插灰幀在提高3D圖像顯示質量中的應用

鄧良柄

摘 要：隨著3D圖像顯示技術的不斷發展，出現了基于插灰幀技術的3D圖像改善方案。利用插灰幀和倍頻處理能夠提高原有3D圖像的顯示質量。這主要是因為利用LVDS線可以將3D圖像的幀序列發送到液晶顯示器，同時，關閉或打開3D眼鏡和顯示器背光即可呈現出3D顯示效果。插入灰幀序列可以降低左、右眼間3D串擾問題發生的概率，并為液晶顯示板上的像素電容器充電，以縮短液晶分子的響應時間，改善圖像的模糊程度。

關鍵詞：插灰幀；顯示質量；3D圖像；串擾問題

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.117

由于人雙眼的位置不同，所以，看事物時會有細微的差別，而大腦則會分析左眼、右眼看到的圖像，進而呈現出3D效果。3D顯示分為主動快門、偏光和色差3種。其中，主動快門顯示比較復雜，它能提高3D顯示效果，讓雙眼看到1 080 P的高清畫面。主動快門式3D顯示技術就是依靠增加刷屏次數讓左眼和右眼交替顯示圖像，并利用快門眼鏡獲取人們想要的信息。這個過程就是利用人眼的視覺暫留功能在腦海中生成有3D顯示效果的圖像。但是，在同一時間，僅有一只眼睛可以獲取圖像，而畫面之間的切換會導致人眼與圖像分離，產生“雙邊緣”效應，即串擾問題。串擾問題會影響3D顯示效果，讓人頭暈，還會影響人的視覺感受，同時，圖像模糊也會在一定程度上影響3D顯示效果。由此可知，串擾問題是導致圖像模糊的主要原因之一。

1 方案概況

運用插灰幀提高3D圖像顯示效果的方案如圖1所示。

由圖1可知，信號源、預處理器、幀處理模塊、MCU處理器、無線發射器和液晶顯示器幾部分共同構成了運用插灰幀提高3D圖像顯示效果的方案。在此，信號源主要用于產生3D信號。預處理器主要用于識別3D信號，并進行格式轉換，調整左眼和右眼的幀序。其中，Rn+1幀為右眼幀，Ln+1幀為左眼幀，L幀和R幀的頻率為H.幀處理模塊處理了L幀和R幀后會進行相應的倍頻處理，產生L幀序列和R幀序列，然后再進行插灰幀處理?；規肎代替，使原有幀序變為L，G，R.這時，G幀圖像的像素電容代表某一電壓，電壓值不為0.與此同時，3D圖像幀同步信號會直接發送給MCU處理器，并通過C-S信號、GPIO信號實現數據傳輸。背光控制信號是由液晶顯示器接收的，無線發射器則是將相關信息發送給快門式3D眼鏡，并在左眼和右眼之間進行信息切換。液晶顯示器接收到3D圖像后就會成像，并利用幀序列和背光控制信號將相關信息以3D的形式呈現給接收者。

2 插入灰幀對3D串擾和圖像的優化

眾所周知，在左眼和右眼圖像序列中插入灰幀后，會增加1/（2H）的間隔時間，使左右眼的圖像徹底分開，從而降低主動快門式成像的串擾率。液晶顯示裝置是由源驅動器、門驅動器、液晶單元和VCOM電壓組組成的。

液晶單元集是由m×n個像素構成的，每個像素單元中又包括1個TFT和1個像素電容器。其中，像素電容器又包括顯示電極和公共電極，顯示電極與TFT的源極相連，將所有的公共電極連接在一起，再與VCOM電壓相連。

為了防止相關（液晶）面板在顯示畫面時發生閃爍，或者液晶分子向兩邊交替旋轉，應將公共電極（VCOM）的電壓數值設定在像素信號的中值左右。因為液晶分子的偏向角度不同，所以，它的透光度也會有偏差，導致液晶板顯示的透光度不同。顯示畫面是由不同亮度的像素單元矩陣構成的，因此，畫質也不同。

像素電容器的放電速度過慢或者液晶分子的響應時間過長會使圖像變得模糊，甚至還會出現圖像拖尾等情況。當液晶顯示器顯示運動畫面時，因為相近的2張圖像有很大的區別，所以，相關電容器兩端的電壓也會發生大幅跳變。

在顯示3D圖像時，第一幀為灰幀（G），SW為正極性操控指令，源驅動器輸出的Si是正極性像素指令。當Si通過TFT為像素電容器預充電時，電壓值為Ug+，充電時間為1/（2H）.像素電容器會使液晶分子偏轉，偏轉角度為￠g+。當圖像顯示Rn”幀時，SW輸出的依然是正極性操控指令，源驅動器輸出的Si依舊是正極性像素指令。當Si通過TFT為像素電容器繼續充電時，電壓值為U+，充電時間為1/（2H），如圖2所示。在顯示下一灰幀時，SW為負極性操控指令，源驅動器輸出的Si為負極性相關指令。當Si通過TFT為像素電容器反向預充電時，電壓值為Ug-，充電時間為1/（2H）。像素電容器會使液晶分子偏轉，偏轉角度為￠g-，如圖3所示。當圖像顯示Rn”幀時，液晶分子會偏轉，偏轉角度為￠-。

利用插入灰幀可以為像素電容器預充電，使液晶分子提前旋轉一定的角度，減小其實際旋轉角度。同時，圖像信號到來時會加快液晶分子的旋轉速度，并發生較大角度的旋轉，以縮短液晶分子的響應時間，有效控制圖像模糊和拖尾情況的發生。

3 方法驗證

由圖2和圖3可知，在灰幀時段內如果不作任何處理或者插入全黑幀，能有效避免主動快門顯示的3D串擾問題。但是，如果插入黑幀圖像，像素電容電壓為0，不僅能為像素電容預充電，還能延長液晶分子的響應時間，使圖像變得模糊，同時，偏轉角度減少也會降低顯示亮度。

4 結束語

本文針對快門眼鏡3D成像技術進行了插灰幀分析，旨在提出一種提高3D圖像顯示質量的方案。3D圖像幀進行倍頻處理后，可以在左右眼之間插入灰幀，將左右眼圖像完全分離，降低主動快門式3D顯示的串擾問題。在插入灰幀時對像素電容進行預充電，液晶分子就會發生角度偏轉，進而減小左右眼圖像信號的角度偏轉，縮短液晶分子的偏轉時間，加快顯示響應速度，解決圖像模糊和拖尾等問題。因此，運用插入灰幀技術可以優化3D圖像。目前，這項技術已被廣泛應用于液晶顯示領域。

參考文獻

[1]王瓊華.3D顯示技術與器件[M].北京：科學出版社，2013.

[2]陳兆林.快門式3D液晶電視重影消除研究[J].電視技術，2012.

[3]龐志勇，譚洪舟，朱雄泳，等.基于盲信號處理方法的LCD運動圖像去模糊研究[J].中山大學學報（自然科學版），2010，49（2）.

〔編輯：白潔〕