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1、3 D D i s p l a 第十组 3 D D i s p l a y y 3D显示技术 什么是3D显示技术3D显示技术的种类3D显示技术的原理3D显示技术的优劣3D显示技术的发展3D显示技术的展望 讲解内容 3D显示技术就是利用一系列的光学方法使人左右眼产生视差从而接受到不同的画面 在大脑形成3D 3Dimensions 立体效果的技术 3D显示 3D显示 裸眼式 反射全息法 透镜全息法 全像全息法 体积全息法 全息 3D显示分类 裸眼式 透镜阵列法 视察挡板法 微镜投影法 微位相差板法 指向光源法 非全息 辅助设备 光分法 色分法 时分法 3D显示原理 视差 人双眼能同时看相同一方向
2、但是眼间距仍有约65mm 所以不能完全瞄上一条直线 在一定的范围内双眼看到的图像会产生一定的差异 非全息 利用光学等方法产生立体的视觉效果 但不能给人主观选择观看的视角 色分法 采用互补色色彩将图形或物体显示在平面图片上 观视者通过光学滤色镜对图片进行双眼同时观视 即可展现其图形成物体的立体形态 色分法成像的图 色分法的互补色眼镜 光分法 利用偏光片 通过如百叶窗般排列的矽晶体涂料薄膜 偏光膜 来滤原本朝向不同方向震动的光线 会挡住与偏光膜方向垂直的光线 只让与偏光膜方向相同的光线通过从而产生视差 光分法显示图解 圆偏振光的形成 3D图像的形成 采用交错偏光片的3D液晶电视 偏光片眼镜 时分法
3、 快门法 通过提高屏幕刷新率把图像按帧一分为二 形成左右眼连续交错显示的两组画面 通过快门式3D眼镜的配合 使得这两组画面分别进入左右双眼 最终在大脑中合成3D立体图像 快门式3D眼镜 HMD头盔式显示器 时分法显示效果图 显示器效果 眼镜效果 视察挡板法 是在屏幕表面设置称为 视差屏障 的纵向栅栏状光学屏障来控制光线行进方向 让左右两眼接受不同影像产生视差达成立体显示效果 視差遮屏 是以黑色于透明相间的直线条纹 将起置于离液晶面板一小段距离 让观赏者的其中一眼只能看到液晶面板奇数画面 观赏者另一眼則只眼看到液晶面板偶数画面 视察挡板法合成图 后续厂商研发许多技术来改善视差屏障式3D立体显示萤
4、幕的先天限制 像是采用可开关的液晶薄膜来充当视差屏障 就能透过液晶屏障的开关来切换2D 3D显示模式 液晶屏障排列方式也可以制作成水平与垂直两种方向 配合横拿与直拿的需求切换 视察挡板法显示器 透镜阵列法 在显示器前面板镶上一块柱透镜板组成裸眼立体显示的光学系统 像素的光线通过柱透镜的折射 把视差图像投射到人的左 右眼 经视觉中枢的立体融合获得立体感 柱透镜板由细长的半圆柱透镜紧密排列构成 下图显示了柱透镜方法的原理 左右眼视图分别位于奇列和偶列像素上 形成视图分区 透镜阵列显示器及其合成原理 微透镜投影 将图像投影到由微透镜组成的显示屏上 经过有微透镜折射产生相差来达到立体成像 为透镜投影显
5、示器 微位相差板法 微位相差板法是台湾光电研究院研究成功的一种裸眼立体显示技术 使用微位相差板改变光的偏极态来达到左 右视图的分离 微位相差板立体显示器不需要戴眼镜 但是视角很小 需要和头部跟踪装置配合使用 特殊照明法 线光源照明法的立体显示器在LCD的像素层后使用一系列并排的线状光源给像素列提供背光照明 线光源宽度极小并与液晶屏的列像素平行 密集的线光源照明使奇 偶列像素的图像传输路径分离 使左 右眼看到对应的画面 3M公司的指向光源显示屏 全息 全息 Holography 特指一种可以让从物体发射的衍射光能够被重现的3维技术 其位置和大小同之前一模一样 从不同的位置观测此物体 其显示的像也
6、会变化 透射式全息显示图像 透射式全息显示图像属于一种最基本的全息显示图像 记录时利用相干光照射物体 物体表面的反射光和散射光到达记录干板后形成物光波 同时引入另一束参考光波 平面光波或球面光波 照射记录干板 对记录干板曝光后便可获得干涉图形 即全息显示图像 再现时 利用与参考光波相同的光波照射记录干板 人眼在透射光中观看全息板 便可在板后原物处观看到与原物完全相同的再现虚像 反射式全息显示图像 将物体置于全息板的右侧 相干点光源从左方照射全息板 将直接照射至全息板平面上的光作为参考光 而将透过全息板 未经处理过的全息板是透明的 的光射向物体 再由物体反射回全息板的光作为物光 两束光干涉后便形
7、成全息显示图像 由于记录时物光与参考光分别从全息板两侧入射 故全息板上的干涉条纹层大致与全息板平面平行 再现时 利用光源从左方照射全息板 全息板中的各条纹层宛如镜面一样对再现光产生出反射 在反射光中观看全息板便可在原物处观看到再现的图像 反射式原理图 全像式 E Holography 主要是麻省理工学院所发展的 是利用红 蓝 绿三色雷射光源 各自经过声光调变器晶体 AcousticOpticalModulator AOM 产生相位型光栅 带着光栅讯息的雷射光经过全像片合并之后 利用垂直扫描镜 VerticalScanningmirror 及多面镜 Polygonalmirror 进行垂直及水平
8、的扫描 进而将立体影像呈现出来 其优点为全像片的取得容易且技术成熟 然而 影像大小常受限于声光调变器晶体的大小 且多面镜的扫描速度必须与三色雷射光源在晶体传播速度同步 全像式原理结构图 上图是一对从车的左右侧面采取的图像 该图像是由本田的数据库研究部提供的概念车本田EPX 全像式成像图片 体积式 Volumetric 德州仪器 TexasInstrument TI 提出一种利用雷射扫描立体影像显示器 又有人称之为体积式显示器 主要是利用一个快速旋转的圆盘 配合由底下投影的雷射光源 藉由雷射光源投射到快速旋转的旋转面时 会产生散射的效应 以扫描空间中的每一点 其缺点是影像中央必须有一个旋转轴 靠
9、近轴心的影像旋转速度较慢 立体影像较不清晰 体积式原理图 体积式原理图 体积式显示器 各方法的优劣 色分法 实现3维简易 对视场和景深无严格的限制 但易引起眼部的疲劳 光分法 宽视域 大景深 成像质量优异 但头部倾斜是无法过滤掉另一方向的光 时分法 丞相优异 但眼镜由液晶构成成本较高 视察挡板法 无需其他辅助设备 能2D 3D切换 但有效像素低 光源被遮挡 亮度低 透镜阵列法 画面明亮 观看简便 但对屏面与柱状透镜的配准位置要求较高 图像的清晰度亦受到柱状透镜屏密度的限制 微镜投影法 对光源要求较高 体积大 微位相差板法 画面清晰 视角很小 需要和头部跟踪装置配合使用 指向光源法 易实现大屏幕
10、 机构简单 可2D 3D转换 但是整体亮度低 透镜全息法 图像清晰逼真 景深较大 其光源激光会带来特有的散斑效应的弊病 即再现像面上附有微小而随机分布的颗粒状结构 反射全息法 消除了激光的散斑效应 但作大屏幕技术难度较大 景深不太大 距记录介质平面较远处的图像有点模糊不清 全像全息法 全像片的取得容易且技术成熟 然而 影像大小常受限于声光调变器晶体的大小 且多面镜的扫描速度必须与三色雷射光源在晶体传播速度同步 体积式全息法 会产生散射的效应 缺点是影像中央必须有一个旋转轴 靠近轴心的影像旋转速度较慢 立体影像较不清晰 3D技术的优劣 3D显示技术从现阶段来看 是劣势多余优势 但是 3D是新事物 是显示技术发展的方向 存在较多不足是新事物走向成熟所必经的阶段 3D技术的发展 3D电视需求预测 LG公式预测全球3D电视需求量 ScreenDigest预测全球3D电视需求量 3D技术的展望 综观以上的技术 目前所提出的各种方式都仍有其优缺点 但随着时间的进步 这些问题也渐渐的被解决 正如当初的彩色显示器代替了黑白显示器 液晶显示器代替CRT显示器一样 随着显示技术的革新 没有辅助设备的三维显示技术代替平面显示技术将是必然趋势 3 D D i s p l a 第十组 3 D D i s p l a y y 3D显示技术 讲解 梁晓曦赵利红资料 冯从文刘寒制作 江小峰 谢谢
