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3D显示技术.doc 第1页/共10页 液晶显示的未来发展方向 3D显示技术 摘要:介绍三维显示技术的背景，原理及其一些重要研究成果，分别从眼镜式和裸眼式两个比较常规的方面进行阐述。其中，眼镜式3D显示技术主要从偏光式眼镜和快门式方面阐述，裸眼式分为全息立体技术、3维集成成像技术、体3维显示技术和基于视差的自由立体显示技术。其中体3维显示技术和基于水平视差的自由立体技术发展很快。 关键词(字):3D，眼镜式，裸眼式 ，显示技术 第一章 3D显示技术的技术背景介绍 提出要阐述的技术或问题，要达到的目标，或要完成任务所采取的方法、技术、设备等的总体介绍及相关背景信息。 众所周知，现实世界是真正的三维立体世界，而现有的显示设备绝大多数都只能显示二维信息，并不能给人以深度感觉。 为了使显示的场景和物体具有深度感觉(也就是3D)，人们在各方面进行了尝试。3D显示技术的研究经历了十几年的发展，取得了十分丰硕的成果，从各种手执式观测器、3D立体眼镜、头盔显示器，到现在最新的不需要眼镜的3D显示器，有用棱镜的、透镜的、光栅的、电子开关的等等很多成 。广泛应用的主要有3D Glasses和HMD，虽然它们都具有这样或那样的缺点。 第二章 3D显示技术的介绍和发展 1(3D显示技术的分析与介绍 现实世界是三维立体世界，它为人的双眼提供了两幅具有位差的图像，映入双眼后即形成立体视觉所需的视差，这样经视神经中枢的融合反射，以及视觉心理反应便产生了三维立体感觉。利用这个原理，通过显示器将两副具有位差的左图像和右图像分别呈现给左眼和右眼，就能获得3D的感觉。现实世界给人眼丰富的信息，其中产生立体效果的主要有静态视差和运动视差。 1.1 原理分析 1.1.1 单眼3D视觉 调节效应:物体的远近差异引起晶状体焦距及瞳孔直径的调节 单眼移动视差:位置的前后不同引起的移动时的差异(如速度) 1.1.2 双眼3D视觉 双眼视差:双眼从略微不同的角度注视物体，且双眼视像的差异 随距离改变 会聚效应:左右眼在观看远近不同的两点时，产生出的会聚角会 不一样，眼球转动的程度也不一样。这样便会有深度 不同的感觉 第2页/共10页 图1.1 不同距离的物体在两个视网膜上成像的夹角不同，从而分辨出远近. 1.1.3 竖直透镜与水平透镜 竖直透镜中的每一个透镜叶片将从方格面罩上的小孔中入射的光线在水平方向上偏向左眼或右眼的位置，每个水平的排列线都是EN,J,YL~不透明部分组成，而且与LCD上显示的合成图像的图像条纹对应。如左眼的水平条纹图像和由小孔和不透明部分组成的排列线之间的交叉关系，这里的排列线是和左眼的条纹图像对应的。显示了左眼的条纹图像后每个小孔的位置将从竖直透镜的透镜叶片的中心水平移动。同理，LCD上的每个右眼的条纹图像也是由射向右眼位置的光来显示，小孔和不透明部分的安排正好与左眼的相反。因此，当观察者在一个正确的位置上就能看见LCD上的立体图像。为了建立这个立体图像，竖直透镜的水平间距(例如透镜叶片的水平宽度)被设置为比方格面罩的间距(例如小孔的水平宽度加上不透明部分的水平宽度)小一点，而且，竖直透镜的透镜叶片的焦点在方格面罩上12(3I。图像生厩原理水平透镜的每个透镜叶片都和合成图像的一个水平条纹图像相对应，也和方格面罩上的一个排列线相对应。 水平透镜的透镜叶片能从每个水平排列线中的小孔射入的光线聚集(~LCD上的合成图像的每个水平条纹图像上。水平透镜的两个作用是:1)防止从排列线中的d,-~L中入射的光线射到另一只眼睛的条纹图像中;2)构建一个竖直方向上的大的观测区域。聚焦在水平 条纹图像的光线在显示条纹图像后将根据收敛的数字光圈扩散，从而构成一个大的竖直方向上的观测区域，结果，从背景光面板发射的光通过了方格面罩、竖直透镜、水平透镜和LCD形成了在水平方向上交替排列的竖直条纹。 1.2 眼镜式3D显示技术 1.2.1偏光式眼镜3D 第3页/共10页 图1.2 利用光波振动的方向性来做左右眼影像的区分。由于线偏光容易产生串 扰问题，目前的产品全部采用圆偏光系统。 图1.3 空间分割式偏光眼镜3D显示系统，优点是刷新频率不变，缺点是分辨率下降。 时间分割式则优缺点互换。 1.2.2 快门式眼镜3D ? 快门式眼镜3D系统类似于时间分割的偏振式眼镜3D系统，大 多是利用液晶控制透光度来做遮蔽 ? 在屏幕上以两倍的场频交互地显示左眼和右眼的影像，而快门眼镜则会动态地屏蔽使用者的左眼和右眼，利用人眼的视觉暂留机制， 第4页/共10页 两眼影像叠加后产生双眼视差。 ? 整套系统所需要的硬件，除了主动眼镜本身外，还需要一台 可以拥有两倍以上更新率的显示装置。另外，立体眼镜也还要有办法可 以和屏幕的画面同步。 优点:显示屏无改动 缺点:眼镜较贵且较重 2(提出解决问题的思想和思路。 问题:佩戴附属设别费用高，并且有时候会给用户带来恶心，头晕等不适感等等。 解决:研发在裸眼式3D显示领域的技术 3(对该技术的发展，即历史和现状进行阐述。 第三章 3D显示技术的应用 ? 透镜3D液晶显示技术 该技术是由飞利浦 和夏普 共同创导，其不需要佩戴眼镜，它是利用 在液晶的最表层添加了数组透镜，而在这层凸透镜数组上形成影像。其中每 个透镜以液晶像素成一个小的角度摆放，并且对应了7个液晶Cell，每一个 液晶像素有3个液晶Cell组成，具备呈现RGB三色的功能，再加上根据特殊 的算法，在液晶Cell中形成不同颜色，而最终形成影像，确保让观看者在左、 右眼上形成不同的图像，这样就可以看到逼真的三维效果，缺点是如果观看 液晶的角度不同，因为Barrier的效果减弱，而无法看到三维效果，而且多焦 点影像极易造成眼睛疲劳。 ? DFD立体显示技术 DFD(Depth-Fused 3D)是日本NTT根据全新的错视原理开发的景深融合型立体影像技术，其利用两片液晶显示器与half mirror，开发不需特殊眼镜就可以观赏的立体影像的技术，这种立体影像制作原理称为REAL。REAL立体影像的制作过程是先利用一般摄影机、相机、闪光灯摄影等方式拍摄影像，然后取一般摄影与闪光灯摄影拍摄影像灰色度两者的差分，再与一定峰值比较藉此获得二值化(0与1的数字元元化)的影像，接着抽出所谓的近影像领域，最后再将Relief状景深添加至近影像领域内。被照物景深形状除了球体比较接近真实景深外，其它物体都会出现某种程度的差异，只要近影像与远影像两者前后关系维持正确，且景深为连续性平滑状的话，通常利用肌理描绘(texture)作补正，就可以获得非常协调的立体影像。 第5页/共10页 三星 针对手机设备开发的3D OLED面板 ? 手机3D显示技术 除了桌面显示器外，手机、PDA等掌上设备的显示屏幕也将会采用3D显示技术。近期，三星 为我们展示了一款针对手机设备开发的3D OLED面板。考虑到便携性，这类手机3D屏幕不会要求人们佩戴专用的3D眼镜。除了三星 外，如东芝等厂商也推出了相关的技术，其原理是通过覆盖在屏幕上的一层特殊的“透镜”实现的。它可以把小型显示屏中显示的图像“分开”称两幅略微不同的画面，并分别送入左右眼中，让画面变得立体有深度。由于该“透镜”的厚度极薄，人的肉眼甚至无法直接看到它的存在，不会影响到画面的正常显示。 3D液晶显示器有望占领高端游戏市场 第6页/共10页 除了本文所说的在普通的2D屏幕中实现立体的画面的3D技术外，几年前国外有厂商推出了如地球仪似的球体显示设备，它能够真正显示出立体的3D效果，人们在不同的角度观察，能够看到不同的影像。不过这种显示设备更多的是用在医学或天文研究中，而不会作为消费类产品进行销售。 随着技术的进步，3D显示技术和普通消费者的距离已经越来越近，它不再是行业用户的专利。在三星 和优派均推出游戏性3D显示器后，人们可以将3D显示器搬到卧室内，而不用和其他人一起挤在电影院中观看。凭借着身临其境的立体画面，3D显示器对高端游戏玩家而言拥有极大的吸引力。除了针对个人用户外，3D显示器同样适合于商用以及科研，如展示分子结构模型、军事目标、文物艺术品展示、会展、大企业形象展示等各领域发挥其独特的作用。相信随着3D技术进一步成熟，我们今后会在生活的各个领域中看到3D显示设备的身影。 第四章 周边技术发展 4.1多视图显示和头部跟踪显示的基本原理 多视图显示和头部跟踪显示给观察者提供了一个不同于传统的二维显示或立体显示的三维世界，它结合了立体视差和移动视差对视觉产生的影响。4(3(1多视图显示基本原理图6表示一个观察者正在观看场景，他每只眼睛看见场景中不同的图像，而且，无论何时他移动头部时，都可以看见场景中的不同图像。他可以看见场景中无限多幅图像。图7表示将同样的观察空间分成有限数量的水平窗口，在每个窗口中只有一幅图像，观察者的每只眼睛分别看见一幅不同的图像，而且图像会随着头部的移动而变化，但是观察者必须从一个窗口到另一个跳跃式移动。这样少量的视图就能够提供立体视差和水平的移动视差，在水平视差上基本上没有限制，垂直方向E的视差也能提供，当然这时需要的图像数就是现在图像数的平方14I。观察图6现实世界 图7虐担世界图7中的有限数量的图像允许被输出到每个窗口的三维场景的不同图像代替(如图8所示)，这就是多视图立体显示的原理 。图8多视图显示多视图显示器在空间的多个区域中显示多个不同的图像。多视图显示的优点是观察者可以自由地在观察区域中移动他的头部，同时仍然感觉到3D图像;观察者可以通过简单的移动头部而环视场景中的物体;支持多个观察者同时观察，每个观察者在他自己的视点上都能够看见3D图像;不需要头部跟踪以及相关的复杂的技术。多视图显示的缺点是:建立多个视图的显示是十分困难的;同时产生所有的视图的问题，因为不管它是否被观察者看见，每个视图在整个时间中都是存在的;每个观察者在观察时有5O,的机会看见错误的图像，而且偏离理想的距离越远，这种可能性会越大 。 4.2头部跟踪显示 这种显示技术主要是针对单个观察者而言的，只显示两幅具有视差的图像，通过跟踪观察者的头部运动或眼球的转动来使每只眼睛始终看见的是正确的视图，如果图像的产生过程考虑了头部的位置，那么运动视差就能够被模拟出来，否则，头部跟踪显示仅仅只提供了静态视差。如果知道观察者的头部位置和眼睛观察的方向，那么恰当的图像就能在恰当的区域显示，这样就能防止观察者看见错误的图像，图9显示了头部跟踪显示器工作的基本原理，立体摄像仪跟踪头部运动，并将信息反馈给计算单元，经过计算处理得到人眼的位置和此时应该看见的图像，将图像信息传递给显示单元显示相应的图像，将位置信息传递给控制单元控制透镜组的运动使图像偏振到相应的位置，从而使左眼和右眼能够持续看见 第7页/共10页 相应的图像 。这种方法主要的困难是头部跟踪本身，现在有许多实现头部跟踪的方法，例如:电磁跟踪仪，红外线跟踪仪，摄像头跟踪 。 第五章 3D显示的发展趋势/方向 尽管3D电视和电影还没有普及，但研究者们已经在开发下一代3D技术 了。他们的奋斗目标是:可裸眼观看的三维显示器和可虚拟触摸、操作的3D 图像。这里我们主要阐述裸眼式三维显示，即自由立体显示技术，不需要佩 戴立体眼镜等附属设备的3D显示技术。 5.1视差挡板式裸眼3D ? 视差挡板就是在光路加上一些遮蔽物，把部分方向的光遮住， 只让某些角度的光可以传出去。 ? 挡板的位置经过精密计算，可以左眼像素(绿色)只被左眼看 到，右眼像素(红色)只被右眼看到。 优点:结构及制作比较简单 缺点:分辨率下降，亮度下降 5.2柱透镜式裸眼3D 基本原理是在面板前方，放上经过精确计算的透镜来改变光线的 方向。由左眼像素发出的光，会经过透镜的折射，都进入左眼的区域， 同样的右眼的像素也只进入右眼。 第8页/共10页 优点:亮度没有损失 缺点:分辨率下降，柱透镜加工精度要求较高 第六章 小结 6.1基于发光介质的体三维显示 利用两束可独立控制的能量射线(如激光)射入特定介质内，单根 射线的能量不足以激发跃迁。但两束射线交叉点高于跃迁能级，导致该 点发光。控制射线扫描便可形成由体素点集组成的三维图像。 6.2基于运动扫描的体三维显示 第9页/共10页 优点:结构简单 缺点:清晰度受限;平板旋转屏三维体素的空间分布不均匀 6.3静态层叠式体三维显示 图DepthCube 3D 系统 利用DLP投影，在层叠胆甾液晶屏幕上显像 优点:避免了运动扫描方式固有的亮度和旋转问题 缺点:观看角度受限，成本较高 , 收获和体会: 了解了3D显示技术的背景，现状和发展趋势，可以大概的分类为: 第10页/共10页 通过整体的了解，大概可以 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 出以下几条: 眼镜式3D显示技术已经具备进入家庭的条件 3D电视的用户体验还不够好，目前只适合成为电视机的附加功能 从技术路线看，3D电视只是目前产品的升级，产业链格局不会有大 的变化. , 不足和改进的方向: ? 眼镜式及裸眼式3D显示的缺陷: 仅利用了3D视觉中的双眼视差效应，但由于成像都在显示屏表面， 焦距固定，使得眼睛无法象观看一个真实物体时那样调节焦距，没 有物理深度感。 ? 改进方向: 体三维显示技术的提出就是为了解决这个问题，其图象是在真正的三 维空间构造，使得表现出的三维物体既有心理景深，更有物理景深。 参考文献: (1)期刊中的文献 1(秦开怀 罗建利 《自由立体显示技术及其发展》 《中国图像图形学报》 14卷10 期 2(李克彬 李世其 《3D显示技术的最新研究进展》 《计算机工程》 29卷 12 期 3. 康佳集团研究院 《3D显示技术》 (2)论文集 天雅 《未来行业发展趋势 3D显示技术全面解析》 (3)网络资源 www.baidu.com www.google.cn