第三章-光電顯示技術(shù)4-3D顯示技術(shù)

3DDisplay3D顯示技術(shù)什么是3D顯示技術(shù)3D顯示技術(shù)的分類3D顯示技術(shù)的原理3D顯示技術(shù)的發(fā)展內(nèi)容一、什么是3D顯示技術(shù)？3D–3Dimension即三維立體，是相對(duì)于2D平面的一個(gè)概念。我們?nèi)祟愃娴氖澜缇褪且粋€(gè)三維的空間，我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界中觀察到的物體也都具有三個(gè)維度：高度、寬度和深度。我們?cè)缫蚜?xí)慣了3D的世界，然而由于技術(shù)發(fā)展的局限性，在電影、廣播電視以及印刷等媒體世界中，我們被局限在了二維世界。

3D顯示的特點(diǎn)

立體逼真：3D影像與現(xiàn)實(shí)生活中習(xí)慣的場(chǎng)景達(dá)成一致，更加逼真；臨場(chǎng)感強(qiáng)：3D影像的立體感、景深，讓觀者產(chǎn)生身臨其境的感覺；強(qiáng)烈視覺沖擊：可以利用3D影像特點(diǎn)制造各種強(qiáng)烈的視覺沖擊，如體育比賽直播、演唱會(huì)現(xiàn)場(chǎng)直播，以及各種宏大的電影場(chǎng)景；

3D顯示技術(shù)就是利用一系列的光學(xué)方法使人左右眼產(chǎn)生視差從而接受到不同的畫面，在大腦形成3D（3Dimensions）立體效果的技術(shù)。3D顯示技術(shù)3D顯示生理如果要實(shí)現(xiàn)真正的3D，就需要兩眼同時(shí)看到一個(gè)畫面的不同位置。比如，舉起一個(gè)手指，只用一只眼睛看，那么它是平面的，只有兩只眼睛同時(shí)看，它才是立體的。左右眼看到不同視角的影像大腦融合成具有深度的3D影像3D顯示需求左眼看到左眼影像右眼看到右眼影像人眼3D視覺原理視覺因素-視差人雙眼能同時(shí)看相同一方向，但是眼間距仍有約60mm，所以不能完全瞄上一條直線，在一定的范圍內(nèi)雙眼看到的圖像會(huì)產(chǎn)生一定的差異。實(shí)現(xiàn)立體效果的原理視差(parallax)－人類是通過左眼和右眼所看到的物體的細(xì)微差異來(lái)感知物體的深度,從而識(shí)別出立體圖像一般視差為6-7CM視覺因素-光角&視角光角視角立體視覺的形成具有深度感的圖像,形成立體感3D顯示裸眼式反射全息法透鏡全息法全像全息法體積全息法

全息二、3D顯示技術(shù)分類裸眼式透鏡陣列法視察擋板法微鏡投影法微位相差板法指向光源法

非全息輔助設(shè)備光分法色分法時(shí)分法3D顯示分類3D顯示技術(shù)原理立體圖相對(duì)技術(shù)體顯示技術(shù)全息技術(shù)裸眼式3D技術(shù)眼鏡式3D技術(shù)色差式快門式偏光式柱狀透鏡視差屏障指向光源立體圖相對(duì)技術(shù)

原理先產(chǎn)生場(chǎng)景的兩個(gè)視圖或多個(gè)視圖，然后用某種機(jī)制（如佩戴眼鏡）將不同視圖分別傳送給左右眼，確保每只眼睛只看到對(duì)應(yīng)的視圖而看不到其他視圖，從而產(chǎn)生立體視覺。這種技術(shù)的本質(zhì)只是在空間中產(chǎn)生兩張或多張平面圖像，通過“欺騙”人眼視覺系統(tǒng)而立體成像。這類技術(shù)會(huì)使人眼產(chǎn)生矛盾的晶狀體焦距調(diào)節(jié)和視線匯聚調(diào)節(jié)，長(zhǎng)時(shí)間觀看會(huì)產(chǎn)生視覺疲勞。三、3D顯示技術(shù)原理體顯示技術(shù)

原理此種技術(shù)是在物理上顯示了三個(gè)維度，能在空間中產(chǎn)生真正的3D效果。成像物體就像在空間中真實(shí)存在，觀察者能看到科幻電影中一般“懸浮”在半空中的3D透視圖像。從數(shù)字圖像處理技術(shù)來(lái)說，平面圖像對(duì)應(yīng)了二維數(shù)組，每個(gè)元素被稱為像素；而三維圖像對(duì)應(yīng)三維數(shù)組，每個(gè)元素被稱為體素。體顯示技術(shù)正是在空間中表現(xiàn)了這個(gè)三維數(shù)組。全息技術(shù)

原理全息技術(shù)是利用光波的干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體的真實(shí)感的一種成像技術(shù)。全息技術(shù)再現(xiàn)的圖像立體感強(qiáng)，具有真實(shí)的視覺效應(yīng)。除用光波產(chǎn)生全息圖外，現(xiàn)在已發(fā)展到可用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生全息圖，然而需要的計(jì)算量極其巨大。全息術(shù)應(yīng)該是3D顯示的終極解決方案，但目前還有很多技術(shù)問題有待解決，短期內(nèi)難有成熟產(chǎn)品量產(chǎn)。色差式采用互補(bǔ)色色彩將圖形或物體顯示在平面圖片上，觀視者通過光學(xué)濾色鏡對(duì)圖片進(jìn)行雙眼同時(shí)觀視，即可展現(xiàn)其圖形成物體的立體形態(tài)。立體圖相對(duì)技術(shù)色差式互補(bǔ)色眼鏡濾色原理色分法成像的圖

色分法的互補(bǔ)色眼鏡色差式特點(diǎn)：不需要改動(dòng)硬件設(shè)備，眼鏡設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，無(wú)需維護(hù)。兩只眼睛能看到的顏色不同，畫面顏色損失嚴(yán)重，而且亮度降低，畫面過濾不全引起“鬼影”而使得觀看效果大大降低。應(yīng)用于家庭觀賞和入門嘗試3D的產(chǎn)品。色差式常見問題解析：畫面閃爍畫面重影缺色色差式3D畫面用裸眼觀看時(shí)的效果偏光式

將左右眼欲看到影像以奇/偶列形成顯示影像，再由顯示器表面貼附”微相位差(Micro-Retarder)”轉(zhuǎn)為互相垂直的偏極光，觀賞者透過偏光式眼鏡達(dá)到立體視覺感受。（光分法）偏光式光：自然光偏振光偏光式—投影屏幕

以2臺(tái)偏光投影機(jī)(偏光角度互相垂直)于相同投影幕上同時(shí)播放左、右視角畫面，觀看者藉由左、右眼偏光角度互相垂直偏光式眼鏡觀看達(dá)到立體視覺。偏光式圓偏振光:線偏光片加上相位差膜(RetarderFilm)，使得光線因相位差膜而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角度的圓偏極光；因而圓偏光組成要素為偏光片加上相位差膜;偏光片+1/4波長(zhǎng)相位差膜(QuarterWaveRetarder)=左旋或右旋圓偏光片偏光式光分法顯示圖解圓偏振光的形成3D圖像的形成采用交錯(cuò)偏光片的3D液晶電視偏光片眼鏡IMAX3D影片？IMAX（即ImageMaximum的縮寫)是一種能夠放映比傳統(tǒng)膠片更大和更高解像度的電影放映系統(tǒng)。畫面高亮度、高清晰。

3D是畫面立體，同時(shí)在銀幕上投射出兩組獨(dú)立的影像：一組給左眼看，一組給右眼看。觀眾戴上特制的3D偏光鏡把看到的影像合并?？扉T式通過提高屏幕刷新率把圖像按幀一分為二，形成左右眼連續(xù)交錯(cuò)顯示的兩組畫面，通過快門式3D眼鏡的配合，使得這兩組畫面分別進(jìn)入左右雙眼，最終在大腦中合成3D立體圖像。（時(shí)分法）快門式主動(dòng)式LCD快門眼鏡，交替左眼和右眼看到的圖象以至于你的大腦將兩幅圖像融合成一體來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而產(chǎn)生了單幅圖像的3D深度感。快門式3D眼鏡HMD頭盔式顯示器快門式快門式顯示效果圖顯示器效果眼鏡效果視差屏障式顯示器同時(shí)播放左、右眼影像像素交叉，再由顯示器表面貼附具柵欄結(jié)構(gòu)的屏障片(Barrier)限制光的行進(jìn)路線，觀賞者于左、右眼影像畫素光線集中之設(shè)定區(qū)域達(dá)到立體視覺感受。視差屏障式合成圖視差屏障式光屏障式3D技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法是使用一個(gè)開關(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?yàn)?0°的垂直條紋。這些條紋寬幾十微米，通過它們的光就形成了垂直的細(xì)條柵模式，稱之為“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(yīng)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(yīng)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，通過將左眼和右眼的可視畫面分開，使觀者看到3D影像。通過光線遮擋的方式來(lái)產(chǎn)生視差從而實(shí)現(xiàn)立體效果優(yōu)點(diǎn)：與既有的LCD液晶工藝兼容，因此在量產(chǎn)性和成本上較具優(yōu)勢(shì)

缺點(diǎn)：畫面亮度低，分辨率會(huì)隨著顯示器在同一時(shí)間播出影像的增加呈反比降低視差屏障式顯示終端型號(hào)SY3DAP473D技術(shù)狹縫光柵式高亮屏裸眼多視點(diǎn)顯示技術(shù)最佳觀看距離4—6米3D視圖8/9自然分辨率全高清（1920×1080RGB-Pixel）自然亮度700cd/m2（3D圖像：視差屏障式顯示器柱狀透鏡式在顯示器前面板鑲上一塊柱透鏡板組成裸眼立體顯示的光學(xué)系統(tǒng)，像素的光線通過柱透鏡的折射，把視差圖像投射到人的左、右眼，經(jīng)視覺中樞的立體融合獲得立體感。柱透鏡板由細(xì)長(zhǎng)的半圓柱透鏡緊密排列構(gòu)成。左右眼視圖分別位于奇列和偶列像素上，形成視圖分區(qū)。柱透鏡陣列技術(shù)運(yùn)用折射原理,采用透鏡陣列技術(shù)產(chǎn)生立體效果透鏡陣列顯示器及其合成原理優(yōu)點(diǎn)：3D技術(shù)顯示效果更好，亮度不受到影響

缺點(diǎn)：相關(guān)制造與現(xiàn)有LCD液晶工藝不兼容。為透鏡投影顯示器指向光源式指向光源（DirectionalBacklight）3D技術(shù)是在LCD的像素層后使用一系列并排的線狀光源給像素列提供背光照明，線光源寬度極小并與液晶屏的列像素平行。密集的線光源照明使奇、偶列像素的圖像傳輸路徑分離，使左、右眼看到對(duì)應(yīng)的畫面。優(yōu)點(diǎn)：分辨率、透光率方面能保證，不會(huì)影響既有的設(shè)計(jì)架構(gòu)，3D顯示效果出色。

缺點(diǎn)：技術(shù)尚在開發(fā)，產(chǎn)品不成熟。3M公司的指向光源顯示屏

全息全息：（Holography）特指一種可以讓從物體發(fā)射的衍射光能夠被重現(xiàn)的3維技術(shù)，其位置和大小同之前一模一樣。從不同的位置觀測(cè)此物體，其顯示的像也會(huì)變化。

一種最基本的全息顯示圖像。記錄時(shí)利用相干光照射物體，物體表面的反射光和散射光到達(dá)記錄干板后形成物光波；同時(shí)引入另一束參考光波（平面光波或球面光波）照射記錄干板。對(duì)記錄干板曝光后便可獲得干涉圖形，即全息顯示圖像。再現(xiàn)時(shí)，利用與參考光波相同的光波照射記錄干板，人眼在透射光中觀看全息板，便可在板后原物處觀看到與原物完全相同的再現(xiàn)虛像。

透射式全息顯示圖像將物體置于全息板的右側(cè)，相干點(diǎn)光源從左方照射全息板。將直接照射至全息板平面上的光作為參考光；而將透過全息板（未經(jīng)處理過的全息板是透明的）的光射向物體，再由物體反射回全息板的光作為物光，兩束光干涉后便形成全息顯示圖像。由于記錄時(shí)物光與參考光分別從全息板兩側(cè)入射，故全息板上的干涉條紋層大致與全息板平面平行。再現(xiàn)時(shí)，利用光源從左方照射全息板，全息板中的各條紋層宛如鏡面一樣對(duì)再現(xiàn)光產(chǎn)生出反射，在反射光中觀看全息板便可在原物處觀看到再現(xiàn)的圖像。

反射式全息顯示圖像反射式原理圖

全像式（E-Holography）主要是麻省理工學(xué)院所發(fā)展的，是利用紅、藍(lán)、綠三色雷射光源，各自經(jīng)過聲光調(diào)變器晶體(AcousticOpticalModulator,AOM)，產(chǎn)生相位型光柵，帶著光柵訊息的雷射光經(jīng)過全像片合并之后，利用垂直掃描鏡(VerticalScanningmirror)及多面鏡(Polygonalmirror)，進(jìn)行垂直及水平的掃描，進(jìn)而將立體影像呈現(xiàn)出來(lái)，其優(yōu)點(diǎn)為全像片的取得容易且技術(shù)成熟，然而，影像大小常受限于聲光調(diào)變器晶體的大小，且多面鏡的掃描速度必須與三色雷射光源在晶體傳播速度同步。全像式全像式原理結(jié)構(gòu)圖上圖是一對(duì)從車的左右側(cè)面采取的圖像。全像式成像圖片德州儀器(TexasInstrument,TI)提出體積式顯示器。主要是利用一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的圓盤，配合由底下投影的雷射光源，由雷射光源投射到快速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生散射的效應(yīng)，以掃描空間中的每一點(diǎn)。

體顯示技術(shù)體積式原理圖基于運(yùn)動(dòng)掃描的體三維顯示螺旋面片上的像素運(yùn)動(dòng)情況即等價(jià)于像素沿軸向在兩個(gè)相距360/N的水平面間作豎直移動(dòng)，因此體素大小可以近似均等基于運(yùn)動(dòng)掃描的體三維顯示基于LED陣列平板旋轉(zhuǎn)的三維顯示優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：清晰度受限；平板旋轉(zhuǎn)屏三維體素的空間分布不均勻，

基于運(yùn)動(dòng)掃描的體三維顯示Felix3D系統(tǒng)

基于螺旋屏加激光掃描優(yōu)點(diǎn)：不需要復(fù)雜的轉(zhuǎn)向光學(xué)部件缺點(diǎn)：激光掃描器的速度有限，顯示容量受限基于運(yùn)動(dòng)掃描的體三維顯示Perspecta3D系統(tǒng)

采用柱面軸心旋轉(zhuǎn)外加空間投影的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能顯示近10億個(gè)體象素缺點(diǎn)：為了解決平面屏帶來(lái)的體素重疊死區(qū)，引入了復(fù)雜精密的光學(xué)中繼轉(zhuǎn)向器件，增加了系統(tǒng)的制備難度和生產(chǎn)成本。

體顯示技術(shù)靜態(tài)層疊式體三維顯示DepthCube3D系統(tǒng)

利用DLP投影，在層疊膽甾液晶屏幕上顯像優(yōu)點(diǎn)：避免了運(yùn)動(dòng)掃描方式固有的亮度和旋轉(zhuǎn)問題缺點(diǎn)：觀看角度受限，成本較高。體積式顯示器各方法的優(yōu)劣色分法：

實(shí)現(xiàn)3維簡(jiǎn)易，對(duì)視場(chǎng)和景深無(wú)嚴(yán)格的限制。但易引起眼部的疲勞。光分法：

寬視域、大景深，成像質(zhì)量?jī)?yōu)異，但頭部?jī)A斜是無(wú)法過濾掉另一方向的光。時(shí)分法：

丞相優(yōu)異，但眼鏡由液晶構(gòu)成成本較高。視察擋板法：無(wú)需其他輔助設(shè)備，能2D\3D切換，但有效像素低，光源被遮擋，亮度低。透鏡陣列法：畫面明亮，觀看簡(jiǎn)便，但對(duì)屏面與柱狀透鏡的配準(zhǔn)位置要求較高，圖像的清晰度亦受到柱狀透鏡屏密度的限制。指向光源法：易實(shí)現(xiàn)大屏幕，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，可2