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会议资料二： 数字3D电影技术及相关设备情况介绍 CRIFST
数字3D电影技术及相关设备情况介绍

----- 中国电影科研所 -----
中国电影科研所近年来一直关注国际上数字3D电影的发展动态，从2007年8月到2008年3月，陆续在所里举办了三场正式的数字3D电影演示会。我们也分别对国际上常用的三种方式进行了测试。通过这些工作，我们对数字3D电影设备有了初步的了解，也有了一些实践体会。下面我们就目前国际上出现的数字3D放映设备，从技术原理、放映效果、环境要求和设备价格等几方面做一介绍。
一、 数字3D电影的基础技术
大家知道，以前我们用胶片放映机放映立体电影时，一般常用的是线偏振技术或红蓝眼镜技术。随着科学技术的不断进步，新材料、新技术的发展使 3D电影影像质量得到了很大的提高。下面介绍几种在国际上应用的3D电影基础技术：

1. 圆偏振技术
在放映胶片立体电影时，我们曾经使用过偏振眼镜。但确切的说，那时使用的眼镜应该叫线偏振眼镜。而现在我们介绍的圆偏振技术是在线偏振的基础上发展的，但它在观看效果上比线偏振有了质的飞跃。简单的说，使用线偏振眼镜看立体电影时，如果眼镜略有偏转，就会看到重影。而圆偏振就不会出现这种现象。线偏振光的振动方向是确定的，而圆偏振光偏振方向是有规律的旋转着的，它可分为左旋偏振光和右旋偏振光，它们相互间的干扰非常小，它的通光特性和阻光特性基本不受旋转角度的影像。现在看偏振形式的3D电影时，观众佩戴的偏振眼镜片一个是左旋偏振片，另一个是右旋偏振片，也就是说观众的左右眼分别看到的是左旋偏振光和右旋偏振光带来的不同画面，产生立体感。
这种圆偏振技术可既可以应用于单机3D电影，也可以应用在双机3D电影放映中。
我们要介绍的Real-D和Masterimage主要采用的就是这种技术。

2. 开关眼镜技术
这项技术的原理比较简单，它的主要技术在眼镜上。它的眼镜片是可以分别控制开闭的两扇小窗户，在同一台放映机上交替播放左右眼画面时，通过液晶眼镜的同步开闭功能，让左右眼分别看到左右各自的画面，从而产生立体效果。
我们介绍的NuVision 3D系统就是使用的采用的这种技术。顺便提一句，NuVision的3D技术已经被XpanD公司收购，所以我们接触的这类设备都是使用用XpanD商标。出于习惯，我们下边的相关介绍还是用NuVision的提法。

3. 滤光技术
图一 可见光光谱图案
可见光的波长大约在390到770nm之间的区域内（见图一），我们在利用数字放映机放映画面时，数字放映机通过数字方式还原以红绿蓝三个颜色为基色的彩色图像（见图二A）。安装在放映机内的、快速转动的滤光轮，将红绿蓝各自分为高、低波长两部分，各包含左、右眼图像内容。通过分色滤光眼镜，让观众感受到左右眼各自的画面，产生立体效果。
图二 滤光原理示意图
由于滤光技术要对图像光谱进行分割，对色彩还原产生一定的影响，所以采用这种方式时，要在服务器上增加色彩管理软件，对图像数据进行校正处理。
我们要介绍的杜比3D就是采用的这种技术。

二、 数字放映设备兼容3D功能
现在常用的数字电影放映机在设计时就将3D功能考虑在内。目前影院使用比较广泛的巴可和科视的放映机都支持3D电影放映。在3D功能菜单下，可以达到双画面交替刷新三次的要求，即刷新频率可达到144Hz。同时在这个菜单下，也可以针对不同的3D设备进行相应的参数设定并保存。放映机还具有3D同步信号输出端口，方便外部设备进行同步控制。
在服务器方面，目前使用的GDC和杜比服务器都具备播放3D节目的功能。

三、 数字3D设备的选用
用数字放映机放映3D电影，可以采用双机放映，这样做可以得到较高的图像质量和舒适度，但它需要再增加一台数字放映机。这对一些专门用来播放数字3D电影的场合，如在大银幕、票房好、经济能力强的影院以及游乐项目或科技馆是比较适合的。而在大多数需要兼容放映2D影片的影院，使用单台数字放映机则是比较实惠的选择，目前国际上通常也是这样做的。
目前在国际市场上，利用单放映机放映3D电影主要有4种设备：Real-D 、NuVision、杜比3D和Masterimage。
上述3D设备中，Real-D和Masterimage需要配备金属幕，而NuVision和杜比3D可使用高增益数字白幕，也可以使用金属幕，但在金属幕上放映2D电影时会出现亮度不均匀的问题，在刚才的演示中大家已经看到了。
再需要说明的一点是，有的3D设备厂家宣传时说“可以在普通白幕上放3D电影”，我们说这句话是有前提条件的，就是需要配备大功率、高亮度的数字放映机，因价格较贵，目前国内还未使用。总之，增加3D辅助设备和佩戴3D眼镜以后，放映机的光利用率要降低，放映机氙灯功率和银幕增益需要进行综合考虑。
据我们了解，目前我们国内普遍使用的巴可DP2000放映机在最高氙灯功率（4000W）下，数字3D节目可在10~12米宽度的银幕上放映，而DP1500则可以在8~10米的银幕上放映。巴可的DP100、DP90和科视的CP2000在采用大功率氙灯的情况下，也可以达到上述要求。
另外对于重复使用的眼镜，考虑到节目换场，眼镜需要清洁、消毒等方面的因素，建议一般每个座位配三套眼镜。
四、 几种数字3D设备的构成及简要工作过程
使用单台数字放映机放映3D电影，都需要在原放映机的基础上增加一些附件和设备，同时观众在观看3D电影时，还要佩戴相应的3D眼镜。由于它们采用不同的技术原理，其设备结构也不尽相同。下面分别介绍一下：
1. Real-D系统
图三 Real-D系统构成
Real-D系统主要由3D同步控制器、Z屏和圆偏振眼镜组成。见图三。系统中的Z屏通过固定支架安装在镜头正前方的位置上，放映3D电影时，放映光束通过Z屏上的窗口投射到金属银幕上。同步控制器发出电信号控制Z屏的窗口切换不同的偏振方向，从而产生左旋偏振或右旋偏振，将左右眼画面投射到银幕上。观众带上偏振眼镜，就可以看到3D影像了。放映过程见图四。
2. NuVision系统
NuVision系统主要由同步转换器、信号发射器和液晶开关眼镜组成。在上述介绍的几种方式中，这套系统的安装是最简单的。
图四中左部为同步转换器，上面为影院用大功率信号发射器，右侧为液晶开关眼镜。
图四 NuVision系统构成
系统工作时，放映机同步信号通过转换器和发射器将控制眼镜的信号从影院前方发向所有观众，观众的眼镜上安装有接收器，眼镜接收到控制信号后控制左右眼交替开闭，就可以分别看到左右眼的图像，感受到立体影像。

3. 杜比3D系统
图五 杜比3D系统构成
杜比3D系统包括滤光轮装置、同步控制器和滤光眼镜（见图五）。其中滤光轮装置是要安装在放映机内部的，安装时需要放映机厂家来配合。另外这套系统要求使用杜比服务器，如果使用其它厂家的服务器，需要向杜比公司购置色彩管理软件。
使用杜比3D系统放映电影时，滤光轮自动旋转并进入放映机光路，同步控制器控制滤光轮切换左、右滤光片，改变光源的光谱，配合放映机放映画面。观众佩戴滤光眼镜分别看到两套光谱带来的不同画面，感受立体影像。
4. Masterimage系统
这套系统也是采用圆偏振原理，要求使用金属幕。系统是由圆偏振转盘控制装置和圆偏振眼镜组成。见图六。
控制装置需要安装在数字放映机的镜头前方。它的上半部分是一个高度可调的圆偏振转盘，使用时转盘窗口调节到放映光路位置上。转盘上装有左旋偏振片和右旋偏振片。在放映机工作时，同步信号经过控制器驱动转盘，放映左、右画面时它分别转到左、右旋偏振片的位置。从而产生左旋偏振或右旋偏振，将左右眼画面投射到银幕上。观众带上偏振眼镜，就可以看到3D影像了。

图六 Masterimage系统构成
五、 有关指标的测试及说明
我们根据一般光学测试原理和3D电影的特点制作了相应的测试片，用于对主要影响3D影片放映质量的指标进行了测试。下面的测试都是在这同一条件下进行的，结果具有一定的可比性，对设备选型有一定的指导作用。
下面的测试内容就是在科研所的白幕（1.8增益）或金属幕（2.0增益）的条件下完成的。
测试指标主要有：
1. 银幕中心亮度：这项指标同常规电影的指标有些类似，所不同的是，我们在这里是透过3D左眼镜（或右眼镜）测量到的银幕中心的亮度。这项指标是保证图像质量的基础指标，可用来指导选择氙灯及银幕的配置。
2. 光效：光效是反映3D设备通光效率的一个指标。可分为左眼光效和右眼光效。设备调整到最佳状态，眼镜质量达标时，左右眼光效值应比较接近，以确保观众双眼看到相同质量的图像。
3. 平均光效：取左眼光效和右眼光效的平均值为平均光效。这项指标可衡量3D设备的通光效率，数值越大越好。它对设备的调试也具有指导作用，是数字3D电影的一项重要指标。
4. 平均串扰度：所谓串扰，我们是指在数字3D电影放映过程中，左眼图像对右眼（或右眼图像对左眼）的干扰程度，反映在银幕上是重影，其数值越小越好。左、右眼串扰度的平均值为平均串扰度。
5. 串扰差比：这是一个衡量左右眼串扰差异的参数。平均串扰度和串扰差比的数值的大小，是影响观众观看3D电影舒适度的因素之一，其数值越小越好。
下面的测量数据主要给出平均光效、平均串扰度和串扰差比三个指标。

六、 几种数字3D设备的测试结果及主要特点
2008年初，我们为了进一步研究并测试数字3D电影质量，进行了3D测试片的制作，并对NuVision、杜比3D和Masterimage系统进行了测试。在此将相关测试数据提供给大家参考。
1. NuVision
平均光效： 15.9%
平均串扰度： 2.4%
串扰差比： 1.17

应用特点介绍：
推荐使用1.8增益的数字白幕，也可以使用金属幕。光效比较高。
3D设备移、装方便。不需要在放映机上加装设备。
对节目和服务器没有特殊的要求。
目前配置的信号发射器可用于400座以内的影院。如果眼镜对信号接收不好，会出现闪黑现象或重影。
眼镜内置电池供电（目前电池不可更换）。电池使用寿命为600小时。
（2008年11月份将供应可更换电池的新款眼镜。在此之前购买的眼镜在电池用完后可折价50%更换新款眼镜。新款眼镜的全价将低于目前报价）。
眼镜比较贵，可进行消毒和清洁处理，重复使用。
2. 杜比3D
平均光效： 8%
平均串扰度：1.55%
串扰差比： 0.13

应用特点特点：
推荐使用反射系数1.8增益的数字白幕，也可以使用金属幕。
需要在放映机内安装滤色轮装置。
安装在放映机内的滤色轮可方便地移出光路，便于3D到2D放映的转换。
有一套程序专门用于色彩调试。
目前系统可在杜比服务器上播放节目，使用其它服务器需要向杜比公司购置色彩管理系统软件。
眼镜较贵，为重复使用，可进行清洗和消毒处理。
说明：Dolby可向其他服务器生产方提供相关数据软件。根据购置数量的不同，DOLBY通常向其他服务器厂商收取的软件购置费约为500美元/套。但在中国大陆地区通过ACE公司购买杜比3D组件，此项费用可以免除。但能否更换软件还需服务器厂家同意。

3.Masterimsge
平均光效： 13.2%
平均串扰度：2.45%
串扰差比： 0.37

应用特点介绍：
需使用金属银幕。
3D系统安装在放映机的镜头前，不对放映机做改动，但现有设备要求放映镜头前有大约35cm的空地。（说明：Masterimsge公司承诺，可将现有设备进行拆分，拆分后放映镜头前要求的距离为25cm。）
对节目和服务器没有特殊的要求。
机房内装置体积较大、较重。装置运行时有一定的噪音。
3D眼镜可一次性使用，也可经过消毒、清洁后重复使用。

4.Real-D
该3D系统我们没有进行检测。下面的介绍来源一些报道和消息。
应用特点介绍
需使用金属银幕。
需要在放映机镜头前加装Z屏，对放映机无其它要求。
对数字3D电影节目要进行“消鬼影”处理，制作专用母版。
由于该系统也是采用圆偏振原理，其光效应与Masterimage接近。
3D眼镜可一次性使用，也可经过消毒、清洁后重复使用。

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七、 数字3D影院辅助设备的参考报价
3D设备
技术原理
推荐使用
银幕
主控制器
价格
3D眼镜
价格
（美元/付）
银幕价格
（10m×4.5m）
其它费用
备注
国产
进口
Real-D
圆偏振
+Z屏
2.0~2.4增益
金属幕
租用
4万美元/年
1
2.0增益
6750元人民币
2.4增益
5.4万元人民币

还可以采用票房分成方式或初装5万美元＋
1.25万美元/年
NuVision
液晶开关
1.8增益
数字白幕
或金属幕
发射器
9千美元/套
69
国内无1.8增益白幕，金属幕价格同上
1.8增益
3.5万元人民币

眼镜内置电池，寿命600小时
2008年11月后
可更换新款眼镜
Dolby
滤光技术
1.8增益
数字白幕
或金属幕
1.89万美元/套
39
国内无1.8增益白幕，金属幕价格同上
1.8增益
3.5万元人民币
通常非杜比服务器加收软件费
500美元/套
订货超过50套还可
适当优惠。国内向ACE购买
3D设备可免收软件费。
Master-
Image
圆偏振+
偏振转盘
2.0~2.4增益
金属幕
2.8万美元/套
0.75
2.0增益
6750元人民币
2.4增益
5.4万元人民币

70套以上主机
2.6万美元/套
注：以上美元报价不含进口关税。
2008年5月15日
3D电影研讨会发言稿，经修改发表于2008年第6期《现代影视技术》