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手机应用中的新一代立体显示技术及实施
2010/8/29 19:17:20    

近年来,手机正在由一种通讯设备迅速地转变成一个多媒体平台,在这个过程中亦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的突破,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确实仍存在一些障碍,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。

立体显示屏手机可以采用一种叫做“主动偏光显微透镜”的技术,又称极性激活微镜(polarization activated microlens)技术。应用了这种技术之后,屏幕显示可以在二维平面和三维立体两种模式间互相转换,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。

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.立体显示屏手机的市场潜力


近年来,消费者对于立体显示产品都表示出了极大的兴趣并给予了较多的关注。在众多的立体显示技术应用领域中,手机及相关产品可以说是最有市场潜力的领域,原因有5点:
1、消费者们一向喜欢频繁地更新他们的移动设备,如手机等,这对新兴技术的推广非常有利。
2、对于手机这种便携设备来说,可视范围(或者可视角度)并不是一项严重的缺陷,因为消费者可以轻松地对其进行位置调整,以达到最舒适的效果。
3、虽然这种空间复用立体显示技术可以带来解析度缺失的问题,但随着手机产品的显示解析度及像素密度不断地提升,这项缺点带来的影响将会越来越小。
4、手机产品具有非常广阔并且利润丰厚的市场,更重要的是,各手机生产厂家无时不刻不在寻求新型技术以达到产品的差异化,以此占领更大的市场份额。
5、据有关市场调查来看,手机市场的消费群体们表示很欢迎这种使用了新型技术如立体显示的产品。

手机产品正在快速地完成从单纯的通讯设备到多媒体设备的转变,大部分的手机都会持续支持如高清播放、3D图形和GPS导航等等的功能,这将使立体内容在手机平台上的应用扩展成为可能。


2.可切换立体光学显示技术


实现空间复用自动立体显示的光学部件可分为四种光学结构。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。

激活微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:
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。


3.3D手机内容的转换


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。

毫无疑问,3D移动电话想要成功地达到大众化,必须要以现有的精彩3D内容资源作为支持。DDD集团股份公司之前曾发表过它的离线2D-3D转换技术之细节。开发出的相关工具最初是被设计用来识别和跟踪一个运动序列中的物体,而在整个序列中会使用深度贴图与每一张图片进行结合。

在有关家用3D娱乐技术的文章中,对使用深度贴图来渲染立体虚拟图像的技术也曾被详细介绍过,也有提议将DIBR技术(Depth Image Based Rendering)作为新型3D电视系统的结构基础。

为了将可用的立体显示内容进行扩充以支持3D手机市场,DDD公司已经成功与一些如Jamster!的一流2D手机内容供应商进行合作。它们使用高画质2D到3D转换工具制作出了一个庞大的3D内容库,其数量超过了200件并且覆盖了包括视频影像、MMS和背景图片等多个类型,已经完全可以满足一部3D手机所需要的内容了。

从一系列的2D图像中生成3D图像信息的过程不仅复杂,而且极不稳定,很容易出错。利用实时转换生成的立体内容,通常要比使用离线即经人工操作完成的立体内容在质量上相差很多。即使现状是这样,实时转换这个方法仍然在迎合消费者对3D内容的需求方面扮演着重要的角色。DDD公司为夏普公司出品的AL3D立体显示笔记本所配置的一个软件包中,就包含了实时转换这一功能,为标准型2D DVD转换成3D显示提供了可能。此软件可在一系列的图像序列中,对识别出的物体颜色及运动特性进行分析,之后自动生成深度信息。我们也使用本例中的3D手机应用处理器来简单实现了相同的算法,以此实现2D视频内容的实时转化。


4.3D原型机实施


DDD公司和Ocuity公司已经进行商业合作,共同推出了一款较为成熟的3D移动智能手机。这款手机原型采用HTC Faraday智能手机,它是具备2.22英寸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。

该原型机具有在2D和3D显示之间进行切换的功能,并且在两种模式下都为全亮度运行,尤其在3D模式下的串扰将低于1%。这种低串扰的特性是显示这种手机优越性能的关键,因为它意味着在没有任何重影的前提下,可以对大量不同内容的影像进行完美的高深度显示。在将高效的转换与渲染软件与手机的主程序处理器相融合之后,就可使用优化后的深度渲染技术进行实时渲染操作,播放出24帧每秒的QVGA视频内容了。

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