立體顯示技術簡介 三 C、被動式眼鏡立體系統:波長多路式立體系統

接下來介紹的這個立體顯示技術,和之前的幾種技術相比,算是比較新的技術;他一般被稱為「波長多路式(wavelength multiplexing)」或「光譜式(spectral)」。這個技術的主要開發廠商,應該是 Infitec GmbH 這家廠商(官方網站);而目前最有名的應用,應該算是杜比(Dolby Laboratories)所採用的 Dolby 3D 劇院系統了∼

他的基本概念,在 Heresy 來看有點像是彩色眼鏡立體系統的進階版本;因為實際上,他也是在透過顏色來做左右眼影像的區分,只不過和彩色眼鏡相比,波長多路式的系統把顏色區分的更精確、而且左右兩眼的影像也同時擁有完整的色彩,所以可以保存相當良好的顏色資訊。

基本原理

一般的在電腦的領域、或是顯示用的裝置,都是以光的三原色、也就是紅、綠、藍三色、來混合出各式各樣的顏色(參考微基百科);而這三種顏色的光,都各自有一段範圍的波長,其中紅光的波長大約是 620–750 nm、綠光是 495–570 nm、藍光則是 450–495 nm。

右邊的圖則是由 Infitec 的波長多路式技術文件(PDF 檔)中所截取出來的,代表的是人眼對於紅綠藍三種顏色的光,在不同波長的敏感程度(紅色為什麼有兩個波峰 Heresy 也不知道 @@);從圖中可以發現,人眼可以感受三原色的光,也都是有一段範圍的波長的。

雖然三原色的是各自占據一段波段,但是實際上目前的顯示裝置,大多都是只用了一小段、相當窄的一段頻寬來呈現顏色;這樣產生的三原色算是相對純淨的,在一般大部分的情況,這樣也都足夠用來混合出所有的顏色了∼

而波長多路式立體系統的基本概念,就是架構在前述這兩個基礎之上;既然三原色都有各自的波段,而只要極小的波段就足以顯示出所有色彩,那只要讓左右眼影像的三原色波段,各自偏移、分開一些,就可以同時保持所有的顏色、並可以區分左右眼影像了!

右圖就是一個簡單的示意圖,可以發現圖中左眼影像(left eye image)以及右眼影像(right eye image ) 的紅綠藍三色的波段和人眼可以感覺到的範圍相比,都相對小很多,而且左右兩眼的波段都是分開,所以可以用波長來做左右眼影像的區分。

系統架構

波長多路式的立體系統在實際架設上,目前應該都還是使用投影機的方案;像 Infitec 自家所推的系統,就是用兩台投影機建立的。他除了在投影機端和眼鏡都要用特殊的光學濾鏡(有兩種類型:Type A、Type B)、用來過濾掉某些波長的光之外,投影機也需要經過校正,並且輸入兩台投影機的訊號,也需要經過一個 Color Box 做特殊的處理(這部分應該可以用軟體做掉),算是稍微複雜一點的。

下圖就是一個波長多路式立體投影系統簡單的示意圖。

上圖中,是用綠色和紅色來區分左右眼。首先兩眼的訊號會經過藍色的 Color Box 做色彩上的處理,再送給兩台校正過的投影機;而投影機投出來的光線,會各別經過各自的特殊濾鏡讓左右眼影像只剩下特定的波長。而在左右眼的光線經過投影幕的反射後,會在經過裝有特製鏡片的眼鏡進入人眼,在經過這種特殊鏡片的時候,右眼的鏡片會把左眼影像的波長濾掉、左眼鏡片則會把右眼影像的波長給濾掉;所以最後,左眼就可以只看到左眼影像、右眼只看到右眼影像了!

而除了兩台投影機得方案外,Dobly 3D 所使用的系統則是一台高更新率投影機再加上特殊的主動式鏡片(如右圖);這塊鏡片分成兩半,一半是給左眼用的、另一半是給右眼用的。

這種系統基本上的概念和在介紹偏光式立體系統時,用單投影機的方案是類似的;系統在運作時鏡片會配合投影機投出左右眼畫面的時間,不停地轉動,在送出左眼影像時轉到給左眼用的那半的鏡片、在右眼影像時轉到給右眼用的那一側,藉此來輸出左右眼的影像,達到和用兩台投影機時一樣的效果。

實際的系統

而他的濾鏡長怎樣呢?Heresy 這邊這組鏡片的樣子可以參考下方的照片。

兩種類型的鏡片基本上都會反光,而且在平放時,可以明顯看出一片偏綠、一片偏紫;不過當用不同角度看的話,則可以發現他的顏色會改變,和偏光鏡片比起來,算是滿有趣的∼

專用眼鏡(右圖)所採用的鏡片,和上面用的濾鏡基本上應該是相同的,一樣在不同的角度,可以看到不同的顏色。有興趣的人,可以看看這一段用各角度拍攝眼鏡的影片。

實際上如果透過眼鏡的鏡片看一般的東西的話,可以很明顯發現兩眼各自會有色偏的情形,很像是戴上了紅綠眼鏡,一眼偏紅、一眼偏綠,但是色偏的情況稍微小了些,不舒適的感覺也沒有那麼嚴重(但是還是有)。

而安裝好的投影機和 Color Box 以及濾鏡系統,則可以參考下方的照片

由於要多接一個 Color Box,所以在接線的部分,會比其他使用兩台投影機的立體系統稍微複雜一點點。

實際上投影出來的畫面呢,大致可以參考下面的照片。這些照片都是用相機的手動模式、直接拍攝投影幕(沒加鏡片,相當於沒戴眼鏡)拍的,可以參考下方的白色風扇,做為色偏的參考。

左眼 右眼
沒加濾鏡
加濾鏡

雖然看照片好像可以發現顏色變化很大,但是實際上用肉眼看的話,雖然還是屬於可以注意到的色調變化,但是並沒有這麼明顯;不過在左眼的部分,可以發現在連續色調的部分,會有不連續的情況發生,很類似色彩數目不夠的情況。

而戴上眼鏡看到的狀況呢?在這裡和之前的測試一樣,兩眼的影像用同色系的背景,裡面有白色的「R Screen」和「L Screen」的字樣。在裸眼時所看到的,就會是像右圖一樣,可以看到 R 和 L 兩個字重疊在一起。

而如果透過立體眼鏡看的話,則可以左右眼看到各自不同的影像∼不過就如同前面說的,其實兩眼都各自有色偏,而且是感覺得出來的色偏。下面兩張照片就是透過眼鏡左右眼看到的結果,可以很明顯地發現左眼看到的畫面偏紫紅色、右眼的畫面偏綠色。

不過,比較神奇的是,實際上在看立體影片或執行立體程式的時候,在色彩方面並不會像用彩色眼鏡一樣,感覺到顏色有明顯地缺少!而且,即使看了一段時間,也不會有像使用彩色眼睛一樣,會產生不舒適的感覺。

另外也可以發現,波長多路式的鏡片在過濾另一隻眼睛影像的光線時,過濾的算是相當乾淨的∼透過眼鏡看過去,幾乎看不到另一隻眼睛的影像。而如果把兩片鏡片疊在一起的話,則可以發現他會變得像鏡子一樣,接近完全的反射,不讓任何光線穿過;這和偏光鏡片變成一片黑有點差異,不過這應該也算是這種濾鏡的特殊性質了∼(應該是因為鍍膜是鏡面的關係)

小結:波長多路式的優缺點

偏光立體投影系統比起來,他最大的好處在於他不需要特殊的投影幕,就算是一面白牆,也可以得到很好的立體效果;這也使得這樣的系統在可攜性上稍微好上一些(可以不用帶專用的投影幕),而且如果是要用大型投影幕的話,在這方面的成本也可以降低不少。

不過,波長多路式最大的缺點就是,他的專用鏡片要價並不低,雖然不會比主動式立體眼鏡貴,但是卻還是比偏光眼鏡貴上不少;在這種條件下,如果是要因應多人使用而要購買大量眼鏡的畫,眼鏡的成本勢必會比偏光式立體系統高上不少。

而雖然在某些程度上,他還是會有一些色彩資訊的喪失,不過一般情況下應該都不容易發現、注意到。不過由於他的鏡片是鏡面的,無可避免地在某些情況下會造成反光,而影響到立體視覺的效果,這點可能會是比色彩資訊的失真更要注意的問題了。

另外,波長多路式的專用鏡片在透光度上似乎沒有偏光鏡片來的好,所以使用這種立體系統時,投影機的亮度會衰減的更多,也因此會需要更高亮度的投影機;這點不知道和他的鏡面鍍膜是否有關?總覺得有相當程度的光是直接被反射回去了…

參考資料:

19 thoughts on “立體顯示技術簡介 三 C、被動式眼鏡立體系統:波長多路式立體系統”

  1. 台灣目前採用Dolby 3D的劇院,目前常看到的就是威秀的戲院.

  2. 请教博主两个问题:(1)进入Clolor Box中的左右眼讯号是如何得到的?(2)Clolor Box做了什么工作?非常感谢。

  3. 1. 透過兩條訊號線,獨立輸入。2. 由於他是透過波長來做區隔,所以會造成一定程度的色彩損失,所以她是在做色彩方面的調整,以最佳化顯示效果。

  4. 不敢相信,博主大人如此迅速地回答!谢谢谢谢!~_~我看Dolby的文档,有个错觉:以为随便一个普通视频文件,经过Dolby3D系统就能分解出左右眼的讯号。如果能这样就太好了。可惜,3D Content Producer还是要自己想办法得到两眼不同的数据。我理解的对否?谢谢!

  5. 有个Dolby3D滤光轮的东东,我看到一个文档说:置于现行标准数字放映机内部,在灯泡和光引擎之间,旋转的滤光轮分出光谱信息不同的两份红、绿、蓝,经过特殊设计的眼镜则在左右眼只能分别接收到各自的光谱信号。http://baike.soso.com/v7642934.htm我的错觉来自于这个东东。

  6. 不行的。基本上,不管是哪一種立體顯示系統,內容本身都要自己提供左右兩眼的訊號。目前有一些軟體可以由一般的影片產生出立體的內容,但是效果都不會很好。

  7. 目前有一些軟體可以由一般的影片產生出立體的內容,但是效果都不會很好。——————————————————————— 有哪些軟體能做这个事情?有开源的吗?谢谢博主解惑。

  8. PowerDVD 10 在某種程度上可以做到。http://viml.nchc.org.tw/blog/paper_info.php?CLASS_ID=1&SUB_ID=6&PAPER_ID=162另外像 3Dfiler 也可以對影片做轉換。http://3dfier.blogspot.com/

  9. 请博主指教,看我理解的对否:我用两台摄像机同时拍摄左右眼的视频(普通的视频),然后这两个左右眼视频数据接通到本文所说的Color Box,然后Color Box对它们进行处理(是对原始视频数据进行波长偏移处理吗?),然后两路数据再送到两台投影仪。是这样吗?

  10. 您好,原則上是的。基本上就是把兩個獨立的一般平面訊號透過 colorbox 轉換後,再個別送至兩台投影機就可以了。但是當然,投影機必須要有波長多路式特殊的濾鏡,觀看者也需要有波長多路式的眼鏡,才能看到立體的效果。

  11. 奇怪,前几天看不到您后面的回答,今天才看到。明白了,谢谢谢谢!:D

  12. 再来请教若干问题:您在上面提到的那个實際系統(双投影機 Color Box 濾鏡 立體眼鏡)是如何得到的呢?可以买到这样现成的一套系统吗?还是需要自己买组件、自己装配?如果自己可以装配,投影機需要特殊类型吗?濾鏡和立體眼鏡有卖的吗?问题多多,麻烦博主了。

  13. 您好,Heresy 這邊因為單位性質的關係,是開出規格給廠商競標的。所以實際上 Heresy 這邊的系統,是由單一廠商提供的。而實際上,目前波長多路式的系統在市面上應該比較不容易取得,建議您向當地有在販賣 3D 立體顯示系統的廠商詢問看看會比較好。不過,不知道您選擇波長多路式系統的原因?

  14. 您說color box在色彩方面做補足,但是在進入filter之後不就都被濾掉了嗎?(濾成左眼影像(left eye image)以及右眼影像(right eye image )的那張圖)所以我仍然不太懂他的功用感謝您解惑

  15. 您好。由於這部分是比較專業的部分,同時也是該廠商的專利,所以 Heresy 也不是很確定。不過基本上,過 filter 一定會喪失部分的資訊。而 Colorbox 的目的,應該就是為了減少被 filter 掉的內容;也就是 colorbox 會先把會被 filter 掉的波長、移到其他相近的波長。假設紅色的波段本來是 R1 R2,那 colorbox 會把輸出的兩眼的畫面波長各自集中於 R1 / R2,以減少被 filter 調的比例。不過,這部分比較接近猜測就是了。

  16. 謝謝您有效率的回答是否能再請教,那個濾片在官方的文獻中是指interference filter,但是去google或wiki發現單一一片只能濾單一波長(band),但為何他們一次可以濾三個?還是說又涉及到專利因素不公開。感謝您

  17. 某方面來說,這應該就是 Infitec 的專利技術所在了。不過實際上,現在的科技應該是已經做得出來多波段的濾鏡了;不過由於 Heresy 本身也不是做光學的,所以對這方面也不是非常瞭解就是了。

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