探究3D成像技术的原理及电视技术应用分析

2016-02-14刘维达

中国传媒科技 2016年8期

■文/刘维达

■文/刘维达

近年来，随着科学技术的不断发展，3D成像技术成为当下电视行业研究的热点之一。3D电视又称之为立体电视，它是现代电视行业发展的产物，同时也是社会发展的必然要求。接下来本文将对3D成像技术基本原理进行一定的阐述，进而为其在电视行业中的具体应用提供一定的参考资料。

3D成像技术；原理；电视技术；应用；分析

2010年在我国上映的美国电影《阿凡达》是3D成像技术在电影领域应用的成功典范，同时通过《阿凡达》这部影视作品也使人们开始认识并了解3D技术。但是3D技术在我国电视行业的应用还比较少，这就在一定程度上限制了电视行业的发展，因而在电视领域中引入并应用3D成像技术将会是未来电视产业发展的一种必然趋势。

1.3D成像技术原理分析

现阶段，电视行业中应用最为广泛的是4K、8K技术，其目的是进一步提高电视画面的分辨率，同时对电视节目的一些细节内容进行一定的改善，增加观众的视觉感受，而3D成像技术与这些传统的电视技术相比具有一定的优势，即3D技术的应用极大地提高了观众在观看电视节目过程中的观感体验，使观众有一种身临其境的感觉。3D成像技术在最近几年应用于影视产业中，而它基本原理内容如下。

3 D成像技术的基础来自于20世纪初科学家发明的“视差产生立体”原理。而“视差产生立体”的基本原理是人在对一个事物进行观察的过程中，两眼所看到的画面是存在着细微差异的，这是因为两眼观察事物过程中其位置和角度是存在一定不同的，由此产生的这种细微差异也称之为视差位移，而我们的大脑会对这种差异进行一定的处理，最终会让我们产生一种立体视觉感。通过以上对“视差产生立体”基本原理的分析可知，立体感的产生主要是因为“视差”的存在，因而3D成像技术的关键是“视差”的制造。从相关理论方面分析，“制造视差”主要有色差式、主动快门式及偏光式三种。其中偏光式3D成像技术是当下主流3D技术，其核心原理为偏振分光技术。偏振分光技术其实质上是在特殊光学结构（如偏光膜）的作用下将一些无用的光波滤除，只有特定振动方向的光波可以通过的一种光波选择技术。单从理论方面分析，图像可以分为两组画面，即垂直向偏振和水平向偏振，而光线在经过滤光片之后会将所得的两组画面分别投射至左右眼，但是左右眼仅可以观看到两组画面的中的一组，即产生了视差。之后的立体感形成工作则由大脑完成。在这一过程中特别注意的是，我们的两只眼睛只能观看到屏幕一半的画面，因此画面的清晰度和3D效果也会在一定程度上减弱。但是偏振式技术与其他两种成像方式相比仍占据一定的优势。首先偏正式技术在应用过程中不会发生画面闪烁的现象，即使观看者长时间的观看也不会发生头晕恶心等不良症状。其次，在同一时间段内，偏振式技术的应用不会因刷新慢而发生画面拖拉的现象。最后偏振式3D技术操作简单，成本较低，综上这些偏振式成为了主流3D技术应用技术，观众只要在观影过程中佩戴相应的眼镜就可以获得立体感的观影体验，但是3D成像技术在电视节目中的应用存在着一定的问题，如观众在家中观看电视节目中时刻佩戴眼镜有一定的不便之处，同时电视节目的时间较长，观众对观看舒适度的要求也比较高，仅凭电影中3D成像技术在电视节目中的运用远远不能满足观众的观看要求，因此3D成像技术在电视产业中的具体应用仍旧面临着诸多的问题。

2.浅析3D成像技术在电视产业中的应用

通过以上的介绍分析可知，3D成像技术在电影领域中的成功运用给电视产业立体观看体验的发展及实现提供了一定参考，但是3D电影与3D电视相比存在着一定的不同之处，照搬3D电影的3D技术实现很难满足观众对电视节目的观看要求，因此3D技术在电视产业中的应用具有其独特的地方。

2.1 眼镜式的3D显示技术在电视产业应用分析

现阶段从实用角度分析，眼镜式3D显示技术在电视产业中应用具有一定的局限性。目前眼镜式3D成像技术主要以红蓝滤光技术、主动快门式3D技术和偏振式3D技术为主，其中前两种3D技术由于成像效果差、成本高，同时观众在观影过程中容易产生视觉疲劳等缺陷并未得到了实际的推广及应用，而当下电影3D技术发展中主要以偏振式3D技术应用为主，在实际的应用过程中电影观看者仍旧需要佩戴被动式的偏光眼镜，且这种眼镜的成本比较高，在电视产业发展中是用具有一定的弊端。首先人们在家观看电视节目时间比较长，佩戴眼镜进行电视节目不方便。其次偏光眼镜的成本较高，在推广过程中会遇到了一定的瓶颈。因此眼镜式的3D显示技术在电视产业中应用还不成熟。

2.2 裸眼式3D成像技术

裸眼式3D成像技术与眼镜式3D显示技术相比在电视产业中应用及推广具有一定的优势，如裸眼式3D成像技术让观看者在欣赏电视节目的过程中摆脱了偏光眼镜的束缚，提高了观看者的观看舒适度，三维立体影像也比较真实。就现阶段而言，裸眼3D成像技术主要有三种，即光屏障式技术、柱状透镜技术及指向光源技术。但是从其原理方面分析，裸眼式3D成像技术在画面分辨率、可视角度、可视距离等方面存在着一定的问题。

2.2.1 光屏障式3D成像技术

光屏障式3D成像技术的原理是在电视屏上有一层光栅层，且这种光栅层是由偏振膜和高分子液晶层搜形成的。在观看电视节目的过程中人的左右眼的视角是存在微小差别的，而在这种光栅层的影响下进入到人左右眼的光线也会发生一定的偏差，进而导致人的左右眼产生不同的电视画面，3D视感由此产生。从其3D成像原理可以发现，光屏障式技术与偏光式3D技术的成像原理是类似的，其不同主要集中在前者是以电视屏幕为产生视差的媒介，因此在实际的应用过程中仅需对用户原来的电视屏进行改造即可，但是它的应用也有一定的缺陷，如电视画面的亮度不足，导致其分辨率较低，影响电视画面的效果。

2.2.2 柱状透镜式3D成像技术

柱状透镜式3D成像技术在具体的应用过程中是在用户电视液晶显示屏的前面增加了一层柱状透镜，这样做的目的是让电视液晶屏像平面置于透镜焦平面之上，进而使每个柱状透镜下的像素得到分成多个子像素，而这些子像素又被投射至到不同的方向，继而产成了视差，使观看者获得3D视觉体验。柱状透镜式3D成像技术在应用过程中金使用透镜就可以达到3D视觉效果，因此电视液晶屏面的亮度不会受到过多的影响，但是由于柱状透镜具有一定的曲光特异性，造成电视画面的分辨率较差。另外这种3D成像技术电视液晶屏幕的生产与传统液晶屏幕的生产具有一定的差异，因此在实际生产中必须对电视屏幕生产线进行一定的改造，生产成本较高，很难在实际应用中得到应用及推广。

2.2.3 指向光源3D成像技术

目前指向光源3D成像技术在电视产业中还处于实验阶段，其基本原理为利用两组LED光源，同时在LCD面板和驱动方法的作用下，使3D电视显示内容以排序的方式投射至观看者的眼睛中，这样以来观看者眼睛会产生一定的视差，并最终获得3D视觉体验。该种3D成像技术无论是在分辨率还是在透光率方面都可以满足观看者的视觉要求，但是该项技术还处于试验阶段，并未得到实际的应用及推广。

3.3D成像技术在电视技术应用发展分析

据统计调查发现，3D成像技术在电视产业中也得到了一定的推广及应用，如部分家庭为了享受3D视觉效果购买了3D视频设备，但是从电视产业整体方面分析，3D成像技术发展仍旧处于研究起步阶段。就我国3D成像技术水平分析，在历经多年研究和技术更新后，3D成像技术在社会生活中得到了一定程度的使用，但是在电视产业中只有少部分电视节目制造商拥有3D节目制造的基本条件。另外通过对现阶段3D视频采集、传输、回放以及存储设备等市场价格分析，发现其生产成本与普通电视节目相比高出许多，这也是限制其在电视节目中应用的主要因素之一。因此我国电视节目制造企业应当转变电视节目制作的传统观念，对自身电视频道的实际情况进行一定的调查分析，利用有限的资源确立高技术、高起点、专业性较强的电视节目定位，另外我国相关部门也应当加大对3D电视显示技术的重视及投入力度，为3D电视技术的推广制定一系列的鼓励政策，并利用现有的各种资源对其进行宣传及推广，为今后3D电视节目的推广奠定坚实的基础。另外3D电视技术制造厂家应当加大对裸眼3D成像技术的研究力度，突破技术瓶颈，降低生产成本，为3D电视技术的发展、普及、推广提供必要条件