隨著BenQ第二代疾彩引擎(AMA Z)的發(fā)布，“插黑”等液晶顯示抗拖影技術引起了人們的廣泛關注(前期報道請參考本刊7月上的技術廣角：專家講堂欄目)。在顯示高速運動物體的動態(tài)圖像時，運動物體的拖影或殘影現象所造成的運動模糊(Motion Blur)，一直是液晶顯示技術中一個比較突出的問題。 　　與傳統的陰極射線管(CRT)顯示技術相比，液晶顯示器(LCD)在顯示基本沒有變化的靜態(tài)圖像時，其所具有的無閃爍等優(yōu)點是顯而易見的，但在顯示高速變化的動態(tài)圖像時則會出現比較嚴重的拖影問題。這使得液晶顯示技術在數字電視、視頻播放及游戲等方面的應用受到了很大的局限，而如何利用各種抗運動拖影技術消除拖影現象，獲得更為完美、流暢的動態(tài)圖像顯示效果，成為新一代液晶顯示技術發(fā)展的一個重要方向。 　　原因分析：液晶顯示器拖影現象的成因
　　事實上，人們對于液晶顯示抗拖影技術的研究已經持續(xù)了相當長的一段時間。過去人們曾寄希望于通過提高響應速度來消除或減少運動拖影現象，于是各種提高響應速度的技術如雨后春筍般涌現出來?，F在液晶顯示器的響應速度已經有了明顯的改善，但人們發(fā)現單純依靠這種方法雖然能夠降低拖影的嚴重程度，卻不能直接改善運動圖像的顯示質量，而且并不能徹底消除液晶顯示器/電視機在顯示動態(tài)圖像時的拖影。
　　實驗表明液晶顯示器的運動拖影既有顯示器本身固有顯示機制的因素，又和人眼的視覺特性有著莫大的關聯。換句話說，液晶顯示器的運動拖影問題實際上是由液晶顯示器的顯示特性與人眼的視覺特性聯合作用所產生的一種結果。

可以想象，當你在聚精會神地欣賞體育類節(jié)目時，如果屏幕出現拖影會是何等掃興的一件事。 　　1．人類視覺系統的視覺暫留特性
　　我們的視覺系統具有十分復雜的感知特性，而視覺惰性就是其中非常重要的特性之一。也就是說，視覺系統所感知的主觀亮度總是滯后于作用到人眼的光信號。如圖2所示，當外部光信號作用于人眼時，視覺系統并不能立即產生相應的亮度感覺，而是需要經歷一個逐漸由小到大、最終達到穩(wěn)定的亮度感覺過程。

人眼的結構與視覺惰性曲線 　　同樣，當作用到人眼的光信號消失后，視覺系統原有的主觀亮度感覺也不會立即消失，而是有一個逐漸衰減、直至最后消失的延遲過程(圖2中的t1～t2)，這種現象就叫做視覺暫留特性(有時也叫做視覺殘留特性)，人類視覺系統的平均視覺暫留時間大約在0.1秒左右，而且會因刺激光線的顏色不同持續(xù)時間略有差異。
　　當人眼受到亮度周期性變化的光脈沖信號作用時，若信號變化的頻率較低(光信號作用的間歇時間大于人眼的視覺暫留時間)就會使人會產生閃爍感；反之，頻率足夠高的光脈沖信號，作用間歇時間小于人眼的視覺暫留時間，人眼就會認為看到的是連續(xù)的、無閃爍的信號。不會使人眼產生閃爍感的最低頻率就稱為臨界閃爍頻率，現在業(yè)界認為臨界閃爍頻率一般在20Hz左右；但實際應用中要遠遠高于這個數值，如電影格式為24幀/s(換算成頻率就是24Hz)，我國使用的PAL制式電視廣播25幀/s，國外的NTSC制式多為30幀/s，LCD顯示器的幀率60Hz，而CRT高達85Hz。
　　理論上講，只要動態(tài)圖像顯示的頻率(幀率)高于這個數值(20幀/s)，人眼感覺到的就應該是連續(xù)的、穩(wěn)定的圖像，但為什么我們仍然會在液晶顯示器上看到明顯的拖影呢？這是因為“拖影”很大程度上還取決于人的主觀感覺，只有讓各種顯示設備盡可能地符合我們的視覺特性，才能最終獲得自然、舒暢的視覺效果。
　　2．液晶顯示的原理及其視覺暫留特性
　　液晶顯示技術與CRT顯示技術在發(fā)光和顯示機制方面有著明顯的區(qū)別。CRT顯示的原理是通過加熱顯像管的陰極來發(fā)射電子束，經過加速電場和偏轉磁場后撞擊熒光屏的一個熒光像素點，使其被激發(fā)而釋放出光子。CRT的掃描電路就這樣控制電子束在熒光屏上不斷地高速掃描，只要掃描速度足夠快，就可以利用人眼的視覺暫留特性呈現出完整的圖像。

CRT顯示器的結構 　　熒光屏上的每個像素點都只在被電子束撞擊的瞬間發(fā)光，撞擊結束后其發(fā)光強度會迅速衰減，這就是CRT顯示所具有的脈沖型(Impulse Type)驅動和光輸出機制(參見后文中的圖5)。這種脈沖型驅動和光輸出機制所帶來的不利影響是容易導致視覺上的閃爍感，為了減小閃爍就只有盡可能地提高掃描頻率，例如現在CRT顯示器公認的無閃爍頻率是85Hz，遠遠高于20Hz的臨界頻率。但是在顯示含有運動場景的動態(tài)圖像時，這種脈沖型驅動和光輸出機制則具有明顯的優(yōu)點，它能非常及時地響應驅動信號，實現實時、快速的圖像顯示刷新，從而獲得令人滿意的動態(tài)圖像顯示效果。
　　與CRT顯示相比，液晶顯示則是通過像素矩陣進行光輸出切換來顯示圖像的，不同于CRT那種掃描成像的方式，液晶顯示不會產生閃爍感；其次，液晶顯示器的像素點不具備主動發(fā)光的能力，需要由背光系統提供高效、均勻的光源透射實現光輸出。

LCD顯示器的顯示原理 　　在外加驅動電壓的作用下，液晶分子會發(fā)生扭轉而變成有序排列—此時光線可以順利通過，停止加電后液晶分子重新復原為其固有的無序排列狀態(tài)—這樣又能阻止光線通過。在實際應用中，液晶顯示面板包含有兩個偏振方向互相垂直的偏振濾光片，液晶材料就夾在這兩個偏振濾光片之間，與這兩個偏振濾光片一起控制光輸出的通路。
　　由于液晶分子扭轉、復原過程都需要一定的時間，當控制電路收到“變成最亮”的驅動信號后，并不能立刻產生相應的高亮度(白)，而是需要經過一個逐漸提升直至穩(wěn)定亮度的過程，這一過程所需的時間Tr稱為上升時間(Rising Time)；同樣，當控制電路收到“變成最暗”的命令后，也不會立刻轉變成低亮度(黑)，這也需要經過一個逐漸下降直至無亮度的過程，所需的時間Tf稱為下降時間(Falling Time)。上升時間與下降時間之和稱為黑白響應時間(Response Time)，用來表示液晶面板對于驅動信號的響應速度；另外，現在還有一種表示響應速度的方式—灰階響應時間(Grey To Grey，GTG)，它表示的是從任一灰階(度)變換到目標灰階所需要的時間，如果液晶面板使用了過驅動技術(Over Drive)，通常就會使用灰階來表示它的響應速度。

CRT顯示器與LCD顯示器光輸出特性的對比 　　從上面的過程中，我 們可以發(fā)現液晶顯示技術的成像原理依賴于液晶分子在驅動信號作用下的扭轉、復原過程，而這兩個過程都需要較長的響應時間，從而導致像素的亮度改變總是明顯滯后于驅動信號的變化；另一方面，液晶顯示器的驅動方式也使得屏幕在較長時間內維持一幀畫面的顯示狀態(tài)，直到加載了下一幀畫面時屏幕上的內容才稍有變化，這種長時間不改變的情況，加重了人眼視覺暫留的效果。液晶顯示器這種“Hold Type(保持型)”的驅動和光輸出模式，正是導致嚴重拖影的原因。
　　3．對癥下藥，如何來解決運動圖像拖影的問題？
　　液晶顯示技術特有的延遲和保持特性，導致了光輸出(顯示畫面)在一定時間內持續(xù)作用于具有暫留特性的視覺系統，加之人在觀看運動圖像時眼睛會不由自主地跟隨畫面中的運動目標，從而明顯延長了主觀畫面在腦海中存在的時間。也就是說，當原來的一幀畫面尚在視覺系統中“揮之不去”時，后面的各幀畫面就“接踵而至”，最終這些主觀畫面相互疊加，就會使人感覺到嚴重的拖影現象。

最新評論