手机正在由通讯设备迅速地转变成多媒体平台，在这个过程中同时产生了大量的新兴科技以实现手机的各种功能。不管是手机生产厂商还是网络运营商，都在急切地希望在手机屏幕显示技术上有新突破，其中较为热门的当属立体显示技术了。但是这种立体手机的商业化之路依然存在一些障碍，比如如何选择最适合于手机应用程序的立体显示技术，或者如何利用有限的手机性能提高其显示效果等。
以下介绍一种立体显示屏手机，这基于完全可商业化生产的硬件平台，应用了一种叫做“主动偏光显微透镜”的技术，又称极性激活微镜（polarization activated microlens）技术。应用该技术之后，屏幕显示可以在2D平面和3D立体间互相转换，并且产生非常低的串扰。在提供舒适的亮度值和良好的可视角度的同时，还可保证不会消耗多余的电量，故无需对电池的使用时间感到忧虑。使用了“液晶视差屏障技术”（Liquid crystal parallax barrier）的透镜具有可在2D/3D之间进行切换的特性，并且在亮度和清晰度上都具有竞争优势，此文中的这种新一代的立体显示技术是在2.2吋的QVGA TFT-LCD基板上进行布局的。
视频内容的立体化解决方案，对于这种3D手持设备的商业化来说，是极其重要的一部分。我们在这里将详细讲解如何在不使用定制硬件电路的条件下，只使用手机设备中已有的程序处理器来运行一系列的立体软件方案。
1．手机3D显示技术概述
实现空间复用自动立体显示的光学部件分为4种光学结构。屏障（Barrier）技术包括垂直屏障、步阶屏障和光线屏障三种显示，但这类技术在3D显示模式下有些致命的缺点，如亮度会大大降低，像素显示差，还有衍射现象也在限制着屏幕的显示质量。
微镜（Microlens）技术是最适合手机显示平台的立体显示技术，因为它具备较高的光利用率和出色的图显特性。另外这种技术还可利用透反液晶显示（Transflective LCD）技术来获取较高亮度的立体图面。
这两类技术都是利用了双折射微透镜来实现2D/3D的转换特性，这种微透镜由一层液晶层和紧贴着它的表面凹凸单反射性材料组成，当改变极性激活微镜（Polarisation Activated Microlenses）施加在双折射微透镜中的极化状态时，就可以改变透镜中覆盖于液晶材料上的电场，由此实现透镜从未激活到激活状态的转变。
在其它文献中也已有对极性激活微镜更加详尽的描述，这种透镜被证明可提供很高的对比度和光利用效率，并且在使用了激活（有源）透镜的手机产品上会凸显更强的优越性。详细有如下几点：
（1）在2D平面显示状态可提供更高图像质量。
（2）耐用性强。
（3）抗表面压力的能力强
（4）可用较低的成本对大面积产品进行涂层处理。
（5）与液晶元件的封装处理过程中不存在难点。
2．最佳立体显示方案
所有支撑这种立体显示手机的零部件技术都应该是已得到市场应用的，为了更加有信服力，这一模型将在一个已推出市场的手机上进行开发，它应具备以下几点要求：
（1）2006年之后生产出售。
（2）具备常规的手机功能与外形，屏幕要求在2-2.4吋，具备较高的亮度、解析度和色彩等级。
（3）内含主频约为200MHz的通用型应用处理器，用它来实现立体图像的渲染功能。
（4）运行非专用操作系统来促进源代码的整合。
在这里我们选择的是HTC Faraday智能手机，它是具备2.22吋QVGA（240×320像素）TFT-LCD屏幕的直板（candy bar）机型，其中植入了德州仪器（Texas Instruments）的OMAP 850应用处理器来运行视窗智能操作系统（Windows Mobile Smartphone operating system），此OMAP 850是集合了数字信号处理（DSP）功能和通用型195MHz ARM926EJ-S处理器的双核微处理器，对于视频解码及视频处理来说非常地适合。
（1）用Cingular手机横向显示立体图像
由于传统手机的外观设计理念或者有时是为了便于阅读文字，通常的显示屏大都是竖直摆放的，即是垂直方向；而在立体显示屏中，则很有必要使其横向显示，即水平方向。原因有以下几点：
（1）大多数的图像记录模式都是水平方向的，如与立体显示关系很重要的电玩领域、电视领域和其它视频内容等。只有少数内容是垂直显示。
（2）横向显示可提供更高的图像深度。因为图像深度值通常是由可被用来使用作差异信息的显示宽度决定的。将交叉数值赋予到显示面板的行地址，从计算的角度来看，要比赋予到独立的像素纵地址上的效率更高些。
（3）在相同的光学系统下，横向显示时的可视距离是纵向显示的1/3，故可认为400mm的公认标准距离在横向显示时可以更容易地达到。
（4）由于垂直显示模式中的红、绿、蓝三色道与旁边的三色道之间会产生分离，故不可避免会出现条疵。垂直显示时用来组成像素的各个色道来自于不同的透镜，因此色道之间的宽度较大，是2D平面显示时的一倍左右。由于每个颜色都有不同的亮度指数，因此在人类视觉系统具有延迟效应，图像亮度会被分解，导致图像呈现出一些竖直的长条。而在横向显示中，像素间距在2D与3D模式中并没有变化，故在像素色道之间并不会存在明显的色彩分离。
因此从以上总结来看，用Cingular手机以横向显示立体图像的方法，才是最佳的方案。而竖直屏幕在显示2D平面内容时，并不会出现任何视觉障碍，故其在传统手机中仍将继续沿用下去。
（2）多视图技术
立体显示，简单来说就是屏幕通过向观察者投送一系列不同的图像来完成效果形成的一个过程。观察者的每一只眼睛每次都会接收与另外一只眼睛不相同的图片，再经过大脑的整合，一个画面就形成了深度，因此使观察者感到图面是立体的显示。
应用了双视窗显示技术（Two view displays）的屏幕，会产生一系列两两对应的图像，它们各自只含有一半的解析度，这样的显示器可以保持串扰低于1%，但是会存在有限的自由可视区域。如果假设透镜可设置到最佳的程度，则这个区域值可控制在50mm；而对于那些设置较差的屏幕来说，则会较低于这个数字。
应用了多视窗显示技术（Multi-view displays）的屏幕，产生的是一系列多个相对应的图像，它们各自都含有较低的解析度。另外用以衡量多视窗显示屏幕的解析度的一些手段，如频率间隔分析及光透演示等都已由其它研究所完成。他们的分析结论是，带有条带色彩过滤器的2.22吋QVGA面板，会显示人眼可见的解析瑕疵，有时甚至是十分明显，并且这个结论已经通过实验证明其准确性。
因此最适宜用在2.22吋QVGA显示屏上的方法，当属横向双视窗显示技术，利用它可以在图像串扰、图像区块效应和条疵现象方面得到最优化的效果。
（3）硬点与软点（Hard spot& Soft spot）
当一个双视窗显示屏依垂直轴旋转之后，图像一方面会改变自身的像素密度，另一方面也由实像改变成了虚像。最初观察者会对这种改变不太习惯，多数的读者也都有过这样的经验，但相信现在大家已经对此没有什么感觉了。在考量了视窗平面的一些光照功能特性之后，还需要对不同的设计方法做出选择：当存在于像素之间的黑色遮罩以清晰的形态出现时，即呈硬点（hard spot）状态时，与当遮罩以模糊形态出现，也就是软点(soft spot)状态时的光强度并不相同。最后要说的是，通过修正透镜弯曲度，更换液晶材料和调整单反材料的屈光指数等的手段，也是可以持续对透镜的光学表现进行调整的。
当将两种状态的屏幕先后向观察者们展示之后，得到的反馈显示人们更倾向于硬点状态的设计。因为似乎出现在视窗之间的黑色矩阵图像可以使用户更快更准地找到最佳的观察角度，就算是没有使用过或者没有被告知此方法的用户，也可以很自然地应用到这个方法。更重要的是，选择了这个设计的屏幕可在很宽的区域内出现很低的串扰，是提高用户使用舒适度的一项重要指标。
（4）光学组成
在手机这项应用中，如何在提供较高对比度和较高的能效的同时，最大化电池的使用时间，这是需要考虑的重要一点。使用极性激活微镜结构则可成功实现这种性能。
这个结构中包括了像元和TFT-LCD基板的输出极化器（output polariser），扭曲向列（TN）液晶激活开关，还有由各向同性聚合物（Isotropic polymer）与紧邻的一层双折射性透镜液晶(Birefringent Lens LC)共同组成的极性激活微镜结构。在2D模式下，线性极化状态由转换液晶材料驱动旋转90°角，并且由此刚好对应透镜液晶材料的寻常反射率。因为它的折射率也正好与各向同性聚合物的折射率相同，故在此聚合物透镜的表面形成了折射指数吻合，也就是说光线并不会在通过这些层之后产生任何的改变，此透镜的功能特性也就不会显现出来。在3D模式中，当对扭曲向列开关施加以电压时，其中的液晶材料就会被重新定位， 其不再具备极性旋转的功能。这样来自于扭曲向列开关的极性输出状态则刚好符合透镜液晶的非寻常折射率，因此从界面处到达各向同性透镜处之间就产生了一个指数阶，此透镜的功能特性就因此发挥出了作用。
当在扭曲向列开关层使用氧化铟锡（ITO透明导电薄膜）时会由于其吸收性能而产生光损，因此可以尽量使用较高阻抗（高透性）的ITO材料，这样可以有效降低损耗，在此例中使用了专用于TN显示的标准ITO玻璃。
（5）设备组合
在此例中，所有用来实现2D/3D转换的透镜厚度约为1.35mm。
各向同性聚合物(Isotropic Lens)是由紫外线固化材料合成，可以使用一种经光刻处理的镍垫片将一种市面有售的紫外线固化聚合物材料铸合到玻璃基板上，而这种镍垫片表面因为被设计为有指定的弯度，故可实现这种硬点（Hard point）输出效果。
在有些装置中是将分段电极植入在了扭曲向列开关（TN Switch）中，可实现2D和3D的混合输出，并且在两种模式下都可具有相等的亮度。
通常情况下，在可透性TN显示屏中的输出极性为距垂直方向45°角，通过调整控制液晶透镜表面的排列方位，透镜中的极性状态会发生扭曲，因此液晶材料将排列成平行于结构中心轴线的方位，达到排列的最佳化。
同时，透镜中方位的排列也可用来设置默认光输出状态，也就是关机状态。这里为了演示方便，我们将设备设置为无电能消耗时为3D输出状态。但是通常来讲，透镜平面的方位排列应设置为在2D输出时对应默认状态，而施加电能时为3D输出状态。
在运行过程中，液晶材料会保持高度一致性，故2D模式下靠近透镜边缘的区域将不会出现少量没有被转换的液晶材料，这种极性激活微镜技术因此在所有同类的有源透镜技术中显示出了在图像质量方面的强大优势。读者可寻其它相关材料了解其制造工艺。
在此例中，TN转换液晶屏由一个外部数字振荡电路控制，它能以低电压、低频信号驱动开关芯片。开关芯片在工作时的功率低于1mW。在量产产品中，此功能完全可以集成到电路里，并连同软件的控制输出信号一起对2D或3D模式进行控制。
（6）新型处理技术的发展
近年也有大量关于此技术工艺改进理论的报道出现，比如其中有一方法是使用熟化聚合物液晶来替代阵列液晶，它可带来以下优势：
（1）可使用新型涂布工艺，用较低成本完成大面积生产。母玻璃处理工艺在此可得到应用。
（2）大幅削减了设备的厚度。
（3）增加了韧度。
因此这样的产品完全可以与TN转换部件相结合，达到在量产过程中既降低成本，又大幅简化制造工序的目的。
（7）3D手机内容
可以肯定，首先被应用在手机立体显示功能上的是一些娱乐程序，比如3D图面、背景墙纸、彩信、视频和游戏等。而当今对这种手机来说最主要的一个发展方向，应该就是高清立体影像显示。因为近年来手机越来越多地在支持影像播放功能，尤其是基于广播标准如DMB（Digital Media Broadcast）上开发的移动电视功能，或者是发展势头正劲的3G/3.5G网，都赋予了具备视频播放功能之手机以极为广阔的市场。这些方面的进步也为3D影像功能的发展提供了良好的空间。
3．性能评估
在QVGA内容的处理器负载和图像质量方面，我们对若干数量的编解码器分别作了性能特性的评估。使用的编解码器为MPEG-4，因为即使主应用处理器在可承受范围内持续负载时，它仍可以提供较好的图像质量，并且不会出现较明显的块状效应。而接近于500Kbps的可变比特速率在这里被用来对2D视频内容和立体视频内容进行编码操作。
使用ARM926EJ-S应用处理器，在若干立体渲染及2D到3D转换操作中，由于对已编码的左、右图像对进行渲染只需要一个简单的重贴图过程，也就是将原始输入图片重新贴图变成空间复用遮障图像，因此可以说这是最没有难度的操作了。
基于深度的渲染通常涉及更多的计算，因为这个过程包含了进行深度值插入的选择性像素重贴图操作。就算对整个过程进行大幅优化也意味着在视频解码时将增加耗时约达30%。但深度贴图对于实时转换而言的重要性已经向读者阐述过了，因此它仍然将使用基于深度的渲染模组来生成立体影像。
不管是内容源和深度的渲染引擎，还是实时转换模组，都可以基于一定的画质参数来对执行速率和渲染画质进行取舍。结果也证明了195MHz的ARM926EJ-S芯片完全可以胜任以下QVGA内容的渲染操作。
（1）24帧每秒的立体编码内容
（2）24帧每秒的内容源及深度的编码内容
（3）15帧每秒的实时2D到3D转换与渲染。
在此还要强调的是，很多市面上出现的具备移动电视功能的手机都是基于DMB和DVB-H网络，因此就算是此手机中的3D实时转换帧速率已经被限制到很低，但对于它们15帧每秒的传输标准来说其实已经足够了。
说到3D手机的未来发展，常常被提及的重要方向是专用于立体转换及渲染的定制硬件。虽然在当前看来，定制硬件系统对比运行在通用处理器下的软件系统来说，在工作效率上存在较大的优势。但是这种硬件系统仍需要对以下几点进行改进：
（1）引入了专用的定制芯片之后，一定会增加设计系统的复杂性。已有的手机必须经过再次改装设计以为新部件余出空间。
（2）定制硬件系统在转换效率方面显示出的优势，会因为数据在视频编码系统（通常在应用处理器中运行）与立体渲染系统之间的传输复杂化，而得到相抵消的结果。
（3）在多个处理器中进行多个任务的管理必然会增加软件设计的复杂性。
如今在高端多媒体手机中，已经越来越多地利用GPU来专门进行图像的处理了。这些手机图像处理芯片支持OpenGL ES(嵌入式3D图形算法标准)，可进行对内容源和深度等的立体渲染任务，因此就可以有效地减轻应用处理器的负载。但是在手机平台中，GPU和应用处理器之间却很难在30帧每秒的速率上传输全QVGA视频内容，使得这种混合处理器的硬件系统在这方面并不太适用。
ARM926EJ-S应用处理器包含了一套DSP的增强延伸，使得它可以在没有外部单独DSP单元时，也可以有效地提高数字信号处理的效率。而且它可栖身于软件及定制硬件之间的某处，发挥其最大功效。这种延伸也已经被证明了其在处理常规音频及视频编码任务时，确实使得整体的性能得到了实质性的提高。但是在本例中的MPEG-4编码器并没有应用到这种延伸，因为这种优化后的解码器已经可以为立体转换及渲染任务留出多余的空间了。
使用这种应用处理器来进行立体转换及渲染的方案，使得各视频编码平台得到了紧密结合，并有效降低了系统设计的复杂度，因此对于手机生产商来说，这就意味着可更早地将产品推出市场。
上述观点及实施经验来自Julien Flack, Jonathan Harrold, Graham J Woodgate的文章“”，阅读原文将访问，http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?，或参考一下
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