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3D知识普及篇之3D显示技术及原理

http://www.broadcast.hc360.com2012年03月06日15:48百度文库作者:赵等君

慧聪广电网】在不同的发展时期,根据不同的应用,不同的公司开发了不同的3D显示技术;从观看形式上来区分,有的需要配戴眼镜,有的不需要配戴眼镜;即使配戴眼镜,眼镜也有主动式与被动式之分;总体来说,配戴眼镜观看技术发展比较成熟,设计和制造难度、制造成本较低,3D效果好;而裸眼观看的技术还处于起步阶段,制造难度高,成本高,而观看的效果不尽如人意,尤其是观看的角度有限制,清晰度差,3D效果也不好;

    第一节现有3D显示方式对比

现有3D显示方式对比

现有3D显示方式对比

    第二节主动快门式(时分式)原理介绍

    主动快门式具有以下特点:(1)显示原理相对简单,系统的实现复杂度低;

    (2)画质优异,能实现双眼1080P的高清显示,将影院级的3D影像带入家庭;

    (3)成本低,由2D升级到3D的主要工作集中在驱动电路的升级,以及有限的额外眼镜成本;

    由于主动快门式3D显示的上述特点,当前主流的3D电视厂家纷纷采用这种技术,如:Pana-sonic,Sony,Samsung等;另外也有3D影院系统采用这种技术,如:XPAND;美中不足,这种技术要求观众配戴眼镜,稍有不便。

    第三节光分式原理介绍

    “光分式”也被称为“偏振式”。顾名思义,这种技术利用了偏振光的特点。

光波

光波

    我们知道,光波是一种横波(震动方向垂直于传播方向),是由与传播方向垂直的电场和磁场交替转换的震动形成的。我们通常将其电场的震动方向称为光波的震动方向,自然光在各个方向上的震动是均匀的,因而也被称为非偏振光。如果一束光在任意一个特定的时刻只在一个特定的方向上震动,则这束光就是偏振光。

自然光

自然光

    偏振光可以通过偏振镜获得,偏振镜就是一个栅栏,其具有震动方向。当一束自然光通过偏振镜时,偏振镜只会这束自然光中与其震动方向一致的一部分光通过,而其他不一致的部分都会被过滤掉。

圆偏振光振动方向

圆偏振光振动方向

    而当一束偏振光经过偏振镜时,如果这束偏振光的震动方向与偏振镜的震动圆偏振光振动方向一致,这束偏振光则全部被允许通过;反之,如果这束偏振光的震动方向与偏振镜的震动方向不一致,这束偏振光则全部被过滤掉。光分式系统正是利用了这一原理。

    当系统进行显示时,将左、右图像同时显示在屏幕上。不过左右两幅图像在显示在屏幕上之前会经过不同偏振镜的过滤,如上图所示:左图像用垂直方向的偏振镜进行过滤,成为在垂直方向上震动的偏振光;而右图像则采用水平方向的偏振镜进行过滤,成为在水平方向上震动的偏振光。与之相对应的是,观众所配戴的偏振眼镜的左镜片的震动方向为垂直方向,右镜片的震动方向为水平方向。这样就能保证做图像最终被观众的左眼所看到,而右图像被观众的右眼所看到,两幅图像经过大脑的合成最终形成一幅具有三维立体感的3D图像。

    偏振光具体上分为线性偏振光与圆偏振光两种。在任意一个特定时刻,线偏振光和圆偏振光都只在一个特定方向上震动。而随着时间的变化,线偏振光保持震动方向不变,而圆偏振光的震动方向在垂直于光线传播方向的平面上旋转。而旋转方向又分为左旋和右旋。

    早期的光分式3D系统多采用线性偏振光,而采用线性偏振光最大的缺点是观众观看姿势必须尽量保持不变。如果观众歪头或侧身,则眼镜的偏振方向会变得与光线的偏振方向不一致,3D效果会变差,甚至会导致观看者头晕、头痛等现象。

    而圆偏振光的引入则比较有效的改善了线偏振光的缺点。圆偏振光系统与线偏振光系统的组成结构没有任何的区别,只是将垂直偏振镜与水平偏振镜替换为左旋偏振镜与右旋偏振镜。

    光分式的3D成像效果较好,造价相对较低;尤其是相对于主动快门式,眼镜的成本更低,眼镜的重量也要轻很多。该技术现阶段主要被各种3D影院系统所采用,如RealD,IMAX等。也有部分电视机厂商采用这种方式,如:现代公司,但是在电视上实现这种技术对工艺要求较高,成本也会增加数百美元不等,而清晰度只能达到FullHD的一半。

    光分式最大的问题在于没有完美的偏振镜,也无法过滤出完美的偏振光。因而观众所配戴的偏振眼镜无法对左右图像进行完美的分离,因而导致总有一部分左图像的光线进入右眼,而一部分右图像光线进入左眼。虽然从比例上讲很少,但足以导致3D效果的下降,以及导致一部分观众观看过程中的不适,如头晕、头痛。

    

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