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裸眼3D技术4KHDMI高清传输

3D是three-dimensional的缩写,就是三维图形。在计算机里显示3d图形,就是说在平面里显示三维图形。不像现实世界里,真实的三维空间,有真实的距离空间。计算机里只是看起来很像真实世界,因此在计算机显示的3d图形,就是让人眼看上就像真的一样。人眼有一个特性就是近大远小,就会形成立体感。

1简介编辑

计算机屏幕是平面二维的,我们之所以能欣赏到真如实物般的三维图像,是因为显示在计算机屏幕上时色彩灰度的不同而使人眼产生视觉上的错觉,而将二维的计算机屏幕感知为三维图像。基于色彩学的有关知识,三维物体边缘的凸出部分一般显高亮度色,而凹下去的部分由于受光线的遮挡而显暗色。这一认识被广泛应用于网页或其他应用中对按钮、3d线条的绘制。比如要绘制的3d文字,即在原始位置显示高亮度颜色,而在左下或右上等位置用低亮度颜色勾勒出其轮廓,这样在视觉上便会产生3d文字的效果。具体实现时,可用完全一样的字体在不同的位置分别绘制两个不同颜色的2d文字,只要使两个文字的坐标合适,就完全可以在视觉上产生出不同效果的3d文字。
如今主流的3D立体显示技术,仍然不能使我们摆脱特制眼镜的束缚,这使得其应用范围以及使用舒适度都打了折扣。而且不少3D技术会让长时间的体验者有恶心眩晕等感觉

2技术原理编辑

光屏障式技术

光屏障式3D技术的实现方法是使用一个开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层,利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90°的垂直条纹。这些条纹宽几十微米,通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式,称之为“视差障壁”。而该技术正是利用了安置在背光模块及LCD面板间的视差障壁。通过将左眼和右眼的可视画面分开,使观者看到3D影像。
这种技术的优点是在成本上比较有优势,像夏普的3D手机和任天堂的3DS游戏机都是采用这种技术。不过采用这种技术的屏幕亮度偏低。

柱状透镜技术

柱状透镜技术也被称为微柱透镜3D技术,使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上,这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素,这样透镜就能以不同的方向投影每个子像素。于是双眼从不同的角度观看显示屏,就看到不同的子像素。
柱状透镜技术并不会像光屏障式那样影响屏幕亮度,所以其比后者的显示效果要好。

3研究现状编辑

裸眼3D技术可以分为光屏障式、柱状透镜式以及方向性背光3D技术。早在2009年,美国的PureDepth 公司
  研究开发出来的多层显示技术(MLD)就是一种裸眼3D显示技术,这种技术的好处是不会让观众产生观看的不良反应,如恶心,眩晕等。同时这种技术还突破了视野以及角度的限制,使得观看场所可以进一步的扩大。最为个性化的一点是,使用这种3D 显示技术还可以添加二维的字幕。现该技术已经在美国拉斯维加斯地区推广使用。相比较于MLD技术,柱状透镜式3D显示技术就不具有什么优势。柱状透镜式顾名思义就是要使用到柱状的透镜。在液晶显示屏幕前加装一排柱状的透镜,这样图像就会呈现在透镜的焦平面上。从而将图像中的各个像素点通过透镜呈现在人的两个眼睛中,一旦像素点的光通过不同的角度进入左右眼后,人就会在大脑中将双眼所接收到的图像进行叠加形成3D图像。柱状透镜式3D显示技术与其他的显示技术相比,主要优势就是在于能够达到图像的亮度要求,但是图像毕竟是通过了一层透镜呈现在观众眼前,所以在图像的分辨率上很难有更大的突破。而且在液晶屏幕前加装透镜需要更大的制造成本,后期维护成本也很高,不利于推广使用。光屏障式3D 显示技术是由夏普公司欧洲研发部的几位工程师共同研发出来的新型显示技术,该技术是通过在LCD液晶面板和内部发光器件之间增设偏振模和高分子层,当图像通过液晶面板显示在观众面前时,偏振模可以将左右眼接受的画面区分开来,从而在观众大脑中形成立体的显示画面。这种技术是将偏振模和高分子层集成在了显示器的内部,能够在最广以及成本控制方面起到一定的作用,但是在图像的显示方面难以提高亮度,同时难3D显示技术。方向性光源3D技术在显示原理上和上述显示技术基本类似,不同的是该技术在呈现3D画面时需要两块背景光源。在观众的左右眼同时接收画面时,处在不同方向上的背景光源依次交替点亮,透过3M反射膜交替在观众面前呈现左右眼画面。由于人眼具有一定的视觉暂停时间,所以交替出现的画面就能够在人脑中形成3D 画面。但是最终的显示效果同样无法满足高清晰度的要求。裸眼3D显示器的关键技术主要有视图进行分离的光学原理、亚屏幕分区、独立视图的呈现、立体显示液晶屏图形处理软件等。实际上裸眼3D就是根据人们眼睛的视差进行相应图像呈现的,只要能够合理的分配左右眼图像呈现就能够出现立体的视频效果。亚屏幕分区就是将裸眼显示器进行视图分区,每一个视图都有固定的区域。在进行视频显示时需要将每一个亚屏幕中的图像进行相互交错呈现,已在观众大脑中形成立体视频。当前的裸眼3D 显示技术还不够成熟,想真正的在人们生活中实现随处可用随处可见的裸眼3D显示还为之尚早。但是裸眼3D显示所能够给人们带来的巨大视觉享受还是激发着相关人员的研究热情,其巨大的市场潜力也推动着相关技术的不断进步以达到高清显示效果。因此也不算是一种成熟的裸眼。[1]
裸眼3D显示终端编码方式
3D图像呈现需要传输大量数据,所以要想进行3D技术的升级,就必须在进行数据压缩方面的技术相当先进。传统的3D 图像编码基本是将左侧传输通道作为数据的基本层,而右侧传输通道作为左侧通道的辅助层。欧洲的ATTEST系统框架在进行3D图像数据传输时所采用的是单通道视频数据传输,同时配合相应深度数据的3D 立体视频格式。通过将深度视频数据进行超轻压缩,从而起到减少数据量的效果,同时视频数据主要使用单通道进行传输。Orbi以及Interview在进行深度编码是所使用的编码码率分别是各自进行单通道编码时码率的6.2%和3.5%。这种3D立体图像呈现终端的编码方式适合传统的裸眼3D显示技术,它们的成像原理基本都是左右眼分别接受传输过来的图像信息,然后在大脑中形成立体图形,所以只需要两个通道即可传输视频数据。然而要想实现裸眼3D 视频显示,所需要出书的数据量更加庞大,传统的显示终端编码方式理论上根本不可能实现。但是在裸眼3D 显示方面较为成功的就是基于视差的立体视频终端编码方法。它的主要工作原理是:首先对左眼所要接收的图像信息进行H.264 标准编码,然后将编码过得左眼接收图像和右眼接收图像进行比对,进行视觉估计得到相应的视觉差别信息,在对这些信息进行H.264 编码;将最终产生的左眼数据码流和视差数据码流通过传输通道送至解码端,进行解码操作得出经过编码后的左眼视图以及编码后的视差视图,根据这些信息得出右眼视图数据以及其他的六个视点的数据信息,并最终整合所有数据在裸眼3D立体显示器上进行显示。这种显示终端编码方式也在一些实际的显示器中应用,但是还是存在着一些问题:屏幕会出现闪烁,这是显示器一直以来都存在的问题。不同大小的屏幕,不同的显示环境均会造成闪烁的强度以及频率不同;因为DLP屏幕前的光栅在周期性的移动,很容易在观众的某个区域产生与原来画面像素不同的像素,这就是我们俗称的彩虹效应,在裸眼3D 显示器中也会存在。这些问题想要彻底消除是非常困难的,相关技术还均处在研究的阶段。

分类

从技术上来看,裸眼式3D可分为光屏障式柱状透镜技术和指向光源三种。裸眼式3D技术最大的优势便是摆脱了眼镜的束缚,但是分辨率、可视角度和可视距离等方面还存在很多不足。
在观看的时候,观众需要和显示设备保持一定的位置才能看到3D效果的图像(3D效果受视角影响较大),3D画面和常见的偏光式3D技术和快门式3D技术尚有一定的差距。不过液晶面板行业巨头友达光电,研发巨头3M等已经在积极进行研发,预计部分裸眼式3D显示设备将于今明两年实现量产。

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