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多通道邊緣融合立體投影技術剖析
2016-05-30
多通道邊緣融合立體投影技術剖析
 
    隨著3D立體投影技術的迅速發展和技術成熟,特別是《阿凡達》刮起的3D電影的旋風使得3D立體投影技術已經成為近在眼前的應用,對于現代投影系統支持3D立體顯示已經在國外逐漸成為必需的配置,無論是展會,媒體發布,影院還是企業宣傳,虛擬仿真,甚至是家庭娛樂立體投影應用已經呈現爆發式的增長。對于3D立體投影的臨場體驗而言,畫面的幅度和亮度都是非常重要的影響因素,為了獲得震撼的超寬沉浸3D效果和用相對經濟的投影設備獲得足夠的亮度,立體投影結合多通道無縫邊緣融合成為高端立體投影系統的不二選擇。由于這兩種技術都是處于蓬勃發展之中的先進技術,兩者結合可以將視覺體驗發揮到一個新的高度,可以說多通道邊緣融合將視覺廣度推向極致而結合立體應用又一次將畫面深度推向高峰。在立體投影中增加運用多通道邊緣融合技術不僅可以增強畫面效果,而且設計合理的系統可以極大降低整個系統的成本,因為高端高分辨率高亮度的單臺立體投影機價格非常高昂,而通過恰當的投影機組合可以用性價比高很多的投影機實現效果完美的立體寬超寬畫面,但是面對眾多的技術實現方式,怎樣有機的結合他們發揮出各自所長也是許多用戶和工程人員面臨的問題。
 
    對于3D投影應用而言主要分為主動式和被動式兩種實現方式,在多通道邊緣融合立體投影系統中也是一樣的,被動式立體投影發展較早,早期的借助雙眼分色的紅藍紅綠被動投影,到后來的線偏振和圓偏振3D立體投影技術都可以被認為是被動式3D解決方案
 

圖一:典型的被動雙通道立體投影系統
 
    被動投影的優勢是對用戶眼鏡要求低,沒有同步要求,但是大多數被動投影需要借助更多臺的投影機(一般為投影通道數的兩倍,也有部分技術可以減少如RealD技術,利用偏振結合專利的z-sreen但是其它代價高昂),更多通道的融合機,同時對幕布系統的要求高,使得整個系統的代價比較高昂,比較適合于眾多觀眾的場合。但是被動3D系統也有獨特的優勢,由于運用兩個投影的疊加,光強比較容易做好,同時眼鏡的成本優勢大,如果觀眾人數達到上百人的場合,被動投影的優勢就體現出來。同時被動投影的眼鏡可以做到很輕薄,有利于觀眾佩戴,回收使用成本也低,由于被動投影單臺投影機的傳輸帶寬要求不高,只需要普通的60Hz投影系統即可,因此在多通道應用中對融合機的硬件性能不會提出苛刻的要求,但是是以更多的通道數作為代價,在一個典型的三通道融合投影系統中,需要六路通道輸出,由于傳統的硬融合每通道輸出成本高,因此在構建多通道邊緣無縫融合被動立體投影系統時對融合機的單通道使用成本提出了更高的要求。
 

圖二:典型的雙通道主動立體系統
 
 

圖三:主動立體系統眼鏡原理
 
    主動式投影系統近年來發展迅速,主要得益于Nvidia的3D vision和TI的DLP-link技術的推廣使得主動投影技術逐漸成為一種主流技術配置,大大降低了立體投影的門檻。采用先進的主動快門技術,得益于DMD芯片的大規模應用,使得加入主動3D支持對投影機而言不再是高不可攀的難度,同時主動立體技術對環境依賴較低,普遍反映主動立體技術在相同條件下的實現效果更加優秀,同時主動立體技術不需要被動偏振技術所必須的金屬非極化幕布系統,一套高質量的寬熒幕金屬幕布價格也很高昂,同時也在不放映立體內容時這塊金屬幕布就顯得很浪費,而采用快門眼鏡的主動立體技術就只需要普通幕布甚至是一面白墻就可以立刻呈現立體效果,這樣的環境依賴性低的優勢是顯而易見的。
 

圖四:DLP投影實現120Hz主動立體的核心部件DMD
 
    但是無論是3D vision還是DLP-link技術的核心都是采用120Hz刷新率的高帶寬圖像,由于對硬件處理能力提出了高出一倍的要求,使得在結合多通道邊緣融合時的困難加大,基于傳統架構的硬件融合機都無法在不損失效果的條件下完成,而基于軟件處理的軟件融合方案更是成為不可能完成的任務。只有采用內部可編程架構內部處理帶寬極大的純硬件邊緣融合機才有可能完成120Hz多通道信號的實時邊緣融合,有些市面上的硬件融合機所宣傳的支持多通道主動立體投影采用的是將輸入60Hz信號倍頻的方式到120Hz不是真正的120Hz處理能力,這種多通道主動立體的性能是無法保障高刷新率要求的主動立體系統的,用戶在選擇時一定要注意分辯這類內部倍頻的偽主動立體和全通道120Hz全帶寬處理硬件融合機區別。同時,主動多通道投影還要求每通道處理的絕對延遲和相對延遲都低,絕對延遲是對硬件融合機輸入的信號到多通道輸出信號的延遲,相對延遲是硬件融合機各輸出通道間的輸出信號的延遲,一般要求絕對延遲在微妙數量級而相對延遲在納秒級的硬件融合機才可以保證多通道邊緣融合主動投影的畫面不閃爍保持同步。
 
    在構建主動多通道立體投影系統時,除了要注意融合機的性能以外,在運用主動立體120Hz的投影機的選擇上也有一些額外注意事項,目前市場上的主動立體120Hz投影機還是以家用和商務應用為主,工程用120Hz主動立體投影機正在逐漸推出,如果采用亮度和對比度較低的家用和商務投影機組建120Hz主動立體投影環境要特別注意投影機的黑位問題,因為在120Hz打開主動同步信號的情況下,投影機的對比度和亮度都會有明顯下降,導致黑位控制能力明顯下降,這時多通道投影的黑過渡帶問題就會明顯,解決這類問題的辦法一要選擇相對對比度高的120Hz投影機,同時在硬件融合機上配備黑位補償功能可以抵消一些影響,在更精細場合需要采用光學融合帶衰減法,也就是利用光學衰減片結合數字可調校正就可以達到很好的效果。當然隨著工程用120Hz主動投影機的推廣和投影機黑位性能的改善,構成多通道主動立體系統也會變得更加輕松。
 
    目前主被動多通道立體投影系統都有各自適合的應用場合,目前在使用設備中被動多通道立體系統由于出現較早占有比例較高,不過隨著主動立體技術投影機和新一代支持主動120Hz的高性能邊緣融合機的出現,主動無縫邊緣融合多通道立體投影系統會獲得市場份額方面的強勁增長,也為廣大用戶和工程設計提供更多更好的選擇
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