3.1 色差式3D显示技术

色差式3D显示技术处理的是特定波长光线的分离与复合，根据波长分离方法的不同分为宽带分色3D显示技术和窄带分色3D显示技术。

3.1.1 颜色视觉理论与分色3D显示

当眼睛接受光的刺激时，眼睛的生理结构特征会影响人对色彩的感觉，使人眼感知到的色彩未必与客观存在的物理光色相符。这种色彩物理性质之外的色彩视觉生理特征，可以用于3D显示。

1．颜色视觉理论

在视神经系统中有三种反应：光反应、红−绿反应、黄−蓝反应。对于视觉中红−绿、黄−蓝这四种对立色的科学验证符合赫林四色学说。四色学说以视觉现象为依据，曾经以白−黑、红−绿、黄−蓝三对视素对立过程的组合，解释了产生各种颜色感觉和颜色混合现象的原因。红−绿，黄−蓝，一正一负的对立反应，就产生补色反应：红−绿反应分为红兴奋、绿抑制和绿兴奋、红抑制两种反应；黄−蓝反应分为黄兴奋、蓝抑制和蓝兴奋、黄抑制两种反应。

根据补色的视觉原理，如果两种颜色能产生灰色或黑色，则这两种颜色就是互补色。互补色的配合是调和的，因为人在注视某一颜色时，总是欲求与此相对应的补色来取得生理的补充平衡。把某一种颜色称为对比色，完全不含对比色彩的颜色就称为补色。在图3-1所示的色相环中，位于直径两端的两种颜色相距180°，色距最远，对比关系最强烈。这在色彩学中被称为互补色相对比，就视觉来讲则是强对比。对比色与它的补色靠近时，看起来更鲜艳：蓝色显得更蓝，橙色显得更橙。

补色的定义是在减色法系统中被其中某种原色吸收的颜色。青的补色是红，品红的补色是绿，而黄的补色是蓝。人眼看到的颜色是经物体反射或透过的色彩，所以把一个品红色滤光片叠加在一个黄色滤光片上，看上去就会呈现红色，因为品红色吸收了绿色并反射或透过红色和蓝色，而黄色吸收了蓝色并反射或透过红色和绿色，它们都可以反射或透过的颜色就是红色，所以看到了红色。

2．分色3D显示原理

加色法系统中的RGB三原色，或者减色法系统中的CMY三原色，每种颜色都具有独立性。三原色可以合成其他任何一种可见光的颜色，三原色中任何一颜色都不能用其余两种颜色合成。基于这种颜色独立性形成的分色3D显示技术，其原理与图3-2所示的光通信波分复用技术原理类似。对每个独立的颜色（一般为两个互补色）进行数据（文本、视频等）调制后叠加在同一个显示面上，每个独立的颜色数据都在它独有的色带内传输，当用滤波镜片把独立的颜色数据分离出来分别送入左右眼后，根据双目视差原理在大脑中合成一幅3D图像。

分色3D显示技术最常见的应用是利用互补色原理生成红/蓝（青）3D图像，实现3D显示。3D图像是由显示屏上存在的两幅经过滤光并存在一定位错的图像叠合而成。其中，一幅图像被滤去了红色而呈青色，被左边的青色眼镜片过滤后进入左眼，叠合时稍微偏左（或偏右）；另一幅图像被滤去了蓝色和绿色而呈红色，被右边的红色眼镜片过滤后进入右眼。由于红/青两色为互补色，红色镜片会滤掉画面中的绿色，青色镜片会滤掉画面中的红色，这样就确保了左眼只能看到青色图像，右眼只能看到红色图像。分别进入左右眼的两幅图像，有的成像点重合时为零视差，立体感知位置在显示屏上；有的成像点重合时为正视差，立体感知位置在显示屏后方；有的成像点重合时为负视差，立体感知位置在显示屏前方，综合后就是一幅3D图像。

3.1.2 宽带分色3D显示技术

宽带分色3D显示技术使用两种宽带滤波镜片分别承载颜色互补的左眼图像和右眼图像，叠加复合后形成左右微错的分色图，通过大脑的融合形成3D显示效果。根据宽频带分色眼镜使用效果的不同，宽带分色3D显示技术分为黑白双色眼镜法和彩色双色眼镜法。

1．黑白双色眼镜法

根据分色系统的不同，黑白双色眼镜法分为减色法和加色法两种方式。

减色法主要用于印刷图像，也曾经用于3D电影。用减色法放映3D电影时，把印有视差图像对的左右眼图像的两条胶片分别染成红色和青色（或其他两种互补的颜色），用两台放映机同步地将其叠映成一个画面。也可以将立体图像对中的左右眼视差图像印到同一条胶片的正反两面，并使左右眼视差图像分别为红色和青色，然后用单台放映机放映。观众的眼镜片左眼为青色滤光片，右眼为红色滤光片，即眼镜的颜色和所看图像的颜色互为补色。所以，通过滤光片看到的图像既不是红色，也不是蓝色，而是黑白色。

加色法是用两台放映机同步放映两条分别印有视差图像对的左右眼视差图像的胶片，在银幕上形成叠加的双影图像。在左、右放映机镜头前，分别加装红色和青色滤光片。观众的左眼镜片为红色滤光片，右眼镜片为青色滤光片，使左眼和右眼只能分别看到左机和右机所放映的互补色图像，最后合成3D视觉感受。

黑白双色眼镜3D显示方法简便易行。但由于红/青眼镜有严重的遮蔽感，同时画面上3D纵深感和偏色问题都大大影响了观看效果。如图3-3所示，由于每只眼睛接收到的视差图像都经过眼镜的光谱过滤，所以亮度、颜色饱和度都被滤掉了一部分，看到的3D图像比实际的2D图像亮度要低，颜色要淡，看到的左右眼视差图像存在一定程度的相互串扰，无法还原被显示图像的真实颜色。再加上不同波长的光分别进入两眼，容易造成视疲劳。

2．彩色双色眼镜法

人眼的水晶体相当于一块凸透镜，对蓝光的焦距总要比对红光和绿光的焦距短一些。彩色双色眼镜法就是利用红色和绿色图像来抓住景物的细节，把含有景物细节的红/绿视差图像独立地分配给左眼（或右眼），把带有深度线索的蓝色图像分配给右眼（或左眼）。由于右眼几乎看不到红/绿图像，因而可使蓝色图像对焦更精确。

利用这种原理开发的ColorCode 3D系统由两个部分组成：一个是图像编码处理工艺，提供符合特定要求的视差图像对，左眼视差图像由红色和绿色两种原色组成，右眼视差图像由蓝色组成；另一个是双色眼镜，由一对相互匹配的具有复合光谱曲线的滤光片构成，左眼镜片为琥珀色（即红绿色光的混合色），右眼镜片为蓝色。

从本质上看，色彩信息通过琥珀色滤光片传递，而视差信息则通过蓝色滤光片传递。当不戴任何滤光片，用裸眼观看ColorCode 3D影像时，所看到的图像实质上与普通彩色图像相近，只是其反差略高，并且在远方及边缘明锐的物体周边有模糊的金色及青色水平晕边出现。一旦戴上ColorCode观看器则上述晕圈自然消失，色彩平衡重新建立，所见图像立即变为彩色3D图像。

3.1.3 窄带分色3D显示技术

窄带分色3D显示技术使用窄带滤波器分离左右眼图像。基于光谱分离技术的3D显示通过窄带三基色分别滤波和复用，可以实现彩色3D显示。但是，与其他3D显示技术相比，窄带分色3D显示技术的色彩饱和度偏低。

1．光谱分离3D显示

人眼对红色、绿色、蓝色光的感知各有一个光谱范围。在表3-1所示的以光谱峰值响应波长λmax为中心的半峰响应宽度Δλ范围内，人眼都能很好地识别出三原色。即在红、绿、蓝三基色的峰值响应波长上，人眼对三原色的光谱是最敏感的；而在半峰响应宽度内，人眼对三原色是可识别的。

光谱分离技术的实现原理如图3-4所示。将彩色的图像信号在光谱红色区、绿色区和蓝色区各分出两个更窄的光谱带，峰值波长较短的RGB窄带光谱构成一组，作为左眼光谱图；峰值波长较长的RGB窄带光谱构成另外一组，作为右眼光谱图。左右眼光谱图上的RGB窄带光谱分别对应左右眼视差图像的信息，保证左右眼视差图像对的高度分离。

采用图3-5所示的光谱分离技术，分离出来的左右眼光谱都是窄光谱带。实际使用时，为了消除同色干扰，光谱带将更窄。所以，光谱分离3D彩色显示技术属于窄带分色3D显示技术。如图3-5所示，在红、绿、蓝三原色的半峰响应宽度内，对左右眼视差图像的红、绿、蓝光谱进行滤波，分别过滤出对应左右眼视差图像的峰值波长不同的两组透射窄带光谱。例如，在Δλ允许的范围内选两组红、绿、蓝窄带光谱，其峰值波长分别为：①红/629 nm，绿/532 nm，蓝/446 nm；②红/615 nm，绿/518 nm，蓝/432 nm。左右视差图像的信息由这两组红、绿、蓝窄带光谱传递，从而实现左右视差图像的高度分离。

采用滤波片和投影机的组合，可以容易地实现光谱分离3D显示。通过特定的滤波片对左右眼视差图像进行光谱滤波，从而得到具有特定光谱的左右图像；滤波后的左右图像分别通过两台投影机投射到屏幕上，观看时佩戴对应的窄带滤波眼镜，左右眼就只能看到对应的视差图像，从而形成彩色3D图像。

光谱分离3D显示技术采用光谱分离的方法实现左右眼立体图像的分离，根据不同色光的波长不同将图像进行区分，没有任何的信号转换处理过程，实现左右眼立体图像的高度分离。

2．时间分色3D显示

除采用两个RGB颜色过滤膜片的空间分色法外，还可以采用高速转动RGB分色色轮或倍频驱动的时间分色法。

采用120Hz或240Hz倍频驱动的LCD先后显示左右眼视差图像，通过光谱分离原理进行编码，使每幅图像具有A组和B组两组不同的RGB窄带光谱。显示第一帧画面时，LED背光源先发出对应A组的RGB窄带光谱光源，经过窄带滤波眼镜的左眼滤波作用，只让左眼视差图像进入左眼。显示第二帧画面时，LED背光源随后进行切换，发出对应B组的RGB窄带光谱光源，经过窄带滤波眼镜的右眼滤波作用，只让右眼视差图像进入右眼。在时间上先后分离的左右眼视差图像进入人眼后，形成3D图像。