裸眼3D移動影音設備的設計與研究

【摘要】：裸眼3D技術是在平板顯示基礎上發展而來的新型光電顯示技術，在小尺寸屏上具有更多的優勢。研究便攜式設備的裸眼3D系統及功能具有重要的實用價值和經濟意義，不僅為便攜式產品帶來新的商機，而且為裸眼3D技術的產業化奠定基礎。如今主流的3D立體顯示技術，仍然不能使我們擺脫特制眼鏡的束縛，這使得其應用范圍以及使用舒適度都大打折扣。于是，3D立體顯示能夠持續發展的動力，就落到了裸眼3D顯示技術這一前沿科技上。

【關鍵詞】：嵌入式技術;裸眼3D技術;直接成像技術

當前已經產品化的3D液晶電視多用輔助式3D技術，需佩戴相應的眼鏡才能觀看到立體視覺效果，但是佩戴輔助設備給觀看者帶來不便。裸眼3D技術是能夠展示三維景物、空間實況的新型光電顯示技術，讓觀看者達到身臨其境、沉浸現實的視覺效果，是顯示技術領域的重要發展方向。裸眼式3D技術不需借助輔助設備即可裸眼觀看到雙眼視圖，獲得立體視覺效果，與輔助式立體顯示技術相比具有方便、健康、靈活等多種優勢，成為立體顯示技術重點發展方向。裸眼3D技術的發展，給電子產品帶來巨大的商機，具有廣闊的發展前景和經濟價值。因此，作者對裸眼式3D技術及嵌入式3D設備的設計進行了深入研究。

一、裸眼式3D技術研究現狀

裸眼式3D技術大多處于研發階段，它的研發分兩個方向，一是硬件設備的研發，二為顯示內容的處理研發。第二種已經開始小范圍的商業運用。大眾消費者接觸的不多。從技術上來看，裸眼式3D可分為光屏障式（Barrier）、柱狀透鏡（Lenticular Lens）技術、指向光（DirectionalBacklight）以及直接成像四種。裸眼式3D技術最大的優勢便是擺脫了眼鏡的束縛，但是分辨率、可視角度和可視距離等方面還存在很多不足。當然，最近國內又出現一種更簡單的裸眼3D成像技術，這一技術是直接運用在特定的所要需要表現3D效果的東西上，比如廣告行業的平面海報上面，電子商務的產品展示。例如最近上映的美國隊長3、魔獸世界等電影。

指向光源（Directional Backlight）3D技術投入較大精力的主要是3M公司，指向光源（Directional Backlight）3D技術搭配兩組LED，配合快速反應的LCD面板和驅動方法，讓3D內容以排序（sequential）方式進入觀看者的左右眼互換影像產生視差，進而讓人眼感受到3D三維效果。前不久，3M公司剛剛展示了其研發成功的3D 光學膜，該產品的面試實現了無需佩戴 3D 眼鏡，就可以在手機，游戲機及其他手持設備中顯示真正的三維立體影像，極大地增強了基于移動設備的交流和互動。

二、嵌入式3D設備的硬件組成及3D播放算法研究

裸眼3D技術在便攜式設備中具有重要的實用價值和經濟意義。便捷式裸眼3D影音設備作為功能完善的應用系統，應用在小尺寸的3D屏顏值、硬件電路系統、支持3D播放的應用軟件等等。

在便攜式設備工作中嵌入式裸眼3D影音設備系統組成結構研究，以嵌入式處理器S3C6140，控芯片，擴展存儲器、3D傳感器、觸摸式裸眼3D屏、GSM＼GPS＼WIFI等功能模塊，組成性能較為完善的便攜式影音系統。通過研究S3C6140的性能、接口及其擴展功能，研究了重要外圍模塊的信號接口及電氣特性，在此基礎上初步完成系統的規劃和設計工作。

如圖中的這些條紋寬幾十微米，通過它們的光就形成了垂直的細條柵模式，稱之為“視差障壁”。而該技術正是利用了安置在背光模塊及LCD面板間的視差障壁，在立體顯示模式下，應該由左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋右眼;同理，應該由右眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋左眼，通過將左眼和右眼的可視畫面分開，使觀者看到3D影像。缺陷：由于背光遭到視差障壁的阻擋，所以亮度也會隨之降低，要看到高亮度的畫面比較困難。除此之外，分辨率也會隨著顯示器在同一時間播出影像的增加成反比降低，導致清晰度的降低。

裸眼3D技術的實現需要柱狀透鏡技術，也被稱為雙凸透鏡或微柱透鏡。它相比視差障壁技術最大的優點是其亮度不會受到影響。它的原理是在液晶顯示屏的前面加上一層柱狀透鏡，使液晶屏的像平面位于透鏡的焦平面上，這樣在每個柱透鏡下面的圖像的像素被分成幾個子像素，這樣透鏡就能以不同的方向投影每個子像素。于是雙眼從不同的角度觀看顯示屏，就看到不同的子像素。不過像素間的間隙也會被放大，因此不能簡單地迭加子像素。讓柱透鏡與像素列不是平行的，而是成一定的角度。這樣就可以使每一組子像素重復投射視區，而不是只投射一組視差圖像。

嵌入式3D設備的設計需要直接成像技術，直接成像技術是指把指定的圖像、圖形通過加工處理通過數字媒體叫它自己動起來，從而給人一種3D效果，可使所要傳達的事物更加貼近生活，表現的更加真實。這一技術主要運用于現在互聯網推廣方面，也就是廣告方面。典型的有在近年來網絡上出現的英雄聯盟的三幅裸眼3D海報以及徐克導演的3D團隊在打造的名為“步步追魂”的電影海報，這也是這一技術首次在國內運用在商業方面的非常好的實例，有助于我國裸眼3D技術的大的提升與進步。這一技術可依附在普通的電腦、數字廣告機、LED顯示屏等數字化設備上進行展示傳播。優點：有效提升電子商務現有的產品推廣表現形式，更能表現產品的真實性。

除此以外，在嵌入式操作系統與硬件匹配的定制方法的研究上，主要是把Android操作系統以其強大的功能、豐富的API接口函數和穩定性等優點，成為嵌入式設備的主要操作系統之一。嵌入式硬件系統需與操作系統配合使用，才能對系統進行有效的管理和控制。

那么，如何研制3D圖像瀏覽及播放軟件呢？應用雙視圖立體圖像的同步縮放算法和插值算法，使之滿足不同尺寸規格裸眼3D屏的顯示要求，使左右眼3D圖像進行中缺重組。為了保證像素位置的準確性，我們采用先線性碩放的辦法把每隔師徒縮放到液晶屏分辨率大小，再使用列差值算法來完成左右視圖的像素寫入，使圖像滿足裸眼3D的光學要求。經過多次優化，程序能夠在多種分辨率的液晶顯示屏上運行，滿足左右視圖像素位置的要求。

本文在裸眼3D技術研究基礎上，重點研究嵌入式裸眼3D影音設備的實現方法、系統結構、軟件技術。探索在便攜影音設備實現裸眼3D技術的途徑和方法，使便捷式影音播放設備在嵌入式技術支持下達到裸眼3D圖像顯示功能，希望能夠為裸眼3D技術的產業化奠定基礎。

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學院，黑龍江 齊齊哈爾 "161005）