裸眼3D顯示技術(shù)原理解析

　　如今主流的3D立體顯示技術(shù)，仍然不能使我們擺脫特制眼鏡的束縛，這使得其應用范圍以及使用舒適度都打了折扣。而且不少3D技術(shù)會(huì )讓長(cháng)時(shí)間的體驗者有惡心眩暈等感覺(jué)，而且3D眼鏡的衛生條件也很差，甚至有報道說(shuō)某觀(guān)眾在觀(guān)看3D影片時(shí)因為使用了上一個(gè)觀(guān)眾剛剛留下的眼鏡而不幸感染了紅眼病。于是，3D立體顯示能夠持續發(fā)展的動(dòng)力，就落到了裸眼3D顯示技術(shù)這一前沿科技身上。

　　裸眼3D顯示技術(shù)一般被稱(chēng)為“裸眼多視點(diǎn)”技術(shù)，也就是不通過(guò)任何工具就能讓左右兩只眼睛從顯示屏幕上看到兩幅具有視差的、有所區別的畫(huà)面，將它們反射到大腦，人就會(huì )產(chǎn)生立體感。它也利用了人眼的視差原理，通過(guò)給觀(guān)看者左右兩眼分別送去不同的畫(huà)面，從而達到立體的視覺(jué)效果。由于觀(guān)察著(zhù)可以不佩戴眼鏡，因此這些技術(shù)非常適合在公共場(chǎng)所展示的大屏幕顯示器，便于多人觀(guān)賞。不過(guò)，裸眼3D顯示技術(shù)的缺點(diǎn)也非常明顯：人們在觀(guān)看屏幕時(shí)，必須位于一定的范圍內才能觀(guān)察到立體畫(huà)面，若距離屏幕位置太遠，或觀(guān)察角度太大的時(shí)候，3D效果并不明顯。此外，若離屏幕距離太近，人會(huì )有明顯的頭暈現象，因此該技術(shù)暫時(shí)還不適合在小尺寸顯示器上使用。此外，這種技術(shù)在顯示效果方面相對較差。

　　3D畫(huà)面和常見(jiàn)的偏光式3D技術(shù)和快門(mén)式3D技術(shù)尚有一定的差距。不過(guò)液晶面板行業(yè)巨頭友達光電、研發(fā)巨頭3M等已經(jīng)在積極進(jìn)行研發(fā)，預計部分裸眼式3D顯示設備將于今明兩年實(shí)現量產(chǎn)。當前市面中裸眼3D顯示技術(shù)主要有視差障壁技術(shù)、柱狀透鏡技、MLD技術(shù)等，下面我們具體講解一下這些技術(shù)的簡(jiǎn)單原理。

　　視差障壁技術(shù)

　　我們知道電影院在放映3D電影時(shí)，廣泛采用的是偏振眼鏡法。而視差障壁與偏振眼鏡法有些相似，不過(guò)一個(gè)需要通過(guò)眼鏡，另一個(gè)卻不需要。視差障壁技術(shù)是由夏普歐洲實(shí)驗室的工程師經(jīng)過(guò)十年研究所得。它的實(shí)現方法是使用一個(gè)開(kāi)關(guān)液晶屏、偏振膜和高分子液晶層，利用液晶層和偏振膜制造出一系列方向為90°的垂直條紋。

　　這些條紋寬幾十微米，通過(guò)它們的光就形成了垂直的細條柵模式，稱(chēng)之為“視差障壁”。而該技術(shù)正是利用了安置在背光模塊及LCD面板間的視差障壁，在立體顯示模式下，應該由左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時(shí)，不透明的條紋會(huì )遮擋右眼;同理，應該由右眼看到的圖像顯示在液晶屏上時(shí)，不透明的條紋會(huì )遮擋左眼，通過(guò)將左眼和右眼的可視畫(huà)面分開(kāi)，使觀(guān)者看到3D影像。缺陷：由于背光遭到視差障壁的阻擋，所以亮度也會(huì )隨之降低，要看到高亮度的畫(huà)面比較困難。除此之外，分辨率也會(huì )隨著(zhù)顯示器在同一時(shí)間播出影像的增加成反比降低，導致清晰度的降低。

　　柱狀透鏡技術(shù)，也被稱(chēng)為雙凸透鏡或微柱透鏡。它相比視差障壁技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是其亮度不會(huì )受到影響。它的原理是在液晶顯示屏的前面加上一層柱狀透鏡，使液晶屏的像平面位于透鏡的焦平面上，這樣在每個(gè)柱透鏡下面的圖像的像素被分成幾個(gè)子像素，這樣透鏡就能以不同的方向投影每個(gè)子像素。于是雙眼從不同的角度觀(guān)看顯示屏，就看到不同的子像素。不過(guò)像素間的間隙也會(huì )被放大，因此不能簡(jiǎn)單地迭加子像素。讓柱透鏡與像素列不是平行的，而是成一定的角度。這樣就可以使每一組子像素重復投射視區，而不是只投射一組視差圖像。

　　之所以它的亮度不會(huì )受到影響，是因為柱狀透鏡不會(huì )阻擋背光，因此畫(huà)面亮度能夠得到很好地保障。不過(guò)由于它的3D顯示基本原理仍與視差障壁技術(shù)有異曲同工之處，所以分辨率仍是一個(gè)比較難解決的問(wèn)題。

　　MLD技術(shù)

　　MLD技術(shù)于2009年4月，由美國PureDepth公司宣布研發(fā)出改進(jìn)后的裸眼3D技術(shù)研制，美國PureDepth公司改進(jìn)錢(qián)兩種技術(shù)后的裸眼3D技術(shù)——MLD(multi-layer display多層顯示)，這種技術(shù)能夠通過(guò)一定間隔重迭的兩塊液晶面板，實(shí)現在不使用專(zhuān)用眼鏡的情況下，觀(guān)看文字及圖畫(huà)時(shí)所呈現3D影像的效果。與以往采用柱狀透鏡技術(shù)的裸眼3D顯示器相比，MLD技術(shù)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

　　觀(guān)看3D影像時(shí)，用戶(hù)不會(huì )產(chǎn)生眩暈、頭疼及眼睛疲勞等副作用;

　　3D顯示時(shí)，屏幕的分辨率不會(huì )降低;

　　可組合顯示文字等二維影像和3D影像;

　　對觀(guān)看3D影像的視野及角度沒(méi)有太大的限制，通俗點(diǎn)說(shuō)就是可視角度夠大。據悉，采用MLD技術(shù)的顯示設備已經(jīng)在美國拉斯維加斯的部分娛樂(lè )場(chǎng)所得到了應用，并取得了良好的效果。

　　指向光源技術(shù)

　　對指向光源(Directional Backlight)3D技術(shù)投入較大精力的主要是3M公司，指向光源(Directional Backlight)3D技術(shù)搭配兩組LED，配合快速反應的LCD面板和驅動(dòng)方法，讓3D內容以排序(sequential)方式進(jìn)入觀(guān)看者的左右眼互 換影像產(chǎn)生視差，進(jìn)而讓人眼感受到3D三維效果。前不久，3M公司剛剛展示了其研發(fā)成功的3D 光學(xué)膜，該產(chǎn)品的面試實(shí)現了無(wú)需佩戴 3D 眼鏡，就可以在手機，游戲機及其他手持設備中顯示真正的三維立體影像，極大地增強了基于移動(dòng)設備的交流和互動(dòng)。

　　優(yōu)點(diǎn)：分辨率、透光率方面能保證，不會(huì )影響既有的設計架構，3D顯示效果出色。

　　缺點(diǎn)：技術(shù)尚在開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品不成熟

　　DFD(Depth-Fused 3D)3D顯示技術(shù)

　　DFD(Depth-Fused 3D)是日本NTT根據全新的錯視原理開(kāi)發(fā)的景深融合型立體影像技術(shù)，其利用兩片液晶顯示器與half mirror，開(kāi)發(fā)不需特殊眼鏡就可以觀(guān)賞的立體影像的技術(shù)，這種立體影像制作原理稱(chēng)為REAL。REAL立體影像的制作過(guò)程是先利用一般攝影機、相機、閃光燈攝影等方式拍攝影像，然后取一般攝影與閃光燈攝影拍攝影像灰色度兩者的差分，再與一定峰值比較藉此獲得二值化(0與1的數字元元化)的影像，接著(zhù)抽出所謂的近影像領(lǐng)域，最后再將Relief狀景深添加至近影像領(lǐng)域內。被照物景深形狀除了球體比較接近真實(shí)景深外，其它物體都會(huì )出現某種程度的差異，只要近影像與遠影像兩者前后關(guān)系維持正確，且景深為連續性平滑狀的話(huà)，通常利用肌理描繪(Texture)作補正，就可以獲得非常協(xié)調的立體影像。

　　隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，縱觀(guān)3D顯示技術(shù)已成功應用到了數字顯示領(lǐng)域，3D顯示技術(shù)和普通消費者的距離已經(jīng)越來(lái)越近了，而作為新起之秀的裸眼3D顯示技術(shù)必將青出于藍而勝于藍，裸眼3D技術(shù)在實(shí)現成品化、成熟化后。不僅可以實(shí)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(zhù)眼鏡看3D的束縛與困擾，開(kāi)拓出一個(gè)自由自在享受3D的空間。