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国内外地立体显示技术研究情况概述
立体摄影技术是立体成像技术地先导， 本世纪二、三十年代， 人们进行了一 系列机械快门、红绿分色、偏振光式等立体照相技术地实验 . 在此基础上，英国 首先进行了机械快门式立体电视地实验， 标志着立体显示研究地开端， 近半个世 纪以来，国外相继有人提出并研制了分路式立体电视系统、 分色式立体电视系统、 偏振光式立体电视系统、 普氏摆效应立体电视系统、 时分式立体电视系统等立体 电视方案 . 其中分路式立体电视系统是最早研制出地一种立体电视系统，分路式 系统由同一同步发生器控制地两路普通二维电视系统和一个光学装置组成 . 在系 统地发送端，视差图像地产生是由相隔一定距离地两台普通摄像机同时对同一景 物并列摄像来实现 . 左摄像机模拟人地左眼，右摄像机模拟右眼，两台摄像机地 相隔距离模拟人眼地瞳孔距 . 这样，左摄像机靶面上地像相当于观看景物时左眼 视网膜上地像；右摄像机靶面上地像相当于右眼视网膜像 . 从而，从左、右摄像 机获得了具有视差地左图像和右图像 . 摄像机输出地具有视差地左、右图像信号 经两路传输通道分别送至接收端地两台电视机进行显示 . 两台电视机各自显示地 左、右路图像经过一个光学装置分别送至左、右眼，实现了视差图像地分离 . 观 看者利用一个光学装置观看显示地图像， 大脑根据左、 右眼看到地视差图像融合 成立体视觉像 . 由于在这个系统中，左、右图像地摄取、传输、显示都是各占一 路，因此需要两套电视信号发射、 传输与接收系统占用两个电视频道， 无法与现 行广播电视系统兼容而且体积较大，只能供一人观看
分路式立体电视系统原理图
分色式立体电视系统地组成如图所示 . 这是一种只能传输黑白图像地立体电 视系统. 发送端视差图像地产生与分路式相似，也是用两台左、右相隔一定距离 地普通摄像机并列摄像， 不同地是分色式系统只能用两台黑白摄像机而不能用彩 色摄像机 . 左、右摄像机摄取地左、右视差图像信号经两路信道传输后，分别送 至接收端地两个黑白显像管，各自显示出左、右图像 . 为了实现两眼对视差图像 地分离，使观看
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者左眼仅看见左图像、 右眼仅看见右图像， 必须先对显像管显示 地左、右图像进行处理，人为地赋于左、右图像不同地特征，然后，人地左、右 眼利用这些特征将左、右图像分离 . 在分色式系统中，是对显像管显示地左、右 黑白图像进行分色处理， 即使左、 右黑白图像通过不同颜色地滤色片， 成为彩色 不同地左、右图像 . 彩色不同，即是光谱不同 . 因此，使左、右图像具有颜色不同 地特征，就是使其在光谱上分开 . 如图及所示，在显示左图像地黑白显像管屏幕 前放置红滤色片，显示右图像地显像管屏幕前放置绿滤色片 . 这样，通过红滤色 片地左图像呈现为波长较长地红色， 通过绿滤色片地右图像则呈现为波长较短地 绿色，两者在光谱分布上已经分开 . 为了便于观看，两个显象管相互垂直放置， 分色后地左、右图像利用一片半反射半透明镜进行合成 . 于是，红色光谱地左图 像透过半透明镜到达人眼，绿色光谱地右图像经过半透明镜反射后到达人眼 . 观 看时，观看者要戴上由红、绿滤色片组成地眼镜 . 眼镜地左眼镜片是只允许红光 光谱透过地红滤色片，右眼镜片是仅允许绿光光谱透过地绿滤色片 . 因此，观看 者戴上这种眼镜观看半透明镜时， 左眼仅能看见红色左图像， 右眼只能看见绿色 右图像，通过融合，在感觉空间中形成立体视觉像 . 分色式立体电视系统，由于 红、绿视差图像地混色作用，最终形成地是黄色立体像 . b5E2RGbCAP
分色式立体电视系统原理图
滤色镜式立体电视系统也是属于分色式立体电视地范畴， 在两个距离为目距 地彩色摄象机镜头上安装红色滤色镜和青色滤色镜， 于是这两个摄象机输出地分 别是红色和青色 （由绿色光和蓝色光相叠加而成） 电视信号着两种信号经过编码 以后可以在一个信道中传输， 可以被普通地彩色电视机接收 .1983 日本东京电视 台曾经试播过这种分色式立体电视信号， 但终因彩色失真严重、 色竞争引起视觉 疲劳等分色式立体电视系统自身地缺陷而停止试播 . p1EanqFDPw
偏振光式立体电视系统地发送端与分路式系统相同， 也是用两台左、 右相距 一定距离地黑白或彩色电视摄像机并列摄像，获得左、右视差图像 . 摄像机输出 地左、右图像信号分两路传输 . 接收端用两个黑白或彩色显像管分别显示左、右 图像. 为使两眼对左、右图像进行分离，即使左眼仅看见左图像，右眼只看见右 图像，偏振光式立体电视系统中采取在接收端对两个显像管显示地左、 右图像进 行偏振化处理，使左、右图像变为振动方向互相垂直地偏振光图像 . 这样，经过 偏振化处理地左、右图像被
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赋予了偏振方向不同地特征， 便于检偏器将二者分离 . 对左、右图像偏振化处理地具体措施如图所示 . DXDiTa9E3d
偏振光式立体电视系统地原理图
在两个显示左、 右图像地彩色显像管屏幕前分别放置一个起偏器， 使两个起 偏器地主截面互相垂直，也就是使两个偏振片地偏振方式互相垂直 . 这样，两个 显象管显示地左、 右图像本来都是荧光屏发出地自然光， 经过各自前面地偏振片 后变为偏振光 . 由于显示左、右图像地显像管前地偏振片地偏损方向互相垂直， 所以，经过偏振片后地左、 右图像就变成振动方向互相垂直地偏振光了． 与分色 双路系统相同，两个显像管相互垂直放置，利用半反射半透射镜合成偏振光左、 右图像，作为观看屏幕 .观看时，要使左、右图像分离 .现在就是要使振动方向互 相垂直地两个偏振光分离． 为此，采用两个偏振方向互相垂直地偏振片作为检偏 器，并使检偏器偏振方向与对应地起偏器偏振片地偏振方向平行， 即可将互相垂 直地偏振光左、右图像分离 . 实际上，观看时用地检偏器为使用方便，作成眼镜
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型式，称为偏振光眼镜． 这种眼镜用偏振方式互相垂直地偏振片作为左、 右眼镜 片. 装配时，不仅要保证左、右镜片地偏振方向互相垂直，还必须满足检偏器偏 振片地偏振方向与对应地位于显象管前地起偏器偏振片地偏损方向平行地要求 . 这样，观看者佩戴偏振光眼镜观看偏振光式立体电视时， 可以使左眼看到左图像 右眼看到右图像，人地大脑将这两幅图像合成即可使人产生立体感 . 偏振光式立 体电视系统存在着与双路式立体电视系统同样地缺陷即需要两套电视信号发射 传输与接收系统占用两个电视频道无法与现行广播电视系统兼容 . 其另一个缺陷 是当观看者头部稍有摆动时偏振眼镜地偏振方向将不再于起偏器地偏振方向垂 直，从而使左、右图像不能彻底分离而丧失立体效果 . 所以偏振光式立体电视系 统地实用价值不大 . RTCrpUDGiT
普氏摆效应立体电视系统是利用普尔费里希摆 (Pulfrich )效应产生立体视 觉效果 . 普尔费里希摆效应可用图下说明 . 5PCzVD7HxA
如果用两眼观看在垂直平面内摆动地单摆时， 在一只眼睛(如右眼) 前放置 中性滤色片 F衰减入射光，而另一只眼睛直接观看 . 这样，当单摆从左向右摆动 时，看起来摆离开观察者地距离比真实距离近一些； 而当摆从右向左摆动时， 看 起来摆离观察者地距离比真实距离远一些 . 结果，实际空间中地单摆运动，看起 来在作圆锥运动 . 也就是说，在实际空间中地平面内地运动，在视觉空间中好象 在作三维运动 . 这就是普尔费里希摆效应 .这个现象产生地原因是人地视觉响应 速度与光刺激地强度有关 . 当进入眼睛地光强度减小时，视觉反应时间变长，即 视觉反应变慢 . 如图所示， 单摆向右摆动时， 右眼因为有中性滤色片对光地衰减， 进人右眼地光强比左眼地小， 因此， 右眼视觉反应比左眼慢， 右眼看到地摆地位 置比左眼看到地位置似乎要偏左一些 . 这样，两眼看单摆时产生了双眼视差 . 由前 述图地分析可知，此时由双眼视差融合成地单摆在视觉空间中地位置是在摆地真 实运动平面地前面，即看起来摆离观察者地距离比真实距离地近一些 . 反之，当 单摆从右向左摆动时， 由于右眼减光片减光，
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视觉响应变慢， 右眼看到地摆地位 置比左眼看到地位置要偏右一些， 由图分析可以知道， 这时由双眼视差融合成地 单摆在视觉空间中地位置是在摆地真实运动平面地后面， 即看起来摆离观察者地 距离比真实距离远一些 . 观看利用普尔费里希效应地立体电视时，观看者只要戴 上一副一片镜片为减光片地眼镜即可， 当屏幕显示地场景中有水平方向运动地物 体时，由于普尔费里希效应而产生立体视觉效果 . 显然，这是一种人为地立体感， 而不是由于景物光实深度形成地立体感， 因而不逼真， 而且只有当电视显示水平 运动地景物时才能产生立体效果因此普氏摆效应立体电视系统几乎没有应用价 值 . jLBHrnAILg
时分制立体电视系统是由日本地研究人员首先提出地， 时分制立体电视方式 是由立体摄象机按照奇数场、 偶数场地时间顺序摄录图像， 其中奇数场地图像取 自立体摄象机地左镜头， 偶数场图像取自立体摄象机地右镜头， 奇数场图像是给 左眼用地， 偶数场地图像是给右眼用地， 这种方式克服了立体电视信号占用两路 带宽地严重缺陷，可与现行广播电视兼容 . 观看者可以通过与奇数场、偶数 场同步切换地遮光器观看电视屏幕上分时显示地视差图像， 由于人眼地视觉暂留 特性，故可以看到立体图像 . 现行地广播电视制式地场扫描频率为 50HZ（PAL制） 分时观看时每只眼睛每秒只能看到 25 场图像因此在观看时分式立体图像时会产 生严重地闪烁感，令人难以忍受.这是时分式立体电视发展地最大障 碍 . xHAQX74J0X
近几年随着计算机技术地发展 , 基于计算机地立体图像显示与处理开始受到 广泛地重视 , 美国地 SUN 公司、 StereoGraphic 公司 德国地 ELSA公司都在立 体图形图像地生成与显示方面进行了研究并且推出了各自地产品， 但是这些产品 普遍存在兼容性差、依赖于特定地图形工作站、价格昂贵地缺点，因此，未能得 到广泛应用 . 在国内华中理工大学、 浙江大学 CAD&C国G 家重点实验室， 曾经引进 过美国地 CAVE立体显示系统 . 此外，清华大学、 中国民航学院、 西安交通大学等 单位也进行过立体显示技术地研究，但其研究范有超出上述地几种立体显示模 式，西安电视台和北京有线电视台曾经分别进行过时分式立体电视地试播， 但是 因为不能解决立体图像地闪烁问题， 立体电视图像闪烁不定以及奇、 偶场同步光
标破坏立体画面完整性等原因而被迫中断试播 . LDAYtRyKfE
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