探究3D成像技術的原理及電視技術應用分析

■文/劉維達

探究3D成像技術的原理及電視技術應用分析

■文/劉維達

近年來，隨著科學技術的不斷發展，3D成像技術成為當下電視行業研究的熱點之一。3D電視又稱之為立體電視，它是現代電視行業發展的產物，同時也是社會發展的必然要求。接下來本文將對3D成像技術基本原理進行一定的闡述，進而為其在電視行業中的具體應用提供一定的參考資料。

3D成像技術；原理；電視技術 ；應用；分析

2010年在我國上映的美國電影《阿凡達》是3D成像技術在電影領域應用的成功典范，同時通過《阿凡達》這部影視作品也使人們開始認識并了解3D技術。但是3D技術在我國電視行業的應用還比較少，這就在一定程度上限制了電視行業的發展，因而在電視領域中引入并應用3D成像技術將會是未來電視產業發展的一種必然趨勢。

1.3D成像技術原理分析

現階段，電視行業中應用最為廣泛的是4K、8K技術，其目的是進一步提高電視畫面的分辨率，同時對電視節目的一些細節內容進行一定的改善，增加觀眾的視覺感受，而3D成像技術與這些傳統的電視技術相比具有一定的優勢，即3D技術的應用極大地提高了觀眾在觀看電視節目過程中的觀感體驗，使觀眾有一種身臨其境的感覺。3D成像技術在最近幾年應用于影視產業中，而它基本原理內容如下。

3 D成像技術的基礎來自于20世紀初科學家發明的“視差產生立體”原理。而“視差產生立體”的基本原理是人在對一個事物進行觀察的過程中，兩眼所看到的畫面是存在著細微差異的，這是因為兩眼觀察事物過程中其位置和角度是存在一定不同的，由此產生的這種細微差異也稱之為視差位移，而我們的大腦會對這種差異進行一定的處理，最終會讓我們產生一種立體視覺感。通過以上對“視差產生立體”基本原理的分析可知，立體感的產生主要是因為“視差”的存在，因而3D成像技術的關鍵是“視差”的制造。從相關理論方面分析，“制造視差”主要有色差式、主動快門式及偏光式三種。其中偏光式3D成像技術是當下主流3D技術，其核心原理為偏振分光技術。偏振分光技術其實質上是在特殊光學結構（如偏光膜）的作用下將一些無用的光波濾除，只有特定振動方向的光波可以通過的一種光波選擇技術。單從理論方面分析，圖像可以分為兩組畫面，即垂直向偏振和水平向偏振，而光線在經過濾光片之后會將所得的兩組畫面分別投射至左右眼，但是左右眼僅可以觀看到兩組畫面的中的一組，即產生了視差。之后的立體感形成工作則由大腦完成。在這一過程中特別注意的是，我們的兩只眼睛只能觀看到屏幕一半的畫面，因此畫面的清晰度和3D效果也會在一定程度上減弱。但是偏振式技術與其他兩種成像方式相比仍占據一定的優勢。首先偏正式技術在應用過程中不會發生畫面閃爍的現象，即使觀看者長時間的觀看也不會發生頭暈惡心等不良癥狀。其次，在同一時間段內，偏振式技術的應用不會因刷新慢而發生畫面拖拉的現象。最后偏振式3D技術操作簡單，成本較低，綜上這些偏振式成為了主流3D技術應用技術，觀眾只要在觀影過程中佩戴相應的眼鏡就可以獲得立體感的觀影體驗，但是3D成像技術在電視節目中的應用存在著一定的問題，如觀眾在家中觀看電視節目中時刻佩戴眼鏡有一定的不便之處，同時電視節目的時間較長，觀眾對觀看舒適度的要求也比較高，僅憑電影中3D成像技術在電視節目中的運用遠遠不能滿足觀眾的觀看要求，因此3D成像技術在電視產業中的具體應用仍舊面臨著諸多的問題。

2.淺析3D成像技術在電視產業中的應用

通過以上的介紹分析可知，3D成像技術在電影領域中的成功運用給電視產業立體觀看體驗的發展及實現提供了一定參考，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技術實現很難滿足觀眾對電視節目的觀看要求，因此3D技術在電視產業中的應用具有其獨特的地方。

2.1 眼鏡式的3D顯示技術在電視產業應用分析

現階段從實用角度分析，眼鏡式3D顯示技術在電視產業中應用具有一定的局限性。目前眼鏡式3D成像技術主要以紅藍濾光技術、主動快門式3D技術和偏振式3D技術為主，其中前兩種3D技術由于成像效果差、成本高，同時觀眾在觀影過程中容易產生視覺疲勞等缺陷并未得到了實際的推廣及應用，而當下電影3D技術發展中主要以偏振式3D技術應用為主，在實際的應用過程中電影觀看者仍舊需要佩戴被動式的偏光眼鏡，且這種眼鏡的成本比較高，在電視產業發展中是用具有一定的弊端。首先人們在家觀看電視節目時間比較長，佩戴眼鏡進行電視節目不方便。其次偏光眼鏡的成本較高，在推廣過程中會遇到了一定的瓶頸。因此眼鏡式的3D顯示技術在電視產業中應用還不成熟。

2.2 裸眼式3D成像技術

裸眼式3D成像技術與眼鏡式3D顯示技術相比在電視產業中應用及推廣具有一定的優勢，如裸眼式3D成像技術讓觀看者在欣賞電視節目的過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。就現階段而言，裸眼3D成像技術主要有三種，即光屏障式技術、柱狀透鏡技術及指向光源技術。但是從其原理方面分析，裸眼式3D成像技術在畫面分辨率、可視角度、可視距離等方面存在著一定的問題。

2.2.1 光屏障式3D成像技術

光屏障式3D成像技術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。在觀看電視節目的過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入到人左右眼的光線也會發生一定的偏差，進而導致人的左右眼產生不同的電視畫面，3D視感由此產生。從其3D成像原理可以發現，光屏障式技術與偏光式3D技術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生視差的媒介，因此在實際的應用過程中僅需對用戶原來的電視屏進行改造即可，但是它的應用也有一定的缺陷，如電視畫面的亮度不足，導致其分辨率較低，影響電視畫面的效果。

2.2.2 柱狀透鏡式3D成像技術

柱狀透鏡式3D成像技術在具體的應用過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，進而使每個柱狀透鏡下的像素得到分成多個子像素，而這些子像素又被投射至到不同的方向，繼而產成了視差，使觀看者獲得3D視覺體驗。柱狀透鏡式3D成像技術在應用過程中金使用透鏡就可以達到3D視覺效果，因此電視液晶屏面的亮度不會受到過多的影響，但是由于柱狀透鏡具有一定的曲光特異性，造成電視畫面的分辨率較差。另外這種3D成像技術電視液晶屏幕的生產與傳統液晶屏幕的生產具有一定的差異，因此在實際生產中必須對電視屏幕生產線進行一定的改造，生產成本較高，很難在實際應用中得到應用及推廣。

2.2.3 指向光源3D成像技術

目前指向光源3D成像技術在電視產業中還處于實驗階段，其基本原理為利用兩組LED光源，同時在LCD面板和驅動方法的作用下，使3D電視顯示內容以排序的方式投射至觀看者的眼睛中，這樣以來觀看者眼睛會產生一定的視差，并最終獲得3D視覺體驗。該種3D成像技術無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要求，但是該項技術還處于試驗階段，并未得到實際的應用及推廣。

3.3D成像技術在電視技術應用發展分析

據統計調查發現，3D成像技術在電視產業中也得到了一定的推廣及應用，如部分家庭為了享受3D視覺效果購買了3D視頻設備，但是從電視產業整體方面分析，3D成像技術發展仍舊處于研究起步階段。就我國3D成像技術水平分析，在歷經多年研究和技術更新后，3D成像技術在社會生活中得到了一定程度的使用，但是在電視產業中只有少部分電視節目制造商擁有3D節目制造的基本條件。另外通過對現階段3D視頻采集、傳輸、回放以及存儲設備等市場價格分析，發現其生產成本與普通電視節目相比高出許多，這也是限制其在電視節目中應用的主要因素之一。因此我國電視節目制造企業應當轉變電視節目制作的傳統觀念，對自身電視頻道的實際情況進行一定的調查分析，利用有限的資源確立高技術、高起點、專業性較強的電視節目定位，另外我國相關部門也應當加大對3D電視顯示技術的重視及投入力度，為3D電視技術的推廣制定一系列的鼓勵政策，并利用現有的各種資源對其進行宣傳及推廣，為今后3D電視節目的推廣奠定堅實的基礎。另外3D電視技術制造廠家應當加大對裸眼3D成像技術的研究力度，突破技術瓶頸，降低生產成本，為3D電視技術的發展、普及、推廣提供必要條件

4.結論

綜上所述，通過以上的探討分析可知，3D成像技術的基本原理就是“制造視差”，其中眼鏡式3D成像技術在電視產業應用中具有一定的局限性，而裸眼式3D成像技術發展還不成熟，因此相關電視產業制造商應當加大研究和投入力度，為電視產業中3D成像技術的應用打下堅實的基礎。

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

［2］ 馬金秀.3D電視發展探析［J］.中國有線電視，2016（03）.

（作者單位：天津廣播電視臺電視轉播部）

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