立體電視

立體電視是一種能夠模擬實際景物的真實空間關係的電視系統。又稱三維電視(Three-dimensional television,3D-TV)。立體電視圖像不僅能給觀眾一種深度感覺，而且能給觀眾一種景物伸展於熒光屏之外似乎伸手可觸的感覺。

自從電視問世以來，人們就開始探索實現立體電視的方法和技術。從20世紀50年代初起，英國、美國和蘇聯等國家開始公佈試驗立體電視的消息。80年代立體電視已經成功地應用到教育、科研、工業及軍事等部門。用於廣播的立體電視技術也在試驗中。 立體電視的技術原理是建立在生理光學中有關立體信息的各種感知線索基礎上的，與僅靠人的心理作用而獲得立體感覺的普通電視 (可稱為2D-TV)不同。立體電視還利用人的視覺生理作用來獲得立體感覺，因而更具真實感和臨場感。

立體電視 ^[1]  大體上可分為兩大類：一類叫普通立體電視,或者叫雙眼立體電視,它是一種模擬人們觀察景物時的雙眼視差及其調節會聚作用的系統，只能顯示景物某一方向上的深度感。根據所選用的顯示器件的不同，分帶眼鏡(補色眼鏡或偏光眼鏡)和不帶眼鏡兩種觀看方式。另一類叫自動立體電視，這是一種企圖復現景物的真實空間關係的全景顯示系統，不需配戴專門的眼鏡，而且在觀眾的觀看位置改變時，所觀看圖像的空間關係能隨着改變。立體電視技術將隨着現代光學和電子學的發展而日趨完善。

這種方法又叫補色法，在接收機熒屏上用互補的兩種顏色分別顯示出供左、右兩眼觀看的圖像。例如送到左眼的圖像只有紅色；送到右眼的圖像只有綠色。觀看時要戴有色眼鏡，使左眼只能看見紅色圖像，右眼只能看見綠色圖像，在大腦中融合成一個立體圖像。

將用於供左、右兩眼觀看的圖像分別用偏振方向正交的兩個偏振光投射到人眼，觀看時戴上一副通透過偏振光的眼鏡，使兩眼分別看到各自所需的圖像。顯示器可用兩個業像管組成，在每個熒光屏前加一塊只能透過一個方向偏振光的極化板，兩個熒光屏的夾角為90°它們發出的偏振光通過與兩個熒光屏都成45°角的半反射鏡投射到觀看者的眼鏡上。或者在兩組電視投影管前分別加一塊極化板，用互相垂直的偏振光向同一個屏幕上投射出左右兩眼的圖像。

不閃式3D的優越性

1.沒有閃爍，能體現讓眼睛非常舒適的3D影像。不閃式3D沒有電力驅動，可舒適佩戴眼鏡並且全然沒有閃爍感。因此可以盡情享受讓眼睛非常舒適的3D影像。看實際測量閃爍程度的數據就能知道數據幾乎是零，不會有頭暈的狀態出現。

2. 可視角度廣，觀看不閃式3D電視時只要是在推薦距離內，在任何角度觀看，它的畫面效果、色彩表現力都不打折扣，可以在沒有角度限制的情況下去享受完美震撼的3D影像。

3.能夠用輕便舒適的眼鏡享受3D影像。不閃式3D眼鏡輕便、價格合理，還可以使用夾套眼鏡讓配戴眼鏡的人也能舒服使用。

4.體現沒有重疊畫面的3D影像。畫面重疊現象是因為右側影像進入左側眼睛或左側影像進入右側眼睛而發生的。不閃式3D所使用的特殊薄膜分離左右影像後體現3D影像，所以不會發生畫面重疊現象享受好像看到活生生的真實物體的立體影像。通過實際測量畫面重疊的數據就能知道不閃式3D的重疊數據是人無法感知的水平。

5.體現沒有畫面拖拉現象的高清晰3D影像。不閃式3D能夠體現1秒鐘240張3D合成影像。所以在相同的時間裏，不閃式3D能表現更多的畫面情報而體現沒有拖拉的高清晰立體影像。所以不閃式3D也被稱作世界唯一的240赫茲3D電視。

時分法以一定速度輪換地傳送左右眼圖像，顯像端在一熒光屏上輪流顯示左右兩眼的圖像。觀看者需戴一副液晶開關眼鏡，由一個與發送端同步的開關控制，當左眼圖像出現時，左眼的液晶透光，右眼的液晶體不透光；相反，當右眼圖像出現時，只有右眼的液晶透光；最終左右兩眼睛只能看見各自的圖像。

快門式缺點

一：眼鏡的問題，首先眼鏡是需要配備電池的，但是眼鏡必須要帶着才能欣賞電視節目，那麼電池產生電流的同時發射出來的電磁波產生輻射，會誘發想不到的病變。

二：畫面閃爍的問題，3D眼鏡閃爍的問題，主要體現在主動快門式3D眼鏡，3D眼鏡左右兩側開閉的頻率均為50/60Hz，也就是説兩個鏡片每秒各要開合50/60次，即使是如此快速，用户眼鏡仍然是可以感覺得到，如果長時間觀看，眼球的負擔將會增加。

三：亮度大大折扣，帶上這種加入黑膜的3D眼鏡以後，每隻眼睛實際上只能得到一半的光，因此主動式快門看出去，就好像戴了墨鏡看電視一樣，並且眼鏡很容易疲勞。

以上三種方法都需戴眼鏡觀看，有些人會覺得麻煩。不戴眼鏡的方法相對比較方便，但對觀看者的位置有很一定限制或對終端設備的要求會很高。到目前為止，此種方法的技術原理比較完善，低等級的終端設備分辨率比較低，觀看位置限制大；而高等級的終端設備的成本很高，還不能使其市場化。一些大尺寸的商用機型會在公共場所得到應用。

“彩色化”（colourize）“運動”，20世紀80年代末期的這場衝動，認為觀眾會要求以前時代的黑白影片都變成彩色影片，並且將不再觀看黑白圖像了。這個認識被證明錯了，那麼當前認為三維視頻將取代現有二維影片也值得懷疑。立體電影院已經實踐過了，但直到今天，仍沒有主導電影放映。Vue院線首席運營官Steve Knibbs認為，就稱二維電影行將淘汰還為時過早。“還將會有偉大的影片繼續用二維拍攝，並且為成千上萬的影迷所陶醉。”

Vue公司也發現許多影片轉換成三維電影后，得到觀眾的肯定。採取現有技術，將一個影院升級成立體影院約需4000美元，該公司將根據市場需求來決定升級多少影院支持立體電影放映。Knibbs説：“我不能確定到2010年有多少我們的影院會成為立體影院，但如果三維電影拍攝得多，則可能會達到數百個。‘雞仔總動員’（Chicken Little）、‘怪獸小屋’（Monster House）、‘聖誕夜驚魂’（Nightmare Before Christmas）和‘拜見羅賓遜一家’（Meet the Robinsons）這些三維影片都很受歡迎。人們喜歡欣賞到不同尋常的東西。”

Orange認為三維電視將在10年內占主導地位的預測比較大膽，在接收機和節目尚未批量出產時，現在很難預計清楚。三維電視的質量非常出色，而三維電視機的價格將比高清電視機高出兩成。三維視頻將取代現有視頻的論斷，從歷史經驗看是站不住腳的：廣播沒有消滅劇場，電視沒有消滅廣播和影院，彩色也沒有扼殺黑白影片。三維電視看起來很美，而只有當其他方面都就緒之後，它也才能發展成為消費者娛樂的又一個選擇。

德國國際電子公司(TEL CASTINTERNATION)托馬斯·侯亨賴先生髮明瞭當今世界上最成功的全真立體電視技術，目前已在世界上50多個國家和地區得到了成功的推廣和運用，並帶來了巨大的商業利益。美國在第二類立體電視的研製方面走在了前面，我國對立體視頻技術的研究也已有20年的歷史，1999年在深圳高新技術交易會上，國內有4家單位進行視頻立體顯示技術的展示：天津三維技術公司、天津長城電視機廠、中國科技開發院威海分院、深圳萬曆投資公司。這些廠家產品的主要技術原理是把用兩架攝像機在不同視角拍攝的圖像，存成上下兩幅顯示，再佩戴左右切換的液晶眼鏡觀看立體效果。目前國內有十幾家地方電視台播出使用這種技術的立體電視節目，北京電視台幾年前也曾播出過，國內還有不少地方將這種技術用於影視廳。

北京紫金全真立體影像科技發展有限公司從德國引進了全真立體電視技術這項高科技成果，並獲得中國獨家專利擁有權。全真立體電視技術克服了傳統雙機或多機拍攝方式畫面重影模糊的難題，可拍各種各樣題材的節目，與各種制式的電視技術完全兼容，可以直接上播出線，觀眾用現有的電視機加“紫金全真立體眼鏡”即可欣賞精彩的立體節目。用全真立體電視技術製作的節目具有很強的景深立體效果，畫面中景物富有層次與空間感，畫面透明、細膩，畫質優良。

飛利浦歐洲實驗室最新研發的三維電視，只用裸眼即能觀看三維影像。這個價值約1.2萬美元的電視因為價格昂貴，現在最大的用途是在酒店、地鐵等地。飛利浦副總裁喬·史威希望兩年內能將它打造成一個主流產品。韓國政府則準備在五年內使三維電視成為全球標準。　飛利浦並非獨步於三維電視研究，盧森堡公司SeeReal為三維電視開發了“觀看窗技術”（Viewing Window Technology），目的在於降低三維電視所需的像素數量。手機電視服務商Orange也出人意料地先期進入三維電視市場，這次演示即是在Orange進行的。該公司認為，三維電視將在該公司已在巴黎試驗的100M光纖Internet服務正式推出時，成為面對家庭用户的重要服務。所以，該公司十分重視三維電視。演示中的啤酒廣告看起來就像可以從屏幕中取出，而真三維電腦遊戲則見子彈向你橫掃而來。4位媒體記者觀看了演示，而Orange還將記者們的三維合影展示在手機屏幕上。

三維電視技術通過向你的兩隻眼睛投射不同的圖像，並鎖定你的兩隻眼睛到不同圖像上，從而呈現立體的圖像感受。實際上，有8個不同的圖像，研究人員在聽到早期試驗者反映頭暈和眼花後，增加了圖像的數量。Orange三維業務總監Philippe Delbary説：“我們都聽説過三維遊戲，但那其實不是三維的。只不過試圖增加景深而已。”

三維電視技術展現了令人感受強烈的真三維效果。當然也不是完全的自然三維感受，如果攝像機在前景聚焦，背景就不可能清晰。只要習慣了這一點，三維電視的感受仍然卓越。那麼，市場何時才能發展起來呢？Orange都承認的一大障礙是三維節目源。現在只有兩部三維電影在攝製中，預計2009年公演，一部由卡梅倫（James Cameron）導演，而另一部則由斯皮爾伯格（Steven Spielberg）導演。兩部電影，無論將如何了不起，也是不能建立起一項電視新標準的。

木星研究公司（Jupiter Research）的歐洲數字家庭分析員Laurence Meyer認為這是三維電視發展的主要障礙。“發展足夠多的三維電視節目源是個長期過程。”Orange認為，在10年內，我們大家都會習慣觀看三維視頻，並會要求現有的電視和影片都升級成三維節目。Delbary説：“當人們發現了三維視頻的美妙之後，就不會再想看二維視頻了。”

Meyer分析員指出，高清電視目前正在擴大影響，儘管速度還是比較慢，然而市場上已經存在着究竟該買什麼技術的高清電視機迷惑了。“高清電視幾乎20年前就出現了，這是技術變革所需的時間。”消費者看電視現在要搞清楚很多東西，什麼高清電視、數字切換和IP電視，全都冒出來了。“數字電視對觀眾來説已經理解得比較清楚了，消費者是要購買一套服務而不是一項技術。高清電視的發展現實説明，市場要接受三維電視，將是10年以上的事情。”

由於技術本身的侷限，觀眾必須佩戴專用眼鏡觀看節目，限制了觀眾的自然感受。由於節目製作的成本較高，節目源很少，而對已有普通片源的轉存加工又存在版權問題，再加上PAL制電視播出的場頻是50 Hz，使用普通電視機觀看，頻閃造成畫面抖動，使觀眾不舒服，目前這種立體電視在我國的發展仍然十分困難。

各種立體電視體制都有各自的優缺點，它們與人們理想的立體電視制式有着一定的距離。到目前為止，人們還沒有找到或者確定某種最好的方式來實現立體電視。從目前視聽行業的發展現狀看，現階段視頻技術推進的重點還在提高清晰度上。目前全球數字電視節目的試播，畫面也仍然是二維的，三維畫面的真正實現應當還有相當長的路，到目前立體電視也還沒有任何標準形成。從以往國內幾家從事立體顯示技術研究的公司看，一直存在着市場推廣困難的問題，還沒有產生任何市場效應，這些因素在客觀上限制了立體電視技術的發展。

美國研究機構認為，就目前的立體顯示技術，視頻顯示在40 Hz以下形成頻閃，使節目不能觀看，80~100 Hz將好一些，達到140 Hz將是最理想的，隨着100 Hz電視機的出現，頻閃問題將不復存在。國外出現了在一個掌心大小的線路卡上由3個模塊、2個接轉插口、5個控制鈕和1個開關組成的轉換卡，連接在一台普通計算機的主機與顯示器之間，一個小小的發射管被固定在顯示器頂上，用一張普通的VCD碟片播放出重影畫面，戴上無線紅外眼鏡觀看，立刻就成為一種具有強烈立體感的畫面。這種立體顯示系統能夠實時將現有信號源的二維圖像在顯示器上轉換成三維圖像，它的最大特點就是對片源沒有特殊要求，只要是通過光驅能夠播放的，通過互聯網下載的，通過電視卡接收的，都能在顯示器上實時立體觀看。

從長遠看，立體電視是一個發展方向，立體電視的實現將是繼數字電視後的又一場重大革命，它的完全實現將是從攝像到顯像完全建立在數字技術、計算機技術和網絡技術上的一個整體系統。

日本的科學家研發一種與三維電視相配套的“虛擬現實”電視機，並計劃在2020年以前將這種未來主義的電視機實現商業化生產。“虛擬現實”電視機可以讓觀眾從任何角度欣賞三維圖像，另外，它還可以讓你觸摸 ，嗅到屏幕上的東西。日本內務與通訊部的項目研發主管竹內説：“你能夠想像用這種電視觀看日本和巴西世界盃足球賽的那種身臨其境的感覺嗎？”竹內表示，世界各地的公司，大學以及研究機構都在進行研究適合電視播放的三維圖像技術，觸摸以及氣味裝置技術。這種三維電視將具有相當廣泛的用途。它可以進行家庭購物，比如，在訂購之前，觀眾可以感受一隻手提包。醫生可以利用這種電視觀看，甚至執行一個病人的三維圖像心臟手術。據瞭解，包括東芝和索尼在內的多家日本大公司都在參與這種新型電視的研究。

立體電視又稱為三維電視（3DTV）。準確的術語應該是“Stereoscopie Televison”。它與現行電視的區別是，現行電視只傳送一個視點的影像信息，因為現行電視攝像機只有一個鏡頭，所以只能代替人的一隻眼睛攝取圖像信息，稱之為二維圖像；而立體電視傳送的是雙視點的影像信息信息，人們在觀看物體時用兩隻眼睛同時攝取一個物體的圖像，形成兩個視點，攝取的圖像有一定視差。不同深度的物體在左右兩眼中形成圖像的視差不同，大腦則根據這些視差的區別融像出特體的深度和距離，這就是三維圖像。

立體攝像機具有兩個鏡頭和兩個攝像器件，用來模仿人的兩隻眼睛攝取圖像。兩個鏡頭的間距及其光軸的匯聚夾角等參數須模仿人的兩個眼球的動作，隨着拍攝物體的距離變化不斷進行調整，以使拍攝的兩個圖像信息與人眼直接觀看的信息相同，否則容易使人看了覺得不舒服。

立體攝像機輸出的左右兩個圖像信號不論怎樣壓縮存儲，必須要保證2個視點的信息在不被混合的情況下傳送到顯像端。立體電視的顯像端必須能夠分別顯示左右兩個圖像，並確保左眼只能看見左眼圖像，右眼只能看見右眼圖像。

日本東京大學和日立公司最近聯合宣佈，他們在三維電視技術領域已經取得了突破性的進展，將正式生產並向市場投放三維立體電視。屆時，電視觀眾不僅可以獲得與直播現場幾乎完全一樣的逼真視覺感受，還能對電視節目進行直接的互動控制。

這套三維電視系統被命名為“TransCAIP”。該項目主要負責人、日本東京大學雄一田口博士介紹説，“本系統的最大優點就是可以向用户提供視頻參數互動控制功能。互動控制本質上就是根據適當條件再造動態三維情景，這些條件包括原場景的內容、觀眾的選擇以及顯示規格等。”TransCAIP系統利用一個由64個攝像機所組成的陣列來捕捉實況畫面。所有攝像機都通過以太網網線連接到一台計算機上，計算機將攝像機所捕獲的鏡頭轉換成可顯示的圖像。每台攝像機都包含一個嵌入式HTTP服務器，該服務器負責將JPEG圖片序列傳送到計算機中。計算機然後將64路獨立輸入的圖像轉換成一幅幅完整的集成攝影圖片。利用基於圖像的翻譯技術，計算機可以實時對圖片進行轉換並重組象素。整個過程被稱為光場轉換，全部在計算機上實時完成。

與其他所有的自動立體顯示器一樣，TransCAIP三維電視系統並不需要觀眾戴上特別的眼鏡。相反，這種顯示器可以再造不同視覺的圖像，觀眾每隻眼睛可以看到不同的圖像。轉移一個視角，又可以看到另一幅景象，這就是所謂的視差現象。雖然早在一百多年前，自動立體顯示器的基本原理就已經開始有人研究，但直到最近隨着科技的發展，實物顯示器的製造才成為一種可能。研究人員解釋説，這套三維電視系統所面臨的主要技術挑戰就是如何將輸入圖像快速、平滑地轉換成集成攝影格式。光場轉換方法為實時轉換提供了可能性。

電視觀眾可以獲得與直播現場幾乎完全一樣的逼真視覺感受，集成攝影顯示器的工作原理就是集成每一個攝像頭所捕獲的小圖像，然後將其轉換成一幅完整的三維圖像。這種顯示器的優點就是它既可以提供縱視差，也可以提供橫視差。其他的三維電視顯示器一般要麼只能提供縱視差，要麼只能提供橫視差。這種特殊的功能主要通過光場轉換方法來獲得，它可以讓觀眾根據各自的不同喜好控制視頻參數。只需要通過一套軟件，觀眾就可以控制顯示深度、可以選擇更小的視角來聚焦某一特定場景。此外，光場轉換技術並不要求圖像捕捉系統必須擁有大型或遠焦鏡頭。一些現有的圖像捕捉系統即可完成任務。

美國的電影院此前已經推出了職業美式橄欖球聯盟比賽的三維直播服務，日本有線電視台現在每天四次播出三維節目。曾製作過《超人特攻隊》和《玩具總動員》等賣座動畫片的動畫製作公司皮克斯宣佈，該公司未來所有的電影都將採用三維立體技術製作。該公司負責説，“在三維畫面顯示的羅馬式圓形競技場中，矯健的角鬥士正在閃轉騰挪，將手中的短刀砍向獨角怪獸。這可不是什麼普通的卡通動畫片，而是立體感十足的三維影像。這些激烈廝殺的角鬥者近在我的眼前，逼真到讓人忍不住想伸手去抓住他們。最妙的是，我不用戴那種笨拙的紅藍雙色紙板眼鏡，只需肉眼就能欣賞這些三維畫面。”