揭秘电影院都用过哪些3D立体影像放映技术
2013年第32周，电影《环太平洋》(Pacific Rim)高位蝉联周票房冠军，成为今年中国内地第一部突破4亿元关口的进口分账片，并向6亿大关迈进。《环太平洋》更是再创了3D视觉的高峰。3D电影成了最受欢迎的大众娱乐项目之一，在几年前，知道的3D电影可能说是凤毛麟角，现在几乎所有大大小小的电影院都支持3D播放。而要解释3D如何成像，还得从眼睛说起。
我们看东西之所以有立体感，是因为两个眼睛同时看到了不同的图像，大脑根据这两个不同的图像进行对比计算得出一个带有距离参数的立体图像。通常，正常人两只眼睛瞳孔间的距离在6厘米左右，正是这6厘米的距离使我们可以在1.3公里的距离内产生空间感。 早在1839年，英国著名的科学家温特斯顿就在思考一个问题——“人类观察到的世界为什么是立体的？”进过一系列研究发现：因为人长着两只眼睛。人双眼大约相隔6.5厘米，观察物体(如一排重叠的保龄球瓶)时，两只眼睛从不同的位置和角度注视着物体，左眼看到左侧，右眼看到右侧。这排球瓶同时在视网膜上成像，而我们的大脑可以通过对比这两副不同的“影像”自动区分出物体的距离远近，从而产生强烈的立体感。引起这种立体感觉的效应叫做“视觉位移”。用两只眼睛同时观察一个物体时物体上每一点对两只眼睛都有一个张角。物体离双眼越近，其上每一点对双眼的张角越大，视差位移也越大。
不过，想要把立体图像显示给人眼看可不容易，如何才能做到左眼只看左摄像头的图像、右眼只看右摄像头的图像呢？这就涉及到另一个专门的课题，立体影像放映，而这才是3D视觉播放的重点！
3D技术：主流立体影像放映探索
虽然统称3D放映，但目前主流的实现方法分三个流派，分别是“光分法”、“色分法”和“时分法”，它们都能实现3D效果，但实现原理却大相径庭。 一、光分法 光分法是利用偏光片（通过如百叶窗般排列的矽晶体涂料薄膜（偏光膜））来过滤原本朝向不同方向震动的光线，偏光片会挡住与偏光膜方向垂直的光线，只让与偏光膜方向相同的光线通过从而产生视差。电影院放映采用的是偏振法，以其为代表的放映技术有很多如： Real-D和Masterimage的3D放映辅助系统主要采用的就是这种技术。
（1）IMAX 3D
IMAX的主要优点概括来说就是一个“大”字。IMAX电影使用70mm*48.5mm的胶卷，感光面积是普通35mm胶卷的8倍，可以实现高达6K的横向分辨率，因此可以清晰地放映在超过200m2的屏幕上。IMAX 3D的原理是使用两台放映机放映，分别投射出偏振方向垂直的线偏振光，而观众所戴的眼镜的左右镜片恰好是透振方向与放映机一致的偏振片。其结果是，左眼只能看到左放映机投射的图像，右眼只能看到右放映机投射的图像。
IMAX 3D的优点是：1. 使用双机放映，亮度较高；2. 观众佩戴的眼镜非常轻便；3. 最重要的，IMAX的巨大屏幕加强了对3D电影来说最重要的沉浸感(Immersive experience)。IMAX 3D最大的缺点是观看者必须保持一定的姿势，以保证眼镜的透振方向与看到的偏振光一致，否则就会看到明显的重影(ghosting)。因此在IMAX影院观看Avatar这样长达162min的3D电影很容易脖子酸痛。
（2）RealD Cinema
RealD在美国是最流行的3D技术，它使用圆偏振光来区分左右眼看到的图像。RealD技术只需要一台放映机，其基本原理是在放映机的透镜前端附加一个叫做ZScreen的push-pull electro-optical liqiud
crystal modulator（推挽电光液晶调制器，产生附加光延迟，配合1/4波片，可产生特定的偏振态。），它交替地将投射出来的光线调制成左旋和右旋的圆偏光，于此同时，放映机也以同样的速率切换左眼的画面和右眼的画面。为了消除闪烁，RealD的放映帧率是144，也就是3倍于正常的放映速度（24*2*3）。
RealD Cinema必须使用特殊的银幕来保持反射光的偏振性，而不能使用普通的白幕，增加了影院的成本。但使用银幕的附加好处是，银幕的反射率远远高于白幕，因此RealD电影的亮度要明显高于别的单机3D技术。此外，RealD公司与Sony公司的协议使得RealD成为了唯一可以使用Sony 4K放映机的3D技术。Sony 4K放映机内置两个镜头分别投射2K的画面，本质上是双机3D，大大提高了亮度。RealD的优点是眼镜轻便、观看者不需要固定视角，而且无论是单机还是双机，亮度都是几种技术中最高的。
（3）MasterImage 3D
MasterImage是韩国公司开发的3D技术，最近被一家美国公司Symphony 3D收购了。MasterImage 3D的基本原理和RealD一样使用了圆偏光。与RealD的区别是，它使用机械装置而不是光电装置来调制偏振光。MasterImage技术需要在放映机前端加装一个与放映机精确同步的滤镜转轮，转轮中填充的材料可以交替地将画面调制为左旋和右旋的偏振光。理论上说，单机3D技术中，MasterImage和RealD的放映效果应该差不多，但不知道MasterImage有没有双放映机的解决方案。
偏振光的产生
偏振光原理
圆偏振光偏振方向是有规律的旋转着的，它可分为左旋偏振光和右旋偏振光，它们相互间的干扰非常小，它的通光特性和阻光特性基本不受旋转角度的影像。现在看偏振形式的3D电影时，观众佩戴的偏振眼镜片一个是左旋偏振片，另一个是右旋偏振片，也就是说观众的左右眼分别看到的是左旋偏振光和右旋偏振光带来的不同画面，通过人的视觉系统产生立体感。
偏振光3D放映原理
光分法虽然有一些源于眼镜的光线损失，但色彩更接近其原始值。鉴于眼镜的透镜本身几乎没有任何颜色，对用于偏振光系统的节目内容进行色彩纠正也更为容易。尤其是肤色，在一个偏振光系统中，看上去更为真实可信。缺点是放映设备比较贵，必须用含银幕。
二、色分法
色分法俗称红蓝3D，它的两个镜片颜色不同，利用有色光线只能穿透对应颜色镜片的原理，让左右两只眼睛看到不同的影像，经过大脑合成得到立体效果。
这种解决方案因为其成本低廉和制作难度极其低下，在其他3D技术还未普及的时候，一度占据了主流地位。但该方案的缺点和优点一样极为明显：因为本身就是用补色来实现颜色的屏蔽，在长时间使用后，会对视觉造成极其不良的影响，甚至进一步引发视觉方面的疾病。因此现在已经基本退出主流舞台。仅仅在某些低成本普及中扮演3D图像的一个临时解决方案。。这种方式目前电影院已经淘汰了，但家庭电视用的比较多。它的优点很多，比如放映设备和眼镜的都最为廉价，但缺点也比较明显，那就是色彩还原较差。代表技术有：
Dolby 3D
Dolby 3D它原先是由一家德国公司Infitec Gmbh开发的，后来被Dolby公司收购。Dolby 3D的原理是波长多路复用(wavelength multiplex)，有点类似于在杂志上常见的红绿色差立体图（anaglyph），简单地说是让左眼和右眼看到不同颜色（频率）的光，不过由于这里使用的光谱滤波，对颜色的区分精细得多，投射到每只眼睛（左眼或者右眼）都同时包含有红蓝绿三种成分，但是这个红蓝绿成分对于左眼和右眼有细微的光谱差异，所以，颜色的还原比普通的红绿色差或者红兰色差的效果要好很多。
Dolby 3D眼镜由于采用很特殊的滤光片（制作成本相当高），其价格还是很贵的。Dolby 3D的眼镜比偏振技术的眼镜略重，但应该还是要远远轻于XpanD的眼镜。
三、时分法
时分法俗称液晶快门式，它是通过120Hz的放映设备将左右两眼的图像分别显示，然后通过和放映设备同步的快门式液晶眼镜遮住其中一只眼睛，达到左右眼看到图像不同的目的。
代表技术有：XpanD 3D
XpanD 3D是这5种技术中唯一采取主动式眼镜的。XpanD 3D的基本原理是使用一台放映机以3倍正常帧率的速率轮流投射左右眼的画面，观众所佩戴的电子眼镜上的液晶（LCD）镜片的开闭通过红外控制与放映机同步，以保证当投射左眼画面时，只有左眼的LCD镜片是透明的，而右眼的不透明；反之亦然。 总结，光分法最适合影院放映，而当前最主流的当属IMAX 3D巨屏了。其他两种则比较适合小型场所，比如家用3D电视、3D投影仪。但无论是哪种实现手段，必须佩带相应的3D眼镜才能达到3D效果，有些人并不能忍受这种限制，对于佩带近视镜的人群来说也不是很舒服，所以传说中的裸眼3D就更具魅力了。今后3D在线会持续更新更多内容，请大家多支持
我们看东西之所以有立体感，是因为两个眼睛同时看到了不同的图像，大脑根据这两个不同的图像进行对比计算得出一个带有距离参数的立体图像。通常，正常人两只眼睛瞳孔间的距离在6厘米左右，正是这6厘米的距离使我们可以在1.3公里的距离内产生空间感。 早在1839年，英国著名的科学家温特斯顿就在思考一个问题——“人类观察到的世界为什么是立体的？”进过一系列研究发现：因为人长着两只眼睛。人双眼大约相隔6.5厘米，观察物体(如一排重叠的保龄球瓶)时，两只眼睛从不同的位置和角度注视着物体，左眼看到左侧，右眼看到右侧。这排球瓶同时在视网膜上成像，而我们的大脑可以通过对比这两副不同的“影像”自动区分出物体的距离远近，从而产生强烈的立体感。引起这种立体感觉的效应叫做“视觉位移”。用两只眼睛同时观察一个物体时物体上每一点对两只眼睛都有一个张角。物体离双眼越近，其上每一点对双眼的张角越大，视差位移也越大。
不过，想要把立体图像显示给人眼看可不容易，如何才能做到左眼只看左摄像头的图像、右眼只看右摄像头的图像呢？这就涉及到另一个专门的课题，立体影像放映，而这才是3D视觉播放的重点！
3D技术：主流立体影像放映探索
虽然统称3D放映，但目前主流的实现方法分三个流派，分别是“光分法”、“色分法”和“时分法”，它们都能实现3D效果，但实现原理却大相径庭。 一、光分法 光分法是利用偏光片（通过如百叶窗般排列的矽晶体涂料薄膜（偏光膜））来过滤原本朝向不同方向震动的光线，偏光片会挡住与偏光膜方向垂直的光线，只让与偏光膜方向相同的光线通过从而产生视差。电影院放映采用的是偏振法，以其为代表的放映技术有很多如： Real-D和Masterimage的3D放映辅助系统主要采用的就是这种技术。
（1）IMAX 3D
IMAX的主要优点概括来说就是一个“大”字。IMAX电影使用70mm*48.5mm的胶卷，感光面积是普通35mm胶卷的8倍，可以实现高达6K的横向分辨率，因此可以清晰地放映在超过200m2的屏幕上。IMAX 3D的原理是使用两台放映机放映，分别投射出偏振方向垂直的线偏振光，而观众所戴的眼镜的左右镜片恰好是透振方向与放映机一致的偏振片。其结果是，左眼只能看到左放映机投射的图像，右眼只能看到右放映机投射的图像。
IMAX 3D的优点是：1. 使用双机放映，亮度较高；2. 观众佩戴的眼镜非常轻便；3. 最重要的，IMAX的巨大屏幕加强了对3D电影来说最重要的沉浸感(Immersive experience)。IMAX 3D最大的缺点是观看者必须保持一定的姿势，以保证眼镜的透振方向与看到的偏振光一致，否则就会看到明显的重影(ghosting)。因此在IMAX影院观看Avatar这样长达162min的3D电影很容易脖子酸痛。
（2）RealD Cinema
RealD在美国是最流行的3D技术，它使用圆偏振光来区分左右眼看到的图像。RealD技术只需要一台放映机，其基本原理是在放映机的透镜前端附加一个叫做ZScreen的push-pull electro-optical liqiud
crystal modulator（推挽电光液晶调制器，产生附加光延迟，配合1/4波片，可产生特定的偏振态。），它交替地将投射出来的光线调制成左旋和右旋的圆偏光，于此同时，放映机也以同样的速率切换左眼的画面和右眼的画面。为了消除闪烁，RealD的放映帧率是144，也就是3倍于正常的放映速度（24*2*3）。
RealD Cinema必须使用特殊的银幕来保持反射光的偏振性，而不能使用普通的白幕，增加了影院的成本。但使用银幕的附加好处是，银幕的反射率远远高于白幕，因此RealD电影的亮度要明显高于别的单机3D技术。此外，RealD公司与Sony公司的协议使得RealD成为了唯一可以使用Sony 4K放映机的3D技术。Sony 4K放映机内置两个镜头分别投射2K的画面，本质上是双机3D，大大提高了亮度。RealD的优点是眼镜轻便、观看者不需要固定视角，而且无论是单机还是双机，亮度都是几种技术中最高的。
（3）MasterImage 3D
MasterImage是韩国公司开发的3D技术，最近被一家美国公司Symphony 3D收购了。MasterImage 3D的基本原理和RealD一样使用了圆偏光。与RealD的区别是，它使用机械装置而不是光电装置来调制偏振光。MasterImage技术需要在放映机前端加装一个与放映机精确同步的滤镜转轮，转轮中填充的材料可以交替地将画面调制为左旋和右旋的偏振光。理论上说，单机3D技术中，MasterImage和RealD的放映效果应该差不多，但不知道MasterImage有没有双放映机的解决方案。
偏振光的产生
偏振光原理
圆偏振光偏振方向是有规律的旋转着的，它可分为左旋偏振光和右旋偏振光，它们相互间的干扰非常小，它的通光特性和阻光特性基本不受旋转角度的影像。现在看偏振形式的3D电影时，观众佩戴的偏振眼镜片一个是左旋偏振片，另一个是右旋偏振片，也就是说观众的左右眼分别看到的是左旋偏振光和右旋偏振光带来的不同画面，通过人的视觉系统产生立体感。
偏振光3D放映原理
光分法虽然有一些源于眼镜的光线损失，但色彩更接近其原始值。鉴于眼镜的透镜本身几乎没有任何颜色，对用于偏振光系统的节目内容进行色彩纠正也更为容易。尤其是肤色，在一个偏振光系统中，看上去更为真实可信。缺点是放映设备比较贵，必须用含银幕。
二、色分法
色分法俗称红蓝3D，它的两个镜片颜色不同，利用有色光线只能穿透对应颜色镜片的原理，让左右两只眼睛看到不同的影像，经过大脑合成得到立体效果。
这种解决方案因为其成本低廉和制作难度极其低下，在其他3D技术还未普及的时候，一度占据了主流地位。但该方案的缺点和优点一样极为明显：因为本身就是用补色来实现颜色的屏蔽，在长时间使用后，会对视觉造成极其不良的影响，甚至进一步引发视觉方面的疾病。因此现在已经基本退出主流舞台。仅仅在某些低成本普及中扮演3D图像的一个临时解决方案。。这种方式目前电影院已经淘汰了，但家庭电视用的比较多。它的优点很多，比如放映设备和眼镜的都最为廉价，但缺点也比较明显，那就是色彩还原较差。代表技术有：
Dolby 3D
Dolby 3D它原先是由一家德国公司Infitec Gmbh开发的，后来被Dolby公司收购。Dolby 3D的原理是波长多路复用(wavelength multiplex)，有点类似于在杂志上常见的红绿色差立体图（anaglyph），简单地说是让左眼和右眼看到不同颜色（频率）的光，不过由于这里使用的光谱滤波，对颜色的区分精细得多，投射到每只眼睛（左眼或者右眼）都同时包含有红蓝绿三种成分，但是这个红蓝绿成分对于左眼和右眼有细微的光谱差异，所以，颜色的还原比普通的红绿色差或者红兰色差的效果要好很多。
Dolby 3D眼镜由于采用很特殊的滤光片（制作成本相当高），其价格还是很贵的。Dolby 3D的眼镜比偏振技术的眼镜略重，但应该还是要远远轻于XpanD的眼镜。
三、时分法
时分法俗称液晶快门式，它是通过120Hz的放映设备将左右两眼的图像分别显示，然后通过和放映设备同步的快门式液晶眼镜遮住其中一只眼睛，达到左右眼看到图像不同的目的。
代表技术有：XpanD 3D
XpanD 3D是这5种技术中唯一采取主动式眼镜的。XpanD 3D的基本原理是使用一台放映机以3倍正常帧率的速率轮流投射左右眼的画面，观众所佩戴的电子眼镜上的液晶（LCD）镜片的开闭通过红外控制与放映机同步，以保证当投射左眼画面时，只有左眼的LCD镜片是透明的，而右眼的不透明；反之亦然。 总结，光分法最适合影院放映，而当前最主流的当属IMAX 3D巨屏了。其他两种则比较适合小型场所，比如家用3D电视、3D投影仪。但无论是哪种实现手段，必须佩带相应的3D眼镜才能达到3D效果，有些人并不能忍受这种限制，对于佩带近视镜的人群来说也不是很舒服，所以传说中的裸眼3D就更具魅力了。今后3D在线会持续更新更多内容，请大家多支持上一篇：当传统电视遇上智能电视[ 12-24 ]
下一篇：分类详解裸眼3D技术的优缺点[ 12-24 ]
