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多通道边缘融合立体投影技术剖析
2016-05-30
多通道边缘融合立体投影技术剖析
 
    随着3D立体投影技术的迅速发展和技术成熟,特别是《阿凡达》刮起的3D电影的旋风使得3D立体投影技术已经成为近在眼前的应用,对于现代投影系统支持3D立体显示已经在国外逐渐成为必需的配置,无论是展会,媒体发布,影院还是企业宣传,虚拟仿真,甚至是家庭娱乐立体投影应用已经呈现爆发式的增长。对于3D立体投影的临场体验而言,画面的幅度和亮度都是非常重要的影响因素,为了获得震撼的超宽沉浸3D效果和用相对经济的投影设备获得足够的亮度,立体投影结合多通道无缝边缘融合成为高端立体投影系统的不二选择。由于这两种技术都是处于蓬勃发展之中的先进技术,两者结合可以将视觉体验发挥到一个新的高度,可以说多通道边缘融合将视觉广度推向极致而结合立体应用又一次将画面深度推向高峰。在立体投影中增加运用多通道边缘融合技术不仅可以增强画面效果,而且设计合理的系统可以极大降低整个系统的成本,因为高端高分辨率高亮度的单台立体投影机价格非常高昂,而通过恰当的投影机组合可以用性价比高很多的投影机实现效果完美的立体宽超宽画面,但是面对众多的技术实现方式,怎样有机的结合他们发挥出各自所长也是许多用户和工程人员面临的问题。
 
    对于3D投影应用而言主要分为主动式和被动式两种实现方式,在多通道边缘融合立体投影系统中也是一样的,被动式立体投影发展较早,早期的借助双眼分色的红蓝红绿被动投影,到后来的线偏振和圆偏振3D立体投影技术都可以被认为是被动式3D解决方案
 

图一:典型的被动双通道立体投影系统
 
    被动投影的优势是对用户眼镜要求低,没有同步要求,但是大多数被动投影需要借助更多台的投影机(一般为投影通道数的两倍,也有部分技术可以减少如RealD技术,利用偏振结合专利的z-sreen但是其它代价高昂),更多通道的融合机,同时对幕布系统的要求高,使得整个系统的代价比较高昂,比较适合于众多观众的场合。但是被动3D系统也有独特的优势,由于运用两个投影的叠加,光强比较容易做好,同时眼镜的成本优势大,如果观众人数达到上百人的场合,被动投影的优势就体现出来。同时被动投影的眼镜可以做到很轻薄,有利于观众佩戴,回收使用成本也低,由于被动投影单台投影机的传输带宽要求不高,只需要普通的60Hz投影系统即可,因此在多通道应用中对融合机的硬件性能不会提出苛刻的要求,但是是以更多的通道数作为代价,在一个典型的三通道融合投影系统中,需要六路通道输出,由于传统的硬融合每通道输出成本高,因此在构建多通道边缘无缝融合被动立体投影系统时对融合机的单通道使用成本提出了更高的要求。
 

图二:典型的双通道主动立体系统
 
 

图三:主动立体系统眼镜原理
 
    主动式投影系统近年来发展迅速,主要得益于Nvidia的3D vision和TI的DLP-link技术的推广使得主动投影技术逐渐成为一种主流技术配置,大大降低了立体投影的门槛。采用先进的主动快门技术,得益于DMD芯片的大规模应用,使得加入主动3D支持对投影机而言不再是高不可攀的难度,同时主动立体技术对环境依赖较低,普遍反映主动立体技术在相同条件下的实现效果更加优秀,同时主动立体技术不需要被动偏振技术所必须的金属非极化幕布系统,一套高质量的宽荧幕金属幕布价格也很高昂,同时也在不放映立体内容时这块金属幕布就显得很浪费,而采用快门眼镜的主动立体技术就只需要普通幕布甚至是一面白墙就可以立刻呈现立体效果,这样的环境依赖性低的优势是显而易见的。
 

图四:DLP投影实现120Hz主动立体的核心部件DMD
 
    但是无论是3D vision还是DLP-link技术的核心都是采用120Hz刷新率的高带宽图像,由于对硬件处理能力提出了高出一倍的要求,使得在结合多通道边缘融合时的困难加大,基于传统架构的硬件融合机都无法在不损失效果的条件下完成,而基于软件处理的软件融合方案更是成为不可能完成的任务。只有采用内部可编程架构内部处理带宽极大的纯硬件边缘融合机才有可能完成120Hz多通道信号的实时边缘融合,有些市面上的硬件融合机所宣传的支持多通道主动立体投影采用的是将输入60Hz信号倍频的方式到120Hz不是真正的120Hz处理能力,这种多通道主动立体的性能是无法保障高刷新率要求的主动立体系统的,用户在选择时一定要注意分辩这类内部倍频的伪主动立体和全通道120Hz全带宽处理硬件融合机区别。同时,主动多通道投影还要求每通道处理的绝对延迟和相对延迟都低,绝对延迟是对硬件融合机输入的信号到多通道输出信号的延迟,相对延迟是硬件融合机各输出通道间的输出信号的延迟,一般要求绝对延迟在微妙数量级而相对延迟在纳秒级的硬件融合机才可以保证多通道边缘融合主动投影的画面不闪烁保持同步。
 
    在构建主动多通道立体投影系统时,除了要注意融合机的性能以外,在运用主动立体120Hz的投影机的选择上也有一些额外注意事项,目前市场上的主动立体120Hz投影机还是以家用和商务应用为主,工程用120Hz主动立体投影机正在逐渐推出,如果采用亮度和对比度较低的家用和商务投影机组建120Hz主动立体投影环境要特别注意投影机的黑位问题,因为在120Hz打开主动同步信号的情况下,投影机的对比度和亮度都会有明显下降,导致黑位控制能力明显下降,这时多通道投影的黑过渡带问题就会明显,解决这类问题的办法一要选择相对对比度高的120Hz投影机,同时在硬件融合机上配备黑位补偿功能可以抵消一些影响,在更精细场合需要采用光学融合带衰减法,也就是利用光学衰减片结合数字可调校正就可以达到很好的效果。当然随着工程用120Hz主动投影机的推广和投影机黑位性能的改善,构成多通道主动立体系统也会变得更加轻松。
 
    目前主被动多通道立体投影系统都有各自适合的应用场合,目前在使用设备中被动多通道立体系统由于出现较早占有比例较高,不过随着主动立体技术投影机和新一代支持主动120Hz的高性能边缘融合机的出现,主动无缝边缘融合多通道立体投影系统会获得市场份额方面的强劲增长,也为广大用户和工程设计提供更多更好的选择