3D顯示技術(shù)在LED顯示屏上的應(yīng)用分析

寧喜峰

3D顯示技術(shù)在LED顯示屏上的應(yīng)用分析

寧喜峰

（廈門一視科技有限公司，福建 廈門 361028）

隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，3D顯示技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用，尤其是在LED顯示屏上的應(yīng)用。其能夠在LED顯示屏上顯示出較好的3D圖像，具有極高的性價比。基于此，主要探討3D顯示技術(shù)的立體原理以及主動式與被動式應(yīng)用方式的優(yōu)勢和缺陷，分析了闡述3D顯示技術(shù)在LED顯示屏上的實際應(yīng)用，旨在為新一代的3D顯示技術(shù)應(yīng)用提供借鑒和參考。

3D顯示技術(shù)；LED顯示屏；刷新率；立體顯示

3D顯示技術(shù)最開始起源于19世紀(jì)末20世紀(jì)初，經(jīng)歷了整整一個世紀(jì)的發(fā)展，到目前已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到投影設(shè)備以及電視設(shè)備中。本文主要針對主動式3D顯示技術(shù)展開分析。LED顯示屏是一種應(yīng)用三基色發(fā)光二極管組成的圖像顯示設(shè)備，具有色彩鮮艷、圖像清晰、亮度高、能夠切換高清/超高清顯示的特點，通常被應(yīng)用于戶外顯示以及舞臺背景等，有效地提高了觀看者觀看圖像的效果和體驗。

1 3D顯示技術(shù)的立體原理

3D顯示技術(shù)應(yīng)用到LED顯示屏上有左右眼以及120 Hz處理方式。其中左右眼在LED顯示屏上實現(xiàn)3D技術(shù)主要是依靠光柵處理，這種方法即是利用視差障礙的原理來使LED顯示屏上的影像呈現(xiàn)交互排列的形式，然后通過細(xì)長的縱列光柵后，可以借助左右眼進(jìn)行觀看。進(jìn)入到左右眼的縱向影像會因為視差障礙器而出現(xiàn)分離狀態(tài)，也就導(dǎo)致了左眼和右眼所捕捉到的影像會產(chǎn)生微小的偏離效果，如圖1所示，最終在人的大腦內(nèi)形成立體的三維圖像。但光柵方法在LED顯示屏上的處理方式具有一定的缺陷，如果光柵式顯示器應(yīng)用的是雙視點技術(shù)，則觀看者對應(yīng)的LED顯示屏的水平像素會大幅降低，而使用多視點技術(shù)就會大量地增加應(yīng)用成本。而120 Hz刷新率的顯示器應(yīng)用3D顯示技術(shù)的主要原理是時間域調(diào)制技術(shù)，即根據(jù)顯示屏顯示圖像刷新頻率的不同，左右眼畫面輪流交替地顯示在LED屏上，利用液晶眼鏡開關(guān)造成的時間差，在一定程度上能夠使左眼和右眼進(jìn)行交替式觀看，兩只眼睛看到對應(yīng)的圖像，如圖2所示。通常情況下，液晶眼鏡和視頻圖像是同步切換的，切換的速度可達(dá)每秒120幀，通過人眼視覺殘留特性的作用，左右眼看到的圖像會在大腦中進(jìn)行自動合成，從而產(chǎn)生了平面圖像的3D立體顯示效果[1]。這種處理方式相比于左右眼的光柵處理，具有經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢。從應(yīng)用成本的角度上看在LED屏上應(yīng)用3D技術(shù)，利用快門式的處理方法更好。

圖1 偏光式3D技術(shù)應(yīng)用

圖2 主動快門式3D技術(shù)

2 主動式與被動式應(yīng)用比較

由于LED大屏幕的分色方法是色差式3D顯示技術(shù)，即可以使用紅藍(lán)眼鏡實現(xiàn)人的左右眼交替和疊加觀看圖像，從而能夠?qū)崿F(xiàn)立體成像。而當(dāng)前LED屏應(yīng)用的3D技術(shù)主要是主動式快門眼鏡觀看，其具有亮度降低、長時間觀看易疲勞、容易發(fā)生串?dāng)_現(xiàn)象、對觀看角度要求嚴(yán)格、造價高等缺點；而相比之下，被動式具有偏光性眼鏡價格經(jīng)濟(jì)、觀看效果好、亮度環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢，所以要將被動式應(yīng)用到LED顯示屏上的3D顯示系統(tǒng)中，根據(jù)其分色方法可以實現(xiàn)2D轉(zhuǎn)化為3D，主要是通過紅藍(lán)眼鏡的片源，將紅色部分圖像送到左眼、將藍(lán)色圖像送到右眼，即可以在人的大腦中形成具有立體效果的圖像，具有實現(xiàn)方法簡單、應(yīng)用在LED顯示屏中的成本低等優(yōu)勢。但在觀看時，左右眼接收到的輸入信息不能保障一致和平衡，在大腦加工后能夠?qū)蓚?cè)眼鏡觀看到的信息進(jìn)行重新整合，長時間觀看下會在一定程度上造成觀看者的視覺疲勞。所以，被動式偏光紅藍(lán)眼鏡不能長時間應(yīng)用。但與主動式相比，被動式是實現(xiàn)簡單、3D效果最佳的LED顯示方法。

3 3D技術(shù)在LED顯示屏上的實際應(yīng)用

3D顯示技術(shù)在LED顯示屏上的實際應(yīng)用是當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展趨勢。以三星首款電影LED屏幕3D版本為例，其實現(xiàn)了從2D到3D的轉(zhuǎn)換，屏幕亮度可維持一致，而且還能夠表現(xiàn)出完整的3D字幕，在圖像和其他視覺細(xì)節(jié)中與其他標(biāo)準(zhǔn)的3D電影屏幕相比具有超高的畫質(zhì)和清晰度。三星首款電影LED屏幕的3D版本創(chuàng)新性地支持高動態(tài)范圍，共有接近900萬個像素，整體LED屏幕高約5.4 m、寬10.3 m，能夠為觀看者帶來非常舒適的立體感受。同時，LED顯示屏具有4k超高清分辨率（4 096×2 160），而且相比于其他普通的電影院標(biāo)準(zhǔn)來說，高出近10倍的峰值亮度提高了觀看者的3D立體視覺感受。

而LG通過在電視液晶面板上增加特殊的精密柱面透光鏡，在經(jīng)過編碼處理之后，可以將3D視頻影像獨(dú)立地傳送到人的左右眼中，從而使用戶無需借助立體眼鏡便可實現(xiàn)裸眼立體感受。而對于眼鏡式3D技術(shù)而言，可以分為色差式、偏光式以及主動快門式，形成3D立體圖像。而LG OLED電視則是利用納米級照明技術(shù)彌補(bǔ)一般3D電視亮度不足的缺陷，而且LG3D電視的OLED像素采用的是自發(fā)光像素，能夠獨(dú)立開啟和關(guān)閉，即使在黑暗的觀看場景中也能夠比較生動地呈現(xiàn)出更有層次和細(xì)節(jié)的黑色影像，為觀看者提供深層次的3D電視觀看感受。

4 LED顯示應(yīng)用

4.1 控制系統(tǒng)設(shè)計

3D顯示技術(shù)應(yīng)用到LED顯示屏中，主要是依靠前端主機(jī)輸出的DVI信號，而被應(yīng)用的LED顯示屏也必須具有接收DVI信號的功能，才能夠?qū)崿F(xiàn)主動式3D顯示技術(shù)應(yīng)用于LED顯示屏。同時，單鏈路DVI信號會受到單路T.M.D.S.的時鐘頻率的影響，而無法傳輸畫面信息，所以，在控制系統(tǒng)中需要利用雙鏈路DVI信號進(jìn)行傳輸。由于雙鏈路DVI信號具有雙路T.M.D.S.，因此，第一路T.M.D.S.可以用來傳輸奇畫面數(shù)據(jù)，第二路T.M.D.S.用于傳輸偶畫面數(shù)據(jù)，再利用2塊數(shù)據(jù)接收器來對奇偶數(shù)據(jù)信號進(jìn)行接收，之后可以經(jīng)過合成器的合成作用，從而轉(zhuǎn)換為LED顯示屏的數(shù)據(jù)信號顯示格式，最后發(fā)送到LED平面屏中進(jìn)行立體圖像顯示。在這一過程中值得注意的是，在合成器傳輸數(shù)據(jù)信號的過程中，傳輸?shù)絃ED顯示屏上的數(shù)據(jù)要采用千兆以太網(wǎng)絡(luò)傳輸，要保障能夠與普通顯示屏的傳輸控制系統(tǒng)相適應(yīng)。具體形式如圖3所示。

圖3 3D顯示技術(shù)應(yīng)用于LED顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計

4.2 顯示系統(tǒng)設(shè)計

由于主動式3D圖像顯示要借助液晶快門眼鏡才能夠呈現(xiàn)立體效果，但液晶眼鏡存在頻閃和易受其他光源影響的特點，所以，將LED顯示屏放置于戶外更加合適，觀看效果最好。但戶外LED顯示屏的刷新率必須要保持在1 800 Hz以上才能夠有效地避免觀眾在觀看時出現(xiàn)嚴(yán)重的閃爍感。而如果在室內(nèi)觀看3D LED顯示屏則會因為掃面屏的刷新率過低而對立體觀看產(chǎn)生較大的影響；另一方面，在觀看LED顯示屏?xí)r觀看者所佩戴的液晶眼鏡的透光度要在60%以內(nèi)，而且要根據(jù)實際情況來調(diào)整LED顯示屏的亮度，以此保證人在觀看時LED屏幕所呈現(xiàn)的畫面更加清晰。因此，綜合以上所有因素，可以應(yīng)用具有脈沖寬度調(diào)制功能的恒流驅(qū)動芯片，能夠比較有效地解決刷新率的問題，還可以在一定程度上改善普通驅(qū)動芯片因刷新率過高而呈現(xiàn)的低灰度顯示效果，可以較為良好地改善3D顯示技術(shù)在LED顯示屏上的應(yīng)用矛盾。

4.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

主動式3D顯示技術(shù)應(yīng)用在LED顯示屏上的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

圖4 主動式3D顯示技術(shù)應(yīng)用LED顯示屏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

觀眾在觀看時佩戴液晶快門眼鏡，即3D眼鏡，并將LED顯示屏放置于室內(nèi)的有效觀看距離范圍內(nèi)，然后連接接收發(fā)射器的無線同步信號。此時，液晶快門眼鏡也會同步開啟信號開關(guān)，觀眾將能夠通過液晶快門眼鏡深度體驗到3D立體觀看效果。同時，從現(xiàn)實的角度思考，在理論上觀看LED顯示屏的人數(shù)是不會受到限制的，但基于不同尺寸的LED顯示屏，觀看的效果會有所不同。如果室內(nèi)的LED顯示屏間距為10 mm，且長度為19.2 m、高度為10.2 m時，在室內(nèi)空間足夠大的情況下則可以充分地滿足千人次同時觀看應(yīng)用3D顯示技術(shù)LED顯示屏上的高清立體影像。

5 結(jié)論

綜上所述，在當(dāng)前3D顯示技術(shù)快速發(fā)展的環(huán)境中，主動式與被動式3D顯示與LED顯示屏相結(jié)合，并在實踐設(shè)計中得到了良好效果，而且在電影院、劇院中可以得到有效應(yīng)用。因此，3D顯示技術(shù)在LED顯示屏上的應(yīng)用是一項創(chuàng)新發(fā)展，未來可能出現(xiàn)大量的3D LED顯示產(chǎn)品，雖然當(dāng)前主動式3D顯示還存在一定的局限性，對應(yīng)用場所有較嚴(yán)格的要求。在未來，被動式3D顯示技術(shù)與LED顯示將會更加契合，研發(fā)創(chuàng)新型LED產(chǎn)品也將成為相關(guān)科研人員的主要努力方向。

［1］王少典.關(guān)于3D顯示的研究與應(yīng)用前景［J］.信息記錄材料，2018，19（3）：91-93.

2095－6835（2020）06－0154－02

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.06.063

〔編輯：張思楠〕