電視技術(shù)與數(shù)字電視-3D顯示技術(shù)匯編

1、3D顯示技術(shù)電視技術(shù)與數(shù)字電視東北石油大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院3D顯示技術(shù)3D顯示技術(shù)概述主流3D影院介紹413D顯示技術(shù)及其原理2主流3D顯示技術(shù)對(duì)比3 一、什么是3D技術(shù) 3D 3 Dimension即三維立體，是相對(duì)于2D平面的一個(gè)概念。 人類生存的世界是一個(gè)三維的空間，在現(xiàn)實(shí)世界中觀察到的物體都具有三個(gè)維度：高度、寬度和深度，我們?cè)缫蚜?xí)慣了3D的世界。 由于技術(shù)發(fā)展的局限性，在電影、廣播電視以及印刷等媒體世界中，我們常常被局限在了二維世界。 二、3D影像的特點(diǎn) 立體逼真： 3D影像與人類現(xiàn)實(shí)生活中習(xí)慣的場(chǎng)景達(dá)成了一致，更加的逼真； 臨場(chǎng)感強(qiáng)： 3D影像的立體感、景深，讓觀者產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)；

2、 強(qiáng)烈視覺(jué)沖擊： 利用3D影像特點(diǎn)可以制造各種強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊，如體育比賽直播、演唱會(huì)現(xiàn)場(chǎng)直播，以及各種宏大的電影場(chǎng)景。 三、人眼的立體視覺(jué) 單眼3D視覺(jué) 調(diào)節(jié)效應(yīng)：物體的遠(yuǎn)近差異引起晶狀體焦距及瞳孔直徑的調(diào)節(jié)； 單眼移動(dòng)視差：位置的前后不同引起的移動(dòng)時(shí)的差異（如速度） 。 雙眼3D視覺(jué)： 雙眼視差：雙眼略微不同的角度注視物體，且雙眼視像的差異隨距離改變。 會(huì)聚效應(yīng)：左右眼在觀看遠(yuǎn)近不同的兩點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生出的會(huì)聚會(huì)不一樣，眼球轉(zhuǎn)動(dòng)的程度也不一樣。這樣便會(huì)有深度不同的感覺(jué)。 三、人眼的立體視覺(jué)雙眼視差原理： 三、人眼的立體視覺(jué)雙眼視差原理： 三、人眼的立體視覺(jué)雙眼視差原理： 三、人眼的立體視覺(jué)雙眼視差

3、原理3D攝像機(jī) 三、人眼的立體視覺(jué)雙眼視差原理3D攝像機(jī) 20001839:惠斯頓爵士發(fā)明立體鏡1915:發(fā)明色差眼鏡立體顯示方式1922:第一部色差立體電影愛(ài)的力量上映1952:第一部彩色3D電影非洲歷險(xiǎn)記上映1984:IMAX技術(shù)發(fā)明，并在稍后的溫哥華世博會(huì)上展示1998:快門(mén)眼鏡被發(fā)明并用于個(gè)人電腦上2009:阿凡達(dá)等一系列3D電影上映，引起了3D熱潮19001950 2003:第一部全長(zhǎng)IMAX版3D電影極地快攻上映Image Maximum 四、3D影像的發(fā)展簡(jiǎn)史百萬(wàn)臺(tái)百萬(wàn)臺(tái)3D顯示技術(shù)3D顯示技術(shù)概述主流3D影院介紹413D顯示技術(shù)及其原理2主流3D顯示技術(shù)對(duì)比3一、3D顯示技術(shù)的

4、分類3D顯示技術(shù)眼鏡式裸眼式主動(dòng)快門(mén)式光分式（偏振式）波分式色分式光柵式柱狀透鏡式體三維式全息照相式成熟度 優(yōu)缺點(diǎn)方向性背光3D二、眼鏡式3D顯示技術(shù)1、（主動(dòng)）快門(mén)式采用時(shí)序交替的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)3D顯示，即顯示屏以時(shí)序交替的方式顯示左右視差圖像，觀看者佩戴同步時(shí)序的液晶快門(mén)眼鏡,利用人眼視覺(jué)暫留，兩眼影響疊加產(chǎn)生雙眼視差。（1）組成及原理 具有較高的刷新頻率，例如120Hz，交替顯示左右眼圖像。由顯示器、液晶快門(mén)眼鏡和控制器組成。二、眼鏡式3D顯示技術(shù)1、（主動(dòng)）快門(mén)式（2）主動(dòng)快門(mén)式3D顯示的特點(diǎn)顯示原理相對(duì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低；畫(huà)質(zhì)優(yōu)異，能實(shí)現(xiàn)雙眼1080P的高清顯示，將影院級(jí)的3D帶入

5、家庭；成本低，由2D升級(jí)到3D的主要工作集中在驅(qū)動(dòng)電路的升級(jí)，以及有限的額外眼鏡成本。 當(dāng)前主流的3D電視廠家紛紛采用這種技術(shù)，如：松下、索尼、三星等；也有3D影院采用該技術(shù)。缺點(diǎn)：需要佩戴眼鏡，有所不便。二、眼鏡式3D顯示技術(shù)2、光分式（偏振式）（1）偏振式3D顯示原理光是一種電磁波，電磁波是橫波。光矢量振動(dòng)方向和光波前進(jìn)方向構(gòu)成的平面叫做振動(dòng)面，通常光源發(fā)出的光，它的振動(dòng)面不只限于一個(gè)固定方向而是在各個(gè)方向上均勻分布的。這種光叫做自然光。 偏振光是指光矢量的振動(dòng)方向不變，或具有某種規(guī)則地變化的光波。按照其性質(zhì)，偏振光又可分為平面偏振光（線偏振光）、圓偏振光和橢圓偏振光、部分偏振光幾種。二、

6、眼鏡式3D顯示技術(shù)2、光分式（偏振式）（1）偏振式3D顯示原理若光波電矢量的振動(dòng)方向只局限在一確定的平面內(nèi)，則這種偏振光稱為平面偏振光，其軌跡在傳播過(guò)程中為一直線，故又稱線偏振光。若光波電矢量隨時(shí)間有規(guī)則地改變，即電矢量末端軌跡在垂直于傳播方向的平面上呈圓形或橢圓形旋轉(zhuǎn)，則稱為圓偏振光或橢圓偏振光。根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向又分為左旋和右旋。若光波電矢量的振動(dòng)在傳播過(guò)程中只是在某一確定的方向上占有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，這種偏振光就稱為部分偏振光。二、眼鏡式3D顯示技術(shù)2、光分式（偏振式）（1）偏振式3D顯示原理二、眼鏡式3D顯示技術(shù)2、光分式（偏振式）（1）偏振式3D顯示原理二、眼鏡式3D顯示技術(shù)2、光分式（偏振式）（

7、1）偏振式3D顯示原理基于雙投影機(jī)的偏振光顯示系統(tǒng)二、眼鏡式3D顯示技術(shù)2、光分式（偏振式）（1）偏振式3D顯示原理直視偏振光顯示器的工作原理二、眼鏡式3D顯示技術(shù)2、光分式（偏振式）（2）偏振式3D顯示的特點(diǎn)早期采用線偏振光，缺點(diǎn)是，觀看姿勢(shì)須盡量保持不變。否則，眼鏡的偏振方向會(huì)與光線偏振方向不一致，導(dǎo)致3D效果變差，甚至頭暈、頭痛。圓偏振光比較好地改善了線偏振光的缺點(diǎn)，眼鏡更換為左旋偏振鏡和右旋偏振鏡。光分式3D成像效果較好，造價(jià)相對(duì)較低；相對(duì)主動(dòng)快門(mén)式，眼鏡成本更低，眼鏡的重量也要輕很多。該技術(shù)主要被各種影院系統(tǒng)采用，也有部分電視廠商采用，但對(duì)工藝要求較高，成本增加，而清晰度只能達(dá)到全部

8、分辨率的一半。二、眼鏡式3D顯示技術(shù)2、光分式（偏振式）（2）偏振式3D顯示的特點(diǎn)用于電視，其分辨率下降為一半。沒(méi)有完美的偏振鏡，無(wú)法過(guò)濾出完美的偏振光。部分左眼圖像進(jìn)入右眼，部分右眼圖像進(jìn)入左眼，比例很少，但足以導(dǎo)致3D效果下降，引起不適。3、波分式 （1）波分式3D顯示原理光是人眼觀察到的波長(zhǎng)介于0.76nm到0.38nm之間的電磁波，每種顏色光的波長(zhǎng)都介于一個(gè)范圍。人眼對(duì)每種顏色都有一個(gè)峰值響應(yīng)波長(zhǎng) 和一個(gè)半峰值響應(yīng)寬度 ，如表3.1所示。表3.1 人眼對(duì)紅綠藍(lán)三基色的峰值響應(yīng)波長(zhǎng)和半峰響應(yīng)寬度二、眼鏡式3D顯示技術(shù)3、波分式光譜分離式（1）波分式3D顯示原理波分式3D技術(shù)：在紅 綠藍(lán)三

9、基色的半峰響 應(yīng)寬度內(nèi)，對(duì)左右視 差圖像的紅綠藍(lán)的光 譜進(jìn)行濾波分別濾出 峰值波長(zhǎng)不同的窄帶 光譜。如圖所示。二、眼鏡式3D顯示技術(shù)3、波分式光譜分離式（1）波分式3D顯示原理二、眼鏡式3D顯示技術(shù)采用濾波片和投影機(jī)的組合可以容易地實(shí)現(xiàn)光譜分離3D顯示。3、波分式光譜分離式（2）波分式3D的特點(diǎn)二、眼鏡式3D顯示技術(shù) 保持了原有圖像的全部色彩信息不會(huì)有顏色缺失，畫(huà)面無(wú)閃爍觀看舒適度好； 投影式的光譜分離彩色3D顯示，適用于大屏幕的影院 容易實(shí)現(xiàn)2D顯示和3D顯示的兼容，當(dāng)不使用濾波片時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的2D顯示。 主要問(wèn)題在于，眼鏡不同波長(zhǎng)濾光涂層的開(kāi)發(fā)，該技術(shù)主要掌握在Dolby公司手中?，F(xiàn)階

10、段還無(wú)法用于3D電視系統(tǒng)，只能用于3D影院。4、色分式 （1）色分式3D顯示原理俗稱紅藍(lán)眼鏡式，所配的眼鏡有兩片不同顏色的鏡片組成，通常一片為紅色，另一片為藍(lán)色或綠色。二、眼鏡式3D顯示技術(shù)4、色分式 （2）色分式3D顯示特點(diǎn)色分式采用了利用三原色互斥的特點(diǎn)，放映時(shí)可利用色分眼鏡進(jìn)行完美分離。普通顯示設(shè)備都可在不升級(jí)的情況下進(jìn)行這種3D影像的顯示。色分式3D系統(tǒng)造價(jià)低廉。最大缺陷在于，只采用了三原色中的兩種，另一種被丟棄。實(shí)際顯示時(shí)偏色非常嚴(yán)重，顯示效果大打折扣。因此，趨于淘汰。二、眼鏡式3D顯示技術(shù)三、裸眼3D顯示技術(shù)1、(狹縫)光柵式3D-也稱視差擋板式、光屏障式狹縫光柵的作用：允許左眼看

11、到左圖像，阻擋右眼看到左圖像；同時(shí)光柵允許右眼看到有圖像，阻擋左眼看到右圖像。顯示器件被劃分為一些豎條，一部分豎條用于顯示左圖像，而另一部分豎條用于顯示右圖像，左右相互間隔。柱狀的狹縫光柵三、裸眼3D顯示技術(shù)2、柱狀透鏡式3D顯示原理利用柱狀透鏡的折射作用，左圖像的光線射向左眼位置，而右圖像的光線射向右眼位置。柱狀透鏡顯示器件被劃分為一些豎條。三、裸眼3D顯示技術(shù)3、方向性背光3D技術(shù)狹縫光柵式和柱狀透鏡式左右眼圖像的顯示分別占有了面板相對(duì)應(yīng)的左右眼像素，分辨率降低一半，而狹縫光柵式又帶來(lái)了亮度的降低，為不降低分辨率和亮度的情況下實(shí)現(xiàn)3D顯示，3M公司開(kāi)發(fā)了方向性背光3D技術(shù)。左、右兩組 LE

12、D背光源在分別顯示左、右眼圖像時(shí)交替點(diǎn)亮三、裸眼3D顯示技術(shù)3、方向性背光3D技術(shù)左眼 右眼A區(qū)B區(qū)右背光燈左背光燈快速LCD面板3D透光膜方向性背光3D技術(shù)中，面板的像素得到全面利用，因此該技術(shù)在分辨率、透光率方面能保證，不會(huì)影響既有的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，3D顯示效果出色，但產(chǎn)品還不成熟，處于研發(fā)階段。三、裸眼3D顯示技術(shù)3、方向性背光3D技術(shù)傳統(tǒng)的照相技術(shù)只記錄了物體所反射光的顏色與亮度信息，而全息照相則把光的顏色、亮度和相位三個(gè)屬性都記錄下來(lái)。三、裸眼3D顯示技術(shù)4、全息照相式采用激光作為照明光源將光源發(fā)出的光分為兩束一束直接射向感光片另一束經(jīng)被攝物反射后再射向感光片兩束光在感光片上疊加產(chǎn)生干涉，

13、其感光程度與強(qiáng)度及相位有關(guān)直接看這種感光底片，只看到干涉條紋，但用激光照射時(shí)，人眼透過(guò)底片就能看到被拍攝物體的三維立體圖像。一張全息攝影圖片即使只剩下很小的部分，依然可以重現(xiàn)全部景物。三、裸眼3D顯示技術(shù)4、全息照相式 全息照相在理論上是一種很完美的3D技術(shù)，從不同角度觀看會(huì)得到一幅角度不同的3D圖像。 應(yīng)用前景：全息照相可用于無(wú)損工業(yè)探傷、超聲全息、全息顯微鏡、全息攝影存儲(chǔ)器、全息電影和電視。 但是由于技術(shù)的復(fù)雜度，全息照相在上述領(lǐng)域還未得到商業(yè)應(yīng)用。三、裸眼3D顯示技術(shù)4、全息照相式體3維顯示技術(shù)：是指使3維顯示空間中體素點(diǎn)顯示對(duì)應(yīng)場(chǎng)景中3維點(diǎn)的顏色和亮度的技術(shù)。它能生成浮在顯示空間的3維

14、立體, 因此也被稱為真3維顯示技術(shù)。體3維顯示技術(shù)能提供全方位視差、匯聚角與調(diào)節(jié)視差等深度信息。是目前立體感最強(qiáng)的技術(shù)。三、裸眼3D顯示技術(shù)5、體3維顯示技術(shù)根據(jù)體3維顯示空間構(gòu)造方法可分為靜態(tài)體3維顯示技術(shù)和掃射體3維顯示技術(shù)兩大類。三、裸眼3D顯示技術(shù)5、體3維顯示技術(shù)（1）靜態(tài)體3維顯示技術(shù) 靜態(tài)體3維顯示技術(shù)的顯示空間由靜態(tài)物質(zhì)構(gòu)成。 系統(tǒng)控制顯示空間中的靜態(tài)物質(zhì)發(fā)出、吸收或散射光線。 靜態(tài)體3維顯示技術(shù)可分為：基于主動(dòng)發(fā)光的靜態(tài)體3維顯示系統(tǒng)、基于吸收光線的靜態(tài)體3維顯示技術(shù)和基于散射光線的靜態(tài)體3維顯示技術(shù)。三、裸眼3D顯示技術(shù)5、體3維顯示技術(shù)（1）靜態(tài)體3維顯示技術(shù) 顯示空間的

15、靜態(tài)物質(zhì)可受控主動(dòng)發(fā)出光線。 目前主要采用雙激光激勵(lì)介質(zhì)兩能量級(jí)躍遷，當(dāng)介質(zhì)從高能量級(jí)衰減到低能量級(jí)時(shí)發(fā)出光?？刂苾墒す獾南嘟晃恢? 可以使相交點(diǎn)處介質(zhì)發(fā)出光線。 目前使用的介質(zhì)有氣體、液體和固體3種。 雙激光激勵(lì)能量級(jí)躍遷法制造成本高, 系統(tǒng)維護(hù)難度大, 色彩單調(diào), 目前不能實(shí)現(xiàn)消隱。A. 基于主動(dòng)發(fā)光的靜態(tài)體3維顯示系統(tǒng)三、裸眼3D顯示技術(shù)5、體3維顯示技術(shù)（1）靜態(tài)體3維顯示技術(shù)A. 基于主動(dòng)發(fā)光的靜態(tài)體3維顯示系統(tǒng) 雙激光激勵(lì)能量級(jí)躍遷法制造成本高, 系統(tǒng)維護(hù)難度大, 色彩單調(diào), 目前不能實(shí)現(xiàn)消隱。三、裸眼3D顯示技術(shù)5、體3維顯示技術(shù)（1）靜態(tài)體3維顯示技術(shù) 構(gòu)造顯示空間的靜態(tài)物質(zhì)

16、具有可控光線吸收特性。 系統(tǒng)控制靜態(tài)物質(zhì)吸收或透射外部光源的光線。 目前主要有基于液晶分子的靜態(tài)體3維顯示系統(tǒng)。 液晶分子在加電后排列發(fā)生改變, 吸收入射偏振光, 而不加電的液晶分子則透射入射光線。每層液晶顯示器顯示3維體空間的一個(gè)2維切面輪廓, 多層融合成一個(gè)體3維場(chǎng)景。B. 基于吸收光線的靜態(tài)體3維顯示系統(tǒng)三、裸眼3D顯示技術(shù)5、體3維顯示技術(shù)（1）靜態(tài)體3維顯示技術(shù) 基于散射光線的靜態(tài)體3維顯示技術(shù)使用光纖或 離子交換波導(dǎo)器引導(dǎo)光線并散射。 利用離子交換波導(dǎo)折射率改變特性, 使用玻璃基底離子交換器引導(dǎo)光波到物質(zhì)為T(mén)iO2 體素點(diǎn)處對(duì)光線全方位散射(見(jiàn)圖2)。MacFarlane使用光纖引

17、導(dǎo)光線到體素點(diǎn)位置散射。C. 基于散射光線的靜態(tài)體3維顯示技術(shù)三、裸眼3D顯示技術(shù)5、體3維顯示技術(shù)（1）靜態(tài)體3維顯示技術(shù)C. 基于散射光線的靜態(tài)體3維顯示技術(shù)三、裸眼3D顯示技術(shù)5、體3維顯示技術(shù)（2）掃射體3維顯示技術(shù)A. 平移掃射體3維顯示技術(shù) 顯示空間是通過(guò)前后高速平移屏幕或反射鏡構(gòu)成. 系統(tǒng)控制高速平移的屏幕,快速顯示空間位置處物體的剖面圖, 高速刷新率使在空間位置上分布的剖面圖融合成一個(gè)3維物體整體圖像。 反射鏡一般為鍍有反射面的塑料薄膜,它被安裝于擴(kuò)音器喇叭上。系統(tǒng)控制喇叭的凸和凹使反射鏡高速平移并反射顯示空間處圖像。三、裸眼3D顯示技術(shù)5、體3維顯示技術(shù)（2）掃射體3維顯示技

18、術(shù)B. 旋轉(zhuǎn)掃射體3維顯示技術(shù) 顯示空間是通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)物體屏幕構(gòu)成。 使用表面貼有各向異性的反射薄膜的鏡子旋轉(zhuǎn)掃射形成顯示空間。 使用高速旋轉(zhuǎn)的投影屏幕。該系統(tǒng)控制安裝于屏幕下的高速時(shí)分投影儀投射圖像, 通過(guò)固定在轉(zhuǎn)軸下的靜止反射鏡和固定在轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)反射鏡二次反射投影到高速轉(zhuǎn)動(dòng)的屏幕。三、裸眼3D顯示技術(shù)5、體3維顯示技術(shù)（2）掃射體3維顯示技術(shù)B. 旋轉(zhuǎn)掃射體3維顯示技術(shù)基于LED陣列平板旋轉(zhuǎn)的體3維顯示三、裸眼3D顯示技術(shù)5、體3維顯示技術(shù)（2）掃射體3維顯示技術(shù)B. 旋轉(zhuǎn)掃射體3維顯示技術(shù)基于螺旋面掃描的體3維顯示三、裸眼3D顯示技術(shù)5、體3維顯示技術(shù)（2）掃射體3維顯示技術(shù)B. 旋轉(zhuǎn)

19、掃射體3維顯示技術(shù)采用柱面軸心旋轉(zhuǎn)外加空間投影的體3維顯示3D顯示技術(shù)3D顯示技術(shù)概述主流3D影院介紹413D顯示技術(shù)及其原理2主流3D顯示技術(shù)對(duì)比3一、眼鏡式與裸眼式此處，眼鏡式指主動(dòng)快門(mén)式，裸眼式指狹縫光柵或柱狀透鏡式。光柵式主要利用狹縫光柵的阻隔作用或透鏡的折射作用；而眼鏡式主要利用眼鏡快門(mén)的開(kāi)關(guān)來(lái)達(dá)到左右圖像的分離。一、眼鏡式與裸眼式 觀看方式：主動(dòng)快門(mén)式需要眼鏡，裸眼式不需要眼鏡。 觀看角度：裸眼式3D系統(tǒng)由于其物理結(jié)構(gòu)上的限制，觀看者只能在特定的角度觀看，一般有2個(gè)視角、4個(gè)視角，最多可以達(dá)到50個(gè)左右的視角。而主動(dòng)快門(mén)式的觀看角度沒(méi)有太多限制，其觀看角度主要與面板技術(shù)有關(guān)。 清晰

20、度：裸眼式3D系統(tǒng)的清晰度與觀看角度數(shù)成反比。而主動(dòng)快門(mén)式的清晰度可以達(dá)到面板的全清晰度。 技術(shù)難度及成本：光柵式在光柵的制作上對(duì)材料及工藝的要求很高，成本也要增加很高；快門(mén)式?jīng)]有太大的技術(shù)難度，主要成本在于購(gòu)買(mǎi)眼鏡的額外支出。 向2D兼容：眼鏡式3D，去掉眼鏡，把左右視差信號(hào)變?yōu)橐粯?，即可；裸?D，已發(fā)明主動(dòng)控制技術(shù)，技術(shù)問(wèn)題已經(jīng)解決，成本問(wèn)題尚存。一、眼鏡式與裸眼式二、主動(dòng)式與被動(dòng)式此處，主動(dòng)式指主動(dòng)快門(mén)式，而被動(dòng)式指。光分式（偏振式）二、主動(dòng)式與被動(dòng)式清晰度：被動(dòng)式的面板被分割為兩部分，用于同時(shí)顯示左右圖像，清晰度在水平上只能到全部分辨率的一半；而主動(dòng)式可達(dá)到全部。技術(shù)難度幾成本：被動(dòng)式需要在LCD面板前貼一層偏振膜，增加了技術(shù)復(fù)雜度，成本也要增加200美元左右；主動(dòng)式在面板上沒(méi)有增加復(fù)雜度，成本增加主要集中在快門(mén)眼鏡上。小 結(jié)眼鏡式3D顯示技術(shù)已經(jīng)具備進(jìn)入家