3D显示原理和种类

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业3D显示原理和种类一、3d显示效果运用的原理：为什么平面的屏幕，能产生出彷佛东西都要从屏幕中跳出来，伸手就可以摸到的效果？这一切的关键，就在于人类眼睛和大脑的合作。相较于许多眼睛长在头的两侧的动物，人类的眼睛是正正地朝前的，虽然牺牲了整体视野，但却有更大的一部份，两只眼睛是重叠的。因为两只眼睛的位置并不一样，重叠的区域内看到的影像也会略有些不同，称为“视差”。 我们的大脑就会根据这个视差，自动的计算出物体的距离，产生出一个“立体”的影像。早在1839年，英国著名的科学家

2、温特斯顿就在思考一个问题“人类观察到的世界为什么是立体的？”进过一系列研究发现：因为人长着两只眼睛。人双眼大约相隔6.5厘米，观察物体(如一排重叠的保龄球瓶)时，两只眼睛从不同的位置和角度注视着物体，左眼看到左侧，右眼看到右侧。这排球瓶同时在视网膜上成像，而我们的大脑可以通过对比这两副不同的“影像”自动区分出物体的距离远近，从而产生强烈的立体感。引起这种立体感觉的效应叫做“视觉位移”。用两只眼睛同时观察一个物体时物体上每一点对两只眼睛都有一个张角。物体离双眼越近，其上每一点对双眼的张角越大，视差位移也越大。正是这种视差位移，使我们能区别物体的远近，并获得有深度的立体感。对于远离我们的物体，两眼

3、的视线几乎是平行的，视差位移接近于零，所以我们很难判断这个物体的距离，更不会对它产生立体感觉了，夜望星空你会感觉到天上所有的星星似乎都在同一球面上，分不清远近，这就是视差位移为零造成的结果。当然，只有一只眼的话，也就无所谓视差位移了，其结果也是无法产生立体感。例如，闭上一只眼睛去做穿针引线的细活，往往看上去好像线已经穿过针孔了，其实是从边上过去的，并没有穿进去。而现在我们所看到的图片、电影、玩的游戏都是平面景物，虽然图像效果非常逼真，但由于双眼看到的图像完全相同，自然就没有立体感可言。如果要从一幅平面的图像中获得立体感，那么这幅平面的图像中就必须包含具有一定视差的两幅图像的信息，再通过适当的方

4、法和工具分别传送到我们的左右眼睛。二、什么是 3D 显示技术？在“3D”里面的“D”，是英文单词 Dimension(线度、维)的首字母，3D 指的就是三维空间。与普通2D 画面显示相比，3D 技术可以使画面变得立体逼真，图像不再局限于屏幕的平面上，仿佛能够走出屏幕外面，让观众有身临其境的感觉。3D 让画面变得立体逼真，图像不再局限于屏幕平面内三、3D 的发展历程3D 成像技术最远可以追溯到 1844 年，一位名字叫做 David Brewster 的外国人通过一个立体镜拍下了世界上最早的 3D 照片。拍下了世界上最早的 3D 照片的立体镜1915 年，全球首部 3D 电影爱的力量（The P

5、ower of Love）开始摄录并制作，并于1922 年正式公映。1935 年，首部彩色 3D 电影面世。最早的 3D 电影20 世纪 50 年代是 3D 发展的黄金时期，美国开始出现不少 3D 电影作品，迪士尼、环球国际、哥伦比亚等知名片商在内都开始投资 3D 电影。不过由于当时很多影院不具备 3D投放条件，出于盈利目的，片商还是把绝大部分精力放在 2D 电影的制作上来。80 年代中期，IMAX 开始制作首部 3D 纪实片。1986 年，迪士尼主题公园和环球影城上映了由迈克尔杰克逊出演的 3D 影片Captain Eo。3D 影院里面的观众2009 年 12 月，由詹姆斯卡梅隆执导，耗资

6、5 亿美元的电影巨作阿凡达同时以 2D、2D IMAX、3D、3D IMAX 等多种版本在全球公映，掀起了全球 3D 热潮。2008 年，日本有线 BS 11 频道开始播送 3D 节目。2010 年 4 月，天空传媒开办 3D 电视频道。2010 年 6 月，ESPN 开设新的 3D 体育频道，一年内将进行 85 项赛事的 3D 转播。2010 年 6 月，南非世界杯成为史上首次进行 3D 转播的世界杯比赛。四、立体电影拍摄并不神秘：模拟双眼既然通过双眼观察世界才能获得立体感，那么想要获得立体的图像也需要两台照相机或摄像机，由此就诞生了“虚拟立体显示”技术，最早引入该技术的是立体电影。立体电影

7、从拍摄开始，就模拟人眼观察景物的方法，用两台并列安置的摄影机，同步拍摄出两条略带水平视差的电影画面，这样影片所包含的信息就与人的双眼亲临拍摄现场所看到的画面毫无二致了。同样的原理，只需要按照人眼间距并排放置两个摄像头就可以组成立体摄像头。立体电影/视频的拍摄其实很简单，并排放置两个镜头同步拍摄就行了，虽然其中还涉及视频帧合成方面的内容，但理解起来并不困难。不过，想要把立体图像显示给人眼看可不容易，如何才能做到左眼只看左摄像头的图像、右眼只看右摄像头的图像呢？这就涉及到另一个专门的课题，立体影像放映，而这才是3D视觉播放的重点！五、3D 显示技术分类3D 显示技术可以分为眼镜式和裸眼式两大类。裸

8、眼 3D 目前主要用于公用商务场合，将来还会应用到手机等便携式设备上，本文在此不多进行介绍。而在家用消费领域，无论是显示器、投影机或者电视，现在都是需要配合 3D 眼镜使用。六、3d眼镜分类在眼镜式3D技术中，我们又可以细分出三种主要的类型：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。1、色差式 3D 技术（红蓝滤光技术）色分法色差式 3D 技术，英文为 Anaglyphic 3D，配合使用的是被动式红-蓝（或者红-绿、红青）滤色 3D 眼镜。这种技术历史最为悠久，成像原理简单，实现成本相当低廉，眼镜成本仅为几块钱，但是 3D 画面效果也是最差的。红-青色差式 3D 眼

9、镜色差式 3D 先由旋转的滤光轮分出光谱信息，使用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。这样的方法容易使画面边缘产生偏色。色差式 3D 画面用裸眼观看时的效果使用滤光技术制作的立体电影，在拍摄时给左右摄影机镜头前分别加装蓝/红滤光镜，只允许蓝/红光通过，阻止大部分红/蓝光。当然现在的影片拍摄并不一定要用滤光镜，事实上通过后期处理也能剔除一些色彩(如Photoshop的)。红蓝滤光技术原理当观众看电影时需要带一个红蓝滤光眼镜，此时左放映机的画面通过红色镜片(左眼)，拍摄时剔除掉的红色像素自动还原，当它通过蓝色镜片(右眼)时大部分被过滤掉，只留下

10、非常昏暗的画面，这就很容易被人脑忽略掉；反之亦然，右放映机拍摄到的画面通过蓝色镜片(右眼)，拍摄时剔除掉的蓝色像素自动还原，产生另一角度的画面，当它通过红色镜片(左眼)时大部分被过滤掉，只留下昏暗画面。这两个角度的画面经过滤光镜之后依然是偏色的，但当人眼传递给大脑后，又会被自动合成从而生成接近原始色彩的立体画面。然后，左右眼把看到的图像传递给大脑后，大脑会自动接收比较真实的画面，而放弃昏暗模糊不清的画面，从而根据色差位移产生立体感和距离感。睁一只眼闭一只眼的话，看到的画面都是偏色的从整体的使用感受中来看，3D立体效果还是非常明显的，但是缺点也非常明显，毕竟这仅仅是通过对两种颜色的过滤实现的效果

11、，无法避免的偏色让这种3D的效果大打折扣，而且如果立体位移较大的话，人脑就无法将两幅偏色的画面自动合成了，这样会导致立体感丧失。使用滤光原理制作的电影完全可以兼容所有的显示设备，我们只需要一副成本几元钱的红绿眼镜就够了。事实上早期的或者低端的立体电影院就使用了这种方案。地心历险记3D版：直接看的效果是重影、偏色立体摄像头使用的也是红蓝滤光技术现在已经有很多大片提供了红绿或者红蓝滤光的3D版下载，很多朋友看了之后觉得头晕目眩、眼睛疲劳、边缘色彩不正常、重影等诸多问题，最大的原因就是滤光眼镜和影片不配套所致，另外红蓝虑光对观看距离有严格的限制，距离屏幕太近或者太远都会大大影响3D效果。杜比3D图像

12、分色用光的颜色来分隔显然不够科学，从传统红蓝3D电影的效果我们就可以看出来，难道图像分色技术是一条死胡同么？答案当然是否定的影像数字化的发展让它焕发了新的活力！杜比图像分色技术原理利用偏振原理实现立体电影的效果是最好的，但要在或者个人上实现的难度很大，除非你使用2台加装了偏振光镜头的和2张不同角度拍摄的D和专业的播放设备和同步器，这样复杂的装备还有高昂的成本是大众无法接收的。因此就诞生了比较廉价的实现方案光谱分光技术，俗称为红绿滤光或红蓝滤光。如果你在Photoshop中打开一幅图像，在图像中移动，就会在右侧的信息板中看到其中的RGB数值在不断的变化，实际上图像中的任何一个象素的颜色都可以由一

13、组RGB值来记录和表达，图像上所有的颜色，都是由这些红绿蓝三种色按照不同的比例混合而成，这红色、绿色、蓝色又称为三原色，三原色中任何一色都不能用其余两种色彩合成。RGB的所谓“多少”就是指亮度，通常情况下，RGB各有256级亮度，用数字从0、1、2.直到255来表示。按照计算，256级的RGB色彩总共能组合出约1678万种色彩，即256256256。通常简称为24位色。纯黑的RGB值0,0,0；纯白的RGB值是255,255,255；纯红的RGB值是255,0,0。纯绿的RGB值是0,255,0；纯蓝的RGB值是0,0,255。纯黄的RGB数值是255,255,0，可以看出：纯黄色纯红色纯绿色

14、，根据互补色原理，补色指完全不含另一种颜色，红和绿混合成黄色，因为完全不含蓝色，所以黄色就是蓝色的补色。我们可以通过计算来确定任意一个颜色的互补色：首先取得这个颜色的RGB数值，再用255分别减去现有的RGB值即可。比如黄色的RGB值是255,255,0，那么通过计算：r(255-255),g(255-255),b(255-0)，互补色为：0,0,255。正是蓝色。红色的互补色为青色，红色的RGB值是(0-255),0,0；而青色的RGB值是0,(0-255),(0-255)，由于它们不含有对方的颜色，利用这个特点，我们用红色来保存一幅图像的信息，而用青色来保存另一幅图像的信息，这样就完全可以

15、用一幅图像来包含两幅图像的信息了。接下来的问题就是怎样保证我们的左右眼分别只看到一幅图像，研究一下立体眼镜，红色眼镜片的RGB值是255,0,0；青色眼镜片的RGB值是 0,255,255，因为只有红色才能透过红色眼镜片，传送到我们左眼的图像的RGB红=R1,0,0；因为只有青色才能透过青色眼睛片，传送到我们右眼的图像的RGB青=0,R2,B2。这样包含在一幅红蓝立体图中的两幅图像的信息就被分别传送到了我们的左右眼睛。杜比3D技术的原理滤光轮置于现行标准数字放映机内部，在灯泡和光引擎之间，可以减轻光引擎的压力，而且成像之前已完成分色，所以不会降低图像质量；旋转的滤光轮分出光谱信息不同的两份红、

16、绿、蓝，经过特殊设计的眼镜则在左右眼只能分别接收到各自的光谱信号，即左眼接收左面的画面右眼接收右面的画面，从而形成立体影像；而且使用杜比3D数字电影系统，通过1U大小的杜比3D滤光轮控制器（DFC）保持滤光轮与放映机同步，杜比3D滤光轮可下降进入光路、呈现3D效果，也可上升避开光路、呈现2D效果，转换十分方便。杜比3D技术：图像分色技术质的飞跃大家知道，可见光的波长大约在390到770nm之间的区域内。我们在利用数字放映机放映画面时，数字放映机通过数字方式还原以红绿蓝三个颜色为基色的彩色图像（见图一A）。杜比放映系统采用了安装在放映机内的、快速转动的滤光轮，将红绿蓝各自分为高（H）、低（L）波

17、长两部分，各包含左、右眼图像内容。通过分色滤光眼镜，让观众感受到左右眼各自的彩色画面，产生立体效果。虽然原理和简陋的红蓝虑光相同，但是这种技术在图像的分隔上比早期的红蓝要优秀的多，效果也就不可同日而语了。分光谱式被动3D系统 杜比滤光轮控制器 滤光设备和杜比3D眼镜虽然都是图像分色技术原理营造的3D效果，但是片源的进步和数码分色补偿技术的完善让新杜比3D系统的成像质量有了质的飞跃。很多中小型3D影院都采用了这种方案。杜比3D技术，加上采用德州仪器数字光处理(DLP)技术的数字影院投影仪，能够提供一种高效而灵活的解决方案，为观众带来超一流的3D体验。 杜比3D数字影院的超凡之处还有：3D影片通过

18、它的放映只需要一种颜色校正，且是在杜比数字电影服务器内进行；它无需再单独进行鬼影处理；杜比3D眼镜因采用曲面镜片，不会影响光反射，它不仅外形设计时尚，而且不影响矫正型眼镜的使用，还可抗100次以上的清洗而不磨损，另外加有框架内嵌防盗感应线。杜比3D数字影院系统的全光谱滤光技术不仅保证了优质稳定的画面色彩和质量，而且避免了普通偏振3D技术对观影视角的严格要求，使观众在影院里可以自如地欣赏3D电影，而不必担心视角变换会造成图像色差或变形。对于感兴趣的数字电影院来说，既可以在现有放映系统基础上升级安装杜比3D数字电影系统，也可以考虑将来直接购买已安装杜比3D组件的放映机。 特点：杜比3D数字影院由内

19、置了3D颜色管理的杜比服务器、杜比3D滤光轮组件和杜比3D眼镜组成，通过1U大小的杜比3D滤光轮控制器（DFC）保持滤光轮与放映机同步，杜比3D滤光轮可下降进入光路、呈现3D效果。杜比3D使用标准的白色屏幕，放映者不需要增加额外成本，也不会有因为使用金属屏幕而带来的质量下降问题，该技术能让坐在影厅任何一个座位上的观众都得到出色的3D体验。由于滤光技术要对图像光谱进行分割，对色彩还原产生一定的影响，所以采用这种方式时，要在上增加色彩管理软件，对图像数据进行校正处理。 优点： 重影相对较轻 缺点：1、光利用率较低，画面较暗；2、多层镀膜眼镜成本高；3、安装时，需拆卸数字放映机2、偏振分光3d技术光

20、分法偏光式 3D 技术也叫偏振式 3D 技术，英文为 Polarization 3D，配合使用的是被动式偏光眼镜。偏光式 3D 技术的图像效果比色差式好，而且眼镜成本也不算太高，目前比较多电影院采用的也是该类技术，不过对显示设备的亮度要求较高。 偏光式 3D 技术原理RealD 公司的偏光式 3D 眼镜偏光式 3D 是利用光线有“振动方向”的原理来分解原始图像的，先通过把图像分为垂直向偏振光和水平向偏振光两组画面，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 眼镜，同向镜片叠加，透光率明显下降偏光式 3D 眼镜，相互垂直

21、方向的镜片叠加，完全不透光偏振分光技术电影院放映采用的是偏振法，通过两个放映机，把两个摄影机拍下的两组胶片同步放映，使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上。这时如果用眼睛直接观看，看到的画面是重影模糊不清的，要看到立体电影，就要在每架电影机前装一块偏振片。从两架放映机射出的光，通过偏振片后，就成了偏振光。左右两架放映机前的偏振片的偏振化方向互相垂直，因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。（上地嘉禾影院SONY 4K机双偏振片上为右眼，下为左眼）看立体电影需要带上偏振眼镜偏振镜分光原理示意图 这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处，偏振光方向不改变。当观众带上偏振眼镜后，左右两片偏振镜的偏振轴互

22、相垂直并与放映镜头前的偏振轴一致，所以每只眼睛只看到相应的偏振光图象，即左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能看到右机映出的画面，这样就会像直接观看那样产生立体感觉。偏振光技术简介： 为什么带上偏振眼睛后能使左右眼看到完全不同的图像？确实不太容易理解，关于偏振光和偏振眼镜的原理，由于涉及内容比较多，这里仅作简要介绍。光就是由互相垂直的电场和磁场形成的一种电磁波，自然光是很多电磁波的混合物，它在各个方向的振动是均匀的。当它以特定的角度(布儒斯特角)经过非金属表面后反射形成的眩光是偏振光。偏离了这个角度，就会有部分非偏振光混杂在偏振光里。部分偏振光是有程度的，偏离的角度越大，偏振光的成分越少，最终成

23、为非偏振光。有了偏振光，有时会给我们照相带来不利。玻璃表面的反射光，使我们拍摄不到玻璃橱窗里面的东西，水面的反射光使我们拍摄不到水中的鱼但利用偏振光的这种特性正好满足立体电影的需求让左右眼看到完全不同的画面。通过给两个投影机加装偏振片，让投影机投射出互相垂直的完全偏振光波，然后观众通过特定的偏振眼镜，就能让左右眼看到各自不同的画面而互不干涉。圆偏振取代线偏振以前我们用胶片放映机放映3D影片时，一般常用的是线偏振技术或红蓝滤光技术（稍后做详细介绍），不管是应用条件还是成像质量，这两种技术或多或少都存在瑕疵。随着科学技术的不断进步和数字放映技术的应用，新材料、新技术的发展使数字3D影片无论是色彩还

24、原还是观看舒适度上都得到了很大的提高。 新老偏振放映技术偏振放映技术目前在3D影片院中较为常见，在早期放映立体电影时，也曾经使用过偏振眼镜。但确切的说，那时使用的眼镜应该叫线偏振眼镜。而现在普遍使用的圆偏振技术是在线偏振的基础上发展的，原理基本一致，但它在观看效果上比线偏振有了质的飞跃。以前我们在使用线偏振眼镜看立体电影时，应始终保持眼镜处于水平状态，使水平偏振镜片看到水平偏振方向的图像，而垂直偏振镜片看到垂直偏振方向的图像。如果眼镜略有偏转，垂直偏振镜片就会看见一部分水平方向的图像，水平偏振镜片也会看见一部分垂直方向的图像，左、右眼就会看到明显的重影。左旋和右旋偏振光波示意图而圆偏振光偏振方

25、向是有规律的旋转着的，它可分为左旋偏振光和右旋偏振光，它们相互间的干扰非常小，它的通光特性和阻光特性基本不受旋转角度的影像。现在看偏振形式的3D影片时，观众佩戴的偏振眼镜片一个是左旋偏振片，另一个是右旋偏振片，也就是说观众的左右眼分别看到的是左旋偏振光和右旋偏振光带来的不同画面，通过人的视觉系统产生立体感。Real-D和Masterimage的3D放映辅助系统主要采用的就是这种技术。IMAX观影必备：RealD眼镜RealD的眼镜采用一次性的偏光薄膜镜片，也被IMAX广泛采用。成本很低，特点是大且轻，佩戴起来很方便且相当适宜看IMAX这样的大屏幕。特别是因为眼镜很大，所以即使是带眼镜的朋友也能

26、够轻松佩戴这幅眼镜观看影片而无须换带隐形眼镜。采用偏振技术的RealD眼镜在画面亮度和色彩方面几乎没有什么大的损失，通过眼镜观察到的3D画面清晰明亮，无论是画面中心还是边缘亮度都比较统一且没有什么明显的边缘3D聚焦不准的感觉（镜片大的好处）。大个RealD眼镜除了大的RealD眼睛外，也有普通尺寸的RealD眼镜，如图所示，视觉效果都差不多。 常规尺寸RealD眼镜因为RealD眼镜设计为一次性使用，所以做工就比较粗糙。但是很多电影院不舍得频繁更新眼镜，一副眼镜会被反反复复利用很久，这样一来眼镜镜片上常常会有很多手印油腻甚至灰点什么的，去这种电影院务必自带镜布清洁镜片，运气不好遇到有划伤的眼镜

27、只能自认倒霉了。 特点：3D效果逼真，眼镜成本低，佩戴舒适。但是应用范围窄，放映系统成本高，只适于大型影院。 缺点：同一影厅先后放映2D和3D电影时需要在普通白色银幕与金属幕之间进行更换金属幕的光反射不均匀，会造成坐在影厅中间和两边等不同位置的观众看到较大差异的观影效果。3、主动快门式 3D 技术时分法主动快门式 3D 技术，英文为 Active Shutter 3D，配合主动式快门 3D 眼镜使用。这种3D 技术在电视和投影机上面应用得最为广泛，资源相对较多，而且图像效果出色，受到很多厂商推崇和采用，不过其匹配的 3D 眼镜价格较高。液晶分时技术的前世今生偏振分光和杜比分光技术效果虽好、但实

28、现难度太大，红蓝滤光技术成本最低、但效果不尽如人意，难道就没有更好的个人立体显示解决方案吗？现在就给大家介绍一种历史悠久、但很长一段时间里却没能得到普及的技术时分法遮光技术，又称液晶分时技术，它的诞生让家庭3D触手可及！眼镜镜片为黑白液晶屏，有透明和不透明两种状态左右眼交替接收画面主动快门式 3D 的信号同步发射器主动快门式 3D 技术工作原理：采用了当今最先进的“时分法”技术，通过3D眼镜与银幕同步的信号来实现。主动快门式 3D 主要靠眼镜来实现。在同一台放映机上交替播放左右眼画面时，当银幕输出左眼图像时，左眼镜片为透光状态，而右眼为不透光状态，而在银幕输出右眼图像时，右眼镜片透光而左眼不透光，这样两只眼镜就看到了不同的画面，达到欺骗眼睛的目的。就这样让左右眼分别看到左右各自的画面，模拟出“视觉位移”从而在平面上产生3D效果。通过提高画面的刷新率来实现 3D 效果的，它的眼镜片实质上是可以分别控制开闭的两扇液晶小窗户（开：透明；关：全黑），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