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裸眼3D立体显示技术原理详解

2015-12-29 10:56
seele_jin
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  引言

  众所周知,现实世界是一个三维空间,除去时间这一维度,现实世界是由长度、宽度和高度三个维度组成,我们每天就生活在这个三维世界中,而现有的显示设备大多数都只能显示二维信息,并不能带给人真实的三维感觉。为了使显示的物体和场景具有深度感(也就是3D),人们纷纷对3D显示技术展开研究,经历了二十几年的发展,目前已取得了十分丰硕的成果。

  裸眼3D显示器被广泛应用于广告、传媒、示范教学、展览展示以及影视等各个不同领域。区别于传统的双目3D显示技术,裸眼3D显示由于拥有其裸眼的独特特性,即不需要观众佩戴眼镜或头盔便可观赏3D效果,且其逼真的景深及立体感,又极大提高了观众在观看体验时的视觉冲击力和沉浸感,成为产品推广、公众宣传及影像播放的最佳显示产品

  然而,观众不佩戴任何设备又是如何感知3D的呢?

  1、裸眼如何感知3D

  现实世界是三维世界,人眼观看物体时看到的图像具有位差,两幅图像之间的偏差我们称之为视差(disparity/parallax)。正是这种视差,使人们能区别物体的远近,并获得立体感。根据视差值的不同,视差又可分为正视差(positive parallax),负视差(negativeparallax)和零视差(zero parallax)。当观众在观看时,正视差使人产生物体深入屏幕的感觉;负视差使人产生物体悬浮于屏幕外的感觉;零视差是正视差和负视差的分界,物体刚好被投射到屏幕上,即我们常说的零平面。夏天夜晚的星星离我们很远,我们观看星星的视线几乎是平行的,这时视差接近于零,人眼难以区分星星的距离,因而我们觉得星星距离我们同样远,繁星仿佛在一个平面上没有立体感。

  人的大脑是一个极其复杂的神经系统,它可以将映入双眼的两幅具有视差的图像,经视神经中枢的融合反射,以及视觉心理反应便可产生三维立体感觉。利用这个原理,我们可以将两幅具有视差的左右图像通过显示器显示,将其分别送给左右眼,从而获得3D感。

  裸眼3D显示的原理一般是通过光栅或透镜将显示器显示的图像进行分光,从而使人眼接收到不同的图像,这样便实现了3D显示。狭缝光栅显示器通过在显示面板前方放置一个参数合适的狭缝,对显示的内容进行遮挡,在经过一定距离后,到达人眼的光线便可被分开,双眼接收到两幅含有视差的图像。图 1 中人眼就能分别看到蓝色和绿色,这样就能产生立体效果。

裸眼3D立体显示技术原理详解

  图 1 狭缝光栅显示原理

  Fig. 1 Principle of parallax barriers display

  柱状透镜式采用了相同的原理,只是实现的方式由狭缝换成了透镜,透镜通过对光的折射作用,将不同的显示内容折射到空间中不同的地方,到达人眼时显示的内容被分开,人眼接收到两幅含有视差的图像,这样便产生了立体效果,如图 2 所示。

裸眼3D立体显示技术原理详解

  图 2 柱状透镜显示原理

  Fig. 2 Principle of lenticular lenses display

  因而,裸眼立体显示仍基于立体视觉原理,只是通过改进立体显示器,以特定光学遮挡和光路传播控制的方式,实现将含有视差的图像分别传送到我们的左右眼睛,进而观看到立体影像。

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