“3D热”中的解疑问答之“3D 投影”篇

全球范围内，三维（3D）技术近年来尤其是近一二年的发展，正以前所未有的惊人速度向前奔进着，其应用的领域在不断扩大、延伸、拓展。3D技术的推出不仅因第三维深度元素的加入还原了真实世界的本来面貌，使得人们在由习以为常的普通2D平面影像视图转变为3D立体影像视图中所获得的视感体验更真切，视觉享受得到提升，更主要的是给教学、科研、开发、制造等工作带来了极大的方便。3D的覆盖范围迄今已从最初的3D影视扩展至3D游戏、3D电脑、3D软件、3D广告、3D网络及3D诊疗等诸多领域。由于3D技术的发展较快，相信不少人因来不及对其“消化”，了解朦朦胧胧，或一知半解，或知其然而不知其所以然，产生各种各样的疑问，或不解也是很自然的。下面就已过渡或正在过渡到3D的消费电子产品领域可能出现或产生的疑问进行解答，不够详细、不够深透那是肯定的，但只要有读者不同程度地从中知晓点什么，笔者的期许也就达到了。

一、3D投影机如何实现立体图像投射？
　　3D投影方式有几种，这里简单介绍DLP 3D投影方式的立体成像过程。3D投影的关键是投影机必须具备生成两幅图像的能力。D L P技术是通过几百万片数字微镜片对光的反射来实现图像的投射。由于DLP 成像芯片对光的反应速度以及该投影成像技术对图像信息的处理速度都极其快速，因而可同时将投影机生成的左右两幅图像投射到银幕上，与此同时，有源（主动）眼镜可以获得3D信源无缝同步传输来的左右视图信息数据。DLP 3D投影方式的成功因素之一得益于DLP Link DLP技术的应用。DLP (Digital Light Processing) Link实际上是一个通信协议，是专为采用DLP芯片的DLP 电视机和DLP 投影机而制订。DLP芯片会在每一帧图像画面显示屏幕之际将“植入”的光信号发送给3D眼镜，以实现显示于银幕的3D图像与眼镜左右镜片操作的同步。除向银幕投射两幅图像外，DLP 芯片还能在每一视频帧之间向眼镜发送附加信息数据。DLP 3D投影机与被DLP Link激活的眼镜之间的通信方式意味着正是这一特殊的传输技术的应用省却了一台用于同步投影机与3D眼镜信号通信的发射器，无需特殊的发射器或其它第三方的传输设备相助是DLP 3D投影方式的特色之一。采用DLP Link技术的DLP 3D投影机借助有源（主动）眼镜就能让观者在家里体验大银幕三维立体影像所带来的逼真效果。

二、可否具体介绍一下几种投影成像显示方式？
　　经过多年的努力，迄今为止世界范围内已开发出业已成熟的几项3D投影显示技术尽管各有长短，但都能实现3D投影，主要有以下几种：

1、Anaglyph

　　Anaglyph是最早的立体成像显示技术，该成像显示技术方案利用的是“补色法”（也称色分法）原理来获得立体显示效果。通常使用由互为补色的红/ 蓝（或红/绿）滤光片装配而成的3D眼镜进行画面滤光，两种颜色分别代表左、右眼观看的图像。如果观看时戴上的是左红右蓝的两色眼镜，此时左眼只能看到红色的图像（红色镜片滤掉了蓝色图像）；而右眼只能看到蓝色图像（蓝色镜片滤掉了红色图像）。稍有不同的左右视图在眼睛视网膜上的 叠加就使大脑有了立体视感。该成像方案会导致画面边缘部分有明显的色彩分离现象，图像质量与3D效果均较差。当然，该立体成像方案也有技术门坎不高但相当成熟、眼镜成本低廉、对系统设备的要求低、总体投资成本小以及节目内容制作简单等特点 。除了最广泛使用的红/ 蓝色外，还可以选用红/青、黄/蓝、绿/紫等互补色实现立体效果显示。

2、Passive Polarization

　　Passive Polarization成像显示技术方案通常被简称为偏光法或光分法，该成像方法运用于3D时通常要借助一台显卡具有双输出接口的电 脑，将 3 D 信 号 同 时 输出到 两台 性能参数完全相同的投影机中，同时借助设置于两台投影机镜头前方的互成90度的偏振镜片对投射图像进行水平方向和垂直方向的滤光，以实现左右两幅图像的分离。涂有矽晶体偏光膜层的3D偏光眼镜能让观者的左右眼分别看到与各自相对应的水平和垂直方向上的两幅图像，能通过左眼镜片的偏振光不能通过右眼镜片；反之，通过右眼镜片的偏振光无法通过左眼镜片。换句话说，观者左眼看到的是左视图，右眼看到的是右视图，两幅图像的画面叠加使人的大脑有了立体显示效果的体验。相比Anaglyph法，该类成像方案在立体影像的画质方面有非常明显的提升，同时，因3D偏光眼镜的左右镜片只会对光线的方向过滤，而不会对光线的颜色过滤，因此，可以不失真地保留原始图像的固有色彩。另外，偏光眼镜的价格也不贵，为多人共同享受3D 乐趣提供了可能。该类投影成像方案需要两台位置经准确调校的投影机以及对偏振性及增益要求都很高的特殊投射屏幕，这些除给用户带来麻烦外，娱乐成本自然会增加。

3、Active Shutter

　　Active Shutter成像显示技术方案通常被简称为快门法或时分法，相对来讲，是目前最常见常用的一种3D投影技术了。该成像方案的实现需具备三个要素：首先投影画面的刷新率需达到每秒120次；其次需配备一台红外信号发射器；第三就是需要一副可以接收红外信号的3D立体眼镜。齐备后，一旦3D信号借助电脑（或其他设备）输入到投影机中，图像会以帧顺序格式实现左右帧图像画面的交替，并由红外发射器将帧信号传输出去，此时，承担信号接收的3D眼镜的镜片会以与投影机投射刷新率同步的方式交替打开与关闭，当眼镜接收到左视图信息时，左眼镜片打开，右眼镜片关闭；反之，当眼镜接收到右视图信息时，右眼镜片打开，左眼镜片关闭，在如此的交变瞬间，显示在银幕上的投射图像就在人的大脑中立体了起来。由于一帧图像会在银幕上先后显示两幅画面，因此，为让观者看到的3D图像效果是连续而没有闪烁弊端的，就需要3D投影机必须具有120Hz以上的刷新率，即让3D眼镜的左右镜片都能接收到帧率在60Hz以上的图像。采用该类成像方案的投影机通常其分辨率都在XGA以上，图像质量好，甚至每一眼睛可看到1080p分辨率的全高清图像，而且对投影银幕、投影机的亮度都没有特殊要求。其不足是使用红外线传输信号容易受到视角的限制，另外，眼镜本身的价格很昂贵，多人一起观赏3D影视节目时多副眼镜的高昂费用弊端显得尤为突出。

4、DLP Link技术
　　DLP Link是美国TI（Texas Instruments）德州仪器公司新推出的一项3D投影技术，该技术与Active Shutter技术有点类似，区别在于3D信号的传输不是通过红外发射器与眼镜的同步通信完成，而是通过DLP投影机中的DMD芯片的闭合/开启（也即反射/吸收）来对3D信号的传输进行控制。在每秒120帧的画面中，分奇数帧的“视角”画面和偶数帧的“视角”画面，利用特殊的3D眼镜使左眼看到左视图，右眼看到右视图，两者的交叠合成就会使观者领略到神奇的立体效果。实现这一效果的核心是DLP芯片迅速的反应速度和刷新率，正是由于DMD 芯片微秒级的频率变换速度极快，因而观者戴上立体眼镜观看根本感觉不出信号传输过程中的变化。DLP Link技术带来的是信号传输稳定，影像观赏不受视角影响，同时因无需增加其他附加设备，投影观赏的花费不会增加，只需要一副立体眼镜即可。

由Vivitek所带来的全球首款量产的采用RGB三色LED光源的单片式DLP投影机H9080FD

三、DLP 3D成像方案的优势在什么地方？
　　2009年是3D投影机兴起的第一年，2010年3D投影机的开发热明显兴旺了起来。其中青睐DLP 3D成像方案的开发厂家在其推出的投影机产品中大都内置了3D支持功能。由于成本下降，DLP3D 投影机的售价也在下滑，这给渗透家庭奠定了良好的基础。世界上新投影机几乎一半约700种机型都采用DLP 投影技术足以佐证它的竞争优势。DLP 3D投影机之所以受到诸多厂商追捧并竭力研发，与该3D成像方案所能提供的一些长处不无关系，细细汇总至少有下面几个与众不同的地方：

1、给免除传统投影灯的创新光源设计提供可能
　　投影机的投影灯在某种程度上决定了投影机的使用寿命，针对此种情况，有些DLP投影机另辟蹊径采用了固态半导体照明技术，摒弃了传统采用投影灯光源的设计，从某种意义上讲，它意味着投影机可以免除投影灯寿命有限的缺陷及更换投影灯所带来的麻烦与不菲的花费。DLP3D特有的采用固态LED半导体光源来替代传统投影灯的创新设计能带来：①更高发光率下的亮度提高与极佳色彩；②瞬时的快速开与关；③ 低功耗；④ 极低的维护成本；⑤ 便携性的小型化；⑥热管理改善后的低散热需求；⑦缩短的光路系统抑制了散热量和噪声的超指标产生。LED半导体光源的应用可省去至少400美元投影灯更换所需昂贵费用的支出，同时还能使投影机的运行寿命增加到10000小时以上，而且新光源不会随使用的时间长久而降低光输出量。DLP技术给投影机制造商灵活选择光源类型提供了可能。2009年Info Comm上首次展示了节能型免灯泡的LED技术。目前，LED投影机明显的不足是亮度的提高还不足以适应各种应用。

2、去除了易带来弊端的滤尘器

　　为了抵挡难以避免的灰尘，阻止其进入投影机的光学系 统，通 常大多数LCD投影机都设有用于在使用100-300小时之后对投影机进行清洁处理的滤尘器，但这样也会产生滤尘器本身积聚灰尘影响投影机性能的问题，如果忽略对滤尘器本身的维护，也许会致使过早地替换投影灯或LCD控制板。DLP技术的长处之一就是免除投影机滤尘器的设置，DLP 3D投影机内部不设滤尘器的设计避免了LCD投影机先天固有的不足给投影机特性带来的影响，从而确保了投影机应有的投射图质与效果，而且还能降低投影机的运行与维护成本，节约了维修时间。

3、不变的图像色彩精度
　　某些LCD投影机会存在使用一段时间后图像或视频影像的颜色变黄或变淡的现象，DLP 3D投影机却没有这样的遗憾，由DLP投影机投射的图像不仅是没有任何损耗的数字图像，更值得介绍的是其画面颜色不会因投影机使用长久而退变，始终保持锐利亮丽的初始色彩。DLP 投影机的颜色精度不随使用时间长远而变化的一个重要原因，是DLP 技术的信号处理是基于投影机光的反射原理及以数字方式处理投射图像，从而确保了长久使用其投射图像仍光鲜如初的优异性能。与此同时，DLP 投影机具有的高对比度性能意味着银幕上显示的图像会给观者黑色部分更深更浓、白色部分更白更亮的视感。大多数 D L P 投 影 机的对比度高于采用其它技术的投影机，通常可达2000:1或更高。DLP 3D投影机可以在有窗口射进环境光或室内照明点亮的情况下正常投影。DLP投影机的色彩质量和持久的稳定性是其又一特色。

四、3D投影机的投射距离与投影图像尺寸是怎样的对应关系？
　　在选购投影机时，除关注投影机的亮度、分辨率、对比度等重要参数外，消费者也应了解清楚所选投影机的焦距及可能提供的投影距离（投影机镜头与银幕之间的距离）。在实际应用中，为了在狭小的空间很短的投影距离获得较大的投影画面尺寸，消费者需要选用配有广角镜头的投影机，而在电影院或会堂环境投影距离很远的情况下，为了获得合适尺寸的画面，就需要选择配有远焦镜头的投影机。现以美国Lightspeed Design公司开发的DepthQ® HD 3D投影机为例来阐述3D投影机的投射距离与投影图像水平宽度和对角线尺寸的对应关系。DepthQ® HD 3D投影机有一个1.1:1的变焦镜，根据这一数据可计算出在某一投射距离下的最大与最小图像尺寸（参见表1）。

五、在什么样的距离观看3D投影节目效果最佳？
　　众所周知，图像的视感质量不仅与原始图像分辨率以及投影机信号处理能力的强弱有关，而且最佳观看距离的选择也是不可忽略的因素。观看位置选准的标志基本上可以以察觉不出图像的像素为衡量标准。当然，从理论上讲，与各人的视觉灵敏度也不无关系，尤其在暗环境中观看投影图像时，有可能悬殊的视觉灵敏度的差异会带来图像视感与立体效果的显著不同（以投影图像宽度尺寸为基准的对应最佳观看距离参见表2）。

注：本表数据测算依据的是美国Lightspeed Design公司的DepthQ立体视频投影机

六、能否介绍几种可能的3D投影设备搭配方案？

 

　　实现3D投影有多种投影成像技术与方案，自然也会衍生出许多种投影机与相关设备配合使用的搭配方案，与3D摄像可采用单台单镜头摄像机、两台单镜头摄像机以及一台双镜头摄像机实现3D摄录相类似，3D投影也有采用单台标准投影机、单台立体投影机以及两台标准投影机实现3D投影的多种设备搭配方案（参见表3）。

注：1、偏振投影成像方案需要一块能实现偏振效果的特殊银幕；
2、为消除可能的立体图像重影现象，比利时Barco公司提供短余辉CRT投影机；
3、DLP投影机通常支持低刷新率，但却导致了快门眼镜与快门板设置的问题；
4、避免重影最好的方案应该是采用DLP投影机、激光投影机以及胶片电影投影机与快门眼镜的配合使用；
5、为了有利于双投影机方案适应采用帧顺序格式的多元3D输入信号（如3D-VHS、Nu-View、ELSA Revelator等），用户需要拥有一台去多路复用器（即信号分离器）；
6。为了有利于在单投影机方案中使用同步锁相视频流信号，用户需要拥有一台多路复用器（即信号混合器）。