3D的起源
说到3D技术可能有很多人会认为是这2年新生出的产物,其实早在1952年11月推出的《非洲历险记》就被公认为是电影史上第一部彩色3D电影, 导演使用两台摄像机相对拍摄,加上镜子辅助,放映的时候采用一对放映机,观众则戴上特制的两色眼镜观看。影片宣传时,号称能让观众体验到“狮子在腿上,爱人在怀里”的奇妙感受,因此吸引了大批观众,据说排队的人跨越了好几个街区。对于影片效果,却褒贬不一,有人觉得新奇,但当时的《生活》杂志给出的评价却是“廉价、荒谬”。之后的2-3年里先后有50多部 3D影片发行,但是由于当时的技术因素,从题材的选择、拍摄、剪辑、洗印到发行放映的荧幕、放映机,3D电影需要特殊的技术要求,否则难以保证质量。而且3D影片的内容也都局限在恐怖,惊悚等题材,以上多种因素造成了3D电影只火了几年就沉寂下来。直到2009年12月18日导演詹姆斯·卡梅隆的一部《阿凡达》为3D技术带来了历史性的突破。
由于近年来电影特效的提升和3D摄影机的迅速发展使3D的《阿凡达》得到了意想不到的巨大成功。3D的概念又再一次以十分成熟的面貌出现在电影屏幕。但是不到一个月后举行的2010美国CES展上有一项巨大的变化发生了,消费电子巨头索尼发布了家用型3D电视机LX900,HX900和HX800系列3D BRAVIA液晶和3D蓝光播放器,3D数码相机,3D高清摄像机等拍摄,播放一系列3D技术解决方案。至此3D影像能够摆脱电影屏幕真正进入了寻常百姓家里,普通消费者在家里通过3D眼镜观看3D电视就能体验和电影院一样震撼的高清晰3D视频。
随后三星,松下,LG等厂商在2010年里相继发布了各自的3D电视产品,所以2010年也被称为3D电视元年。
快门式3D和偏振式3D
然而3D电视的标准至今却还未统一,市场上存在着快门式3D和偏振式3D这2种方式。到底这2种3D方案有何不同让我们来看看原理吧。
目前主流的3D眼镜技术又分为3种,色差式,偏振式和快门式。
色差式3D技术配合使用的是被动式红-蓝或者红-绿等滤色3D眼镜。这种技术的历史最悠久,成像原理比较简单,使用成本也最低廉,但是效果最差。它是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。色差技术在目前的电视机领域里基本没有厂商使用。
偏振式3D技术配合使用的是被动式偏光眼镜。其效果要比色差式3D技术要好,使用成本也不算太高,偏振式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。偏振式的3D液晶电视画面没有明显的闪烁,但在垂直方面的可视角表现不够理想,而且为了达到比较好的显示效果,在亮度分辨度方面对面板要求比较高。偏振式3D技术目前在国内市场主要有LG,康佳,海信,创维等品牌在使用。
快门式3D技术配合主动式快门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。快门式3D主要是通过提高画面的刷新率来实现3D效果的,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、右双眼能够在正确的时刻看到相应画面。这项技术能够保持画面的原始分辨率,很轻松地让用户享受到真正的全高清3D效果,而且不会造成画面亮度降低。目前包括三星,松下,索尼,夏普,东芝,长虹等品牌推出的3D电视,都是采用主动式3D技术。
可以看出,快门式3D和偏振式3D各有优缺点,快门式3D有动态清晰度高,3D效果真实的优点和制造成本高,有轻微频闪的缺点。偏振式3D有无频闪,制造成本低的优点和动态清晰度低的缺点,所以目前这2种方案在市场上并存,各自抢占着属于自己的市场。
裸眼3D
但是无论是快门式3D还是偏振式3D都有一个共同的缺点,就是需要佩戴3D眼镜才能看到3D图像,于是一种新兴的3D技术应运而生了,那就是裸眼3D方案。裸眼3D方案目前也有2种主流的技术,分别是 视差障壁(Barrier)式裸眼3D技术和柱状透镜(Lenticular?Lens)式3D技术。
视差障壁(Barrier)式裸眼3D技术是利用特定的算法,将影像交互排列,然后通过设置在显示器背光源和液晶面板之间的视差屏障,,将左眼及右眼可视的画面分开。由于左眼或右眼观看屏幕的角度不同,利用这一角度差遮住光线就可将图像分配给左眼或右眼,经过用户大脑将这两幅有差别的图像合成为一幅具有空间深度信息的立体图像。目前任天堂的掌上游戏机3DS采用的就是这种技术,3DS将采用夏普的视差屏障(parallaxbarrier)技术液晶屏,该液晶屏目前已经被应用于部分手机和便携设备上,但不适合大屏电视。
这项技术出现的时间相对较长,也比较容易实现。但它的缺点也很明显,就是背光模块因为被视差障壁阻挡,使得亮度也随之降低。同时3D模式下屏幕的分辨率也会下降。例如夏普公司曾经推出过一款采用这种技术的裸眼3D显示器,在3D模式下不仅亮度只有2D模式的一半,分辨率也会下降到120dpi左右,只有2D模式下的一半。
柱状透镜(Lenticular?Lens)式3D技术则是在LCD面板的最表层添加了一层密集的柱状透镜组,这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素,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。
柱状透镜式裸眼3D技术的优点是,没有阻挡背光的模块,因此显示器亮度不受影响。但它对观众观看屏幕时的角度有较严格要求,如果角度不合适则可能无法看到三维效果。
除了这两种裸眼3D技术,目前业内还有通过改变光源指向实现裸眼3D的技术,以及通过多层液晶屏叠加实现立体感的“MLD”技术等等。但这类技术要么处于实验室阶段,要么因为成本问题难以在电视机上实现,目前看来要成为未来主流裸眼3D技术的难度还比较大。
其实日本东芝公司在2010年12月就推出了商品化的裸眼3D电视GL1系列,分别是20寸的20GL1和12寸的12GL1。GL1系列就采用了柱状透镜式裸眼3D技术,在裸眼观看3D影像显示方面,采用在液晶面板前方配置双凸透镜的“全景图像(Integral Imaging)方式”。液晶面板是与东芝的集团公司——东芝移动显示器共同开发的。
液晶面板的1个像素相当于通常二维(2D)影像的9个像素。采用了将RGB三色子像素沿纵向配置,然后将其沿9视差横向排列的特殊像素排列方式。通过这些措施,在左右15度的视角范围内,“能够观看到既有锐度又很少有干涉条纹的3D影像”(东芝)。 3D显示的构造显示3D影像时,20英寸产品的像素数为1280×720(总像素为829万4400),12英寸产品的像素数为466×350(总像素为147万)。由于显示2D影像时,1个像素的9视差上都被分配到相同影像,所以影像的精细度极高。
显示影像的内容方面,通过图像处理,可将已有的2D影像和3D影像(左眼和右眼的两视差)转换为9视差影像。20英寸产品上配备了微处理器“Cell Broadband Engine”和基于多视差转换用LSI的图像处理电路。根据输入影像来推定景深信息、生成9视差影像。
但是12寸和20寸的电视是无法满足目前消费者的正常需求的,而且价格方面20寸的GL1定价为24万日元,折合人民币2万多元,经过半年多的销售后价格依然维持在18万日元,折合人民币1万5千元左右,且目前东芝的产量也不是很大,当然东芝也在逐步拓展大屏幕裸眼3D电视的市场,2011年7月14日,东芝在北京发布首台裸眼3D笔记本电脑 F750的同时展示了目前最大的56寸裸眼3D电视原型机。
本次展出的56英寸裸眼3D电视机应用了东芝特有的完整成像技术,向不同位置和角度的观众同时放映出复数影像,使得观看者无需佩戴特殊眼镜就可以在左右眼中分别看到不同的画面,并在大脑中形成立体影像。同时通过高性能图像处理引擎和柱面透镜屏,实现了高画质的裸眼3D显示,在3D效果、清晰度、亮度等画质表现上均非常出色。
但东芝的裸眼3D电视也有自己的缺点,因为表面的柱状透镜式还是有视角限制,正面观看的3D画面的清晰度,亮度,立体感和景深都十分完美,但是在侧面观看的话3D画面的亮度虽然没有改变,但是3D画面的立体感和景深都会略有损失。
3D电视的现状和未来设想
目前看来无论是主动快门式3D还是偏振式3D都有着各自的优缺点,裸眼3D目前还有些技术问题且制造成本太高所以暂时还不能普及。
编者看来3D功能必将成为今后电视机的基本功能之一,未来销售的电视机应该都将把3D作为电视机必备的一项功能,但是3D电视现在面临的问题也还有很多,比如说必须制定3D标准,快门式和偏振式经过不断的改进和竞争后只留存一种方式,这样对3D技术的发展会有很大的帮助,只有标准统一了才能把3D技术稳步向前发展,还有3D眼镜的标准,目前偏振式和快门式的眼镜标准完全不能统一不说,快门式3D的各厂商推出的3D眼镜也不能相互通用,甚至同步信号的传输方式也有红外线和蓝牙等2种,红外线传输不同厂商又采用了不同的速率,这个问题上就在这个月索尼、松下、三星、XPAND 3D在8月9日联合宣布将合作进行名为“FULL HD 3D GLASSES INITIATIVE”(全高清3D眼镜行动)的民用主动式3D眼镜技术标准的推进工作,并将推出基于蓝牙的RF(射频)及IR(红外)的民用主动式3D眼镜技术的联合授权。这也就意味着快门式3D眼镜即将有统一的通用标准了。
还有个很重要的问题就是3D片源,现在消费者购买了3D电视回家后只有再购买3D蓝光播放器才能收看真正的高清3D画面,不然只能使用电视机本身的2D转3D功能把2D的画面转换成效果并不是很好伪3D画面,但是毕竟3D蓝光碟的数量有限,用户买回家也不可能只看3D蓝光碟,所以没有片源的支持消费者会把3D功能当做是鸡肋。在3D片源方面国外早就有在高清数字电视里传输高清的3D电视信号的先例,2010年世界杯就曾经用高清3D来进行转播,日本索尼在本月初向旗下BRAVIA 3D电视用户开设了一个体验3D体验的网络频道“3D Experience” 3D Experience提供了电影、音乐、纪录片、体育赛事等栏目的3D内容,通过BRAVIA的网络功能(网络频道)来进行免费的下载,由于网络等原因多数提供的3D内容为720P的清晰度,索尼官方推荐在12Mbps的网络环境下使用该功能。而2012年的伦敦奥运会主办方也希望用2D和3D信号同时像全世界转播所有比赛项目。
由于3D画面必须要由3D摄像机拍摄而成,所以现有节目必须全部要由3D摄像机拍摄获得,之前的2D节目内容都不能制作成真正的高清3D电视节目。所以节目源也必须要经过日积月累才能达到一定的量,目前也有许多电视厂商开始和新生的网络新媒体合作推出互联网电视,相信只要网络传送速度的提升,在互联网电视中转送高清晰3D电视绝对不是梦想。
网友评论