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2013年眼鏡式3D立體影像顯示技術與市場發展趨勢
 

【作者: MIC】   2014年02月14日 星期五

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美國好萊塢電影製片商近年來對於製播立體電影的態度越趨積極,2009年上映的立體電影「阿凡達」(AVATAR)席捲全球影業市場進而引爆立體電影觀賞熱潮。在好萊塢推波助瀾下,初步統計,2010年之後電影製片商每年上映超過30部立體電影,因而也直接帶動眼鏡式3D立體影像顯示裝置的開發與需求。


3D立體視覺成像原理

由於左眼瞳孔與右眼瞳孔相距約為5.0 cm ~ 7.0 cm,因而導致兩眼視網膜所接收到的影像訊息因為視角差異而有些微不同,並且視網膜上有專司視覺訊號的細胞,包括:桿狀細胞(Rods)、錐狀細胞(Cones),並負責將光線的亮度、顏色等訊息轉換成視神經訊息,而腦部也有融合兩個不同視角影像訊息產生深度知覺之功能,因而導致人眼觀看物體時會形成立體視覺效果。


立體視覺效果是由兩種視差效應(Parallax Effect)所產生,包括:「兩眼視差」(Binocular Parallax)與「移動視差」(Motion Parallax)。


「兩眼視差」是因為兩眼視角之不同導致所接收到的影像訊息左眼與右眼略有差異,並且兩影像經由大腦合而成為立體視覺效果。


「移動視差」則是因為觀看者的移動導致視角產生變化,進而使得觀看到的影像內容也隨之變化,兩影像經由大腦合而成為立體視覺效果。


利用兩種視差效應中的任何一種,便可以讓人眼在觀看物體時產生立體視覺效果,若要讓影像顯示裝置能夠產生立體視覺效果,便需藉助視差技術調制光線的亮度、顏色以及方向,讓左眼與右眼所接收到的影像訊息因為視角差異而形成立體視覺效果。


其中,光線的亮度與顏色之調制數目,可以決定影像顯示裝置色彩解析度;而光線的方向調制數目,則可以決定視差區域(Viewing Zone)的空間解析度。


顯然,立體影像顯示裝置顯示特性良莠判斷依據,就在於光線的亮度、顏色以及方向的調制能力上。


@大標:3D立體影像顯示技術


3D立體影像顯示技術的發展構想,就是要讓左眼與右眼分別接收來自於立體影像顯示裝置傳送給左眼與右眼的影像訊息。整體而言,3D立體影像顯示技術根據觀看者是否配戴特殊眼鏡可以區分為兩大類別包括:「眼鏡式」(With Glasses)與「裸眼式」(Autostereoscopic)。


其中,「眼鏡式」立體影像顯示裝置在影像訊息輸出時,將影像區分為左眼影像與右眼影像,左眼影像與右眼影像透過特殊眼鏡分別傳送影像訊息進入觀看者的左眼與右眼,兩眼影像訊息再經由大腦融合而產生立體視覺效果。



圖一 : :3D立體影像顯示技術分類圖示  資料來源:資策會MIC
圖一 : :3D立體影像顯示技術分類圖示 資料來源:資策會MIC

眼鏡式3D立體影像顯示技術優劣分析

偏光眼鏡(Polarizing Glasses)

偏光眼鏡利用光線偏極化(Polarized)特性並透過偏光片過濾掉不符合特定偏振光方向之光線,例如:水平偏振光或垂直偏振光,偏光眼鏡就是透過特殊結構偏光片的透光與遮光作用,允許某特定方向光線通過而其他方向光線則予以遮蔽。


採用偏光眼鏡技術的立體影像顯示裝置,將左眼影像訊息與右眼影像訊息分別以水平偏振光方向與垂直偏振光方向輸出,觀看者透過偏光眼鏡接收不同偏振光方向的左眼影像訊息與右眼影像訊息,兩影像經由大腦合而成為立體視覺效果。


整體而言,偏光眼鏡立體影像顯示裝置的優點在於立體影像視覺效果佳、偏光眼鏡重量輕且成本低,然而缺點則是3D影像畫面解析度為2D影像畫面解析度的一半、3D影像畫面亮度為2D影像畫面亮度的一半、3D影像畫面因觀看者角度偏移易產生雙重影像(Cross-talk)現象影響視覺品質。


快門眼鏡(Shutter Glasses)

快門鏡片是由兩片具有透明電極的薄板玻璃所組成,兩片薄板玻璃之間填充快速液晶材料,透過快速液晶材料的Turn-on/Turn-off動作,快門眼鏡(Shutter Glasses)得以執行開啟與關閉動作,利用快門鏡片開啟與關閉並與顯示器的分時方式同步進行左眼與右眼影像訊息的快速切換,進而使得雙眼接收到影像訊息。


採用快門眼鏡技術的立體影像顯示裝置,當左眼快門鏡片開啟時,顯示器輸出左眼影像訊息;當右眼快門鏡片開啟時,顯示器輸出右眼影像訊息,並且同一時間僅有一眼能夠看到影像訊息,使得左眼與右眼得以分別看到各自視角的影像訊息,兩影像經由大腦合而成為立體視覺效果。


另外,值得提醒的是,快門眼鏡立體影像顯示裝置,除了快門眼鏡本身需要60 Hz以上的更新率(Frame Rate)水準之外,顯示器影像訊息更新率也必須達到120 Hz以上的水準,如此才能夠獲致較佳的動態影像效果。顯然,快門眼鏡立體影像顯示裝置的整體成本是相對較高。


整體而言,快門眼鏡立體影像顯示裝置的優點在於立體影像視覺效果優異、3D影像畫面解析度高、3D影像畫面不易產生雙重影像(Cross-talk)現象,然而缺點則是快門眼鏡重量重且成本高、快門眼鏡需加裝電池、快門眼鏡快速切換產生的閃爍(Flicker)現象可能造成觀看者頭暈目眩、3D影像畫面亮度較2D影像畫面亮度低。


頭盔式顯示器(Head Mounted Display)

頭盔式顯示器分別於兩眼前方各放置一組小尺寸顯示器,左眼影像訊息與右眼影像訊息直接播放於小尺寸顯示器,進而使得左眼與右眼可分別看到各自視角的影像訊息,兩影像經由大腦合而成為立體視覺效果。


整體而言,由於頭盔式立體影像顯示裝置是採用兩組獨立的小尺寸顯示器不受干擾地同時提供兩眼不同影像訊息,因而可以有效消除雙重影像(Cross-talk)與漏光。因此,頭盔式顯示器的優點就在於立體影像視覺效果極佳,缺點則是重量重且成本高、僅能提供單人使用無法群體觀賞、頭盔式顯示器配戴不便(若使用者本身有配戴近視或遠視眼鏡)。


市場規模預測

資策會MIC透過資料蒐錄與整理,針對眼鏡式3D TV市場出貨量規模進行推估,資料來源包括:重要廠商營收數據與財務資料、眼鏡式3D TV部落格文章、眼鏡式3D TV市場訊息蒐集、眼鏡式3D TV市場滲透率計算、…等。


資策會MIC推估,2011年眼鏡式3D TV市場出貨量為12.1佰萬台、2012年達到24.8佰萬台,年成長率104.9%,推估2016年市場出貨量規模應可以成長到69.3佰萬台的水準,2011~2016的年複合成長率(CAGR)應可達到41.8%。



圖二 : :眼鏡式3D TV市場規模預測   資料來源:資策會MIC
圖二 : :眼鏡式3D TV市場規模預測 資料來源:資策會MIC

追蹤觀測重點

從SID Display Week 2013技術論壇(2013年5月加拿大溫哥華舉辦)中相關廠商、研究機構與大學針對3D立體影像顯示技術發表的最新研發成果進行分析,發現眼鏡式3D立體影像顯示裝置在技術層面主要的開發課題為:Human Factors Effect of 3D、3D Glasses、3D TV、Cross-talk等。


顯然,不管是偏光眼鏡式3D TV、還是快門眼鏡式3D TV,這些透過物理機制所進行的人工化立體影像合成技術,仍然存在著諸多的人眼視覺不適應性技術瓶頸留待研發人員予以克服與解決,包括:立體視覺舒適性、立體深度感知調整、立體深度感知呈現、雙重影像消除、影像模糊消除、…等。


因此,立體視覺人因工程的研究將提供可行的技術解決方案,未來眼鏡式3D立體影像顯示技術若能夠進展到讓人眼感知自然的立體視覺效果,那麼當能夠使得眼鏡式3D立體影像顯示裝置的市場接受度大為提升。



圖三 : :圖眼鏡式3D立體影像顯示技術主要開發課題  資料來源:資策會MIC
圖三 : :圖眼鏡式3D立體影像顯示技術主要開發課題 資料來源:資策會MIC

(本文作者陳賜賢資策會MIC資深產業顧問)


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