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3D投影的亮度损失挑战

文章来源:InfoAV China 作者:downey 发布时间:2012年12月10日 点击数: 字号:

虽然新一波的3D热潮已经开始有所降温,但对于各大院线来说,支持3D放映已是必不可少的配备。当然,数字投影技术的普及,使得3D放映门槛有所降低,单机放映3D成为现实,并在影院广泛使用。但问题也随之而来,“画面偏暗”是3D电影的先天不足,也成为其发展的软肋。在中国的电影市场里,3D电影的亮度问题饱受诟病,观众认为影院出于自身利益故意调低了氙灯亮度,而影院方面也颇感冤枉。造成3D放映系统亮度损失的原因多种多样,要解决这一问题,需要考虑诸多方面因素。

DepthQ®-WXGA HD 3D视频投影机
DepthQ®-WXGA HD 3D视频投影机

亮度损失

亮度指的是从一个表面(这里指屏幕)以一个指定的角度(即朝向观众眼镜的角度)反射的光线。亮度损失与3D电影的成像原理有很大关系。所有的3D系统都是通过为右眼和左眼创造分离的图像来实现3D效果。目前,主要有三种不同的技术制造分离的左、右眼图形流:

其中偏振光系统以不同形式的偏振光产生左眼和右眼的图像,以圆偏振、线偏振或两者结合的方式都能够实现。这项技术被用于电影放映已经有很长一段时间了,由于RealD的采用,在影院数字放映中应用广泛。

杜比则由不同波长的三种可见光分离出左、右眼图像,这与偏振光系统一样,是被动式系统。

而所谓的主动式3D系统则采用带滤光器的特殊眼镜,它由电池驱动,并由IR信号控制。Xpand用的就是这种技术。

但不论何种3D系统,其特征都是会吸收大量的光。要产生双眼分离的图像就必然造成亮度的损失,为左眼和右眼显示不同的图像必需快速切换,每只眼睛都只看到了屏幕反射的一半光线,立即导致至少50%的亮度缩减。此外,在系统的滤光器中亮度还会有进一步的损失,一般而言,与2D模式相比,大多数单机 3D系统的亮度损失会达到85%甚至更多。

屏幕的影响

亮度损失来自系统的方方面面,除了3D滤光器和眼镜,2D与3D模式都会受到投影灯功率、屏幕增益等的影响。

偏振光系统对屏幕的要求是可以在被反射时维持光的偏振。而银幕本身就具有高增益,其增益几乎是粗面白色电影幕布的2.4倍,偏振光系统 (RealD和Master Image)因此可以得益于银幕的增益,其补偿可达到亮度损失的范围。普通的白色电影幕则并不适用偏振系统,因为他们会漫射光并改变偏振光。信噪比用于测量左右眼图像间的干扰总数,在轴心上通常需要最少120:1的信噪比来维持一个好的3D图像效果。如果左眼图像偏移并被右眼收到,3D图像就会出现“鬼影”。

也有一些其他的3D技术使用白幕,如杜比和 Xpand,但是考虑其巨大的亮度损失,除了小尺寸屏幕之外的所有屏幕都需要高增益。这意味着,在大多数影院里,当安装使用任何单机的3D系统时都必须更换屏幕。如果是粗面白幕(增益为1),相比偏振光系统,其亮度在3D模式下会大大减少,除非更换更高增益的屏幕。当屏幕的增益达到2.2,就能应用于3D 系统。但同时,如果使用了银幕,中间就会有热点,且边上亮度下降严重。当你离开屏幕区域且屏幕是曲面的,就像很多巨幕一样,下降比率极高。而银幕3D系统同时也会给3D效果带来损失。

由于巨大的亮度损失,投影机通常需要使用高功率灯泡,例如6KW的Xenon灯泡,对一些较小的屏幕来说4KW亦可接受。RealD的XL系统弥补了这些亮度损失,并拥有更高的总体效益,使其非常适合于更大的屏幕。对比2D,眼镜中看到的典型光效应如下:

典型光效对比
典型光效对比

影院并非所有时间都在播放3D片源,2D电影通常同时会在同一影院或同一屏幕上播放,所以无论使用何种系统,屏幕都需要有比2D播放更高的亮度水平。一旦改为使用适合3D的更高增益的屏幕(白幕或银幕),在2D模式下,屏幕就会出现过亮的情况,这取决于3D系统的灯光效益因素。同时需要能够有效降低灯泡功率,将灯泡换成低瓦数灯泡,或按照通常的做法通过投影机的设置减少流向灯泡的电流,从而减少屏幕的亮度。同样,由于高增益水平,屏幕的观看角度会变窄,因此,屏幕前方两端的区域会看到一些亮度的变化。用于3D观看的屏幕应该是有弧度的,这可以改善光线分布,建议的弧度(曲率)为1:20(深/ 宽)。

对于3D演示来说,“可接受”的标准大约为5FL(1FL=3.426cd/m2),如果3D模式下亮度高于这一标准,那么2D模式下的亮度将会比图中所显示的更高。标准化的数字2D演示为14FL,那么在不降低灯泡功率的前提下,所有的3D技术都会造成过亮显示,尽管RealD的XL可将亮度调节到相当低的水平。

2D和3D模式下的亮度对比
2D和3D模式下的亮度对比

然而5FL的标准在《阿凡达》之后也开始显得捉襟见肘,现在亮度要达到6或者以上的呼声也越来越高。卡梅隆的光风暴公司需要10FL的亮度,并且建议如果放他们的电影就要强制执行。最终,他们决定发行四种等级的电影:3.5、5、7.5、10。因此影院的发展也要跟上电影发展的速度,否则很有可能被发行商或观众抛弃。

针对3D屏幕选择的问题,哈克尼斯推出了数字屏幕选择器,这是一个基于网页的应用程序,根据所选的屏幕尺寸、投影机及2D和3D模式下的灯泡组合判断屏幕产品的选择,只要简短回答几个关于屏幕尺寸和用于具体影院设备的问题,选择器就会推荐相应的哈克尼斯屏幕以优化性能和成本。

3D系统亮度的测定是一个非常复杂的工作,甚至不同的眼镜也会测出不同的结果,而且相关的标准尚未制定。同时,造成3D亮度损失的因素也非常复杂,各个环节都需要改善和调整。因此,应对3D系统的亮度损失问题,就是一个寻求平衡的过程。

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