裸眼3D立体显示技术详解

"V+D"格式包含了一幅彩色图和相应的深度图，如图 5 所示，其中深度图表达了 2D 图像中的像素点与3D场景中真实点之间的距离，即空间信息，深度信息是非常重要的几何信息，对3D场景的编码和重构具有重要的意义。采用 DIBR（Depth-Image Based Rendering）算法可以方便的绘制出任意视点。欧洲的 ATTEST 项目采用了"V+D"格式，其中 2D 彩色视频采用MPEG-2 编码，深度采用 MPEG-2、MPEG-4或H.264 进行编码，"V+D"的3D格式已标准化为 MPEG-C Part3，即 ISO/IEC 23002-3。Philips已发布了基于"V+D"格式的3D显示器接口规范白皮书，并且推出了相应的显示器产品。本文采用的3D输入视频源格式即为"V+D"，作为DIBR系统的视频输入，通过 DIBR 系统绘制得到多个视点视图，生成裸眼3D内容。

　　图 5 "V+D"3D格式

　　Fig. 5 Video plus depth3Dformat

　　2.4 多路视频+深度（multi-view video plus depth， MVD）

　　由于多路视点视频需要传输多路数据，因而传输数据量太大，在实际中难以实现，采用 MVD 格式可以有效的解决这个问题。与"V+D"格式类似，MVD 格式传输 2D 视频序列和相应的深度图序列，通过 DIBR 绘制得到虚拟视点，而与"V+D"格式不同的是，MVD 格式需要传输多路 2D 视频和深度序列，多路视频中的信息互补可以有效地解决遮挡、空洞问题，扩展视角范围，从而使绘制的虚拟视点质量得到了大大提高。图 6 显示了ballet 序列 MVD 格式。

　　（a） 第一个摄像机在时刻 1~4 拍摄的 ballet 彩色图以及对应的深度图

　　（b） 第二个摄像机在时刻 1~4 拍摄的 ballet 彩色图以及对应的深度图

　　图 6 MVD3D格式

　　Fig. 6 Multi-view video plus depth3Dformat

　　2.5 分层深度视频（layered depth video， LDV）

　　分层深度视频格式即消除遮挡格式，是由 Philips 在"V+D"格式的基础上提出的，即 LDI（layered depth image），通过再增加一层"V+D"，描述背景中被遮挡区域的视频及深度，将3D场景分解为前景和背景，用两层"V+D"来描述。图 7分别为"V+D""全背景消除遮挡"格式和"V+D""去冗余消除遮挡"格式，全背景消除遮挡格式包含全部的背景信息及其深度图，去冗余消除遮挡格式包含背景中被遮挡的 2D 图像及其深度图。此种格式较适用于深度平滑的背景上叠加虚拟合成的动画对象的场景，对于深度层次丰富的自然场景，特别是对法线与光轴方向接近垂直的物体表面的信息，还是不能很好地表达。

　　图 7 LDV3D格式

　　Fig. 7 Layered depth video3Dformat

　　3、裸眼3D显示技术

　　根据显示原理和光学结构的不同，裸眼3D显示技术主要有光屏障式（parallaxbarrier）、柱状透镜技术（lenticular arrays）以及集成成像技术（integral imaging）。

　　下面简要介绍这几种技术。

　　3.1 光屏障式技术

　　夏普公司欧洲实验室的工程师们经过 10 年的研究，开发了光屏障式技术，基于该技术的自由立体显示可以在三维/二维模式间进行切换，凭借该技术夏普在2002 年底成功的向市场推出了自动立体液晶显示器。如图 8 所示，光屏障式技术由高分子液晶层、LCD 面板、开关液晶屏及偏振膜等组成，视差障壁是通过利用液晶层和偏振膜产生方向为 90°的一系列垂直条纹形成的，这些垂直条纹宽几十微米，当光通过时就形成了垂直的细条栅模式。

　　视差障壁是该技术实现裸眼3D显示的关键所在，在3D显示模式下，安置在 LCD面板及背光模块间的视差障壁，实现了左眼和右眼分别接收到不同的视图，从而使观众感受到3D效果。

　　优点：兼容现有的 LCD 液晶制造工艺，因而在成本和量产上较具优势。

　　缺点：显示分辨率与视点数成反比，画面显示亮度较低。

　　图 8 光屏障式技术示意图

　　Fig. 8 Illustration of parallax barrier

　　3.2 柱状透镜技术

　　菲利普公司基于传统的微柱透镜方法对裸眼3D显示技术展开研究，其开发的裸眼3D显示器是在液晶显示屏的前面加上一层微柱透镜，每个柱透镜下面的图像像素被分成 R、G、B 子像素，每个子像素通过透镜以不同的方向投影，观众便可从不同的方向观看到不同的视图，如图 9 所示。该技术的缺点是放大了像素间的距离，所以简单的叠加子像素是一种难以取得好的显示效果的做法，一种更好的方法是使一组子像素交叉排列，且让柱透镜与像素列呈一定的倾斜角度。

　　优点：显示亮度高，3D沉浸感更好。

　　缺点：与现有 LCD 液晶制造工艺不兼容，需要更高的成本。

　　图 9 柱状透镜技术示意图

　　Fig. 9 Illustration of lenticular lenses

　　3.3 集成成像技术

集成成像（最初被称为集成