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平面裸眼3D顯示系統的大場景應用及其設計方法

來源:濟麗        編輯:VI菲    2022-10-10 16:12:10     加入收藏

本文闡述了平面裸眼3D顯示系統在市場導入期主要偏向于大場景的應用,平面裸眼3D大屏幕顯示系統在裸眼3D顯示領域具有引導者的地位。同時闡述了一種平面裸眼3D大屏幕顯示系統,其包含特殊的狹縫光柵顯示部分硬件、3D信號控制器硬件部分...

  平面裸眼3D顯示系統的大場景應用及其設計方法

  秦迪,劉紅,羅亮,劉明,郭慧,楊丹,李寧

  (上海濟麗信息技術有限公司)

  裸眼3D顯示分為平面裸眼3D、全息裸眼真3D、沉浸式裸眼3D等不同實現方式,其中平面裸眼3D顯示因為其不受環境和空間限制、硬件搭建簡單、成本相對有優勢而更加受到行業的關注。然而,相比之下,平面裸眼3D顯示具有最大的技術難度,有大量的技術難點亟待解決。平面裸眼3D顯示的應用范圍涉及到行業應用市場、商業應用市場和消費類電子市場三個維度。從產業發展的角度看,裸眼3D顯示要在各個領域市場獲得較大突破,必須產業鏈協同整合發展,包括硬件技術和內容建設。

  1 市場導入期的大場景應用

  平面裸眼3D顯示產業經過持續多年的發展,擁有巨大的市場空間,在部分應用領域也取得相應的進展,將來是在國內具有上千億市場容量、全球具有上萬億市場規模的大產業,但目前整體上卻還處于產業導入期。目前,由于硬件成本較高、內容匱乏等諸多瓶頸,其在消費類電子市場乃至家用市場的應用顯然時機未到。因此,先行業及商業市場再消費類電子市場是必然的產業發展路徑,開發裸眼3D顯示的行業及商業應用是目前的方向。而裸眼3D顯示的行業及商業市場偏向于大場景的應用,即裸眼3D顯示應用的大屏化。

  平面裸眼3D大屏幕顯示系統的應用首選涉及大屏幕顯示系統的傳統行業,最先導入的主要包括科技場館、規劃展示、文化傳媒、教育培訓、影院娛樂、工業設計、模擬仿真等領域。然而,目前最重要的問題依然是裸眼3D顯示內容的高成本,影響其高成本的主要原因是3D內容的定制化設計成本與信號傳輸的成本,但是隨著5G通信的普及,網絡速度倍速增長,傳輸成本會逐步下降,所以目前最核心的任務是能夠降低3D內容的制作成本,誰能有效的降低成本,誰就更加擁有迅速獲得市場占有率的能力。我們作為最早從事拼接大屏幕制造和裸眼3D顯示研究的解決方案提供商,具有最佳的推動裸眼3D大屏幕顯示系統市場發展的先決條件。首先從大屏幕傳統行業入手,提供裸眼3D大屏幕顯示系統成套設備,包括衍生類的裸眼3D液晶廣告屏等;然后,逐步開發裸眼3D內容制作市場和軟件平臺,成為一站式解決方案的聚集地。

  2平面裸眼3D大屏硬件技術路線

  2.1.裸眼3D拼接大屏幕墻

  拼接大屏幕由多個拼接顯示單元以行列的方式拼接而成,形成一面拼接顯示墻,其因為便于運輸、搭建且具有超高分辨率的特點而得到廣泛應用,其經過接口升級,可實現3D信號的采集,且通過第三方偏光眼鏡可呈現3D顯示,但不具備裸眼3D的功能,要獲得裸眼3D的大屏顯示,首先需要設計能實現裸眼3D的拼接顯示單元。

  我們創新型的設計了一種漸變節距針孔陣列的集成成像3D顯示裝置[1]。其采用漸變節距孔陣列取代傳統的平均節距孔陣結構,克服了現有技術中現有集成成像3D顯示設備存在的觀看視角小的問題。圖1為漸變節距針孔陣列式裸眼3D顯示單元示意圖。

  圖1 漸變節距針孔陣列式裸眼3D顯示單元示意圖

  運用該技術對拼接顯示單元(如液晶拼接單元、LED箱體單元、DLP顯示單元)進行硬件處理,實現裸眼3D的升級,實現裸眼3D的更寬視角、更遠的觀看距離顯示,且理論上不受拼接規模(屏幕大小)和工藝上不受屏幕種類限制,極大的促進裸眼3D大屏幕的實用價值。

  2.2.裸眼3D圖像控制器

  3D大屏幕拼接控制器是立體信號圖像拼接控制器,我們設計了一種基于FPGA的圖像拼接處理裝置[2]。采用先進的FPGA信號處理技術,可將多個顯示單元(液晶拼接顯示單元,LED顯示單元)拼接成為一個虛擬邏輯單元。支持HDMI1.4A規范,支持普通的2D信號,及多種格式的3D信號(FramePacking格式,左右半寬格式,上下半寬格式等)。圖2為平面裸眼3D拼接大屏拓撲圖(以3×3液晶拼接為例)。

  圖2 平面裸眼3D拼接大屏拓撲圖

  設備提供多路HDMI信號選擇輸入,多路HDMI信號輸出。典型應用:可將第一路(或第二路)的HDMI信號顯示到多個顯示設備(2X2、3X3……)上,使多個顯示器顯示一個整體的畫面(每個顯示器顯示原圖像的四分之一、九分之一……制作好的3D內容再拓撲圖中的3D內容播放器中進行播放,并由3D拼接控制器采集、傳輸到裸眼3D拼接大屏幕墻進行顯示,觀看者將能夠通過雙眼直接感受3D的效果。

  3 平面裸眼3D顯示內容庫

  基于上述平面裸眼3D的硬件系統設計,其顯示的內容可適配任何3D片源或內容。然而,目前3D內容的主要制作途徑為拍攝或定制設計,成本很高且不適合二次開發,造成巨大的重復工作量,因此大大的限制了平面裸眼3D大屏幕顯示系統的市場發展。

  為了緩解上述問題,基于2D片源的存量大且廉價的特點,我們設計了一款能夠實現2D—3D視頻轉換平臺系統軟件。其基于一種根據圖像關鍵幀、鏡頭運動分割來計算深度信息的后期制作系統,實時將2D圖像或視頻轉換成3D視頻。其能在2D 到 3D 轉換,轉換 2D 到 3D,3D 到 2D轉換上實現便捷的操作方法。將標準的視頻文件以3D格式輕松轉換成3D電影;以標準的2D視頻格式自如交換L / R圖像和改變3D深度的愿望;將2D轉換為3D視頻之前播放和預覽文件;將您的文件通過相應設置不同的輸出參數,以滿足特定的需求;播放不同格式的文件用軟件的3D電影轉換器內置的媒體播放器等等。

  針對平面裸眼3D大屏幕顯示系統行業用戶的片源、內容、信號源制作方面,在工程應用及用戶需求上具有強大的便捷性,將廣泛應用于3D大屏幕或裸眼3D大屏幕顯示系統的內容制作與此同時,還可以作為其他商業用途,輕松的將2D視頻轉換成3D視頻,用以解決3D片源費用較高、制作周期較長的問題。除此之外,其還能在2D視頻的各類制式中互轉,應用簡單、直觀、方便。

  4總結

  綜上所述,能清晰地分析平面裸眼3D顯示在市場導入期的大場景應用,同時能了解我們所設計的平面裸眼3D大屏幕顯示系統的關鍵技術路線,在市場的導入期基本形成了自身完整的產業鏈閉環雛形。今后將堅持深度的技術研發、技術積累和資源整合,基于平臺軟件逐步建立3D內容庫,實現裸眼3D大屏幕顯示系統在硬件、管理平臺軟件、內容制作上一體化的、適應市場的平面裸眼3D拼接大屏幕顯示系統一站式完整解決方案,對引導平面裸眼3D大屏幕顯示系統的市場發展具有巨大的推動作用。

  參考文獻:

  [1]劉紅,顧偉,鄒芳芳,羅亮,朱傳香. 一種漸變節距針孔陣列的集成成像3D顯示裝置[P].中國發明專利授權號ZL201610511000.7.

  [2]劉紅,朱傳香,張磊.一種基于FPGA的圖像拼接處理裝置[P].中國實用新型專利申請號201020697358.1,2011.09.14.

  作者簡介:

  秦迪(1992—),男,安徽人,大學本科,畢業于杭州電子科技大學,現任上海濟麗信息技術有限公司項目總監,主管項目設計與實施工作,Email:qd@tjgenius.com

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