Новое измерение телевидения: 3DTV

3D-кинотеатры существуют достаточно давно, хотя их количество по сравнению с обычными было не так уж велико и репертуар фильмов в 3D также был ограничен. Обычно в кинотеатрах для реализации 3D используется поляризационный метод (RealD). Проецируемые на экран изображения для левого и правого глаза поляризованы по-разному, а в очках установлены линзы с круговой поляризацией с разным направлением поляризации для каждого глаза. Раньше для стереокино использовались два проектора, но в последнее время эту технологию вытесняет один проектор с установленной на выходе быстродействующей электрооптической жидкокристаллической ячейкой, которая поочередно «переключает» поляризацию, последовательно демонстрируя кадры для левого и правого глаза. Экран для RealD тоже должен быть специальным — с металлизированным покрытием (в отличие от диэлектрической поверхности, металлическая не изменяет поляризацию отраженного света). Существует и другой метод — эклипсный, подразумевающий поочередную демонстрацию кадров для правого и левого глаза и наблюдение изображения через активные очки с ЖК-затворами, которые получают специальный синхросигнал от проектора (обычно по ИК-каналу).

Что касается телевизоров, то пару десятилетий назад, когда любой из них содержал кинескоп (электронно-лучевую трубку, ЭЛТ), единственным способом показывать стереоизображение было использование анаглифических (двухцветных, обычно красно-синих) очков. Впрочем, хотя такое изображение и воспринималось трехмерным, нарушенная цветопередача и перекрестные помехи сводили на нет все удовольствие от просмотра фильмов подобным образом.

С появлением жидкокристаллических и плазменных телевизоров начался новый виток развития 3D-технологий. Однако до недавнего времени полноценная реализация 3D в бытовых телевизорах была невозможна из-за недостаточного быстродействия ЖК-ячеек, которые не успевали достаточно быстро переключаться между последовательными положениями для правых и левых кадров. Приходилось снижать частоту кадров, что допустимо для видеоигр, но не для кино. Однако сейчас быстродействие ЖК-экранов позволяет без каких-либо проблем и с большим запасом реализовать подобную технологию даже в варианте Full HD.

Как работает 3D в современных ЖК-телевизорах? В общих чертах это вариант существующей эклипсной технологии. На телеэкране чередуются кадры, предназначенные для наблюдения правым и левым глазом, а специальные очки с ЖК-затворами, получающие синхросигнал по ИК-каналу, поочередно открывают соответственно левый и правый глаз. На первый взгляд все выглядит очень просто, но дьявол, как известно, кроется в деталях. «Дело в том, что ЖК-пиксели переключаются между положениями для ‘правого' и ‘левого' кадров хотя и очень быстро, но не мгновенно — это занимает определенное время, в течение которого левый кадр как бы ‘наплывает' на правый, — объясняет Дэнни Так, директор по техническому маркетингу подразделения телевизоров компании Philips.- Это может привести к перекрестным помехам, то есть к тому, что один глаз будет видеть отголосок изображения, которое предназначено для другого, изображение будет смазано, размыто. Однако есть способ уменьшить уровень перекрестных помех — достаточно на время переключения между кадрами гасить подсветку, ведь жидкие кристаллы всего лишь модулируют количество проходящего сквозь них света, а за подсветку отвечают светодиоды под экраном». Таким образом, цикл смены кадров выглядит так: в течение 1/240 секунды демонстрируется кадр для правого глаза, затем подсветка выключается на такой же промежуток (за это время происходит смена на кадр для левого глаза), затем подсветка включается снова, и синхронно с этим работают ЖК-затворы в очках. Тем не менее в традиционной схеме с краевой (периферической) подсветкой всего экрана перекрестные помехи полностью подавить не удается.

Плазма против ЖК

За прошедшие несколько лет плазменные панели избавились от многих своих недостатков — высокого энергопотребления, малого срока службы — и на поле больших диагоналей превратились в серьезного конкурента жидкокристаллическим панелям. Но с появлением 3D извечный спор «плазма против ЖК» вышел на новый виток.

Общая технология демонстрации 3D у плазмы весьма схожа с вышеописанной — те же последовательные кадры плюс использование синхронизируемых затворных очков. Но, в отличие от ЖК, каждый пиксель плазменной панели — сам по себе активный излучатель света, и к тому же весьма быстродействующий, поэтому «плазма» изначально имеет низкий уровень перекрестных помех. Вот почему некоторые производители (например, Panasonic) сделали ставку на плазменные 3D-телевизоры, оставив 2D для ЖК.

Но зато у плазмы есть другая серьезная проблема. Составной частью ЖК-экрана является поляризатор, так что свет, исходящий от такого экрана, линейно поляризован. Линзы активных стереоочков — те же ЖК-экраны и в «открытом» состоянии тоже представляют собой линейно поляризованные фильтры. Поэтому яркость изображения на ЖК-экране при наблюдении сквозь очки и без них остается неизменной. А вот если посмотреть сквозь активные очки на экран плазменной панели, излучающей неполяризованный свет, видимая яркость и контраст упадут вдвое.

Два телевизора в одном

Еще одно серьезное преимущество «плазмы» ранее состояло в том, что пиксели панели можно полностью гасить — это позволяло добиться настоящего черного цвета и очень высокого контраста. У ЖК с краевой (периферической) подсветкой черный цвет — на самом деле темно-серый, поскольку небольшое количество света «просачивается» даже сквозь полностью «закрытые» пиксели. Однако и в этой области ЖК-телевизоры наступают «плазме» на пятки: практически все производители ЖК-панелей представили на выставке новые модели телевизоров с динамической сканирующей подсветкой. Идея этой технологии состоит в том, что светодиоды подсветки теперь не располагаются только по периметру, а распределены равномерно под всей поверхностью экрана, и при этом их яркость управляема, причем для каждого кадра! В тех местах кадра, где нужен настоящий, глубокий черный цвет, подсветка просто выключается, а где нужен яркий белый — светодиоды включаются на полную мощность. Фактически несколько сотен светодиодов под экраном образуют монохромный «телевизор низкого разрешения», а ЖК-пиксели поверх него обеспечивают цвет и очень четкое итоговое изображение высокого разрешения (вплоть до Full HD).

Динамическая подсветка способна не только дать «настоящий черный», но и еще больше снизить уровень перекрестных помех. С ее помощью можно не просто выключать подсветку на одинаковые промежутки «смены кадров», но добиться гораздо большей гибкости, выключая ее только в тех местах, где происходит смена изображения, и на нужное время. По словам Дэнни Така, при таком алгоритме работы уровень перекрестных помех сводится практически к нулю.

Через строчку

Одним из самых интересных экспонатов прошедшей выставки стал 31-дюймовый OLED-телевизор, представленный компанией LG. Пока это прототип с ориентировочной ценой ?8−10 тысяч, но со временем OLED-технология, без всякого сомнения, способна занять свою нишу под солнцем. OLED-телевизор LG может показывать картинку с разрешением Full HD обычным образом, но способен демонстрировать и 3D-изображение. Инженеры LG пошли несколько другим путем — они не стали связываться с активными очками, а использовали пассивные очки с линзами круговой поляризации с различным направлением для каждого глаза (аналогичны очкам RealD). При этом для разделения правых и левых кадров используется не время, а пространство — вместо последовательной демонстрации правые кадры отображаются с помощью нечетных строк экрана, а левые — четных, при этом строки снабжены соответствующими поляризационными фильтрами.

Понятно, что при таком способе 3D-изображение имеет по вертикали уже не полное разрешение (FullHD), а только половинное, однако и плюсы в этом тоже есть: очки очень легкие и выглядят как обычные солнцезащитные, да и в синхронизации не нуждаются. К тому же это пока только первые шаги, и теоретически ничто не мешает в будущем использовать с OLED-телевизорами эклипсный метод с активными очками.

Долой очки

Но обязательно ли для просмотра 3D нужны очки (активные или пассивные)? Все существующие безочковые системы 3D основаны на стереорастре. Стереорастр — это набор вертикальных щелей или положительных (чаще всего цилиндрических) линз, расположенных поверх экрана, находящегося в фокусе этих линз. На экране демонстрируется изображение, как бы нарезанное на чередующиеся (для правого и левого глаза) вертикальные полоски. Благодаря линзам (щелям) каждый глаз видит свое изображение, составленное из таких полосок.

Конечно, отсутствие очков — это плюс, но есть у растра и минусы, благодаря которым он не получил особого распространения. В первую очередь это небольшая «рабочая область» — фокальная зона, в которой может наблюдаться стереоэффект. Смотреть такой телевизор можно только с определенного расстояния, по центру, не выходя за пределы зоны.

Но и этот недостаток вполне преодолим. На стенде Фраунгоферовского института, который уже давно занимается созданием безочковых 3D-дисплеев для профессионального применения (в частности, для CAD/CAM), были представлены системы с «интеллектуальным растром». Точнее, растр там самый обычный, линзовый, а вот все остальное — действительно интеллектуальное. В первую очередь это относится к системе обработки изображения, которая нарезает изображение на те самые вертикальные полоски. Ключевая часть разработки Фраунгоферовского института — камера, которая отслеживает положение зрителя и расстояние от него до экрана и в зависимости от этих данных адаптирует «нарезку» таким образом, чтобы зритель всегда находился в самом центре стереозоны. Правда, что будет делать такая система в случае нескольких зрителей — остается непонятным, но, с другой стороны, эта разработка предназначена для профессиональных стереомониторов, а не бытовых ТВ.