3D-телевидение: как это работает?

Последние пару лет массовый рынок телевизоров не балует потребителей вправду революционными обновлениями.Очевидный недостаток данного метода: для того чтобы передать один полный стерео-кадр, приходится посылать два полукадра. Это приводит либо к тому, что частота полных кадров снижается вдвое, либо для поддержания частоты кадров приходится вдвое увеличивать видеопоток. И, за счет того, что в очках одновременно открыт только один затвор, эффективная яркость потока сквозь них снижается вдвое, а это, естественно, сказывается на восприятии телевизионной картинки.Наконец, третий из применяемых производителями телевизоров принципов — разделение световых потоков при помощи поляризации.

Ну а раз сенсации нет, ее необходимо сделать (либо хотя бы объявить). На этой волне по рынку с большой помпой проехались такие технологии, как Full HD, LED-подсветка, сейчас настал черед третьего измерения. Сейчас отрасли сенсация нужна как никогда: после кризиса, пробившего большие дыры в бюджетах большинства компаний, успешно появившаяся сенсация, способна подхлестнуть и активизировать рынок.

Естественно, трехмерное (поточнее стерео, но об этом чуток далее) видео появилось не 2010 году.Неудивительно, что результат — самое реалистичное и захватывающе 3D-изображение, которое только способна породить современная инженерная мысль. Столь же предсказуем и «побочный эффект» — от цены дисплеев Holovizio тоже захватывает дух (топовая модель HoloVizio 720RC стоит в России более 15 миллионов рублей!)Хотя, если вспомнить, первые компьютеры тоже стоили немало!

Терминология, связанная с 3D

При его проигрывании отображается совокупа плоских кадров, специального вида. Тут вернее гласить о стереовидео, ибо в этом случае впрямую эксплуатируется такая особенность нашего зрительного восприятия, как разноракурсность вида для каждого из глаз. Построение трехмерного вида происходит уже в людском мозгу. Соответственно удел этих суперанаглифов — профессиональное 3D. Другой очевидный недостаток — ограниченность доступного цветового пространства.Наибольшее распространение в массовом телевидении на сегодня получили очки с активным ЖК-затвором.

Мед трудности, связанные с 3D-видео

Так как, как мы уже обсуждали, просмотр 3D-видео связан с «обманом» мозга (показываются плоские кадры так, чтоб мозг считал, что это пространственный объект), стоит удивляться, что это не всегда работает так отлично, как думало. Сначала, следует вспомнить о таком явлении, как тремор глаз: это очень резвые непроизвольные движения глазного яблока, глаз вроде бы «сканирует» поле зрения, ощупывая его. В итоге этого «сканирования» любой из глаз приходит к закономерному выводу, что перед ним тонкий экран с плоским же изображением. Картинка, собранная из двух цветных полукадров, характерно «двоится» без очков, в очках же все «собирается» воедино и человек видит объемный черно-белый образ.

В принципе существует несколько разновидностей анаглифа с разными парами цветов, но сути дела это не меняет.

Современное стерео-телевидение

Теоретически принцип весьма прост, изящен и сулит всю совокупность плюсов с одним очевидным минусом — вертикальное разрешение падает вдвое. Другой существенный, можно даже сказать, убойный минус — непомерная сложность изготовления и, соответственно, цена экрана. Вот поэтому пока удел этой технологии — профессионалы, работающие с 3D.

Анаглиф

Исторически первыми и простейшими были так называемые анаглифические системы. Принцип их предельно прост. Разделение кадра на «левую» и «правую» компоненты происходит по спектральному принципу: перед левым глазом устанавливается красный фильтр (он видит только красную компоненту картинки), перед правым — сине-зеленый (он, соответственно, воспринимает только сине-зеленый). С другой стороны, исходя из убеждений мозга все смотрится по другому: правый глаз видит свой ракурс, отличный от того, что видит левый. Значит, делает вывод мозг, мы имеем дело с трехмерной картиной. Здесь и кроется противоречие, которое может вызывать в худшем случае даже расстройства в мозговой деятельности (так называемую фотосензитивную эпилепсию), а в «лучшем» - утомление глаз за счет увеличения интенсивности тремора (мозг говорит, что картинка объемная, вот глаз недоуменно и проверяет снова и снова).Из этой неприятной ситуации можно выйти, либо сделав телевизор, отображающий реальную трехмерную картинку, а не ее стерео-приближение, либо мозг в конце концов адаптируется к очередному обману и начнет «проще смотреть на мир».

Главное достоинство этого метода — простота и дешевизна реализации.

Понятно, что в таком примитивном виде анаглиф для видео не годится: отвык уже народ от черно-белого кино. Ряд компаний продолжают разработки в области усовершенствования анаглифов и уже демонстрируют некоторые достижения в этой области. Принцип остался неизменным: полукадры отображаются одновременно, их разделение происходит по спектральному принципу. Суть метода спектрального разделения легко понять, если взять полный спектр и «скрутить его в бублик», получится так называемое цветовое колесо. На нем хорошо видно, что красный и и синий цвета диаметрально противоположны, другими словами являются взаимно дополнительными. Если теперь взять не одну пару дополнительных цветов, а три, тогда удается добиться воспроизведения цветного трехмерного изображения.

Увы, обходится это весьма дорого: изготовление очков с тремя спектральными окнами прозрачности дело непростое и не дешевое. Добросовестной, хотя и умопомрачительной (на данном уровне развития техники) кандидатурой стерео-телевидению является голографическое телевидение, когда телевизионный приемник честно воспроизводит световое поле, соответственному отображаемому трехмерному объекту.Следствием такового «обмана» (демонстрируют плоские кадры, заставляя мозг мыслить, что перед ним протяженный объект) являются некие трудности восприятия 3D-видео: не тайна, что многие, кто глядит схожее видео, стремительно утомляются, некие люди его просто не лицезреют, а определенной категории людей схожее зрелище вообщем противопоказано. Почему это так и можно ли ждать улучшения ситуации в обозримом будущем?

Стерео-очки с активным затвором

Работают они до смешного просто: телевизор попеременно показывает кадры для правого и левого глаза, одновременно посылая по инфракрасному каналу импульсы синхронизации. Очки с инфракрасным приемником оснащены ЖК-транспарантами в стеклах, которые поочередно открываются и закрываются. Так что когда на дисплее «левый кадр», открыта шторка для левого глаза и закрыта для правого и наоборот. Другими словами в этом случае мы имеем дело с временным разделением стереопар.

Именно на этом принципе основаны все без исключения бытовые 3D-телевизоры, предлагаемые всеми производителям.

Попыток продвинуть новые технологии было изготовлено много (см. предшествующую статью «ЖК vs. Plasma»). Да, кинескопы были совсем вытеснены с рынка, разрешение достигнуло Full HD уровня, но, во-1-х, не всюду, и это быстрее эволюционный процесс увеличения разрешения матриц (было 1366х768, стало 1920х1080), ежели революционный прорыв, что бы ни гласили спецы от маркетинга. Ничего необычного, что рекламщики воспевают революционность каждой новейшей технологии: сенсация подхлестывает реализации.

Поляризационные очки

В большинстве случаев используется круговая поляризация.

В этих телевизорах используется хитрый экран: на него напыляются поляризаторы, причем не сплошь, а построчно: на четные строки нанося, допустим, «правый» поляризатор (создающий круговую поляризацию в одном направлении), а на нечетные - «левый» (закручивает поляризацию в противоположном направлении). Полученное видео просматривают через очки с соответствующими поляризационными стеклами.

Возвращаясь к сути современного 3D-телевидения, рассмотрим подробнее — какими же способами формируется 3D-изображение. Базовые принципы, как мы уже говорили, едины для всех: нужно каждому из глаз показать картинку предназначенную только для него, тогда мозг сделает все другое.Во-первых, все современные 3D-телевизоры делятся на системы со специальными очками и без оных. Начнем с систем с очками, как более распространенных в быту.

Автостереоскопические дисплеи

Наряду с развитием систем с 3D-очками идут исследования в области построения стерео-изображения без применения очков. Такие системы называются автостереоскопическими, поскольку создают стереоэффект вроде бы сами собой, без помощи очков.

Общий принцип большинства автостереоскопических дисплеев, как ни странно, известен многим из нас с далекого советского детства, достаточно вспомнить старые «голографические» календарики.

Система работает на пространственном разделении световых пучков: на экран наносится специальный линзовый растр (вертикальный), который отклоняет лучи проходящие сквозь него.Все, что мы рассматривали в нашей статье — это сегодняшний день 3D-телевидения. А что нас ждет в дальнейшем, пусть и не очень далеком? Естественно, корнями своими будущее прорастает в настоящее. Так что возможно, первые ростки уже показались.Пожалуй, ближе всех к настоящему «честному» трехмерному телевидению на сегодня приблизилась компания Holografika, разработавшая технологию Holovizio, которую можно охарактеризовать как упрощенную модель голографии.

3D-телевидение: взгляд в будущее

Исходная стереопара «нарезается полосками» и собирается в единый кадр (принцип тот же, что и в случае поляризационной системы, но «нарезка» идет не по строкам, а по столбцам). В конечном итоге под каждой линзой оказывается пара полос — «правая» и «левая». в результате преломления света в линзах в любой из глаз попадает своя часть светового потока (см. рисунок)

Главная проблема голографии заключается в том, что голограмма чрезвычайно избыточна, содержит сильно много «ненужной» информации, а это в свою очередь вызывает большие сложности в ее применении.

Инженеры Holografika задались вопросом: что нам нужно от голограммы? И оказалось, что нужно ни мало ни много, а воспроизведение полного спектрального и пространственного поля, исходящего от изображаемого объекта. Когда работает обычный плоский экран, светятся (фактически как точечные источники) пикселы на его поверхности, соответственно мы четко видим проекцию пространственной картины на плоский экран, другими словами классическую 2D телевизионную картинку. Если б вместо плоского экрана мы взяли реальные объекты (или их голографические изображения) и расположили их позади простого стеклянного экрана, световое поле проходящее сквозь стекло имело бы иной вид: световые пучки разных цветов распространялись бы не как от точечных источников, они бы имели не только лишь различную яркость, да и пространственную ориентацию (см. рис.).

Именно это распределение интенсивности и направленности источников света по поверхнисти экрана и попытались воспроизвести разработчики Holografika. Результатом их работы стали дисплеи с экраном Holovizio, поверхность которых образуется не пикселами, вокселами — компактными управляемыми источниками света. Для каждого воксела можно задать цвет, интенсивность и направление свечения.

Не тайна, что неважно какая разработка, до этого достигнуть массового потребителя «вызревает» в лабораториях компаний и проф сфере деятельности минимум 10-15 лет. Кстати, полностью готовый эталон 3D-телевизора (без особых очков) показала в дальнем 2005 году на берлинской выставке IFA компания Grundig.Попробуем же объективно отделить зерна от плевел и разобраться, что собой представляют современные 3D-технологии в телевидении, что они могут предложить телезрителю, а чего от ниж ожидать не стоит.Начнем с того, что разберемся в терминологии: современное, так называемое 3D-видео, таким не является.

25.03.2013