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2013年眼镜式3D立体影像显示技术与市场发展趋势
 

【作者: MIC】2014年02月14日 星期五

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美国好莱坞电影制片商近年来对于制播立体电影的态度越趋积极,2009年上映的立体电影「阿凡达」(AVATAR)席卷全球影业市场进而引爆立体电影观赏热潮。在好莱坞推波助澜下,初步统计,2010年之后电影制片商每年上映超过30部立体电影,因而也直接带动眼镜式3D立体影像显示装置的开发与需求。


3D立体视觉成像原理

由于左眼瞳孔与右眼瞳孔相距约为5.0 cm ~ 7.0 cm,因而导致两眼视网膜所接收到的影像讯息因为视角差异而有些微不同,并且视网膜上有专司视觉讯号的细胞,包括:杆状细胞(Rods)、锥状细胞(Cones),并负责将光线的亮度、颜色等讯息转换成视神经讯息,而脑部也有融合两个不同视角影像讯息产生深度知觉之功能,因而导致人眼观看物体时会形成立体视觉效果。


立体视觉效果是由两种视差效应(Parallax Effect)所产生,包括:「两眼视差」(Binocular Parallax)与「移动视差」(Motion Parallax)。


「两眼视差」是因为两眼视角之不同导致所接收到的影像讯息左眼与右眼略有差异,并且两影像经由大脑合而成为立体视觉效果。


「移动视差」则是因为观看者的移动导致视角产生变化,进而使得观看到的影像内容也随之变化,两影像经由大脑合而成为立体视觉效果。


利用两种视差效应中的任何一种,便可以让人眼在观看物体时产生立体视觉效果,若要让影像显示装置能够产生立体视觉效果,便需借助视差技术调制光线的亮度、颜色以及方向,让左眼与右眼所接收到的影像讯息因为视角差异而形成立体视觉效果。


其中,光线的亮度与颜色之调制数目,可以决定影像显示装置色彩解析度;而光线的方向调制数目,则可以决定视差区域(Viewing Zone)的空间解析度。


显然,立体影像显示装置显示特性良莠判断依据,就在于光线的亮度、颜色以及方向的调制能力上。


@大標:3D立体影像显示技术


3D立体影像显示技术的发展构想,就是要让左眼与右眼分别接收来自于立体影像显示装置传送给左眼与右眼的影像讯息。整体而言,3D立体影像显示技术根据观看者是否配戴特殊眼镜可以区分为两大类别包括:「眼镜式」(With Glasses)与「裸眼式」(Autostereoscopic)。


其中,「眼镜式」立体影像显示装置在影像讯息输出时,将影像区分为左眼影像与右眼影像,左眼影像与右眼影像透过特殊眼镜分别传送影像讯息进入观看者的左眼与右眼,两眼影像讯息再经由大脑融合而产生立体视觉效果。



图一 : :3D立体影像显示技术分类图标 数据源:资策会MIC
图一 : :3D立体影像显示技术分类图标 数据源:资策会MIC

眼镜式3D立体影像显示技术优劣分析

偏光眼镜(Polarizing Glasses)

偏光眼镜利用光线偏极化(Polarized)特性并透过偏光片过滤掉不符合特定偏振光方向之光线,例如:水平偏振光或垂直偏振光,偏光眼镜就是透过特殊结构偏光片的透光与遮光作用,允许某特定方向光线通过而其他方向光线则予以遮蔽。


采用偏光眼镜技术的立体影像显示装置,将左眼影像讯息与右眼影像讯息分别以水平偏振光方向与垂直偏振光方向输出,观看者透过偏光眼镜接收不同偏振光方向的左眼影像讯息与右眼影像讯息,两影像经由大脑合而成为立体视觉效果。


整体而言,偏光眼镜立体影像显示装置的优点在于立体影像视觉效果佳、偏光眼镜重量轻且成本低,然而缺点则是3D影像画面解析度为2D影像画面解析度的一半、3D影像画面亮度为2D影像画面亮度的一半、3D影像画面因观看者角度偏移易产生双重影像(Cross-talk)现象影响视觉品质。


快门眼镜(Shutter Glasses)

快门镜片是由两片具有透明电极的薄板玻璃所组成,两片薄板玻璃之间填充快速液晶材料,透过快速液晶材料的Turn-on/Turn-off动作,快门眼镜(Shutter Glasses)得以执行开启与关闭动作,利用快门镜片开启与关闭并与显示器的分时方式同步进行左眼与右眼影像讯息的快速切换,进而使得双眼接收到影像讯息。


采用快门眼镜技术的立体影像显示装置,当左眼快门镜片开启时,显示器输出左眼影像讯息;当右眼快门镜片开启时,显示器输出右眼影像讯息,并且同一时间仅有一眼能够看到影像讯息,使得左眼与右眼得以分别看到各自视角的影像讯息,两影像经由大脑合而成为立体视觉效果。


另外,值得提醒的是,快门眼镜立体影像显示装置,除了快门眼镜本身需要60 Hz以上的更新率(Frame Rate)水准之外,显示器影像讯息更新率也必须达到120 Hz以上的水准,如此才能够获致较佳的动态影像效果。显然,快门眼镜立体影像显示装置的整体成本是相对较高。


整体而言,快门眼镜立体影像显示装置的优点在于立体影像视觉效果优异、3D影像画面解析度高、3D影像画面不易产生双重影像(Cross-talk)现象,然而缺点则是快门眼镜重量重且成本高、快门眼镜需加装电池、快门眼镜快速切换产生的闪烁(Flicker)现象可能造成观看者头晕目眩、3D影像画面亮度较2D影像画面亮度低。


头盔式显示器(Head Mounted Display)

头盔式显示器分别于两眼前方各放置一组小尺寸显示器,左眼影像讯息与右眼影像讯息直接播放于小尺寸显示器,进而使得左眼与右眼可分别看到各自视角的影像讯息,两影像经由大脑合而成为立体视觉效果。


整体而言,由于头盔式立体影像显示装置是采用两组独立的小尺寸显示器不受干扰地同时提供两眼不同影像讯息,因而可以有效消除双重影像(Cross-talk)与漏光。因此,头盔式显示器的优点就在于立体影像视觉效果极佳,缺点则是重量重且成本高、仅能提供单人使用无法群体观赏、头盔式显示器配戴不便(若使用者本身有配戴近视或远视眼镜)。


市场规模预测

资策会MIC透过资料搜录与整理,针对眼镜式3D TV市场出货量规模进行推估,资料来源包括:重要厂商营收数据与财务资料、眼镜式3D TV部落格文章、眼镜式3D TV市场讯息搜集、眼镜式3D TV市场渗透率计算、…等。


资策会MIC推估,2011年眼镜式3D TV市场出货量为12.1佰万台、2012年达到24.8佰万台,年成长率104.9%,推估2016年市场出货量规模应可以成长到69.3佰万台的水准,2011~2016的年复合成长率(CAGR)应可达到41.8%。



图二 : :眼镜式3D TV市场规模预测 数据源:资策会MIC
图二 : :眼镜式3D TV市场规模预测 数据源:资策会MIC

追踪观察重点

从SID Display Week 2013技术论坛(2013年5月加拿大温哥华举办)中相关厂商、研究机构与大学针对3D立体影像显示技术发表的最新研发成果进行分析,发现眼镜式3D立体影像显示装置在技术层面主要的开发课题为:Human Factors Effect of 3D、3D Glasses、3D TV、Cross-talk等。


显然,不管是偏光眼镜式3D TV、还是快门眼镜式3D TV,这些透过物理机制所进行的人工化立体影像合成技术,仍然存在着诸多的人眼视觉不适应性技术瓶颈留待研发人员予以克服与解决,包括:立体视觉舒适性、立体深度感知调整、立体深度感知呈现、双重影像消除、影像模糊消除、…等。


因此,立体视觉人因工程的研究将提供可行的技术解决方案,未来眼镜式3D立体影像显示技术若能够进展到让人眼感知自然的立体视觉效果,那么当能够使得眼镜式3D立体影像显示装置的市场接受度大为提升。



图三 : :图眼镜式3D立体影像显示技术主要开发课题 数据源:资策会MIC
图三 : :图眼镜式3D立体影像显示技术主要开发课题 数据源:资策会MIC

(本文作者陈赐贤资策会MIC资深产业顾问)


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