裸眼3D显示,技术成就未来(终20130510).doc

裸眼3D显示，技术成就未来成都工业学院 韩金容 王菊芬1、3D显示概述3D显示，是以三维立体形态呈现视觉图像的简称。3D显示通常带给人们更真实、更精细、更震撼的视觉感受，达到身临其境的效果。因此，在影像呈现领域，如电影、电视及其它视频播放方面，3D视频技术得到了大力的发展；同时，3D显示技术在广告、形象展示等领域中也得到了应用。3D显示主要分为空间显示和平面显示两类。空间3D显示技术难度大、成本高，技术复杂，应用局限性较大；平面3D显示技术通常分为全息和非全息两类，近年来得到大力发展的是非全息3D显示技术，本文以下部分只针对非全息3D显示技术展开论述。目前，非全息3D显示技术主要应用于平面媒体：电子（液晶、等离子体等）显示平面或印刷媒体平面。主流的电子平面3D显示技术需要借助3D眼镜的帮助，尽管这种应用在电影院得到了大力发展，由于其多种缺陷，人们更希望在不需要任何辅助设备的裸眼条件下得到3D显示的效果，因此，裸眼3D显示也是目前业界公认的3D显示的最终形态。印刷平面应用的主要是光栅式裸眼3D显示技术，其3D显示的效果还不够理想，成本也较高，如果在提升显示效果和降低成本方面取得突破，则其大规模的应用将指日可待。综上所述，在可见的将来，真正可以极大地影响我们生活的3D显示技术一定是电子平面裸眼3D显示技术。随着技术的进步和成本的降低，裸眼3D显示技术必将大范围地改变人们的生活、学习和工作状态。2、非全息3D显示技术原理非全息3D显示技术通常称为图像对立体显示技术，尽管其分类繁多，不过最基本的原理却是相似的，如图1所示：利用人的左右眼分别接收不同画面，然图1 非全息3D显示原理示意图后大脑经过对图像信息进行叠加重生，构成一个具有前-后、上-下、左-右、远-近等立体方向效果的影像。非全息3D显示技术通常分为眼镜式和裸眼式两大类。眼镜式3D显示技术已经在家用消费领域得到了较好的应用，如显示器、电影或者电视等，通常需要配合3D眼镜使用。而裸眼3D目前主要用于公用商务场合，同时在家电娱乐、立体仿真、虚拟现实和移动终端（如：手机、平板系统）等设备上也得到了应用。3、主要的平面3D显示技术眼镜式：眼镜式3D显示技术有三种主要的类型：色差式、偏光式和主动快门式，也就是平常所说的色分法、光分法和时分法。色差式3D技术，配合使用的是被动式红-蓝（或者红-绿、红-青）滤色3D眼镜。通过不同颜色的滤光片进行画面滤光，使得一个图片能产生出两幅图像，人的每只眼睛都看见不同的图像。这种方法容易使画面边缘产生偏色，3D效果较差。偏光式3D技术也叫偏振式3D技术，配合使用的是被动式偏光眼镜。该技术利用光线的偏振特性将原始图像分解为垂直方向和水平方向的两组偏振画面，然后3D眼镜左右分别采用不同偏振方向的偏光镜片，这样人的左右眼就能接收两组画面，再经过大脑合成立体影像。偏光式3D技术的图像效果比色差式好，不过对显示设备的亮度要求较高。主动快门式3D技术，配合主动式快门3D眼镜使用。主动快门式3D主要是通过提高画面的刷新率来实现3D效果的，通过把图像按帧一分为二，形成对应左眼和右眼的两组画面，连续交错显示出来，同时红外信号发射器将同步控制快门式3D眼镜的左右镜片开关，使左、右双眼能够在正确的时刻看到相应画面。这项技术能够保持画面的原始分辨率，不会造成画面亮度的降低，在电视和投影机上面应用得最为广泛，不过其匹配的3D眼镜价格较高。裸眼式：根据对左右眼图像分割方式的不同可以将裸眼式3D显示技术分为三种主要的类型：柱状透镜法、视差屏障法和指向光源法。柱状透镜法是在平面电子显示面板镶上一块柱状透镜板组成立体显示的光学系统。柱状透镜板由细长的半圆柱状透镜紧密排列构成，经显示屏像素调制的光线通过柱状透镜的折射，把奇、偶列像素上显示的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。柱状透镜的关键参数是柱状透镜的节距和曲率。根据安装的不同位置，柱状透镜方法可分为前置和后置两种。由于柱状透镜与液晶屏固定安装在一起，只能用于单一的立体显示，无法兼容平面显示。同时，分辨率的提高是该项技术提升3D显示质量的关键因素。视差屏障法是在显示器和眼睛的中间放置一块栅栏式的挡板，只能穿过一系列的缝隙来观看奇、偶列图像，这样的装置使左、右眼能分别看到对应的图像，形成立体视觉效果。可以根据显示屏尺寸及像素的大小设计相应的档板间距和狭缝宽度，但需要保证显示面、挡板和眼睛的精确位置关系才能达到良好的立体效果，可以使用自动装置实时调整图像和视差挡板的位置来保证3D显示效果。由于背光遭到视差障壁的阻挡，亮度会随之降低，要看到高亮度的画面比较困难。同时分辨率也会随着显示器在同一时间播出影像的增加成反比下降，导致清晰度的降低。指向光源法又称线光源照明法，通常在平面显示器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。在立体显示时，由于形成阻挡区，降低了显示器的整体亮度。4、裸眼3D显示技术的应用自20世纪90年代以来，在世界范围内掀起了新一轮的立体显示技术研究的热潮，而裸眼3D显示则是这轮热潮中最受关注的、最前沿的高新技术，有着广阔应用的前景。相比眼镜式3D技术，目前的裸眼3D显示技术已经具有如下特点和优势：无需借助任何辅助设备即可观看三维立体影像效果；水平观看角度已达到120度，具有多视点能力；对环境光线没有任何要求, 具有较高的亮度，适合各类场所的立体展示；专门算法能有效去除摩尔纹，双眼没有障碍地接受视频图像，清晰度高；视觉纵深较大，可达到1.5米；应用范围广，适用于所有用户形象展示和用户体验的场所，特别是在便携式设备上的应用将大行其道。根据裸眼3D显示技术的特点，其在如下的领域具有独特的应用：数据可视化。科学研究中的数值计算结果需要以直观形象的方式表现出来，特别是三维图形图像，如蛋白质结构、DNA及其它高分子形态特征的分子建模，立体显微镜及其显示，天气预报中的云图运动分析、风洞实验和数值模拟、空气动力学的流畅模拟，空中摄影测绘数据建模、财务模型及预测模拟、过程控制数值模拟，CAD/CAM设计工程中模型显示、远程机器人视觉显示等；医疗。在医疗卫生领域，立体显示技术给医生和专家直接显示测试实况和诊疗实况，在远程诊断中可以获得比平面显示更多的视觉信息。在内窥镜及图像显示、眼科疾病诊断及测试、MRI,CAT成像，手术模拟和培训、手术现场成像，NASA虚拟临床计划等方面有重要的应用前景；建筑、城市规划和地理信息系统在建筑行业中，立体显示技术可以展示从设计、导览、景观美化、内部装修、人性因素等方面的信息，帮助设计专家和技术人员关注具体细节，在施工前即可完成全部景观的设计；影视娱乐。针对日常生活和娱乐方面，立体显示也将成为普遍使用的有广泛软硬件支持的重大应用领域。如计算机游戏、大型专门节目的游戏机，影院立体影视节目播放，家庭立体电视及立体视频vCD等；军事。由于立体显示技术的实景显示可以真实表现出实际观看的情况，在军事领域同样具有极其重要的应用。如飞行员、坦克驾驶员、潜艇驾驶员在仿真环境中的培训，立体摄影侦察、星际遥感遥测的成像分析，可以直接立体显示技术代替传统的潜望镜观测方式；商业、现代工业。3D视频会议，财务统计模型、过程控制及工作流程模型，对商品的演示、商业展览，在会议室接待厅的演示、3D网站设计，危险原料处理、小零件装配过程，工业视察等。综上所述，裸眼3D显示技术应用范围极其广泛，在目前能够应用的显示平面（如电子平面、印刷平面等）上都可以得到应用，特别是在广告传媒、展览展示、旅游招商、婚纱摄影、科研教学、游戏娱乐、工业应用、建筑设计、移动终端等多个行业中存在巨大的市场空间和良好的经济前景。5、裸眼3D显示技术的现状和未来在3D显示的热潮中，越来越多的厂商涌入裸眼3D市场，如海信、三星、索尼、松下、东芝、创维等，争先推出裸眼3D产品，市场被持续炒热，各类裸眼3D技术也日趋成熟。市场也培育出了内在的增长动力，各细分领域的商业模式、产业链也逐渐丰满，预计市场将会在未来3年内步入大规模发展阶段。虽然商用和消费类电子市场仍然是裸眼3D产业的主要市场，但家用市场也会因为技术进步快速成型。尽管市场和发展前景看好，但内容缺乏依旧是制约裸眼3D产业发展的最大障碍。随着各国政府、行业协会、产业链相关企业的合力推动，相信在未来2年内，3D内容会大幅度增加，逐渐赶上市场的需求，助力裸眼3D行业的发展。同时，裸眼3D产业还需解决行业标准、观看舒适度、内容制作传输、与相关产品的衔接融合等一系列问题。2011年CES美国电子展的主题就是“3D”。美日韩电子巨头推出了很多不同种类的裸眼3D产品，涵盖从裸眼3D数码相框、裸眼3D数码相机直到裸眼3D笔记本的广泛领域,预示着裸眼3D时代的来临。2012年年初，4K分辨率的概念被正式提出，同时8K分辨率的相应产品也跟随着出现在市场。并且在2013年的CES大展上，越来越多的厂商加入到了4K分辨率和8K分辨率这个行列中，因此我们可以预测，相关的产品和产业在2013年将会得到高速发展。目前，已经有部分厂商将4K分辨率与裸眼3D技术相结合，这样传输出的裸眼3D画面即便分辨率折半，也能够达到1080p的规格，这样就不会影响到用户的视觉体验。 2012年是裸眼3D发展至关重要的一年，也是裸眼3D技术取得长足发展的一年，并且裸眼3D作为公认的未来3D画面发展最终形态，其技术及产业进展情况也一直备受各界关注。据第三方市场调研机构预测，2013年也将是中国裸眼3D市场快速成长的一年，预计规模将成长至70%以上，其中商用大尺寸市场成长速度将超过65%，中小尺寸市场增长率不低于70%。对此，很多厂商不甘落后，纷纷表示在2013年左右就能够推出技术比较成熟的裸眼3D产品与大家见面。2012年12月，首届国际传媒产业论坛(IMIC 2012)在杭州举行，裸眼3D发展趋势成为会上讨论的重点议题之一。其中，对裸眼3D新形势的发展，卓美华视技术中心负责人表示，2012年是3D技术发展的重要一年，从来没有一种新技术新趋势像3D技术这样发展迅速，3D 电视、3D 显示器、3D摄影/摄像机、3D投影机、3D平板电脑等产品涌向市场。在行业应用方面，裸眼3D、3D 显示、3D 扫描/投影、行业3D 打印、3D 立体包装、VR/AR(虚拟现实/增强显示)等3D 科技在传统行业的商业应用也正在加速更新，如展览展示、工业设计、地质测绘、医学诊疗、军事、场景重建、教育培训等领域，通过3D 科技创意作为手段帮助传统行业完成产业升级与创新。从市场来看，裸眼3D，甚至整个3D产业仍处于做大行业蛋糕的阶段。欧美企业在基础研发、软件、内容方面具有优势，中国企业在产业化及应用开发方面优势明显。虽然竞争一直存在，但当前从业者更应该通过竞争中蕴含合作的良性竞争，让客户享受到更优秀的产品，让裸眼3D更加成熟，推动裸眼3D行业更快发展，从业者才会获得更大的发展空间。 展望未来两三年，裸眼3D将进一步凸显其综合优势，不断拓展在商业展示和个人消费类电子领域的应用空间，越来越多的