丁守謙

1939年愛(ài)德旺·蘭德用兩部具有不同偏振光的放映機(jī)將左、右眼圖像同步地投射到屏幕上。左眼像是用垂直方向的偏振光，而右眼像是用水平方向的偏振光。然后戴上一副左、右眼各不相同的偏光眼鏡，使左眼偏光鏡只能通過(guò)垂直偏振光，故只能看左眼像；而右眼偏光鏡只能通過(guò)水平偏振光，故只能看到右眼像 （圖1）。故能看出立體像來(lái)，使人有身臨其境的感覺(jué)。

同年在紐約建成了立體電影院，引起極大的轟動(dòng)。后來(lái)將垂直和水平偏振光分別改為正旋圓偏振光及反旋圓偏振光，這時(shí)戴著這種偏光眼鏡的人稍稍轉(zhuǎn)一點(diǎn)或偏一點(diǎn)不影響觀看效果。但由于偏光鏡片的透光率只有50%左右，立體圖像顯得較暗，必須在黑暗的電影院內(nèi)才能放映。一方面是制作這樣的影片相當(dāng)困難，因而片源缺乏。另一方面受電視沖擊也是一個(gè)原因。尤其是寬銀幕及特寬大屏幕出現(xiàn)以后，影響更大，立體影院也曾幾度沉浮，及至《阿凡達(dá)》的上演才開(kāi)辟一個(gè)3D新紀(jì)元。新近由于LED（發(fā)光二極管）的亮度特別高，利用這種LED做成的屏有近10.3米的寬度，超清4K分辨率，可比投影屏的亮度提高10倍，而對(duì)比度提高500倍，電影的每一個(gè)細(xì)節(jié)將被清晰還原。現(xiàn)已有產(chǎn)品問(wèn)世，放映技術(shù)又將面臨革命性的變革。

液晶快門(mén)眼鏡觀看立體電視

自從發(fā)明了黑白電視以后，按科學(xué)的發(fā)展進(jìn)程必然是彩色電視，進(jìn)而是高清晰電視，接著立體高清晰電視自然會(huì)提到議事日程。

上世紀(jì)90年代，隨著一項(xiàng)新技術(shù)即液晶快門(mén)發(fā)明使立體電視進(jìn)入家庭成為可能。利用有源液晶，做成眼鏡片，當(dāng)左眼液晶鏡片未加電壓時(shí)，則是透明的，這時(shí)屏幕上顯現(xiàn)的是左眼像，同時(shí)在右眼液晶鏡片加上電壓，則是不透明的，這時(shí)只有左眼看到左眼像。反之，當(dāng)屏幕上接著放映右眼像時(shí)，這時(shí)右眼鏡片未加電壓而透明，而左眼鏡片因加有電壓不透明。于是保證右眼只能看到右眼像，滿足了立體成像必備條件之一。

在電視屏面上，就這樣一場(chǎng)放左眼像，下一場(chǎng)放右眼像，不斷地循環(huán)往復(fù)放下去，而所加電壓由電視機(jī)紅外線發(fā)射窗發(fā)出的紅外線傳遞到液晶眼鏡片上也同步地依次切換確定它們的開(kāi)與閉（圖2）?，F(xiàn)彩電的場(chǎng)頻為50（PAL制）-60（NTSC制）赫茲，故如保持液晶的開(kāi)關(guān)速度和場(chǎng)頻一致且同步，則可以看到立體電視，但這時(shí)立體像的頻率只有一半為25或30赫茲，看起來(lái)有些閃爍，讓人難以忍受，后將場(chǎng)頻提高到100或120赫茲，甚至200或240赫茲，這種閃爍現(xiàn)象得以減輕或基本消除，情況變好。

當(dāng)時(shí)所有彩電廠商都在生產(chǎn)這種立體電視。但由于觀看時(shí)要載上帶有小電池的液晶快門(mén)眼鏡，且價(jià)格昂貴。后來(lái)還出現(xiàn)一種立體電視，也是用偏振片眼鏡來(lái)觀看，這種眼鏡便宜的只需幾塊錢(qián)，而且十分輕便。但這時(shí)無(wú)論是左眼像或是右眼像，其垂直方向的清晰度均降低了一半。但有一個(gè)好處是和觀看普通彩電一樣不會(huì)感到閃爍。已購(gòu)買(mǎi)立體彩電的家庭，新鮮了幾天之后，都不再看了。這是為什么呢？歸根到底是損失了原二維圖像的質(zhì)量，例如無(wú)論是液晶快門(mén)還是偏振片其透光率只有50%左右，圖像變暗，彩色飽和度降低，沒(méi)那么鮮艷，易生串?dāng)_或閃爍，而且還需戴上一副立體眼鏡，價(jià)格還高不少，得不償失，所以時(shí)興一陣終究流行不起來(lái)。

隨機(jī)點(diǎn)圖立體畫(huà)

這里還不得不提到在上世紀(jì)90年代曾風(fēng)靡世界的所謂“畫(huà)中畫(huà)”?？捎盟^“對(duì)眼法”即將雙眼向鼻尖方向靠攏對(duì)畫(huà)面凝視一陣能看出隱藏其中的立體畫(huà)。它原出于貝爾實(shí)驗(yàn)室的貝勒·朱爾茲于1960年研究出的隨機(jī)點(diǎn)立體圖形學(xué)。

起先的目的是用此來(lái)說(shuō)明深度的成因，但過(guò)了幾近30年后才被物理學(xué)家、美學(xué)家及實(shí)業(yè)家利用其基本原理做成為具有市場(chǎng)價(jià)值的商品。如（圖3）用對(duì)眼法注視一陣即看出5只熊貓來(lái)，中間的那只熊貓是立體的，坐在草坪中央，蝴蝶處于最前端，兩邊各兩個(gè)熊貓依然是平面的，處于最遠(yuǎn)端。這時(shí)你保持頭不動(dòng)，眼不眨，將一個(gè)不透明的紙條完全蓋住最左邊的那只熊貓像，奇妙的事情就發(fā)生了，第二只熊貓?jiān)臼瞧矫娴?，這時(shí)就變成立體了，與原先中間的那個(gè)熊貓的立體程度不相上下，這就是所謂的“誘導(dǎo)立體”。

反之，如將最右邊的那只熊貓用紙條蓋住，則右數(shù)第二只熊貓就變成立體熊貓了。這一新發(fā)現(xiàn)在擴(kuò)大立體視場(chǎng)中很有用，我曾有專文論述。但風(fēng)行了一陣以后現(xiàn)已較難找到。因它確實(shí)具有新奇性，但缺乏真正的美感，且給眼睛帶來(lái)太大的負(fù)擔(dān)。

全息攝影及全息成像

一種全新的方法即全息攝影及全息成像，其形成立體像的原理及方法則與上面談到有所不同，是真正裸眼的，可以從各個(gè)角度來(lái)觀看，簡(jiǎn)直和觀看真正的事物一樣，可惜由于技術(shù)的難度太大，至于至今尚未完全實(shí)現(xiàn)。要想普及恐怕得要一二十年，這一方法卻是由另一著名事件而引起的。

電子顯微鏡發(fā)明后，由于電子波的波長(zhǎng)比光波波長(zhǎng)短得多，照理說(shuō)觀看原子、分子應(yīng)沒(méi)有問(wèn)題，但謝爾赤證明“電子透鏡的球差不可能完全消除”，因此電子顯微鏡的分辨率大大地降低了。1948年英國(guó)的電子光學(xué)專家伽柏為了解決這一問(wèn)題，于是別出心裁地想出了一種方法：用一個(gè)單色電子束（即它們的能量也即波長(zhǎng)完全一致），讓它一分為二個(gè)波束，一束照在觀察物上后它的反射波束與另一波束在某平面上相交，就會(huì)出現(xiàn)一些干涉條紋圖，這就是他所謂的全息圖（Hologram），因它既記錄電子波的強(qiáng)度，也同時(shí)記錄了電子波的位相，也就是說(shuō)記錄了該成像電子波的全部信息，故稱之為全息。而后再用單色光來(lái)照射此全息圖，光波就以原來(lái)的方式進(jìn)行傳播（圖4）。

打一個(gè)形象化的比喻，正如悟空有定身術(shù)一般，它喝令一聲將光波成像過(guò)程中在某一平面處停下并記錄，然后一聲令下又可解除，按原先成像的路徑接著運(yùn)行。后面再用一個(gè)具有負(fù)球差系數(shù)的光學(xué)透鏡來(lái)成像，這可用來(lái)抵消與生俱來(lái)的電子透鏡本身的正球差，從而獲得完美的放大圖像。但就當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件而言，這種單色的（即能量完全一致）電子束是難以獲得的。當(dāng)時(shí)這種最先進(jìn)的成像方法只是一種設(shè)想，無(wú)法做到。但到1962年激光發(fā)明后，利茲和烏帕尼克利用伽柏的這一思想實(shí)現(xiàn)了這種全息像。因?yàn)榧す饩褪遣ㄩL(zhǎng)完全一樣且具有很高光強(qiáng)的單色光。我們所看到的不僅是一個(gè)立體像，而且還可從不同的方向進(jìn)行觀察，就像觀察實(shí)物本身一樣。這當(dāng)然是最理想的成像方式，人們對(duì)它寄予很大希望。由于伽柏提出了“全息術(shù)”而使他獲得諾貝爾獎(jiǎng)的殊榮。但發(fā)展至今日，依然舉步維艱。由于成像條件特別苛刻，不允許有任何一點(diǎn)振動(dòng)，且實(shí)現(xiàn)彩色及運(yùn)動(dòng)圖像方面遇到很大的困難，僅停留在試驗(yàn)研究階段。如今尚只能在防偽商標(biāo)中得到一點(diǎn)的應(yīng)用。

后又有人在進(jìn)行多路全息術(shù)的開(kāi)發(fā)，將一個(gè)人或物放在一旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，利用電影攝像機(jī)拍1000-2000千張像片，再通過(guò)激光使它變成彩虹全息片。將該片卷成圓筒狀，在中心偏下部分放一個(gè)小燈，于是形成一個(gè)360的全息像，你圍繞它從哪個(gè)位置都可以看出立體像。目前僅停留在試驗(yàn)演示階段。

通過(guò)現(xiàn)有的大量文獻(xiàn)，尚可以找到各式各樣立體成像的方法，這里難以一一列舉，但人類追求完美的立體像的腳步永不會(huì)停止。總是在保留原有的優(yōu)良基礎(chǔ)上更上一層樓，而不是以損失原有優(yōu)良品質(zhì)作為代價(jià)而獲得新的特質(zhì)。唯愿有日新月異的優(yōu)質(zhì)VR、AR產(chǎn)生， 增添人類的風(fēng)彩！