3D显示原理.doc

1、大脑眼睛骗了你3D 影像在 2010 年大行其道，而为什么我们能在平面屏幕上看到立体效果，能看到画面中的人物飞跃出屏幕哪？其实我们看到的这一切都是我们自己的眼睛和大脑合伙“骗” 了我们，今天就来说说目前 3D 电视中最流行的主动式快门 3D 到底是怎么回事。要说如何看到立体影像，就得先说说我们人类的眼镜，我们的眼睛长在头的两侧，而且是正朝前方，其结果就是两只眼睛能够看到重叠部分的影像。同时又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，这就是我们说的“视差” 。之所以能够出现立体影像就是因为我们的大脑根据视差，自动的计算出物体的距离，最终产生了“立体”影像。说完了人眼如何看

2、到立体影像，下面正式说到“主动式快门 3D 成像” ，这种成像和眼镜看东西非常相似，就是让两只眼睛虽然看着同一个屏幕，但却要看到略有偏差的两个不同画面。要实现这一原理就是利用 3D 眼镜了，这就是主动式快门眼镜（上图所示）。主动式快门眼镜通过接收不同帧的画面实现，具体原理如下。立体三维立体三维技术主要采用了帧序列的形式产生立体图像，立体三维技术的实现需要三个要素，首先投影画面的刷新率需要达到每秒 120 帧，其次需要一个红外信号发射器，另外就是需要一个可以接收红外信号的 3D 立体眼镜。当 3D 信号通过电脑（或者其他设备）输入到投影机中，图像以帧序的格式实现左右帧交替产生，通过红外发射器将这

3、些帧信号传输出去，负责接收的 3D 眼镜在实现信号同步的同时与左右帧图像进行同步交替开关。从而观看到立体影像。优缺点：立体三维技术的投影机通常分辨率在 XGA 以上，图像质量好，并且不需要太多的附加设备。但是由于此规格的片源较少，并且使用红外传输信号容易受到视角的限制，因此影院里为了让不同位置的观众看到稳定的 3D 影像，会需要增加很多的红外发射器来实现。偏光立体：它以人眼观察景物的方法，利用两台并列安置的电影摄影机，分别代表人的左、右眼，同步拍摄出两条略带水平视差的电影画面。放映时，将两条电影影片分别装入左、右电影放映机，并在放映镜头前分别装置两个偏振轴互成 90 度的偏振镜。两台放映机需同

4、步运转，同时将画面投放在金属银幕上，形成左像右像双影。当观众戴上特制的偏光眼镜时，由于左、右两片偏光镜的偏振轴互相垂直，并与放映镜头前的偏振轴相一致；致使观众的左眼只能看到左像、右眼只能看到右像，通过双眼汇聚功能将左、右像叠和在视网膜上，由大脑神经产生三维立体的视觉效果。展现出一幅幅连贯的立体画面，使观众感到景物扑面而来、或进入银幕深凹处。能产生强烈的“身临其境”感。快门立体：时分法是 NVIDIA现在主推的一项应用，需要显示器和 3D 眼镜的配合来实现 3D 立体效果。时分法所采用的立体眼镜构造最为复杂，两个镜片都采用电子控制，可以根据显示器的输出情况进行状态的切换。镜片的透光、不透光切换使

5、得人眼只能看到对应的画面（透光状态下），其原理就是采用可主动关闭的液晶眼镜，通过无线信号控制眼镜液晶高速的开关，来实现左右眼看到不同的内容，达到立体成像的效果。时分法的好处与不足：因为采用了 Nuvision 的制造技术，成像的效果较好，但眼镜的造价很高。（价格在 1000 人民币左右）。还需使用要电池使得眼镜过于沉重。因此进影院要交眼镜押金也是必然的；另外为刷新率被降低为了原来的一半，因此画面的亮度也要损失 50%，除非采用双机放映才能弥补1. 色差法：将两张不同视角上拍摄的影像分别以两种不同的颜色印制在同一副画面中，如果不戴眼镜，我们只能看到色彩重合的模糊图像。但是戴上眼镜后，左右眼不同颜

6、色的镜片分别过滤了对应的色彩，只有红色的影像通过红色镜片蓝色通过蓝色镜片，最终两只眼睛看到的不同优缺点：色差式 3D 立体成像原理简单，能达到的 3D 景深效果也还算不错。不过由于采用的色度分离方式会给观看者带来比较严重的视觉障碍，舒适感始终不能让人满意，同时画面的色彩还原效果也一直在较低的水准徘徊，这就导致了它很难成为 3D立体显示技术中的主流2.偏光式 3D 影院主流家庭不易实现在 3D 影院之中最为常见的，就是偏光式 3D 技术。偏光式 3D 技术主要利用偏振光分离技术实现 3D 立体成像。观看者通过佩戴偏振眼镜，左右眼镜片就分别过滤掉不同偏振方向的光线，从而实现了左右眼画面的分离影院方

7、面在具体实施的时候主要有两种方式：双机 3D 和单机 3D。双机 3D 多用在IMAX 3D 影院中，通过使用两台投影机，分别透射偏振方向不一样的左右眼画面。单机3D 相对简单，主要通过但抬头迎和快速切换的偏振器来分别高速切换左右眼画面，最终再通过偏振眼镜进行左右眼画面的分离。偏光式 3D 系统的成本不高，3D 眼镜也很容易制作购买，但是也存在一定局限性，特别是对于家庭用户来说，如果依赖偏光式 3D 电视，就不得不面临分辨率损失的问题，例如要实现全高清 3D 画面，电视机的物理分辨率就要达到 2 倍全高清，否则以现有的HD 平板电视来制作 3D 系统，分辨率只能在标清规格中徘徊。由于色差式 3

8、D 和偏光式 3D 存在着较为明显的不足，因此对于家庭用户来说，主动快门式 3D 成像技术就走上了台前。3.主动快门 3D 优势相对明显快门式 3D 技术的原理并不复杂，就是通过快门式的 3D 眼镜轮流开关切换，分别控制进入左右眼的画面，从而在观看者的大脑中形成 3D 立体感。快门式 3D 方案的关键在于信号源和显示设备部分。首先信号源需要具有比 2D 画面多一倍的帧数（左右眼各一帧），其次显示设备需要具有高速画面刷新能力，例如一个 720/50P 的 3D 信号，在 2D 时代只需要电视机具有每秒 50HZ 的画面刷新率即可，但是在 3D 信号下，就需要具有 100HZ 的画面刷新率。目前主

9、流 3D 电视厂家都采用了这种方案。这种方案之所以倍受青睐，主要是因为可以保持 FULL HD 的分辨率不变；其次现在的平板电视画面刷新率早就达到了 200Hz甚至 400Hz 的级别，即使对付 1080/60P 的 3D 信号，也绰绰有余。快门式 3D 方案具有很好的清晰度指标，加上电视大都具备高速刷新能力，实际上消费者每侧眼镜看到的 3D 画面，刷新率也要高于 60Hz，这就意味着不会产生明显的闪烁感。因此这种方案目前得到了最为广泛的应用。不过这种方式也有缺点，就是 3D 眼镜的造价比较高。由于镜片需要轮流开关来分离左右眼的画面，因此眼镜还需要提供电源，对于人数比较多的家庭，购买 3D 眼

10、镜也是一笔不小的支出。主动式快门眼镜成像原理“主动式快门眼镜”的成像原理大体可以这样理解：屏幕会先显示给左眼看的画面，这时眼镜会同步将你的右眼遮住，就是给眼睛上罩了个眼罩，接下来屏幕会切换到给右眼看的画面，这时再把左眼遮住，如此不断反复，同时由于这个交替过程非常迅速，每秒可以到120 次，因此对人眼来说是无法看到这个左右转换的。只要接收到的画面正确，最终就能看到 3D 影像。通过以上的原理实现起来，就要在眼镜上做些功课了，一般会在眼镜里加一层黑白的液晶层来达到上面所说的“眼罩”功能，这层液晶平常是透明的，打开开关就会变黑色。而把 3D眼镜和屏幕间实现同步，通过某种讯号发射装置，让屏幕发出的信号

11、告诉 3D 眼镜应该遮哪一只眼睛，最终实现了以上原理。最后就来说说主动式快门 3D 技术的优缺点，这种技术的优点在于它的残影少，价格适中，而且不论是电视、电脑屏幕还是投影机，只要更新频率能达到要求，就能导入这个技术，因此现在市面上大部份即将上市的 3D 电视上，包括索尼、松下、三星等电视上，同时NVIDIA 的 3D 眼镜和部份的电影院，都可以看到主动式快门眼镜的轨迹。而其缺点也是存在的，其中最严重的就是亮度大大折扣，带上这种加入黑膜的 3D 眼镜以后，每只眼睛实际上只能得到一半的光，因此主动式快门看出去，就好像戴了墨镜看电视一样，而且眼镜很容易疲劳。再者主动式快门眼镜受到那块液晶层的限制，镜片面积也不能做得太大，对部份的人来说，特别是有戴眼镜的网友会很容易看到四周粗粗的黑框。观看起来感觉非常不好。同时由于不同的帧变化间断时间和人的个体差异不同，眼镜的疲劳程度和大脑的劳累速度也是不同的，最严重的长时间观看可能引发呕吐等现象。之所以目前大部分 3D 显示设备都采用主动式快门 3D 技术，主要是因为这项技术的门槛比较低，而且对于已经生成出的产品进行改造的改装成本也比较低，所以主动式快门 3D才能大行其道。