三维显示技术

多 人 的 瞳 距 不 在 此范 围 内
所 以 无 论 佩戴 眼 镜 还 是 裸 像 信息 全 息 三 维 显 示 技 术被 认为 是 目 前 最 理 想 的 真 维 牙 物 学 4 三 显 理 图 怎 适 看 9 7 年 匈 利 家伽 博 Ｄ 示技 术 么舒 眼 直 接 观 看 分光 立 体 显 示 像 都 不 观 时
7
。
，
向 世 人 展示 了 全 息 技 术 的 三 维
！ ■
1
9 7
1
ｔ 二维 显 ｆ

伽 翻 ■ 減
。
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ＴＣ
得诺 贝 尔 物 理 学 奖
9 7 0
。
，
与基于双 目 视 差
相比
，
，
欺 骗 大 脑产 生 的 三 维 立 体 效果 在 科 幻 电 影 中 经 常 可 见 全 息 三 维 显 示 技 术
：
，
自
．
动 化学 院应 用光 学与 精
．

（
，

。
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打 网
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，
9 6 0
。
年激 光 技 术 诞
9 6 2
现 有 的 技 术 还无 法 使 分 光 立 体 显 示 满 足 所 有 人 的 生 后 光 学 全 息 技 术 研 究 才 得 以 开展
，
1
年 第
，
一
张
观看 习 惯 难 以 广泛 应用
，
。
静态 三 维 全 息 图 问 世
1 就￥
一
系 统采 用层 叠 液 晶 屏 幕 方 式 来 实
的 显示 介 质 由
1
另
一
束 不 携 带 任何 信息 两 束 光 相 互 干 涉 形成
， ，
个
维 显示 成 每
，
。
Ｄ ｅｐ ｔ ｈＣ ｕｂ ｅ
2 0
，
个 液 晶 屏 层 叠 而复 杂 的 全 息 光 场
、
这个 全 息 光 场包 含 了 物 体 表面 的 亮
影 仪 投 射 出 的 光 束 通 过 偏 振片 变 成 两 束 偏 振 方 向 互 相显 示 屏 面 板
垂直 的 偏 振 光
，
，
光线 分 别 进 人 麵 者 的 左 右 眼 形成 立
。
体 图 像 佩 戴 者 就 置 身 于 立 体视 觉 空 间
头盔 立 体 显示
观察 者
高 洪跃 副 教 授 上 海 大 学机 电 工 程与 密测 量实验 室 上海 2 0 0 0 7 2 ｈｕ ａｏ ｈ ｙ ｅ ＠ ｇ

前
沿 Ｆ Ｒ Ｏ Ｎ Ｔ
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Ｒ

二
维显疋技
ｉ
ｉ ｆ
◎高洪 跃
现 实世界 是 三 维 立 体 的 照 片 影 像 里 的世 界 都是 二 维 平 面
，
、
。
传统显示技术 无
一
法 真 实 重现 客 观 世界 三 维 显 示 技 术 却 能 将 物 体 旳 深 度 感 层 次 感 空 间 位置 等
只 能应 用 于 供 单 人观 看 的 手 机 电 脑 等 显 示 缺 陷 致 使 体 三 维 显 示 的 效 果 不 佳
。
人们 又 开 始 寻 找 更
总 体来说
。
，
利 用 人 为 制 造 视 差 构 造 的 三 维 景象 并有 发 展 前 景 的 真 三 维 显 示 技术
，
。
不 自 然 分光 立 体显 示 根 据 瞳 距 来 选 取 两 幅视 差 图
。
大力 发 展 的 前 沿 科 研 领的 图 像 经 大 脑 融 合 成 三 维 影 像
、
微 柱 透 镜式 裸 眼 三 维
。
，
目
前 较 为 成熟 的 三 维 显 示 技 术 有 分 光 立 体 显 示 技 术 利 用 柱 状透 镜 阵 列 实 现 裸 眼 三 维 其 原 理 是 在 液
一
，
ｔ
，
通 过软 件生 成 该 物 体 的
二 维 屏 幕上
1
9 8
张＆ 面 图
，
然 后 用 髙 速 投 术 只 是 普通 的 视 频处 理技 术
，
。
事实 虽 令 人 失 望 却 反
，
影 仪 快 速 连 续 地 将各 视 角 下 的 二 维 图 像 投 影 到 旋转 的 映 了 业 界 和 社 会 对 全 息 三 维 显 示 的 热 切 盼 望
维 图 像 无 法 满 足 人 类 大 脑 信息 处 理 的 习 惯 要 获取 与 现 实 事物 完全
。
一
自
。
，
人 脑 更 需 动 分 光 立 体 显 示 主 要 有 光 屏 障 式 和 微柱 透 镜式 两 种
， ，
致 的 全部信息
“
”
即 三 维 的光 屏 障 式 三 维 技 术 利 用 安 置 在 背 光 模 块 和 液 晶 显 示
，
。
观看 者 在 观 看时 因 视 觉 暂 留 作 用 大 脑 中 全 息 三 维 显 示 技 术 利 用 两 束 相 干 光
，
，
其中
一
束经
形 成 了 具有 真实 立 体 感 的 三 维 影 像
Ｄｅ ｐｔ ｈＣ ｕｂｅ
。

．
真 实物 体 表 面 反 射
三 息
，
、
携 带 了 物 体 表 面 的 强 度 和 相 位信
” “
日
俱增
一
，
时间
“
，
全息影
定 空 间 里 合 成 出 富 有 真实 立 体感 的 三 维 立 像
，
全 息 显示
2 0 0 9
（
，
” “
全 像术
”
等名 词 在 各大 媒 体 上 大 量 出
，
体 影 像 体 三 维 显 示 有扫 描 体 显示 和 固 态 体 显 示 两 种 现 前者 以
，
体 三 维 显 示 和 全息 三 维 显 示 三 种 类 型
。
晶 显 示 屏 前 加 柱 状 透 镜
的 焦 平面上
， ，
，
使液 晶屏 的 像 平 面 位 于 透 镜
每个 柱 透 镜 下 的 图 像 像 素 被 分 成 多 个 子
，
像 素 透 镜 以 不 同 的 方 向 投 影 每 个 子 像素 因 此 进 人 左
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，
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．
基 于 透 镜 阵 列 的 裸 眼 分 光 立 体 显 示
。
。
然 而 现实 世界 是 三维 的
，
，
二维
、
图 像 在 采 集 和 显 示 的 过裸 眼 式 分 光 立 体 显 示 是 通 过 计 算 机 软 件将 两 幅 模
。
程 中 丢 掉 了 实 际 事 物 大 量 重 要 的 第 三 维 信 息 这 些 二 仿 左 右 眼 拍 摄 的 图 像 处 理 合 成 眼 睛 可 以 直接 观 看 的
，
，
不 需 要 配 戴 任何 三 用 多 层 液 晶 面 板 结 构 会 受 到 液 晶 面 板 透 射 率 过 小 透
，
一
维 立 体 眼 镜 缺 点 是 观 看视 角 小 观 看 距 离 有 限
、 、
，
般过 率 小 于
1
0
％） 的 影 响
，
图 像亮 度 不 够 理 想
，
。
这 些 技术
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信息 作 为下
域
一
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，
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面板间 的视 差障壁
，
将左
代 新 型 显 示 技术
，
可 以 真实 展 现 事 物 的 眼 和 右 眼 的 可 视 画 面 分 开
，
观 者看 到 的 两 幅 具有视 差
。
三 维 立 体显 示 已 成 为 世 界 各 国
同 的图像
。
，
偏 振 眼 镜 两 眼 镜 式 分 光 立 体 显 示
，
每个 镜 片 仅 能 通 过
因 此 进 人 左 右 眼 的 是 两 幅 不横 向 ／竖 向 柱 透 镜 阵 列
，
该分 光 立 体 显 示 系 统 的 工 作 原 理 是 两 台 投
一￣
＾
均 勾 背 光板
Ｐｅ ｒｓ ｅ ｃｔ ｅ ｐ
。
年 奥 巴 马 竞 选 美 国 总 统 时 美 国 有 线 电 视新
，
体 三维显示器为代表
。
，
后 者 以 闻 网
Ｃ ａ ｂ ｌｅ Ｎ ｅ ｗｓ Ｎ ｅ ｔｗ ｏｒ ｋ
Ｃ ＮＮ ）
的
，
一
段 直 播 视 频 声称
。
Ｄ ｅ ｐｔｈＣ ｕｂｅ
体 三 维 显 示 器 为 代 表 已 利 用 全 息 技术 实 现 真 三 维 显 示 观 众 都 为 之 震 惊 但
。
，
。
1
，
（
．
观 看者 的 脑 力 负 担 会 加 重 不 宜长 时间 观 看 严 重 者会 Ｇ ａｂ ｏｒ 发 明 了 全 息 照 相 法 当 时 主 要 研 究 的 是 为 提 高
， ，
）
，
在 观看
一
部 立 体 电 影 后 呕 吐 儿 童 瞳距 小 更 不 宜观 看 电 子 显 徽 镜 性 能 的 电 子 全 息 直 到
，
主 要 有 两 种 实 现形 式 另
一
一
，
种 是 眼 镜 式 分 光 立 体 显
。
＿ ＿
丨

＾
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－
—
〉
＾
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示
，
种 是 裸 眼 式 分 光 立 体 显 示 投 影 仪 偏 振 片屏 幕 偏 振 眼 镜
，
在 基 于 偏 振 眼 镜 的 分 光 立 体显 示 中 个 镜 片 的 光 线 偏 振方 向 相 互 垂 直 与其 偏振方向 相 同 的光
，
、
、
一
展现
。
科学 家 正致 力 于 使 三 维显 示 器上 的 图 像 与真 实 事物 完 全
一
致
。
在 人 获 得 的外 界信 息 中
，
，
视觉 信息 占
、
8 0
％ 以上
。
器
、
三 维 立 体 眼 镜 三 维 立 体 电 影 等 都 属 于 眼 镜式 分 光 立
、
长 期 以 来 表 达 可 视 信 息 的 图 片 视 频 等 都 是 二 维 的 体 显 示
2 2


2 0
1
5
年
5
月
对，
（
6 7
卷
3
期

）

前 沿 Ｆ Ｒ Ｏ Ｎ Ｔ
Ｉ
Ｅ Ｒ

右 眼 的 子 像 素 不 同 进 而 产 生 视 觉 立 体 裸 眼式 分 光 立 显 示 效 果 有背 景 噪 声
，
。
。
固 态 体 三 维显示 器 系 统 由 于采
（
体 显 示 的 优 点 是 可 裸 眼 直接 观 看
。
一
2 0 0 9
种 真 三 维 显 示 技术 它 通过 光 的 三 维 效 果 带 给 观 众 与 众 不 同 的 全 新 观 影 体 验
，
大家
学 元 器件 的 髙 速 运 动 和 高 频 光 投 影 等 技 术 维 图 像在
。
一
，
将 多 幅 二 对 三 维 显 示 的 关 注 和 需 求 与
， ：
Ｐｅ ｒｓｐ ｅ ｃ ｔａ
的结构
。
采 用 的 是 柱 面 轴 心 旋 转 外 加 空 间 投 影 是 全息 专家 随 后 揭 开 真 相 全 息 三 维视 频 显 示 技 术 还 全 示 的 没 开 所 用 可 ａ 能 息 技 正 真 的不 个 物 体 三 维 特 征 时 Ｐ ｅ ｒｓ ｐｅ Ｃ 首先 有 被 发 出 来 Ｃ ＮＮ 是 显
在 观看 物 体 时
，
，
眼 睛 视 网 膜 接 收 到 的 两 幅有 视 差
，
的 图 像 经 过 大 脑 复杂 的 综 合 处 理 后 人 就 能 区 分物 体 不 同 区 域 的 明 暗 前后 远近 从而 看 到 立 体 的 物体
“ ” 、 、
，
。
基于 双 目 视 差原 理 的 三 维 立 体显 示称 为分光 立 体 显 示
中
国以
6 2
．
或
。
6
．
3
厘 米作 为 基 准 瞳 距 欧美 以
，
，
6
．
5
厘米为
，
＃ ｓ

பைடு நூலகம்

ｌ
＝
ｍｍ ｒ 不
，
基 准瞳 距
但 实 际 上 每 个人 的 瞳 距都 不 相 同 而 且 很 全 息
。
，
（
ｈ ｏｌｏ
ｇ ｒａ ｐ
ｈ
—
ｙ
）
词 来 自 希 腊语 意 思 是 全部 图
，
。
早在
可 以 产 生 真 实 物 理 深度 的 真 三 维 显 示 技 术 更 符 1
，
，
年 代 电 影 《 星 球 大 战 》 中 就 有 全息 三 维 显 示 的 场 年 三 维 电 影 《 阿 凡 达 》 上 映 引 起 轰 动 其 震撼
， ， ，
合 人 眼 观 看 习 惯 不 会造 成视 觉 疲 劳 而 且显 示 的 图 像 景 更 真 实 体 三 维 显示 是