3D数字电影显示技术的研究.docx

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3D数字电影显示技术的研究

3D数字电影显示技术的研究

　　[摘要]近些年国内3D数字电影市场呈火爆的局面，Matermimage、XpanD、Dolby等3D放映系统在各院线都有使用，这些系统可以归结为三种基本的显示方法[1]：

①圆偏振法②灵敏开关镜头法③色分法，与之相对应的显示技术分为：

①圆偏振系统②开关眼镜系统③滤色系统。

　　[关键词]3D立体电影圆偏振系统开关眼镜系统滤色系统

　　引言

　　近些年国内3D数字电影市场呈火爆的局面，Matermimage、XpanD、Dolby等3D放映系统在各院线都有使用，这些系统可以归结为三种基本的显示方法[1]：

①圆偏振法②灵敏开关镜头法③色分法，与之相对应的显示技术分为：

①圆偏振系统②开关眼镜系统③滤色系统，本文将一一进行重点介绍。

　　1、圆片振系统

　　1.1基本原理

　　线偏振技术：

如果光波只沿一个方向发生偏振，这种偏振便称为线偏振。

　　圆偏振技术：

圆偏振技术是在线偏振基础上发展而来的。

圆偏振镜由一块先偏振镜和一块四分之一波片组成。

四分之一波片是用一种各向异性介质做成的。

它将经过线偏振片得光线转化为圆偏振光。

　　目前，市场上有3种采用圆偏振系统[2]的3D放映设备。

数字影院大多使用RealD和MasterImage放映系统；而胶片电影放映机采用染印法彩色的方法来实现3D效果（由于国内影院均为数字影院，此种方法在国内没有使用）。

　　RealD和MasterImage系统都可以安装在标准数字影院放映机的前面。

他们都有一系列的连接装置，可以接受图片的定时数据，并且使系统同步进行滤光。

当放映机显示在左眼图像时，系统安排在眼镜前逆时针偏振眼镜前逆时针偏振滤光；当右眼图像显示时，镜头前要进行顺时针偏振滤光。

影院里，观众带上被动阵列偏振眼镜。

左眼眼镜是逆时针偏振器，右眼是顺时针偏振器。

　　1.2圆偏振系统的优点

　　眼镜成本低，无色彩失真，易于安装，从一个放映室移动到另一个放映室也相对简单一些。

　　1.3圆偏振系统的缺点

　　圆片振系统将会产生光能损失。

当光线经过两个滤光器之后，光能损失两次。

在观看偏振3D电影时，将眼镜拿掉，会感觉到光强增大1倍。

如果在放映机后面移走偏振滤光器，你会发现光强又增强了1倍。

这里没有太多增加偏振镜片效率的方法，因为这就是偏振，通过它的特性减少光的传递，也就是产生了光能损耗。

同时，圆偏振系统还需要使用金属银幕，不能兼容2D/3D播放。

　　下面我将针对圆偏振系统讨论两个问题：

　　①为什么圆偏振系统需要使用金属银幕[3]？

　　目前市场上的圆偏振系统必须使用金属银幕，如果不使用它，会出现难以接受的重像问题，常规的屏幕有散射光效应，因此偏振光入射到屏幕上不再是偏振光。

在左眼图像和右眼图像之间这会导致严重的色度亮度干扰。

　　银幕表面由反光的数百万的银质小薄片组成，更容易控制反射的方向，因此反射光保持了原来的偏振性。

一个低质量的银幕会比高质量的银幕产生更多的散射光，使一些缺陷如重影现象等更加明显。

一个高质量的屏幕对于3D偏振系统来说非常必要的。

　　使用偏振金属银幕的优点是：

价格非常低廉，因为阵列眼镜很便宜。

如果放映商乐意投资眼镜清洗系统，眼镜就可以得到重复使用。

　　另外，普通银幕对2D内容的表现力由于其强光点的出现而大打折扣。

它的偏振光不发生散射的特点导致其增强了在屏幕中线与放映方向一致的位置的光线增强。

在光线较弱的3D情况下（4.5ftl）并不明显，但是当放映亮度为14ftl（常规2D画面亮度）时，这种强光点现象就无法忽略了。

然而，大多数影院看电影的人不会注意到强光点这一现象。

在国内，大多数3D影院使用了金属银幕。

　　②为什么有些偏振系统需要消除重影，而有些不需要？

　　你会发现有些系统有重影消除系统，而有些没有。

RealD[4]和Masterimage[5]的主要区别是它们进行偏振切换的方式不同。

如图1，图2，RealD使用液晶电子切换，实现在正确的时间进行适当的偏振滤光。

而Masterimage使用口径大约380mm的机械圆盘来分配在不同时段进入左眼、右眼的光波段。

　　2.开关眼镜系统

　　2.1基本原理

　　开关眼镜技术：

它的主要技术在眼镜上，利用不同电流电场作用下液晶分子会做规则旋转90度排列，产生透光度的差别来制造液晶开关眼镜。

液晶开关眼镜的左右镜片可以分别控制开闭，然后在屏幕上交替播放左右眼画面时，通过液晶开关眼镜的同步开闭功能，在放映左画面时，左眼镜打开，右眼镜关闭，观众左眼看到左画面，右眼什么都看不到，反之亦然，就这样让左右眼分别看到左右各自的画面，产生立体效果。

　　目前，国内3D数字影院采用开关眼镜系统大多使用XpanD[6]系统，之前的名字叫做NuVision。

　　XpanD将红外线发射器安装在影院，来传递放映机发出的同步信号。

眼镜上装有红外接收装置，电池组的一点电量就可以供应液晶透镜。

当电量用尽，透镜就不再工作。

当发送器向眼镜传递信号时，眼镜开关打开，电压会加在一个透镜上，而另一个变得不透明，禁止相应的光线通过。

图3是XpanD红外发射器，图4是灵敏开关眼镜。

此系统包括：

放映同步单元；红外发射器；灵敏开关眼镜。

　　2.2开关眼镜系统的优点

　　无需金属银幕；无色彩失真；安装也非常简便，可以容易的将其从一个影院移动到另一个影院。

　　2.3开关眼镜系统的缺点

　　眼镜重量比一次性眼镜大，并且每次放映之后都需要清洗。

另外，电池每使用300小时后需要更换，相当于放映150次影片或相当于放映100次《阿凡达》。

　　眼镜成本高：

XpanD眼镜毫无疑问是所有3D系统中最昂贵的，除了由于粗劣的使用而导致的损失和损坏之外，风险性也需要投资者考虑在内。

有些顾客认为既然他们购买了门票，就有权利将眼镜带走，有的可能直接把它当做纪念品。

有的放映商在三个多月就损失了25%的投资，在出口处增设探测系统是项必要的投资。

　　3.滤色系统[7]

　　3.1基本原理

　　分色技术：

它是将光线以颜色为基础，利用滤光原理进行左右分离，通过多层镀膜的滤光方式（即滤光轮），将放映机的氙灯光源光谱中的部分RGB色按照波长的不同滤出，以右R、右G、右B构成右路光，而滤出另一部分RGB构成左路光，右路光放映右眼画面，左路光放映左眼画面，同时观众佩戴的眼镜也是多层镀膜镜。

它的滤光特性与滤光轮的滤光特性相吻合，让右眼看到右路光画面，而左眼看到左路光画面，从而形成立体感。

但由于绿光技术要对图像光谱进行分割，对色彩还原产生一定的影响，所以要在服务器上增加色彩管理软件，对图像数据进行校正。

　　目前，Dolby仍然是唯一为数字影院提供基于滤色原理工作的3D放映系统的公司。

然而，Panavision、Deluxe和Omega光学联合开发了新的系统―Panavison-Deluxe3D系统将于今年下半年开始启动。

图5是Panavison-Deluxe系统的眼镜、滤色轮以及清洗设备。

　　图6、7、8展示了Dolby系统，图9是Dolby被动滤色眼镜，该系统包括：

滤色轮组件；滤色控制单元；被动精准滤色镜。

　　Panavison-Deluxe也由双透镜装置滤色，与RealD类似，但是它不是偏振透镜，而是滤色双透镜。

　　Dolby和Panavision-Deluxe的滤色法应用有更大的区别。

后者应用的技术源于1920年法国物理学家Fabry和Perot的理论。

该技术使平行反射光调整到入射光波长，从而截断一部分光谱，形成一个均匀间隔的滤色器。

实际的应用很简单，而且镀了有效的膜层，使成本相对于目前重复利用的眼镜大大降低了成本。

　　3.2滤色系统的优点

　　Dolby和Panavision-Deluxe系统的主要优点是无需金属银幕，不用消除重影现象。

另外一个很重要的优点是眼镜是被动式的，非常轻便，没有电池而且成本很低。

　　3.3滤色系统的缺点

　　安装调试复杂，不宜场地更换；尽管眼镜不像XpanD那样贵，但是同样需要清洗处理，还有被顾客带走的风险。

　　4.结语

　　目前在国内三种显示方式的3D系统在各大院线均有使用，各影院根据自身的条件，选择相适应的3D显示方法，从而配备相应的3D系统，呈现“百花齐放”的姿态，这种“竞相开放”的局面大大的带动了我国3D数字影院的发展。

　　参考文献

　　[1]DavidPope，Thepresentationtechnology，CinemaTechnology（June2010）

　　[2]孙廷禄，3D电影技术的新进展，现代电影技术，2010（9）

　　[3]BernardMendiburu,3DMovieMaking,StrerescopicDigitalCinemafromScripttoScreen,ElsevierPress,2009

　　[4]RealD,

　　[5]MasterImage,

　　[6]XpanD,

　　[7]高五峰，数字3D立体电影的技术与发展，当代电影，2010（4）

　　作者简介

　　宋涛，工程师。

　　于国辉，高级工程师，秦皇岛视听机械研究所所长。