Как работает 3D-телевизор?

В этом руководстве по технологиям 3D видеовоспроизведения подробно объясняется принцип действия 3D телевизора, отмечаются достоинства и недостатки различных вариантов 3D технологии. Но, конечно, вначале необходимо понять, за счет чего мы воспринимаем окружающий нас мир в 3D формате.

Почему мы видим мир в 3D

Мы воспринимаем мир в 3D по той простой причине, что у нас есть два глаза, которыми наблюдаем окружающее пространство (бинокулярное зрение). Наши глаза расположены друг от друга на расстоянии примерно в 6 -7 см. В результате, каждый глаз воспринимает несколько иной, чем другой глаз, образ. Например, если вы посмотрите на какой-либо объект только левым глазом, а затем правым, то вы увидите, почти одинаковое изображение, за исключением того, что каждый глаз имеет несколько смещенную точку зрения. Эта особенность называется параллаксом и имеет решающее значение в нашей способности воспринимать глубину пространства. Человеческий мозг устроен так, что если он одновременно получает от правого и левого глаза два несколько смещенных изображения, то, совмещая их, он способен воспринимать глубину пространства и расстояние до объекта.

Теперь, приняв это во внимание, попробуйте разместить перед глазами небольшой предмет и смотрите на него попеременно то, одним то другим глазом. Вы отметите сдвиг в позиции предмета. Если повторить этот эксперимент, удалив объект на метр или более, то отметите меньшее смещение для левого и правого глаза. Этот факт дает понимание того, как наш мозг воспринимает глубину пространства по визуальным подсказкам.

Теперь, когда мы понимаем, почему воспринимаем мир объемным, понятно, что любая экранная 3D технология должна обеспечить несколько разные изображения для каждого глаза. Читайте дальше, чтобы узнать об особенностях различных телевизионных 3D технологий сегодня и в ближайшем будущем.

Цветовые фильтры или анаглифические очки

Анаглифическую технологию впервые использовал еще в 1853 году в Германии, в Лейпциге Вильгельм Роллманн. Работает она довольно просто. Вы одеваете очки с цветными фильтрами вместо линз. Как правило, для левого глаза — красный, для правого — голубой или синий, иногда зеленый. Просматриваемый фильм состоит из двух наложенных друг на друга изображений в различных цветовых оттенках, каждый глаз воспринимает изображение, окрашенное в цвет, соответствующий цвету светофильтра в очках. Красный светофильтр отфильтровывает изображение для левого глаза, синий - для правого, и картинки обретают объем.

Однако, у этого метода есть ряд недостатков, которые объясняют, почему технология анаглифа никогда широко не использовалась в системах домашнего кинотеатра.

Достоинства:

• Очень дешевые очки стоимостью меньше доллара. И, кроме того, любой цифровой телевизор или ЖК дисплей способен отображать искусственно тонированное 3D видео. Однако недостатки явно перевешивают эти преимущества.

Недостатки:

• Тонированные цветные линзы очков дают очень плохую точность цветопередачи, изображение отличается заметными оттенками красного и зеленого или красного и синего.
• Качество 3D изображения в целом довольно бедное, может иногда вызывать чувство тошноты.

Поляризационные очки

Еще одна технология, в которой линзы очков являются обычными светофильтрами — это поляризационная. Разделение кадров для левого и правого глаза происходит благодаря эффекту поляризации (ориентированным в разных направлениях колебаниям световых волн). В кинотеатрах поляризационная картинка получается с помощью двух проекторов. Варианты 3D видеовоспроизведения с поляризационными очками для городских кинотеатров сегодня используют компании IMAX 3D и RealD.

Направление поляризация света определяется как плоскость вдоль которой колеблется электрическое поле световой волны. Не вдаваясь в тонкости процесса можно сказать, что поляризация света дает возможность выборочно воспринимать с экрана свет в зависимости от типа поляризации. При этом используются специальные сфетофильтры в виде поляризационных пленок. Как показано на рисунке ниже, один фильтр пропускает лишь горизонтально ориентированные волны света, другой лишь световые волны с вертикальной поляризацией. Экраны в кинотеатрах имеют специальное покрытие, которое сохраняет при отражении поляризацию излучаемого проектором света. Изображения имеют направленные взаимно перпендикулярно поляризации световых потоков.

В итоге каждый глаз видит свое изображение и, как отмечалось выше, это приводит к восприятию виртуального 3D эффекта. В действительности, в таких коммерческих системах, как в RealD на самом деле используется более сложный тип поляризации света, называемый циркулярной или круговой поляризацией. Одно из изображений имеет правую, а другое левую круговую поляризацию. Преимущество использования циркулярно поляризованного света состоит в том, что вы можете наклонять голову из стороны в сторону без изменений в контрастности и яркости видимого изображения.

В домашней технике, а тем более на обычном плоском дисплее данный эффект получить довольно сложно, поэтому в телевизорах подобная технология стала использоваться лишь с прошлого года. А пионером в данном случае стала компания LG с теперь уже завоевавшей популярность фирменной технологией LG Cinema 3D. Примеру LG последовали Toshiba, Philips и ряд других компаний. А затем и Samsung представил свой вариант 3D телевизора на основе поляризационной технологии. Но до внедрения в серийное производство его пока так и не довел.

Достоинства:

• Надежная технология позволяет получить высококачественную 3D картинку с богатыми цветами и очень хорошей детальностью.
• Пассивные поляризационные очки не имеют электронной начинки, очень дешевые и легкие.
• Нет мерцания и перекрестных искажений, как в случае использования активной 3D технологии с затворными очками.
• Значительно снижается утомление глаз и другие негативные эффекты в сравнении с технологией активного 3D.

Недостатки:

• При использовании в телевизионном варианте понижается вдвое вертикальное разрешение из-за чередования на телеэкране в одном кадре строк для правого и левого глаза. Правда, в настоящее время предпринимаются попытки избавиться от этого недостатка.

Очки с затворными линзами

Наиболее распространена сегодня т.н. активная 3D технология, в которой используются специальные 3D очки с затворными ЖК линзами. На экране телевизора попеременно отображаются кадры для левого и правого глаза, а в управляемых (ИК или ВЧ излучателем) очках попеременно открываются ЖК линзы для пропускания светового потока. Наиболее активными сторонниками развития такой 3D технологии выступают сегодня известные производители телевизоров Panasonic, Samsung и Sony.

В этом методе вдвое понижается эффективная частота смены изображения на ТВ экране из-за необходимости отображения, последовательно для каждого глаза, отдельных кадров. Поэтому такие телевизоры и мониторы должны иметь удвоенную частоту кадровой развертки. Все 3D телевизоры с поддержкой системы активного 3D имеют минимальную частоту кадров 100/120 Гц.

Линзы затворов таких 3D очков действуют подобно затворам фотоаппарата и, поэтому каждый глаз видит лишь предназначенное для него изображение. Первоначально для управления очками использовался инфракрасный (ИК) канал. Сейчас более совершенные очки работают с использование радиочастотной технологии Bluetooth.

В наиболее совершенных моделях 3D телевизоров применяется также повышенная до 200/240 Гц частота обновления экранной картинки, что помогает снизить заметность эффекта мерцания и сделать более равномерным и плавным перемещение объектов в динамичных сюжетах.

Достоинства:

• Надежная и отработанная технология, поддерживается ведущими производителями ЖК и плазменных телевизоров.

Недостатки:

• Необходимы дорогие и требующие батареек очки, что очень неудобно, когда хочется посмотреть 3D фильм в большой компании.
• Линзы затворных очков поглощают часть светового потока, изображение может быть тусклым при пониженной яркости экрана и повышенном уровне внешнего освещения.
• Частота обновления 100/120 Гц иногда может быть слишком низкой для динамичных спортивных и игровых сцен, что может приводить к мерцанию и смазыванию картинки.

Безочковые 3D телевизоры

Наиболее привлекательными и лишенными многих неудобств представляются сегодня автостереоскопические 3D телевизоры, которые позволяют смотреть объемное видео без всяких очков. Приятно отметить, что такие модели уже начали появляться в продаже, но, к сожалению, они пока очень дорогие и качество изображения оставляет еще желать лучшего.

В автостерескопических телевизорах используются наносимые на экран специальные прозрачные оптические элементы. За счет чего каждый глаз и получает свое изображение и, поэтому создается иллюзия глубины. Наиболее распространены сегодня два варианта автостереоскопии. Первый известен, как метод лентикулярных линз, второй – метод параллаксного барьера. На поверхность экрана нанесено либо множество миниатюрных продольных линз, либо перед ЖК панелью расположено множество щелевых отверстий. За счет таких ухищрений каждый глаз видит свое изображение, из которых мозг собирает виртуальное объемное.

Технология параллаксного барьера, была впервые разработанна Sharp. Эта технология использует в качестве визуальных барьеров управляемые жидкие кристаллы, которые под действием управляющего сигнала могут поворачиваться и тем самым менять направление проходящего через них света. Существенным преимуществом этого метода является то, что жидкокристаллический барьер может быть отключен, чтобы смотреть двумерное изображение.

Однако, после длительного просмотра зрительное утомление и даже головная боль здесь также могут ощущаться. Чтобы наблюдать 3D эффект зритель должен находиться перед экраном в определенных зонах, таких зон несколько, так что вся семья может с покойно смотреть 3D телевизор.

Полномасштабное использование автостереоскопических телевизоров предполагается в течение ближайших пяти лет.

Достоинства:

• Не нужно одевать порой очень неудобные очки! Легкий переход между просмотром 2D и 3D материалов.

Недостатки:

• Отсутствие очков является привлекательным фактором, тогда как необходимость выбора определенного места при просмотре несколько огорчает.

Выводы

Сегодня наблюдается повышенный интерес к инновационным технологиям в телевидении, 3D телевизоры наиболее яркий тому пример. Все известные производители плоскопанельных ЖК и плазменных телевизоров уже освоили производство 3D HDTV и вкладывают большие деньги в разработку еще более совершенных вариантов технологии и рекламу новых моделей своих 3D телевизоров.

Если вы пока не определились, какая из двух доминирующих сегодня 3D технологий предпочтительнее, пассивная с поляризационными очками или активная с затворными жидкокристаллическими, следите за последними новостями в соперничестве производителей. А со следующего года начинаются и более активные продажи безочковых автостереоскопических телевизоров.