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、展覽展示、VR/AR等場合得到越來越多的青睞。隨著3D顯示技術的發(fā)展及各種市場應用場景的增加，LED室內小間距屏實現3D顯示的需求不斷涌現，未來應用前景廣闊。LED顯示屏實現3D顯示有哪些技術方案可供選擇，到底該如何實現，本文做簡要介紹。

　　一、3D顯示的基本原理

　　3D顯示技術就是利用一系列的光學方法使人左右眼產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。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

　　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，即色分法、光分法、時分法。這幾種技術的解決方案有著較大的區(qū)別，他們的實際表現效果也有較大差異及相應的優(yōu)勢及劣勢。

　　(2)色差式3D技術

　　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。這種技術歷史最為悠久，成像原理簡單，實現成本相當低廉，眼鏡成本僅為幾塊錢，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生偏色，顏色細節(jié)丟失嚴重，顏色不豐富，偏紅偏藍。另外，關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的波段，但是因為標準問題萬一不能完全過濾就會產生嚴重的重影情況。

　　(3)偏光式3D技術

　　偏光式3D技術也叫偏振式3D技術，英文為Polarization3D，配合使用的是被動式偏光眼鏡。偏光式3D技術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，不過對顯示設備的亮度要求較高。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。

　　國內很早就有公司采用這種方式對LED顯示屏進行了3D應用，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，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，經由大腦合成為立體圖象。這種改造需要對屏體進行單獨設計，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，顯示屏驅動電路部分復雜，LED控制卡設計難度大，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。總之不具備性價比，不具備大規(guī)模產業(yè)化生產優(yōu)勢。

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

　　(4)主動快門式3D技術

　　主動快門式3D技術，英文為Active Shutter3D，配合主動式快門3D眼鏡使用。這種3D技術在電視和投影機上面應用得最為廣泛，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 眼鏡的鏡片實質上是分別控制開/關的兩片液晶屏，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3D效果的，通過把圖像按幀一分為二，形成對應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，使左、右雙眼能夠在正確的時刻看到相應畫面。

　　通俗的來說，主動快門式3D技術就是通過鏡片不斷進行高速開/關狀態(tài)來實現3D立體影像的成像。這項技術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畫面的景深表現非常出色，并且用戶可以自行調節(jié)，為用戶帶來的體驗性較強。現在市面上大部份消費級3D產品，如3D平板電視基本上都采用這個技術。由于快門式3D技術的實現原理和解決方案與120Hz的刷新率有關，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。

　　總之，快門式3D技術殘影少、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赫茲即可導入這個技術。

　　三、3D多畫面拼接處理器方案

　　根據3D顯示基本原理，北京視睿訊科技有限公司經過研發(fā)實現了在普通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;該信號經過3D拼接處理器后，3D拼接處理器經過倍頻技術，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，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。采用這種方式，很好的實現了3D顯示，同時，因為LED顯示屏的應用特點，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的閃爍感;在實際應用中無任何閃爍。

　　2方案具體實現

　　采用3D多畫面拼接處理器方案實現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：

　　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：

　　3D技術：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，除了實現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、數據交換、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)新性的實現了分布式與集中式的完美結合。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。一體式架構使得集中統(tǒng)一與靈活配置完美結合。

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

　　3、?內置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、?背板交換技術保證每個輸入輸出通道獨享數據帶寬，任意時刻可以并行傳輸所有并行數據，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，從而實現最佳的點對點顯示。

　　7、?IP網絡流媒體解碼;基于FPGA純硬件架構，采用H.265/MPEG-4AVC解碼技術，且支持標準的RTSP協(xié)議。對于網路中的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;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容不同步的問題，保證在播放高速信號時各顯示單元步調一致，畫面流暢，無撕裂現象;

　　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時降低一半。

　　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;

　　視睿訊3D拼接處理器采用板卡式設計，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3800萬分辨率以內的任何顯示屏，所以完全不用擔心顯示屏尺寸太大而無法實現或代價昂貴;

　　3、?2D模式，3D模式一鍵切換;

　　同一塊屏幕，可以3D顯示，也可以當做普通LED顯示屏使用;瞬間切換無需復雜配置。另外同時實現多畫面多個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、?支持授權加密功能;由一級授權或二級授權此設備才能正常工作，設置授權時間到期后設備自動上鎖，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，是目前應用在小間距LED領域效果最好、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、學校教育領域要求多畫面多窗口的現實應用，如圖左側顯示一個3D的素材窗口，播放3D視頻或3D教學軟件，右側一個窗口播放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，從而實現更好的3D效果;

　　四、3D應用前景展望

　　隨著3D立體視像、全息影像等技術不斷取得突破性進展，國內外越來越多的公司投身3D顯示領域，產品層出不窮。3D技術將革命性地影響和改變人們的溝通、工作與生活方式。3D顯示技術不僅廣泛應用于工業(yè)領域、建筑領域、軍事領域、醫(yī)療、教學、娛樂和公共展 示等領域，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字家庭的諸多領域， 如電影、電視、動畫、游戲、通訊、攝影、攝像、購物、互聯(lián)網等。將帶動顯示器、電視等行業(yè)向3D技術轉移。在國外市場，3D顯示在科研教學、醫(yī)療、傳媒廣告和電影院線市場都有成功應用，在歐美發(fā)達地區(qū)3D顯示產品已經走入普通家庭。3D立體消費電子時代已經開啟，它必將對傳統(tǒng)生活形態(tài)產生巨大的影響，催生一條全新的產業(yè)鏈，帶來更為可觀的經濟效益。

　　LED顯示領域的3D顯示市場的發(fā)展面臨標準缺失、價格較高、內容匱乏等制約因素。3D顯示需要上下游的內容商、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，從內容、傳輸到視頻處理一整套標準的建立有助于產業(yè)化真正起步。 作為專業(yè)的圖像處理應用廠家，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)應用領域，逐步打破現有的應用瓶頸，使3D專業(yè)應用得以快速進入各個專業(yè)領域，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用的新時代。