Артефакты, вносимые 3D дисплеем

Даже при идеальной съёмке, передаче и получении стереопары могут проявиться артефакты вследствие различных технических ограничений стереоскопического дисплея. Ярко выраженным артефактом в авто-стереоскопических дисплеях являются перекрёстные помехи, вызванные неидеальным разделением «левого» и «правого» изображений. Они воспринимаются зрителем, как ореолы (двоения) изображений, а к двум основным факторам их появления следует отнести положение зрителя и качество работы оптического фильтра.

Из-за размеров субпикселей существует целый диапазон положений наблюдения, для каждого из которых ряд субпикселей будут частично перекрыты параллакс-барьером или окажутся почти в фокальной плоскости соответствующего линзового растра. Из этого следует, что видимость каждого изображения постепенно изменяется, как функция угла наблюдения (рис. 5а). Такое свойство объясняет наличие оптимальных областей наблюдения, где два изображения наилучшим образом разделены (помечено цифрами “I” и “III” на рис. 5а), и промежуточной области (помечено цифрой “II”), где наблюдается наложение изображений. Однако даже в области оптимального наблюдения изображение «для соседнего глаза» подавляется не полностью – например, часть света может пройти через параллакс-барьер (рис. 5б), и этим определяется минимальный уровень перекрёстных помех авто-стереоскопического дисплея.

а б

в г д

Рис. 5 Причины перекрестных помех в портативных 3D дисплеях:

а – положения наблюдателя; б – оптические свойства фильтра;

в, г, д – фотографии, снятые с дисплея из положений I, II, III, указанных в а.

Для измерения перекрёстных искажений создаётся тестовая стереоскопическая пара, на которой изображение для левого глаза состояло из вертикальных полос, а изображение для правого глаза – из горизонтальных. Затем стереопара показывается на 3D дисплее с использованием параллакс-барьера и фотографируется из углов наблюдения, отмеченных на рис 5а цифрами “I”, “II” и “III”. Пример полученных фотографий приведён на рис. 5в, г, д.

Между субпикселями авто-стереоскопического дисплея есть тёмные промежутки. Они хорошо заметны при определённых углах наблюдения. Когда зритель придвигает или удаляет от себя экран, он воспринимает данный эффект как изменение яркости, создающее то светлые, то темные вертикальные полосы по изображению. Такой эффект известен как эффект полосатости или частокола, его наглядно иллюстрирует рисунок 6. Для ослабления эффекта оптический фильтр устанавливают с наклоном относительно пикселей на экране. Слежение за положением зрителя относительно экрана также может помочь снизить данные артефакты.

Рис. 6 Эффект полосатости / частокола.

Артефакты «полосатости» могут быть измерены после установки максимальной яркости на всех пикселях дисплея. На прямой, перпендикулярной к центру дисплея, выбирается определённое количество точек наблюдения. Расстояние, на котором «полосатость» наименее заметна, следует считать оптимальной дистанцией просмотра дисплея. Для других расстояний «полосатость» обычно проявляется в виде вертикальных полос, подобных полосам на рис. 6. В горизонтальном направлении видимая яркость экрана периодически изменяется, а в вертикальном она довольно постоянна. Диапазон изменения яркости может быть оценён измерением максимальной яркости в центре светлой полосы и минимальной яркости в центре тёмной полосы.

Большинство 3D дисплеев имеют разрешение по горизонтали вдвое меньшее, чем по вертикали, поскольку только половина субпикселей строки формируют одно из пары изображений. Для этого требуется осуществить пространственное прореживание каждого изображения, прежде чем произвести их мультиплексирование. Чтобы избежать появления эффектов ступенчатости на прореженном изображении, следует применить правильно спроектированные предварительные фильтры. В зависимости от свойств оптического фильтра на 3D дисплеях эффект ступенчатости может вызывать ложные цвета (показано на рис. 7а) или появление муара (рис. 7б).

а б

Рис. 7 Эффект ступенчатости (aliasing) на стереоскопическом дисплее:

а – ложный цвет; б – муар.

Автостереоскопические дисплеи, в которых используется параллакс-барьер, обычно имеют много чередующихся зон «левого» и «правого» изображений, как показано на рис. 8. Такой дисплей могут смотреть сразу несколько зрителей, наблюдающих экран под разными углами, например, находящиеся в позициях «1» и «2» на рисунке 8. Зато зритель в позиции «3» увидит псевдо-стереоскопическое (также известное, как инвертированное стерео) изображение. Для одного зрителя такое явление можно устранить, применив слежение за лицом зрителя и алгоритм, который будет менять местами на дисплее «левое» и «правое» изображения с тем, чтобы приспособиться к зрительскому углу обзора.

Рис. 8 Положения наблюдения стереоскопического

и псевдо-стереоскопического изображений;