Una barrera de paralaje es un dispositivo colocado delante de una fuente de imagen, como una pantalla de cristal líquido , para permitirle mostrar una imagen estereoscópica o multiscópica sin la necesidad de que el espectador use gafas 3D . Colocada delante de la pantalla LCD normal, consiste en una capa opaca con una serie de ranuras espaciadas con precisión, lo que permite que cada ojo vea un conjunto diferente de píxeles , creando así una sensación de profundidad a través del paralaje en un efecto similar al que produce la impresión lenticular para productos impresos [1] [2] y las lentes lenticulares para otras pantallas. Una desventaja del método en su forma más simple es que el espectador debe estar posicionado en un punto bien definido para experimentar el efecto 3D. Sin embargo, versiones recientes de esta tecnología han abordado este problema mediante el uso de seguimiento facial para ajustar las posiciones relativas de los píxeles y las ranuras de barrera según la ubicación de los ojos del usuario, lo que permite al usuario experimentar el 3D desde una amplia gama de posiciones. [3] [4] Otra desventaja es que el número de píxeles horizontales visibles por cada ojo se reduce a la mitad, lo que reduce la resolución horizontal general de la imagen. [5]
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El principio de la barrera de paralaje fue inventado independientemente por Auguste Berthier, quien publicó un artículo sobre imágenes estereoscópicas que incluía su nueva idea ilustrada con un diagrama e imágenes con dimensiones deliberadamente exageradas de las tiras de imágenes entrelazadas, [6] y por Frederic E. Ives , quien hizo y exhibió una imagen autoestereoscópica funcional en 1901. [7] Aproximadamente dos años después, Ives comenzó a vender imágenes de muestras como novedades, el primer uso comercial conocido.
A principios de la década de 2000, Sharp desarrolló la aplicación de panel plano electrónico de esta vieja tecnología para su comercialización, vendiendo brevemente dos computadoras portátiles con las únicas pantallas LCD 3D del mundo, incluida la Actius RD3D . [8] Estas pantallas ya no están disponibles en Sharp, pero aún se fabrican y desarrollan en otras empresas como Tridelity y SpatialView. De manera similar, Hitachi lanzó el primer teléfono móvil 3D para el mercado japonés bajo la distribución de KDDI. [9] [10] En 2009, Fujifilm lanzó la cámara digital Fujifilm FinePix Real 3D W1 , que cuenta con una pantalla LCD autoestereoscópica incorporada que mide 2,8 "en diagonal. Nintendo también ha implementado esta tecnología en su consola de juegos portátil, la Nintendo 3DS .
Además de películas y juegos de computadora, la técnica ha encontrado usos en áreas como el modelado molecular [ cita requerida ] y la seguridad aeroportuaria . [11] También se está utilizando para el sistema de navegación en el Range Rover modelo 2010 , [12] permitiendo al conductor ver (por ejemplo) direcciones GPS, mientras un pasajero ve una película. También se utiliza en la consola de juegos portátil Nintendo 3DS [13] y en los teléfonos inteligentes Optimus 3D y Thrill de LG , [14] EVO 3D de HTC [15] así como en la serie de teléfonos inteligentes Galapagos de Sharp.
La tecnología es más difícil de aplicar a los televisores 3D, debido a que se requiere una amplia gama de posibles ángulos de visión. Una pantalla 3D de 21 pulgadas de Toshiba utiliza tecnología de barrera de paralaje con 9 pares de imágenes, para cubrir un ángulo de visión de 30 grados. [16]
Las ranuras en la barrera de paralaje permiten al observador ver solo los píxeles de la imagen izquierda desde la posición de su ojo izquierdo y los píxeles de la imagen derecha desde el ojo derecho. Al elegir la geometría de la barrera de paralaje, los parámetros importantes que se deben optimizar son: la separación entre píxeles y barrera d, la distancia entre la barrera de paralaje f, la apertura de píxeles a y el ancho de la ranura de la barrera de paralaje b. [17]
Cuanto más cerca esté la barrera de paralaje de los píxeles, mayor será el ángulo de separación entre las imágenes izquierda y derecha. Para una pantalla estereoscópica, las imágenes izquierda y derecha deben llegar a los ojos izquierdo y derecho, lo que significa que las vistas deben estar separadas por solo unos pocos grados. La separación de la barrera de píxeles d para este caso se puede derivar de la siguiente manera.
De la ley de Snell:
Para ángulos pequeños: y
Por lo tanto:
Para una pantalla autoestereoscópica típica con un tamaño de píxeles de 65 micrómetros, una separación entre ojos de 63 mm, una distancia de visualización de 30 cm y un índice de refracción de 1,52, la separación entre píxeles y barrera debe ser de aproximadamente 470 micrómetros.
Lo ideal sería que la distancia entre los píxeles de una barrera de paralaje fuera aproximadamente el doble de la distancia entre ellos, pero el diseño óptimo debería ser ligeramente inferior. Esta alteración de la distancia entre píxeles de una barrera compensa el hecho de que los bordes de una pantalla se ven desde un ángulo diferente al del centro y permite que las imágenes izquierda y derecha se dirijan a los ojos de forma adecuada desde todas las posiciones de la pantalla.
En un sistema de barrera de paralaje para una pantalla de alta resolución, el rendimiento (brillo y diafonía) se puede simular mediante la teoría de difracción de Fresnel. [18] A partir de estas simulaciones, se puede deducir lo siguiente: si el ancho de la rendija es pequeño, la luz que pasa por las rendijas se difracta mucho, lo que provoca diafonía. El brillo de la pantalla también se reduce. Si el ancho de la rendija es grande, la luz que pasa por la rendija no se difracta tanto, pero las rendijas más anchas crean diafonía debido a las trayectorias geométricas de los rayos. Por lo tanto, el diseño sufre más diafonía. El brillo de la pantalla aumenta. Por lo tanto, el mejor ancho de rendija viene dado por un equilibrio entre diafonía y brillo.
Tenga en cuenta que la barrera de paralaje también puede colocarse detrás de los píxeles de la pantalla LCD. En este caso, la luz procedente de una rendija pasa por el píxel izquierdo de la imagen en dirección izquierda y viceversa. Esto produce el mismo efecto básico que una barrera de paralaje frontal.
En un sistema de barrera de paralaje, el ojo izquierdo ve solo la mitad de los píxeles (es decir, los píxeles de la imagen izquierda) y lo mismo sucede con el ojo derecho. Por lo tanto, la resolución de la pantalla se reduce, por lo que puede ser ventajoso crear una barrera de paralaje que se pueda activar cuando se necesite una imagen en 3D o desactivar cuando se necesite una imagen en 2D. Un método para activar y desactivar la barrera de paralaje es formarla a partir de un material de cristal líquido; la barrera de paralaje se puede crear de manera similar a la forma en que se forma una imagen en una pantalla de cristal líquido. [19]
La multiplexación temporal proporciona un medio para aumentar la resolución de un sistema de barrera de paralaje. [20] En el diseño mostrado, cada ojo puede ver la resolución completa del panel.
El diseño requiere una pantalla que pueda cambiar lo suficientemente rápido para evitar el parpadeo de la imagen a medida que las imágenes intercambian cada cuadro.
En un sistema de barrera de paralaje estándar, el espectador debe posicionarse en una posición apropiada para que las vistas del ojo izquierdo y derecho puedan ser vistas por sus ojos izquierdo y derecho respectivamente. En un "sistema 3D rastreado", la libertad de visualización puede aumentarse considerablemente rastreando la posición del usuario y ajustando la barrera de paralaje para que las vistas izquierda y derecha siempre se dirijan correctamente a los ojos del usuario. La identificación del ángulo de visión del usuario puede realizarse utilizando una cámara orientada hacia adelante sobre la pantalla y un software de procesamiento de imágenes que pueda reconocer la posición de la cara del usuario. El ajuste del ángulo en el que se proyectan las vistas izquierda y derecha puede realizarse desplazando mecánica o electrónicamente la barrera de paralaje en relación con los píxeles. [21] [22] [23]
La diafonía es la interferencia que existe entre las vistas izquierda y derecha en una pantalla 3D. En una pantalla con alta diafonía, cada ojo puede ver la imagen destinada al otro ojo ligeramente superpuesta. La percepción de la diafonía en pantallas estereoscópicas ha sido ampliamente estudiada. En general, se reconoce que la presencia de altos niveles de diafonía en una pantalla estereoscópica es perjudicial. Los efectos de la diafonía en una imagen incluyen: imágenes superpuestas y pérdida de contraste, pérdida del efecto 3D y resolución de profundidad, y malestar para el espectador. La visibilidad de la diafonía (imágenes superpuestas) aumenta con el aumento del contraste y el aumento del paralaje binocular de la imagen. Por ejemplo, una imagen estereoscópica con alto contraste exhibirá más imágenes superpuestas en una pantalla estereoscópica particular que una imagen con bajo contraste. [24]
Una técnica para cuantificar el nivel de diafonía de una pantalla 3D implica medir el porcentaje de luz que se desvía de una vista a la otra. [18]
La diafonía en un sistema 3D típico basado en barrera de paralaje en la mejor posición del ojo podría ser del 3%. Los resultados de pruebas subjetivas [25] realizadas para determinar la calidad de imagen de las imágenes 3D concluyen que para una alta calidad de imagen, la diafonía no debería ser "superior a alrededor del 1 al 2%".
La difracción puede ser una de las principales causas de diafonía. [18] Se ha descubierto que las simulaciones teóricas de la difracción son un buen predictor de las mediciones experimentales de diafonía en sistemas de barrera de paralaje de emulsión. Estas simulaciones predicen que la cantidad de diafonía causada por la barrera de paralaje dependerá en gran medida de la nitidez de los bordes de las rendijas. Por ejemplo, si la transmisión de la barrera pasa de opaca a transparente de forma pronunciada a medida que se mueve de la barrera a la rendija, esto produce un patrón de difracción amplio y, en consecuencia, más diafonía. Si la transición es más suave, la difracción no se extenderá tan ampliamente y se producirá menos diafonía. Esta predicción es coherente con los resultados experimentales para una barrera de bordes ligeramente suaves (cuyo paso era de 182 micrómetros, el ancho de la rendija era de 48 micrómetros y la transición entre opaca y transmisiva se produjo en una región de aproximadamente 3 micrómetros). La barrera de bordes ligeramente suaves tiene una diafonía del 2,3 %, que es ligeramente inferior a la diafonía de una barrera de bordes más duros, que era de alrededor del 2,7 %. Las simulaciones de difracción también sugieren que si los bordes de la ranura de la barrera de paralaje tuvieran una transmisión que disminuyera en una región de 10 micrómetros, entonces la diafonía podría llegar a ser de 0,1. El procesamiento de imágenes es una contramedida alternativa para la diafonía. La figura muestra el principio detrás de la corrección de la diafonía. [26]
Hay tres tipos principales de pantallas autoestereoscópicas con barrera de paralaje:
Un enfoque fundamentalmente nuevo para las pantallas 3D sin gafas podría ahorrar energía, ampliar el ángulo de visión y hacer que las ilusiones 3D sean más realistas.
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Medios relacionados con la barrera de paralaje en Wikimedia Commons