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硬件 | 一款5G+3D的立体眼镜：会是5G时代的杀手级应用吗？
去年有幸看到一款立体眼镜，亲身体验感觉舒适，这是基于丁守谦教授独创的非近轴光学理论衍生的发明，让眼镜能准确反映物体的三个维度，在色彩、清晰度、景深等方面彰显了众多不一样的精彩，下面让我们共同来体验这种眼镜的优越性能吧。
去年初夏环球专网通信在深圳风光秀丽的麒麟山庄召开会议，特邀李进良教授作《专业移动通信应移植公众移动通信技术》报告，我作为会议主持人为做好准备头晚到他下榻的房间拜访。事情完了，李老拿出带来的VR，让我欣赏一个视频节目，我一看脱口而出：“这不就是市面卖烂了的盒子嘛，曾经看过，不一会儿就看的头晕脑胀。”李老笑笑说：“不一样的，你看看就知道了。”
放映的是一段生物电影，水珠滴到湖面，激起一圈一圈的涟漪;碧绿的剑兰冉冉生长，百合花含苞怒放，长达一月的自然生长周期此刻压缩成几十秒钟生态呈现，令人惊叹;蜘蛛布设了一张精密美丽的网，一只蜜蜂呆头呆脑一头撞上，纵使努力扇动翅膀，也无济于事，顷刻之间成为了蜘蛛的俘虏;一只蜗牛缓缓爬来，伸展它柔软的身躯与触须，好似一个在清晨做瑜伽的柔软女子，舒缓又惬意;突然画面上呈现一只亮晶晶的圆润灯泡，以迅雷不及掩耳之势爆炸碎裂，似雪片般飞溅的碎片劈头盖脸往我眼睛袭来，我下意识闭上眼睛，还后退了一步。正惊魂未定，一段性感优美的韩国TOP Girl的热舞视频，立刻让人眼前一亮：身形修长修长的青春美女，舞姿火辣、节奏明快、舞步轻盈，真是动若脱兔，矫健敏捷，仿佛她们的翩翩裙裾就要拂面而来，如此生动。我的拙笔难以描述，只想起了白居易的霓裳羽衣舞歌中的名句：“飘然转旋回雪轻，嫣然纵送游龙惊. . .繁音急节十二遍，跳珠撼玉何铿铮!” 白居易为此留恋：“当时乍见惊心目，凝视谛听殊未足”。
一种惊艳让我陷入了神思：“如果当时有3D摄影，让唐明皇将杨贵妃在宫廷演奏的霓裳羽衣舞拍摄下来，这多好啊!我们今天就可以身临其境观赏1200年前的歌舞盛宴了。”有次看了《泰坦尼克号》杰克写生那段，贵族女郎露丝款款步入客厅，把披风脱下，丰满柔软的身躯亭亭玉立，在穷画家杰克面前，回眸一笑百媚生，杰克刹那惊艳之后，示意露丝斜倚躺下，他便聚精会神描绘起来。此刻我面对面看到的栩栩如生的美丽人体艺术的感受应该就像杰克当时的感受一样真实震撼。记得杂志社的台湾姑娘小伍，带着小女儿欣赏这个VR眼镜里热情澎湃的印度歌舞时，大的小的都随着舞蹈音乐的节拍跳起来，翩翩起舞，那种全神贯注融入节目场景的形态太美妙了。后来几次会议，我都要到李老的住处，饶有兴味欣赏这个免费的立体电影一个又一个，一点也不感到眩晕。李老谦虚告诉我：“我这个还算是赝品，真迹在南开大学丁守谦教授那里，那才叫绝了。”我感到这么美好的发明应该让更多的人分享，于是竭力推荐给深圳市老年科技协会举办一次自主创新大讲堂。
去年11月4日，深圳市特邀天津南开大学丁守谦和广州电子七所李进良两位教授，在深圳科学馆，为老年科技工作者介绍他们的创新经过，现场让大家欣赏这种立体眼镜的奇特效果。与会者普遍认为，立体眼镜的成像清晰逼真，景物在眼镜里明亮夺目，色彩璀灿无比。过去画面上容易出现的马赛克现象、戴上眼镜后的晕眩感觉在这里全没出现，有位工程师激动地说：“通过立体视频，我们看到了高山的雄伟，海底的神秘，大自然的多姿多彩变的触手可及，让人陶醉、使人舒心，突然，空中一只粉蝶迎面扑来，真让人觉得已经进入了人间仙境。”
为什么丁氏立体眼镜这么神奇？
这种立体眼镜为什么会有如此不一般的特色?我就请教李老，老先生打开手机上左右并列的两张像片，这是丁老的女儿在美国科罗拉多大峡谷拍摄的，初看两张一样，也没什么吸引人的特色。但是一放进VR盒子后，两眼凑近一看，奇迹出现了，变成了一张，女人原来是坐在悬崖的边上，给人一种推一推就会掉进万丈深渊的惊心动魄的视觉感受。我很奇怪，这是怎么回事呢?李老让我再仔细看看这两张像片，原来这是用两部相距65毫米(人眼的距离)的照相机同时拍摄的，相当左眼位置拍摄的左像片左边的景物多一些，相当右眼位置拍摄的右像片右边的景物多一些，略有差异，就叫做像对，人的左右眼的视网膜上也是这么两张大同小异的像片，经视神经传输到人脑的视觉中心处理，才形成立体图像。
明明是两张像片怎么会合成一张呢?这就要理解这项发明所依据的原理，丁教授创建的非近轴光学理论是研究偏离透镜旋转对称轴区域成像规律的学问，与180年前德国科学家高斯研究透镜旋转对称轴区域成像规律的光学不同。高斯光学是显微镜、望远镜、电子显微镜以及射电天文望远镜的理论基础，可以指导人们将实物不失真地放大、拉近来观看。而3D成像要求左像片与右像片的虚像必须不失真地在适当位置完全重合成原物，也就是要求左像片的虚像向右位移，右像片的虚像向左位移，这样才有可能重合，位移这点功能高斯光学就无能为力了。只有依据非近轴光学理论研究的偏心镜才有可能使虚像不失真地位移，而且要设法让左眼只能看到左虚像，右眼只能看到右虚像，这样的3D显示就完全是仿生人类的视觉机理，因此非近轴光学它是形成优质3D图像的理论基础，目前此理论可谓独树一帜，成像的质量远超过一般产品。经过李老这么深入浅出的科普，我有些明白了。
但我又产生了疑惑，那么市面流行的VR盒子怎么也能看出立体效果呢?李老不厌其烦地向我解释：将手机显示屏放进VR盒子后与眼睛的距离不大，理论计算所要求的透镜偏心距也不大，大约毫米量级，靠移动二透镜的间距，特别是人眼有调节功能，就像人们看“画中画”那样用“对眼法”即将双眼向鼻尖方向靠拢对画面凝视一阵就可以从随机点图中看出隐藏其中的立体画来，这实际是让左黑眼珠(相当于透镜镜头)向右移，右黑眼珠向左移，起了类似偏心透镜的作用，正因如此，人眼特别累，这就是市面VR盒子让人头晕脑胀的根本原因。利用这样的VR盒子对笔记本电脑、电视机、投影机等等大屏幕是无法看出立体的，因为屏幕图像与眼睛的距离增大，要求透镜的偏心距也大，大约几个毫米量级，对眼法不行，只有按丁教授独创的非近轴光学原理发明专利设计的偏心眼镜或三棱镜才可能，但三棱镜的失真较大。
双屏个人立体影院的特色
那款李老叫绝的立体眼镜，就是双屏个人立体影院，见下图，它由丁守谦、李进良二位教授发明，已获发明专利。专利号：201410554496.7，并做出样机，经SID北京分会推荐将于5月20日赴美洛杉矶参加SID大会I-ZONE展览。
眼镜能看到物体的三维信息，让物体活龙活现，让人与物紧密相联，下面让我们简单介绍一下这种立体眼镜的各项特色：
1.准裸眼观看，适合8岁以上各年齡段人群。
该发明无需另戴专用的立体眼镜(如偏振光眼镜、液晶快门眼镜)，只要人眼靠近观察窗口观看即可，就像人们站在室内窗前观看窗外风光一样，故严格地说是属准裸眼系统，其观看非常方便，适合从8岁至8、90岁的广大人群，无论原来是戴(近视、老花)眼镜的或本来不戴眼镜的都能观看立体像。而通常用的隔断光栅或柱面微镜所形成的裸眼观看系统会将清晰度降低一半，亮度、景深会受到影响，且观看位置受限制，否则晃眼引起头晕。
2.成像质量最高，属大屏幕立体像系列
因另辟蹊径，采用纯光学移位法将左、右眼像直接合成立体像，镜片系由透光率几近100%的光学玻璃或相应的透明树脂制成，故亮度最高;在光学设计中已克服了色差，故色彩还原性最好，并使畸变、彗差、球差降至难以察觉的程度;而且是由左、右眼两路图像直接合成，有互补作用，能看出更多细節，且能显示出金属、钻石等的光芒及绸缎面的光泽，图像清晰逼真。不必使用同步小电池，属无源系统，无“发闪”及“串扰”等问题。故就成像质量而言目前可高居首位。并且图像已进行适当放大，可达到相当室内120吋立体电视画面的水平。
3.与标准格式接轨，与各种片源兼容
可收视“左右并排(Side by Side)”这种原始国际标准格式的3D节目，可直接收看由央视或互联网上3D频道所播放的节目及各种3D电影节目，或直接应用本装置所安装的二个摄像头拍摄的3D格式。也可收视国际上目前流行的超宽幅(32:9)作上下叠放(Up & Down)的3D节目。因此，片源十分丰富。
4.个人立体影院发展成多功能的一体机
戴上立体眼镜，就是一个个人立体电影院，这种影院与4G通信系统结合(在5G时将与5G相结合)，形成了一个可实时拍摄、发送、接收、存储、播放的3D一体机。也可通过互联网、WiFi、兰牙等实现同一目的。
5.应用广泛，可民、可工、可医、可军用
本发明既可以做成头戴式，也可以做成手持式或摆放式，属高清立体显示的公用平台。既可以用于观影，也可根据不同的需要作各种不同的应用，例如立体游戏，虚拟现实(VR)，增强现实(AR)，立体物联网、邮购、旅游、文化传播、婚纱摄影(立体写真)、公安、囯防、交通、科研中均可发挥其作用。又由于其高清晰、高亮度并能保持3D显示时唯一能保持灰度等级不受损失等特点，还将在医疗成像中发挥无可替代的作用。
6.性能价格比高
该发明不仅在清哳度、亮度、彩色饱和度、影像尺寸等方面居于世界前列，与国外同类的产品采用同一节目类比，还略胜一筹!现又改进，其优点更为突出，它视场更加阔广，相当于宽屏幕立体影院在前排看到的场景，但显得明亮、彩色鲜艳，清晰度好，且无需配戴专用的立体眼镜。此外价格还远低于国际同类产品(例如索尼第三代头戴显示器HMZ-T3W)，达到一般大众能接受的水平，故性价比高。
5G+3D的愿景
精通移动通信原理的李教授，常在通信行业发展的关键时期发出前瞻观点，目前竭力倡导4G/5G+3D技术路线，他提出以双摄像头3D手机来解决3D信息的拍摄获取，以4G网络与云计算来满足3D信息的处理、存储与传输，以立体眼镜、立体影院来解决3D信息的显示。两位教授热爱祖国，崇真至善，成果无数，立体眼镜是他们“博观而约取，厚积而薄发”的一个合作，两位清华大学的老同学，在晚年仍不忘为通信事业再作一番贡献!
世界本来是立体的，任何物体都有XYZ三个维度，但由于科学技术水平限制，表达物体的二维信息相对容易，表达三维却相当困难，这让人类长期只能看到物体的二维效果，相片、电影、电视等的画面至今仍是单调枯燥的平面成像。这样的画面，没有景深，不能显示实物的立体结构，也没有实物的真实光彩，与现实的世界总是脱离。
这种脱离给我们工作、生活造成了无尽的损失，试想我们在观看一场平面电视直播的足球比赛，你想发现运动员的违规动作相当困难的，因为图像在传输上就少传送了一维的信息，如果这是一场立体的电视直播，观众一定可以像在现场一样欣赏每个运动员的精彩表演，运动员任何细小的动作逃不过你的眼睛。在二维的世界里，人人虽有两眼睛，但实际上是独眼龙。
“好雨知时节，当春乃发生”，在通信网络不断提速的今天，信息的高速安全传送已臻于完美，从而让长期以来无法满足立体传输与显示的千古难题得以破解。他们的这项发明，是还原世界本来面目的完整技术体系，今天正是大力推广应用的最佳时机，我们希望业界有识之士，积极支持丁氏立体眼镜的开发与制造，尽快使产品应用上市，早让3D成像技术走进各个领域，让千家万户享受到立体成像给我们带来的无限好处与乐趣!
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