而來(lái)，因此3D顯示技術(shù)就是要以人工方式，利用一系列的光學(xué)方法使人左右眼產(chǎn)生視差從而接受到不同的畫面，在大腦形成3D（3Dimensions）立體效果的技術(shù)。3D3D顯示技術(shù)顯示技術(shù)3D3D顯示原理顯示原理 視差視差 人雙眼能同時(shí)看相人雙眼能同時(shí)看相同一方向，但是眼同一方向，但是眼間距仍有約間距仍有約65mm，所以不能完全瞄上所以不能完全瞄上一條直線，在一定一條直線，在一定的范圍內(nèi)雙眼看到的范圍內(nèi)雙眼看到的圖像會(huì)產(chǎn)生一定的圖像會(huì)產(chǎn)生一定的差異。的差異。 3D顯示顯示裸眼式裸眼式 反射全息法反射全息法 透鏡全息法透鏡全息

5、法 全像全息法全像全息法 體積全息法體積全息法 全息全息3D顯示分顯示分類類裸眼式裸眼式 透鏡陣列法透鏡陣列法 視察擋板法視察擋板法 微鏡投影法微鏡投影法微位相差板法微位相差板法 指向光源法指向光源法 非全息非全息輔助設(shè)備輔助設(shè)備 光分法光分法 色分法色分法 時(shí)分法時(shí)分法非全息非全息-輔助設(shè)備輔助設(shè)備 非全息指的是利用光學(xué)等方法產(chǎn)生立體的視覺效果，將二維的屏幕感知為三維的圖像。觀看的視角有限。 1、色分法、色分法：采用互補(bǔ)色色彩將圖形或物體顯示在平面圖片上，觀視者通過(guò)光學(xué)濾色鏡對(duì)圖片進(jìn)行雙眼同時(shí)觀視，即可展現(xiàn)其圖形成物體的立體形態(tài)。 色分法成像的圖 色分法的互補(bǔ)色眼鏡2、光分法：、光分法：利用

6、偏光片（通過(guò)如百葉窗般排列的矽晶體涂料薄膜（偏光膜）來(lái)濾原本朝向不同方向震動(dòng)的光線，擋住與偏光膜方向垂直的光線，只讓與偏光膜方向相同的光線通過(guò)從而產(chǎn)生視差。采用交錯(cuò)偏光片的 3D 液晶電視 偏光片眼鏡3、時(shí)分法：(快門法)通過(guò)提高屏幕刷新率把圖像按幀一分為二，形成左右眼連續(xù)交錯(cuò)顯示的兩組畫面，通過(guò)快門式3D眼鏡的配合，使得這兩組畫面分別進(jìn)入左右雙眼，最終在大腦中合成3D立體圖像。快門式3D眼鏡HMD 頭盔式3D顯示器時(shí)分法顯示效果圖時(shí)分法顯示效果圖顯示器效果眼鏡效果 現(xiàn)在市場(chǎng)上主流現(xiàn)在市場(chǎng)上主流3D電視就是根據(jù)上電視就是根據(jù)上面面2光分法、光分法、3時(shí)分法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。時(shí)分法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 據(jù)國(guó)美、蘇

7、寧等家電賣場(chǎng)的銷售人員據(jù)國(guó)美、蘇寧等家電賣場(chǎng)的銷售人員介紹，市場(chǎng)上介紹，市場(chǎng)上3D眼鏡一般分為主動(dòng)快門眼鏡一般分為主動(dòng)快門式和偏振式兩種。合資品牌以主動(dòng)快門式式和偏振式兩種。合資品牌以主動(dòng)快門式 為主，對(duì)應(yīng)的是軟屏；國(guó)產(chǎn)品牌以偏振式為主，對(duì)應(yīng)的是軟屏；國(guó)產(chǎn)品牌以偏振式為主，對(duì)應(yīng)的是硬屏。主動(dòng)快門式為主，對(duì)應(yīng)的是硬屏。主動(dòng)快門式3D眼眼鏡帶有電池、電路、液晶鏡片，清晰度比鏡帶有電池、電路、液晶鏡片，清晰度比較高，但是消費(fèi)者如果長(zhǎng)時(shí)間觀看，就可較高，但是消費(fèi)者如果長(zhǎng)時(shí)間觀看，就可能引起頭暈、眩暈、視力疲勞；偏振式清能引起頭暈、眩暈、視力疲勞；偏振式清晰度相對(duì)減半，不過(guò)成本較低，價(jià)廉物美，晰度相對(duì)減

8、半，不過(guò)成本較低，價(jià)廉物美，使用起來(lái)更自由輕便。使用起來(lái)更自由輕便。 3D顯示顯示裸眼式裸眼式 反射全息法反射全息法 透鏡全息法透鏡全息法 全像全息法全像全息法 體積全息法體積全息法 全息全息3D顯示分顯示分類類裸眼式裸眼式 透鏡陣列法透鏡陣列法 視察擋板法視察擋板法 微鏡投影法微鏡投影法微位相差板法微位相差板法 指向光源法指向光源法 非全息非全息輔助設(shè)備輔助設(shè)備 光分法光分法 色分法色分法 時(shí)分法時(shí)分法1、視察擋板法：、視察擋板法：是在屏幕表面設(shè)置稱為視差屏障的縱向柵欄狀光學(xué)屏障來(lái)控制光線行進(jìn)方向，讓左右兩眼接受不同影像產(chǎn)生視差達(dá)成立體顯示效果.視差遮屏，是以黑色與透明相間的直線條紋，置于離

9、液晶面板一小段距離處，讓觀賞者的其中一眼只能看到液晶面板奇數(shù)畫面，觀賞者另一眼則只眼看到液晶面板偶數(shù)畫面。非全息非全息-裸眼式裸眼式視察擋板法合成圖視察擋板法顯示器視察擋板法顯示器2、透鏡陣列法：、透鏡陣列法：在顯示器前面板鑲上一塊柱透鏡板組成裸眼立體顯示的光學(xué)系統(tǒng)，像素的光線通過(guò)柱透鏡的折射，把視差圖像投射到人的左、右眼，經(jīng)視覺中樞的立體融合獲得立體感。柱透鏡板由細(xì)長(zhǎng)的半圓柱透鏡緊密排列構(gòu)成，下圖顯示了柱透鏡方法的原理。左右眼視圖分別位于奇列和偶列像素上，形成視圖分區(qū)。透鏡陣列顯示器及其合成原理透鏡陣列顯示器及其合成原理3、微透鏡投影、微透鏡投影：將圖像投影到由微透鏡組成的顯示屏上，經(jīng)過(guò)有微

10、透鏡折射產(chǎn)生相差來(lái)達(dá)到立體成像。微透鏡投影顯示器微透鏡投影顯示器4、微位相差板法：、微位相差板法：微位相差板法是臺(tái)灣光電研究院研究成功的一種裸眼立體顯示技術(shù)。使用微位相差板改變光的偏極態(tài)來(lái)達(dá)到左、右視圖的分離。微位相差板立體顯示器不需要戴眼鏡，但是視角很小，需要和頭部跟蹤裝置配合使用5、特殊照明法：、特殊照明法：線光源照明法的立體顯示器在LCD的像素層后使用一系列并排的線狀光源給像素列提供背光照明，線光源寬度極小并與液晶屏的列像素平行。密集的線光源照明使奇、偶列像素的圖像傳輸路徑分離，使左、右眼看到對(duì)應(yīng)的畫面。3M公司的指向光源顯示屏 全息全息 全息：（全息：（Holography）特指一種可

11、以讓從）特指一種可以讓從物體發(fā)射的衍射光能夠被重現(xiàn)的物體發(fā)射的衍射光能夠被重現(xiàn)的3維技術(shù)，其維技術(shù)，其位置和大小同之前一模一樣。從不同的位置觀位置和大小同之前一模一樣。從不同的位置觀測(cè)此物體，其顯示的像也會(huì)變化。測(cè)此物體，其顯示的像也會(huì)變化。 換句話說(shuō)，人們觀看全息像時(shí)會(huì)得到與觀看換句話說(shuō)，人們觀看全息像時(shí)會(huì)得到與觀看原物時(shí)完全相同的視覺效果原物時(shí)完全相同的視覺效果. 可以在多個(gè)角度觀看。（存在視覺死角）可以在多個(gè)角度觀看。（存在視覺死角）全息技術(shù)是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)的三維圖像的記錄和再現(xiàn)的技術(shù)，其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過(guò)程：被攝物體在激光輻照下形成漫

12、射式的物光束；另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產(chǎn)生干涉，把物體光波上各點(diǎn)的位相和振幅轉(zhuǎn)換成在空間上變化的強(qiáng)度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來(lái)，記錄著干涉條文的底片經(jīng)過(guò)顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖原理： 3D顯示顯示裸眼式裸眼式 反射全息法反射全息法 透射全息法透射全息法 全像全息法全像全息法 體積全息法體積全息法 全息全息3D顯示分顯示分類類裸眼式裸眼式 透鏡陣列法透鏡陣列法 視察擋板法視察擋板法 微鏡投影法微鏡投影法微位相差板法微位相差板法 指向光源法指向光源法 非全息非全息輔助設(shè)備輔助設(shè)備 光分法光分法 色分法色分法 時(shí)分法時(shí)分法

13、1、透射式全息顯示圖像：、透射式全息顯示圖像：透射式全息顯示圖像屬于一種最基本的全息顯示圖像。記錄時(shí)利用相干光照射物體，物體表面的反射光和散射光到達(dá)記錄干板后形成物光波；同時(shí)引入另一束參考光波（平面光波或球面光波）照射記錄干板。對(duì)記錄干板曝光后便可獲得干涉圖形，即全息顯示圖像。再現(xiàn)時(shí)，利用與參考光波相同的光波照射記錄干板，人眼在透射光中觀看全息板，便可在板后原物處觀看到與原物完全相同的再現(xiàn)虛像。2、反射式全息顯示圖像：、反射式全息顯示圖像：將物體置于全息板的右側(cè)，相干點(diǎn)光源從左方照射全息板。將直接照射至全息板平面上的光作為參考光；而將透過(guò)全息板（未經(jīng)處理過(guò)的全息板是透明的）的光射向物體，再由物

14、體反射回全息板的光作為物光，兩束光干涉后便形成全息顯示圖像。由于記錄時(shí)物光與參考光分別從全息板兩側(cè)入射，故全息板上的干涉條紋層大致與全息板平面平行。再現(xiàn)時(shí)，利用光源從左方照射全息板，全息板中的各條紋層宛如鏡面一樣對(duì)再現(xiàn)光產(chǎn)生出反射，在反射光中觀看全息板便可在原物處觀看到再現(xiàn)的圖像。 反射式原理圖 3、全像式、全像式 （E-Holography）主要是麻省理工學(xué)院所發(fā)展的，是利用紅、藍(lán)、綠三色雷射光源，各自經(jīng)過(guò)聲光調(diào)變器晶體(Acoustic Optical Modulator, AOM)，產(chǎn)生相位型光柵，帶著光柵訊息的雷射光經(jīng)過(guò)全像片合并之后，利用垂直掃描鏡(Vertical Scanning

15、 mirror)及多面鏡(Polygonal mirror)，進(jìn)行垂直及水平的掃描，進(jìn)而將立體影像呈現(xiàn)出來(lái)，其優(yōu)點(diǎn)為全像片的取得容易且技術(shù)成熟，然而，影像大小常受限于聲光調(diào)變器晶體的大小，且多面鏡的掃描速度必須與三色雷射光源在晶體傳播速度同步。全像式原理結(jié)構(gòu)圖上圖是一對(duì)從車的左右側(cè)面采取的圖像。該圖像是由本田的數(shù)據(jù)庫(kù)研究部提供的概念車本田EPX 。全像式成像圖片全像式成像圖片4、體積式、體積式(Volumetric)： 德州儀器(Texas Instrument, TI)提出一種利用雷射掃描立體影像顯示器，又有人稱之為體積式顯示器。主要是利用一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的圓盤，配合由底下投影的雷射光源，藉由雷

16、射光源投射到快速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生散射的效應(yīng)，以掃描空間中的每一點(diǎn)，其缺點(diǎn)是影像中央必須有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，靠近軸心的影像旋轉(zhuǎn)速度較慢，立體影像較不清晰。 體積式原理圖體積式原理圖體積式原理圖體積式原理圖體積式顯示器體積式顯示器 多年來(lái)裸眼3D技術(shù)已經(jīng)取得了很大的成果。這些都說(shuō)明了，我們將遭遇一個(gè)由2D到3D的視覺革命的時(shí)代，這將在很大程度上改變我們的生 活。那么國(guó)內(nèi)顯示器市場(chǎng)什么時(shí)候會(huì)出現(xiàn)3D顯示器大規(guī)模上市的情景？“目前來(lái)看，只要裸眼3D顯示技術(shù)足夠成熟，3D顯示器成為主流甚至普及將會(huì)非?？?， 其速度將不亞于LCD替代CRT?！遍L(zhǎng)城顯示器有關(guān)人士如是說(shuō)。就現(xiàn)階段來(lái)看，裸眼3D顯示首先會(huì)在商業(yè)

17、應(yīng)用、3D影院方面發(fā)展，因 為商業(yè)應(yīng)用使用3D顯示技術(shù)后所帶來(lái)的效果比較明顯，較容易被商業(yè)客戶所采用，而3D影院是電影公司把用戶重新拉回電影院的最好也是唯一的手段了。但是對(duì) 于個(gè)人家庭用戶來(lái)說(shuō)，目前裸眼3D顯示產(chǎn)品的價(jià)格整體偏高，進(jìn)入家庭可能尚需時(shí)日.各方法的優(yōu)劣各方法的優(yōu)劣色分法色分法： 實(shí)現(xiàn)3維簡(jiǎn)易，對(duì)視場(chǎng)和景深無(wú)嚴(yán)格 的限制。但易引起眼 部的疲勞。 光分法：光分法： 寬視域、大景深，成像質(zhì)量?jī)?yōu)異，但 頭部?jī)A斜是無(wú)法過(guò)濾掉另一方向的光。時(shí)分法時(shí)分法： 成像優(yōu)異，但眼鏡由液晶構(gòu)成成本較 高。視察擋板法：視察擋板法： 無(wú)需其他輔助設(shè)備，能2D3D切換， 但有效像素低，光源被遮擋，亮度低。透鏡陣

18、列法：透鏡陣列法： 畫面明亮，觀看簡(jiǎn)便，但對(duì)屏面與柱 狀透鏡的配準(zhǔn)位置要求較高，圖像的 清晰度亦受到柱狀透鏡屏密度的限制。微鏡投影法：微鏡投影法： 對(duì)光源要求較高，體積大。微位相差板法：微位相差板法：畫面清晰，視角很小，需要和頭部 跟蹤裝置配合使用。指向光源法：指向光源法：易實(shí)現(xiàn)大屏幕，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，可2D3D 轉(zhuǎn)換，但是整體亮度低。全息法對(duì)比透鏡全息法：透鏡全息法：圖像清晰逼真，景深較大 ，其光源激光會(huì)帶來(lái)特有的散斑效應(yīng)的弊病，即再現(xiàn)像面上附有微小而 隨機(jī)分布的顆粒狀結(jié)構(gòu)。 反射全息法：反射全息法：消除了激光的散斑效應(yīng) ，但作大屏幕技術(shù)難度較大；景深不太大，距記錄介質(zhì)平面較遠(yuǎn)處的圖像有點(diǎn)模糊不清。 全像全息法：全像全息法：全像片的取得容易且技術(shù)成熟，然而，影像大小常受限于聲光調(diào)變器晶體的大小，且多面鏡的掃描速度必須與三色雷射光源在晶體傳播速度同步。體積式全息法：體積式全息法：會(huì)產(chǎn)生散射的效應(yīng)，缺點(diǎn)是影像中央必須有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，靠近軸心的影像旋轉(zhuǎn)速度較慢，立體影像較不清