[信息与通信]3D显示技术评估

1、october 15, 2021 3d technique evaluationtpv2introductionglasses type 3d display technique-shutter glasses type-polarizer glasses type-comparison & conclusionnaked eyes type 3d display technique-barrier type-lenticular type-directional blu type-comparison & conclusionother 3d technique- 2d to 3d imag

2、e- mulit-views introduction- 2d-3d switch summaryagenda3d display introduction4什麼是什麼是3d？ 3d即三維立體影像，由于人的雙眼觀察物體的角度略有差異，因此能夠辨別物即三維立體影像，由于人的雙眼觀察物體的角度略有差異，因此能夠辨別物體遠近，產生立體的視覺。體遠近，產生立體的視覺。3d電視正是利用這個原理，把左右眼所看到的影像電視正是利用這個原理，把左右眼所看到的影像分離，從而產生呼之欲出的立體視界。分離，從而產生呼之欲出的立體視界。53d display introductionkey pointxmic 3d

3、technique development 3d顯示器顯示器眼鏡式眼鏡式裸眼式裸眼式快門眼鏡快門眼鏡shutter type偏光眼鏡偏光眼鏡polarization type互補式濾片互補式濾片anaglyph type明暗眼鏡明暗眼鏡pulfrich type頭戴式顯示器頭戴式顯示器 head mounted多工式多工式multiplexed type體積式體積式volumetric type全像式全像式holographic type柱狀透鏡式柱狀透鏡式lenticular type指向背光式指向背光式directional blu目前目前3d顯示器市場以眼鏡式技術較顯示器市場以眼鏡式技術

4、較為成熟為成熟, shutter & polarization 為為主流主流視差光柵式視差光柵式parallax type7快門式眼鏡的原理是將影像畫面分割成奇數畫面和偶數畫面快門式眼鏡的原理是將影像畫面分割成奇數畫面和偶數畫面. 透過透過display端的無端的無線發射器來控制眼鏡本身的液晶開關來達到和畫面同步的目的線發射器來控制眼鏡本身的液晶開關來達到和畫面同步的目的shutter glasses 3d techniqueshutter glasses8快門眼鏡可在不同的時間輪流正確的啟動鏡片中的液晶快門眼鏡可在不同的時間輪流正確的啟動鏡片中的液晶, 來遮蔽左來遮蔽左/右眼的視覺右眼的視覺

5、, 使使得左得左/右眼分別僅能看到奇數及偶數影像右眼分別僅能看到奇數及偶數影像, 當影像分別傳遞到大腦後當影像分別傳遞到大腦後, 就會形成具有就會形成具有縱深感的圖像縱深感的圖像shutter glassesshutter glasses 3d technique9shutter glasses 3d technique快門式眼鏡快門式眼鏡1. 需搭配120(or 240)hz以上的液晶顯示器,快門式眼鏡與紅外線信號發送器2. 快門式眼鏡價格較高, 且因有電池與接收器重量較偏光眼鏡重3. 畫面交替顯示, 解析度不受影響4. 亮度因液晶切換速度影響, 人眼感受到的亮度降低, 如下圖:lcdlin

6、ear polarizer image control位相差膜位相差膜diffusernormal polarizer偏光眼鏡偏光眼鏡 polarization typelcd-1同時撥放左右眼畫面,經過擴散片轉換成非偏極光,左右眼畫面再經由位相差膜處理成不同線性偏極光,再透過偏光眼鏡使雙眼接收不同畫面產生視差polarization glasses 3d technique11polarization glasses 3d technique偏極光 (polarizer light)光具前進方向, 頻率以及振動方向. 若針對特定振動方向前進的光則稱為偏極光, 一般的光線為眾多不同方向的偏極光

7、總合偏光片的功用就是只讓特定方向的偏極光通過, 類似光柵的作用, 來達到光偏極化的效果.偏光式立體顯示技術, 即是利用不同方向的偏極光透過偏光眼鏡, 使左右眼接收到不同畫面的影像12polarization glasses 3d technique線性偏光眼鏡顯示方式如上圖示, 顯示器垂直方向像素交替顯示, 分別顯示左右眼畫面, 透過水平跟垂直方向的偏光鏡片, 使左右眼接收到不同畫面右圖示, 右眼看到的是偶數陣列, 左眼看到的是奇數陣列, 因此雙眼感受到的解析度將會是 正常畫面的一半垂直水平13polarization glasses 3d technique環狀偏光眼鏡顯示方式環狀偏光眼鏡顯

8、示方式顯示原理同線性偏光, 環狀偏光對於降低 cross talk 有較好的效果, 為目前主流14偏光式眼鏡偏光式眼鏡1. 只需搭配微位相差膜的液晶顯示器與偏光眼鏡2. 因畫面垂直方向像素交替顯示左右眼畫面, 垂直解析度下降一半3. 人眼感受之亮度, 因偏光眼鏡阻隔造成亮度下降4. 優勢為偏光眼鏡價格便宜輕便, 缺點為位相差膜貼附與對位精度難度高polarizer glasses 3d technique153d glasses type technique comparisonshutter glassesshutter glassespolarizer glassespolarizer g

9、lasses觀賞效果1. 解析度不受影響2. 亮度因液晶作動切換降低3. 較無視角限制4. 亦受周遭影響產生flicker5. 眼鏡重量較重1. 解析度下降一半2. 亮度因偏光眼鏡遮蔽下降3. 高度視角略為受限4. 眼鏡較輕, 僅有偏光鏡片即可硬體需求120hz 或以上顯示器, 快門眼鏡, 同步收發裝置微相位差膜顯示器, 偏光眼鏡remark1. 目前tv市場上90%主流產品2. 快門式眼鏡價格較高, 重量較重(約100 usd)3. 硬體技術容易達成1. 目前主要為電影市場, tv市場較為少見2. 偏光眼鏡價格低廉, 重量輕(約 1 usd)3. 大尺寸微相位差膜貼附製程難度較高(中尺寸相對

10、容易)16在同一個顯示的平面區域上，同時顯示兩眼不同的影像，再透過對應的眼在同一個顯示的平面區域上，同時顯示兩眼不同的影像，再透過對應的眼鏡做過濾，讓左右兩眼各自只看到屬於自己的影像鏡做過濾，讓左右兩眼各自只看到屬於自己的影像眼鏡式立體顯像技術眼鏡式立體顯像技術裸眼式立體顯像技術裸眼式立體顯像技術q: 怎樣在不用眼鏡過濾的情況下，讓兩隻眼睛看到不同的影像怎樣在不用眼鏡過濾的情況下，讓兩隻眼睛看到不同的影像?ans: 透過精密的光學計算、控制，讓左右兩眼影像的每個畫素所發出的光線，透過精密的光學計算、控制，讓左右兩眼影像的每個畫素所發出的光線，只會射向空間中的特定位置，進而讓觀賞者在特定的區域時

11、，左眼接受只會射向空間中的特定位置，進而讓觀賞者在特定的區域時，左眼接受到的都是左眼影像、右眼接受到的都是右眼的影像到的都是左眼影像、右眼接受到的都是右眼的影像naked eyes 3d display technique17左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋右眼；同理，應該由右眼看到左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋右眼；同理，應該由右眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋左眼，通過將左眼和右眼的可視畫面分的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋左眼，通過將左眼和右眼的可視畫面分開，使觀者看到開，使觀者看到3d影像影像視差光柵式視差光柵式 para

12、llax type光屏障式光屏障式3d技術的實現方法是使用一個開關液晶屏、偏振膜和高分子液晶層，利用液晶層和偏振膜製造出一技術的實現方法是使用一個開關液晶屏、偏振膜和高分子液晶層，利用液晶層和偏振膜製造出一系列方向為系列方向為90 的分隔條紋的分隔條紋parallax type 3d technique18rgbrgbrgbrgbrgbrgbrgbrgbrgbrgbrgbrgbrgbrgbrgbrgbrl rrrrrlllll目前的設計目前的設計(barrier和和lens都一樣都一樣),最左邊的一排最左邊的一排sub-pixel是給右眼訊號是給右眼訊號,隔壁隔壁排的排的sub-pixel是左

13、眼是左眼,再下一排再下一排sub-pixel是右眼是右眼,一直重複循環下去一直重複循環下去.panelbarrier19lenticular type 3d technique 設置多透鏡來取代格柵設置多透鏡來取代格柵，能，能通過透鏡的折射來分離圖像。使液晶面板顯示通過透鏡的折射來分離圖像。使液晶面板顯示 r（右（右眼用）及眼用）及 l（左眼用）圖像，通過多透鏡使畫素在空間成像。（左眼用）圖像，通過多透鏡使畫素在空間成像。柱狀透鏡式柱狀透鏡式 lenticular typelenticular typelenticularlenticular & barrier type & barrier

14、type 最大的差異點在於亮度的影響最大的差異點在於亮度的影響, barrier , barrier 是採取光線遮蔽式是採取光線遮蔽式對於光線的穿透有一定比例的損失對於光線的穿透有一定比例的損失, , 反之反之lenticularlenticular 是採取折射式是採取折射式, , 無上述缺點無上述缺點20lenticular lens type w63mm window widthz550mm nominal viewing distancep=0.0635mm pixel pitchglassthicknesspolarizerlenticular lenscf glasslenticul

15、ar type 3d technique 21lenticular type 3d technique 技术说明技术说明分辨率分辨率清晰度清晰度视觉感受视觉感受光损失度光损失度barrier遮挡1920*1200250cd/m2暗大于50%lenticular折射1920*1080450cd/m2亮亮无无因为狭缝技术有光的损失，所以要达到与透镜技术一样视觉效果时，只能通过提高亮度与对比度来实现。如图：视觉效果要达到300lux，透镜仅需要35%的亮度与对比度，狭缝为了弥补光损失就需要近乎90%的亮度与对比度。超多維內部比較資料超多維內部比較資料22指向光源（指向光源（directional b

16、acklight）3d技術搭配兩組技術搭配兩組led，配合快速配合快速反應反應的的lcd面板和面板和驅驅動動方法，方法，讓讓3d内容以排序（内容以排序（sequential）方式方式進入觀看進入觀看者的左右眼互者的左右眼互換換影像影像產生視產生視差，差，進進而而讓讓人眼感受到人眼感受到3d三三維維效果效果指向背光式指向背光式 directional bludirectional blu type 3d technique 23指向背光式指向背光式 directional bludirectional blu type 3d technique 使用指向性背光的優點在於非常容易作使用指向性背光的

17、優點在於非常容易作2d-3d切換切換, 而且解析度完全不會因而且解析度完全不會因3d顯示變差顯示變差缺點在於視角較小缺點在於視角較小, 無法達成多視角技術無法達成多視角技術. 並礙於技術限制背光模組目前僅能發展並礙於技術限制背光模組目前僅能發展10吋以下吋以下因上述因素因上述因素, 此技術被看好運用於小尺寸手持電子用品此技術被看好運用於小尺寸手持電子用品但背光模組如何定位但背光模組如何定位? 組裝公差組裝公差? 視角問題目前都待克服視角問題目前都待克服.24directional blu type 3d technique 目前近距離目前近距離3d視角僅有視角僅有 625barrier typ

18、ebarrier typelenticularlenticular type typedirectional blu typedirectional blu type觀賞效果1.解析度下降2.亮度因光柵遮蔽而降低1.解析度下降2.亮度較不受影響3.可藉由軟體模擬達到多視角觀賞1.解析度不受影響2.亮度不受影響3.觀賞視角小, 無法達到多視角4.僅限於10吋以下硬體需求顯示器pixel size& pitch須與barrier 搭配顯示器pixel size& pitch須與lenticular搭配120hz 刷新頻率, blu led 須與螢幕顯示頻率同步remark1.製程技術與現有lcd較

19、為相近2.有對位精度要求3.建議搭配local dimming, 提高對比彌補亮度不足1.lenticular film 製作技術較難, 與lcd貼附困難度較高2.有對位精度需求3.未來大尺寸裸眼立體顯示器主流技術1.2d/3d切換容易, 但無法局部顯示3d2.有機會發展為小尺寸裸眼立體顯示主流技術3d naked eyes type technique comparison262d轉轉3d技術簡介技術簡介2d to 3d image technique 日常生活的數位內容來源大都以2d影像為主，如數位相機或數位攝影機所拍攝的2d相片或視訊。 2d轉3d技術主要利用了影像處理、圖形識別、影像分

20、類等影像相關技術，估測出拍攝場景的深度資訊。使用者僅需輸入單張影像照片或是單一視訊影片即可自動產生立體影像資訊，於立體顯示器上呈現立體效果。graphic driver3d sourcedisplay deviceview device2005 data from game data from video data from photo graphics driver 2d-3d driver 3d video player 3d photo viewer 120hz screen 120hz projector polarize screen nake eye screen common s

21、creen shutter glasses polarize glasses anaglyph glasses272d to 3d image technique leftright深度資訊深度資訊融合融合28以圖像而言, 常被使用的立體資訊儲存格式為2d+depth（2d+d），由一張原始影像搭配一張相對應的深度圖（depth map）所組成，而2d視訊的立體資訊儲存格式，則是每張影格（frame）皆有相對應的深度圖顏色愈亮（值愈大）代表該位置離拍攝者的距離愈近，反之則愈遠2d to 3d image technique 292d to 3d image technique 302d to

22、3d image technique 當有了深度資訊之後，藉由多視角影像合成技術搭配不同的立體顯示器的顯示格式，產生不同視角的影像最後所交插出的影像，即可於顯示器上產生立體效果。若顯示器為戴眼鏡式的立體顯示器，僅需產生相對應的左右眼影像即可；若為裸眼的立體顯示器，則需合成產生多張不同視角的影像，張數依裸眼立體顯示器的視域數規格而定312d to 3d image technique 工研院自行研發之工研院自行研發之2d photo to 3d技術流程圖技術流程圖首先針對原始影像進行影像切割（segmentation），以得到大小不一的的區塊。當影像依照顏色、材質等特性，劃分為大小不一的區塊時，

23、就對每一區塊進行深度線索（depth cue）的分析，所謂的深度線索包含如顏色、材質方向、聚焦程度等可經由分析影像而得到的深度資訊32summary2d to 3d image technique (1) 輸出的立體顯示器種類：戴眼鏡式的立體顯示器僅需產生左右兩眼的影像，其深度感受主要來自雙眼視差（binocular parallax），而裸眼立體顯示器則還有移動視差（motion parallax）可提供觀看者深度的感受，因此在裸眼立體顯示器上，較易觀察到深度圖估測錯誤部份的缺陷。(2) 轉換方式自動化程度：該應用情境是否容許部份人工的介入，或是僅能允許全自動的轉換。(3)運算平台：該應用情

24、境的平台是在個人電腦，或是嵌入式系統，亦或是手機平台上。立體效果的關鍵在於景深的精準度立體效果的關鍵在於景深的精準度, 能判斷出正確的景深才有好的立體效果能判斷出正確的景深才有好的立體效果目前全世界全自動2d to 3d轉換技術尚未成熟, 無法自動轉換出最佳景深效果,須由人工適當介入進行深度的修正, 才能產生最佳效果, 一般會考量以下因素:一般而言一般而言, 對於對於3d深度轉換精確性的需求次序深度轉換精確性的需求次序:數位廣告數位廣告電影電影家用電視家用電視小尺寸攜帶產品小尺寸攜帶產品對於裸眼立體顯示而言, 全自動 2d to 3d 技術尚未成熟. 以目前技術都需人工介入才可顯示出好的效果,

25、 數位廣告與電影較無即時轉換需求, 將會是未來兩年內可開發的市場33 display player driversourceoriginal 3d3d player2d image2d to 3d3d player2-views眼鏡式/裸眼式眼鏡式2n-views3d player裸眼多視點2d to 3d image technique 對眼鏡式立體顯示對眼鏡式立體顯示, 只需將影像處理成左右眼畫面即可透過軟體撥放只需將影像處理成左右眼畫面即可透過軟體撥放對於裸眼多視點立體顯示對於裸眼多視點立體顯示, 必須再將左右眼畫面處理成多視點才進行撥放必須再將左右眼畫面處理成多視點才進行撥放2d image2d to 3d3d player裸眼多視點3d to n-views342-views & mulit-views平面式的裸眼立體顯示系統，由於是要精確地控制光線平面式的裸眼立體顯示系統，由於是要精確地控制光線, 一般是先設定好一個距離、以及幾個一般是先設定好一個距離、以及幾個預設的觀賞位置後，再來做光學上的設計預設的觀賞位置後，再來做光學上的設計只要在這些預設的位置裡，理論上都是可以看到正確的