LED顯示屏作為時下最流行的顯示方式之一，在很多重要場合都存在著不可替代性，主要體現(xiàn)在可制作面積大、視角大、色彩均勻度一致、灰度高、易維護等優(yōu)勢。進而在教育教學(xué)、展覽展示、VR/AR等場合得到越來越多的青睞。隨著3D顯示技術(shù)的發(fā)展及各種市場應(yīng)用場景的增加，LED室內(nèi)小間距屏實現(xiàn)3D顯示的需求不斷涌現(xiàn)，未來應(yīng)用前景廣闊。LED顯示屏實現(xiàn)3D顯示有哪些技術(shù)方案可供選擇，到底該如何實現(xiàn)，本文做簡要介紹。

　　一、3D顯示的基本原理

　　3D顯示技術(shù)就是利用一系列的光學(xué)方法使人左右眼產(chǎn)生視差從而接受到不同的畫面，在大腦形成立體效果的技術(shù)。人的雙眼是橫向并排，并有6-7cm的間隔，因此左眼與右眼所看到的影像會有些微的差異，這個差異被稱為「視差(Parallax)」，大腦會解讀雙眼的視差并藉以判斷物體遠近與產(chǎn)生立體視覺。

　　立體視覺是基于視差而來，3D顯示就是要以人工方式來重現(xiàn)視差，簡單說就是想辦法讓左右兩眼分別看到不同的影像，藉以在平面的顯示面板上模擬出立體視覺。

　　二、3D顯示技術(shù)方案分析

　　3D顯示從觀看方式上分為裸眼式3D跟眼鏡式3D。眼鏡式3D分為色差式、偏光式、快門式。

　　1裸眼3D技術(shù)

　　裸眼3D是通過在顯示面板上加上特殊的精密柱面透鏡屏，將經(jīng)過編碼處理的3D影像獨立送入人的左右眼，用戶無需借助3D眼鏡即可裸眼體驗3D立體感覺。雖 然免去了用戶佩戴眼鏡的煩惱，不會因為眼鏡影響用戶日常使用的體驗性，但是因為用戶在進行裸眼3D屏幕的觀看時，依靠人雙眼的距離觀看不同方向的光產(chǎn)生3D視覺，所以需要在特定的位置和角度才能夠觀看到完美的3D畫面，如果角度或者位置有偏差，那么3D的效果就會大大折扣。

　　大尺寸的LED顯示屏的LED發(fā)光管的光是發(fā)散的，無法形成真正的裸眼3D功能，有的科研院校進行了在LED顯示屏前加上折射膜的研究，略微形成了一定的裸眼3D效果，但是對于觀看的角度、距離、視野范圍具有非常大的局限性，目前并不具有實用價值。

　　因此在民用消費領(lǐng)域，無論是投影機、顯示器、電視機都采用眼鏡式3D。眼鏡式3D又細分為色差式、偏光式、快門式幾種技術(shù)，即色分法、光分法、時分法。這幾種技術(shù)的解決方案有著較大的區(qū)別，他們的實際表現(xiàn)效果也有較大差異及相應(yīng)的優(yōu)勢及劣勢。

　　(2)色差式3D技術(shù)

　　英文為Anaglyphic3D，配合使用的是被動式紅-藍(或者紅-綠、紅-青)濾色3D眼鏡。這種技術(shù)歷史最為悠久，成像原理簡單，實現(xiàn)成本相當(dāng)?shù)土坨R成本僅為幾塊錢，但是3D畫面效果也是最差的。色差式3D先由旋轉(zhuǎn)的濾光輪分出光譜信息，使用不同顏色的濾光片進行畫面濾光，使得一個圖片能產(chǎn)生出兩幅圖像，人的每只眼睛都看見不同的圖像。

　　色差式3D的技術(shù)原理示意圖：

　　色差式3D裸眼觀看效果：

　　這樣的方法容易使畫面邊緣產(chǎn)生偏色，顏色細節(jié)丟失嚴重，顏色不豐富，偏紅偏藍。另外，關(guān)于色分法的標準始終是沒有統(tǒng)一，為一部電影定制的雙色眼鏡基本能夠過濾掉各自對應(yīng)的波段，但是因為標準問題萬一不能完全過濾就會產(chǎn)生嚴重的重影情況。

　　(3)偏光式3D技術(shù)

　　偏光式3D技術(shù)也叫偏振式3D技術(shù)，英文為Polarization3D，配合使用的是被動式偏光眼鏡。偏光式3D技術(shù)的圖像效果比色差式好，而且眼鏡成本也不算太高，目前比較多電影院采用的也是該類技術(shù)，不過對顯示設(shè)備的亮度要求較高。偏光式3D是利用光線有“振動方向”的原理來分解原始圖像的，先通過把圖像分為垂直向偏振光和水平向偏振光兩組畫面，然后3D眼鏡左右分別采用不同偏振方向的偏光鏡片，這樣人的左右眼就能接收兩組畫面，再經(jīng)過大腦合成立體影像。

　　這種方式的最大優(yōu)勢是畫面不閃爍，不需要電力驅(qū)動 的不閃式眼鏡重量較輕，另外眼鏡成本低廉，可至幾塊錢一幅。

　　但缺點同樣明顯，由于是將原有畫面一分為二后才被眼部接收，所以分辨率在原有基礎(chǔ)上減半，清晰度和亮度有所降低。對LED大屏幕來說，意味著投入一塊高分辨率的LED大屏，實際上只達到原來一般的分辨率效果。同時偏振式3D技術(shù)對顯示面板有特殊要求，必須在面板外層加裝偏光層，所以造成面板成本增加，不像主動快門式技術(shù)只要顯示面板刷新率達到120Hz就可以，對顯示面板無其他要求。

　　國內(nèi)很早就有公司采用這種方式對LED顯示屏進行了3D應(yīng)用，其基本原理是采用加倍LED發(fā)光管的方式，在物理上每個像素由兩個發(fā)光管組成，按水平方向或垂直方向較近的方式配置，這樣容易造成LED顯示屏橫向點間距離和豎向點間距離的不等，同樣點間距、同樣面積的顯示屏，相較于普通LED顯示屏，偏光式LED顯示屏分辨率下降一半。在這兩個相鄰發(fā)光管上，通過印刷或者覆膜技術(shù)，使得左發(fā)光管發(fā)射出橫向偏振光，右發(fā)光管發(fā)射出縱向偏振光，采用左鏡片橫向偏振光右鏡片縱向偏振光的眼鏡進行觀看時，左右眼將分別看到左右畫面，經(jīng)由大腦合成為立體圖象。這種改造需要對屏體進行單獨設(shè)計，不能采用普通的發(fā)光管，需要在模組上進行貼膜或者印刷，顯示屏驅(qū)動電路部分復(fù)雜，LED控制卡設(shè)計難度大，造成總體造價昂貴，同樣點間距、同樣面積顯示屏分辨率低一半?？傊痪邆湫詢r比，不具備大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)優(yōu)勢。

　　另外這種技術(shù)景深的表現(xiàn)并沒有快門式的出色。因偏振式3D技術(shù)的特點，目前主要應(yīng)用于電影院等觀看人數(shù)較多的公共場所，在LED顯示屏領(lǐng)域的應(yīng)用沒有太大優(yōu)勢。

　　(4)主動快門式3D技術(shù)

　　主動快門式3D技術(shù)，英文為Active Shutter3D，配合主動式快門3D眼鏡使用。這種3D技術(shù)在電視和投影機上面應(yīng)用得最為廣泛，資源相對較多，而且圖像效果出色，受到很多廠商推崇和采用，其匹配的3D眼鏡價格較高。動快門式3D 眼鏡的鏡片實質(zhì)上是分別控制開/關(guān)的兩片液晶屏，眼睛中的液晶層有黑和白兩種狀態(tài)，平常顯示為白色即透明狀態(tài)，通電之后就會變黑色。主動快門式3D主要是通過提高畫面的刷新率來實現(xiàn)3D效果的，通過把圖像按幀一分為二，形成對應(yīng)左眼和右眼的兩組畫面，連續(xù)交錯顯示出來，同時紅外信號發(fā)射器將同步控制快門式3D眼鏡的左右鏡片開關(guān)，使左、右雙眼能夠在正確的時刻看到相應(yīng)畫面。

　　通俗的來說，主動快門式3D技術(shù)就是通過鏡片不斷進行高速開/關(guān)狀態(tài)來實現(xiàn)3D立體影像的成像。這項技術(shù)能夠保持畫面的原始分辨率，很輕松地讓用戶享受到真正的全高清3D效果，而且不會造成畫面亮度降低。

　　快門式3D的優(yōu)勢就是其3D畫面的景深表現(xiàn)非常出色，并且用戶可以自行調(diào)節(jié)，為用戶帶來的體驗性較強?，F(xiàn)在市面上大部份消費級3D產(chǎn)品，如3D平板電視基本上都采用這個技術(shù)。由于快門式3D技術(shù)的實現(xiàn)原理和解決方案與120Hz的刷新率有關(guān)，因此無論是顯示器端還是眼鏡的接收端，都需要這個刷新率的支持。這時需要通過一種訊號發(fā)射裝置，讓3D眼睛和屏幕之間實現(xiàn)精確同步。目前，市場上主流的電視品牌如三星、創(chuàng)維、松下等推出的3D電視，都是采用主動快門式3D技術(shù)。

　　總之，快門式3D技術(shù)殘影少、3D效果突出、能夠達到全高清3D效果輸出、屏幕成本比較低，只需更新刷新頻率達到120赫茲即可導(dǎo)入這個技術(shù)。

　　三、3D多畫面拼接處理器方案

　　根據(jù)3D顯示基本原理，北京視睿訊科技有限公司經(jīng)過研發(fā)實現(xiàn)了在普通LED顯示屏上的快門式3D顯示。

　　1方案基本原理介紹

　　左右格式或上下格式的3D信號源在電腦上播放，通常刷新率為60HZ;該信號經(jīng)過3D拼接處理器后，3D拼接處理器經(jīng)過倍頻技術(shù)，把原有的60HZ信號倍頻到120HZ,使左右眼信號重新混合。同時，3D拼接同步器采用同步技術(shù)，將左右眼的切換信號發(fā)送到3D眼鏡同步器;由3D眼鏡同步器控制3D眼鏡的開關(guān)。采用這種方式，很好的實現(xiàn)了3D顯示，同時，因為LED顯示屏的應(yīng)用特點，可以通過接收卡把LED刷新率提高到1920HZ甚至3840HZ以上，很好的解決了在消費級液晶電視上出現(xiàn)的閃爍感;在實際應(yīng)用中無任何閃爍。

　　2方案具體實現(xiàn)

　　采用3D多畫面拼接處理器方案實現(xiàn)LED顯示屏的3D顯示需要一塊LED顯示屏、一臺3D拼接處理、一個3D同步發(fā)射器、一個3D眼鏡(或若干);

　　一臺3D同步器：Optoma-TX-3Dsync24G VESA發(fā)射器

　　規(guī)格參數(shù)：

　　1、 頻率：2.4GH;

　　2、 功率：-20to+10dBm ;

　　3、 發(fā)射范圍：不低于50米 ;

　　4、 認可：公共頻段BandISM;

　　一個3D眼鏡：Optoma-TX-ZF2300快門2.4G藍牙

　　規(guī)格參數(shù)：

　　3D技術(shù)：主動式充電快門眼鏡;

　　鏡片類型：液晶;

　　同步方法：2.4G無線電頻率;

　　刷新頻率：240Hz;

　　電池壽命：≥75個小時;

　　供電方式：5V USB/Li-on 120mAh;

　　視角：± 115°;

　　透光率：40%;

　　鏡架：密封，可水洗;

　　自動斷電功能，更加節(jié)省資源;

　　2.4GHz無線電頻率同步可避免來自其他設(shè)備的干擾;

　　3D多畫面拼接處理器基于北京視睿訊自主開發(fā)的多畫面拼接處理器為基礎(chǔ)，除了實現(xiàn)多畫面拼接處理器的功能外，還具備3D處理功能。

　　1、?超大規(guī)模圖像處理一體機;3D多畫面拼接處理器將信號接入、數(shù)據(jù)交換、信號處理、顏色處理、3D信號處理有效的集中在一起，同時又做到了各模塊的分布式處理，創(chuàng)新性的實現(xiàn)了分布式與集中式的完美結(jié)合。單機多達80路信號，避免了一系列分體機的駁接、聯(lián)動控制、兼容及故障問題。一體式架構(gòu)使得集中統(tǒng)一與靈活配置完美結(jié)合。

　　2、?純硬件板卡式設(shè)計，模塊化結(jié)構(gòu);硬件上采用模塊化設(shè)計，輸入采集卡、輸入卡、輸出卡、控制卡、數(shù)據(jù)交換背板、風(fēng)扇、電源均為模塊化;用戶可根據(jù)需求靈活定制相應(yīng)的板卡，故障時直接替換相應(yīng)故障組件即可;基于嵌入式軟件系統(tǒng)，采ARM+FPGA+CROSSPOINT架構(gòu)，啟動速度快，穩(wěn)定性高。

　　3、?內(nèi)置3D sync vesa同步頭;通過3D VESA接口可以外接3D同步發(fā)射器;從而實現(xiàn)快門式3D眼鏡跟3D多畫面拼接處理器正確同步，達到3D效果;

　　4、?多畫面任意開窗，畫面自由拉伸、壓縮，任意跨屏、漫游

　　所有接入的信號都可以在全屏范圍內(nèi)任意開窗;單張輸出板卡可以開8個窗口;每個窗口都能夠在輸出屏上漫游顯示，完全沒有區(qū)域限制;

　　5、?背板交換技術(shù)保證每個輸入輸出通道獨享數(shù)據(jù)帶寬，任意時刻可以并行傳輸所有并行數(shù)據(jù)，保證信號實時顯示，不丟幀。

　　6、?4K信號輸入;除了有常規(guī)cvbs、vga、dvi、hdmi等信號輸入接口外還有多種4K輸入信號，如DP1.1，hdmi1.4等單個接口即達到4K*2K(3840X2160)分辨率;同時多個輸入接口間可以級聯(lián)，從而使輸入信號可以達到8k、16k乃至更高分辨率;EDID可在線編輯，強制電腦輸出自定義分辨率，從而實現(xiàn)最佳的點對點顯示。

　　7、?IP網(wǎng)絡(luò)流媒體解碼;基于FPGA純硬件架構(gòu)，采用H.265/MPEG-4AVC解碼技術(shù)，且支持標準的RTSP協(xié)議。對于網(wǎng)路中的IP攝像頭信號,IP編碼器信號，NVR信號或會議系統(tǒng)中MCU的視頻流都可以輕松解碼并靈活顯示。

　　8、?輸出幀同步技術(shù);輸出視頻信號在系統(tǒng)主時鐘的統(tǒng)一授時管理下，達到了所有的輸出端口完全同步，從根本上消除了每個顯示單元內(nèi)容不同步的問題，保證在播放高速信號時各顯示單元步調(diào)一致，畫面流暢，無撕裂現(xiàn)象;

　　9、?超大分辨率輸出;3D拼接處理器最多可配置36個輸出通道，在3D模式下可以帶載3800萬分辨率的LED大屏幕;

　　10、?輸出分辨率二次自定義;單個輸出通道最大帶載130萬像素(120HZ)，在此范圍內(nèi)自定義寬度和高度，

　　3采用3D多畫面拼接處理器的優(yōu)勢

　　采用3D拼接處理器實現(xiàn)3D顯示，簡單易行，相對于其他方案具有獨特的優(yōu)勢：

　　1、?簡單可行，不受LED控制限制;

　　簡單易行，兼容個主流LED控制系統(tǒng)，無需對傳統(tǒng)顯示屏進行任何改動，借助1臺3D拼接處理器可以實現(xiàn)任意全彩LED顯示屏“秒變”3D屏;

　　該方案采用開放式DVI接口輸出120HZ的3D信號，借助普通電腦、普通發(fā)送卡、普通接收卡及普通LED顯示屏，無需更改系統(tǒng)方案，無需額外增加成本。只需要注意2個技術(shù)問題：顯示屏上采用可支持120HZ輸入的普通發(fā)送卡及普通接收卡即可，接收卡的帶載寬度比普通顯示屏?xí)r降低一半。

　　舉例來說：對于普通恒流IC的1/16掃顯示屏，每張接收卡的帶載寬度建議為128列，高度為384行。對于采用雙鎖存IC的1/32掃顯示屏，每張接收卡的帶載寬度建議為64列，高度為768行。對于采用高階PWM IC的1/32掃顯示屏，如MBI5153，ICN2053等，每張接收卡的帶載寬度建議為128列，高度為512行。

　　2、?不受顯示屏尺寸限制，只需一臺3D拼接處理器即可實現(xiàn);

　　視睿訊3D拼接處理器采用板卡式設(shè)計，可以任意擴展。目前最大規(guī)模為36路發(fā)送卡輸出，可滿足3800萬分辨率以內(nèi)的任何顯示屏，所以完全不用擔(dān)心顯示屏尺寸太大而無法實現(xiàn)或代價昂貴;

　　3、?2D模式，3D模式一鍵切換;

　　同一塊屏幕，可以3D顯示，也可以當(dāng)做普通LED顯示屏使用;瞬間切換無需復(fù)雜配置。另外同時實現(xiàn)多畫面多個3D窗口或3D窗口跟2D窗口混合顯示;

　　4、?完美解決3D大屏超大輸入分辨率的問題;

　　5、?采用2.4GH的3D同步器及眼鏡，同步距離達50米，避免紅外眼鏡的距離短、怕阻擋等缺點。

　　6、?支持多種3D素材，左右格式、上下格式不受限制;

　　7、?支持OSD字符疊加功能，可以在圖像上添加文字或圖片。

　　8、?支持授權(quán)加密功能;由一級授權(quán)或二級授權(quán)此設(shè)備才能正常工作，設(shè)置授權(quán)時間到期后設(shè)備自動上鎖，無法工作。

　　9、?支持其他拼接器的附加功能，如亮度快速調(diào)節(jié)、多場景無縫切換、場景輪詢、定時切換、信號源裁剪、信號源狀態(tài)檢測等功能;

　　總之，采用3D拼接處理器實現(xiàn)3D顯示，功能強大又不失簡單、穩(wěn)定可靠，對LED大屏幕及控制系統(tǒng)沒有特殊要求，是目前應(yīng)用在小間距LED領(lǐng)域效果最好、最理想的3D解決方案。

　　4典型方案及案例介紹

　　典型解決方案一：在展覽展示、學(xué)校教育領(lǐng)域要求多畫面多窗口的現(xiàn)實應(yīng)用，如圖左側(cè)顯示一個3D的素材窗口，播放3D視頻或3D教學(xué)軟件，右側(cè)一個窗口播放ppt講解;

　　典型解決方案二：nvidia顯卡輸出連續(xù)幀(120HZ)片源，通過HDMI1.4或者DP接口輸入，從而實現(xiàn)更好的3D效果;

　　四、3D應(yīng)用前景展望

　　隨著3D立體視像、全息影像等技術(shù)不斷取得突破性進展，國內(nèi)外越來越多的公司投身3D顯示領(lǐng)域，產(chǎn)品層出不窮。3D技術(shù)將革命性地影響和改變?nèi)藗兊臏贤?、工作與生活方式。3D顯示技術(shù)不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、醫(yī)療、教學(xué)、娛樂和公共展 示等領(lǐng)域，推動傳統(tǒng)信息化的升級，而且其正悄悄地融入個人娛樂與數(shù)字家庭的諸多領(lǐng)域， 如電影、電視、動畫、游戲、通訊、攝影、攝像、購物、互聯(lián)網(wǎng)等。將帶動顯示器、電視等行業(yè)向3D技術(shù)轉(zhuǎn)移。在國外市場，3D顯示在科研教學(xué)、醫(yī)療、傳媒廣告和電影院線市場都有成功應(yīng)用，在歐美發(fā)達地區(qū)3D顯示產(chǎn)品已經(jīng)走入普通家庭。3D立體消費電子時代已經(jīng)開啟，它必將對傳統(tǒng)生活形態(tài)產(chǎn)生巨大的影響，催生一條全新的產(chǎn)業(yè)鏈，帶來更為可觀的經(jīng)濟效益。

　　LED顯示領(lǐng)域的3D顯示市場的發(fā)展面臨標準缺失、價格較高、內(nèi)容匱乏等制約因素。3D顯示需要上下游的內(nèi)容商、運營商、芯片商、面板商、圖形信號處理、系統(tǒng)集成商通力合作，從內(nèi)容、傳輸?shù)揭曨l處理一整套標準的建立有助于產(chǎn)業(yè)化真正起步。 作為專業(yè)的圖像處理應(yīng)用廠家，視睿訊科技的3D圖像拼接處理器提供簡便友好、可定制的統(tǒng)一控制應(yīng)用管理界面，更靈活、更人性化操作。使得對3D立體顯示拼接顯示墻的操控方便快捷，操作直觀。

　　如果在整個拼接墻行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，逐步打破現(xiàn)有的應(yīng)用瓶頸，使3D專業(yè)應(yīng)用得以快速進入各個專業(yè)領(lǐng)域，那么，3D拼接屏的未來發(fā)展將是一片光明，新興的3D拼接必將開啟一個拼接應(yīng)用的新時代。