憑借顯示技術方面的高速發展,3D顯示已經全面進入家用市場,各大廠商最新推出的平板電視與家庭影院投影機幾乎都帶有3D顯示功能,3D家用視頻技術無疑是目前家庭影院的大熱點。在今年的三月刊,我們就曾針對3D家庭影院投影機進行全面分析,從技術層面到各類機型逐一講解當中的特性,受到了不少影音愛好者的青睞。3D立體顯示技術與2D平面顯示技術相比,要復雜許多?,F在以主動式快門與被動式偏振技術為主流的3D顯示解決方案并非最佳的3D顯示實現方式,裸眼3D甚至全息3D才是立體顯示技術未來發展的終極方向。不過,目前眼鏡式的3D實現方式帶來的立體感覺已經明顯要優勝于以往任何一種立體解決方案,已經帶給人帶來相當真實的三維空間感,因此也獲得相當高的認可度。
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  以往我們都是從如何獲得3D立體影像的角度來分析3D顯示技術,而本期,筆者將探索3D視頻領域中一個非常容易被人忽略的環節——3D視頻調校技術,讓更多的讀者知道應如何最大程度地發揮3D顯示設備的能力,真實還原立體影像。
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以主動式快門與被動式偏振眼鏡技術為基礎

  簡述主流3D家用顯示解決方案

  關于3D顯示設備畫面應該如何校正,就需要先了解各種主流的3D顯示設備的技術特點,從中獲悉觀看的最佳方法、搭配的投影幕與使用環境等方面,以展現最佳的立體效果。眾所周知,最理想的3D顯示解決方案是裸眼3D顯示的方式。盡管近期已經有廠商推出裸眼3D方式的平板電視,但實際效果遠遠沒達到理想,現階段家用立體成像仍需依靠眼鏡方式來實現。眼鏡式立體影像實現的方式有很多種,主流的解決方案為主動式快門眼鏡與被動式偏振眼鏡兩種。
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  主動式快門眼鏡式3D技術主要是利用液晶鏡片不斷開合的原理來切換左右眼的圖像來形成立體影像,優勢在于無需改變顯示設備原本的核心顯示與光路結構,只要加入相關的處理芯片就能實現,令顯示設備能夠切換顯示左右眼的圖像。主動式快門眼鏡能夠帶來左右眼均為1080p的全高清三維影像,對于主動式3D投影系統來說,選擇投影幕的時候并沒有特殊要求,普通的白幕即可。缺點則包括畫面會有閃爍感,容易出現左右眼圖像串擾的問題,內置電源的快門式3D眼鏡較為沉重,不利于佩戴并且成本較高。中國家庭影院網www.jokopic.com

  被動式偏振眼鏡式3D技術則是利用光的偏振特性令顯示設備能切換左右眼的圖像,再通過左右眼鏡片不同的偏振光特性來接收。這種眼鏡式3D解決方案的最大特點就是偏振式眼鏡采用無源結構,重量非常輕,佩戴舒適度高,優勢在于畫面無閃爍、基本不會引發左右眼圖像串擾問題,畫面流暢自然,被動式3D眼鏡制造成本低,價格便宜。而不足之處則包括單被動式偏振顯示設備左右眼瞬間的立體圖像分辨率理論上并沒能達到1080p全高清的水平,若是被動式雙投3D顯示系統則沒有這個問題。另外,針對被動式3D投影系統,選擇投影幕的時候需要搭配帶有偏振光特性的投影幕,例如電影院常見的銀幕、帶偏振光特性的白幕等。 轉載請注明出處,www.jokopic.com
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  以上為主動式快門與被動式偏振3D的基本技術特點,由此可以發現兩者之間的立體成像畫面是有所不同的。不過,值得注意的是,隨著兩種技術的高速發展與成熟,兩者之間的差異已越來越微,特別是高端機型相比較而言。主動式快門3D技術畫面上最大的問題是閃爍以及左右眼圖像之間的串擾,現在大部分廠商都通過提高畫面刷新率或改變刷新方式來改善,與早期的機型相比,閃爍感已大大降低,而串擾問題盡管依然存在,但已基本上不會影響觀看。

  被動式偏振3D技術在畫質上的問題包括兩個方面,一是單被動式偏振顯示設備,主要是指被動式偏振3D電視,所表現出來的畫面精度并沒有主動式快門系統的出色。不少國內外視頻領域的資深研究人員都指出,被動式偏振式3D電視只能在同一時間獲取540條垂直掃描線,即使在大腦中組合成立體影像也無法達到1080p的全高清立體影像,相對于主動式快門眼鏡顯示方式存在一定差距。不過,在實際觀看過程中,被動式偏振3D電視表現出來的畫面精度遠勝于540p的標清影像,只是稍遜于主動式快門3D電視。 轉自www.laowoniu.com

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主動式快門顯示方式存在的最大問題在于閃爍,現在主要的解決方法是提升畫面的刷新率或改變刷新方式來實現

  其二是針對被動式偏振投影系統受到偏振式光學成像的限制,投影幕方面只能選擇帶偏振光特性的銀幕或特制幕,這類幕布不同于普通的白幕,很容易出現太陽效應,也就是畫面中心的亮度最高,其他位置亮度明顯降低,換言之畫面的可視角度也較窄,離軸畫面的質量較差。這個問題對于顯示面積本身就較小的被動式偏振平板電視影響較大,而對投影系統則較小,畢竟在家用環境下觀看區域并不大。

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被動式偏振投影系統對于投影幕的選擇有一定限制,需要帶有偏振光特性的銀幕或特制幕

  由于這兩種3D解決方案屬于眼鏡的實現方式,都會存在光損耗的問題,尤其是一般的單機式3D投影系統,實際的輸出亮度恐怕只剩下原來亮度的20%~30%,嚴重影響了整個觀感。因此,若然你要獲得優秀的3D大畫面投影效果,就需要選擇雙機式3D投影系統。

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通過改善眼鏡的透光率來增強整個畫面能量感是有效的解決方法

  要解決單機式3D投影系統以上所述的這個問題,一方面可以通過增加顯示設備的亮度來實現。因為絕大部分的投影機廠商在研發及推出新一代機型的時候,都刻意將投影機的亮度標準指標提升了20%以上。另外一方面,還可以通過改善光傳輸效率來實現,其中最重要的是提升眼鏡的透光率??墒?,目前只有少部分廠商關注到這個問題,例如Mitsubishi(三菱)就改良了主動式快門3D眼鏡中液晶鏡片的類型,通過更短的液晶開合時間,提升了眼鏡的透光率。不過,從目前各個廠家最新推出的多款家庭影院投影機來看,3D畫面的能量感仍然不足,因此,這也說明了在畫面調校過程中不能簡單地照搬2D畫面的調校標準與方法,必須選擇3D視頻調校的相關手段與準則。 hdav.com.cn

  在進行深入分析3D視頻調校技術之前,讓我們一起思考以下兩個問題:

  1. 普通非3D的平板電視與家庭影院投影機能否通過外置的處理器實現3D顯示功能?

  2. 采用主動式快門3D技術的顯示設備能夠變換成被動式偏振的3D機型嗎?


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  這兩個問題都是目前家用3D顯示領域的熱門話題。第一個問題針對的是3D顯示普及性方面。第二個問題則是探索如何獲得更佳的3D顯示效果。

  盡管近兩年平板電視與家庭影院投影機廠商都在不斷推出全新的3D機型,但依然有大部分用戶還在使用不支持3D顯示的機型。如果更換為全新的3D設備,將是一筆不少的花費,導致了這些用戶的猶豫不決,直接拖延了整個3D顯示家用市場普及的步伐。 hdav.com.cn
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現在已經出現專門的3D視頻處理器使得傳統2D的顯示設備支持3D立體顯示

  于是,大家就提出了第一個問題:“普通非3D的平板電視與家庭影院投影機能否通過外置的處理器實現3D顯示功能?”而答案是肯定的。事實上這個問題類似于早期的高端三槍式CRT投影機能否通過外置轉換器支持HDMI接口的問題。在前面已經介紹過主動式快門3D無需改變顯示設備的核心顯示結構,只需加入視頻處理器就能實現。如今,國外已經有不少專門研發視頻處理器的廠商(如3DNOW與HDfury)推出的3D視頻處理器就充分利用了主動式快門3D技術的特點,由3D視頻處理器來接收各種不同信號源輸出的3D信號,包括主流的藍光3D播放機以及3D電視廣播,進而控制顯示設備的顯示方式以匹配附帶的主動式快門眼鏡的刷新頻率,最終讓用戶看到3D影像。這種3D視頻處理器基本上能夠支持所有的2D設備,而且在3D眼鏡同步方面還采用了覆蓋面最廣的RF射頻方式,當然也兼容普通的IR紅外方式,意味著用戶可以使用不同類型的3D眼鏡。

轉自老蝸牛家庭影院博客



  既然可以讓非3D的設備支持立體顯示,那么能不能讓主動式快門3D顯示的設備變成被動式偏振的形式以徹底消除閃爍的問題,同時也通過佩戴更加舒適、光損耗更低的被動式偏振眼鏡獲得更佳觀感?這就是上面所提及的第二個問題。事實上,由于主動式快門3D平板電視本身制造技術的限制,是不可能利用外置的轉換器將其切換成被動式偏振平板電視的。不過主動式快門3D結構的家庭影院投影機就可以通過外置的主動式偏振器轉換成單一被動式偏振的顯示形式。
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Volfoni帶來的SmartCrystal Pro被動式偏振處理器,能夠將DLP 3D的主動式快門3D投影機轉換為被動式偏振的機型

  這種轉換方式源自于專業電影院,將切換左右眼畫面的工作由主動式快門眼鏡轉移到放置在鏡頭前方的主動式偏振控制器,為每只眼睛的畫面加上不同的偏振特性,最后通過無源偏振眼鏡觀看到立體影像。Volfoni作為全球知名的民用或專業3D解決方案的法國提供商,所帶來的SmartCrystal Pro就是一款能夠將DLP 3D家庭影院投影機轉換為被動式偏振方式的外置處理器。實際的工作方式正如上述所提及的,能夠支持最高5000流明輸出亮度的主動式快門投影機,基本上覆蓋主流的機型,實用性非常高,只需搭配銀幕或帶偏振光特性的幕布以及被動式偏振眼鏡就可實現。值得一提的是,對于采用LCoS或LCD技術的3D家庭影院投影機,Volfoni也將會在日后推出針對性的被動式偏振轉換方案。不過,這種轉換方案經過國外一部分玩家實際測量后發現,實際所得的畫面亮度表現相比轉換前使用主動式快門眼鏡還要低一些,因此必須選用輸出亮度較高的投影機方可獲得理想的畫面能量感。
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  通過上述的討論與分析,不難發現影響整個立體畫面質感的基本原因在于3D眼鏡,因此在3D視頻調校的過程中往往需要將調試重點放置在3D眼鏡之上,而不僅僅是投影機本身。
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3D眼鏡對3D視頻調校帶來極大限制

  探究3D視頻調校的難點
  近幾年,隨著國際上知名的ISF與THX Video專業視頻培訓進入國內,使得越來越多的視頻調校人員、影音從業人員以及影音發燒友了解到顯示設備視頻調校對于畫面質量起到了決定性的作用,不僅掌握了系統的視頻調校方法,同時還明白了怎樣的畫面才是正確的。值得一提的是,這些課程中所講述的絕大部分都是關于2D平面影像方面的內容,只有很少的一部分談及3D立體視頻的調校。為什么會出現這種情況?最主要的原因是由于3D視頻顯示技術的不成熟,導致目前國際上還沒有出現相關的標準,很難制定面向3D顯示設備方面的調校方法。而在現階段以眼鏡式3D技術為主流的解決方案之中,3D眼鏡成為了限制3D視頻調校的最大因素。
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  在去年香港舉行的ISF培訓之中,作為視頻行業調校泰斗的Joel Silver就曾經表示:“在家用3D顯示領域,3D眼鏡的品質對整個立體畫面的成像起到至關重要的影響。”即便是光學特性最優異的3D眼鏡,也會對畫面亮度、對比度、分辨率與色彩等方面帶來不能忽視的影響。而更為遺憾的是,目前絕大多數家庭影院投影機廠商顯然沒將技術研發的重點放在眼鏡上,隨機附帶的3D眼鏡質量不能保證擁有最佳的品質。
  以下為3D眼鏡對于3D視頻調校上產生的影響以及相應的處理方法:
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  1. 對于常規無需要搭配光學傳感器進行校正的步驟,如亮度、對比度、最佳可用動態范圍等,如果顯示設備帶有2D轉3D的功能,也可以將2D的測試圖案轉換為立體,直接戴上3D眼鏡進行校正。
  2. 如果顯示設備沒有2D轉3D的功能,或者是利用光學傳感器進行色彩管理,就需要通過左右眼鏡片分別對畫面進行調校。
  3. 正是由于3D影像需要分別通過左右眼鏡片進行調校,兩者之間調校后所得出的測量數值會因為不同鏡片之間的光學參數差異性而產生不同。此時就需要進行多次測量,并取算術平均值。
  4. 如果3D眼鏡左右鏡片的光學特性相差甚遠,在測量的時候就會發現左右眼調校后測量數值的差值非常大。此時,就需要更換眼鏡。

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在對3D顯示設備進行色彩管理方面調整的時候,需要將3D眼鏡放置在光學傳感器前面

  5. 當專業調校人員利用光學傳感器進行深度測量的時候,同樣需要將光學傳感器透過3D眼鏡進行測試。此時,具體的操作方法與人眼直接測量并沒有太大的差異,但要注意光學傳感器接收光線面要放置在鏡片的中央。鏡片中央與邊緣的光學特性會有一定的差異。中國家庭影院網www.jokopic.com
  6. 3D眼鏡會產生明顯的光線損耗,因此在測量過程中應該根據投影機最大的輸出亮度設定合適的目標調校數值,不應生搬硬套2D畫面時的國際標準參考數值。
  7. 不同類型、不同品牌的3D眼鏡對色彩會有不同的表達,因此建議選用同一品牌的3D眼鏡進行觀看。
  8. 對于任何3D顯示設備,都必須設定相關的3D模式與2D模式。
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  上述的3D視頻調校手段是現在主流的關于眼鏡式3D的測量與調整的基本方法。當中出現的最大問題,就是3D眼鏡的差異性對整個調校結果差生很大的影響。主流的眼鏡式3D立體成像方式是讓左右眼所觀看到的影像重疊在一起形成視差,從而產生立體影像。假若左右眼鏡片本身就存在較大的光學差異,無論對每只眼睛的鏡片進行何等精準的測量與調校,都無法獲得最終的立體影像調校數值。值得注意一點,上面所談及的3D顯示設備調校方法是根據傳統2D測試圖案來進行的。那么現在究竟有沒有專門針對立體顯示設備的3D測試圖案?而對于普通影音愛好者應該如何利用簡單的碟片工具進行3D調校等問題,都會在后面為大家講解。

   擺脫3D眼鏡的困擾

  國際專家已經著手研發3D測試圖案
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  經過前面的一系列分析與討論,當采用傳統2D測試圖案進行3D顯示設備調校時,必須透過3D眼鏡來實現,而3D眼鏡自身存在著各種問題,并不利于調校過程中對畫面各項參數的判斷與測量,難以獲得優秀的立體影像效果。不過,目前視頻調校人員、影音發燒友手中的藍光測試碟與絕大部分的視頻信號發生器所發出的測試圖案基本上都是針對2D畫面的,必須依賴3D眼鏡,這也是無奈之舉。
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  為什么用2D測試圖案進行視頻調校的時候需要結合3D眼鏡?因為現階段主流的眼鏡式3D系統,包括主動式快門與被動式偏振,都屬于2視點立體顯示方式,也就是在大腦中將左右眼看到的不同畫面結合在一起形成立體畫面。那么在調校3D畫面的過程中,最佳的處理手段是將立體畫面分成左右眼兩幅畫面進行調校。而傳統的2D測試圖案僅僅為單一畫面,無法區分左右眼,只好利用3D眼鏡來解決這個難題,當然對于一般的畫面調校也可以利用顯示設備中的2D轉3D功能輔助調整。當引入了3D眼鏡,自然就會帶來各種各樣的問題,正如上文所提及的。

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傳統的2D測試圖案在進行3D顯示設備調校的時候,必須搭配3D眼鏡

  于是,為了擺脫3D眼鏡的限制,國際上不少知名的調校大師,當中就包括Joe Kane——高清視頻標準制定者,已經著手研發無需佩戴眼鏡就能進行調校的3D測試圖案,并已經取得了不錯的成果。其中有部分3D測試圖案已經集成在Audio Video Foundry最新推出的VideoForge視頻信號發生裝置之中。此外,國外還有部分專業的視頻信號發生器也帶來其他類型的3D測試圖案。對于專業的視頻調校人員來說,現在已經能夠利用這些3D測試圖案對主動式快門眼鏡與被動式偏振眼鏡這兩種不同的3D解決方案進行細致的調整。

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VideoForge視頻信號發生器中集成了部分不含深度信息的3D測試圖案

  這些3D測試圖案的特點就是在同一幀畫面上能夠同時顯示與標識左右眼兩種不同的信號,無需通過3D眼鏡來選擇。需要解釋的是,盡管此類測試圖案屬于3D信號,但是佩戴眼鏡后觀看卻無法得到立體畫面,因為它們屬于一種沒有畫面的深度信息,只含左右眼平面信息的3D視頻信號,使用的范圍也僅僅限于3D視頻調校之用。這種平面化的3D測試圖案顯然與分別透過左右眼鏡片產生的影像所涵蓋的信息基本一致,視頻調校人員僅僅需要利用這類型的測試圖案就能完成整個測試,避免了使用3D眼鏡時出現的種種問題,從而將調校的重點回歸顯示設備本身。

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這些為部分平面化的3D測試圖案

  作為一款優秀的3D顯示設備,前提條件必須也是出色的2D設備。畢竟按照目前主流的眼鏡式3D解決方案,立體影像是由兩張平面影像組合而成。因此,在利用3D測試圖案進行立體影像的測試之前,必須先進行常規的平面影像測試,以確保顯示設備能夠帶來理想的3D立體成像表現。如果你的投影機或平板電視連最基本的2D畫面都無法達致滿意的水準,則不必對其立體效果抱有太大的期望。此外,需要注意,利用這些3D測試圖案對3D顯示設備進行了詳細的調校之后,必須通佩戴3D眼鏡來重新檢查調校后的畫面是否正確??赡苡胁糠忠曨l發燒友與影音愛好者會問現在究竟有沒有集成了3D測試圖案的藍光或DVD測試碟,研發出廣受玩家認可的《DVE-HD Basic》測試碟的JKP Production已表示將來會推出相關的3D測試碟,讓更多的消費者可以通過簡單的方式實現3D視頻的調校。

   利用手中的簡單工具

  將家中的3D顯示設備發揮最大效能
  前面所提及的有關3D視頻調校方面的內容,主要是立足于專業的視頻調校技術人員以及視頻發燒玩家,以獲取精益求精的立體畫面成像。而對于普通的3D顯示設備的用家而言,應該如何利用手中僅有的工具來最大程度地發揮3D顯示設備的效能,同樣也是值得關注之處。

  普通家庭用戶在調校3D設備的時候,首先最基礎的一點就是需要弄清楚家里的3D電視與3D家庭影院投影機關于3D顯示調校菜單的位置,部分投影機往往會將普通2D菜單與3D菜單分開,要進入3D設定菜單往往需要通過遙控器上的特殊按鍵,請大家仔細查看手中的遙控器是否帶有3D菜單按鍵。

3D測試菜單中大部分功能都為立體深度信息方面的調整

  3D菜單中的大多數功能基本上都是用來調整立體畫面的深度效果的,這些功能盡管能夠讓你獲得更突出的立體效果,但卻會令畫面的邊緣部分出現變形與失真,建議大家根據自身的需要進行適當的調整即可。此外,除了需要留意顯示設備中的3D調整菜單,還要注意3D信號源方面的設置,例如普及率非常高的索尼Playstion3在連接3D設備之后,需要重新設置顯示設備的參數,才能識別3D顯示設備并獲得最佳的效果。
對于家庭用戶而言,打開3D信號源與投影機中的2D轉3D功能,將2D的測試圖案轉換為3D,再通過3D眼鏡進行調校,是一種非常實用的調整方法

  至于如何進行簡單的調校,我們特別咨詢了THX Video視頻認證工程師培訓講師、美國獅子影音顧問公司主席Gregg Loewen。他表示,要進行3D顯示設備校正,就需要搭配3D測試圖案。對于普通的用戶,可以利用藍光播放機與顯示設備上的2D轉3D功能將2D測試碟片中的測試圖案轉換為立體測試圖案,再通過佩戴3D眼鏡進行觀看。無論哪種類型的3D眼鏡技術,都會產生75%左右的光損耗,這就要求用戶必須在3D模式下將顯示設備的光強輸出設置為最大,以保證畫面擁有充足的能量感,同時也要通過調整亮度參數來保證黑位的準確性。這兩點是觀看3D立體畫面的時候特別容易分辨的重要因素。由于目前在3D眼鏡部分并沒有統一的標準,他推薦用戶使用與顯示設備均為同一品牌的3D眼鏡,因為不同類型、不同品牌的3D眼鏡會對色彩有不同的定義。如果視頻發燒友想要對立體圖像進行色彩管理,那么就要將3D眼鏡放置在測試儀器之前進行測量。中國家庭影院網www.jokopic.com
畫面亮度與黑位表現是影響3D立體成像最大的兩個因素,必須進行細致的校正。再調校后,可以通過反映人物膚色的測試圖來判斷色彩是否出現問題
  正如Gregg Loewen所提及的對3D圖像影響最大的兩個方面為畫面的能量感與黑位的準確性,對于普通用戶來說,沒有必要過于追求準確的色彩重現,在選擇畫面模式的時候,應該選擇亮度輸出最大的模式,同時也需要注意調整暗部的亮度盡量讓畫面的動態范圍設置為最大,并且保證暗部細節部分不會丟失。



  綜上所述,3D視頻調校是目前的熱點話題,但是由于3D技術上的不成熟,主流的3D顯示仍然需要搭配3D眼鏡,包括主動式快門與被動式偏振兩種方式,因此調校過程中無可避免會涉及3D眼鏡。而3D眼鏡對畫面的亮度、細節、色彩等方面都會產生一定的影響,使得整個調校過程變得困難。目前,對于專業的視頻調校技術人員可以通過專門的3D信號發生裝置進行脫離眼鏡的畫面調校,當然最后依然要通過3D眼鏡來檢閱畫面的正確性。而普通的用戶更是需要依賴3D眼鏡來進行調校。我們期待3D顯示設備技術能夠盡快向著裸眼多視點3D的方向不斷邁進,以擺脫眼鏡的限制,真正將三維立體顯示帶給普羅大眾。