随着科技的发展，显示屏向高清、大屏幕、大色域不断发展，人们已经不再单纯满足现有显示技术带来的视觉享受。2009年12月，由詹姆斯•卡梅隆执导，耗资5亿美元的电影巨作《阿凡达》同时以2D、2DIMAX、3D、3DIMAX等多种版本在全球公映，自此全球掀起了3D热潮。目前，三维立体成像技术已经随着半导体技术、二维平面显示技术快速发展，逐渐为市场大众所接受，成为被广泛关注的一个热点。三维立体显示给我国的显示行业带来一个新的契机，通过各种显示技术，实现三维立体显示已经成为显示技术发展的必由之路。

　　19世纪末到20世纪，随着电影及电视技术的出现，使得人们得以发展立体电影技术及立体电视，科技的进步使得立体成像技术的发展十分迅速，各类技术如“双信道偏光分像立体电视技术”“互补色立体分像电视技术”以及“时分式立体电视投影技术”等技术百花争艳，为三维立体显示技术的发展作出了巨大的贡献。如今，随着光学投影技术的进步，以微显示型投影系统及设备为代表的显示载体飞速发展，取得了非常显著的技术突破。在此背景下，三维立体显示以此为契机，正在以一种全新的方式改变着人们的生活。

　　目前，国内各家公司生产的偏光设备在显示水平上还处于劣势，高端机市场基本被国外公司垄断，所以深入开发更具性价比的显示设备，并结合教育娱乐市场的需求或许会另辟蹊径。

　　微显示技术

　　微显示(Micro．display)投影技术是在1990年前后开始兴起的大屏幕显示技术，是显示技术领域的一个分支。现代微显示技术可分为三大类：3LCD、DLP和LCOS技术，分别是以LCD和DLP、LCOS等各类微显示芯片为核心，利用光学引擎(Optical　Engine)把微显示芯片产生的1英寸见方的影像投影放大成40英寸以上的图像。它是一种光、机、电、材料和半导体技术一体化的新型显示技术，普遍被认为是一种性价比最高、大尺寸、高分辨的投影显示技术。

　　3片式LCD是使用3片液晶板，分别作为红、绿、蓝三原色的成像部件，每一片液晶板上都具有屏幕图像像素点。光源发射出来的白色光经过镜头组汇聚到达分光镜，红、绿、蓝三色光被分离出来，分别投射到独立的液晶板上，液晶板上相应的像素接收到来自信号源的电子信号，呈现为不同的透明度，以每个像素不同的透明度，生成了图像。三种单色的图像在棱镜中会聚，由投影镜头投射到投影幕上形成一幅全彩色图像。LCD技术采用三片显示技术，红、绿、蓝三色分别成像，色彩还原性好，图像层次感好。明显的缺点是对比度低，黑白表现层次差，同时透射式LCD还有填充因子（Fill　Factor）较低的缺点，会形成“纱门效应”。

　　LCOS(Liquid　Crystal　On　Silicon)硅基液晶技术属于新型的反射式LCD技术，它采用涂有液晶硅的CMOS集成电路芯片作为反射式LCD的基片，用先进工艺磨平后镀上铝当作反射镜，形成CMOS基板，然后将CMOS基板与含有透明电极之上的玻璃基板相贴合，再注入液晶封装而成。目前的LCOS核心技术被掌控在索尼、JVC这两家日本厂商手中，综合量产率不高、价格昂贵。此外，LCOS由于采用偏光膜和液晶，光源利用率不高，在便携应用中形成障碍。

　　DLP（Digital　Light　Processing）技术，即“数字光处理技术”。DLP技术的核心元器件是DMD（Digital　Micromirror　Device）数字微镜设备芯片。DMD芯片是一种基于半导体制造技术，由高速数字式光反射开关阵列组成的复杂器件，通常由多达130万个铰链安装的微镜阵列组成。每个微镜的尺寸为，一个微镜对应一个像素，每个微镜可以单独控制。微镜有三种状态，断电时镜片偏转角度为0度，上电复位后，镜片由在其下面的COMS元件控制，可以旋转为+10度（即“开”状态）或-10度（即“关”状态），在投影机中这两个角度就代表有光和没光两种状态。镜片每秒钟翻转几千次，通过调整镜片停留在两个角度的时间比，就能产生不同的灰度。DLP技术是反射式投影技术，对比度和均匀性都非常出色，光源利用率高，图像清晰，画面均匀稳定，光路设计更紧凑，因而在体积重量方面占优势。

　　三维立体成像技术

　　目前，市场上主流的两种三维立体成像技术主要有快门式和偏光式。

　　快门式3D技术是根据人眼对影像频率的刷新时间来实现的，通过提高画面的快速刷新率（至少要达到120Hz），左眼和右眼各60Hz的快速刷新图像才会让人对图像不会产生抖动感，并且保持与2D视像相同的帧数，观众的两只眼睛看到快速切换的不同画面，并且在大脑中产生错觉，便观看到立体影像。快门式3D技术的优势是其3D效果实现逼真，但是由于技术成本的制约其成本也较高，而且长时间观看还会使人产生眩晕感。

　　偏光式3D技术是利用光线有“振动方向”的原理来分解原始图像的，先把图像分为垂直向偏振光和水平向偏振光两组画面，然后3D眼镜左右分别采用不用偏振方向的偏光镜片，这样人的左右眼就能接收两组画面，再经过大脑合成立体影像。此种3D技术立体效果好，眼镜成本低，观感舒适，但对输出设备的要求较高。两种技术对比如表1所示。

　　偏光式三维立体投影技术

　　在国内三维立体显示技术和产业全面起步的阶段，开发具有自己特色和独立知识产权的产品逐渐成为科技界和产业界的共识。高亮度、大色域、长寿命和舒适方便的三维显示方案是目前的市场需求，新型LED三维立体投影设备也成为讨论的热点。单LED光机快门式3D显示的方式决定了开关眼镜成本高、需要充电的缺点，使得观看者人数受限；此外，高频率的开关也使得观看者眼睛极易疲劳，这些技术缺陷极大地限制了相关产品的应用和推广。

　　中国科学院西安光学精密机械研究所微纳光机电器件与系统工程中心基于高亮度LED光源和偏光式三维立体成像技术，于2012年10月开发了“基于偏光原理的双镜头三维立体投影系统”。该系统创新性地将双镜头集成到一台投影设备里，利用自主研发的视频处理芯片技术保证对各种三维立体制式的片源统一有效处理，最大程度扩展三维立体的片源，同时摆脱了繁杂的视频输入处理设备，将显示终端和播放设备集成于一体。

　　“基于偏光原理的双镜头三维立体投影系统”全新定义了3D显示所需要的设备，采用的高亮度LED光源亮度可以满足2D和3D的显示需求，又具有寿命长，免维护的特点。偏振3D的方式完全避免了观看快门式3D视频所引发的不舒适，同时具有眼镜免充电、成本低的优势，完全符合多人观看的需求。

　　中科院西安光学精密机械研究所微纳光机电器件与系统工程中心团队开发出的具有自主知识产权的视频处理芯片和系统技术,将电脑的视频处理功能通过视频处理芯片集中运算，能兼容2D、3D播放功能，并支持多种3D片源格式播放。目前，技术团队利用在三维播放系统的技术基础和经验，推动此项技术的产业化进程。

　　成果转化实践

　　在数字图像处理芯片取得突破后，如何利用其技术优势有效进行推广，使实验室技术实现其社会经济价值，又是一个重要课题。为了更好地解决科研成果的产业化问题，在中科院西安光学精密机械研究所的协调下，从2010年起，技术团队开始与芯片制造企业进行合作，开展芯片的研制及流片工作，尤其是针对芯片可靠性及成本控制方面进行多方面调研和测试，寻求出最佳解决方案，实现了规模化生产。在此基础上，2013年，技术团队与西安光机所联合成立了西安中科晶像光电科技有限公司，研发出以数字图像处理芯片为核心技术的偏光式高亮度三维立体微型投影设备，并成功进行了小规模批量生产。然而，由于三维立体投影市场起步较早，行业市场面临激烈的市场竞争，且国外品牌的大型设备占领了绝大部分行业市场。面对这种局势，公司在筹备三维立体投影设备市场化的同时，已经布局三维立体视频制作相关业务，面对宣传、文化和教育市场。

　　市场前景

　　目前，三维立体显示技术已经迅速在大众消费娱乐、大屏宣传展示、虚拟现实教育等方面取得了重要的应用。

　　三维立体显示技术在娱乐消费中已经成为主流，NPD　displaysearch预测3D电视在2019年全球将有2.26亿台的出货量，市场容量在670亿美金，其中带3D功能的家用电视出货量为1.8亿台，占据市场大部分份额。

　　大屏显示技术可以通过多台投影拼接实现，目前市场集中在企事业单位、政府和展会宣传等领域。这部分市场不仅需要拼接设备，还需要配套根据客户需求定制开发的视频内容。国内市场总容量在几十亿人民币左右。

　　在此基础上，结合我国基础教育信息化的需求，项目团队根据国内的教育需求进行调研，开发出适合我国基础教育的3D视频资源，实现新式三维教学模式，辅助教育信息化布局，有望填补国内教育在这个方面的空白。从而满足国家基础教育信息化、国际化的需求，对我国基础教育的国际化接轨有较为长远的意义。

　　由技术研发到产业化是一个必然的过程，也是一个不断了解用户需求，满足用户需求，不断以技术创新提供增值服务的过程。只有不断提升产品质量和性能，实现市场和研发的良性互动，以开放式、定制等非传统的方式开拓市场，也许才能更好地实现三维立体显示设备的产业化，从而实现我国新型显示产业链条的延伸,促进产业升级,而这无疑契合了我国目前发展的实际需求，具有现实的和长远的战略意义。

　　作者单位：西安中科晶像光电科技公司