六面全景LED球形屏与西瓜皮LED球形屏的差别

LED球形屏问世的历史较短,目前成熟的成品技术有2种:六面全景LED球形屏与西瓜皮LED球形屏(以下简称全景球屏与西瓜皮球屏)。下面讨论它们的主要不同之处和应用及发展前景。

六面全景LED球形屏与西瓜皮LED球形屏的差别

  一、 全景球屏与西瓜皮球屏结构与制作方法不同

  1.全景球屏制作原理
  设计者将一个整圆球分成六片形状与大小完全相同的四边形状的球面。因为他们外形尺寸都相同所以只要对其中一片进行研究并设计合适尺寸的四边形PCB进行拼接就可以了,如图一。

图一

  2.西瓜皮球屏制作原理
  设计者将一个整圆球分成N片形状与尺寸大小完全相同的西瓜皮状球面。因为他们外形尺寸都相同,所以也只要对其中一片西瓜皮状进行研究并设计合适尺寸的四边形和三角形PCB进行拼接就可以了,如图二。

图二

  二、景球屏与西瓜皮球屏播放方式不同

  1.全景球屏的播放方式
由于六面全景LED球形屏的播放区域形状是曲边四边形的,它符合绝大多数图像源是四边形的特征,因此它的播放方式可以有很多种,主要有a模式(图九左图)和b模式(图九右图)。

  a模式:多至6个不同的视频源的同时播放方式
  请参见图三图四。因为绝大多数普通图像源都是平面的、中规中矩的矩形,设计者只须将需要播放的六个图像源(图四左图)放到LED播放器的合适位置并播放它即可(图四右图)。通过简单的设置使得它们分别对应在球形屏上的上、下、前、后、左、右六个位置播放。

  当然这6个图像源在全景球屏上可以无缝拼接播放,例如,参见图5,将6张地球仪图片(图五左图)无缝拼接后在全景球屏上播放(图五右图)。由于全景球屏结构上没有南北极概念,因此不存在类似西瓜皮球屏南北极像素损失严重的情况。
  需要说明的是:视频源是平面的,而播放媒介(球形屏)是球面的,因此平面的视频源需要均匀压缩与抽点才能完成在球形屏上播放,参见图三中阴影部分是必须抽去的,经过计算这部分占比约15.2%左右,也就是图像畸变也为15.2%左右。

图三

图四

图五

  a模式非常具实用价值,尤其对直径比较大的球形屏,因为针对每一个体观众而言,他不可能同时看到外球形屏表面的全部,他所能看到的也只有外球形屏表面的1/6左右质量较高的图像。从已经投入使用的宝安图书馆大型全景球屏来看,观众主要集聚在三楼、二楼、一楼,他们分别都只能观察到全景球屏的顶部、中部一圈、底部的高质量图像(见图五)。而西瓜皮球屏只能观察到中部一圈质量较高图像,而顶部与底部(两极区域)的图像由于抽点较多而质量极差(参见本节第2点西瓜皮球屏的播放模式)。

  b模式.单一视频源的播放方式
  图像源来自一个视频源。请参见图九的右图,它将一张图片经抽点后围成球形,类似于西瓜皮球屏的播放模式。

  2.西瓜皮球屏的播放模式
  西瓜皮球屏的图像源只能来自于一个视频源,其播放模式示意图见图六,图中的阴影部分像素是必须抽去,经过计算约占比约36.4%左右,也就是图像畸变约为36.4%左右,可以看出,它的图像畸变主要产生在南北极附近,实际显示效果参见图七、图八。对应图七的左边是电脑上LED播放器的图像源的照片,右边是西瓜皮球屏播放的照片,可看出靠近两极区域图像中的数字几乎已经辨认不出。西瓜皮球屏的成像与播放在本质上是平面图像在三维球面上播放,产生36%左右的图像畸变是必然的,两极区域显示不清也是必然的,难以适应俯视或仰视的应用场景。

图六

图七

图八

  三、全景球屏与西瓜皮球屏播放效果不同

  西瓜皮球屏致命的弱点是南北二极不能正常播放图像,图像畸变集中于南北极区域(除非人工定制图像源,)这是西瓜皮结构设计所决定的,因此在播放上没太大的发展空间,参见上面4张照片(图七、图八)。而全景球屏由于基本显示单元是四边形的,它符合普通平面图像源也是4边形的特征,视频图像源可以1至6个(参见图九左边照片,图像源为6个),因此全景球屏有更大的发展空间。它的b模式还能涵盖西瓜皮球屏的播放模式,参见图九的右边的照片。

图九

  而西瓜皮球屏在播放模式上就显得比较单一,只能播放一个图像源,本质上相当于全景球屏的b模式。
从以上描述分析可以看出,全景球屏不论从结构还是播放方式,本质上是三维立体的,四边形的,相当于立方体削减部分像素而成球形。而西瓜皮球屏本质上是二维平面的,三角形的,即将四边形平面图像围成一圈(呈圆柱形)再大量削减上下两极的象素(呈以赤道为底边的三角形)而成球形。这是它们最根本的不同之处,从而引起播放方式和播放效果不同。

  四、全景球屏的应用与发展前景

  1.高质量球面图像源的形成与播放
尽管早已出现了鱼眼、广角镜等照相机产品,但是展示这些图像的显示媒介还是以平面显示为主体,效果肯定不会理想。自从非平面投影式的外、内球幕产品问世以来,市场就有了对高质量球面的视频源的需求,为了提高了观众的体验度,一般球面视频源是由人工制作,费工且复杂使得它的的制作成本非常昂贵,这对推广球幕影院也很不利。

  可喜的是近来一些国外的数字公司,如GOPRO、三星、诺基亚、索尼、360、谷歌、FACEBOOK等纷纷推出全景球面摄像机,它们有的由多个摄像头组成,将拍摄到的多幅视频源通过软件进行无缝拼接得了优质全景球面的视频源,见图十。最具代表的是GOPRO与FACEBOOK公司的由六个摄像头组成的全景球面摄像机,使得获取优质的球面视频源变得非常容易,球面视频图像源采集与形成原理与目前全景球屏的结构与播放原理非常的相似,见图十。可以想象随着全景球屏推广肯定会为全景球面摄像头的应用、推广、发展提供一个绝佳机会。当然反过来也对全景球屏来说也是一个大利好,而这类应用对于西瓜皮球屏而言比较困难。

图十

  2.六面全景球形屏在球幕影院的应用前景
随着LED显示屏的稳定性不断上升与价格下滑,LED显示屏与LED球形屏成为影院的显示媒介已经成为可能,特别是LED球形屏作为内球幕影院具有很大优势,如下图所示(图十一)。

图十一

  这主要得益于全景球面摄像机与民用小型无人机的推广,使用民用无人机搭载全景球面摄像机拍摄山川、大海、城市鸟瞰等这些所得到的球幕视频源较人工制作的球幕视频源要来得真实,且成本非常低廉。而这类应用对于西瓜皮球屏而言比较困难。

  可以预见,随着VR(虚拟现实)、AR(增强现实)技术发展,六面全景LED球形屏作为硬件设施,具有很大的优势与发展前景。






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