【正文】 示算法研究 . 碩士學位論文 . 2020. 3~12. [14] 李銘 . 怎樣制作紅青雙色立體影像 . 數(shù)字與縮微影像 . 2020（ 3） . [15] 王穎鑫 . 不只是電視 ,立體影像的全面進化真實幻境穿梭 3D 體驗第二波 .數(shù)碼 界， 2020,09（ 8） . [16] 李欣 . 3D 電視探析 . 中國有線電視 ， 2020（ 6） . 致 謝 時光飛逝，轉(zhuǎn)眼間大學四年生活就快結(jié)束了。這也是重新掀起 3D 熱潮的 直接原因，但是 3D顯示技術(shù)一直沒有很大的突破，所以一直阻礙著 3D 電影的發(fā)展與普及。 早在上世紀 50 年代 ，就有立體影像的出現(xiàn)，但由于技術(shù)不成熟、市場缺少關(guān)注等原因，一直未得到普及和發(fā)展。 本章小結(jié) 本章主要介紹了 3D 電影的顯示技術(shù)，分為兩類：眼鏡式和裸眼式技術(shù)。從技術(shù)上來看，裸眼式 3D 可分為光屏障式、柱狀透鏡 技術(shù)和指向光源三種。許多觀眾戴上這種眼鏡觀看立體電影會有頭暈等不舒適之感 ， 近視眼的觀眾需要同時戴著兩副眼鏡 ， 非常不方便 。 裸眼式 3D 技術(shù) [16] 由于 在畫面的亮度和分辨率上 3D 電影比起 2D 電影仍 然存在諸多差距 。偏光式3D 是利用光線有“振動方向”的原理來分解原始圖像的，在顯示時會送出垂直方向偏振光和水平方向偏振光兩組畫面，然后 3D 眼鏡左右分別采用不同偏振方向的偏光鏡片，這樣人的左右眼就能接收兩組畫面，呈現(xiàn)立體影像。用于人眼的反應(yīng)速度有限，只要刷新率足夠高，人眼就感覺不到鏡片開關(guān)帶來的閃爍。主動快門式 3D 主要是通過 LCD 技術(shù)控制鏡片透光率來實現(xiàn) 3D 效果。 色差式技術(shù)雖然效果不是很好，但成本低廉、容易實現(xiàn)，自己在家就可以制作，因此應(yīng)用還是比較廣泛。這種技術(shù)歷史悠久，成像原理簡單， 實現(xiàn)成本相當?shù)土?，眼鏡成本僅為幾塊錢，但是獲得的 3D 效果也是最差的。 眼睛式 3D技術(shù) 目前市場上的 3D 電影，幾乎都是眼鏡式顯示技術(shù)，就是說觀眾在觀看電影時必須戴上特制的眼鏡，才能體會到 3D 的立體效果。 著重對立體設(shè)備顯示方式展開研究，介紹了體式顯示方式和自由立體顯示方式 兩種。 這種采用垂直視差 (圖 38)的現(xiàn)實方式是以犧牲水平分辨率為代價的，成像的時候水平分辨率將大幅下降，而垂直分辨率卻沒有變化，顯示圖像嚴重失真。多視圖經(jīng)過視差柵板的遮擋，形成多視圖區(qū)域。 圖 35 線光源照明 法原理圖 根據(jù)此方法立體顯示原理可知，左眼圖片和右眼圖片分別顯示在顯示器的奇行像素區(qū)和偶行像素區(qū) （分別成 L 區(qū)和 R區(qū) ） ，因此，立體片源制作過程如圖 36所示 ：首先得到左右并列顯示的左眼和右眼圖片 (a)，再把左眼圖片按像素列離散化，使之分離成梳狀映射到 L 區(qū) (b)，同樣再把右眼圖片按像素列離散化，使之分離成梳狀映射到 R區(qū)，此時左眼圖像和右眼圖像在屏幕上是交錯分布的 (C)。 1．線光源照明法 線光源照明法是在立體顯示器 LCD或 TFT的像素層后使用一系列并排的線狀光源給像素提供背光照明，線光源寬度極小且與顯示器的列像素平行。因此， 偏振光立體顯示系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。 當前電影院，博物館，展覽館等大型場合的3D 實現(xiàn)均采用此種方式。 圖 33 分光法演示圖 利用偏振光的這一特性，讓投射左眼圖片和右眼圖片的光分別經(jīng)過相互正交的偏振片，觀看者帶上相應(yīng)的偏振眼鏡后，由于偏振眼鏡的“檢偏作用”，左眼和右眼分別接受到左眼圖片和右眼圖片，再經(jīng)過大腦合成，可產(chǎn)生立體感。 分光法立體顯示系統(tǒng)是基于偏振光平臺的 [11]。 紅綠分色實現(xiàn)立體的方法成本低廉，實現(xiàn)容易，觀看者只需佩戴紅綠濾光片，觀看方便。所以，在使用這種液晶眼鏡的時候，要求顯示器的垂直刷新率至少達到 120Hz。如果眼鏡中左右眼的畫面刷新速度不夠快，顯示畫面會出現(xiàn)明顯閃爍，這將導(dǎo)致觀看者眼部不適合和頭暈。左右液晶快門以高頻率交替開關(guān)，由 于人眼的視覺延遲作用，觀看者就可以觀看到立體圖像。該方法是指將左右圖像按幀 (場 )序交替顯示，通過單一顯示器用液晶閑閉的方式實現(xiàn)圖像分像。 體視顯示方式借助眼鏡、頭盔等 設(shè)備， 使人的雙眼同時分別看到具有視差的立體圖像對，以形成立體視覺；而自由顯示方式大都采用光學板，觀看者不需要佩戴輔助設(shè)備就能看到立體影像。與多相機拍攝不同，通過立體掃描 觀看者可以在任何角度看到立體效果。 圖 31 3D 電影的實現(xiàn)過程 立體圖像獲取 由雙目立體視覺原理可知， 要想產(chǎn)生立體感，立體圖像必須包含至少一對具有一定視差的立體圖像對，即一對左眼圖像和右眼圖像，并且這種視差要符合人眼的生理結(jié)構(gòu)。 本章小結(jié) 本章主要介紹了 3D 電影的概念 ，在此基礎(chǔ)上探討了 3D 電影的光學原理，主要有 偏光原理和 光學全息技術(shù) 。 可以說這些技術(shù)很多國家都在研制，毫不夸張的說這項技術(shù)它包含了未來，誰最先使用這項技術(shù)，誰就最先走入未來的先進技術(shù)行列。當觀眾戴上特制的偏光眼鏡時 ， 由于左、右兩片偏光鏡的偏振軸互相垂直 ，并與放映鏡頭 前的偏振軸一致 ， 致使觀眾的左眼只能看到左像、右眼只能看到右像 ， 通過雙眼匯聚功能將左、右像疊加在視網(wǎng)膜上 ， 由大腦神經(jīng)產(chǎn)生三維立體的視覺效果 ，展現(xiàn)出一幅幅連貫的立體畫面 ， 使觀眾感到景物撲面而來、或進入銀幕深凹處。每臺放映機前端裝有改變光線相位的偏振片。偏光眼鏡法是利用偏光原理制作的，需要觀眾佩戴偏光眼鏡才能感受到 3D 的立體效果； 360 度全息顯示法是利用光學全息制作的，觀眾無須佩戴眼鏡，就能全方位的感受 3D 的立體效果。 圖 28 視差分類 4．深度 立體影像中的深度即指場景中各點相對于攝像機的距離?？蔀榱嗽黾恿Ⅲw 效果，一般會將視差加大。 3．視差 視差是透過雙眼各自所看到目標物體位置的差異性 ， 是指在兩眼視網(wǎng)膜上成像的位差 ， 如圖 25 所示 。如圖24 中，物體 1 比物體 2 小，其視角 1? 比視角 2? 小。 在物理學上 我們把 1? 和2? 稱之 為 光角， 即物體與兩眼所形成的角度 。 * * ( , )U x y R R O x y?? ， 24 ( , ) 39。 *bU x y C x y t x y t C O O C R C O R C OU U U U ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? （ 29） 1U 前的系數(shù) bt 表示常量 ，只改變照明光振幅； 2O 表示物光波單獨存在時在底片產(chǎn)生的不均勻光強； 2U 指振幅受到調(diào)制的照明光波，產(chǎn)生離散雜光。 H 上總光場為： ( , ) ( , ) ( , )U x y O x y R x y?? （ 27） 強度分布為： 2 2 2 ( , ) ( , )00( , ) ( , ) ( , ) ( , ) 2 ( , ) ( , ) c o s [ ]rox y x yI x y U x y O x y R x y o x y r x y ?? ?? ? ? ? ? （ 28） 全息圖實際上就是一副干涉圖，第三項是干涉項，在干涉條紋的幅值以及條紋位置信息中包含有物光振幅和位相的信息，它們分別受到參考光振幅和位相的調(diào)制。光波照明全息圖，由于衍射效應(yīng)能再現(xiàn)出原始物光波，該光波將產(chǎn)生包含物體全部信息的三維像。 既方便、直觀，攜帶信息量又大。 光 學全息 上面講到了 3D 電影的最基本原理偏光原理，此原理是應(yīng)用最為廣泛、比較容易實現(xiàn)的。 圖 22 雙目立體視覺模型 由于人的雙眼在觀看物體時絕大多數(shù)時間總是處于水平位置，因此在成像模型中以單一的點來表征物體，并且假定成像的高度在左右眼中是一樣的。人的大腦產(chǎn)生立體視覺主要是通過兩只眼睛來實現(xiàn)的，如下圖 21 所示，人的雙眼間距大約為 60mm，幾乎處于平行的位置。雖然差距很小，但經(jīng)視網(wǎng)膜傳到大腦里，大腦就用這微小的差距，產(chǎn)生遠近的深度，從而產(chǎn)生立體感。所有類型的立體顯示系統(tǒng)都是模擬人眼觀察物體的方式拍攝片源， 然后通過各種分光技術(shù)分別投射視差片源到人的左右眼。 第二章 3D 電影的光學原理 3D 電影簡介 3D 電影 [3][4]即 立體電影，其中 D 是英文 Dimension（線度、維）的字頭， 3D電影指的是三維立體電影的意思。著重對立體顯示方式展開研究，介紹了體式顯示方式和自由立體顯示方式。本文 在重點探討 3D 電影光學原理基礎(chǔ)上，介紹 了 3D電影的制作和實現(xiàn)方法，著重對 3D 電影的顯示技術(shù)展開 分析討論，特別是裸眼式顯示技術(shù) 。 中國 3D 電影市場一不留神成為全球第二，成長速度可謂一日千里。 短短一年半時間， 3D 銀幕數(shù)翻了近五番，而且這一增速還在持續(xù)。 一系列引進的 3D大片掀起了 3D熱潮，國內(nèi)眾多院線紛紛擴建、更新放映設(shè)備，力推 3D電影。 3D 電影在國內(nèi)大范圍上映實際始于 2020 年 的《 地心歷險記 》 ， 近在咫尺的細微生物、呼嘯而過的珍奇異獸、過山車般身臨其境的美妙感覺 。 近幾年，隨著影視數(shù)字技術(shù)的成熟， 3D立體電影有了長足的進步，《阿凡達》就是數(shù)字技術(shù)與 3D 立體電影相結(jié)合的一個成功例子。 1922 年，世界上第一部 3D 電影是《愛情的力量》 ， 遺憾的是，影片很早之前就已經(jīng)遺失了。人們被它成熟的 CG技術(shù) [1]和完美的 3D效果所折服，所有的評論呈現(xiàn)一邊倒的態(tài)勢，以至于在業(yè)界有人把 2020 年稱為 3D元年，《阿凡達》也成了 3D新紀元的奠基之作。因此，在電影這一行業(yè)， 3D 電影無疑是以后發(fā)展的一個新方向。 3D電影不僅具有普通 2D 電影清晰、直觀等優(yōu)點，更引人注目的是，它能讓觀眾有穿越銀幕 、身臨其境的感覺。 近幾年來，顯示技術(shù)有了飛速的發(fā)展，從電子束顯示 CRT 到現(xiàn)在的平板、數(shù)碼顯示 LCD/LED，變得越來越清晰、準確、直觀、方便、節(jié)能、信息化，甚至色彩、立體化等。本文嘗試從 光學原理的視角，結(jié)合 3D 電影 的發(fā)展歷程 和現(xiàn)狀 ，對 3D 電影的光學原理和制作方法 以及實現(xiàn)方式和顯示技術(shù)都進行了介紹。近年來， 3D 電影技術(shù)正在迅速發(fā)展。著重對光學原理的光學參數(shù)、 3D 電影的實現(xiàn)過程、裸眼式 3D顯示技術(shù)展開探討，并對 3D 電影的發(fā)展前景做出預(yù)測。此為本課題的來源。 主要參考文獻和書目： [1] 郁道銀 ， 談恒英 著 . 工程光學 (第三版 ). 北京： 機械工業(yè) 出版社， 2020. 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