3D电视的原理及电路解析

2009年12月,随着阿凡达的大热,消费者对3D的狂热在国际上掀起一轮3D热潮。在3D电影的促动下,3D市场已于2010年开始起飞。而且随着全球消费电子厂商陆续推出一批包括电视机、监视器、笔记本电脑、蓝光盘播放器、数码相机、摄像机、电子相框等3D相关产品进军家庭市场。据DisplavSearch的市场调研数据显示,2010年产业发展备受业内外人士关注,我国不仅是全球最大的平板电视市场,更是全球最大的彩电制造基地。从平板电视到互联网电视再到3D电视,每一次技术升级,国内彩电企业总是紧跟而上。2010年3月,TCL、创维等企业开始推出3D电视;随后在9月份,海信推出了融合网络多媒体技术、3D显示技术的LED背光电视:康佳一举推出4大系列、20多款智能3D电视。文中主要阐述3D电视的原理及技术分类,并以康佳988系列3D电视为例,解析3D部分电路。

随着科技的不断发展,人们的要求也越来越高了,什么都想追求“完美”,因为我们的品位高了,所以我们才想得到更高的满足。我们的生活中充实着快乐,充实着乐趣。从黑白电视到现在智能、3D电视,我们的社会是不断变化的,科技也是不断变化的,给我们的生活增添了更多的乐趣,丰富了生活的每一天。

随着一部阿凡达电影的爆发,3D开始真正走进我们的生活。近两年3D电视也遍地开花铺天盖地的袭来,走进了我们的生活。立体效果的影像将带给我们亦真亦假的画面效果,增添我们生活的愉悦性。

3D是three-dimensional的缩写,就是三维立体图形,3D电视顾名思义就是可以显示3D图像的电视接收机。人类对于3D影像的探索已有百年历史,最早可以追溯到1903年,科学家发现了“视差创造立体”的原理,这可视作3D电视的起源。

随后科学家利用不同技术试图将3D影像引入到电视机中,先后经历了黑白双信道偏光分像、互补色立体分像、彩色集体三维(红绿)等技术,逐步发展为今天的主动快门式3D偏光式3D(不闪式)。

目前的3D技术可以分为裸跟式和眼镜式两大类别,裸眼式3D技术目前主要应用在商用显示方面(以后还将应用于手机等显示设备中);眼镜式3D技术则集中于消费级市场,此次风靡全球的影片《阿凡达》采用的全部是眼镜式3D技术,下面主要介绍主动快门式与偏光式3D。

主动快门式3D电视的成像原理如图1所示:快门式液晶眼镜分别高速开闭,通过提高画面的快速刷新率(至少达到120 Hz)控制观看者感知左右眼各60 Hz的快速刷新图像才会对图像不会产生抖动感,并保持与2D视像相同的帧数,观众的两只眼睛看到快速贴换的不同画面,在大脑中产生错觉,最终造成“视觉位移”,在观看者大脑中合成3D影像。

2010年市场中销售的3D电视全部采用快门式,快门式3D可以为家庭用户提高品质的3D显示效果,这种技术的实现需要一副主动式快门眼镜,交替左眼和右眼看到的图像以至于你的大脑将两幅图像融合成一体来实现,从而产生了单幅图像的3D深度感,其优势是3D质量高、稳定,且可以完全不损失分辨率,能够实现1080p FULL HD输出。缺点是技术本身相对复杂,眼镜需要电源驱动,造价成本较高。成像方面容易形成频闪和串扰,垂直可视角度较窄,戴眼镜观看时亮度降低明显。

所谓“不闪式”3D电视的产品,属于被动式3D技术其本质是偏光式3D成像,与快门式3D利用眼镜与电视本身共同协作产生3D影像不同,偏光式3D电视主要依靠液晶面板前端的偏振膜,将电视显示的画面分成有角度的偏振光,观看者通过佩戴偏振眼镜分别感知不同的视差画面,最终也是由大脑合成3D影像。

通过实际观测,偏光式3D技术的图像效果要比快门式3D技术略差,这种技术会使画面减半,很难实现线D影像。而且画面亮度也会被大大降低。相比之下,快门式3D技术图像效果出色,能够保持画面的原始分辨率,很轻松地让用户享受到线D效果。

在技术方式上,偏光式3D技术是被动接收所以也被称为属于被动式3D技术,辅助设备方面的成本较低,但对输出设备的要求较高,所以非常适合商业影院等需要众多观众的场所使用。图2是一种偏光眼镜方案示意图。偏光方式是把左右眼的图像光线沿两个垂直方向进行极化处理,用偏光眼镜对应观看的方式。眼镜成本低,便于佩戴,无视角限制。

在蓝光3D规范推出之前,市面上除了电影院中放映的3D影片之外,用于家庭播放的原生3D影片较少,因此不少3D电影都是通过软件转换、制作的,标准的不统一也造成了格式众多且混乱。因此不少格式已经很少见或者被淘汰。而现在,3D电影至少**源格式上有了统一标准,原生影片也越来越多,按照传输的格式来看,常见的影片格式包括:

帧连续的实质就是连续发送画面(如图3所示),比如60 Hz的影片,就以120 Hz的速度发送每帧图像,每帧交替显示出来,依次针对左/右眼接收,因此,设备不需对信号进行处理,只要能够接受相应频率的信号并播放即可实现。从它的原理中也可以看出,帧连续的传输方式是针对快门式眼镜的,也就是时分3D技术。

这项技术主要在DLP投影机以及PC上使用,而蓝光3D标准并没有将之纳入,这种格式的优势在于对播放设备、显示设备而言,都无需复杂的技术,一个能够输出,一个能够接受、播放即可。但是对相应的眼镜来说,成本就比较高了,也比较复杂,此外还需要发射器以同步显示设备和眼镜的快门开闭信号。

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