如果3D电视不用带眼镜

人人都要戴眼镜
从接触3D电影的那一天开始，所有人都留下一个深刻的认识：看3D电影需要戴眼镜。而接下来，当3D风吹到电视机上的时候，人们发现，看3D电视也是需要戴眼镜的。
CES2010中，重要厂商大都发布了各自的3D电视，如索尼的LX900系列、松下V25系列、LG LE9500系列。而三星采用LED背光的7000、8000、9000系列液晶电视，以及7000系列等离子电视，则全部号称支持3D显示，等于三星的中高端机型都是3D电视。至于眼镜，三星的计划是让消费者单独购买。其实上期本刊卷首语已经总结的很清楚了，只要支持120Hz以上刷新率的电视，配合主动快门式3D眼镜，就可以看3D视频了。至于眼镜的红外同步部件是内置电视机身，还是外置或者单独购买，见仁见智了。更细节的要求方面，考虑到3D视频增加的帧数，新的3D电视应该采用HDM11.4标准，以支持更大的带宽。类似的，目前厂商们也陆续开始发布3D投影机，也是配合快门式眼镜。
既然电视机本身的性能不需要天价，真正影响3D电视普及的主要问题是眼镜系统的价格、信号源的标准化以及3D内容的数量。信号源的问题晚些谈，这里先说说眼镜。目前我们看30视频所使用的眼镜有3种，依眼镜的成本由低到高，分别是色差式、偏光式和快门式，分别对应的原理是色分法、光分法、时分法。
色差式3D历史最为悠久，成像原理简单，实现成本低廉，对电视、碟片、电视台都没有任何特别要求，但是3D画面效果也是最差的。色差式3D先分出光谱信息，使用不同颜色的滤光片进行画面滤光，使得人的每只眼睛都看见不同的图像。目前采用这种技术的电影院已经越来越少了，但越来越多的影视剧则使用这个方式加进3D噱头，如国产的《新西游记》等等。由于采用的分色、补色方案不同，有红青、品红绿、黄蓝等几种不同的立体眼镜，不同的影片需要针对性地使用，例如《新西游记》搭配红青眼镜，而《地心历险记》则需要品红绿眼镜，消费者很容易混淆。不过所幸这类眼镜成本低廉，随3D内容碟片附送一副眼镜是小意思。总之，在现在、包括未来的一段时间，你的客厅里免不了会丢上几幅这类眼镜。
偏光式3D，也叫偏振式3D技术，眼镜价格也较为便宜。两台投影机负责投射供左、右两眼观看的图像，镜头前分别加上偏振方向正交的两组偏振片，并且将两组图像的像素精确地叠加起来。投射到屏幕上的两种偏振光只能分别透过偏振方向相同的两组眼镜镜片，使得左、右眼得以接收到不同的图像，形成立体感。早期的偏光式3D技术采用线偏振镜，观众左右歪头的时候，偏振光的透过率会有所变化，对效果有影响。而现在的技术则采用圆偏振镜，画质不会受角度影响。目前3D电影院大多采用的是偏光式3D技术，而家庭则不太可能构建类似的系统，因为成本太高。
快门式3D技术主要是通过提高画面的快速刷新率来实现3D效果，属于主动式3D技术。当3D信号输入到显示设备（诸如显示器、投影机等）后，左、右眼的图像便以特定的格式交替产生，同时通过红外发射器将这些帧信号传输出去。负责接收的3D眼镜则接收同步信号，并相应地交替打开、关闭左、右眼的镜片，两只眼睛便看到了不同的画面。镜片的开光状态是通过液晶反复通、断电所呈现的透明和不透明状态实现的，这种高速、反复的开和关就如同快门一般。快门式技术可以用相对简单的方式在单一显示设备上显示两组帧信息，而实际效果取决于帧格式的设计，分辨率和刷新率越高的方案效果越好。
总结以上几种技术，我们可以看到：色差式眼镜的播放设备成本低、眼镜成本低，效果比较差，最容易普及的，只需要内容的配合；偏光式眼镜的播放设备成本高昂，眼镜成本较低，效果好，最适合电影院一组设备、多人观看的模式；快门式眼镜的播放设备成本略高与色差式、远低于偏光式，只是眼镜成本高，不过家里几口人用用还是能接受的。
要不要等待裸眼3D电视？
通过眼镜观看3D影像总是让人感觉不便，人们自然而然地期待通过裸眼方式获得立体的视觉效果。而实际上，近年裸眼3D显示器，电视的演示也频频出现，这也让许多人对裸眼3D电视的实用化速度有了乐观期待。而事实是，裸眼3D到目前为止，更适合商用演示，而非视听娱乐，最核心的原因是可视范围和分辨率不理想，而且互相矛盾。
在这里先简单介绍一下常见裸眼3D技术的原理。目前多数产品基于本质相同的思路：控制光线射出的角度，分别进入左右眼。最为成熟的是视差障壁技术和柱状透镜技术，本质都是光栅。光栅技术早已大量用于纸质印刷品上，也就是我们见到的立体画，因为其中的光栅控制了光线的反射角度，使得我们在不同的角度看到不同的图案。
视差障壁技术就是在液晶面板和背光源之间加上偏振膜和可开关的液晶屏，形成宽几十微米的条纹，通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式，称之为“视差障壁”。在立体显示模式下，应该由左眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡背光投向右眼的光线；同理，应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡左眼。说到这里，应该有人会觉得视差障壁技术有点类似主动快门眼镜的液晶镜片贴到屏幕里。确实，视差障壁技术需要使用大面积的开关液晶屏，这是它的额外成本。另外，这个技术最大的缺点还包括降低亮度和分辨率，因为一半的光线和像素被遮挡了。
柱状透镜技术的原理是在液晶显示屏的前面加上一层密密麻麻的柱状透镜。每条柱透镜下面有若干个液晶子像素（如2个），液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上，半圆形的透镜能向不同的水平方向折射每个子像素。由于双眼从不同的角度观看屏幕，就看到不同的子像素。由于透镜不会遮挡光线，所以柱状透镜技术的电视不会损失亮度，但是同样会损失分辨率。得益于相对较低的成本，应用柱状透镜技术的面板厂商也最多。
另外，3M则推出了指向背光技术（也称为场序3D光学膜），技术原理很巧妙。3M在面板左右安排两组LED背光，配合专用的反光膜、导光板和3D膜，分别将左右两侧背光发出的光线导向不同的方向。使用时，两组背光高速交替开闭，对应左、右眼的图像分别被对应的背光传递到观众的眼中，形成立体画面。这个技术的最大优点是支持全分辨率显示，缺点则是背光源的成本增加。首先，背光的数量需要翻倍，其次，必须使用能高速开关的背光，也就是LED背光，因为传统的冷阴极灯管背光则无法满足高速开关的要求。用于大尺寸的电视的LED背光模组价格本来就很高，如果再翻信使用，整体的背光成本将会高很多。这个缺点导致目前3M的这个技术只能首先在背光成本本来就很低的小尺寸的屏幕上推广，主要就是手机、掌上游戏机之类的手持式设备。不过要在这些设备上达到画面帧速率和面板刷新速度相匹配的要求也还是复杂的系统工程，需要调动产业各环节的力量。
虽然光栅法原理实用，能实现裸眼立体显示，但不能保证在任意位置都能看到立体效果。首先，由于光线有特定的角度差，就产生了最优观看距离的问题，否则看到的是重影。其次，视差障壁技术本身损失了亮度，而柱状透镜技术的屏幕表面更容易反射光线，环境光强度对显示效果的影响会较大。在展会中，有些聪明的厂商会将电视安置在一个“小屋”或者一个凹入的场景中，并增加一些有形或象征性的隔离措施，这样就自然地限制了观众的移动范围（距离和角度），也遮蔽了会场的环境光线，比较容易获得理想的效果。
另外，3D视频还有一个重要的参数：视点数量。最基本应该是有2个视点（对应两台摄像机），视点越多，对物体的立体感描绘得就越真实。只要像素和透镜的安排讲究，裸眼3D电视非常适合表现多视点，当观众在屏幕前移动的时候，可以看到屏幕中物体更真实的角度变化。这个优点是戴眼镜所不能比的——听起来不错，但其中蕴含的矛盾很令人头痛。在观看最基本2视点裸眼3D电视的时候，略微左右移动头部，会有50%的机会看到的是左右颠倒的图像或者重影，而不是立体成像。这就需要观众在观看的时候，要有适应、调节的过程才能获得期望的效果，随后还需要尽量保持状态。增加视点可以让观众更容易感受到正确的3D影像质量，因为移动头部的时候，观众感受到的更可能是物体的不同角度，而不是某个错误角度的图像进入错误的眼睛。因此现在商业化的裸眼3D显示器大多采用多视点，如4个、5个、8个或9个，甚至有厂商开发了25甚至30视点的产品。视点的数量和获得不正确视差匹配的概率成反比，如9视点机型在最优距离下有1/9的可能性看不到正确的立体影像。但视点增加不但增加加工难度（一个视点对应一台摄像机、一帧画面），更致命的是以牺牲清晰度为代价——不同视点的像素按特定交错方式显示在屏幕上，视点总数越多，属于每个视点的像素数就越少，立体成像的分辨率也就越低。对于9视点的裸眼3D电视，1920×1080的面板在3D模式下，只相当于640×360的分辨率，已经没有画质可言。
整体来说．不佳的标准化、易读性和清晰度导致各种光栅式的裸眼3D电视在很长时间内主要用于商业屏幕用途、播放度身定制的内容，通过独特的感受吸引眼球或者提升环境档次。要想这类电视在家庭影音娱乐中获得认可，面板的分辨率、亮度、对比度等基本指标要大大提升，多视点内容的拍摄、存储、传送需要巨大的存储空间和更严格的标准化，整个产业界付出的成本比想像中多得多，还有很长的路要走。
真正的麻烦：信号源
3D电视的信号有几个重要的来源：PC（游戏）、蓝光碟机（电影）、机顶盒（电视剧和转播）。如果3D的内容大普及，必然需要有大量的广播电视内容采用3D制作和传输。就以2010年南非世界杯的3D转播而言，观众是更喜欢买碟片欣赏，或是在电视机前看直播？答案是显而易见的。
在CES2010上，索尼、松下等厂商都发布了3D蓝光碟机，支持帧速率翻倍的全高清内容播放。考虑到帧速率提高后，影片容量大幅度增加，这两家企业正在致力于将蓝光碟片的单层容量从25GB提升到33.4GB。随着3D电视的普及，蓝光碟机会有更旺盛的需求，新规格的碟机也会很快成为主流。
而时刻与高清电视连接的机顶盒就不是这么简单了。广播电视运营商面临着两个最关键的问题：带宽和专利费用。传输全高清、120Hz信号需要巨大的带宽，将是1080p信号的2倍，是主流的720p或10801信号的4倍，现有的线路和机顶盒都很难负担得起这样的带宽。使用一些特别的帧格式来降低带宽需求成为必然的选择。这些手段包括：画面交换和画面交错。画面交换就是将左右眼信号在屏幕上分成上下或左右两部分，交替显示。交错就是将画面的水平方向的扫描线分开，譬如奇数行对应左眼、偶数行对应右眼。相对于画面倍频方式，这两类方案会降低画质（分辨率和刷新率），但也能降低带宽。但问题在于，相关的专利掌握在ReaID等企业手中，选择效果好的格式就需要取得授权，成本或高或低。而且，在未来某一天，已经被推广开的格式还可能遇到难以预料的专利纠纷，毕竟这是专利蟑螂横行的时代。
说了信号源的问题，还有一个厂商不得不顺便提一下：东芝。东芝拥有优秀的Cell处理器，在蓝光时代之初，东芝希望通过强大的运算能力，将DVD画质的视频提升到全高清水平，以解决消费者手中保有量巨大的DVD碟片在流行的全高清电视上播放时有良好的效果。同样的，在3D时代之初，东芝的Cell电视又有了更彪悍的想法：将2D画面处理成3D效果。其基本方法是根据2D场景中的画面信息及运动视差等，合成、推演出3D影像（镜头移动的范围越大，3D效果越自然）。此前微软等企业就发布过利用大量照片合成3D模型的应用，技术上的可行性毋庸置疑。关键在于，东芝希望通过Cell处理器，实时地进行转换。
真正的麻烦：信号源
3D电视的信号有几个重要的来源：PC（游戏）、蓝光碟机（电影）、机顶盒（电视剧和转播）。如果3D的内容大普及，必然需要有大量的广播电视内容采用3D制作和传输。就以2010年南非世界杯的3D转播而言，观众是更喜欢买碟片欣赏，或是在电视机前看直播？答案是显而易见的。
在CES2010上，索尼、松下等厂商都发布了3D蓝光碟机，支持帧速率翻倍的全高清内容播放。考虑到帧速率提高后，影片容量大幅度增加，这两家企业正在致力于将蓝光碟片的单层容量从25GB提升到33.4GB。随着3D电视的普及，蓝光碟机会有更旺盛的需求，新规格的碟机也会很快成为主流。
而时刻与高清电视连接的机顶盒就不是这么简单了。广播电视运营商面临着两个最关键的问题：带宽和专利费用。传输全高清、120Hz信号需要巨大的带宽，将是1080p信号的2倍，是主流的720p或10801信号的4倍，现有的线路和机顶盒都很难负担得起这样的带宽。使用一些特别的帧格式来降低带宽需求成为必然的选择。这些手段包括：画面交换和画面交错。画面交换就是将左右眼信号在屏幕上分成上下或左右两部分，交替显示。交错就是将画面的水平方向的扫描线分开，譬如奇数行对应左眼、偶数行对应右眼。相对于画面倍频方式，这两类方案会降低画质（分辨率和刷新率），但也能降低带宽。但问题在于，相关的专利掌握在ReaID等企业手中，选择效果好的格式就需要取得授权，成本或高或低。而且，在未来某一天，已经被推广开的格式还可能遇到难以预料的专利纠纷，毕竟这是专利蟑螂横行的时代。
说了信号源的问题，还有一个厂商不得不顺便提一下：东芝。东芝拥有优秀的Cell处理器，在蓝光时代之初，东芝希望通过强大的运算能力，将DVD画质的视频提升到全高清水平，以解决消费者手中保有量巨大的DVD碟片在流行的全高清电视上播放时有良好的效果。同样的，在3D时代之初，东芝的Cell电视又有了更彪悍的想法：将2D画面处理成3D效果。其基本方法是根据2D场景中的画面信息及运动视差等，合成、推演出3D影像（镜头移动的范围越大，3D效果越自然）。此前微软等企业就发布过利用大量照片合成3D模型的应用，技术上的可行性毋庸置疑。关键在于，东芝希望通过Cell处理器，实时地进行转换。