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引领裸眼3D未来


2013年11月01日 09:43 来源:科学时报 我要评论(9)

  【导读】梦想,遥不可及,但行动,却是随时都 可以,当一部《阿凡达》走红后,跟随着的是,后期以及3D技术到来,人们或许就是这样,永远不满于现状,当有东西束缚着的时候,便会想尽办法,剔除,就这样,裸眼3D也将随之到来,而,这一技术,早就有无数人投身其中,为的是,将梦想转为现实。

  

梁发云和他的团队

 

  梁发云和他的团队

  电影《阿凡达》前所未有的真实感与震撼力让观众们对3D技术的发展叹为观止。震撼之余,不少人遗憾地感慨,如果看3D电影不需要戴眼镜,那这种享受就更加完美了。而此时,南昌大学机电学院副教授梁发云,早已走在了将梦想写进现实的路上。他用人生中数十个春秋,潜心研究裸眼3D技术,成为该领域研究的先行者。

  敢为人先,“使命”开启未知

  早在2002年开始攻读博士学位时,梁发云就萌发并选择了研究裸眼3D技术难题的想法。如何摆脱眼镜的束缚轻松上阵?当大多数人仍寄希望于引进国外技术的时候,他始终坚信,关键技术、行业核心技术是难以从国外引进的,只有自主研发,才能建立我国在3D技术上的主导地位,走出一条更加符合可持续发展的道路。

  “事实上,我们的研究是从飞行员训练的角度出发的。”梁发云博士介绍说,“飞行员上天前通常要进行模拟训练,为了达到与上空时同样的场景,模拟训练所使用的屏幕应该是立体三维的,使飞行员在驾驶训练时可以清晰地观察到飞机行进的实况图,蓝天、白云、群山、原野一览无余。”

  为了更加逼近真实情境,减轻飞行员负担,简化戴眼镜导致的“大麻烦”,实现裸眼体验立体场景迫在眉睫。然而,通过什么样的方法来使显示器具备裸眼3D场景播放效果?它的机理是什么?刚开始研究时,整个研究小组对此一无所知。

  “开始裸眼3D技术研究时,国内外都处于起始阶段,公开的资料和文献都非常稀少。”梁发云回忆起当时的情景。在佩戴式3D的原理基础上,利用光学技术改变显示器上两幅图像的光线走向使之分别投入到人的左右眼,达到图像的准确观看,需要光学技术、电子技术和软件技术的精巧配合,而光学的机理是实现裸眼3D观看的关键所在。在强烈的使命感驱使下,除了沉下心来、耐住寂寞、持之以恒地进行科研攻关,梁发云似乎别无选择。

  一手摘录笔记,一手翻英汉词典,这是着手课题研究前几个月的真实写照。在2002年,裸眼3D技术相关研究的国内外文献极其稀少,为了获得最新的与课题相关的信息,梁发云需要广泛搜集和翻阅国际上相关研究资料。回忆起这段“蚂蚁啃骨头”的经历,他风趣地说:“文献调研后,我的英语水平大幅度提升。”

  寻求突破,“执着”攻克难关

  一切科研成果,只有当它应用于社会生产时,才能体现出它的价值。梁发云深谙此理。“实现裸眼3D技术,关键在于控制光线走向,设计出最优光路图。”他告诉记者。由于对应于双眼的图像没有物理光学通道,需要在平板显示器表面设置光线分离装置,经过无数次计算和仿真,他终于通过编程寻优获得了可实现双视图分离的光路图。

  光路图的正确与否需要实验验证,他又根据当时刚成为计算机配置的液晶显示器面板参数设计了光学元件。接下来的工作是找到相应的光学仪器厂、生产光学元件、复原光路图,但是,找到适合的元件加工单位并没有想象中那么简单,要么有些单位没有加工能力,要么精度与尺寸存在偏差。为了寻找最适合的加工单位,梁发云跑遍了沿海各大城市寻访制造厂。几乎是在“鞋底磨穿”之时,深圳某工厂答应制作元件。

  2003年11月,国内第一台裸眼立体显示器样机正式诞生。屏幕大小为15英寸,外观看起来就像普通的液晶显示器,但仅制作样机就花费近万元。

  有了样机,但它是否符合3D显示的双视图要求,怎样证明观看者左右眼确实看到了对应的图像?如何给出鉴定数据?此时,研究工作重心转向了技术质量评价方法的研究。当时,政府计量部门还没有对裸眼3D设备技术质量进行测试的装备,学术界也没有涉足此项研究。

  可行的测试方法困扰了很久,也进行了多次的尝试。在一次观看裸眼3D显示器样机时,梁发云忽然思维一亮:既然3D图像是眼睛观看的,何不使用CCD相机来测试眼睛观看3D显示器时获得的图像?或许能找出技术质量测试的重要线索。根据这一设想,梁发云与课题组成员设计了能在亚屏幕上显示测试图案的软件和CCD传感器定位装置。传感器在显示器前方的空间里密集移位拍照,亚屏幕上的目标图案被完整记录下来。实验结束后,对几百张图片进行分析,发现有些照片里只有一个清晰的亚屏幕测试图案,而另一个亚屏幕测试图案非常暗淡。这是一个重要的发现!

  又经过数月的调试、反复实验,终于获得了裸眼3D显示器技术质量评价的重要方法,提出了“立体度”和“独立视区”来描述该技术的技术质量,从而为新型显示技术的发展解决了重要的瓶颈问题。

  乘胜追击,“创新”主导产业

  初战告捷,梁发云决定乘胜追击。此时,随着科技的发展,3D技术已经逐渐深入到了普通民众的生活。笔记本电脑、一体电脑、液晶显示器、液晶电视等多条产业链已经瞄准3D产品,一场技术革命已是“山雨欲来风满楼”。

  经过缜密分析,梁发云将研究工作的重点锁定在实际应用方面,包括扩大应用范围使之在不同的领域发挥重要的作用;完善裸眼立体电视的产品化设计;进一步研究不同尺寸屏幕下的裸眼立体技术;尝试裸眼立体技术的不同实现方法等等。多年来兢兢业业的研究,让他投身的几个研究项目均取得了突破,包括裸眼立体技术基础理论及定标模型和应用研究、裸眼3D液晶屏组件成套技术研究开发、南昌市中小企业技术创新基金项目基于光学差分技术的自适应裸眼3D显示产品。

  普通的3D电影实际上是用两台摄像机从两个不同方向同时拍摄,制成立体电影胶片。放映时,通过两个放映机,把拍摄的两组胶片同步放映,这时通过肉眼观看屏幕一片模糊,而戴上立体助视眼镜后,一切看得清清楚楚,观众感觉自己如同身在电影节目中。而梁发云研究的裸眼3D技术则是使用光学差分板固定在液晶显示屏的前面或后面,构成前置式或后置式的裸眼3D液晶屏,左右眼图像分别显示在奇列和偶列构成的亚屏幕上,其光学差分组件改变图像显示单元上的左右图像传输光线,在观看区域会聚后形成左右眼独立视区,双眼接收到的图像各自独立、互不干扰,从而获得立体视觉效果。

  一路耕耘,一路收获。在数年研究中,研究团队提出了亚屏幕分区、独立视区等概念,完善了裸眼3D技术的光学机理研究;探索了立体度参数及相应测试方法,完成裸眼式3D显示器的质量评价和视觉特性测试研究;提出一种具有特色的不同于柱透镜原理的自动多视点技术实现方法,在眼镜识别与跟踪算法和播放软件等方面进行了深入研究;设计并研制了视差分离光学板,开发了前置式和后置式的多种规格尺寸的裸眼3D显示器样机。其中的一些主要创新点,更是让国内外专家侧目不已,包括:亚屏幕和独立视区的概念;立体度参数评价方法;裸眼3D显示器视觉特性测量;自动多视点技术等。

  功夫不负有心人,梁发云博士的研究成果得到了越来越多的肯定与赞誉。他先后取得多项国家专利,获得数项江西省高校科技成果奖。2012年12月,江西省教育部门在南昌组织有关专家召开了“裸眼3D技术理论及应用研究”科技成果鉴定会。专家们一致认为,项目研究内容及成果丰富,创新性明显,在裸眼3D技术参数评价方法和自动多视点技术研究方面达到了国内领先水平,具有重要的理论意义和实际应用价值。

  践行不止,“实战”改变未来

  建为用,用为“战”。将科研成果尽快转化,形成生产力,既是工科科学研究的目标,也是在目前产业转型和倡导实体经济建设大背景下的一种果敢尝试。在取得了一些科研成果之后,梁发云果断地将目标投向了科技产业化。

  2010年4月,他组建了南昌兴亚光电科技发展有限公司,专注于裸眼3D技术产品的研制与开发。初期试制17英寸产品经过小批量试用,用户反映3D效果明显。目前,公司正在开发10英寸以下小尺寸产品。以裸眼3D屏为基础,开发嵌入式电路系统和应用软件,在ARM高频芯片上组建平板电脑系统及应用系统,研制裸眼3D视觉传感器以及图像视频播放软件。梁发云希望产品完善后,尽快投入市场。

  由于小尺寸裸眼3D系统应用面广、经济价值高。可广泛应用于平板电脑、手机系统、车载系统、智能小区门禁系统,所以受到了社会各界的广泛关注。目前,已经得到科技部中小企业创新基金支持,并融资批量生产。

  在不断的思考中享受科研的奥妙,在不断的创新中欣赏初升的旭日,在自由想象的空间探索纷繁万千的自然。梁发云就这样一路走来,十年如一日,在科研的沃土上,不断耕耘,不断收获。对于未来,梁发云表示,他将继续聚焦科技产业化研究,尽快突破3D图像处理技术研究、3D传感器技术研究、3D视觉交互技术研究、3D视觉测量技术及其精度理论研究。

  星移斗转,时移物换。在人们追逐尽善尽美的视觉享受时,裸眼3D技术终将成为未来显示设备的主流标准。它在中国的开发与应用,开启了福泽未来的产业变革,这得益于梁发云多年知识积淀的厚重凝结。穿越技术瓶颈,纵横科技天地,呈现给人们一种历经磨砺后的波澜壮阔,这片独有的大景象,更勾勒出了这位高知学者心中的丘壑人生。

文章来源或整理来自:立体中国(www.cnliti.com)

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