裸眼3D：凭借多眼显示及全景方式扩大观看范围（五）

通过背照灯来追踪观看者的位置

　　除了使视差光栅移动之外，还有利用前照灯来扩大观看范围的方法。可通过控制背照灯来扩大观看范围。其基本思路是通过移动背照灯来追随观看者的位置（图5）。采用在液晶面板与背照灯之间配置透镜的结构。下面以观看者的右眼观看右眼用图像时为例，对该方法的机制做一介绍。假设现在观看者的右眼正在观看右眼用图像。这时观看者向左方移动的话，就使发光部追随观看者的动作向右方移动。通过这一操作，能够使右眼用图像送达右眼。这就是控制背照灯扩大观看范围的基本概念。在使图像送达左、右眼的手段中，还有以时间分割方式来显示右眼用图像和左眼用图像的方式，以及使用半反射镜合成右眼用图像（或左眼用图像）的技术。要想供多人观看时，只需根据观看者的数量来控制发光部即可，可非常轻松地实现。 
  
图5：通过移动背照灯来扩大观看范围
利用头部跟踪来捕捉观看者的移动，并配合对背照灯的控制，便可扩大观看范围。

　　这种追随观看者的眼睛来移动发光部，从而总是可实现立体视觉的概念得到了德国SeeReal公司的采用。该公司通过对液晶面板的光源进行控制，实现了微小的线状发光，并通过组合使用微小透镜和微小发光部，实现了与普通液晶面板相当的薄型化。

分辨率劣化明显的多眼显示

　　下面介绍通过多眼显示来扩大观看范围的方法。在裸眼式三维显示器中，目前多眼显示或全景方式受到越来越多的关注。笔者等组成的研究小组也在进行多眼显示的研究，目标是实现大观看范围，并利用运动视差提高立体视觉效果。

　　对多眼显示进行研究时，必须要注意的是越是多眼，图像就越差现象。换句话说，增加视点数量，分辨率就会随之下降。具体而言，2视点时降至1/2，4视点时降至1/4，8视点时降至1/8。虽然分辨率变差是不可避免的问题，但通过开发能够减轻这一问题，力争达到使观看者不易察觉的程度。

　　多眼显示的优点在于不易出现逆视现象。2视点时，观看距离适宜且位于正前方的观看者能够充分体验到立体视觉。不过，位置稍有偏移的话就会出现逆视现象，形成逆视的概率达到50％之多。而4视点时，液晶面板的像素中有1、2、3、4四个图像按照各个像素交替显示（图6）。 在液晶面板上设置视差光栅的话，1的可见区域、2的可见区域、3的可见区域、4的可见区域就会交替延续。1和2配对为正视，2和3配对为正视，3和4配对为正视，而4和1配对时立体信息颠倒，从而造成逆视。也就是说，逆视的比例为25％。而反过来看，即使偏离了适看距离，屏幕内仍有约75％为正视区域，因此容易获得立体视觉。
　图7列出了笔者等在三洋电机开发的多眼显示方式的技术特点。原来的方式采用视差光栅、即条纹状的开口。图7（a）是通过开口观看液晶面板时的状态。该方式为4眼显示，在液晶面板上按照1、2、3、4、1、2、3、4的顺序横向依次显示视点图像。图7（a）为只观看4的像素时。白色方框圈起来的部位相当于一个三维图像的每视点的像素的大小、即立体图像的1个像素。将像素的纵向长度设定为a的话，那么横向长度就达到了4倍。由于像素的纵横比变成较差的1比4，且横向非常长，因此存在与理想的1比1相背离的问题。

　　如图7（a）所显示的那样，分辨率只在水平方向上降低。水平方向的分辨率降至1/4，而垂直方向的分辨率未下降。人眼对水平方向的分辨率较为敏感，因此水平方向降至1/4的话，就会给人以分辨率确实变差的感觉。

图7：阶梯光栅方式的4眼显示
通常的视差光栅方式使用条纹状的光栅（a）。而阶梯光栅方式使用阶梯状的光栅（b）。由此将像素纵横比改善到了9比4。

　　为了弥补原来的条纹光栅方式的缺点，三洋电机开发了利用阶梯光栅的方式。与条纹状不同，该方式呈阶梯状设置光栅开口（图7（b））。在1、2、3、4四个视点图像中，从4的视点来看一下阶梯光栅方式的特点。RGB在纵向上错开配置，由RGB构成的像素的尺寸在纵向上变为3倍。而横向上以RGBR为一个像素，长度变为4a/3。图像纵横比为9比4。

　　9比4的比例与原来方式的4比1相比更接近1比1的比例，从而改善了分辨率下降的比重。水平方向降至3/4，垂直方向降至1/3，说起来还是垂直方向的降低程度较大，但水平方向却控制在了3/4，因此就图像而言是适当可行的手段。

　　利用该阶梯光栅方式，笔者等于2002年开发出了使用22英寸QUXGA-W级900万像素高分辨率液晶面板的7视点型三维显示器。之后又于2003年开发出了40英寸WXGA级的、可在二维与三维间切换的4视点型三维显示器。