主动式3D显示系统自动识别左右眼的设计

贺文健

（广东威创视讯科技股份有限公司，广东 广州 510663）

0 引言

对于大多数人而言，3D并不是一个陌生的名词，其工业化和应用化进程可追溯至十余年前。然而，相比传统2D的统治地位，3D在很大程度上依然处于技术研发和市场导入阶段。直到2010年《阿凡达》全球热映， 才真正使其获得了进入主流市场的契机。各大好莱坞电影公司及索尼、松下等电子业巨头均借此东风， 将商业化3D产品作为未来发展的最佳突破口。目前3D电影、3D电视、3D播放器等已经非常普及，但3D电脑、3D手机、3D大屏显示等还处在不断发展中，各种3D技术日新月异，全民的3D的时代正向我们走来[1]。

1 3D显示技术

3D影像因何而生？归结起来就是 “视觉移位”。人的两眼左右相隔在6 cm左右，这意味着假如你看着一个物体，两只眼睛是从左右两个视点分别观看的。左眼将看到物体的左侧，而右眼则会看到它的中间或右侧。当两眼看到的物体在视网膜上成像时，左右两面的印象合起来，就会得到最后的立体感觉。当观看者只以单眼来观看景物时，因为没有了视差，所以立体感也会随之消失。而这种获得立体感的效应就是 “视觉位移”。3D显示技术就是利用一系列的光学方法使人左右眼产生视差从而接受到不同的画面，在大脑形成3D立体效果的技术[2]。如图1所示。

图1 3D产生的原理

2 主动快门式3D显示技术及系统

3D显示技术的种类有很多，目前主动快门3D技术是3D电视的主流[3]。主动快门3D技术是通过提高画面的刷新率来实现3D效果的，首先把图像按帧一分为二，形成对应左眼和右眼的两组画面，连续交错地显示出来，同时将同步控制快门式3D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的画面。这项技术能够保持画面的原始分辨率，很轻松地让用户享受到真正的全高清3D效果，同时画面也不会产生闪烁。如图2所示。

图2 主动快门式3D技术

主动快门式3D显示系统通常由3D信号源（包括蓝光播放器、3D显卡、3D工作站等）、3D显示终端 （显示器、投影机、3D电视等）、同步信号发射器和3D眼镜 （红外式、蓝牙式、DLP-link等）等设备组成。常见的主动3D技术有NVIDIA的3D Vision技术和AMD的HD3D技术，其中NVIDIA的3D Vision与DLP-LINK技术相结合的主动快门式家庭3D显示系统如图3所示。

为了保证画面的五抖动感，3D显示的刷新频率至少要达到120 Hz，左右眼各60 Hz。其中桢连续格式的3D信号以其显示分辨率高、刷新率高等特点大量地应用在各种3D显示领域，如图4所示。桢连续格式的3D信号与桢封装格式的3D信号不同之处在于其是通过提升刷新率来满足3D显示效果的，其左右眼画面就在不同的场信号里面，所以在显示接收端就无法自动识别左右眼画面，目前常用的做法是在同步信号发送接收端安装左右眼画面切换开关，或者直接在3D信号发送端通过软件切换左右眼画面。但当信号突然中断或者更换3D信号源后，左右眼画面还需要重新校正[4]。

图3 主动快门式家庭3D显示系统

图4 桢连续格式3D信号

3 总体设计

为了解决上述问题，实现接收端自动识别左右眼，可以通过在图像的有效信号中增加左右眼画面标志进行识别[5]。

场同步信号指示了信号每一帧显示的时间，图像的有效信号指示了在这一帧画面内部显示的有效数据。正常的图像有效信号与场同步信号的关系如图5所示，每场同步信号内的图像有效信号相同，左右眼没有差异。3D显示系统如图6所示。

图5 场同步信号与图像的有效信号

图像的有效信号仅在图像有效时为高电平，在其他时间均为低电平，为了识别左右眼，同时又不影响正常显示，在信号发送端可以通过在图像的有效信号中增加标志进行左右眼识别，具体的实现方式如下：

1）在信号源发送端，信号编码芯片根据当前信号源输出信号的左右眼实际情况设置图像的有效信号左右眼标志；

2）在信号接收端，信号解码芯片根据图像的有效信号左右眼标志驱动同步信号发射器以控制眼镜的打开和关闭。

图6 3D显示系统

图像的有效信号左右眼标志是通过改变图像的有效信号在场同步头周期内的电平进行设置和识别，在场同步头时间内，判断图像有效信号的状态，如果是高电平，则表明当前画面为为左眼画面，左右眼同步信号在该场时间内输出高电平，3D眼镜将左眼打开，右眼关闭；如果是低电平，则表明当前画面为为右眼画面，左右眼同步信号在该场时间内输出低电平，3D眼镜将右眼打开，左眼关闭。图像的有效信号左右眼标志及左右眼同步信号如图7所示。

图7 图像的有效信号左右眼标志及左右眼同步信号

4 结束语

主动快门式技术的最大优势就是画质完全无损，同时可视角度好。帧连续格式的3D信号很好地满足了主动快门式3D技术的显示要求，在帧连续的3D信号里面增加左右眼识别标志，进一步地加强了它的适用性及竞争力，同时减少了各种硬件开关成本。不过它仍然还有不少缺点，比如眼镜的硬件成本过高，容易受到外部光源的干扰而出现闪烁，亮度也会降低等。高清的全息祼眼3D技术是发展的终极目标，其目前还在起始阶段，希望其能快速地成熟，解除3D对眼镜的依赖，早日进入人们的日常的生活。

[1]杨杰，刘卫东，乔明胜.快门眼镜式3D液晶显示3D效果优化方法 [J].现代显示，2011（8）：16-18.

[2]李姗姗，刘卫东，乔明胜.降低帧频减轻快门式3D液晶显示串扰的方法及验证 [J].现代显示，2011（9）： 43-46.

[3]许秀文，薄建业，杨铭，等.浅析3D、全息、虚拟现实技术 [J].中国教育信息化，2011（13）：85-86.

[4]李伟.3D技术与电视 [J].今日科苑，2011（12）： 54-55.

[5]赵亮.3D立体成像研究 [J].科技信息.2011（8）： 626.