“3D熱”中的解疑問(wèn)答之“3D 投影”篇
全球范圍內(nèi),三維(3D)技術(shù)近年來(lái)尤其是近一二年的發(fā)展,正以前所未有的驚人速度向前奔進(jìn)著,其應(yīng)用的領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大、延伸、拓展。3D技術(shù)的推出不僅因第三維深度元素的加入還原了真實(shí)世界的本來(lái)面貌,使得人們?cè)谟闪?xí)以為常的普通2D平面影像視圖轉(zhuǎn)變?yōu)?D立體影像視圖中所獲得的視感體驗(yàn)更真切,視覺(jué)享受得到提升,更主要的是給教學(xué)、科研、開(kāi)發(fā)、制造等工作帶來(lái)了極大的方便。3D的覆蓋范圍迄今已從最初的3D影視擴(kuò)展至3D游戲、3D電腦、3D軟件、3D廣告、3D網(wǎng)絡(luò)及3D診療等諸多領(lǐng)域。由于3D技術(shù)的發(fā)展較快,相信不少人因來(lái)不及對(duì)其“消化”,了解朦朦朧朧,或一知半解,或知其然而不知其所以然,產(chǎn)生各種各樣的疑問(wèn),或不解也是很自然的。下面就已過(guò)渡或正在過(guò)渡到3D的消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域可能出現(xiàn)或產(chǎn)生的疑問(wèn)進(jìn)行解答,不夠詳細(xì)、不夠深透那是肯定的,但只要有讀者不同程度地從中知曉點(diǎn)什么,筆者的期許也就達(dá)到了。
一、3D投影機(jī)如何實(shí)現(xiàn)立體圖像投射?
3D投影方式有幾種,這里簡(jiǎn)單介紹DLP 3D投影方式的立體成像過(guò)程。3D投影的關(guān)鍵是投影機(jī)必須具備生成兩幅圖像的能力。D L P技術(shù)是通過(guò)幾百萬(wàn)片數(shù)字微鏡片對(duì)光的反射來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的投射。由于DLP 成像芯片對(duì)光的反應(yīng)速度以及該投影成像技術(shù)對(duì)圖像信息的處理速度都極其快速,因而可同時(shí)將投影機(jī)生成的左右兩幅圖像投射到銀幕上,與此同時(shí),有源(主動(dòng))眼鏡可以獲得3D信源無(wú)縫同步傳輸來(lái)的左右視圖信息數(shù)據(jù)。DLP 3D投影方式的成功因素之一得益于DLP Link DLP技術(shù)的應(yīng)用。DLP (Digital Light Processing) Link實(shí)際上是一個(gè)通信協(xié)議,是專(zhuān)為采用DLP芯片的DLP 電視機(jī)和DLP 投影機(jī)而制訂。DLP芯片會(huì)在每一幀圖像畫(huà)面顯示屏幕之際將“植入”的光信號(hào)發(fā)送給3D眼鏡,以實(shí)現(xiàn)顯示于銀幕的3D圖像與眼鏡左右鏡片操作的同步。除向銀幕投射兩幅圖像外,DLP 芯片還能在每一視頻幀之間向眼鏡發(fā)送附加信息數(shù)據(jù)。DLP 3D投影機(jī)與被DLP Link激活的眼鏡之間的通信方式意味著正是這一特殊的傳輸技術(shù)的應(yīng)用省卻了一臺(tái)用于同步投影機(jī)與3D眼鏡信號(hào)通信的發(fā)射器,無(wú)需特殊的發(fā)射器或其它第三方的傳輸設(shè)備相助是DLP 3D投影方式的特色之一。采用DLP Link技術(shù)的DLP 3D投影機(jī)借助有源(主動(dòng))眼鏡就能讓觀者在家里體驗(yàn)大銀幕三維立體影像所帶來(lái)的逼真效果。[!--empirenews.page--]
二、可否具體介紹一下幾種投影成像顯示方式?
經(jīng)過(guò)多年的努力,迄今為止世界范圍內(nèi)已開(kāi)發(fā)出業(yè)已成熟的幾項(xiàng)3D投影顯示技術(shù)盡管各有長(zhǎng)短,但都能實(shí)現(xiàn)3D投影,主要有以下幾種:
1、Anaglyph
Anaglyph是最早的立體成像顯示技術(shù),該成像顯示技術(shù)方案利用的是“補(bǔ)色法”(也稱(chēng)色分法)原理來(lái)獲得立體顯示效果。通常使用由互為補(bǔ)色的紅/ 藍(lán)(或紅/綠)濾光片裝配而成的3D眼鏡進(jìn)行畫(huà)面濾光,兩種顏色分別代表左、右眼觀看的圖像。如果觀看時(shí)戴上的是左紅右藍(lán)的兩色眼鏡,此時(shí)左眼只能看到紅色的圖像(紅色鏡片濾掉了藍(lán)色圖像);而右眼只能看到藍(lán)色圖像(藍(lán)色鏡片濾掉了紅色圖像)。稍有不同的左右視圖在眼睛視網(wǎng)膜上的 疊加就使大腦有了立體視感。該成像方案會(huì)導(dǎo)致畫(huà)面邊緣部分有明顯的色彩分離現(xiàn)象,圖像質(zhì)量與3D效果均較差。當(dāng)然,該立體成像方案也有技術(shù)門(mén)坎不高但相當(dāng)成熟、眼鏡成本低廉、對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的要求低、總體投資成本小以及節(jié)目?jī)?nèi)容制作簡(jiǎn)單等特點(diǎn) 。除了最廣泛使用的紅/ 藍(lán)色外,還可以選用紅/青、黃/藍(lán)、綠/紫等互補(bǔ)色實(shí)現(xiàn)立體效果顯示。
2、Passive Polarization
Passive Polarization成像顯示技術(shù)方案通常被簡(jiǎn)稱(chēng)為偏光法或光分法,該成像方法運(yùn)用于3D時(shí)通常要借助一臺(tái)顯卡具有雙輸出接口的電 腦,將 3 D 信 號(hào) 同 時(shí) 輸出到 兩臺(tái) 性能參數(shù)完全相同的投影機(jī)中,同時(shí)借助設(shè)置于兩臺(tái)投影機(jī)鏡頭前方的互成90度的偏振鏡片對(duì)投射圖像進(jìn)行水平方向和垂直方向的濾光,以實(shí)現(xiàn)左右兩幅圖像的分離。涂有矽晶體偏光膜層的3D偏光眼鏡能讓觀者的左右眼分別看到與各自相對(duì)應(yīng)的水平和垂直方向上的兩幅圖像,能通過(guò)左眼鏡片的偏振光不能通過(guò)右眼鏡片;反之,通過(guò)右眼鏡片的偏振光無(wú)法通過(guò)左眼鏡片。換句話(huà)說(shuō),觀者左眼看到的是左視圖,右眼看到的是右視圖,兩幅圖像的畫(huà)面疊加使人的大腦有了立體顯示效果的體驗(yàn)。相比Anaglyph法,該類(lèi)成像方案在立體影像的畫(huà)質(zhì)方面有非常明顯的提升,同時(shí),因3D偏光眼鏡的左右鏡片只會(huì)對(duì)光線(xiàn)的方向過(guò)濾,而不會(huì)對(duì)光線(xiàn)的顏色過(guò)濾,因此,可以不失真地保留原始圖像的固有色彩。另外,偏光眼鏡的價(jià)格也不貴,為多人共同享受3D 樂(lè)趣提供了可能。該類(lèi)投影成像方案需要兩臺(tái)位置經(jīng)準(zhǔn)確調(diào)校的投影機(jī)以及對(duì)偏振性及增益要求都很高的特殊投射屏幕,這些除給用戶(hù)帶來(lái)麻煩外,娛樂(lè)成本自然會(huì)增加。[!--empirenews.page--]
3、Active Shutter
Active Shutter成像顯示技術(shù)方案通常被簡(jiǎn)稱(chēng)為快門(mén)法或時(shí)分法,相對(duì)來(lái)講,是目前最常見(jiàn)常用的一種3D投影技術(shù)了。該成像方案的實(shí)現(xiàn)需具備三個(gè)要素:首先投影畫(huà)面的刷新率需達(dá)到每秒120次;其次需配備一臺(tái)紅外信號(hào)發(fā)射器;第三就是需要一副可以接收紅外信號(hào)的3D立體眼鏡。齊備后,一旦3D信號(hào)借助電腦(或其他設(shè)備)輸入到投影機(jī)中,圖像會(huì)以幀順序格式實(shí)現(xiàn)左右?guī)瑘D像畫(huà)面的交替,并由紅外發(fā)射器將幀信號(hào)傳輸出去,此時(shí),承擔(dān)信號(hào)接收的3D眼鏡的鏡片會(huì)以與投影機(jī)投射刷新率同步的方式交替打開(kāi)與關(guān)閉,當(dāng)眼鏡接收到左視圖信息時(shí),左眼鏡片打開(kāi),右眼鏡片關(guān)閉;反之,當(dāng)眼鏡接收到右視圖信息時(shí),右眼鏡片打開(kāi),左眼鏡片關(guān)閉,在如此的交變瞬間,顯示在銀幕上的投射圖像就在人的大腦中立體了起來(lái)。由于一幀圖像會(huì)在銀幕上先后顯示兩幅畫(huà)面,因此,為讓觀者看到的3D圖像效果是連續(xù)而沒(méi)有閃爍弊端的,就需要3D投影機(jī)必須具有120Hz以上的刷新率,即讓3D眼鏡的左右鏡片都能接收到幀率在60Hz以上的圖像。采用該類(lèi)成像方案的投影機(jī)通常其分辨率都在XGA以上,圖像質(zhì)量好,甚至每一眼睛可看到1080p分辨率的全高清圖像,而且對(duì)投影銀幕、投影機(jī)的亮度都沒(méi)有特殊要求。其不足是使用紅外線(xiàn)傳輸信號(hào)容易受到視角的限制,另外,眼鏡本身的價(jià)格很昂貴,多人一起觀賞3D影視節(jié)目時(shí)多副眼鏡的高昂費(fèi)用弊端顯得尤為突出。
4、DLP Link技術(shù)
DLP Link是美國(guó)TI(Texas Instruments)德州儀器公司新推出的一項(xiàng)3D投影技術(shù),該技術(shù)與Active Shutter技術(shù)有點(diǎn)類(lèi)似,區(qū)別在于3D信號(hào)的傳輸不是通過(guò)紅外發(fā)射器與眼鏡的同步通信完成,而是通過(guò)DLP投影機(jī)中的DMD芯片的閉合/開(kāi)啟(也即反射/吸收)來(lái)對(duì)3D信號(hào)的傳輸進(jìn)行控制。在每秒120幀的畫(huà)面中,分奇數(shù)幀的“視角”畫(huà)面和偶數(shù)幀的“視角”畫(huà)面,利用特殊的3D眼鏡使左眼看到左視圖,右眼看到右視圖,兩者的交疊合成就會(huì)使觀者領(lǐng)略到神奇的立體效果。實(shí)現(xiàn)這一效果的核心是DLP芯片迅速的反應(yīng)速度和刷新率,正是由于DMD 芯片微秒級(jí)的頻率變換速度極快,因而觀者戴上立體眼鏡觀看根本感覺(jué)不出信號(hào)傳輸過(guò)程中的變化。DLP Link技術(shù)帶來(lái)的是信號(hào)傳輸穩(wěn)定,影像觀賞不受視角影響,同時(shí)因無(wú)需增加其他附加設(shè)備,投影觀賞的花費(fèi)不會(huì)增加,只需要一副立體眼鏡即可。[!--empirenews.page--]
由Vivitek所帶來(lái)的全球首款量產(chǎn)的采用RGB三色LED光源的單片式DLP投影機(jī)H9080FD
三、DLP 3D成像方案的優(yōu)勢(shì)在什么地方?
2009年是3D投影機(jī)興起的第一年,2010年3D投影機(jī)的開(kāi)發(fā)熱明顯興旺了起來(lái)。其中青睞DLP 3D成像方案的開(kāi)發(fā)廠家在其推出的投影機(jī)產(chǎn)品中大都內(nèi)置了3D支持功能。由于成本下降,DLP3D 投影機(jī)的售價(jià)也在下滑,這給滲透家庭奠定了良好的基礎(chǔ)。世界上新投影機(jī)幾乎一半約700種機(jī)型都采用DLP 投影技術(shù)足以佐證它的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。DLP 3D投影機(jī)之所以受到諸多廠商追捧并竭力研發(fā),與該3D成像方案所能提供的一些長(zhǎng)處不無(wú)關(guān)系,細(xì)細(xì)匯總至少有下面幾個(gè)與眾不同的地方:
1、給免除傳統(tǒng)投影燈的創(chuàng)新光源設(shè)計(jì)提供可能
投影機(jī)的投影燈在某種程度上決定了投影機(jī)的使用壽命,針對(duì)此種情況,有些DLP投影機(jī)另辟蹊徑采用了固態(tài)半導(dǎo)體照明技術(shù),摒棄了傳統(tǒng)采用投影燈光源的設(shè)計(jì),從某種意義上講,它意味著投影機(jī)可以免除投影燈壽命有限的缺陷及更換投影燈所帶來(lái)的麻煩與不菲的花費(fèi)。DLP3D特有的采用固態(tài)LED半導(dǎo)體光源來(lái)替代傳統(tǒng)投影燈的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能帶來(lái):①更高發(fā)光率下的亮度提高與極佳色彩;②瞬時(shí)的快速開(kāi)與關(guān);③ 低功耗;④ 極低的維護(hù)成本;⑤ 便攜性的小型化;⑥熱管理改善后的低散熱需求;⑦縮短的光路系統(tǒng)抑制了散熱量和噪聲的超指標(biāo)產(chǎn)生。LED半導(dǎo)體光源的應(yīng)用可省去至少400美元投影燈更換所需昂貴費(fèi)用的支出,同時(shí)還能使投影機(jī)的運(yùn)行壽命增加到10000小時(shí)以上,而且新光源不會(huì)隨使用的時(shí)間長(zhǎng)久而降低光輸出量。DLP技術(shù)給投影機(jī)制造商靈活選擇光源類(lèi)型提供了可能。2009年Info Comm上首次展示了節(jié)能型免燈泡的LED技術(shù)。目前,LED投影機(jī)明顯的不足是亮度的提高還不足以適應(yīng)各種應(yīng)用。[!--empirenews.page--]
2、去除了易帶來(lái)弊端的濾塵器
為了抵擋難以避免的灰塵,阻止其進(jìn)入投影機(jī)的光學(xué)系 統(tǒng),通 常大多數(shù)LCD投影機(jī)都設(shè)有用于在使用100-300小時(shí)之后對(duì)投影機(jī)進(jìn)行清潔處理的濾塵器,但這樣也會(huì)產(chǎn)生濾塵器本身積聚灰塵影響投影機(jī)性能的問(wèn)題,如果忽略對(duì)濾塵器本身的維護(hù),也許會(huì)致使過(guò)早地替換投影燈或LCD控制板。DLP技術(shù)的長(zhǎng)處之一就是免除投影機(jī)濾塵器的設(shè)置,DLP 3D投影機(jī)內(nèi)部不設(shè)濾塵器的設(shè)計(jì)避免了LCD投影機(jī)先天固有的不足給投影機(jī)特性帶來(lái)的影響,從而確保了投影機(jī)應(yīng)有的投射圖質(zhì)與效果,而且還能降低投影機(jī)的運(yùn)行與維護(hù)成本,節(jié)約了維修時(shí)間。
3、不變的圖像色彩精度
某些LCD投影機(jī)會(huì)存在使用一段時(shí)間后圖像或視頻影像的顏色變黃或變淡的現(xiàn)象,DLP 3D投影機(jī)卻沒(méi)有這樣的遺憾,由DLP投影機(jī)投射的圖像不僅是沒(méi)有任何損耗的數(shù)字圖像,更值得介紹的是其畫(huà)面顏色不會(huì)因投影機(jī)使用長(zhǎng)久而退變,始終保持銳利亮麗的初始色彩。DLP 投影機(jī)的顏色精度不隨使用時(shí)間長(zhǎng)遠(yuǎn)而變化的一個(gè)重要原因,是DLP 技術(shù)的信號(hào)處理是基于投影機(jī)光的反射原理及以數(shù)字方式處理投射圖像,從而確保了長(zhǎng)久使用其投射圖像仍光鮮如初的優(yōu)異性能。與此同時(shí),DLP 投影機(jī)具有的高對(duì)比度性能意味著銀幕上顯示的圖像會(huì)給觀者黑色部分更深更濃、白色部分更白更亮的視感。大多數(shù) D L P 投 影 機(jī)的對(duì)比度高于采用其它技術(shù)的投影機(jī),通??蛇_(dá)2000:1或更高。DLP 3D投影機(jī)可以在有窗口射進(jìn)環(huán)境光或室內(nèi)照明點(diǎn)亮的情況下正常投影。DLP投影機(jī)的色彩質(zhì)量和持久的穩(wěn)定性是其又一特色。
四、3D投影機(jī)的投射距離與投影圖像尺寸是怎樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系?
在選購(gòu)?fù)队皺C(jī)時(shí),除關(guān)注投影機(jī)的亮度、分辨率、對(duì)比度等重要參數(shù)外,消費(fèi)者也應(yīng)了解清楚所選投影機(jī)的焦距及可能提供的投影距離(投影機(jī)鏡頭與銀幕之間的距離)。在實(shí)際應(yīng)用中,為了在狹小的空間很短的投影距離獲得較大的投影畫(huà)面尺寸,消費(fèi)者需要選用配有廣角鏡頭的投影機(jī),而在電影院或會(huì)堂環(huán)境投影距離很遠(yuǎn)的情況下,為了獲得合適尺寸的畫(huà)面,就需要選擇配有遠(yuǎn)焦鏡頭的投影機(jī)?,F(xiàn)以美國(guó)Lightspeed Design公司開(kāi)發(fā)的DepthQ® HD 3D投影機(jī)為例來(lái)闡述3D投影機(jī)的投射距離與投影圖像水平寬度和對(duì)角線(xiàn)尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系。DepthQ® HD 3D投影機(jī)有一個(gè)1.1:1的變焦鏡,根據(jù)這一數(shù)據(jù)可計(jì)算出在某一投射距離下的最大與最小圖像尺寸(參見(jiàn)表1)。[!--empirenews.page--]
五、在什么樣的距離觀看3D投影節(jié)目效果最佳?
眾所周知,圖像的視感質(zhì)量不僅與原始圖像分辨率以及投影機(jī)信號(hào)處理能力的強(qiáng)弱有關(guān),而且最佳觀看距離的選擇也是不可忽略的因素。觀看位置選準(zhǔn)的標(biāo)志基本上可以以察覺(jué)不出圖像的像素為衡量標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然,從理論上講,與各人的視覺(jué)靈敏度也不無(wú)關(guān)系,尤其在暗環(huán)境中觀看投影圖像時(shí),有可能懸殊的視覺(jué)靈敏度的差異會(huì)帶來(lái)圖像視感與立體效果的顯著不同(以投影圖像寬度尺寸為基準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)最佳觀看距離參見(jiàn)表2)。
注:本表數(shù)據(jù)測(cè)算依據(jù)的是美國(guó)Lightspeed Design公司的DepthQ立體視頻投影機(jī)
六、能否介紹幾種可能的3D投影設(shè)備搭配方案?
實(shí)現(xiàn)3D投影有多種投影成像技術(shù)與方案,自然也會(huì)衍生出許多種投影機(jī)與相關(guān)設(shè)備配合使用的搭配方案,與3D攝像可采用單臺(tái)單鏡頭攝像機(jī)、兩臺(tái)單鏡頭攝像機(jī)以及一臺(tái)雙鏡頭攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)3D攝錄相類(lèi)似,3D投影也有采用單臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)投影機(jī)、單臺(tái)立體投影機(jī)以及兩臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)投影機(jī)實(shí)現(xiàn)3D投影的多種設(shè)備搭配方案(參見(jiàn)表3)。
注:1、偏振投影成像方案需要一塊能實(shí)現(xiàn)偏振效果的特殊銀幕;[!--empirenews.page--]
2、為消除可能的立體圖像重影現(xiàn)象,比利時(shí)Barco公司提供短余輝CRT投影機(jī);
3、DLP投影機(jī)通常支持低刷新率,但卻導(dǎo)致了快門(mén)眼鏡與快門(mén)板設(shè)置的問(wèn)題;
4、避免重影最好的方案應(yīng)該是采用DLP投影機(jī)、激光投影機(jī)以及膠片電影投影機(jī)與快門(mén)眼鏡的配合使用;
5、為了有利于雙投影機(jī)方案適應(yīng)采用幀順序格式的多元3D輸入信號(hào)(如3D-VHS、Nu-View、ELSA Revelator等),用戶(hù)需要擁有一臺(tái)去多路復(fù)用器(即信號(hào)分離器);
6。為了有利于在單投影機(jī)方案中使用同步鎖相視頻流信號(hào),用戶(hù)需要擁有一臺(tái)多路復(fù)用器(即信號(hào)混合器)。