基于插灰帧提高3D图像显示质量的解决方案

　　摘要：文章对现有的快门眼镜式3D图像显示技术进行改进，提出一种基于插灰帧提高3D图像显示质量的解决方案。方案对原始3D图像帧序列进行倍频及插入灰帧处理后，将处理后的3D图像帧序列通过LVDS线发送至液晶显示屏，并同步打开或关闭快门3D眼镜和液晶显示屏背光，呈现3D显示。在图像帧序列中插入灰帧降低了左右眼图像间的3D串扰，同时使液晶面板中像素电容器进行了预充电、缩短了液晶分子的响应时间、改善了图像模糊，提升了3D图像显示质量。

　　前言

　　由于人双眼观察物体的角度略有差异，每只眼睛看到的图像会有细微不同，大脑会将左右眼看到的图像进行处理呈现出3D(立体)视觉^[1]。3D显示可分为眼镜式和裸眼式，眼镜式分为主动快门式、偏光式和色差式等^[2]。

　　主动快门式3D显示的实现复杂度低，克服了其他眼镜式3D显示分辨率低的缺点，能够使双眼获得1080P的高清显示效果，画质优越。主动快门式3D显示技术，主要是通过提高屏幕的刷新率，使左右眼画面分时交替显示，再通过快门式3D眼镜的配合，使人的双眼分别获得左右眼图像和利用人眼视觉暂留特性，从而在人脑中产生3D立体图像^[3]。在同一时刻，仅一只人眼可以获得图像，然而在画面切换过程中，会出现左右眼图像分离不完全而引起的双边缘现象，也就是我们常说的串扰现象;串扰现象会降低3D显示效果，长时间观看时会使用户产生头晕现象，严重影响3D电视给观众带来的感受^[4]。同时图像模糊也会严重影响3D显示的效果，在液晶显示器件中导致图像模糊的主要原因之一是液晶分子的响应速度^[5]。

　　该文对现有快门眼镜式3D显示技术进行改进，提出一种基于插灰帧提高3D图像显示质量的解决方案，能够降低3D串扰和图像模糊，有效地提升3D显示质量。

　　1 方案整体组成

　　方案整体构成如图1所示，由信号源、预处理模块、帧处理模块、微处理器MCU、无线发射器以及液晶显示装置组成。其中信号源用于产生3D图像信号;预处理模块对3D图像信号进行格式识别、格式转换功能，输出L/R帧序列(左/右眼图像帧序列);帧处理模块对3D图像信号进行倍频和插灰帧处理，同时将3D图像的帧同步信号发送给微处理器MCU;微处理器MCU通过C_S信号和GPIO信号与帧处理模块进行通信读取帧同步信号，并将帧同步信号进行编码发送给无线发射器，将背光控制信号发送给液晶显示装置;无线发射器主要向快门式3D眼镜提供帧同步信号用以切换左右镜片的开关;液晶显示装置接收3D图像帧序列和背光控制信号，显示3D图像。

　　预处理模块对来自信号源的3D信号进行识别、格式转换等处理后，输出左右眼画面交替出现的L/R帧序列(3D图像原始帧序列)，其中Rn和Rn+1帧为右眼图像帧，Ln和Ln+1帧为左眼图像帧，如图2(a)所示。L帧和R帧的频率为H。

　　帧处理模块接到L/R帧序列后，首先对其进行倍频处理，产生如图2(b)所示的R'/R''/L'/L''帧序列;然后对R'/R''/L'/L''帧序列做进一步添加灰帧的处理，用灰帧G取代帧序列中的帧Rn'和Ln'等，从而使帧序列变为G/R''/G/L''帧序列，如图2(c)所示。其中G帧图像内容的像素对应着某一电压，其电压值不为零。

　　由图2(d)所示，C_IR信号为经过编码的同步控制信号，由微处理器MCU发送给无线发射器。图2(e)的波形为快门式眼镜的开关信号，Right信号为右镜片开信号，Left信号为左镜片开信号。图2(f)为液晶显示装置的背光开关信号，其开信号“ON”与L''/R''帧序列保持同步，且滞后于L''/R''帧而提前L''/R''帧结束。同样，快门式眼镜的左右开关信号滞后于背光开信号“ON”而提前背光关信号“OFF”结束。波形2(g)为像素极性控制信号，其正负极性交替出现是为了让液晶分子向不同方向发生交替偏转。