曾超:裸眼3D显示终端关键技术及建议

2019-04-14 10:22
文/曾超

虽然裸眼3D显示理论相对成熟、技术接近实用,目前仍存在着产品体验效果欠佳、技术方案兼容性不高、3D内容相对匮乏、标准不统一等亟待解决的难题,这使得裸眼3D显示产品在市场推进中遇到各种阻力,仍处于培育期。

裸眼3D显示是下一代最有前景的新型显示技术之一,针对现阶段裸眼3D显示终端发展中存在的问题,找准产业痛点,突破技术难点,未来其必然会推动2D显示产业的转型升级,成为可应用于众多重要领域的基础支撑技术。

背景及态势

我国是全球重要的电子产品生产基地,平板显示行业下游市场规模巨大,为我国平板显示行业的发展提供了巨大的市场空间和发展契机。中国平板显示过去几年累计投资超过1000亿美元,平板显示制造已成为中国第三大制造业,预计到2019年中国平板显示产业将达到全球最大规模。

裸眼3D显示由于无需佩戴任何辅助设备即可观看到具有冲击力的立体视觉效果,其作为平板显示技术的必然发展趋势,被认为是最具有生命力的下一代显示技术,可广泛用于家庭娱乐、传媒广告、展览展示、科研教育等领域。裸眼3D技术目前已列入“十三五”国家战略新兴产业发展规划,这将大力促进裸眼3D显示产业的发展,助力中国消费电子产业振兴。

现阶段,裸眼3D显示主要运用的技术手段有狭缝光栅式、柱状透镜式和指向光源式三种方式。国内外众多企业及科研院所已经积极参与裸眼3D显示研发领域,产业发展环境日趋成熟。从产业层面来看,虽然裸眼3D显示理论相对成熟、技术接近实用,目前仍存在着产品体验效果欠佳、技术方案兼容性不高、3D内容相对匮乏、标准不统一等亟待解决的难题,这使得裸眼3D显示产品在市场推进中遇到各种阻力,目前还主要用于商用显示领域及手机等应用市场。从市场规模来看,现阶段裸眼3D显示还处于市场培育期,但随着4K/8K显示及5G技术的快速发展及相关核心技术的突破,裸眼3D显示可有力推动传统2D显示产业转型升级,成为最具潜力的下一代显示技术。

研究内容

裸眼3D显示技术涉及材料、光学、精密模具工艺、视频编解码、计算机视觉、集成电路、内容制作等多学科综合技术,针对现阶段裸眼3D显示分辨率提升较难、观看距离及角度受限、2D/3D显示不兼容、裸眼3D精密贴合校准工艺有待提高、3D格式兼容性不高及裸眼3D画质有待提升等制约裸眼3D显示终端发展的技术瓶颈,为大力推动裸眼3D显示效果及产业发展,需要集中力量研发以下技术:

一、 4K/8K裸眼3D全贴合及校准工艺

针对2D平板清晰度快速提升趋势,重点开展4K/8K裸眼3D显示光栅显示材料、高精度全贴合及校准工艺等核心技术研发,降低裸眼3D显示的串扰率并提升裸眼3D显示性能,为裸眼3D显示终端产品提供量产支撑。

二、 2D显示面板子像素排列优化技术

针对传统裸眼3D显示存在的串扰现象,通过对2D显示面板RGB子像素结构进行重新调整排列以提升柱透镜光栅与显示面板子像素的耦合度,从而降低裸眼3D显示的摩尔纹,这对提升裸眼3D横/竖屏显示性能均具有积极推动意义。

三、 2D/3D兼容显示技术

基于技术和成本因素,现阶段裸眼3D显示往往不支持2D/3D切换的问题,应重点研究高效的2D/3D兼容显示及自适应切换技术和工艺,实现高质量3D和超高清晰度2D显示模式之间的自由切换,满足家用裸眼3D产品对2D显示的兼容需求。

四、 裸眼3D高画质处理技术

针对传统多视点裸眼3D分辨率下降严重、观看距离及角度受限等问题,应重点开展裸眼3D分辨率提升、大视角连续观看显示、裸眼3D图像合成、3D图像后处理、人眼追踪等关键技术研发,研发舒适度高、可大视角观看、立体感强的裸眼3D画质处理系统解决方案。

五、 3D视频转换及格式兼容技术

针对裸眼3D显示特性,应重点开展2D及双目3D格式向(超)多视点裸眼3D显示的实时高质量转换技术研发并进行配套集成电路攻关,提高虚拟视点绘制的准确度,在保证连续观看的同时大力提升裸眼3D显示的立体感,同时兼容相关3D格式。

六、 4K/8K裸眼3D显示终端集成及应用示范

重点研发支持2D/3D兼容显示、可大视角观看、立体感强、性价比高和良好舒适度的4K/8K裸眼3D显示终端产品,实现规模化生产能力,并实现产业示范。

关键部件和技术

根据裸眼3D显示终端产品的构成,其关键部件主要包括:①裸眼3D光学部件,主要涉及裸眼3D显示的关键光学材料及设计工艺,一般来说,不同厂商的2D显示屏对应的裸眼3D光学部件会略有不同。②裸眼3D显示模组,由裸眼3D光学材料(如柱状透镜)和2D 显示屏精密耦合而成,是裸眼3D显示终端的核心器件。③2D/3D切换模块,裸眼3D显示2D/3D切换技术通常采用双层液晶技术实现, 2D/3D切换模块往往集成在裸眼3D显示模组中。④裸眼3D信号处理模块,主要进行3D视频格式的转换(播放)、合成、画质提升、驱动等功能,是裸眼3D显示终端的重要支撑模块。根据不同的应用场景,该算法模块既可进行集成电路集成,也可在已有高端芯片方案中集成。

涉及裸眼3D显示终端的关键技术主要包括(不限于以下方面):①裸眼3D光学材料,其中包括裸眼3D光学材料技术和裸眼3D光学设计技术。②裸眼3D显示模组,包括4K/8K裸眼3D全贴合工艺、4K/8K裸眼3D高精度校准技术、2D/3D切换技术及工艺和裸眼3D显示性能检测技术。③裸眼3D信号处理,包括裸眼3D分辨率提升技术、裸眼3D视角提升及连续观看技术、裸眼3D图像合成技术、裸眼3D视频转换技术、   裸眼3D图像增强技术、单(多)人眼球追踪技术、裸眼3D空间定位技术和裸眼3D人机交互技术。

由于裸眼3D显示产业涉及的技术领域较广,任何一个关键环节都会影响裸眼3D显示终端的产品体验。近年来,国内外多家公司相继推出了数款裸眼3D显示产品,在贴合工艺、画质及连续观看等方面取得重要突破。但随着人们对3D 显示产品画质和观看体验的期望越来越高,现阶段裸眼3D显示终端产品要大面积进入家庭还有很大技术挑战,建议加强产学研结合,力争突破核心部件及模块技术瓶颈,加快推进裸眼3D显示产业化进程。

相关标准与应用

在裸眼3D显示标准体系制定方面,由中国电子技术标准化研究院发布的两项裸眼3D行业标准于2017年1月1日正式实施,其分别为:裸眼立体电视通用技术要求(SJ/T 11645-2016)和裸眼立体电视图像质量测试方法(SJ/T 11646-2016);另外,由中国3D产业联盟标准工作组制定的“中国裸眼3D系统标准”第一阶段团体标准于2017年8月30日正式实施,其主要涵盖的标准有:《裸眼3D显示基本术语》(T/C3D 001-2017)、《中国裸眼3D系统标准适用性指南》(T/C3D 003-2017)、《裸眼3D显示用柱镜光栅技术规范》(T/C3D 004-2017)、《裸眼3D印刷光栅材料》(T/C3D 007-2017)、《裸眼3D 静态显示技术产品》等五个方面。

目前中国3D产业联盟裸眼3D标准化第二阶段工作已于2017年底正式启动,重点将裸眼3D显示标准化融入到文化创意、广告展示、文化遗产数字化展示与利用、3D教育、3D医疗、3D军事应用、3D影视内容、3D游戏、VR/AR、Micro LED显示等各领域,这将大力推动裸眼3D显示的行业应用。

发展建议

现阶段裸眼3D显示技术的发展水平还不够成熟,与消费者的日常需求还有一定距离,但是裸眼3D技术在很多领域的发展前景在目前市场趋势之下还是比较可观的,它也是眼镜式3D显示技术无法比较的一门技术类别。其不仅可应用到类似公交车、机场,以及大楼的大屏幕等移动式的多媒体公共设施,还可应用到家庭娱乐等领域,在这种发展前景巨大的市场当中,可以说裸眼3D技术也是未来发展的一个大方向。

随着4K/8K显示技术快速发展,产业界预计裸眼3D显示相关产业2021年可达到3000亿元。市场调研机构赛诺市场咨询指出,在技术、产品、内容和应用场景等方面,裸眼3D显示技术已具备了完善的生态环境,未来用户体验的不断提升将逐渐带动裸眼3D进入市场爆发期。为加快裸眼3D产业的市场化发展,建议有关部门和产学研界在以下几个方面努力:

一、设立裸眼3D显示技术研发专项,突破裸眼3D显示终端技术。

针对现阶段裸眼3D显示终端体验效果欠佳、技术方案兼容性低等制约裸眼3D显示终端发展的技术瓶颈,建议设立裸眼3D显示研发和产业化专项课题,以4K/8K裸眼3D显示终端为契机,集中力量突破裸眼3D光学部件、裸眼3D显示模组及裸眼3D信号处理等核心关键技术,形成一批具有自主知识产权的技术和产品。

二、加强政府引导,推动裸眼3D显示终端进入家庭应用等领域。

裸眼3D显示作为彩电工业转型升级的重要方向,具有广阔的市场前景,对我国彩电产业可持续发展具有重要的战略意义。目前,我国裸眼3D显示产业正处于发展初期,政府应加强政策引导,开展战略研究,加大财政支持力度,营造良好的产业发展环境,促进裸眼3D显示产业快速健康发展。

三、强化产学研的合作机制,推动裸眼3D产业整合。

在经历了2010年眼镜式3D电视沦陷后,3D显示产业进入发展低谷。裸眼3D显示作为一个新兴的产业,其在国内的研究力量相对分散且薄弱。针对裸眼3D显示产业发展过程中遭遇的技术瓶颈,需进一步强化产学研合作机制,协同开展关键技术攻关;另外还需加强产业和人才聚集效应,建立3D显示技术源泉和产业化平台,成为有利于3D显示技术人才积聚、交流、培训的人才基地,推动产业整合。

四、加快建立我国裸眼3D显示系统标准体系。

针对裸眼3D技术发展现状和趋势,做好顶层设计和规划,加快建立我国裸眼3D显示系统标准体系。建立跨行业、跨领域的3D标准化协作机制,加强产、学、研、用联合攻关,加快制定我国裸眼3D显示产业发展亟需的各项标准,引导和规范我国裸眼3D产业健康发展。


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