注册送:3D顯示技術的原理說明

作者:注册送白菜网论坛网   |    时间:2020-09-14 09:25 184

2010年,電影《阿凡達》火爆上映,國人親身體驗了3D顯示技術的震撼效果,身臨其境的寓目

感受讓人長時間津津樂道。3D的立體視覺效果讓人們有了前所未有的真實的視覺體驗。實際上,繼高清之后,3D已經成為顯示設備的下一個重心

我們就從人眼談起。人的兩眼相隔在6厘米左右,這意味著假如你看著一個物體,兩只眼睛是從左右兩個視點分別寓目

的。左眼將看到物體的左側,而右眼則會看到她的中心
或右側。當兩眼看到的物體在視網膜上成像時,左右兩面的印象合起來,就會得到最后的立體感覺。而這種得到
立體感的效應就是視覺位移。

如果在制作一部3D電影時,用兩臺攝影機模擬左右兩眼視差,分別拍攝兩條影片,然后將這兩條影片同時放映到銀幕上,放映時加入必要的技術手段,讓觀眾左眼只能看到左眼圖像,右眼只能看到右眼圖像。最后兩幅圖像經過大腦疊合后,我們就能看到具有立體縱深感的畫面。這就是我們所說的3D影像。

早在19世紀攝影技術剛剛起步時,人們就用2臺性能和參數完全相同的相機并列,模擬人的左右兩眼,同時拍下兩張有著細微差異的相片,之后再透過平行視線法、交叉視線法,大概

類似雙筒望遠鏡的專屬寓目
設備等,讓人的左右兩眼分別寓目
2張并列拍攝的相片,以重現視差,藉以模擬出立體視覺。

色分式俗稱為紅藍眼鏡式,最突出的特點是寓目

時所配的眼鏡有兩片不同顏色的鏡片組成,通常一片為白色
,另一片為藍色大概
綠色。這種技術早在1915年就被發明并進行了商業應用,也是最早普及的一種3D顯示技術。我們若干年前在游樂場之類的場所看到3D動畫,險些
都是采用這種技術實現的。

內容的拍攝部分沒有任何區別,只是在前期

制作、播放歷程
中,左圖像只保留三原色中的一種顏色,而右圖像則只保留三原色中另一種顏色。而觀眾所配戴色分眼鏡也是由這兩種顏色的鏡片組成。通過色分眼鏡對左右圖像進行分離,保證左眼看到左圖像,而右眼看到右圖像。左右兩幅圖像經過大腦的分解
,最終呈現出一幀立體圖像。

色分式因為

采用了互斥的三原色,因此左右兩幀圖像即使沖印到同一張底片上,在放映時也可以利用色分眼鏡進行完美的分離。正式具有這個特性,現有的顯示設備,如電視機、顯示器、投影儀等,在不進行升級的情況下便可
以進行這種3D影像的顯示。同時,色分式3D系統的造價很昂貴

我們知道,光波是一種橫波(震動方向垂直于傳播方向),是由與傳播方向垂直的電場和磁場交替轉換的震動形成的。我們通常將其電場的震動方向稱為光波的震動方向,自然光在各個方向上的震動是均勻的,因而也被稱為非偏振光。如果一束光在任意一個特定的時刻只在一個特定的方向上震動,則這束光就是偏振光。

而當一束偏振光經過偏振鏡時,如果這束偏振光的震動方向與偏振鏡的震動圓偏振光振動方向一致,這束偏振光則全部被許可

通過;反之,如果這束偏振光的震動方向與偏振鏡的震動方向不一致,這束偏振光則全部被過濾掉。光分式系統正是利用了這一原理。

當系統進行顯示時,將左、右圖像同時顯示在屏幕上。不過左右兩幅圖像在顯示在屏幕上之前會經過不同偏振鏡的過濾,如上圖所示:左圖像用垂直方向的偏振鏡進行過濾,成為在垂直方向上震動的偏振光;而右圖像則采用水平方向的偏振鏡進行過濾,成為在水平方向上震動的偏振光。

與之相對應的是,觀眾所配戴的偏振眼鏡的左鏡片的震動方向為垂直方向,右鏡片的震動方向為水平方向。這樣就能保證做圖像最終被觀眾的左眼所看到,而右圖像被觀眾的右眼所看到,兩幅圖像經過大腦的分解

最終形成一幅具有三維立體感的3D圖像。

偏振光具體上分為線性偏振光與圓偏振光兩種。在任意一個特定時刻,線偏振光和圓偏振光都只在一個特定方向上震動。而隨著時間的變化,線偏振光保持震動方向不變,而圓偏振光的震動方向在垂直于光芒

傳播方向的平面上旋轉。而旋轉方向又分為左旋和右旋。

早期的光分式3D系統多采用線性偏振光,而采用線性偏振光最大的缺點是觀眾寓目

姿勢必須只管
保持不變。如果觀眾歪頭或側身,則眼鏡的偏振方向會變得與光芒
的偏振方向不一致,3D效果會變差,甚至會導致寓目
者頭暈、頭痛等現象。

因而觀眾所配戴的偏振眼鏡無法對左右圖像進行完美的分離,因而導致總有一部分左圖像的光芒

進入右眼,而一部分右圖像光芒
進入左眼。雖然從比例上講很少,但足以導致3D效果的下降,以及導致一部分觀眾寓目
歷程
中的不適,如頭暈、頭痛。

自動

快門式3D技術在原理上比前兩個更加簡樸
,它直接通過快速交替關閉一只鏡片的方式,讓雙眼在不同時直接
收完全不同的畫面。只要屏幕的刷新率和眼鏡的開關頻率完美的配分解
120Hz以上,便可以讓每只眼睛都得到60Hz刷新率的連貫流暢畫面。

相對于前二者

,自動
快門式3D顯示具有更多的優勢,它不會產生紅(琥珀

)藍3D的光化學損傷問題,成本及兼容性代價方面也要優于偏振式3D技術。因此目前自動
快門式3D顯示正在快速的進入市場并進入普及階段。但因為自動
快門式3D技術存在鏡片開合操作,因此或多或少都會產生閃爍感,這是目前自動
快門式3D技術最大的技術問題。

眼鏡類的3D顯示技術是通過眼鏡將左右圖像分離出來,并分別送到寓目

者的左右兩眼中,實現3D效果。而裸眼類的3D顯示技術則是通過調節光的角度使左右兩個圖像分離出來,并分別送到寓目
者的左右兩眼中,以實現3D效果。

現在

的裸眼類3D顯示技術,組合了目前人類最新面板制造技術和引擎軟件技術,一方面,在生產制造方面,采用在液晶面板前方設置
雙凸透鏡的全景圖像方式顯示,即在同一個屏幕上,以分割區域顯示(空間多功裸眼3D技術)和切割時間顯示(分時多功裸眼3D技術)來實現3D顯示(見表三)。另一方面,在圖像顯示方面,通過計算機圖像處理技術,將已有的2D圖像和3D圖像的左右兩眼的視差,轉換為9視差的3D圖像。

狹縫光柵式的顯示器件被分別

為一些豎條,一部分豎條用于顯示作圖像,而另一部分豎條用于顯示有圖像,左右相互間隔。而在顯示器件的前方則有一些柱狀的狹縫光柵。這些光柵的作用在于能夠許可
左眼看到左圖像,阻擋右眼看到左圖像;同時光柵許可
右眼看到右圖像,阻擋左眼看到右圖像;

而柱狀透鏡式與狹縫光柵式的區別在于將顯示器件前的狹縫光柵替換為柱面透鏡,如右圖所示:顯示器件同樣被分別

為豎條,一部分豎條用于顯示作圖像,而另一部分豎條用于顯示有圖像,左右相互間隔。利用顯示器件前面的柱面透鏡的折射作用,左圖像的光芒
射向左眼位置,而有圖像的光芒
射向有眼位置。左右兩幅圖像最終經過大腦的分解
,最終呈現出一幀立體圖像。

全息照相投影相對于傳統的攝影技術來講

是一種反動
性的發明。光作為一種電磁波有三個屬性:顏色(即波長)、亮度(即振幅)和相位,傳統的照相技術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、亮度和相位三個屬性全部記錄下來了。

全息攝影采用激光作為照明光源,并將光源收回

的光波分為兩束,一束直接射向感光片,另一束經被攝物的反射后再射向感光片。兩束光在感光片上疊加產生干涉,感光底片上各點的感光程度不僅隨強度也隨兩束光的位相干系
而不同。所以全息攝影不僅記錄了物體上的反光強度,也記錄了位相信息。

全息照相在理論上是一種很完美的3D技術,從不同角度寓目

,寓目
者會得到一幅角度不同的3D圖像。其它的3D顯示技術都無法做到這一點。全息照相可應用于無損工業探傷、超聲全息、全息顯微鏡、全息攝影存儲器、全息電影和電視。但是因為
技術的復雜,全息投影照相技術目前還沒有得到商業應用。

體積式是由德儀所開辟

的激光3D投影技術,以激光光照射在一個高速旋轉盤上的散射現象,于一個玻璃密閉空間內顯示立體物件的每一個點,并組成立體影像。但缺點在于投影物件體積受到限制,且越靠近中心


轉軸剖析
度越低。

隨著技術的進步,3D顯示技術已成功應用到了數字顯示領域,3D顯示技術和普通消費者的距離已經越來越近了,而作為新起之秀的裸眼3D顯示技術必將青出于藍而勝于藍,裸眼3D技術在實現成品化、成熟化后。不僅可以實現了裸眼看3D,而且還可以保證3D立體出屏效果的震撼,解決戴著眼鏡看3D的束縛與困擾,開拓出一個自由自在享受3D的空間。