显示技术发展百年 裸眼立体将为焦点
科技向来都是一个逐步积累的过程,显示器也是如此。从最传统的CRT显示器到现在热炒的3D显示器、头戴显示器,再到全息投影显示技术等正在逐步走向实用的新技术,每一步都体现着人类的智慧与想象力。下面咱们就跟随显示器发展的脚步,一起探寻其中的奥秘。
传统显示器
早期的显示器都是阴极射线管(CRT)显示器,采用的是孔状荫罩,其显像管断面基本上都是球面的,因此被称做球面显像管,这种显示器的屏幕在水平和垂直方向上都是弯曲的,这种弯曲的屏幕造成了图像失真及反光现象,也使实际的显示面积较小。
后来随着人们对显示器的要求也越来越高,到了1994年,为了减小球屏四角的失真和反光,新一代的“平面直角”显像管诞生了,它使反光和四角失真程度都减轻不少,再加上屏幕涂层技术的应用,使画面质量有了很大的提高,以至于近几年的14英寸和大多数的15、17英寸及以上的显示器都采用了这种“平面直角”显像管,只可惜这种显示器还不是完全平面的。
直到1998底,一种崭新的完全平面显示器终于出现了,它使CRT显示器达到了一个新的高度。这种显示器的屏幕在水平和垂直方向上都是笔直的,图像的失真和屏幕的反光都被降低到最小的限度。后来人们在此基础之上研发出来的新型显示器就是LCD显示器。
LCD(Liquid Crystal Display)显示器,也就是我们常说的液晶显示器,平面超薄显示设备,它由一定数量的彩色或黑白像素组成,放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗很低,因此倍受工程师青睐,适用于使用电池的电子设备。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。值得一提的是液晶技术的历史可以追溯到19世纪末,这远远超过了我们的想像,但这个利用“古老”技术的显示器在当下无疑是最主流的显示设备。
3D显示器
3D显示器一直被公认为显示技术发展的终极梦想,多年来有许多企业和研究机构从事这方面的研究。日本、欧美、韩国等发达国家和地区早于19世纪末就纷纷涉足立体显示技术的研发,于90年代开始陆续获得不同程度的研究成果。
3D就是三维立体图形。利用一系列的光学方法使人的左右眼产生时差,从而接受到不同的画面,在大脑形成3D立体效果的技术,人们根据采用的光学方法现已开发出眼镜式立体显示技术和裸眼立体显示技术等两大立体显示技术体系。
最先出现的3D显示技术是眼镜式的。19世纪末,电影发明后,科学家尝试用电影来表现运动的立体视觉图像。首先采用两部摄影机模拟人类双眼进行拍摄,然后将制好的影片用放映机通过偏光滤光镜投射到电影荧幕上,观众通过配戴偏振光眼镜观察运动的立体图像。这种立体电影技术一直沿用至今,立体眼镜也是在这个时候诞生的。
20世纪初电视技术出现后,人们就开始着手研制3D显示器了。在早期黑白电视时代,比较成功的3D显示器是由两部摄像机拍摄影像并用两个独立的视频信道传输到两台显示器上,每台显示器的屏幕上安置一块偏光板,然后用偏光眼镜去观察。当画面经过偏振眼镜时,由于偏振式眼镜的每只镜片只能接受一个偏振方向的画面,这样人的左右眼就能接收两组画面,再经过大脑合成立体影像。这样的3D显示系统可以获得较好的立体图像,而且这种双信道偏光分像3D显示技术至今仍然是公认的一种质量较好的立体3D显示系统,也是现在偏振立体显示器的雏形。后来随着技术的不断进步又研制出了只需要单台显示器就能实现3D立体效果的显示系统,早已不在使用两台显示器了。
20世纪70年代末由于陶瓷光开关新材料的出现,人们可以制成快门立体眼镜,此时就出现了主动快门式立体显示技术。主动快门式立体显示器主要是通过提高画面的刷新率来实现3D效果的,通过把图像按帧一分为二,形成对应左眼和右眼的两组画面,连续交错显示出来,同时红外信号发射器将同步显示器控制快门立体眼镜的左右镜片开关,使左、右双眼能够在正确的时刻看到相应画面。80年代初,日本一些公司就开始尝试研制主动快门式立体显示器,直到1985年,终于推出主动快门式立体显示器并获得成功。目前,主动快门式立体显示器相对成熟,具有明显的优点:能提供逼真的彩色立体图像;能够保持画面的原始分辨率;同目前的彩色电视系统、计算机显示系统相兼容;能顺利地向数字电视系统过渡。
20世纪90年代以来,随着液晶显示技术的成熟,以液晶、等离子为代表的新一代显示设备以其全彩色精致影像画质、节省能源、无辐射、无闪烁等优点获得了快速发展。立体显示技术的研究方向也已经集中于基于液晶平板显示器的裸眼立体显示技术上。2004年,经过多年研发,SuperD立体影像工作站正式问世,实现商用。它巧妙的结合了液晶显示器和裸眼立体显示技术,研制出了裸眼立体显示器。
裸眼立体显示器是建立在人眼立体视觉机制上的新一代立体显示设备。它能够出色的利用多通道自动立体现实技术提供逼真的3D图像。它根据视差障碍原理,利用特定的掩模算法,将展示影像交叉排列,通过特定的视差屏障后由两眼捕捉观察。视差屏障通过光栅阵列(利用摩尔干涉条纹判别法精确安装在显示器液晶面板上)准确控制每一个像素透过的光线,只让右眼或左眼看到,由于右眼和左眼观看液晶面板的角度不同,利用这一角度差遮住光线就可将图像分配给右眼或者左眼,经过大脑将这两幅由差别的图像合成为一副具有空间深度和维度信息的图像,从而使人们不需要任何助视设备(如戴上3D眼睛)即可看到3D图像。裸眼立体显示器不仅方便了立体影像的观看,还极大的促进了虚拟现实(VR)技术在展览展示行业的应用,虚拟现实(VR)技术所独有的自由的操作风格以及完善的信息查询系统会自动将产品、理念、创意完整的展现在观看者面前。
结语
进入21世纪,3D立体显示已成为当前最受欢迎的显示技术,这已成不争的事实。可是当人们沉浸过身临其境感后,头晕目眩的感觉也令人倍感不安。我们暂且不考虑3D眼镜给消费者带来的成本问题,单单对于近视观众来说,在近视眼镜上再加上一副眼镜,想想都是一件很麻烦的事情。科技的本质就是使一切更加容易、更加简单、更加便捷,因此,裸眼立体显示将是未来显示技术发展的必然趋势。
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