研究过红蓝眼镜的立体成像机制，规划了配备红蓝眼镜的立体视频播放方案，该方案包含YUV与RGB的格式转换、BMP文档的存取操作以及立体视频的叠加组合等环节，最终借助软件完成了立体视频的播放功能，实际测试显示，该立体视频播放方案能够营造出较为明显的立体视觉感受。
0 引言
现代影像科技持续进步，公众对于沉浸式和互动性强的视觉感受愈发渴求，平面影像已难以满足持续增长的观赏期待。为此，立体三维展示方案应时而生，现已成为显示行业的研究焦点，并且在文娱、出行、研学及诊疗等多个行业领域获得了普遍运用。
人类对立体视觉技术探索的历史很长，早在16世纪，就有研究者尝试用不同色彩描绘符合特定规则的左右眼图像，再借助滤色镜观看以形成立体观感。1936年，米高梅影业率先推出采用红蓝眼镜观看的商用立体电影，同一年，Polaroid公司的创始人艾德温·兰德也开始将发明的偏振膜应用于立体影像领域。大约在1989年，Stephen Benton作为彩虹全息照相的创造者，着手电子全息照相技术的研究，由此开启了裸眼式立体显示技术的新篇章。我国三维视频技术虽然发展初期较晚，但近些年进步显著，众多高校与企业针对立体显示领域展开探索，并收获了诸多成就。
立体影像作品能带给体验者强烈的立体效果，不过制作费用很高，2009年12月公映的《阿凡达》电影投资高达5亿美元以上。尽管众多企业相继推出了多种立体电视机，不过售价不菲，一般民众只能在影院才能体验这种视觉享受，观影费用高而且操作不方便。本篇构思了一种运用红蓝镜片观看立体影像的播放设备，意图通过处理多视角影像达成立体视觉，降低大众感受三维效果的经济负担。该装置首先考察了现有的立体显示方法，随后依照红蓝镜片成像机制，开发出这款立体视频播放装置。该设备核心功能包含色彩模式转换,支持YUV与RGB格式互换,能够处理BMP文件存取,还能将双视图素材合并,最终通过软件完成立体影像的呈现过程。
1 立体显示方案对比研究
立体显示技术依据是否需要佩戴眼镜，可划分为无需眼镜的立体显示和需要眼镜的立体显示方式。其中，无需眼镜的立体显示方式包括狭缝光栅技术、柱状透镜技术以及多层显示技术，而需要眼镜的立体显示方式则涵盖色差技术、偏光技术以及快门技术等类型。
这种立体显示方法通过将屏幕分割成垂直排列的条带实现，每条带交替呈现给左右眼影像。在屏幕与观看者之间，会放置一种特殊的间隔装置，该装置同样由垂直条带构成。尽管这种技术无需借助眼镜，但每只眼睛接收到的光线仅为原本的一半，导致亮度降低一半，同时横向清晰度也折损一半。
这种叠层式视觉呈现方式并非严格的三维立体技术，不过无需借助眼镜也能营造出立体观感。其构造方法是将两片液晶显示屏堆叠起来，两者之间保持一定间隙。画面内容会被分解，前景和背景分别投射到前后两片液晶屏上显示。这项技术尽管部分解决了前两种裸眼式显示技术存在的不足之处，但制造费用非常昂贵，普通民众难以负担。
分色立体成像技术也称作色差式立体显示，它借助两台分别处于不同角度的相机来捕捉各自影像，随后将不同观察角度下的色彩通道合并至单一画面之中这种三维成像方法所需装置较为简便，不过其呈现效果并非十分完美，由于提取了红色与蓝色两种色调，导致部分色彩细节被舍弃然而其价格相对低廉，因而让多数人能够选用
偏振式3D技术又称为偏光式3D技术，是一种被动式显示技术，现阶段3D电影院、3D液晶电视等设备多采用这种技术方案。在投影机领域，实现偏光式3D效果必须使用两台及以上配置参数一致的投影设备，而在电视行业，该技术对画面刷新率有较高要求，需要达到240赫兹或480赫兹以上。偏振式立体眼镜造价不高，不过驱动装置需要很精良，偏振体系装置费用昂贵，家庭用户难以配置。
经过对几种显示技术方案进行评估和对比，从观看费用以及家庭应用便利性角度出发，决定采用色差式3D显示方案来构建立体视频播放设备。色差式立体显示技术所用的装置仅是一副红蓝滤色眼镜，戴上后视觉对颜色产生作用，红色画面只经红色镜片，蓝色画面只经蓝色镜片，两只眼睛看到的画面在脑内合成，就能形成立体视觉。
2 立体视频播放器设计
本方案依照红蓝镜片成像机制构思立体影像播放设备，其核心构成包含三个环节：首先进行色彩坐标的调整，接着对色彩分量的排序，最后完成立体影像的拼合，整体构造详见图1所示。
2.1 色彩空间转换
YUV存在多种采样规格，包括YCbCr 4∶2∶0、YCbCr 4∶2∶2、YCbCr 4∶1∶1以及YCbCr 4∶4∶4，本立体视频播放系统选用的是4∶2∶0规格的YUV视频。该规格仅将每行扫描线的一种色度分量以2∶1的比率进行记录。邻近的扫描行分别记录着不同的色彩信息，举例来说，某一行为4比2比0格式，那么紧接着的行就会采用4比0比2的排列方式，接着又是4比2比0的布局，循环往复不断变换。每一种色彩成分在水平与垂直维度上的采样比例均为二比一，综合来看，色彩信息的整体采集效率达到了四比一的水平。
色彩通道需重新编排，因此要把YUV视频转为RGB格式，不过要精确无误地完成YUV图像到RGB图像的转换，难度相当大，本文借助公式（1）、（2）、（3）进行估算转换。
R=1.0Y+1.402（V-128）（1）
G等于一乘以Y,减去零点三四四乘以十三,再减去零点七一四乘以十四,括号内是U减去一百二十八,和V减去一百二十八
B=1.0Y+1.772（U-128）（3）
2.2 颜色通道重组
该立体视频播放系统采用红蓝眼镜显示技术，其原理是单独为左眼传输红色图像，为右眼传输蓝色图像，利用双眼视差效应配合眼镜即可实现立体视觉。在处理颜色通道时，需要将左视角的红色信息、右视角的蓝色信息以及任意一个绿色信息进行整合，然后写入BMP文件。整个颜色通道整合过程如图2所示。
2.3立体视频合成
通过逐帧解析YUV视频，生成相应的BMP图像文件，然后依次展示这些BMP文件。为了方便使用，播放界面设有四个控制按钮，如图3所示，包括导入左侧视角YUV视频、导入右侧视角YUV视频、播放立体影像以及退出程序的功能。
3 实验结果及分析
3.1 视频测试序列
基于MFC开发完成了立体影像播放工具，为了检测播放工具的立体显示能力，选用德国HHI研究机构赠送的“Book Arrival”与“Alt Moabit”影像片段，同时选用韩国GIST研究机构提供的“Newspaper”以及ETRI机构赠送的“Lovebird1”，再加上日本Nagoya大学提供的“Dog”和“Kendo”影像片段，进行功能验证。由立体视频播放器获得的立体视频的第一帧如图4所示。
3.2 主观测试结果及分析
通过红蓝眼镜检验立体视频的观看体验，挑选了十五位测试者参与评估，评分标准设定为五级制，具体为：第一级表示难以接受，第二级表示效果欠佳，第三级表示表现普通，第四级表示效果良好，第五级表示效果极佳。为确保实验数据公正可靠，十五位测试者均使用相同的显示装置，并佩戴规格一致的红蓝眼镜进行测试，各个视频的主观感受评定结果参见表格一。
主观测试结果揭示，在六个立体视频里，有五个视频的得分超出四分，其中“Dog”的立体视觉表现最为突出，而“Alt Moabit”因为左右镜头的视差不大，所以相较于其他五个视频，其立体视觉体验略逊一筹，六个立体视频的综合平均得分达到四点二七分，表明立体显示水平较高。测试结果显示：运用红蓝镜片的立体影像播放设备，其立体呈现效果相当出色，使用者能更轻松地感受三维技术所营造的视觉听觉感受。
3.3 系统特色与优势
（1）合理的系统设计
从家庭使用便利角度出发，选用红蓝眼镜色差式立体显示方案进行立体视频播放器开发；借助精简技术将YUV图像尽可能还原为RGB格式；发挥人类双眼特性，对左右眼颜色信息及某个绿色通道进行重新排列并写入BMP文件，从而简化了操作流程；依据立体视频合成与帧处理原理，通过MFC将原先繁复的3D动画技术加以简化并整合进播放器，方便用户操控同时达成高品质立体影像的播放效果。
（2）简约人性化的处理
系统研发了简洁且友好的视频播放控制面板，借助直观界面指引和互动机制，消除了过去观看立体影像时繁琐的配置步骤，让使用者获得更愉悦的观看感受。
（3）经济节约的理念
从设备开销、观看费用，以及家庭应用等多个角度全面权衡，把原先一系列的大型处理装置进行精简，既让用户观看立体影像更加便捷，又显著降低了视频处理昂贵装置的经济压力，为拍摄立体影片的摄像师提供了有利条件。
4 结束语
为了让普通观众更轻松地体验立体效果，经过对观看费用和设备状况的权衡，最终决定采用色差式立体显示技术，也就是使用红蓝眼镜观看的显示方式，来完成立体视频播放器的设计。为了评估立体视频播放器的表现，选取了全球多个大学和科研单位提供的规范多视角视频片段，通过播放设备进行转换，生成了立体影像，随后安排观众使用红蓝眼镜检验了三维画面的立体感。检验结果显示，该播放设备生成的立体影像具备令人满意的立体视觉体验。
