3D電視的原理及電路解析

摘要：2009年12月，隨著阿凡達(dá)的大熱，消費(fèi)者對(duì)3D的狂熱在國(guó)際上掀起一輪3D熱潮。在3D電影的促動(dòng)下，3D市場(chǎng)已于2010年開(kāi)始起飛。而且隨著全球消費(fèi)電子廠商陸續(xù)推出一批包括電視機(jī)、監(jiān)視器、筆記本電腦、藍(lán)光盤(pán)播放器、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、電子相框等3D相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)軍家庭市場(chǎng)。據(jù)DisplavSearch的市場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2010年3D電視全球出貨量達(dá)到420萬(wàn)臺(tái)。2011年全球3D電視貨量達(dá)2 340萬(wàn)臺(tái)，2014年預(yù)計(jì)將出貨達(dá)9 000萬(wàn)臺(tái)。中國(guó)的3D電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展備受業(yè)內(nèi)外人士關(guān)注，我國(guó)不僅是全球最大的平板電視市場(chǎng)，更是全球最大的彩電制造基地。從平板電視到互聯(lián)網(wǎng)電視再到3D電視，每一次技術(shù)升級(jí)，國(guó)內(nèi)彩電企業(yè)總是緊跟而上。2010年3月，TCL、創(chuàng)維等企業(yè)開(kāi)始推出3D電視；隨后在9月份，海信推出了融合網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)、3D顯示技術(shù)的LED背光電視：康佳一舉推出4大系列、20多款智能3D電視。文中主要闡述3D電視的原理及技術(shù)分類，并以康佳988系列3D電視為例，解析3D部分電路。
關(guān)鍵詞：3D電視；主動(dòng)快門(mén)式3D；偏光式3D；3D傳輸格式

隨著科技的不斷發(fā)展，人們的要求也越來(lái)越高了，什么都想追求“完美”，因?yàn)槲覀兊钠肺桓吡?，所以我們才想得到更高的滿足。我們的生活中充實(shí)著快樂(lè)，充實(shí)著樂(lè)趣。從黑白電視到現(xiàn)在智能、3D電視，我們的社會(huì)是不斷變化的，科技也是不斷變化的，給我們的生活增添了更多的樂(lè)趣，豐富了生活的每一天。
隨著一部阿凡達(dá)電影的爆發(fā)，3D開(kāi)始真正走進(jìn)我們的生活。近兩年3D電視也遍地開(kāi)花鋪天蓋地的襲來(lái)，走進(jìn)了我們的生活。立體效果的影像將帶給我們亦真亦假的畫(huà)面效果，增添我們生活的愉悅性。

1 3D定義
3D是three-dimensional的縮寫(xiě)，就是三維立體圖形，3D電視顧名思義就是可以顯示3D圖像的電視接收機(jī)。人類對(duì)于3D影像的探索已有百年歷史，最早可以追溯到1903年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了“視差創(chuàng)造立體”的原理，這可視作3D電視的起源。
隨后科學(xué)家利用不同技術(shù)試圖將3D影像引入到電視機(jī)中，先后經(jīng)歷了黑白雙信道偏光分像、互補(bǔ)色立體分像、彩色集體三維(紅綠)等技術(shù)，逐步發(fā)展為今天的主動(dòng)快門(mén)式3D和偏光式3D(不閃式)。

2 3D的技術(shù)簡(jiǎn)介及分類
目前的3D技術(shù)可以分為裸跟式和眼鏡式兩大類別，裸眼式3D技術(shù)目前主要應(yīng)用在商用顯示方面(以后還將應(yīng)用于手機(jī)等顯示設(shè)備中)；眼鏡式3D技術(shù)則集中于消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)，此次風(fēng)靡全球的影片《阿凡達(dá)》采用的全部是眼鏡式3D技術(shù)，下面主要介紹主動(dòng)快門(mén)式與偏光式3D。
2．1 主動(dòng)快門(mén)式3D電視
主動(dòng)快門(mén)式3D電視的成像原理如圖1所示：快門(mén)式液晶眼鏡分別高速開(kāi)閉，通過(guò)提高畫(huà)面的快速刷新率(至少達(dá)到120 Hz)控制觀看者感知左右眼各60 Hz的快速刷新圖像才會(huì)對(duì)圖像不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)感，并保持與2D視像相同的幀數(shù)，觀眾的兩只眼睛看到快速貼換的不同畫(huà)面，在大腦中產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，最終造成“視覺(jué)位移”，在觀看者大腦中合成3D影像。

2010年市場(chǎng)中銷售的3D電視全部采用快門(mén)式，快門(mén)式3D可以為家庭用戶提高品質(zhì)的3D顯示效果，這種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要一副主動(dòng)式快門(mén)眼鏡，交替左眼和右眼看到的圖像以至于你的大腦將兩幅圖像融合成一體來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而產(chǎn)生了單幅圖像的3D深度感，其優(yōu)勢(shì)是3D質(zhì)量高、穩(wěn)定，且可以完全不損失分辨率，能夠?qū)崿F(xiàn)1080p FULL HD輸出。缺點(diǎn)是技術(shù)本身相對(duì)復(fù)雜，眼鏡需要電源驅(qū)動(dòng)，造價(jià)成本較高。成像方面容易形成頻閃和串?dāng)_，垂直可視角度較窄，戴眼鏡觀看時(shí)亮度降低明顯。
2．2 偏光式(不閃式)3D電視
所謂“不閃式”3D電視的產(chǎn)品，屬于被動(dòng)式3D技術(shù)其本質(zhì)是偏光式3D成像，與快門(mén)式3D利用眼鏡與電視本身共同協(xié)作產(chǎn)生3D影像不同，偏光式3D電視主要依靠液晶面板前端的偏振膜，將電視顯示的畫(huà)面分成有角度的偏振光，觀看者通過(guò)佩戴偏振眼鏡分別感知不同的視差畫(huà)面，最終也是由大腦合成3D影像。
通過(guò)實(shí)際觀測(cè)，偏光式3D技術(shù)的圖像效果要比快門(mén)式3D技術(shù)略差，這種技術(shù)會(huì)使畫(huà)面減半，很難實(shí)現(xiàn)真正的全高清3D影像。而且畫(huà)面亮度也會(huì)被大大降低。相比之下，快門(mén)式3D技術(shù)圖像效果出色，能夠保持畫(huà)面的原始分辨率，很輕松地讓用戶享受到真正的全高清3D效果。
在技術(shù)方式上，偏光式3D技術(shù)是被動(dòng)接收所以也被稱為屬于被動(dòng)式3D技術(shù)，輔助設(shè)備方面的成本較低，但對(duì)輸出設(shè)備的要求較高，所以非常適合商業(yè)影院等需要眾多觀眾的場(chǎng)所使用。圖2是一種偏光眼鏡方案示意圖。偏光方式是把左右眼的圖像光線沿兩個(gè)垂直方向進(jìn)行極化處理，用偏光眼鏡對(duì)應(yīng)觀看的方式。眼鏡成本低，便于佩戴，無(wú)視角限制。

3 3D傳輸格式、顯示要求
3．1 3D格式的介紹
在藍(lán)光3D規(guī)范推出之前，市面上除了電影院中放映的3D影片之外，用于家庭播放的原生3D影片較少，因此不少3D電影都是通過(guò)軟件轉(zhuǎn)換、制作的，標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一也造成了格式眾多且混亂。因此不少格式已經(jīng)很少見(jiàn)或者被淘汰。而現(xiàn)在，3D電影至少**源格式上有了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，原生影片也越來(lái)越多，按照傳輸?shù)母袷絹?lái)看，常見(jiàn)的影片格式包括：
3．1．1 幀連續(xù)(Frame sequential)
幀連續(xù)的實(shí)質(zhì)就是連續(xù)發(fā)送畫(huà)面(如圖3所示)，比如60 Hz的影片，就以120 Hz的速度發(fā)送每幀圖像，每幀交替顯示出來(lái)，依次針對(duì)左／右眼接收，因此，設(shè)備不需對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，只要能夠接受相應(yīng)頻率的信號(hào)并播放即可實(shí)現(xiàn)。從它的原理中也可以看出，幀連續(xù)的傳輸方式是針對(duì)快門(mén)式眼鏡的，也就是時(shí)分3D技術(shù)。

這項(xiàng)技術(shù)主要在DLP投影機(jī)以及PC上使用，而藍(lán)光3D標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有將之納入，這種格式的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)播放設(shè)備、顯示設(shè)備而言，都無(wú)需復(fù)雜的技術(shù)，一個(gè)能夠輸出，一個(gè)能夠接受、播放即可。但是對(duì)相應(yīng)的眼鏡來(lái)說(shuō)，成本就比較高了，也比較復(fù)雜，此外還需要發(fā)射器以同步顯示設(shè)備和眼鏡的快門(mén)開(kāi)閉信號(hào)。