Parallaxe Barriere

A Parallaxe Barriere ist ein Gerät vor einer Bildquelle wie a Flüssigkristallanzeige, um es zu erlauben, a zu zeigen stereoskopisch oder multiscopisch Bild, ohne dass der Betrachter trägt 3D-Brille. Vor dem normalen LCD platziert, besteht es aus einer undurchsichtigen Schicht mit einer Reihe von präzise verteilten Schlitzen, sodass jedes Auge einen anderen Satz von sehen kann Pixelund so ein Gefühl der Tiefe durch Parallaxe in einem ähnlichen Effekt wie was Linsendruck produziert für gedruckte Produkte[1][2] und Linsenlinsen Für andere Anzeigen. Ein Nachteil der Methode in ihrer einfachsten Form ist, dass der Betrachter an einer gut definierten Stelle positioniert werden muss, um den 3D-Effekt zu erleben. Jüngste Versionen dieser Technologie haben dieses Problem jedoch angesprochen, indem die relativen Positionen der Pixel und Barrier-Sitter entsprechend dem Standort der Augen des Benutzers angepasst werden, sodass der Benutzer das 3D aus einer Vielzahl von Positionen aus erleben kann.[3][4] Ein weiterer Nachteil ist, dass die durch jedes Auge angezeigte horizontale Pixelzahl halbiert wird und die allgemeine horizontale Auflösung des Bildes verringert.[5]
Geschichte

Das Prinzip der Parallaxenbarriere wurde von Auguste Berthier unabhängig erfunden, der einen Artikel über stereoskopische Bilder veröffentlichte, einschließlich seiner neuen Idee, die mit einem Diagramm und Bildern mit absichtlich übertriebenen Abmessungen der Interlaced -Bildstreifen illustriert wurde,[6] und von Frederic E. Ives, der 1901 ein funktionelles autostereoskopisches Bild gemacht und zeigte.[7] Ungefähr zwei Jahre später begann Ives, Exemplarbilder als Neuheiten zu verkaufen, die erste bekannte kommerzielle Verwendung.
In den frühen 2000er Jahren, Scharf entwickelte die elektronische Flat-Panel-Anwendung dieser alten Technologie auf Kommerzialisierung und verkaufte kurz zwei Laptops mit den einzigen 3D-LCD-Bildschirmen der Welt.[8] Diese Displays sind nicht mehr von Sharp erhältlich, werden aber dennoch von anderen Unternehmen wie Tridelity und Spatialview hergestellt und weiterentwickelt. In ähnlicher Weise hat Hitachi das erste 3D -Mobiltelefon für den japanischen Markt unter Vertrieb von KDDI veröffentlicht.[9][10] Im Jahr 2009 veröffentlichte Fujifilm die Fujifilm finepix Real 3D W1 Digitalkamera mit einem eingebauten autostereoskopischen LCD mit 2,8 "Diagonal. Nintendo hat diese Technologie auch in ihren tragbaren Gaming -Konsolen implementiert, die NEU Nintendo 3ds und die NEU Nintendo 3ds xl, nach dem ersten Einfügen auf die vorherige Konsole, die Nintendo 3ds.
Anwendungen
Zusätzlich zu Filmen und Computerspielen hat die Technik Verwendungszwecke in Bereichen wie festgestellt molekulare Modellierung und Flughafensicherheit.[11] Es wird auch für das Navigationssystem im 2010-Modell verwendet Range Rover,[12] Ermöglichen Sie dem Fahrer, (zum Beispiel) GPS -Anweisungen anzuzeigen, während ein Passagier einen Film sieht. Es wird auch in der verwendet Nintendo 3ds Handgame-Konsole[13] und Lg's Optimus 3D und Thrill Smartphones,[14] HTCs EVO 3D[15] sowie Sharps Galapagos -Smartphone -Serie.
Die Technologie ist schwieriger, 3D -Fernseher zu bewerben, da eine Vielzahl möglicher Betrachtungswinkel erforderlich ist. Ein 21-Zoll-3D-Display von Toshiba verwendet die Parallaxe-Barrierentechnologie mit 9 Bildernpaaren, um einen Betrachtungswinkel von 30 Grad abzudecken.[16]
Entwurf
Die Schlitze in der Parallaxenbarriere ermöglichen es dem Betrachter, nur Pixel des linken Bildes aus der Position seines linken Auges, rechte Bildpixel aus dem rechten Auge zu sehen. Bei der Auswahl der Geometrie der Parallaxenbarriere sind die wichtigen Parameter, die optimiert werden müssen,; Das Pixel - Barriere -Trennung D, die Parallaxe Barrier -Tonhöhe f, die Pixelöffnung A und die Parallaxenspaltschlitzbreite b.[17]

Pixeltrennung
Je näher die Parallaxenbarriere an den Pixeln liegt, desto breiter ist der Trennungswinkel zwischen den linken und rechten Bildern. Für eine stereoskopische Anzeige müssen die linken und rechten Bilder die linken und rechten Augen treffen, was bedeutet, dass die Ansichten nur durch wenige Grad getrennt werden müssen. Die Pixel-Barrier-Trennung d Für diesen Fall kann wie folgt abgeleitet werden.
Aus Snells Gesetz:
Für kleine Winkel: und
Deswegen:
Für eine typische automatischstereoskopische Anzeige von Pixel-Tonhöhe 65 Mikrometern, Augentrennung 63 mm, Betrachtungsabstand 30 cm und Brechungsindex 1.52 muss die Pixel-Barrier-Trennung etwa 470 Mikrometer betragen.
Tonhöhe
Die Tonhöhe einer Parallaxenbarriere sollte idealerweise ungefähr zweifache Pixel sein, aber das optimale Design sollte etwas geringer sein. Diese Störung der Barriere -Tonhöhe kompensiert die Tatsache, dass die Kanten einer Anzeige in einem anderen Winkel der Mitte betrachtet werden und die linken und rechten Bilder die Augen angemessen von allen Positionen des Bildschirms angemessen abzielen.

Optimale Pixelöffnung und Barriereschlitzbreite
In einem Parallax-Barrieresystem für eine hochauflösende Anzeige kann die Leistung (Helligkeit und Übersprechen) durch die Fresnel-Beugungstheorie simuliert werden.[18] Aus diesen Simulationen kann Folgendes abgeleitet werden. Wenn die Schlitzbreite klein ist, wird das Licht, das die Schlitze passt, stark zu einem Übersprechen gebeugt. Die Helligkeit des Displays wird ebenfalls reduziert. Wenn die Schlitzbreite groß ist, verweigert das Licht, das den Schlitz passt, nicht so sehr, aber die breiteren Schlitze erzeugen aufgrund geometrischer Strahlenwege Übersprechen. Daher erleidet das Design mehr Übersprechen. Die Helligkeit des Displays wird erhöht. Daher wird die beste Schlitzbreite durch einen Kompromiss zwischen Übersprechen und Helligkeit gegeben.
Barriereposition
Beachten Sie, dass die Parallaxenbarriere auch hinter den LCD -Pixeln gelegt werden kann. In diesem Fall übergibt Licht aus einem Schlitz das linke Bildpixel in die linke Richtung und umgekehrt. Dies erzeugt den gleichen Grundeffekt wie eine vordere Parallaxenbarriere.
Techniken zum Umschalten
In einem parallaxen Barrieresystem sieht das linke Auge nur die Hälfte der Pixel (dh die linken Bildpixel) und das gleiche gilt für das rechte Auge. Daher ist die Auflösung des Displays reduziert und kann daher vorteilhaft sein, eine Parallaxenbarriere zu erstellen, die eingeschaltet werden kann, wenn 3D erforderlich ist oder wenn ein 2D -Bild erforderlich ist. Eine Methode zum Schalten der Parallaxenbarriere ein- und ausgeschaltet besteht darin, sie aus einem flüssigen Kristallmaterial zu bilden. Die Parallaxenbarriere kann dann ähnlich der Art und Weise erzeugt werden, wie ein Bild in einer flüssigen Kristallanzeige gebildet wird.[19]

Zeitmultiplexing zur Erhöhung der Auflösung
Das Zeitmultiplexen bietet ein Mittel zur Erhöhung der Auflösung eines Parallax -Barrieresystems.[20] In dem gezeigten Design kann jedes Auge die vollständige Auflösung des Panels sehen.

Das Design erfordert ein Display, das schnell genug schalten kann, um das Bild flackern zu vermeiden, wenn die Bilder jeden Frame tauschen.
Verfolgung von Hindernissen für eine verstärkte Besichtigung der Freiheit
In einem Standard -Parallax -Barrieresystem muss sich der Betrachter an einem geeigneten Ort positionieren, so dass die linke und rechte Augenansichten von linken und rechten Augen gesehen werden können. In einem „verfolgten 3D -System“ kann die Beobachtungsfreiheit erheblich erhöht werden, indem die Position des Benutzers verfolgt und die Parallaxenbarriere angepasst wird, damit die linken und rechten Ansichten immer korrekt an die Augen des Benutzers gerichtet sind. Die Identifizierung des Betrachtungswinkels des Benutzers kann durch eine nach vorne gerichtete Kamera über der Anzeige- und Bildverarbeitungssoftware erfolgen, mit der die Position des Benutzergesichts erkennen kann. Die Einstellung des Winkels, in dem die linke und rechte Ansichten projiziert werden, können durch mechanisch oder elektronisch die Parallaxenbarriere relativ zu den Pixeln durchgeführt werden.[21][22][23]
Übersprechen
Das Übersprechen ist die Interferenz, die zwischen der linken und rechten Ansichten in einem 3D -Display besteht. In einem Display mit hohem Übersprechen kann jedes Auge das Bild für das andere Auge leicht überlagert werden. Die Wahrnehmung von Übersprechen in stereoskopischen Displays wurde weit verbreitet. Es wird im Allgemeinen anerkannt, dass das Vorhandensein eines hohen Übersprechens in einer stereoskopischen Anzeige schädlich ist. Die Auswirkungen des Übersprechens in einem Bild umfassen: Ghosting und Kontrastverlust, Verlust des 3D -Effekts und Tiefenauflösung sowie Beschwerden des Betrachters. Die Sichtbarkeit des Übersprechens (Ghosting) nimmt mit zunehmendem Kontrast und zunehmender Fernglassparallax des Bildes zu. Beispielsweise zeigt ein stereoskopisches Bild mit hohem Kontrast mehr Geister in einer bestimmten stereoskopischen Anzeige als ein Bild mit geringem Kontrast.[24]
Messung
Eine Technik zur Quantifizierung des Übersprechens aus einer 3D -Anzeige besteht darin, den Prozentsatz des Lichts zu messen, der von einer Ansicht zur anderen abweist.[18]

Das Übersprechen in einem typischen 3D-System in Parallaxe-Barrierbasis in der besten Augenposition kann 3%betragen. Ergebnisse subjektiver Tests [25] durchgeführt, um die Bildqualität von 3D-Bildern zu bestimmen, schließt, dass das Übersprechen für hochwertige 3D "nicht größer als etwa 1 bis 2%" sein sollte.
Ursachen und Gegenmaßnahmen
Die Beugung kann eine Hauptursache für das Übersprechen sein.[18] Es wurde festgestellt, dass theoretische Beugungsimulationen ein guter Prädiktor für experimentelle Übersprechen bei Emulsions -Parallax -Barrieresystemen sind. Diese Simulationen sagen voraus, dass die durch die Parallaxenbarriere verursachte Menge an Übersprechen stark von der Schärfe der Ränder der Schlitze abhängt. Wenn beispielsweise die Übertragung der Barriere von undurchsichtig zu stark transparent wird, wenn sie sich von der Barriere zu Schlitz bewegt, erzeugt dies ein breites Beugungsmuster und folglich mehr Übersprechen. Wenn der Übergang glatter ist, wird sich die Beugung nicht so weit verbreitet und weniger Übersprechen wird erzeugt. Diese Vorhersage steht im Einklang mit experimentellen Ergebnissen für eine leicht weich geschnittene Barriere (deren Tonhöhe 182 Mikrometer betrug, die Schlitzbreite 48 Mikrometer betrug und der Übergang zwischen undurchsichtig und Transmission über einem Bereich von etwa 3 Mikrometern auftrat). Die leicht weich geschnittene Barriere hat ein Übersprechen von 2,3%, was etwas niedriger ist als das Übersprechen einer härteren Barriere, die etwa 2,7%betrug. Die Beugungssimulationen legen auch nahe, dass, wenn die Parallax -Barriere -Schlitzkanten eine Übertragung hatten, die über einen Bereich von 10 Mikrometern abnimmt, das Übersprechen von 0,1 werden könnte. Die Bildverarbeitung ist eine alternative Überschreitung der Überflüsse. Die Figur zeigt das Prinzip hinter der Übersprechen -Korrektur.[26]

Es gibt drei Hauptarten von autostereoskopisch Zeigt mit einer Parallaxenbarriere an:
- Frühe experimentelle Prototypen, die einfach eine Reihe von Präzisionsschlitzen auf einen regulären LCD Bildschirm, um zu sehen, ob es Potenzial hat.
- Profis
- Leicht anbringen
- Nachteile
- Niedrigste Bildqualität
- Profis
- Die erste vollständig entwickelte "Parallaxe -Barrieresanzeigen" haben Präzisionsschlitze als eine der optischen Komponenten über den Pixeln. Dies blockiert jeweils Bild von einem Auge und zeigt es dem anderen.
- Profis
- Billiger für Massenproduktion
- Nachteile
- Am wenigsten effizient mit Hintergrundbeleuchtung,
- Benötigt doppelt so viel Hintergrundbeleuchtung wie normale Anzeigen
- Kleine Betrachtungswinkel
- Profis
- Die neuesten und bequemsten Displays in Produkten wie die Nintendo 3ds, HTC EVO 3D, und LG Optimus 3dHaben Sie nicht die Parallaxenbarriere vor den Pixeln, sondern hinter den Pixeln und vor dem Hintergrundbeleuchtung. Die gesamte LCD -Matrix ist daher beiden Augen ausgesetzt, aber wie aus der Position jedes Auges hervorgeht, ist nur eines der in ihm in ihm zurückgelassenen Bilder hinterleuchtet. Blendung Aus den sichtbar beleuchteten Pixelsäulen tendiert die benachbarten nicht beleuchteten Säulen weniger auffällig.
- Profis
- Klares Bild
- Größter Betrachtungswinkel
- Nachteile
- Teurer für Massenproduktion
- Verwendet 20-25% mehr Hintergrundbeleuchtung als normale Anzeigen
- Profis
Siehe auch
Verweise
- ^ Howard, Bill (2003). "Bewertungen des PC Magazine - Sharp Actius Rd3d". www.pcmag.com. Abgerufen 2008-01-25.
- ^ "Das Register - Sharps 3D LCD: Wie funktioniert das dann?". www.theregister.co.uk. 2004. Abgerufen 2008-01-25.
- ^ Keine bestimmten Autoren. (2015). NEU Nintendo 3ds. 28. Dezember 2016 von Nintendo of America Inc Website: https://www.nintendo.com/3ds/new-nintendo-3ds/
- ^ Norris, Ashley (2002-12-06). "Guardian Unlimited - Sonderberichte - Die Rückkehr von 3D".London: www.guardian.co.uk. Abgerufen 2008-01-25.
- ^ "Besser gläserfrei 3-D". Abgerufen 1. Juli 2011.
Ein grundlegend neuer Ansatz für gläserfreie 3-D-Displays kann Strom sparen, den Betrachtungswinkel erweitern und 3-D-Illusionen realistischer machen.
- ^ Berthier, Auguste. (16. und 23. Mai 1896). "Images Stéréoscopiques de Grand Format" (in Französisch). Kosmos 34 (590, 591): 205–210, 227-233 (siehe 229-231)
- ^ Ives, Frederic E. (1902). "Ein neuartiges Stereogramm". Zeitschrift des Franklin Institute. 153: 51–52. doi:10.1016/s0016-0032 (02) 90195-x. Nachdruck in Benton "Ausgewählte Papiere n dreidimensionale Displays".
- ^ "2D/3D Switchable Displays" (PDF). Scharfes weißes Papier. Archiviert (PDF) vom Original am 30. Mai 2008. Abgerufen 2008-06-19.
- ^ "Wooo ケータイ H001 | 2009 年 | 製品 アーカイブ | au von kddi". Au.kddi.com. Archiviert von das Original am 4. Mai 2010. Abgerufen 2010-06-15.
- ^ "Hitachi kommt mit einem 3D-3D-IPS-Display von 3D".. News.softpedia.com. 2010-04-12. Abgerufen 2010-06-15.
- ^ Twist, Jo (2004-06-09). "BBC News - Technologie - Easy 3D -Röntgenaufnahmen für die Luftsicherheit". news.bbc.co.uk. Abgerufen 2008-01-25.
- ^ "Land Rover E-Brochure PDF (Seite 19)" (PDF). www.landrover.com. 2011. Abgerufen 2011-12-29.
- ^ "Nintendo enthüllt 3DS Handheld Games Console". www.bbc.co.uk. 2010-06-15. Abgerufen 2010-06-17.
- ^ "LG enthüllt das erste 3-D-Smartphone der Welt". www.cnn.com. 2011. Abgerufen 2011-02-15.
- ^ HTC EVO 3D, von gsMarena
- ^ "Toshiba Mobile Display Touts 21-Zoll-Brille-frei 3D HDTV, hebt ein paar Augenbrauen". Engadget. 27. April 2010.
- ^ Yamamoto, Hirotugu (Okt. 2000). "Optimale Parameter und Betrachtungsbereiche der stereoskopischen Full -Farb -LED -Anzeige unter Verwendung der Parallaxenbarriere". Ieice Trans Electron. E83-C Nr. 10.
- ^ a b c Montgomery, David J. (2001). "Leistung eines flachen Panel-Anzeigesystems zwischen 2D- und autostereoskopischen 3D-Modi". In Woods, Andrew J; Bolas, Mark T; Merritt, John O; Benton, Stephen A (Hrsg.). Stereoskopische Displays und virtuelle Reality -Systeme VIII. Vol. 4297. S. 148–159. Citeseerx 10.1.1.197.3858. doi:10.1117/12.430813. S2CID 122846572.
- ^ "2D/3D Switchable Displays" (PDF). Scharfes weißes Papier. Archiviert (PDF) vom Original am 30. Mai 2008. Abgerufen 2008-06-19.
- ^ US -Patent US6476850, Kenneth Erbey, "Apparat für die Erzeugung einer stereoskopischen Darstellung"
- ^ US -Patent 5808792Graham John Woodgate, David Ezra, Nicolas Steven Holliman, Basil Arthur Omar, Richard Robert Moseley, Jonathan Harrold, "Autostereoskopischer Display und Methode zur Kontrolle eines autostereoskopischen Displays", herausgegeben 1995-Februar-9
- ^ Mather, Jonathan (Juni 2011). "3D -Fernseher ohne Brille". Physikwelt. 24 (6): 33–36. Bibcode:2011phyw ... 24f..33m. doi:10.1088/2058-7058/24/06/34.
- ^ https://web.archive.org/web/20121014123843/http://www.humansinvent.com/#!, archiviert von das Original Am 2012-10-14, abgerufen 2012-06-25
{{}}
: Fehlen oder leer|title=
(Hilfe) - ^ Andrew Woods (2010), Das Verständnis des Übersprechens in stereoskopischen Displays (PDF), abgerufen 2012-09-21
- ^ ATSUO Hanazato; et al. (2000), "Subjektive Bewertung der Übersprechenstörungen in stereoskopischen Anzeigen", Sid
- ^ US -Patent 8144079, Jonathan Mather, David J. Montgomery, Graham R. Jones, Diana U. Kean, "Multiple-Viewer-Multiple-View-Display- und Display-Controller", ausgestellt 2005-Januar-26
Externe Links
Medien im Zusammenhang mit der Parallaxe Barriere bei Wikimedia Commons
- Video, in dem erklärt wird, wie die Parallaxenbarriere funktioniert
- Prinzip der Autostereo -Anzeige - Java Applet, das die Idee veranschaulicht