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Schermo stereo
May 04, 2017

Un display stereo (anche display 3D) è un dispositivo di visualizzazione in grado di trasmettere la percezione di profondità al visualizzatore mediante stereoscopia per la visione binoculare.


Tipi - Stereoscopia vs 3D

La tecnica di base dei display stereo è quella di presentare immagini offset che vengono visualizzate separatamente all'occhio sinistro e destro. Entrambe queste immagini offset 2D vengono poi combinate nel cervello per dare la percezione della profondità 3D. Anche se il termine "3D" è usato in modo universale, è importante notare che la presentazione di immagini doppie 2D è distintamente diversa da quella di visualizzazione di un'immagine in tre dimensioni complete. La differenza più rilevante per i veri display 3D è che i movimenti della testa e degli occhi dell'osservatore non incrementano le informazioni sugli oggetti tridimensionali visualizzati. Ad esempio, i display olografici non dispongono di tali limitazioni. Allo stesso modo di come nella riproduzione sonora non è possibile ricreare un pieno campo sonore tridimensionale solo con due altoparlanti stereofonici, è altrettanto un sovraccarico della capacità di fare riferimento a doppie immagini 2D come "3D". Il termine preciso "stereoscopico" è più ingombrante del misnomer comune "3D", che è stato radicato dopo molti decenni di abuso ingiustificato. È da notare che anche se la maggior parte delle schermate stereoscopiche non si qualifica come vero schermo 3D, tutti i display 3D sono anche schermate stereoscopiche perché soddisfano anche i criteri più bassi.


Schermi stereo

Sulla base dei principi di stereopsi, descritti da Sir Charles Wheatstone negli anni '30, la tecnologia stereoscopica fornisce un'immagine diversa agli occhi di sinistra e destra dell'osservatore. Di seguito sono riportati alcuni dei dettagli tecnici e delle metodologie utilizzate in alcuni dei sistemi stereoscopici più noti che sono stati sviluppati.


Immagini side-by-side


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"L'uccello precoce cattura il verme" Stereograph pubblicato nel 1900 dalla North-Western View Co. di Baraboo, Wisconsin, digitalmente restaurato.

La fotografia stereoscopica tradizionale consiste nella creazione di un'illusione 3D partendo da una coppia di immagini 2D, uno stereogramma. Il modo più semplice per aumentare la percezione della profondità nel cervello è quello di fornire agli occhi dello spettatore due immagini diverse, rappresentanti due prospettive dello stesso oggetto, con una deviazione minima esattamente uguale alle prospettive che entrambi gli occhi ricevono naturalmente nella visione binoculare.

Se si deve evitare lo sforzo e la distorsione degli occhi, ognuna delle due immagini 2D dovrebbe essere presentata preferibilmente a ciascun occhio dello spettatore in modo che qualsiasi oggetto a distanza infinita visto dal visualizzatore dovrebbe essere percepito da quel occhio mentre è orientato dritto, Gli occhi del telespettatore non sono né attraversati né divergenti. Quando l'immagine non contiene oggetti a distanza infinita, come un orizzonte o una nuvola, le immagini devono essere distanziate corrispondentemente più vicine.

Il metodo side-by-side è estremamente semplice da creare, ma può essere difficile o scomodo visualizzare senza supporti ottici.


Stereoscopio e carte stereografiche

Uno stereoscopio è un dispositivo per visualizzare le schede stereografiche, che sono carte che contengono due immagini separate che vengono stampate fianco a fianco per creare l'illusione di un'immagine tridimensionale.


Spettatori di trasparenza

Le coppie di visualizzazioni stereo stampate su una base trasparente vengono visualizzate con luce trasmessa. Un vantaggio della visualizzazione della trasparenza è l'opportunità di una gamma dinamica più realistica di quanto non sia pratico con stampe su base opaca; Un altro è che un campo visivo più ampio può essere presentato poiché le immagini, illuminate dal retro, possono essere collocate molto più vicino alle lenti.

La pratica della visione di trasparenze stereoscopiche a base cinematografica risale almeno nel 1931, quando Tru-Vue cominciò a commercializzare set di viste stereo su strisce di film da 35 mm che venivano alimentate da un visualizzatore di Bakelite a mano. Nel 1939, una versione modificata e miniaturizzata di questa tecnologia, che impiegava dischi di cartone contenenti sette coppie di piccole lucidi a colori di Kodachrome, è stata introdotta come View-Master.


Display a testa

L'utente indossa tipicamente un casco o un bicchierino con due piccoli display LCD o OLED con lenti di ingrandimento, uno per ogni occhio. La tecnologia può essere usata per mostrare film, immagini o giochi stereo. I display a testa possono anche essere accoppiati con dispositivi di monitoraggio della testa, consentendo all'utente di "guardare intorno" il mondo virtuale spostando la testa, eliminando la necessità di un controller separato.

A causa di rapidi avanzamenti nella grafica computerizzata e la continua miniaturizzazione di apparecchiature video e altre apparecchiature, questi dispositivi cominciano a diventare disponibili a costi più ragionevoli. Gli occhiali da testa o da portare possono essere usati per visualizzare un'immagine visibile imposto sulla vista del mondo reale, creando quella che viene chiamata realtà aumentata. Ciò è fatto riflettendo le immagini video attraverso specchi parzialmente riflettenti. La visione del mondo reale è visibile attraverso la superficie riflettente dei specchi.


anaglifi

In un anaglyph, le due immagini vengono sovrapposte in un'impostazione della luce additiva attraverso due filtri, uno rosso e uno ciano. In un'impostazione della luce sottrattiva, le due immagini vengono stampate con gli stessi colori complementari su carta bianca. I vetri con filtri colorati in ogni occhio separano le immagini appropriate eliminando il colore del filtro e rendendo il colore complementare nero. Una tecnica di compensazione, comunemente nota come Anachrome, utilizza un filtro ciano leggermente più trasparente nei vetri brevettati associati alla tecnica. Il processo riconfigura l'immagine anaglyph tipica per avere meno parallasse.

Un'alternativa al solito sistema di filtri rosso e ciano di anaglyph è ColorCode 3-D, un sistema brevettato di anaglyph che è stato inventato per presentare un'immagine anaglifica in combinazione con lo standard televisivo NTSC, in cui spesso il canale rosso è compromesso. ColorCode utilizza i colori complementari di colore giallo e blu scuro e i colori delle lenti del vetro sono ambra e blu scuro.


Sistemi di polarizzazione

Per presentare un'immagine stereoscopica, vengono proiettate due immagini sovrapposte alla stessa schermata attraverso diversi filtri di polarizzazione. Lo spettatore porta occhiali che contengono anche una coppia di filtri di polarizzazione orientati in modo diverso (in senso orario / antiorario con polarizzazione circolare o ad angoli di 90 gradi, di solito 45 e 135 gradi, con polarizzazione lineare). Poiché ogni filtro passa solo quella luce simile a polarizzazione e blocca la luce polarizzata in modo diverso, ogni occhio vede un'immagine diversa. Questo viene utilizzato per produrre un effetto tridimensionale proiettando la stessa scena in entrambi gli occhi, ma raffigurata da prospettive leggermente diverse. Inoltre, poiché entrambi gli obiettivi hanno lo stesso colore, le persone con un occhio dominante (amblyopia), dove un occhio viene utilizzato di più, sono in grado di vedere l'effetto 3D, precedentemente negato dalla separazione dei due colori.

La polarizzazione circolare ha un vantaggio rispetto alla polarizzazione lineare in quanto lo spettatore non ha bisogno di avere la testa in posizione verticale e allineata allo schermo per far funzionare correttamente la polarizzazione. Con la polarizzazione lineare, ruotando gli occhiali lateralmente, i filtri si allontanano con i filtri dello schermo, causando l'immagine a svanire e per ogni occhio di vedere più facilmente il telaio opposto. Per la polarizzazione circolare, l'effetto polarizzatore funziona indipendentemente dal modo in cui la testa del visualizzatore sia allineata allo schermo, ad esempio inclinata lateralmente o addirittura a testa in giù. L'occhio sinistro vedrà ancora solo l'immagine che è destinata, e viceversa, senza sbiadimenti o crosstalk.

La luce polarizzata riflessa da un normale schermo a video comune perde la maggior parte della sua polarizzazione. Quindi, deve essere utilizzato uno schermo argento o schermo aluminizzato costoso con una perdita di polarizzazione trascurabile. Tutti i tipi di polarizzazione comporteranno un oscuramento dell'immagine visualizzata e un contrasto più basso rispetto alle immagini non 3D. La luce proveniente dalle lampade viene normalmente emessa come una raccolta casuale di polarizzazioni, mentre un filtro di polarizzazione passa solo una frazione della luce. Di conseguenza, l'immagine dello schermo è più scura. Questa oscurazione può essere compensata aumentando la luminosità della sorgente luminosa del proiettore. Se il filtro di polarizzazione iniziale è inserito tra la lampada e l'elemento di generazione dell'immagine, l'intensità della luce che colpisce l'elemento immagine non è superiore al normale senza il filtro polarizzatore e il contrasto totale dell'immagine trasmesso allo schermo non è compromesso.


Metodo Eclipse

Con il metodo di eclissi, un otturatore blocca la luce da ogni occhio appropriato quando l'immagine dell'occhio opposto viene proiettata sullo schermo. Il display cambia tra le immagini sinistro e destro e apre e chiude le persiane negli occhiali o nel visualizzatore in sincronia con le immagini sullo schermo. Questa è stata la base del sistema Teleview utilizzato brevemente nel 1922.

Una variazione del metodo eclipse viene utilizzata negli occhiali LCD. Occhiali che contengono cristalli liquidi che consentono di illuminare la luce in sincronia con le immagini sullo schermo del cinema, della televisione o del computer, utilizzando il concetto di sequenza alternata. Questo è il metodo utilizzato da nVidia, XpanD 3D e precedenti sistemi IMAX. Un inconveniente di questo metodo è la necessità che ogni persona che veda indossare occhiali costosi elettronici che devono essere sincronizzati con il sistema di visualizzazione utilizzando un segnale wireless o un filo collegato. Gli occhiali sono più pesanti dei vetri più polarizzati, anche se i modelli più leggeri non sono più pesanti di alcuni occhiali da sole o occhiali polarizzati deluxe. [4] Tuttavia, questi sistemi non richiedono uno schermo in argento per le immagini proiettate.

Le valvole a cristallo liquido funzionano ruotando la luce tra due filtri polarizzanti. A causa di questi polarizzatori interni, gli occhiali a cristalli liquidi scuriscono l'immagine di visualizzazione di qualsiasi sorgente di immagine LCD, plasma o proiettore, il che ha il risultato che le immagini appaiono dimmer e il contrasto è inferiore rispetto alla normale visualizzazione non 3D. Questo non è necessariamente un problema di utilizzo; Per alcuni tipi di schermi già molto brillanti con livelli neri grigi di colore grigi, i vetri dell'otturatore LCD possono effettivamente migliorare la qualità dell'immagine.


Tecnologia filtrante interferenze

Dolby 3D utilizza lunghezze d'onda specifiche di rosso, verde e blu per l'occhio destro e diverse lunghezze d'onda di rosso, verde e blu per l'occhio sinistro. Gli occhiali che filtrano le lunghezze d'onda molto specifiche consentono all'utente di vedere un'immagine 3D. Questa tecnologia elimina i costosi schermi d'argento necessari per i sistemi polarizzati come RealD, il più comune sistema di visualizzazione 3D nei teatri. Esso tuttavia richiede occhiali molto più costosi rispetto ai sistemi polarizzati. È anche conosciuto come filtro spettrale a pettine o visualizzazione multiplex a lunghezza d'onda

Il sistema Omega 3D / Panavision 3D recentemente introdotto utilizza anche questa tecnologia, anche se con uno spettro più ampio e più "denti" al "pettine" (5 per ogni occhio nel sistema Omega / Panavision). L'utilizzo di più fasce spettrali per occhio elimina la necessità di elaborare l'immagine a colori, richiesta dal sistema Dolby. Condividendo uniformemente lo spettro visibile tra gli occhi dà allo spettatore una sensazione più rilassata, poiché l'energia luminosa e il bilanciamento dei colori sono quasi 50-50. Come il sistema Dolby, il sistema Omega può essere utilizzato con schermi bianchi o argentati. Ma può essere utilizzato con film o proiettori digitali, a differenza dei filtri Dolby che vengono utilizzati solo su un sistema digitale con un processore di correzione colore fornito da Dolby. Il sistema Omega / Panavision afferma inoltre che i loro vetri sono più economici da produrre rispetto a quelli utilizzati da Dolby. Nel giugno 2012 il sistema Omega 3D / Panavision 3D è stato interrotto da DPVO Theatrical, che ha commercializzato in nome di Panavision, citando "le sfide condizioni economiche e 3D del mercato mondiale". Anche se DPVO ha sciolto le proprie attività commerciali, Omega Optical continua a promuovere e vendere sistemi 3D a mercati non teatrali. Il sistema 3D di Omega Optical contiene filtri di proiezione e occhiali 3D. Oltre al sistema 3D stereoscopico passivo, Omega Optical ha prodotto un elevato livello di occhiali 3D anaglyph. I bicchieri anaglyphi rossi / ciano Omega usano rivestimenti a strati sottili di ossido di metallo e ottiche in vetro ricco di alta qualità.


autostereoscopia

In questo metodo, gli occhiali non sono necessari per vedere l'immagine stereoscopica. Le lenti lenticolari e le tecnologie di barriera parallasse comportano l'imposizione di due (o più) immagini sullo stesso foglio, in strisce strette e alternate, e utilizzando una schermata che blocca una delle due strisce di immagini (nel caso di barriere parallasse) o usa ugualmente Lenti strette per piegare le strisce di immagine e far sembrare di riempire l'intera immagine (nel caso di stampe lenticolari). Per produrre l'effetto stereoscopico, la persona deve essere posizionata in modo che un occhio veda una delle due immagini e l'altra vede l'altra. I principi ottici di auto-stereoscopia multiview sono stati conosciuti per oltre un secolo.

Entrambe le immagini sono proiettate su uno schermo ad alto guadagno ondulato che riflette la luce ad angoli acuti. Per vedere l'immagine stereoscopica, lo spettatore deve restare in un angolo molto stretto quasi perpendicolare allo schermo, limitando la dimensione del pubblico. Lenticular è stato utilizzato per la presentazione teatrale di numerosi corti in Russia dal 1940 al 1948 e nel 1946 per il lungometraggio Robinzon Kruzo

Anche se il suo uso nelle presentazioni teatrali è stato piuttosto limitato, lenticolare è stato ampiamente utilizzato per una varietà di novità ed è stato addirittura utilizzato nella fotografia 3D amatoriale. Un nuovo utilizzo include il Fujifilm FinePix Real 3D con un display autostereoscopico che è stato rilasciato nel 2009. Altri esempi di questa tecnologia includono display LCD autostereoscopici su monitor, notebook, televisori, telefoni cellulari e dispositivi di gioco, come il Nintendo 3DS.


Altri metodi

Un autostereogramma è uno stereogramma a immagine singola (SIS), progettato per creare l'illusione visiva di una scena tridimensionale (3D) da un'immagine bidimensionale nel cervello umano. Per percepire forme 3D in questi autostereogrammi, il cervello deve superare il coordinamento normalmente automatico tra focus e vergenza.

L'effetto Pulfrich è un percettivo psicofisico in cui il movimento laterale di un oggetto nel campo visivo viene interpretato dalla corteccia visiva come un componente di profondità, a causa di una differenza relativa nei tempi di segnalazione tra i due occhi.

I vetri prismatici rendono più facile la visualizzazione incrociata oltre che la possibilità di sovrapposizione / sotto-visualizzazione, esempi includono il visualizzatore KMQ.

La stereoscopia wiggle è una tecnica di visualizzazione dell'immagine ottenuta rapidamente alternando l'esposizione dei lati sinistro e destro di uno stereogramma. Trovato nel formato animato GIF sul web.


Visualizza 3D

Real 3D visualizza un'immagine in tre dimensioni complete. La differenza più significativa dalle visualizzazioni stereoscopiche con solo due immagini offset 2D è che il movimento degli occhi e degli occhi dell'osservatore aumenta le informazioni sugli oggetti tridimensionali visualizzati.


Display volumetrico

I display volumetrici utilizzano un meccanismo fisico per visualizzare punti di luce all'interno di un volume. Tali visualizzazioni utilizzano voxels anziché pixel. I display volumetrici comprendono gli schermi multiplanari che dispongono di piani di visualizzazione multipli impilati e visualizza i pannelli rotanti, dove un pannello rotante espandisce un volume.

Sono state sviluppate altre tecnologie per proiettare punti luminosi nell'aria sopra un dispositivo. Un laser a infrarossi si concentra sulla destinazione nello spazio, generando una piccola bolla di plasma che emette luce visibile.


Schermi olografici

L'esposizione olografica è una tecnologia di visualizzazione che ha la capacità di fornire tutti i quattro meccanismi dell'occhio: la disparità binoculare, il movimento parallasse, l'alloggio e la convergenza. Gli oggetti 3D possono essere visualizzati senza indossare occhiali speciali e gli occhi umani non saranno causati da stanchezza visiva.

Nel 2013, una società Silicon Valley LEIA Inc ha iniziato a produrre schermi olografici adatti per dispositivi mobili (orologi, smartphone o tablet) utilizzando una retroilluminazione multi-direzionale e consentendo un'ampia vista angolo full-parallax per vedere contenuti 3D senza bisogno di occhiali.


Imaging integrale

L'imaging integrale è un display 3D autostereoscopico o multiscopico, il che significa che visualizza un'immagine 3D senza l'uso di occhiali speciali da parte dello spettatore. Realizza questo mettendo una serie di microlenses (simili a un obiettivo lenticolare) davanti all'immagine, dove ogni obiettivo appare diverso a seconda dell'angolo di visualizzazione. Quindi, piuttosto che visualizzare un'immagine 2D che sembra uguale da ogni direzione, riproduce un campo di luce 4D, creando immagini stereo che mostrano la parallasse quando il visualizzatore si muove.


Display di campo di luce compressiva

Viene sviluppata una nuova tecnologia di visualizzazione chiamata "campo di illuminazione a compressione". Questi display prototipi utilizzano pannelli LCD a strati e algoritmi di compressione al momento della visualizzazione. I disegni includono dispositivi dualand multilayer guidati da algoritmi quali la tomografia computerizzata e la fattorizzazione non-negativa della matrice e la fattorizzazione tensoriale non negativa.