3D電視

3D電視（3DTV）是通過采用諸如立體顯示、多視圖顯示、2D加深度或任何其他形式的3D顯示等技術(shù)向觀看者傳達(dá)深度感知的電視。大多數(shù)現(xiàn)代3D電視機(jī)使用主動(dòng)快門3D系統(tǒng)或偏振3D系統(tǒng)，有些是自動(dòng)立體的，無需眼鏡。截至2017年，制造商不再提供大多數(shù)3D電視機(jī)和服務(wù)。

歷史

立體鏡由查爾斯惠斯通爵士于1838年首次發(fā)明。當(dāng)以立體方式觀看兩張圖片時(shí)，它們會(huì)被大腦組合以產(chǎn)生3D深度感知。立體鏡由Louis Jules Duboscq改進(jìn)，展示于1851年在世界博覽會(huì)上一幅維多利亞女王的名畫上。1855年發(fā)明了電影放映機(jī)。1890年代后期，英國電影先驅(qū)威廉弗里斯格林申請了一項(xiàng)3D電影制作專利。1915年6月10日，前愛迪生工作室首席導(dǎo)演Edwin S. Porter和William E. Waddell在紐約市的阿斯特劇院向觀眾展示了紅綠色浮雕的測試，1922年，第一部公開的3D電影《愛的力量》上映。

1928年8月10日，John Logie Baird在其位于倫敦Long Acre 133號(hào)的公司所在地首次展示了立體3D電視。Baird開創(chuàng)了各種使用機(jī)電和陰極射線管技術(shù)的3D電視系統(tǒng)。1950年代，當(dāng)電視開始流行時(shí)，許多3D電影在美國上映。第一部這樣的電影是來自United Artists的Bwana Devil，它于1952年在美國各地上映。一年后，即1953年，出現(xiàn)了同樣采用立體聲的3D電影《House of Wax》。阿爾弗雷德·希區(qū)柯克（Alfred Hitchcock）以3D形式制作了他的電影Dial M for Murder，但為了最大化利潤，這部電影以2D形式發(fā)行，因?yàn)椴⒎撬须娪霸憾寄軌蚍庞?D電影。1946年，蘇聯(lián)也開發(fā)了3D電影，Robinzon Kruzo是其第一部全長3D電影。人們對觀看3D電影很興奮，但由于質(zhì)量差而被推遲。正因?yàn)槿绱耍麄兊娜藲庋杆傧陆怠Ｔ?970年代和1980年代，隨著第13部分星期五（1982年）和《大白鯊3-D》（1983年）的發(fā)行，還有一次嘗試使3D電影更加主流化。

松下電器（現(xiàn)為松下）在1970年代后期開發(fā)了采用主動(dòng)快門3D系統(tǒng)的3D電視。他們在1981年推出了電視，同時(shí)將該技術(shù)用于第一款立體視頻游戲，世嘉的街機(jī)游戲SubRoc-3D（1982）。3D電影放映在整個(gè)2000年代變得越來越流行，最終在2009年12月和2010年1月以3D放映的成功實(shí)現(xiàn)了《阿凡達(dá)》。

盡管3D電影普遍受到公眾的歡迎，但3D電視直到CES 2010貿(mào)易展之后才流行起來，當(dāng)時(shí)主要制造商開始銷售全系列的3D電視，繼《阿凡達(dá)》的成功之后。此后不久，索尼和松下向公眾發(fā)布了消費(fèi)類和專業(yè)3D攝像機(jī)。這些使用了兩個(gè)鏡片，每只眼睛一個(gè)。根據(jù)DisplaySearch的數(shù)據(jù)，2012年3D電視出貨量總計(jì)4145萬臺(tái)，而2011年為24.14臺(tái)，2010年為2.26臺(tái)。2013年末，3D電視觀眾的數(shù)量開始下降，到2016年，3D電視的發(fā)展僅限于少數(shù)高端機(jī)型。3D電視的生產(chǎn)于2016年結(jié)束。

技術(shù)

有幾種技術(shù)可以制作和顯示3D運(yùn)動(dòng)圖像。以下是一些已開發(fā)的著名3D電影系統(tǒng)中采用的一些技術(shù)細(xì)節(jié)和方法。

隨著時(shí)間的推移，3D電視的未來也在不斷涌現(xiàn)。隨著對3D電視需求的增加，諸如WindowWalls（壁掛式顯示器）和可見光通信等新技術(shù)正在被應(yīng)用到3D電視中。三星LCD業(yè)務(wù)副總裁斯科特·伯爾尼鮑姆（Scott Birnbaum）表示，在電視體育節(jié)目的推動(dòng)下，未來幾年對3D電視的需求將猛增（但這并沒有發(fā)生）。由于可見光通信等新技術(shù)允許這種情況發(fā)生，人們可能能夠直接在電視上獲取信息，因?yàn)?a target="_blank">LED燈通過高頻閃爍來傳輸信息。

展示技術(shù)

基本要求是顯示分別對左眼和右眼進(jìn)行過濾的偏移圖像。已經(jīng)使用了兩種策略來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)：讓觀看者戴上眼鏡來過濾每只眼睛的單獨(dú)偏移圖像，或者讓光源將圖像定向分裂到觀看者的眼睛中（不需要眼鏡）。用于將立體圖像對投影到觀看者的常見3D顯示技術(shù)包括：

（一）帶濾鏡/鏡頭：

（1）Anaglyph 3D–帶有無源濾色器；

（2）偏振3D系統(tǒng)–帶有無源偏振濾光片；

（3）主動(dòng)式快門3D系統(tǒng)–帶主動(dòng)式快門；

（4）頭戴式顯示器–每只眼睛前面都有一個(gè)單獨(dú)的顯示器，鏡片主要用于放松眼睛的焦點(diǎn)；

（二）無鏡頭：自動(dòng)立體顯示器，有時(shí)在商業(yè)上稱為Auto 3D。

（三）其他

在CEATEC 2011展會(huì)上，日立發(fā)布了裸眼3D投影系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用一組24個(gè)投影儀、鏡頭和半透明半反射鏡來疊加3D圖像，水平視角為60度，垂直視角為30度。除了日立，索尼也在研究類似的技術(shù)。

單視圖顯示器一次只能投影一對立體。多視圖顯示器要么使用頭部跟蹤來根據(jù)視角改變視圖，要么為多個(gè)觀看者同時(shí)投影場景的多個(gè)獨(dú)立視圖（自動(dòng)多視角）。可以使用2D-plus-depth格式動(dòng)態(tài)創(chuàng)建這樣的多個(gè)視圖。

已經(jīng)描述了各種其他顯示技術(shù)，例如全息術(shù)、體積顯示和Pulfrich效應(yīng)，這些技術(shù)在1993年的《時(shí)間維度醫(yī)生》、1997年的《來自太陽的3rd Rock》以及在2000年探索頻道的《鯊魚周》中都使用過。

3D眼鏡可能會(huì)降低圖像亮度。

生產(chǎn)技術(shù)

立體鏡是用于捕獲和傳送3D視頻的最廣泛接受的方法。它涉及在雙視圖設(shè)置中捕獲立體對，相機(jī)并排安裝，并以與人瞳孔之間相同的距離分開。如果我們想象在場景中沿著每只眼睛的視線依次投影一個(gè)物點(diǎn)；對于一個(gè)平面背景屏幕，我們可以使用簡單的代數(shù)在數(shù)學(xué)上描述這個(gè)點(diǎn)的位置。在直角坐標(biāo)中，屏幕位于Y-Z平面上，Z軸向上，Y軸向右，觀察者沿X軸居中；我們發(fā)現(xiàn)屏幕坐標(biāo)只是兩項(xiàng)之和。一個(gè)用于透視，另一個(gè)用于雙目移位。透視將物點(diǎn)的Z和Y坐標(biāo)修改為D/（D-x）的因子，而雙目移位貢獻(xiàn)了s·x/（2·（D-x）的附加項(xiàng)（僅對Y坐標(biāo)））），其中D是從標(biāo)明系統(tǒng)原點(diǎn)到觀察者的距離（兩眼之間），s是眼睛間距（約7厘米），x是物點(diǎn)的真實(shí)x坐標(biāo)。雙目移位對于左眼視圖是正的，而對于右眼視圖是負(fù)的。對于非常遠(yuǎn)的物點(diǎn)，眼睛將沿著基本相同的視線看。對于非常近的物體，眼睛可能會(huì)過度“斜視”。然而，對于大部分視場中的場景，只要觀看者不太靠近屏幕并且左右圖像在屏幕上正確定位。數(shù)字技術(shù)在很大程度上消除了傳統(tǒng)立體電影時(shí)代普遍存在的不準(zhǔn)確疊加問題。

多視圖捕獲使用多個(gè)攝像頭數(shù)組通過多個(gè)獨(dú)立的視頻流捕獲3D場景。捕捉場景光場的全光相機(jī)也可用于通過單個(gè)主鏡頭捕捉多個(gè)視圖。根據(jù)相機(jī)設(shè)置，生成的視圖可以顯示在多視圖顯示器上，也可以傳遞給進(jìn)一步的圖像處理。

捕獲后，可以處理立體或多視圖圖像數(shù)據(jù)以提取每個(gè)視圖的2D和深度信息，從而有效地創(chuàng)建原始3D場景的獨(dú)立于設(shè)備的表示。這些數(shù)據(jù)可用于輔助視圖間圖像壓縮或?yàn)槎鄠€(gè)不同視角和屏幕尺寸生成立體對。

2D加深度處理甚至可用于從單個(gè)視圖重新創(chuàng)建3D場景，并將傳統(tǒng)電影和視頻材料轉(zhuǎn)換為3D外觀，但難以實(shí)現(xiàn)令人信服的效果，并且生成的圖像可能看起來像紙板縮影。

3D制作

以3D形式制作體育賽事直播等活動(dòng)不同于用于2D廣播的方法。必須保持較高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)閮蓚€(gè)攝像頭之間的任何顏色、對齊或焦點(diǎn)不匹配都可能破壞3D效果或使觀看者感到不適。一對立體攝像機(jī)的變焦鏡頭必須在其整個(gè)焦距范圍內(nèi)進(jìn)行跟蹤。

向3D圖片添加圖形元素（例如記分牌、定時(shí)器或徽標(biāo)）必須將合成元素放置在幀內(nèi)的適當(dāng)深度，以便觀看者可以舒適地查看添加的元素以及主圖片。這需要更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)來計(jì)算圖形元素的正確外觀。例如，在美式足球轉(zhuǎn)播期間，在球場上顯示為投影黃線的混戰(zhàn)線需要大約一千倍于2D圖像的3D處理能力。

由于3D圖像實(shí)際上比2D廣播更具沉浸感，因此需要更少的攝像機(jī)角度之間的快速切換。3D National Football League廣播在攝像機(jī)之間切換的頻率約為2D廣播的五分之一。兩個(gè)不同視點(diǎn)之間的快速切換可能會(huì)讓觀看者感到不舒服，因此導(dǎo)演可能會(huì)延長過渡時(shí)間或提供介于兩個(gè)極端之間的中間深度的圖像，以“休息”觀看者的眼睛。如果攝像機(jī)處于低視角，則3D圖像最有效，模擬觀眾在活動(dòng)中的存在；這可能會(huì)出現(xiàn)阻礙事件視圖的人員或結(jié)構(gòu)的問題。雖然需要較少的攝像機(jī)位置，但攝像機(jī)的總數(shù)量類似于2D廣播，因?yàn)槊總€(gè)位置需要兩個(gè)攝像機(jī)。

其他現(xiàn)場體育賽事還有其他影響制作的因素；例如，溜冰場由于其統(tǒng)一的外觀而幾乎沒有深度提示。