■文/劉維達(dá)

探究3D成像技術(shù)的原理及電視技術(shù)應(yīng)用分析

■文/劉維達(dá)

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，3D成像技術(shù)成為當(dāng)下電視行業(yè)研究的熱點(diǎn)之一。3D電視又稱之為立體電視，它是現(xiàn)代電視行業(yè)發(fā)展的產(chǎn)物，同時(shí)也是社會(huì)發(fā)展的必然要求。接下來(lái)本文將對(duì)3D成像技術(shù)基本原理進(jìn)行一定的闡述，進(jìn)而為其在電視行業(yè)中的具體應(yīng)用提供一定的參考資料。

3D成像技術(shù)；原理；電視技術(shù) ；應(yīng)用；分析

2010年在我國(guó)上映的美國(guó)電影《阿凡達(dá)》是3D成像技術(shù)在電影領(lǐng)域應(yīng)用的成功典范，同時(shí)通過(guò)《阿凡達(dá)》這部影視作品也使人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)并了解3D技術(shù)。但是3D技術(shù)在我國(guó)電視行業(yè)的應(yīng)用還比較少，這就在一定程度上限制了電視行業(yè)的發(fā)展，因而在電視領(lǐng)域中引入并應(yīng)用3D成像技術(shù)將會(huì)是未來(lái)電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一種必然趨勢(shì)。

1.3D成像技術(shù)原理分析

現(xiàn)階段，電視行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的是4K、8K技術(shù)，其目的是進(jìn)一步提高電視畫(huà)面的分辨率，同時(shí)對(duì)電視節(jié)目的一些細(xì)節(jié)內(nèi)容進(jìn)行一定的改善，增加觀眾的視覺(jué)感受，而3D成像技術(shù)與這些傳統(tǒng)的電視技術(shù)相比具有一定的優(yōu)勢(shì)，即3D技術(shù)的應(yīng)用極大地提高了觀眾在觀看電視節(jié)目過(guò)程中的觀感體驗(yàn)，使觀眾有一種身臨其境的感覺(jué)。3D成像技術(shù)在最近幾年應(yīng)用于影視產(chǎn)業(yè)中，而它基本原理內(nèi)容如下。

3 D成像技術(shù)的基礎(chǔ)來(lái)自于20世紀(jì)初科學(xué)家發(fā)明的“視差產(chǎn)生立體”原理。而“視差產(chǎn)生立體”的基本原理是人在對(duì)一個(gè)事物進(jìn)行觀察的過(guò)程中，兩眼所看到的畫(huà)面是存在著細(xì)微差異的，這是因?yàn)閮裳塾^察事物過(guò)程中其位置和角度是存在一定不同的，由此產(chǎn)生的這種細(xì)微差異也稱之為視差位移，而我們的大腦會(huì)對(duì)這種差異進(jìn)行一定的處理，最終會(huì)讓我們產(chǎn)生一種立體視覺(jué)感。通過(guò)以上對(duì)“視差產(chǎn)生立體”基本原理的分析可知，立體感的產(chǎn)生主要是因?yàn)椤耙暡睢钡拇嬖冢蚨?D成像技術(shù)的關(guān)鍵是“視差”的制造。從相關(guān)理論方面分析，“制造視差”主要有色差式、主動(dòng)快門(mén)式及偏光式三種。其中偏光式3D成像技術(shù)是當(dāng)下主流3D技術(shù)，其核心原理為偏振分光技術(shù)。偏振分光技術(shù)其實(shí)質(zhì)上是在特殊光學(xué)結(jié)構(gòu)（如偏光膜）的作用下將一些無(wú)用的光波濾除，只有特定振動(dòng)方向的光波可以通過(guò)的一種光波選擇技術(shù)。單從理論方面分析，圖像可以分為兩組畫(huà)面，即垂直向偏振和水平向偏振，而光線在經(jīng)過(guò)濾光片之后會(huì)將所得的兩組畫(huà)面分別投射至左右眼，但是左右眼僅可以觀看到兩組畫(huà)面的中的一組，即產(chǎn)生了視差。之后的立體感形成工作則由大腦完成。在這一過(guò)程中特別注意的是，我們的兩只眼睛只能觀看到屏幕一半的畫(huà)面，因此畫(huà)面的清晰度和3D效果也會(huì)在一定程度上減弱。但是偏振式技術(shù)與其他兩種成像方式相比仍占據(jù)一定的優(yōu)勢(shì)。首先偏正式技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中不會(huì)發(fā)生畫(huà)面閃爍的現(xiàn)象，即使觀看者長(zhǎng)時(shí)間的觀看也不會(huì)發(fā)生頭暈惡心等不良癥狀。其次，在同一時(shí)間段內(nèi)，偏振式技術(shù)的應(yīng)用不會(huì)因刷新慢而發(fā)生畫(huà)面拖拉的現(xiàn)象。最后偏振式3D技術(shù)操作簡(jiǎn)單，成本較低，綜上這些偏振式成為了主流3D技術(shù)應(yīng)用技術(shù)，觀眾只要在觀影過(guò)程中佩戴相應(yīng)的眼鏡就可以獲得立體感的觀影體驗(yàn)，但是3D成像技術(shù)在電視節(jié)目中的應(yīng)用存在著一定的問(wèn)題，如觀眾在家中觀看電視節(jié)目中時(shí)刻佩戴眼鏡有一定的不便之處，同時(shí)電視節(jié)目的時(shí)間較長(zhǎng)，觀眾對(duì)觀看舒適度的要求也比較高，僅憑電影中3D成像技術(shù)在電視節(jié)目中的運(yùn)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足觀眾的觀看要求，因此3D成像技術(shù)在電視產(chǎn)業(yè)中的具體應(yīng)用仍舊面臨著諸多的問(wèn)題。

2.淺析3D成像技術(shù)在電視產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

通過(guò)以上的介紹分析可知，3D成像技術(shù)在電影領(lǐng)域中的成功運(yùn)用給電視產(chǎn)業(yè)立體觀看體驗(yàn)的發(fā)展及實(shí)現(xiàn)提供了一定參考，但是3D電影與3D電視相比存在著一定的不同之處，照搬3D電影的3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)很難滿足觀眾對(duì)電視節(jié)目的觀看要求，因此3D技術(shù)在電視產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用具有其獨(dú)特的地方。

2.1 眼鏡式的3D顯示技術(shù)在電視產(chǎn)業(yè)應(yīng)用分析

現(xiàn)階段從實(shí)用角度分析，眼鏡式3D顯示技術(shù)在電視產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用具有一定的局限性。目前眼鏡式3D成像技術(shù)主要以紅藍(lán)濾光技術(shù)、主動(dòng)快門(mén)式3D技術(shù)和偏振式3D技術(shù)為主，其中前兩種3D技術(shù)由于成像效果差、成本高，同時(shí)觀眾在觀影過(guò)程中容易產(chǎn)生視覺(jué)疲勞等缺陷并未得到了實(shí)際的推廣及應(yīng)用，而當(dāng)下電影3D技術(shù)發(fā)展中主要以偏振式3D技術(shù)應(yīng)用為主，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中電影觀看者仍舊需要佩戴被動(dòng)式的偏光眼鏡，且這種眼鏡的成本比較高，在電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展中是用具有一定的弊端。首先人們?cè)诩矣^看電視節(jié)目時(shí)間比較長(zhǎng)，佩戴眼鏡進(jìn)行電視節(jié)目不方便。其次偏光眼鏡的成本較高，在推廣過(guò)程中會(huì)遇到了一定的瓶頸。因此眼鏡式的3D顯示技術(shù)在電視產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用還不成熟。

2.2 裸眼式3D成像技術(shù)

裸眼式3D成像技術(shù)與眼鏡式3D顯示技術(shù)相比在電視產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用及推廣具有一定的優(yōu)勢(shì)，如裸眼式3D成像技術(shù)讓觀看者在欣賞電視節(jié)目的過(guò)程中擺脫了偏光眼鏡的束縛，提高了觀看者的觀看舒適度，三維立體影像也比較真實(shí)。就現(xiàn)階段而言，裸眼3D成像技術(shù)主要有三種，即光屏障式技術(shù)、柱狀透鏡技術(shù)及指向光源技術(shù)。但是從其原理方面分析，裸眼式3D成像技術(shù)在畫(huà)面分辨率、可視角度、可視距離等方面存在著一定的問(wèn)題。

2.2.1 光屏障式3D成像技術(shù)

光屏障式3D成像技術(shù)的原理是在電視屏上有一層光柵層，且這種光柵層是由偏振膜和高分子液晶層搜形成的。在觀看電視節(jié)目的過(guò)程中人的左右眼的視角是存在微小差別的，而在這種光柵層的影響下進(jìn)入到人左右眼的光線也會(huì)發(fā)生一定的偏差，進(jìn)而導(dǎo)致人的左右眼產(chǎn)生不同的電視畫(huà)面，3D視感由此產(chǎn)生。從其3D成像原理可以發(fā)現(xiàn)，光屏障式技術(shù)與偏光式3D技術(shù)的成像原理是類似的，其不同主要集中在前者是以電視屏幕為產(chǎn)生視差的媒介，因此在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中僅需對(duì)用戶原來(lái)的電視屏進(jìn)行改造即可，但是它的應(yīng)用也有一定的缺陷，如電視畫(huà)面的亮度不足，導(dǎo)致其分辨率較低，影響電視畫(huà)面的效果。

2.2.2 柱狀透鏡式3D成像技術(shù)

柱狀透鏡式3D成像技術(shù)在具體的應(yīng)用過(guò)程中是在用戶電視液晶顯示屏的前面增加了一層柱狀透鏡，這樣做的目的是讓電視液晶屏像平面置于透鏡焦平面之上，進(jìn)而使每個(gè)柱狀透鏡下的像素得到分成多個(gè)子像素，而這些子像素又被投射至到不同的方向，繼而產(chǎn)成了視差，使觀看者獲得3D視覺(jué)體驗(yàn)。柱狀透鏡式3D成像技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中金使用透鏡就可以達(dá)到3D視覺(jué)效果，因此電視液晶屏面的亮度不會(huì)受到過(guò)多的影響，但是由于柱狀透鏡具有一定的曲光特異性，造成電視畫(huà)面的分辨率較差。另外這種3D成像技術(shù)電視液晶屏幕的生產(chǎn)與傳統(tǒng)液晶屏幕的生產(chǎn)具有一定的差異，因此在實(shí)際生產(chǎn)中必須對(duì)電視屏幕生產(chǎn)線進(jìn)行一定的改造，生產(chǎn)成本較高，很難在實(shí)際應(yīng)用中得到應(yīng)用及推廣。

2.2.3 指向光源3D成像技術(shù)

目前指向光源3D成像技術(shù)在電視產(chǎn)業(yè)中還處于實(shí)驗(yàn)階段，其基本原理為利用兩組LED光源，同時(shí)在LCD面板和驅(qū)動(dòng)方法的作用下，使3D電視顯示內(nèi)容以排序的方式投射至觀看者的眼睛中，這樣以來(lái)觀看者眼睛會(huì)產(chǎn)生一定的視差，并最終獲得3D視覺(jué)體驗(yàn)。該種3D成像技術(shù)無(wú)論是在分辨率還是在透光率方面都可以滿足觀看者的視覺(jué)要求，但是該項(xiàng)技術(shù)還處于試驗(yàn)階段，并未得到實(shí)際的應(yīng)用及推廣。

3.3D成像技術(shù)在電視技術(shù)應(yīng)用發(fā)展分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，3D成像技術(shù)在電視產(chǎn)業(yè)中也得到了一定的推廣及應(yīng)用，如部分家庭為了享受3D視覺(jué)效果購(gòu)買(mǎi)了3D視頻設(shè)備，但是從電視產(chǎn)業(yè)整體方面分析，3D成像技術(shù)發(fā)展仍舊處于研究起步階段。就我國(guó)3D成像技術(shù)水平分析，在歷經(jīng)多年研究和技術(shù)更新后，3D成像技術(shù)在社會(huì)生活中得到了一定程度的使用，但是在電視產(chǎn)業(yè)中只有少部分電視節(jié)目制造商擁有3D節(jié)目制造的基本條件。另外通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段3D視頻采集、傳輸、回放以及存儲(chǔ)設(shè)備等市場(chǎng)價(jià)格分析，發(fā)現(xiàn)其生產(chǎn)成本與普通電視節(jié)目相比高出許多，這也是限制其在電視節(jié)目中應(yīng)用的主要因素之一。因此我國(guó)電視節(jié)目制造企業(yè)應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變電視節(jié)目制作的傳統(tǒng)觀念，對(duì)自身電視頻道的實(shí)際情況進(jìn)行一定的調(diào)查分析，利用有限的資源確立高技術(shù)、高起點(diǎn)、專業(yè)性較強(qiáng)的電視節(jié)目定位，另外我國(guó)相關(guān)部門(mén)也應(yīng)當(dāng)加大對(duì)3D電視顯示技術(shù)的重視及投入力度，為3D電視技術(shù)的推廣制定一系列的鼓勵(lì)政策，并利用現(xiàn)有的各種資源對(duì)其進(jìn)行宣傳及推廣，為今后3D電視節(jié)目的推廣奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外3D電視技術(shù)制造廠家應(yīng)當(dāng)加大對(duì)裸眼3D成像技術(shù)的研究力度，突破技術(shù)瓶頸，降低生產(chǎn)成本，為3D電視技術(shù)的發(fā)展、普及、推廣提供必要條件

4.結(jié)論

綜上所述，通過(guò)以上的探討分析可知，3D成像技術(shù)的基本原理就是“制造視差”，其中眼鏡式3D成像技術(shù)在電視產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中具有一定的局限性，而裸眼式3D成像技術(shù)發(fā)展還不成熟，因此相關(guān)電視產(chǎn)業(yè)制造商應(yīng)當(dāng)加大研究和投入力度，為電視產(chǎn)業(yè)中3D成像技術(shù)的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］ 劉穎林.3D電視的原理與發(fā)展現(xiàn)況［J］.通訊世界，2016（03）.

［2］ 馬金秀.3D電視發(fā)展探析［J］.中國(guó)有線電視，2016（03）.

（作者單位：天津廣播電視臺(tái)電視轉(zhuǎn)播部）

TN949.1

A