平面裸眼3D显示系统的大场景应用及其设计方法

　　平面裸眼3D显示系统的大场景应用及其设计方法

　　秦迪，刘红，罗亮，刘明，郭慧，杨丹，李宁

　　(上海济丽信息技术有限公司)

　　裸眼3D显示分为平面裸眼3D、全息裸眼真3D、沉浸式裸眼3D等不同实现方式，其中平面裸眼3D显示因为其不受环境和空间限制、硬件搭建简单、成本相对有优势而更加受到行业的关注。然而，相比之下，平面裸眼3D显示具有最大的技术难度，有大量的技术难点亟待解决。平面裸眼3D显示的应用范围涉及到行业应用市场、商业应用市场和消费类电子市场三个维度。从产业发展的角度看，裸眼3D显示要在各个领域市场获得较大突破，必须产业链协同整合发展，包括硬件技术和内容建设。

　　1 市场导入期的大场景应用

　　平面裸眼3D显示产业经过持续多年的发展，拥有巨大的市场空间，在部分应用领域也取得相应的进展，将来是在国内具有上千亿市场容量、全球具有上万亿市场规模的大产业，但目前整体上却还处于产业导入期。目前，由于硬件成本较高、内容匮乏等诸多瓶颈，其在消费类电子市场乃至家用市场的应用显然时机未到。因此，先行业及商业市场再消费类电子市场是必然的产业发展路径，开发裸眼3D显示的行业及商业应用是目前的方向。而裸眼3D显示的行业及商业市场偏向于大场景的应用，即裸眼3D显示应用的大屏化。

　　平面裸眼3D大屏幕显示系统的应用首选涉及大屏幕显示系统的传统行业，最先导入的主要包括科技场馆、规划展示、文化传媒、教育培训、影院娱乐、工业设计、模拟仿真等领域。然而，目前最重要的问题依然是裸眼3D显示内容的高成本，影响其高成本的主要原因是3D内容的定制化设计成本与信号传输的成本，但是随着5G通信的普及，网络速度倍速增长，传输成本会逐步下降，所以目前最核心的任务是能够降低3D内容的制作成本，谁能有效的降低成本，谁就更加拥有迅速获得市场占有率的能力。我们作为最早从事拼接大屏幕制造和裸眼3D显示研究的解决方案提供商，具有最佳的推动裸眼3D大屏幕显示系统市场发展的先决条件。首先从大屏幕传统行业入手，提供裸眼3D大屏幕显示系统成套设备，包括衍生类的裸眼3D液晶广告屏等;然后，逐步开发裸眼3D内容制作市场和软件平台，成为一站式解决方案的聚集地。

　　2平面裸眼3D大屏硬件技术路线

　　2.1.裸眼3D拼接大屏幕墙

　　拼接大屏幕由多个拼接显示单元以行列的方式拼接而成，形成一面拼接显示墙，其因为便于运输、搭建且具有超高分辨率的特点而得到广泛应用，其经过接口升级，可实现3D信号的采集，且通过第三方偏光眼镜可呈现3D显示，但不具备裸眼3D的功能，要获得裸眼3D的大屏显示，首先需要设计能实现裸眼3D的拼接显示单元。

　　我们创新型的设计了一种渐变节距针孔阵列的集成成像3D显示装置[1]。其采用渐变节距孔阵列取代传统的平均节距孔阵结构，克服了现有技术中现有集成成像3D显示设备存在的观看视角小的问题。图1为渐变节距针孔阵列式裸眼3D显示单元示意图。

　　图1 渐变节距针孔阵列式裸眼3D显示单元示意图

　　运用该技术对拼接显示单元(如液晶拼接单元、LED箱体单元、DLP显示单元)进行硬件处理，实现裸眼3D的升级，实现裸眼3D的更宽视角、更远的观看距离显示，且理论上不受拼接规模(屏幕大小)和工艺上不受屏幕种类限制，极大的促进裸眼3D大屏幕的实用价值。

　　2.2.裸眼3D图像控制器

　　3D大屏幕拼接控制器是立体信号图像拼接控制器，我们设计了一种基于FPGA的图像拼接处理装置[2]。采用先进的FPGA信号处理技术，可将多个显示单元(液晶拼接显示单元，LED显示单元)拼接成为一个虚拟逻辑单元。支持HDMI1.4A规范，支持普通的2D信号，及多种格式的3D信号(FramePacking格式，左右半宽格式，上下半宽格式等)。图2为平面裸眼3D拼接大屏拓扑图(以3×3液晶拼接为例)。

　　图2 平面裸眼3D拼接大屏拓扑图

　　设备提供多路HDMI信号选择输入，多路HDMI信号输出。典型应用：可将第一路(或第二路)的HDMI信号显示到多个显示设备(2X2、3X3……)上，使多个显示器显示一个整体的画面(每个显示器显示原图像的四分之一、九分之一……制作好的3D内容再拓扑图中的3D内容播放器中进行播放，并由3D拼接控制器采集、传输到裸眼3D拼接大屏幕墙进行显示，观看者将能够通过双眼直接感受3D的效果。

　　3 平面裸眼3D显示内容库

　　基于上述平面裸眼3D的硬件系统设计，其显示的内容可适配任何3D片源或内容。然而，目前3D内容的主要制作途径为拍摄或定制设计，成本很高且不适合二次开发，造成巨大的重复工作量，因此大大的限制了平面裸眼3D大屏幕显示系统的市场发展。

　　为了缓解上述问题，基于2D片源的存量大且廉价的特点，我们设计了一款能够实现2D—3D视频转换平台系统软件。其基于一种根据图像关键帧、镜头运动分割来计算深度信息的后期制作系统，实时将2D图像或视频转换成3D视频。其能在2D 到 3D 转换，转换 2D 到 3D，3D 到 2D转换上实现便捷的操作方法。将标准的视频文件以3D格式轻松转换成3D电影;以标准的2D视频格式自如交换L / R图像和改变3D深度的愿望;将2D转换为3D视频之前播放和预览文件;将您的文件通过相应设置不同的输出参数，以满足特定的需求;播放不同格式的文件用软件的3D电影转换器内置的媒体播放器等等。

　　针对平面裸眼3D大屏幕显示系统行业用户的片源、内容、信号源制作方面，在工程应用及用户需求上具有强大的便捷性，将广泛应用于3D大屏幕或裸眼3D大屏幕显示系统的内容制作与此同时，还可以作为其他商业用途，轻松的将2D视频转换成3D视频，用以解决3D片源费用较高、制作周期较长的问题。除此之外，其还能在2D视频的各类制式中互转，应用简单、直观、方便。

　　4总结

　　综上所述，能清晰地分析平面裸眼3D显示在市场导入期的大场景应用，同时能了解我们所设计的平面裸眼3D大屏幕显示系统的关键技术路线，在市场的导入期基本形成了自身完整的产业链闭环雏形。今后将坚持深度的技术研发、技术积累和资源整合，基于平台软件逐步建立3D内容库，实现裸眼3D大屏幕显示系统在硬件、管理平台软件、内容制作上一体化的、适应市场的平面裸眼3D拼接大屏幕显示系统一站式完整解决方案，对引导平面裸眼3D大屏幕显示系统的市场发展具有巨大的推动作用。

　　参考文献：

　　[1]刘红，顾伟，邹芳芳，罗亮，朱传香. 一种渐变节距针孔阵列的集成成像3D显示装置[P].中国发明专利授权号ZL201610511000.7.

　　[2]刘红，朱传香，张磊.一种基于FPGA的图像拼接处理装置[P].中国实用新型专利申请号201020697358.1,2011.09.14.

　　作者简介：

　　秦迪(1992—)，男，安徽人，大学本科，毕业于杭州电子科技大学，现任上海济丽信息技术有限公司项目总监，主管项目设计与实施工作，Email：qd@tjgenius.com