3D立體眼鏡的成像原理

3D立體眼鏡的成像原理

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202045.htm

我們人類之所以能夠看到立體的景物，是因為我們的雙眼可以各自獨立看東西，也就是左眼只能看到左眼的景物，而右眼只能看到右眼的景物。因為人類左右兩眼有間距，造成兩眼的視角有些細微的差別，而這樣的差別會讓兩眼個別看到的景物有一點點的位移。而左眼與右眼圖像的差異稱為視差，人類的大腦很巧妙地將兩眼的圖像融合，產生出有空間感的立體視覺效果在大腦中。

由於計算機屏幕只有一個，而我們卻有兩個眼睛，又必須要讓左、右眼所看的圖像各自獨立分開，才能有立體視覺。這時，就可以通過3D立體眼鏡，讓這個視差持續在屏幕上表現出來。通過控制IC送出立體訊號(左眼->右眼->左眼->右眼->依序連續互相交替重複)到屏幕，並同時送出同步訊號到3D立體眼鏡，使其同步切換左、右眼圖像，換句話說，左眼看到左眼該看到的景像，右眼看到右眼該看到的景像。3D立體眼鏡是一個穿透液晶鏡片，通過電路對液晶眼鏡開、關的控制，開可以控制眼鏡鏡片全黑，以便遮住一眼圖像;關可以控制眼鏡鏡片為透明的，以便另一眼看到另一眼該看到的圖像。3D 立體眼鏡就可以模仿真實的狀況，使左、右眼畫面連續互相交替顯示在屏幕上，並同步配合3D立體眼鏡，加上人眼視覺暫留的生理特性，就可以看到真正的立體 3D圖像。

3D立體眼鏡的顯示模式

市面上搭配3D/VR立體眼鏡應用的立體圖像種類繁多。最常見的顯示模式主要有以下四種：交錯顯示(Interlacing)、畫面交換(Page-Flipping)、線遮蔽(Line-Blanking)、畫面同步倍頻(Sync-Doubling)。

一、交錯顯示(Interlacing)

交錯顯示(Interlacing)就是依序顯示第1、3、5、7……等單數掃描線，然後再依序顯示第2、4、6、8……等偶數掃描線的周而復始的循環顯示方式。這就有點類似老式的逐行顯示器和NTSC、PAL、及SECOM等電視制式的顯示模式。

交錯顯示模式的工作原理是將一個畫面分為二個圖場，即單數描線所構成的單數掃描線圖場或單圖場與偶數描線所構成的偶數掃描線圖場或偶圖場。在使用交錯顯示模式做立體顯像時，我們便可以將左眼圖像與右眼圖像分置於單圖場和偶圖場(或相反順序)中，我們稱此為立體交錯格式。如果使用快門立體眼鏡與交錯模式搭配，則只需將圖場垂直同步訊號當作快門切換同步訊號即可，即顯示單圖場(即左眼畫面)時，立體眼鏡會遮住使用者之一眼，而當換顯示偶圖場時，則切換遮住另一支眼睛，如此周而復始，便可達到立體顯像的目的。(如圖：1)

由於交錯模式不適於長時間且近距離的操作使用，就計算機顯示周邊技術而言，交錯模式需要顯示硬體與驅動程序的雙重支持之下方可運行。隨著相關顯示周邊技術的進步，非交錯模式已完全取代交錯模式成為標準配備。

二、畫面交換(Page-Flipping)

畫面交換(Page-Flipping)是由特殊的程序來改變顯卡的工作原理，使新的工作原理可以用來表現立體3D效果。因為不周的顯示晶片有其獨特的工作原理，所以如果要使用畫面交換，那麼必須針對各個顯示晶片發展獨特的立體驅動程序以驅動3D硬體線路，因此畫面交換僅限於某些特定顯示晶片。

它的工作原理是將左右眼圖像交互顯示在屏幕上的方式，使用立體眼鏡與這類立體顯示模式搭配，只需要將垂直同步訊號作為快門切換同步訊號即可達成立體顯像的目的。而使用其它立體顯像設備則將左右眼圖像(以垂直同步訊號分隔的畫面)分送至左右眼顯示設備上即可。(如圖：2)

畫面交換提供全解析度的畫面質量，故其視覺效果是四種立體顯示模式中最佳的。但是畫面交換的軟硬體要求也是最高的，原因主要有兩點。第一、屏幕的交錯顯示與3D立體眼鏡的遮蔽不佳的話，那麼有可能只能使左眼看到右眼的部份，右眼看到左眼的部份，造成三重圖像(左眼、右眼、合成圖像)，也就是說圖像會有殘影出現。所以要想同時存取左右眼的畫面，那麼畫面緩存器(Frame Buffer)所需的最小容量就要普遍的兩倍。第二，由於屏幕是交錯顯示，因此不可避免地會出現閃爍現象。要想克服立體顯像的閃爍問題，左右眼都必須提供至少每秒60個畫面，也就是說垂直掃描頻率必須達到120Hz或更高。

三、畫面同步倍頻(Sync-Doubling)

畫面同步倍頻(Sync-Doubling)與前兩種顯示模式最大的不同，它是用硬體線路而不是軟體去產生立體訊號，所以無需任何驅動程序來驅動3D硬體線路，因此任何一個3D加速顯示晶片均可支持。只需在軟體系統上，對左右眼畫面做上下安排便可達成。

它的工作原理是通過外加電路的方式在左右畫面間(即上下畫面間)多安插一個畫面垂直同步訊號，如此便可使左右眼畫面，就像交錯般地顯示在屏幕上，通過使用畫面垂直同步訊號為快門切換同步的方式，我們便可以將左右畫面幾乎同時送到相對應的雙眼中，達到立體顯像的目的。由於畫面同步倍頻會將原垂直掃描頻率加倍，因此須注意顯示設備掃描頻率的上限。此模式是最具效果的立體顯示方式，不會受限於計算機硬體規格，同時可利用圖像壓縮(MPEG)格式，達到進一步傳輸、儲存的目的。(如圖：3)

四、線遮蔽(Line-Blanking)

線遮蔽(Line-Blanking)與畫面同步倍頻一樣，是通過外加電路的方式來達到立體顯像的目的，相當適合計算機標準的非交錯顯示模式。

它的工作原理是將擷取的畫面儲存在相當的緩存器(Buffer)中，送出遮蔽偶數掃描線的畫面後送出一個畫面垂直同步訊號，再接著送出遮蔽單數掃描線的畫面，如此周而復始的擷取畫面並送出兩個單偶遮蔽的畫面，便可類似於畫面交換的方式行立體顯像的工作。其工作模式會將顯卡送出訊號的垂直掃描頻率加倍，因此使用這種立體顯示模式，須注意顯示設備掃描頻率的上限。(如圖：4)

由於其採用立體交錯格式，對於過去的交錯顯示的應用軟體及媒體，線遮蔽都可充分支持，因此這種立體顯示模式的回溯兼容性最佳。但它與交錯模式一樣，垂直解析度將會減少一半，所以立體畫面品質會比畫面交換模式稍差。