3D显示技术在LED显示屏上的应用分析

宁喜峰

3D显示技术在LED显示屏上的应用分析

宁喜峰

（厦门一视科技有限公司，福建 厦门 361028）

随着现代化科学技术的发展，3D显示技术逐渐被广泛应用，尤其是在LED显示屏上的应用。其能够在LED显示屏上显示出较好的3D图像，具有极高的性价比。基于此，主要探讨3D显示技术的立体原理以及主动式与被动式应用方式的优势和缺陷，分析了阐述3D显示技术在LED显示屏上的实际应用，旨在为新一代的3D显示技术应用提供借鉴和参考。

3D显示技术；LED显示屏；刷新率；立体显示

3D显示技术最开始起源于19世纪末20世纪初，经历了整整一个世纪的发展，到目前已经被广泛地应用到投影设备以及电视设备中。本文主要针对主动式3D显示技术展开分析。LED显示屏是一种应用三基色发光二极管组成的图像显示设备，具有色彩鲜艳、图像清晰、亮度高、能够切换高清/超高清显示的特点，通常被应用于户外显示以及舞台背景等，有效地提高了观看者观看图像的效果和体验。

1 3D显示技术的立体原理

3D显示技术应用到LED显示屏上有左右眼以及120 Hz处理方式。其中左右眼在LED显示屏上实现3D技术主要是依靠光栅处理，这种方法即是利用视差障碍的原理来使LED显示屏上的影像呈现交互排列的形式，然后通过细长的纵列光栅后，可以借助左右眼进行观看。进入到左右眼的纵向影像会因为视差障碍器而出现分离状态，也就导致了左眼和右眼所捕捉到的影像会产生微小的偏离效果，如图1所示，最终在人的大脑内形成立体的三维图像。但光栅方法在LED显示屏上的处理方式具有一定的缺陷，如果光栅式显示器应用的是双视点技术，则观看者对应的LED显示屏的水平像素会大幅降低，而使用多视点技术就会大量地增加应用成本。而120 Hz刷新率的显示器应用3D显示技术的主要原理是时间域调制技术，即根据显示屏显示图像刷新频率的不同，左右眼画面轮流交替地显示在LED屏上，利用液晶眼镜开关造成的时间差，在一定程度上能够使左眼和右眼进行交替式观看，两只眼睛看到对应的图像，如图2所示。通常情况下，液晶眼镜和视频图像是同步切换的，切换的速度可达每秒120帧，通过人眼视觉残留特性的作用，左右眼看到的图像会在大脑中进行自动合成，从而产生了平面图像的3D立体显示效果[1]。这种处理方式相比于左右眼的光栅处理，具有经济性的优势。从应用成本的角度上看在LED屏上应用3D技术，利用快门式的处理方法更好。

图1 偏光式3D技术应用

图2 主动快门式3D技术

2 主动式与被动式应用比较

由于LED大屏幕的分色方法是色差式3D显示技术，即可以使用红蓝眼镜实现人的左右眼交替和叠加观看图像，从而能够实现立体成像。而当前LED屏应用的3D技术主要是主动式快门眼镜观看，其具有亮度降低、长时间观看易疲劳、容易发生串扰现象、对观看角度要求严格、造价高等缺点；而相比之下，被动式具有偏光性眼镜价格经济、观看效果好、亮度环境适应性强等优势，所以要将被动式应用到LED显示屏上的3D显示系统中，根据其分色方法可以实现2D转化为3D，主要是通过红蓝眼镜的片源，将红色部分图像送到左眼、将蓝色图像送到右眼，即可以在人的大脑中形成具有立体效果的图像，具有实现方法简单、应用在LED显示屏中的成本低等优势。但在观看时，左右眼接收到的输入信息不能保障一致和平衡，在大脑加工后能够将两侧眼镜观看到的信息进行重新整合，长时间观看下会在一定程度上造成观看者的视觉疲劳。所以，被动式偏光红蓝眼镜不能长时间应用。但与主动式相比，被动式是实现简单、3D效果最佳的LED显示方法。

3 3D技术在LED显示屏上的实际应用

3D显示技术在LED显示屏上的实际应用是当前的技术发展趋势。以三星首款电影LED屏幕3D版本为例，其实现了从2D到3D的转换，屏幕亮度可维持一致，而且还能够表现出完整的3D字幕，在图像和其他视觉细节中与其他标准的3D电影屏幕相比具有超高的画质和清晰度。三星首款电影LED屏幕的3D版本创新性地支持高动态范围，共有接近900万个像素，整体LED屏幕高约5.4 m、宽10.3 m，能够为观看者带来非常舒适的立体感受。同时，LED显示屏具有4k超高清分辨率（4 096×2 160），而且相比于其他普通的电影院标准来说，高出近10倍的峰值亮度提高了观看者的3D立体视觉感受。

而LG通过在电视液晶面板上增加特殊的精密柱面透光镜，在经过编码处理之后，可以将3D视频影像独立地传送到人的左右眼中，从而使用户无需借助立体眼镜便可实现裸眼立体感受。而对于眼镜式3D技术而言，可以分为色差式、偏光式以及主动快门式，形成3D立体图像。而LG OLED电视则是利用纳米级照明技术弥补一般3D电视亮度不足的缺陷，而且LG3D电视的OLED像素采用的是自发光像素，能够独立开启和关闭，即使在黑暗的观看场景中也能够比较生动地呈现出更有层次和细节的黑色影像，为观看者提供深层次的3D电视观看感受。

4 LED显示应用

4.1 控制系统设计

3D显示技术应用到LED显示屏中，主要是依靠前端主机输出的DVI信号，而被应用的LED显示屏也必须具有接收DVI信号的功能，才能够实现主动式3D显示技术应用于LED显示屏。同时，单链路DVI信号会受到单路T.M.D.S.的时钟频率的影响，而无法传输画面信息，所以，在控制系统中需要利用双链路DVI信号进行传输。由于双链路DVI信号具有双路T.M.D.S.，因此，第一路T.M.D.S.可以用来传输奇画面数据，第二路T.M.D.S.用于传输偶画面数据，再利用2块数据接收器来对奇偶数据信号进行接收，之后可以经过合成器的合成作用，从而转换为LED显示屏的数据信号显示格式，最后发送到LED平面屏中进行立体图像显示。在这一过程中值得注意的是，在合成器传输数据信号的过程中，传输到LED显示屏上的数据要采用千兆以太网络传输，要保障能够与普通显示屏的传输控制系统相适应。具体形式如图3所示。

图3 3D显示技术应用于LED显示屏控制系统设计

4.2 显示系统设计

由于主动式3D图像显示要借助液晶快门眼镜才能够呈现立体效果，但液晶眼镜存在频闪和易受其他光源影响的特点，所以，将LED显示屏放置于户外更加合适，观看效果最好。但户外LED显示屏的刷新率必须要保持在1 800 Hz以上才能够有效地避免观众在观看时出现严重的闪烁感。而如果在室内观看3D LED显示屏则会因为扫面屏的刷新率过低而对立体观看产生较大的影响；另一方面，在观看LED显示屏时观看者所佩戴的液晶眼镜的透光度要在60%以内，而且要根据实际情况来调整LED显示屏的亮度，以此保证人在观看时LED屏幕所呈现的画面更加清晰。因此，综合以上所有因素，可以应用具有脉冲宽度调制功能的恒流驱动芯片，能够比较有效地解决刷新率的问题，还可以在一定程度上改善普通驱动芯片因刷新率过高而呈现的低灰度显示效果，可以较为良好地改善3D显示技术在LED显示屏上的应用矛盾。

4.3 系统结构框图

主动式3D显示技术应用在LED显示屏上的系统结构框图如图4所示。

图4 主动式3D显示技术应用LED显示屏系统结构框图

观众在观看时佩戴液晶快门眼镜，即3D眼镜，并将LED显示屏放置于室内的有效观看距离范围内，然后连接接收发射器的无线同步信号。此时，液晶快门眼镜也会同步开启信号开关，观众将能够通过液晶快门眼镜深度体验到3D立体观看效果。同时，从现实的角度思考，在理论上观看LED显示屏的人数是不会受到限制的，但基于不同尺寸的LED显示屏，观看的效果会有所不同。如果室内的LED显示屏间距为10 mm，且长度为19.2 m、高度为10.2 m时，在室内空间足够大的情况下则可以充分地满足千人次同时观看应用3D显示技术LED显示屏上的高清立体影像。

5 结论

综上所述，在当前3D显示技术快速发展的环境中，主动式与被动式3D显示与LED显示屏相结合，并在实践设计中得到了良好效果，而且在电影院、剧院中可以得到有效应用。因此，3D显示技术在LED显示屏上的应用是一项创新发展，未来可能出现大量的3D LED显示产品，虽然当前主动式3D显示还存在一定的局限性，对应用场所有较严格的要求。在未来，被动式3D显示技术与LED显示将会更加契合，研发创新型LED产品也将成为相关科研人员的主要努力方向。

［1］王少典.关于3D显示的研究与应用前景［J］.信息记录材料，2018，19（3）：91-93.

2095－6835（2020）06－0154－02

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.06.063

〔编辑：张思楠〕