3D顯示技術(shù)原理及發(fā)展(比較全面)

1、3,D,D,i,s,p,l,a,y,3D顯示技術(shù),什么是3D顯示技術(shù) 3D顯示技術(shù)的種類 3D顯示技術(shù)的原理 3D顯示技術(shù)的優(yōu)劣 3D顯示技術(shù)的發(fā)展 3D顯示技術(shù)的展望,講解內(nèi)容,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,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,3D顯示分類,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顯示原理,視差,人雙眼能同時(shí)看相同一方向，但是眼間距仍有約65mm，所以不

2、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。,非全息,利用光學(xué)等方法產(chǎn)生立體的視覺(jué)效果，但不能給人主觀選擇觀看的視角 。,色分法：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(guò)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)。,色分法成像的圖,色分法的互補(bǔ)色眼鏡,光分法：利用偏光片（通過(guò)如百葉窗般排列的矽晶體涂料薄膜（偏光膜）來(lái)濾原本朝向不同方向震動(dòng)的光線，會(huì)擋住與偏光膜方向垂直的光線，只讓與偏光膜方向相同的光線通過(guò)從而產(chǎn)生視差。,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,時(shí)分法：(快門法)通過(guò)提

3、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(guò)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。,快門式3D眼鏡,HMD 頭盔式顯示器,時(shí)分法顯示效果圖,顯示器效果,眼鏡效果,視察擋板法：是在屏幕表面設(shè)置稱為視差屏障的縱向柵欄狀光學(xué)屏障來(lái)控制光線行進(jìn)方向，讓左右兩眼接受不同影像產(chǎn)生視差達(dá)成立體顯示效果.視差遮屏，是以黑色于透明相間的直線條紋，將起置于離液晶面板一小段距離，讓觀賞者的其中一眼只能看到液晶面板奇數(shù)畫面，觀賞者另一眼則只眼看到液晶面板偶數(shù)畫面。,視察擋板法合成圖,后續(xù)廠商研發(fā)許多技術(shù)來(lái)改善視差屏障式 3D 立體顯示螢?zāi)坏南忍煜?/p>

4、制，像是采用可開關(guān)的液晶薄膜來(lái)充當(dāng)視差屏障，就能透過(guò)液晶屏障的開關(guān)來(lái)切換 2D / 3D 顯示模式，液晶屏障排列方式也可以制作成水平與垂直兩種方向，配合橫拿與直拿的需求切換。,視察擋板法顯示器,透鏡陣列法：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(guò)柱透鏡的折射，把視差圖像投射到人的左、右眼，經(jīng)視覺(jué)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，下圖顯示了柱透鏡方法的原理。左右眼視圖分別位于奇列和偶列像素上，形成視圖分區(qū)。,透鏡陣列顯示器及其合成原理,微透鏡投影：將圖像投影到由微透鏡組成的顯示屏上，經(jīng)過(guò)有微透鏡折射產(chǎn)生相差來(lái)達(dá)到立體成像。,為透鏡投

5、影顯示器,微位相差板法：微位相差板法是臺(tái)灣光電研究院研究成功的一種裸眼立體顯示技術(shù)。使用微位相差板改變光的偏極態(tài)來(lái)達(dá)到左、右視圖的分離。微位相差板立體顯示器不需要戴眼鏡，但是視角很小，需要和頭部跟蹤裝置配合使用,特殊照明法：線光源照明法的立體顯示器在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。,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

6、示的像也會(huì)變化。,透射式全息顯示圖像：透射式全息顯示圖像屬于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。,反射式全息顯示圖像：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(guò)全息板（未經(jīng)處理過(guò)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

7、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(guò)聲光調(diào)變器晶體(Acoustic Optical Modulator, AOM)，產(chǎn)生相位型光柵，帶著光柵訊息的雷射光經(jīng)過(guò)全像片合并之后，利用垂直掃描鏡(Vertical Scanning mirror)及多面鏡(Polygonal

8、 mirror)，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。該圖像是由本田的數(shù)據(jù)庫(kù)研究部提供的概念車本田EPX 。,全像式成像圖片,體積式(Volumetric)： 德州儀器(Texas Instrument, TI)提出一種利用雷射掃描立體影像顯示器，又有人稱之為體積式顯示器。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，藉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

9、的每一點(diǎn)，其缺點(diǎn)是影像中央必須有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，靠近軸心的影像旋轉(zhuǎn)速度較慢，立體影像較不清晰。,體積式原理圖,體積式原理圖,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(guò)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2D3D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。 微鏡投影法： 對(duì)光源要求較高，體積大。 微

10、位相差板法：畫面清晰，視角很小，需要和頭部 跟蹤裝置配合使用。 指向光源法：易實(shí)現(xiàn)大屏幕，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，可2D3D 轉(zhuǎn)換，但是整體亮度低。,透鏡全息法：圖像清晰逼真，景深較大 ，其光源激光會(huì)帶來(lái)特有的散斑效應(yīng)的弊病，即再現(xiàn)像面上附有微小而 隨機(jī)分布的顆粒狀結(jié)構(gòu)。 反射全息法：消除了激光的散斑效應(yīng) ，但作大屏幕技術(shù)難度較大；景深不太大，距記錄介質(zhì)平面較遠(yuǎn)處的圖像有點(diǎn)模糊不清。 全像全息法：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。 體積式全息法：會(huì)產(chǎn)生散射的效應(yīng)，缺點(diǎn)是影像中央必須有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，靠近軸心的影像旋轉(zhuǎn)速度較慢，立體影像較不清晰。,3D技術(shù)的優(yōu)劣,3D顯示技術(shù)從現(xiàn)階段來(lái)看，是劣勢(shì)多余優(yōu)勢(shì)。但是，3D是新事物，是顯示技術(shù)發(fā)展的方向，存在較多不足是新事物走向成熟所必經(jīng)的階段。,3D技術(shù)的發(fā)展,3D電視需求預(yù)測(cè),LG公式預(yù)測(cè)全球3D電視需求量： Screen Digest預(yù)測(cè)全球3D電視需