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在手機上應用3D顯示和微投影技術

  • 分類:行業動態
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  • 來源:
  • 發布時間:2020-12-23
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【概要描述】顯示效果是手機等便攜設備的門面,它對用戶和數字世界的交流將產生直接的影響,甚至決定著消費者的購買意愿。這也是為什么觸摸顯示技術會促進 iPhone的大賣,即便是山寨手機廠家也會盡量把有限的成本多向顯示器件上傾斜的原因。除了能耗、可靠性、耐壓和顯示質量等方面的基本要求,對于智能手機來說,消費者對更真實有趣的顯示體驗的要求越來越高,這些要求促進了3D顯示和微投影技術在手機中的應用。前者可以為消費者帶來更真實的使用體驗,而后者則在解決手機顯示屏幕過小的基礎上還可以衍生出很多有趣、實用的應用。在便攜產品創新技術展同期舉辦的第四屆移動手持顯示技術大會上,諾基亞北京研究院亞洲創新系統工程總監許亮峰博士系統闡述了自己對3D顯示和微投影技術在手機應用中的看法以及諾基亞在相關領域的最新研究進展。

在手機上應用3D顯示和微投影技術

【概要描述】顯示效果是手機等便攜設備的門面,它對用戶和數字世界的交流將產生直接的影響,甚至決定著消費者的購買意愿。這也是為什么觸摸顯示技術會促進 iPhone的大賣,即便是山寨手機廠家也會盡量把有限的成本多向顯示器件上傾斜的原因。除了能耗、可靠性、耐壓和顯示質量等方面的基本要求,對于智能手機來說,消費者對更真實有趣的顯示體驗的要求越來越高,這些要求促進了3D顯示和微投影技術在手機中的應用。前者可以為消費者帶來更真實的使用體驗,而后者則在解決手機顯示屏幕過小的基礎上還可以衍生出很多有趣、實用的應用。在便攜產品創新技術展同期舉辦的第四屆移動手持顯示技術大會上,諾基亞北京研究院亞洲創新系統工程總監許亮峰博士系統闡述了自己對3D顯示和微投影技術在手機應用中的看法以及諾基亞在相關領域的最新研究進展。

  • 分類:行業動態
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  • 來源:
  • 發布時間:2020-12-23
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顯示效果是手機等便攜設備的門面,它對用戶和數字世界的交流將產生直接的影響,甚至決定著消費者的購買意愿。這也是為什么觸摸顯示技術會促進 iPhone的大賣,即便是山寨手機廠家也會盡量把有限的成本多向顯示器件上傾斜的原因。除了能耗、可靠性、耐壓和顯示質量等方面的基本要求,對于智能手機來說,消費者對更真實有趣的顯示體驗的要求越來越高,這些要求促進了3D顯示和微投影技術在手機中的應用。前者可以為消費者帶來更真實的使用體驗,而后者則在解決手機顯示屏幕過小的基礎上還可以衍生出很多有趣、實用的應用。在便攜產品創新技術展同期舉辦的第四屆移動手持顯示技術大會上,諾基亞北京研究院亞洲創新系統工程總監許亮峰博士系統闡述了自己對3D顯示和微投影技術在手機應用中的看法以及諾基亞在相關領域的最新研究進展。

增加TC層解決3D顯示視角受限和分辨率受損難題

目前的三維立體顯示技術可以分為分光立體眼鏡、自動分光立體顯示、全息術和體三維顯示四大類。其中前兩類都采用了視差的方式給人以3D 顯示的感覺,讓觀察者的左右眼看到有視差的圖像,從而欺騙大腦,令人產生3D的感覺;全息術利用的不是數字化手段,而是光波的干涉和衍射,它一般只能生成靜態的三維光學場景,并且對觀察角度還有要求,它形成的三維圖像信息量非常大,因此對于手機等帶寬有限的移動設備應用來說,采用全息技術的3D顯示并不適合;體三維顯示技術目前大體可分為掃描體顯示和固態體顯示兩種,由于可靠性和性能等方面的制約,體三維顯示技術目前還沒有到大規模商用的階段。

比較而言目前使用較為廣泛的三維技術還是以前兩種所謂的“偽三維”技術為主。第一種技術是《阿凡達》等3D電影所采用的技術,在這類應用中,觀察者佩戴特殊的眼鏡,通過眼鏡光柵和屏幕上的圖像進行協調,從而產生立體效果。在手機等便攜應用中,佩戴眼鏡并不方便,因此將光柵放置在顯示屏幕上,即所謂的自動分光立體顯示技術,綜合比較,該技術是目前手機應用中三維顯示技術的最現實選擇。

任天堂、LG和HTC都推出了采用自動分光立體顯示技術的產品,即裸眼3D顯示應用,但該技術也存在一些嚴重影響用戶體驗的問題。比如必須位于顯示屏前的某個最佳角度才可以觀看到3D顯示效果,稍微移動位置就會受到嚴重影響。但在手機應用場合,一方面使用者經常處于運動當中,另外一些動作類的游戲(比如賽車等)內容也是不斷變化的,如果必須在特定的角度才能欣賞到3D效果,這顯然會嚴重影響到用戶的使用體驗。不僅如此,由于視角問題帶來的2D顯示效果和 3D顯示效果的非正常頻繁切換甚至會讓消費者產生頭暈等不適的感覺。另外,絕大多數此類三維技術需要將圖像分辨率減半,盡管《阿凡達》這樣的立體電影已經采用時序控制等技術解決了該問題,但在移動終端產品上很多時候它還依然存在,而如果要保證多人觀看的3D效果,遇到的問題還將會更多。

許亮峰表示,他的團隊為了解決這些問題做了一些探索。解決的方法是將一層用特殊的液晶制成的傳輸單元(TC)層放置在背光和LCD之間,或者直接將其放在 LCD上,給TC層加上電場后,根據液晶本身的特性,其中的液晶單元會重新排序,從而實現這種可以用電控制的特殊光柵。舉例來說,如果不加電場,所有的光都可以透過顯示屏的表面;當加了電場后,TC層的液晶將按照設計者的意圖轉向,只有設計者希望透過的光才可以通過,從而控制觀看者的視角,這種技術用一句話概括,就是給顯示屏幕增加了一層起到特殊光柵作用、用來控制視角的TC層。

利用該技術,諾基亞做了幾個有益的嘗試。首先是對于2D顯示,利用TC層對視角的控制為手機提高私密性。之前的手機顯示角度為30°~45°,如果使用者在公共場合觀看一些不愿意被旁人看到的短信或者圖片,會有隱私被人有意無意看到的心理顧慮。增加了TC層后,只有垂直的光線可以出來,旁邊的光線被吸收掉,手機上的顯示內容在正面看得非常清楚,但30°以外就變得模糊,有效消除了用戶這種隱私被偷窺的心理不適。第二種,通過多個TC層的配合控制光線的透過方向,將圖像按照需求以足夠快的速度分別進入到觀察者左眼或者右眼,可以實現和電影一樣的對于圖像分辨率沒有損失的3D顯示效果。而且在不加電場的時候,TC層并不影響手機顯示屏原有的2D顯示效果,這樣就可以通過TC層上電場的通斷實現2D圖像和3D圖像的自動切換。第三種,利用手機的前照相機進行人臉跟蹤,根據人臉和手機距離以及角度動態算出手機上光柵的排列方式,這樣人臉稍微地移動位置,顯示屏上的光柵會隨之動態調整,從而解決之前3D顯示可視角度受限的問題。

非接觸手勢輸入方法提升手機微投影使用體驗

微投影在手機上的應用已經逐漸開始,三星將其內置在手機當中,而LG則將其作為外設使用。在印度市場,消費者有較強烈的通過手機收看電視的需求,這是因為印度的基礎設施條件較差,停電是家常便飯,如果消費者此時正在收看一部非常喜歡的電視劇或者是他們最著迷的板球比賽,通過微投影手機在手機上繼續觀看可以幫助這些用戶解決燃眉之急。

微投影在手機中的使用受到亮度、功耗、散熱和成本等問題的影響,不過這些方面正在逐漸提高和改善的過程當中。除了這些硬指標的影響,許亮峰認為,一些不夠舒適的使用體驗也嚴重影響了微投影在手機中的普及。比如,用戶使用微投手機就必須要為其找到一個較為穩定的使用位置,因為放在手上的話,稍有移動圖像的聚焦就產生變化而需要重新調整設置,但即使放在固定的位置上,當用戶操作微投的功能時,只要有接觸產生的振動和位置變化也會帶來同樣的問題。此時可以采用非接觸手勢輸入方法來解決這一問題。

具體來講,就是用手機的照相機來跟蹤人的動作,再用處理器分析動作進行判斷,從而發出相應的指令。實現這樣的功能也存在一些困難,首先是把微投影模塊放進手機,對機器結構設計有挑戰。第二點,怎樣解決微投影模塊的發熱問題,不僅對微投本身,它發出的熱量還會對周圍的其他手機關鍵零部件產生影響。這些還僅僅是實現微投功能的問題,實現手勢識別也存在一些挑戰。手勢識別對手機的處理器運算能力有較高的要求,如果想減少手機處理器的運算負荷,手勢識別的算法要做到盡量簡單可靠。另外光源也是一個非常大的問題,因為是采用手機照相機跟蹤人的動作,在不同的光線環境下實現的效果可能會大相徑庭。在光線好的日光條件下是一種方法,室內燈光下可能需要另一種算法,而且投影需要在較暗的環境下使用才能達到較好的效果。在較暗的環境下進行有效的手勢識別需要解決光源的問題,據許亮峰介紹,他的團隊采用了紅外光源、紅外照相機的形式來檢測人的手勢。

現在許亮峰團隊已經實現了一些投影手機簡單的手勢控制,比如手的上下左右揮動分別可以實現圖片的翻頁和移動電視頻道的轉換等,而且即使在比較暗的環境下,此類手勢識別的可靠性也已經較高。

此外,許亮峰團隊還開發了一種稱之為“Touch on the wall”的技術,該技術需要對現有手機作如下改動:增加微投影功能、配置前置照相機、配置兩個紅外光源。使用時,在將手機的內容投到墻上之后,使用者可以直接在墻上對顯示的內容進行觸摸操作,比如書寫文字和畫圖等。實際上是把在較小的手機屏幕上的觸摸放大到了足夠大的墻面上進行,從而也改善了消費者的使用體驗,為手機拓展了新的應用模式和環境。

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