Как работает 3D-ТЕЛЕВИДЕНИЕ
Последние несколько лет массовый рынок телевизоров не балует потребителей действительно революционными обновлениями. Попыток продвинуть новые технологии было сделано немало. В конце концов, кинескопы были окончательно вытеснены с рынка, разрешение достигло Full HD уровня, но пока еще не везде. И это скорее эволюционный процесс повышения разрешения матриц от 1366х768 до 1920х1080, нежели революционный прорыв, что бы ни говорили специалисты по маркетингу. Ничего удивительного, что маркетологи пропагандируют революционность каждой новой технологии - сенсация подхлестывает продажи.
Ну а раз сенсации нет, ее нужно создать или хотя бы объявить. На этой волне по рынку с большой помпой прокатились такие технологии, как Full HD, LED-подсветка, теперь настал черед третьего измерения и 3D-ТЕЛЕВИДЕНИЯ. Сегодня отрасли нужна jcj,fz сенсация, после кризиса, создавшего огромный дефицит в бюджетах большинства компаний, удачно возникшая сенсация, способна подхлестнуть и активизировать рынок.
Естественно, трехмерное видео, но точнее - стерео, возникло не 2010 году. Не секрет, что любая новая технология прежде достичь массового потребителя «вызревает» в лабораториях компаний и профессиональной среде минимум 10-15 лет. Так например, вполне готовый образец 3D-телевизора без специальных очков показала в далеком 2005 году на берлинской выставке IFA компания Grundig.
Попробуем же объективно разобраться, что собой представляют современные 3D-технологии в телевидении, что они могут предложить телезрителю, а чего от них ждать не стоит.
D терминология
Начнем с того, что разберемся в терминологии 3D-ТЕЛЕВИДЕНИЯ. Современное, так называемое 3D-видео, таковым не является. При его воспроизведении отображается совокупность плоских кадров, специального вида. Здесь правильнее говорить о стерео видео, так как в данном случае напрямую эксплуатируется такая особенность нашего зрительного восприятия, как разноракурсность вида для каждого из глаз. Построение трехмерного образа происходит уже в человеческом мозгу. Правильной, хотя и фантастической на данном уровне развития техники альтернативой стерео-телевидению является голографическое телевидение, когда телевизионный приемник честно воспроизводит световое поле, соответствующему отображаемому трехмерному объекту.
Следствием такого «обмана», когда показывают плоские кадры, заставляя мозг думать, что перед ним протяженный объект являются некоторые трудности восприятия 3D-видео. Не секрет, что многие, кто смотрит подобное видео, быстро утомляются, некоторые люди его просто не видят, а определенной категории граждан подобное зрелище вообще противопоказано. Почему это так и можно ли ожидать улучшения ситуации в обозримом будущем?
D-видео - медицинские проблемы
Поскольку просмотр 3D-видео сопряжен с «обманом» мозга, ведь показываются плоские кадры так, чтобы мозг считал, что это пространственный объект, стоит ли удивляться, что это не всегда работает так хорошо, как задумывалось. Прежде всего, следует вспомнить о таком явлении, как тремор глаз - это очень быстрые непроизвольные движения глазного яблока, глаз как бы «сканирует» поле зрения, «ощупывая» его. В результате этого «сканирования» каждый из глаз приходит к закономерному выводу, что перед ним плоский экран с плоским же изображением. С другой стороны, с точки зрения мозга все выглядит иначе - 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 расстройство в работе мозга, 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».
Современное стерео-телевидение
Анализируя суть современного 3D-ТЕЛЕВИДЕНИЯ, рассмотрим подробнее какими же способами формируется 3D-изображение. Базовые принципы едины для всех - каждому из глаз нужно показать картинку, предназначенную только для него, тогда мозг сделает все остальное.
Все современные 3D-телевизоры делятся на системы со специальными очками и без специальных очков.
Начнем с 3D-телевизоров с очками, как более распространенных в быту.
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 устанавливается сине-зеленый - он, соответственно, воспринимает только сине-зеленый.
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. Главное достоинство этого метода - простота и дешевизна реализации.
Понятно, что в таком простом виде анаглиф для видео не годится, люди уже отвыкли 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 синий цвета диаметрально противоположны, то есть являются взаимно дополнительными. Если теперь взять не одну пару дополнительных цветов, а три - тогда удается добиться воспроизведения цветного трехмерного изображения.
К сожалению, это обходится весьма дорого: изготовление очков с тремя спектральными окнами прозрачности дело непростое и не дешевое. Соответственно удел этих супер- анаглифов - профессиональное 3D-видео. Другой очевидный недостаток - ограниченность доступного цветового пространства.
Стерео-очки с активным затвором
Наибольшее распространение в массовом 3-D ТЕЛЕВИДЕНИИ на сегодняшний день получили очки с активным ЖК-затвором. Работают они очень 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 экране «левый кадр», открыта шторка для левого глаза и закрыта для правого и наоборот. В данном случае мы имеем дело с временным разделением стереопар.
Именно на этом принципе основаны все без исключения бытовые 3D-телевизоры, предлагаемые всеми производителям.
Очевидный недостаток данного метода, что 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. 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.
Поляризационные очки
Третий из применяемых производителями 3D-телевизоров принцип - разделение световых потоков с помощью поляризации, чаще всего используется круговая поляризация.
В таких этих 3D-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», который закручивает поляризацию в противоположном направлении. Полученное видео просматривают через очки с соответствующими поляризационными стеклами.
Теоретически принцип весьма прост, изящен и обещает всю совокупность плюсов с одним очевидным минусом - вертикальное разрешение падает вдвое. Другой существенный, недостаток - непомерная сложность изготовления и, соответственно, цена экрана. Именно поэтому пока удел этой 3D-технологии - профессионалы, работающие с объемными изображениями.
Автостереоскопические дисплеи
Параллельно с развитием систем с 3D-очками идут исследования в области построения стерео-изображения без применения очков. Такие системы называются автостереоскопическими, поскольку создают стереоэффект как 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» календари.
Система работает на пространственном разделении световых пучков. На экран наносится специальный вертикальный линзовый растр, который отклоняет лучи проходящие сквозь него. 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 итоге под каждой линзой оказывается пара полос - «правая» и «левая». В результате преломления света в линзах в каждый из глаз попадает своя часть светового потока.