为什么全息的方法无法作为裸眼三维显示技术主流技术

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全息手机尚不存在 产品化仍待时日
   □本报记者 谢卫国 本报实习记者 徐学成
   亿思达近期发布“Takee全息手机”,引发一股“全息”概念股炒作热潮。7月30日,中国3D产业33家院校机构联合发布倡议,就“个人全息”概念予以驳斥,称所谓的“个人全息将全面淘汰裸眼3D”的判断将对消费者造成不实误导,并表示该技术距离产品化和产业化仍有相当距离,“全息手机”目前尚不存在。相关分析指出,目前全息显示技术尚未成熟,但作为行业发展趋势之一,未来前景值得期待。
   “全息”概念遭驳斥
   7月30日,中国3D产业33家院校机构联合发布《关于所谓“全球首款全息手机上市”的联合声明与行业自律倡议》,对近期被热炒的“个人全息”概念予以驳斥。
   在该《倡议》中,上述机构认为,全球全息技术尚处于实验室基础研究阶段,产业化尚未启动,中国也处于这个阶段,所谓“个人全息或智能全息”技术为核心“全息手机”并不存在。因此,关于“全球首款全息手机已经产品化上市,个人全息将全面淘汰裸眼3D,全息产业链已经就绪,全息信息科技文化消费时代已经到来”的判断将对全球消费者造成不实误导与概念欺诈。
   《倡议》同时援引相关数据表明,目前我国3D产业仍然保持着良好的竞争力。数据显示,2012年中国市场电视机销售总量4280万台,3D电视1875万台,占比43%;2013年销售总量6816.68万台,3D智能电视销量突破5000万台,超过2012年彩电业国内全年总销量。2012年中国3D电影银幕数量为9100块,2013年则达到11854块,增加了2754块,3D电影银幕的占比接近80%,全国不能放3D电影的影院已经近乎绝迹,占比约为0.5%。
   《倡议》还指出,眼镜式的3D智能电视等第一代3D产品已经普及,而以裸眼3D电视为代表的第二代3D产品的研发及产业化正在“以用户体验为核心”加速迭代上市。
   产品化仍待时日
   该《倡议》中所提及的“全球首款全息手机”系深圳市亿思达显示科技有限公司旗下产品“Takee手机”。
   7月17日,该款手机首次发布,进而引爆“全息”概念股。如裸眼3D核心显示部件供应商在7月28日、29日连续涨停。7月31日,深天马A报收16.87元/股,较Takee手机发布前的7月16日累计上涨逾18%。
   参加过Takee手机发布会的联讯证券在研报中透露,亿思达称该款手机应用了计算全息技术,通过追踪人眼的视角位置,基于全息图像数据模型计算出实际的全息图像,再通过特殊的指向性显示屏幕将左右眼的立体图像投射到人眼视网膜中,从而使人眼产生和实际环境感觉一样的视觉效果,即悬浮在屏幕上方空中的三维立体图像。
   但其在研报中也指出,该手机的实际全息显示效果低于所宣传的效果,全息显示效果仅是目前通常裸眼3D的效果,图像并未像宣传中所说的呈三维立体显示在屏幕上方。短期来看全息显示的相关技术并不成熟,对全息技术的追捧可告一段落。但长远来看,全息显示技术在未来必然会成为显示行业的发展趋势之一,相关技术仍值得期待。
   不过,亿思达的解释则是,目前没有全息视频、全息游戏的内容支持。
   深天马A7月29日发布澄清公告称,公司2013年底与亿思达集团开始合作开发基于液晶透镜技术的裸眼3D显示方案,并成为亿思达takee全息手机中关键显示器件的供应商之一。但该项目目前并未开始量产,未来的订单量存在不确定性,在订单尚未确定前,对公司业绩不会构成实质性影响。
   7月30日,在“2014(第五届)中国健康3D行动暨全息与裸眼3D技术及产业化研讨”活动上,中国3D产业联盟专家委员会主任委员王涌天指出,全息三维能够提供人眼所需要的所有的深度信息,不存在只供个人观赏的全息三维手机。而所谓的“全球首款全息手机”是伪全息概念产品,并且全球范围内全息技术目前并不成熟,距离产品化及产业化还有相当距离。
   中国证券报记者7月31日多次致电亿思达董事长刘美鸿,但对方手机一直无人接听。
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看过本文的人还看过裸眼3D是three-dimensional的缩写,就是图形。在计算机里显示3d图形,就是说在平面里显示三维图形。不像现实世界里,真实的,有真实的距离空间。计算机里只是看起来很像真实世界,因此在计算机显示的3d图形,就是让人眼看上就像真的一样。人眼有一个特性就是近大远小,就会形成立体感。&  计算机屏幕是平面的,我们之所以能欣赏到真如实物般的,是因为显示在屏幕上时色彩灰度的不同而使人眼产生视觉上的错觉,而将二维的计算机屏幕感知为三维图像。基于色彩学的有关知识,三维物体边缘的凸出部分一般显高亮度色,而凹下去的部分由于受光线的遮挡而显暗色。这一认识被广泛应用于或其他应用中对按钮、3d线条的绘制。比如要绘制的3d文字,即在原始位置显示高亮度颜色,而在左下或右上等位置用低亮度颜色勾勒出其轮廓,这样在视觉上便会产生3d文字的效果。具体实现时,可用完全一样的字体在不同的位置分别绘制两个不同颜色的2d文字,只要使两个文字的坐标合适,就完全可以在视觉上产生出不同效果的3d文字。&  主流的3D立体显示技术,仍然不能使我们摆脱特制眼镜的束缚,这使得其应用范围以及使用舒适度都打了折扣。而且不少3D技术会让长时间的体验者有、等感觉。于是,3D立体显示能够持续发展的动力,就落到了裸眼3D显示技术这一前沿科技身上。 &
分类及优缺点
从技术上来看,裸眼式3D可分为光屏障式柱状透镜技术和指向光源三种。裸眼式3D技术最大的优势便是摆脱了的束缚,但是、可视角度和可视距离等方面还存在很多不足。&  在观看的时候,观众需要和显示设备保持一定的位置才能看到3D效果的图像(3D效果受视角影响较大),3D画面和常见的和快门式3D技术尚有一定的差距。不过液晶面板行业巨头友达光电,研发巨头3M等已经在积极进行研发。光屏障式光屏障式—光屏障式3D技术也被称为视差屏障或视差障栅技术,其原理和较为类似,是由夏普欧洲实验室的工程师十余年的研究成功。光屏障式3D产品与既有的LCD液晶工艺兼容,因此在量产性和成本上较具优势,但采用此种技术的产品影像分辨率和亮度会下降。光屏障式3D技术的实现方法是使用一个开关、偏振膜和高分子液晶层,利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90°的垂直条纹。这些条纹宽几十,通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式,称之为“视差障壁”。而该技术正是利用了安置在背光模块及LCD面板间的视差障壁,在立体显示模式下,应该由左眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡右眼;同理,应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡左眼,通过将左眼和右眼的可视画面分开,使观者看到3D影像。&  优点:与既有的LCD液晶工艺兼容,因此在量产性和成本上较具优势。   缺点:画面亮度低,分辨率会随着显示器在同一时间播出影像的增加呈反比降低。柱状透镜柱状透镜—柱状透镜技术也被称为双凸透镜或微柱透镜3D技术,其最大的优势便是其亮度不会受到影响。柱状透镜3D技术的原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜,使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上,这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素,这样透镜就能以不同的方向投影每个子。于是双眼从不同的角度观看显示屏,就看到不同的子像素。不过像素间的间隙也会被放大,因此不能简单地叠加子像素。让柱透镜与像素列不是平行的,而是成一定的角度。这样就可以使每一组子像素重复投射视区,而不是只投射一组视差图像。之所以它的亮度不会受到影响,是因为柱状透镜不会阻挡背光,因此画面亮度能够得到很好地保障。不过由于它的3D显示基本原理仍与视差障壁技术有异曲同工之处,所以仍是一个比较难解决的问题。&  优点:3D技术显示效果更好,亮度不受到影响。   缺点:相关制造与现有LCD液晶工艺不兼容,需要投资新的设备和生产线。指向光源 指向光源—对指向光源3D技术投入较大精力的主要是3M公司,3D技术搭配两组,配合快速反应的面板和驱动方法,让3D内容以排序方式进入观看者的左右眼互换影像产生视差,进而让人眼感受到3D三维效果。前不久,3M公司刚刚展示了其研发成功的3D&光学膜,该产品的面试实现了无需佩戴&3D&眼镜,就可以在手机,及其他手持设备中显示真正的三维立体影像,极大地增强了基于移动设备的交流和互动。&  优点:分辨率、透光率方面能保证,不会影响既有的设计架构,3D显示效果出色 。  缺点:技术尚在开发,产品不成熟。
裸眼3D主要的裸眼3D显示技术都是在以下这两种技术的基础上改良而成的。一是视差障壁技术,另一个为柱状透镜技术。&另外还有改进版的新技术:MLD技术&。  A.视差障壁技术&  看过之前系列的文章的朋友,或者还记得高中物理的朋友,应该知道电影院在放映3D电影时,广泛采用的是偏振眼镜法。而视差障壁(Parallax&Barrier)技术(它也被称为视差屏障或视差障栅技术),与偏振眼镜法有些相似,不过一个需要通过眼镜,另一个却不需要。视差障壁技术是由夏普欧洲实验室的经过十年研究所得。它的实现方法是使用一个开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层,利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90°的垂直条纹。&  这些条纹宽几十微米,通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式,称之为“视差障壁”。而该技术正是利用了安置在背光模块及LCD面板间的视差障壁,在立体显示模式下,应该由左眼看到的图像显示在上时,不透明的条纹会遮挡右眼;同理,应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡左眼,通过将和的可视画面分开,使观者看到3D影像。缺陷:由于背光遭到视差障壁的阻挡,所以亮度也会随之降低,要看到高亮度的画面比较困难。除此之外,分辨率也会随着显示器在同一时间播出影像的增加成反比降低,导致清晰度的降低。&  B.柱状透镜技术& 另一项名为柱状透镜(Lenticular&Lens)的技术,也被称为双凸透镜或微柱透镜。它相比视差障壁技术最大的优点是其亮度不会受到影响。它的原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状,使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上,这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素,这样透镜就能以不同的方向每个子像素。于是双眼从不同的角度观看显示屏,就看到不同的子像素。不过像素间的间隙也会被放大,因此不能简单地叠加子像素。让柱透镜与像素列不是的,而是成一定的。这样就可以使每一组子像素重复投射视区,而不是只投射一组视差图像。&  之所以它的不会受到影响,是因为柱状透镜不会阻挡背光,因此画面亮度能够得到很好地保障。不过由于它的3D显示基本原理仍与视差障壁技术有异曲同工之处,所以分辨率仍是一个比较难解决的问题。&C. MLD技术&  2009年4月,美国PureDepth公司宣布研发出改进后的裸眼3D技术——MLD(multi-layer&display多层显示),这种技术能够通过一定间隔重叠的两块液晶面板,实现在不使用专用眼镜的情况下,观看文字及图画时所呈现3D影像的效果。与以往采用柱状透镜技术的裸眼3D显示器相比,MLD技术具有以下几个优点:& 一、观看3D影像时,用户不会产生眩晕、头疼及等副作用;&  二、3D显示时,屏幕的分辨率不会降低;&  三、可组合显示文字等影像和3D影像;&  四、对观看3D影像的及没有太大的限制,通俗点说就是可视角度够大。采用MLD技术的显示设备已经在美国拉斯维加斯的部分娱乐场所得到了应用,并取得了良好的效果。
裸眼3D广告机裸眼3D广告机有82寸、46寸、24寸、21.5寸等,以82寸裸眼3D广告机为例。&&裸眼3D广告机裸眼3D技术&柱镜光栅(高亮度)&3D网络播放平台&支持&亮度&400nits&对比度&500:1&分辨率&&3D可适角度&70°&3D最佳观赏距离&4.2m-7m(TBD)&主机类型&集成标配主机&长&191.8cm&宽&112.8cm&厚(Max)&20.57cm&重量&180Kg&裸眼3D灯箱裸眼3D灯箱,是利用人两眼具有视差的特性,在不需要任何辅助设备(如3D眼镜、头盔等)的情况下,即&裸眼3D灯箱可获得具有空间、深度的逼真立体影像。画中事物即可以凸出于画面之外,也可以深藏于画面之中。色彩艳丽、层次分明、活灵活现、栩栩如生,是真正意义上的三维立体影像。裸眼立体影像以其真实生动的表现力,优美高雅的环境感染力,强烈震撼的视觉冲击力深受广大消费者的青睐。产品参数表裸眼3D灯箱&图片更换&支持更换画面&通用场景&机场、车站、展览展示、公司企业等&长&N/A(可定制)&宽&N/A(可定制)&厚(Max)&N/A(可定制)&接口类型&220V(AV)/12V(DC)&产品优势&优势一&摆脱3D眼镜,轻松体验无懈可击的立体影像效果&优势二&大范围观看距离,全角3D显示&优势三&可以根据客户的要求定制尺寸大小、外观&产品特点&特点一&功耗低,节能环保&特点二&外观时尚、精致&裸眼3D笔记本裸眼3D笔记本,在中国专注裸眼3D技术笔记本的只有卓美华视,未来将与各大品牌(如联想、华硕、戴尔(DELL)、ThinkPad、惠普(HP)、苹果(Apple)、宏基(Acer)、索尼、东芝、三星等)合作推出裸眼3D笔记本。裸眼3D技术&TN液晶盒+柱状透镜&3D网络播放平台&支持&亮度&300nits&对比度&600:1&分辨率&&可视角度&全角范围显示&最佳观赏距离&0.6m-1m&2D-3D切换&支持&预装系统&win8&主机类型&主流配置&屏幕尺寸&15.6inch&长&950px&宽&625px&厚(Max)&75px&重量&1.7Kg&游戏机3DS应该是世界上第一台实用化的裸眼3D游戏设备任天堂公司为了推动已经发布5年的DS游戏机需求,计划推出新的3DS掌上游戏机,使用户不需要特殊眼镜就可玩三维游戏。为了完成裸眼3D效果,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上,但不适合大屏电视。&据任天堂公司介绍,新便携游戏机被命名为Nintendo&3DS(N3DS),并可玩为原先DS型号游戏机制作的游戏。N3DS的显示屏将不到4寸,小于4.2寸的DSiLL。这次任天堂正式采用追加了电视、电影中运用的3D功能技术运用在游戏里,并将以次作为抗衡索尼和苹果等推出的便携式设备、游戏机等。“裸眼技术”进行3D表现,将会令“N3DS”成为世界上首个在游戏机上普及该技术的主机。在过去的30年里,一直在试图发觉3D游戏的潜力。早在1980年,任天堂就开发了第一个商用的3D产品——一款,可以配合持FC游戏机的光盘播放器,但这个项目从未走出过日本,最后以失败告终。1995年,任天堂又开发出了Virtual&Boy,一样支持3D显示,但还是遭到可耻的失败。这几年的经验似乎在告诉任天堂,不要应用3D技术到Wii上。虽然本周末任天堂在北美和欧洲推出了具有3D功能的Nintendo&3DS游戏机,虽然销售尚未可期,但根据任天堂美国总裁Reggie&Fils-&Aime的看法,目前热门的裸眼3D技术在大屏幕显示上面还不是那么完备,不足以让公司全线产品去使用该技术。 电视视差阻隔技术3D平板电视需要3D眼镜绝对会是3D电视普及的一个障碍,因此裸眼3D技术成为众多厂商的一个开发重点。 “裸眼‘’是组合目前我们拥有的面板技术和引擎技术实现的。虽然是技术导向型产品,不过还是希望在消费市场上一决胜负”。&于2010年12月下旬就上市了可裸眼观看三维(3D)影像的液晶电视“Glass-Less&REGZA&GL1”。东芝将上市的是画面尺寸为20英寸和12英寸的两款产品。市场预估价格方面,20英寸产品为24万日元左右,12英寸产品为12万日元左右,采用了较低的定价。“为获得一定销量,进行了战略性定价”(大角)。预计销售目标为每月1000台。&  为使早日投产,东芝采用了不同于需要使用专用眼镜的“CELL&REGZA”3D液晶电视的技术。&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”(图1)。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)。&&显示3D影像时,20英寸产品的像素数为(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。3D卡贴发展到如今几乎已经涉及到众多领域,除了上面所说的还有立体卡片。最早人们看到的立体卡片看时间长了,会有头晕,眼晕,不舒服的情况,但是如今的裸眼3D立体卡片却不会有这种感觉,而且会使人看着特别舒服。&裸眼3D卡贴的应用领域也特别多,比如说应用到墙壁纸、广告画、包装盒等等。如今也运用到了手机壳上,尤其是iPhone的手机壳,由于iPhone4S的大卖,专属的iPhone4S壳也受到人们的好评,如今也是十分畅销。&MP5 裸眼3D MP5 2010年12月上市裸眼3D&MP5&PM5950&3D。该款产品可支持2D\3D模式一键切换,4.3英寸TFT显示屏,800*480分辨率高清晰显示,支持触摸操作,支持3D视频或图片播放,可自由选择3D和2D模式。&&&& 光屏障式3D技术也被称为视差屏障或视差障栅技术,其原理和偏振式3D较为类似。光屏障式3D产品与既有的LCD液晶工艺兼容,因此在量产性和成本上较具优势,但采用此种技术的产品影像分辨率和亮度会下降。&&&& 光屏障式3D技术的实现方法是使用一个开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层,利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90°的垂直条纹。这些条纹宽几十微米,通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式,称之为“视差障壁”。而该技术正是利用了安置在背光模块及LCD面板间的视差障壁,在立体显示模式下,应该由左眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡右眼;同理,应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡左眼,通过将左眼和右眼的可视画面分开,使观者看到3D影像。移动设备惠普公司的研究人员开发出了一种让裸眼3D视频能以较大角度在移动设备上播放的办法,这样用户通过幕就能更完整地看到物体。科学家们利用纳米技术将多个带有微小沟槽的圆圈蚀刻到显示屏的玻璃层上。这些沟槽会使光线发生弯曲,从而可以从64个不同的视角观看。通过移动屏幕,人们将在任一时刻透过这些视角中的两个进行观看,一个通过左眼,一个通过右眼。结果图像就会以3D呈现。这篇论文的第一作者戴维·法特尔说,这种效果“很像你在电影中看到的莉亚公主的全息影像”。不过,他承认这种效果不会和全息影像完全一样,因为图像不会像电影中莉亚的投影那样远远突出于屏幕之外。这项技术不会很快就出现在电影院里。法特尔说,虽然可以用电脑动画技术来制作移动影像,但现场拍摄将需要一组64台摄像机同时拍摄一个物体。
裸眼3D技术可以分为光屏障式、柱状透镜式以及方向性背光3D技术。早在2009年,美国的PureDepth&公司研究开发出来的多层显示技术(MLD)就是一种裸眼3D显示技术,这种技术的好处是不会让观众产生观看的不良反应,如恶心,眩晕等。同时这种技术还突破了视野以及角度的限制,使得观看场所可以进一步的扩大。最为个性化的一点是,使用这种3D&显示技术还可以添加二维的字幕。现该技术已经在美国拉斯维加斯地区推广使用。相比较于MLD技术,柱状透镜式3D显示技术就不具有什么优势。柱状透镜式顾名思义就是要使用到柱状的透镜。在液晶显示屏幕前加装一排柱状的透镜,这样图像就会呈现在透镜的焦平面上。从而将图像中的各个像素点通过透镜呈现在人的两个眼睛中,一旦像素点的光通过不同的角度进入左右眼后,人就会在大脑中将双眼所接收到的图像进行叠加形成3D图像。柱状透镜式3D显示技术与其他的显示技术相比,主要优势就是在于能够达到图像的亮度要求,但是图像毕竟是通过了一层透镜呈现在观众眼前,所以在图像的分辨率上很难有更大的突破。而且在液晶屏幕前加装透镜需要更大的制造成本,后期维护成本也很高,不利于推广使用。光屏障式3D&显示技术是由夏普公司欧洲研发部的几位工程师共同研发出来的新型显示技术,该技术是通过在LCD液晶面板和内部发光器件之间增设偏振模和高分子层,当图像通过液晶面板显示在观众面前时,偏振模可以将左右眼接受的画面区分开来,从而在观众大脑中形成立体的显示画面。这种技术是将偏振模和高分子层集成在了显示器的内部,能够在最广以及成本控制方面起到一定的作用,但是在图像的显示方面难以提高亮度,同时难3D显示技术。方向性光源3D技术在显示原理上和上述显示技术基本类似,不同的是该技术在呈现3D画面时需要两块背景光源。在观众的左右眼同时接收画面时,处在不同方向上的背景光源依次交替点亮,透过3M反射膜交替在观众面前呈现左右眼画面。由于人眼具有一定的视觉暂停时间,所以交替出现的画面就能够在人脑中形成3D&画面。但是最终的显示效果同样无法满足高清晰度的要求。裸眼3D显示器的关键技术主要有视图进行分离的光学原理、亚屏幕分区、独立视图的呈现、立体显示液晶屏图形处理软件等。实际上裸眼3D就是根据人们眼睛的视差进行相应图像呈现的,只要能够合理的分配左右眼图像呈现就能够出现立体的视频效果。亚屏幕分区就是将裸眼显示器进行视图分区,每一个视图都有固定的区域。在进行视频显示时需要将每一个亚屏幕中的图像进行相互交错呈现,已在观众大脑中形成立体视频。当前的裸眼3D&显示技术还不够成熟,想真正的在人们生活中实现随处可用随处可见的裸眼3D显示还为之尚早。但是裸眼3D显示所能够给人们带来的巨大视觉享受还是激发着相关人员的研究热情,其巨大的市场潜力也推动着相关技术的不断进步以达到高清显示效果。因此也不算是一种成熟的裸眼。
裸眼3D显示终端编码方式
3D图像呈现需要传输大量数据,所以要想进行3D技术的升级,就必须在进行数据压缩方面的技术相当先进。传统的3D&图像编码基本是将左侧传输通道作为数据的基本层,而右侧传输通道作为左侧通道的辅助层。欧洲的ATTEST系统框架在进行3D图像数据传输时所采用的是单通道视频数据传输,同时配合相应深度数据的3D&立体视频格式。通过将深度视频数据进行超轻压缩,从而起到减少数据量的效果,同时视频数据主要使用单通道进行传输。Orbi以及Interview在进行深度编码是所使用的编码码率分别是各自进行单通道编码时码率的6.2%和3.5%。这种3D立体图像呈现终端的编码方式适合传统的裸眼3D显示技术,它们的成像原理基本都是左右眼分别接受传输过来的图像信息,然后在大脑中形成立体图形,所以只需要两个通道即可传输视频数据。然而要想实现裸眼3D&视频显示,所需要输出的数据量更加庞大,传统的显示终端编码方式理论上根本不可能实现。但是在裸眼3D&显示方面较为成功的就是基于视差的立体视频终端编码方法。它的主要工作原理是:首先对左眼所要接收的图像信息进行H.264&标准编码,然后将编码过得左眼接收图像和右眼接收图像进行比对,进行视觉估计得到相应的视觉差别信息,在对这些信息进行H.264&编码;将最终产生的左眼数据码流和视差数据码流通过传输通道送至解码端,进行解码操作得出经过编码后的左眼视图以及编码后的视差视图,根据这些信息得出右眼视图数据以及其他的六个视点的数据信息,并最终整合所有数据在裸眼3D立体显示器上进行显示。这种显示终端编码方式也在一些实际的显示器中应用,但是还是存在着一些问题:屏幕会出现闪烁,这是显示器一直以来都存在的问题。不同大小的屏幕,不同的显示环境均会造成闪烁的强度以及频率不同;因为DLP屏幕前的光栅在周期性的移动,很容易在观众的某个区域产生与原来画面像素不同的像素,这就是我们俗称的彩虹效应,在裸眼3D&显示器中也会存在。这些问题想要彻底消除是非常困难的,相关技术还均处在研究的阶段。&&
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计算全息三维显示的技术研究
【摘要】:随着显示技术的快速发展,传统的二维显示技术已无法满足人们对图像显示的要求,三维立体显示技术逐渐成为一个新的研究热点。全息技术作为一种真三维立体显示技术,其具有裸眼观看,再现像能够提供真彩色和物体景深的优点。计算全息是制作全息图的一种新技术,它通过使用计算机来模拟光学全息记录的物理过程,相比于传统的光学全息和数字全息技术,其具有对环境要求低、灵活性高、可重复性等优点。但是,目前计算全息仍存在着诸多问题阻碍其发展和应用,本文针对现有问题展开讨论,重点研究了三维计算全息的理论与算法、真实三维物体大数据信息情况下的计算全息编码加速方法、基于空间光调制器的计算全息三维显示方法,并通过搭建实验系统,验证了本文提出的新方法的可行性。
首先,分析了现有的计算全息编码方法,得到了各种编码方式的适用范围。在此基础上,本文采用了编码方式灵活及简便的博奇编码。为了解决真实三维物体大数据信息情况下计算全息快速编码的问题,利用静态三维相机获取真实三维物体的数据信息,在现有的实验条件下,基于三维计算全息中的点源法,采用组件对象模型技术,将MATLAB与VC++结合实现相关的编程,有效的改善了三维物体大数据量编码计算时间长的问题,并通过对不同大小数据量的三维数据进行实验,证实了该方法具有较高的可靠性和实用性。在此基础上,实现了真实三维物体多视角的全息计算和数值仿真。另外,为了实现真彩色三维物体的计算全息显示,本文分析了真彩色三维物体制作计算全息图的方法,并结合层析法和点源法,实现了真彩色三维物体的全息图计算及数值再现。
然后,为了进一步研究计算全息三维显示的方法,利用数字微镜器件(Digital Micro-mirror Device, DMD)构造了一套全息显示系统,基于三维计算全息中的层析法,结合菲涅尔衍射积分算法中的角谱法,探讨了全息图的计算与DMD参数之间的关系,并利用修正立轴参考光编码的方式,得到了计算全息图。通过对全息图进行数值仿真和光电实验验证均得到了有益的结论:该方法确实能够较好的再现原三维物体。
最后,为了实现基于DMD的高质量全息图再现,本文阐述了DMD的灰度调制特性及其衍射特性。从灰度调制理论与菲涅尔衍射理论方面探讨了DMD进行全息显示的机理,并根据DMD的显示原理,提出了“灰度调制”计算全息图的方法,实现了基于DMD的全息图高质量再现,这一结果对DMD用于计算全息显示是有帮助的。
论文对计算全息三维显示技术进行了相关研究,内容涵盖理论探讨、数值仿真、实验论证等方面。论文工作可为进一步研究基于空间光调制器的全息三维显示提供一定的参考价值,对其他实时计算全息系统的开发具有一定的借鉴意义。
【关键词】:
【学位授予单位】:昆明理工大学【学位级别】:硕士【学位授予年份】:2013【分类号】:TN27【目录】:
摘要6-8Abstract8-13第一章 绪论13-31 1.1 全息术的发展概况13-18
1.1.1 全息术的发展历史13-14
1.1.2 计算全息概述14-18 1.2 国内外三维显示研究现状18-29
1.2.1 双目立体显示技术18-21
1.2.2 空间立体显示技术21-26
1.2.3 三维显示中影像的承载方式26-29 1.3 论文的研究意义、研究内容和结构29-31
1.3.1 研究意义29
1.3.2 论文的主要研究内容29-30
1.3.3 论文结构30-31第二章 计算全息的基本原理31-43 2.1 计算全息的基本理论31-35
2.1.1 计算全息简介31-32
2.1.2 计算全息的理论基础32-34
2.1.3 计算全息的分类34
2.1.4 计算全息的优点及应用34-35 2.2 计算全息的编码方法35-41
2.2.1 迂回相位编码方法35-38
2.2.2 修正离轴参考光的编码方法38-39
2.2.3 二元脉冲密度编码39-40
2.2.4 相息图编码技术40-41
2.2.5 典型编码方式的比较分析41 2.4 本章小结41-43第三章 三维计算全息算法研究及数值仿真43-69 3.1 菲涅尔衍射积分原理43-49
3.1.1 傅里叶变换算法46-48
3.1.2 卷积算法48-49
3.1.3 角谱算法49 3.2 三维物体全息图的计算方法及比较49-55
3.2.1 点源集合法50-51
3.2.2 多视角投影法51-52
3.2.3 平面波角谱法52-53
3.2.4 层析法53-55
3.2.5 几种方法的比较分析55 3.3 三维物体的计算全息图快速编码研究55-61
3.3.1 基于点源法的虚拟三维物体的全息计算56-57
3.3.2 基于静态三维相机获取的实际三维数据的全息计算57-59
3.3.3 基于混合编程的全息编码加速方法研究59-61 3.4 三维物体多视角的全息图计算及数值再现61-63
3.4.1 空间坐标变换61-62
3.4.2 三维物体多视角的全息图计算及数值再现62-63 3.5 真彩色三维物体的全息图计算及数值再现63-68
3.5.1 “调整像素总量”的真彩色三维物体全息计算及数值再现64-68 3.6 本章小结68-69第四章 采用空间光调制器进行仿真研究69-81 4.1 数字微镜器件70-71
4.1.1 数字微镜器件的结构与性能70
4.1.2 数字微镜器件的工作原理70-71 4.2 基于DMD的计算全息三维显示71-75
4.2.1 用于DMD显示的菲涅尔全息图计算71-73
4.2.2 三维物体的全息图计算73-74
4.2.3 实验数值仿真74-75 4.3 基于DMD的计算全息再现像质增强75-80
4.3.1 DMD对全息图的调制及衍射75-76
4.3.2 DMD再现全息图像质量的主要影响因素及改善方法76-77
4.3.3 实验数值仿真77-80 4.4 本章小结80-81第五章 计算全息三维立体显示实验研究81-87 5.1 基于DMD的全息三维显示实验系统81-83 5.2 基于DMD的计算全息三维显示光电实验83-84 5.3 基于静态三维相机的多视角全息图光电实验84-85 5.4 基于DMD的计算全息再现像质增强光电实验85-86 5.5 本章小结86-87第六章 总结和展望87-89 6.1 总结87-88 6.2 展望88-89致谢89-91参考文献91-98附录 攻读硕士期间发表论文目录98
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