裸眼3D技术，引领视觉盛宴新潮流
作者：张晗
来源：《海峡科技与产业》2014年第03期
        随着科技的不断发展，电影行业不断提高现代人的口味，将3D技术应用到了电影中，制作出了立体电影，这使人们在观看电影的过程中犹如身临其境，感受到前所未有的真实感与震撼力，唯一美中不足的是观看3D电影需要戴眼镜，否则就享受不到立体电影的魅力所在。如何打破这一瓶颈，开发裸眼3D技术成为了备受社会各界关注的科研话题。
        科技攻关，追求卓越
        毕业于合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，目前担任南昌大学机电工程学院副教授的梁发云，在第一次体验立体电影时就发现了戴镜观影的不便，便萌发了破解裸眼立体技术的想法。经过艰苦卓绝的反复实验攻关，他带领研究团队在裸眼3D技术、机器人立体视觉交互技术等领域做出了出的成绩，获多项科技成果奖，并承担国家自然科学基金、省部级科技项目的研究工作。
        艰难起步，敢为人先。在2002年梁发云攻读博士学位期间，“裸眼立体显示技术研究”正式立项，梁发云也顺势开始了对裸眼3D技术难题的研究。十几年如一日，他始终坚信，想要建立我国在3D技术上的主导地位，必须在关键技术、行业核心技术上走自主研发的可持续发展道路，于是他带领科研团队潜心研究，不断打破裸眼3D技术瓶颈，成为国内该领域研究的先行者。
        梁发云的研究并未从最初使他萌发想法的3D电影开始，而是首先从飞行员训练的角度出发的。因为飞行员上天前通常要进行模拟训练，模拟训练所使用的屏幕是立体三维才能达到与上空时同样的场景，才能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。“为了更加逼近真实感觉，减轻飞行员负担，免去戴眼镜带来的麻烦，裸眼体验立体空间的真实性显得迫在眉睫。”梁发云称。
        在进行研究前，由于国内在这个方向上的研究还基本上是空白，公开的资料和文献都非常稀少，导致梁发云的整个科研团队根本不知道从何下手，通过什么样的方法来达到真实场景的显示？它的机理是什么？都无从知晓。但是在强烈的使命感驱使下，他们必须持之以恒地进行科研攻关。
        由于当时可供参考的文献基本来自国外，梁发云为了搜集和翻阅国外的相关研究资料，为自己的科研项目寻求突破口，在开始课题研究的前几个月基本上是一手摘录笔记，一手翻英汉词典。
        裸眼3D技术需在机构、电子、光学三个领域的有机集成，光学机理最为关键。利用光学技术将光学差分板固定在液晶显示屏的前面（或后面）构成前置式与后置式的裸眼3D液晶屏，裸眼3D液晶屏使用TFT LCD作为图像显示单元，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眼图像传输光线，在观看区域会聚后形成左右眼独立视区，双眼接收到各自独立的互不干扰的图像，从而获得立体视觉效果，这是实现裸眼技术的关键所在。
        攻克关键技术，初战告捷
        科研攻关，必须抓住关键点。梁发云通过长期思考，认为裸眼3D技术关键在于控制光线走向，设计光路图。按照图像分离原理，通过仿真，经过无数次尝试，他终于通过编程寻优获得了可实现双视图分离的光路图。这意味着研究的最大难题基本攻克。光路图的正确与否需要实验验证，因此必须寻有实力的光学仪器厂生产光学元件，复原光路图。为了寻
元件加工单位，他不辞辛劳，跑遍了全国各大城市，考察了多家光学仪器厂，经过深思熟虑，最终与深圳的光学仪器厂达成合作。
        2003年11月，国内第一台裸眼立体显示器样机终于正式诞生，屏幕大小为15英寸，外观看起来就象普通的液晶显示器，通过演示，样机基本达到裸眼立体的效果，为裸眼3D技术的发展打开了艰难的一页。
        样机研制成功了，但是其质量是否能达到满意的效果呢？梁发云的研究工作重心开始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的案例。梁发云与课题组成员只能尝试自己攻关，经过反复推敲，在使用CCD相机来测试眼睛观看3D显示器时获得的图像上到了突破口。他们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。经过对几百张图片进行分析，终于有了重大发现，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。又经过反复调试和实验，课题组终于获得了裸眼3D显示器技术质量评价的重要测试方法，提出了3d立体电影“立体度”和“独立视区”来描述该技术的技术质量，从而攻克了裸眼3D显示这种新型显示技术发展的重要瓶颈问题。
        目前，裸眼立体技术的关键部分已经完满解决，该技术的主要创新点可以总结为提出了亚屏幕和独立视区的概念，完善了裸眼3D技术的光学机理研究；提出了立体度参数评价方法，为裸眼3D显示器的技术质量评价提供了一种有效的测试手段；提出了基于眼睛跟踪的自动多视点技术的实现方法，提高了亚屏幕图像的分辨率。为我国裸眼3D技术的进一步研究打下了科研基础。
        就这项研究，梁发云共发表学术论文20余篇，并申请了多项专利，获得数项江西省高校科技成果奖。2012年12月16日在江西省教育部门组织召开的“裸眼3D技术理论及应用研究”科技成果鉴定会上，对该项研究的鉴定结论为“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。”这些都是对他个人及其科研成果的充分肯定。
        实践应用，打造全新的视觉冲击
        每一项科研成果都是为实践应用铺路的，因为只有将科研成果转化为生产力，才能创造更大的价值。裸眼3D显示器的研究成功只是梁发云研究工作的开始，更艰难的课题是裸眼3D显示器的普及应用。比如扩大应用范围使之在不同的领域发挥作用。完善裸眼立体显示器
的产品化设计，进一步研究不同尺寸屏幕下的裸眼3D技术以及尝试裸眼立体技术的不同实现方法等等。怎样才能让自己的科研成果更好的为国家和人民创造价值，成为了梁发云和他的课题组的又一新课题。
        付出总是有回报的，多年的兢兢业业，换来了硕果累累，梁发云的研究团队在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、基于光学差分技术的自适应裸眼3D显示产品等项目上都取得了突破性的进展。研究成果中的一些主要创新点，即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，更是让国内外专家侧目，受到业界专家学者的关注。
        2010年4月，梁发云毅然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。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。他顺应时代的潮流，将裸眼 3D技术广泛应用于台式计算机显示器、笔记本计算机显示器、3D广告机、移动3D电视、手机、平板电脑等领域，给人们带来了不一样的视觉冲击，具有巨大的市场价值，有专家预言：“裸眼3D技术将引领一场前所未有的科技革命和产业革命。”
        产业化发展，拓展未来视野
        在市场经济体制下，最前沿的科研成果必将对经济发展起到巨大的推动作用。于是在目前产业转型和倡导实体经济建设大背景下，梁发云果敢尝试，在取得了一些科研成果之后，毅然将目标投向了科技产业化。他组建的科技公司就是他将裸眼3D技术产品推广并将其产业化发展最好的平台。
        梁发云准确把握市场脉搏，瞄准裸眼3D产品的市场前景，在公司发展的最初阶段，他们试制了17英寸产品并进行了小批量试用，用户反映3D效果明显。这让他更加信心满满，不断加快了公司的产业化步伐。根据市场调查，他们得出小尺寸裸眼3D系统应用面广、经济价值更高的结论，于是公司不断致力于开发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。这也受到社会各界的广泛关注，并已经得到科技部中小企业创新基金支持，融资支持裸眼3D产品批量生产，给公司带来巨大的经济效益的同时，也带来了极大的社会效益，推动了我国经济建设的加速发展。
        公司还不断尝试将裸眼3D技术应用于更加广泛的领域，包括车载系统、智能小区门禁系统等，并取得了很好的效果。2013年国庆期间，裸眼3D技术应用到了天安门广场“大花篮”
的搭建之中，业内有专家认为，这意味着需要专业辅助器才可实现的3D技术即将被裸眼3D技术取代，更标志着我国裸眼3D技术研究取得了重大突破。梁发云介绍说：从专业技术角度来说，裸眼式3D可分为光屏障式柱状透镜技术和指向光源，其最大的优势便是摆脱了眼镜的束缚，但是分辨率、可视角度和可视距离等方面存在不足。不过，经过多年的研究，裸眼3D技术的弊端已经基本被解决。
        对于裸眼3D技术的未来发展方向，梁发云认为，实现裸眼3D技术的产业化发展是未来的必然趋势，裸眼3D技术未来可广泛应用于多个领域。裸眼3D技术是影像行业的最新、最前沿的高新技术，它的出现和发展改变了传统平面图像给人们的视觉疲惫，也是图像制作领域的一场技术革命，是一次质的变化，在未来有着广阔的前景。
        目前，裸眼3D已经在一些电子产品覆盖的主要领域铺开，已上市的裸眼3D产品主要有裸眼3D手机、裸眼3D电视、裸眼3D笔记本，裸眼3D摄像机等等。同时，梁发云也表示，要实现裸眼3D技术的产业化发展，目前还需深入研究3D图像处理技术、3D传感器技术、3D视觉交互技术以及3D视觉测量技术及其精度理论。他也将带领科研团队继续攻关，继续走在裸眼3D技术及产品研究开发的前沿。
        披荆斩棘，勇攀高峰
        作为工学博士，副教授，硕士生导师，梁发云桃李天下，将自己多年的科研知识、经验和成果传授给了热爱科研的新一代。作为科研人员他呕心沥血，专注于裸眼3D技术、虚拟现实技术、智能化仪器仪表的研究，为祖国的科研事业做出了突出贡献。他先后在国营企业、船舶重工集团研究所、高新技术企业任职。主持及参与多项研究课题，主持江西省教育厅一般科技项目一项、重点项目一项（裸眼立体技术基础理论及定标模型和应用研究）、重大产学研项目一项（裸眼3D液晶屏组件成套技术研究开发），主持中小企业科技创新基金项目。他研究的“裸眼3D技术理论及研究”获得了高等学校科技成果奖。
        对于未来，梁发云执着追求，他将继续行走在科研的道路上，不断耕耘，不断收获。
        裸眼3D技术必将为人类带来前所未有的视觉盛宴，成为未来显示设备的主流标准。它在中国的成功开发与应用，开启了福泽未来的产业变革。穿越技术瓶颈，纵横科技天地，呈现在人们面前的是历经风雨后的碧海蓝天，抒写了这位高知学者不平凡的人生，预示着他更加辉煌的未来。梁发云怀着对科研事业的热爱和对祖国培育之情的感恩，继续攀登高峰，为“中国梦”的实现奉献终身。