显示原理

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2011-03-28,#,视频显示技术,金陵学院本科生课程,袁 杰 主讲,2010-2011,学年,自会聚彩色显像管,自会聚彩色显像管结构上分为电子枪、荧光屏和玻璃外壳三大部分。,1.,精密一字形排列电子枪,自会聚彩色显像管,2.,开槽荫罩和短条状荧光粉,自会聚彩色显像管工作原理,色纯及其调节,色纯指单色,(,或基色,),光栅的纯净程度。当红枪电子束只轰击红荧光粉、绿枪电子束只轰击绿色荧光粉、蓝枪电子束只轰击蓝色荧光粉时称为色纯良好。,色纯良好的必要条件是使三条电子束的偏转中心与各自的曝光中心重合。色纯是否良好是由显像管制造过程的精度决定的。,自会聚彩色显像管工作原理,涂屏工艺,彩色显像管中要使用三基色荧光粉以精确的位置排列，制作管子时玻璃屏面与玻璃锥体是分开制作的，在屏面内表面先涂敷上三基色荧光粉后，再安装荫罩板，而后再与锥体部分胶结在一起。,三基色荧光粉分三次进行涂敷。,(,放动画,),自会聚彩色显像管工作原理,静会聚和调节,三条电子束在扫描过程中，同时通过同一个荫罩孔并在孔中相交，从而轰击同一组三色荧光粉点的技术，称为会聚。 偏转角较小时即荧光屏中央区域的会聚，称为静会聚。,(,放动画,),自会聚彩色显像管的动会聚,动会聚：指电子束运动起来（即偏转角较大，在荧光屏上表现为屏四周区域）会聚的现象。,垂直偏转场桶形分布的作用,水平偏转场枕形分布的作用,磁增强器和磁分路器,动会聚自校正型偏转线圈,自会聚彩色显像管的白平衡及调整,白平衡是指彩色显像管在显示黑白图像时或者显示彩色图像中的黑白景物时，不论是怎样的灰度级，黑白画面上均不应出现任何彩色色调。白平衡要求三支电子枪的调制特性曲线一样，三基色荧光粉的发光效率一样。,然而，管子的制作工艺不可避免地存在误差等原因，调制特性曲线不可能一致，三支电子枪的曲线斜率和截止点，还有发光效率都不一致。,白平衡调整时通常分为亮平衡,(,也称白平衡,),调整和暗平衡,(,也称黑平衡,),调整两步进行。,(,放动画,),彩色液晶显示器件,通常将在特定的温度区间里，既有液体的特有现象又有晶体的光学各向异性的物质状态称为液晶（,Liquid Crystal,），简称为,LC,。用液晶制成的显示器件称为,LCD,。,构成液晶材料的分子绝大多数呈细长的棒状，根据液晶分子的排列形式，将液晶分为三种类型。,液晶显示器件的优点,（,1,）驱动电压低。仅几伏，驱动功率小，能采用,MOS,集成电路直接驱动。（,2,）被动显示，本身不发光，眼睛不易疲劳；室外阳光下，环境光亮，对比度高。（,3,）无,X,射线和紫外线辐射，安全。（,4,）显示屏薄且平，容易实现袖珍型和壁挂型平板显示。,液晶显示器件的类型,（,1,）透射型显示：光源位于液晶显示板之后，当信号电压改变液晶显示板的光学传递特性来调制光源透过液晶发出的光强时，由透射光的光强显示信号电压的信息。（,2,）反射型显示：光源位于液晶板之前，在液晶层的底面基板上设有反光板，当信号电压调制液晶的光学传递特性时，由反射光的强弱显示信号电压的信息。（,3,）投影型显示：将液晶屏看作幻灯片，透过幻灯片的光被图像信号调制，再经光学透镜放大后，投射到屏幕上。,使用液晶显示器的注意点,（,1,）液晶显示器件本身不发光，它必须有外来光源。（,2,）液晶光学特性对信号电压相应速度慢，所以液晶跟不上驱动电压快速上升的峰值变化，只能响应驱动电压的有效值，因此一次扫描液晶屏不能显示图像，需多次扫面利用液晶的累积响应效应显示图像。（,3,）采用直流电压驱动液晶屏会引起液晶分子电化学反应，缩短液晶寿命，因此，必须采用交流电驱动液晶屏。,液晶的显示原理,液晶本身不发光，但是在外加电场、磁场、热、光的作用下，可产生光密度和色彩的变化。因为液晶分子的排列不像晶体那样完全有序、坚固，加之弹性系数很小，因此在外加刺激下极易改变液晶分子的排列方向或使液晶分子的运动发生紊乱，从而改变液晶的物理性质。液晶显示器件就是基于此特性而制作。 当液晶分子的某种排列状态在电场作用下变为另一种排列状态时，液晶的光学性质随之改变而产生光被电场调制的现象称为液晶的电光效应。液晶的电光效应是由液晶的介电常数、电导率和折射率的各向异性引起的。 液晶显示器件就是利用液晶本身的这些特性，适当的利用电压，来控制液晶分子的转动，进而影响光线的行进方向，来形成不同的灰阶，作为显示影像的工具。当然,单靠液晶本身是无法当作显示器件使用的,还需要其它的器件来帮忙,其中，起着至关重要作用的就是,偏光板,。,液晶的显示原理,-,偏光板,偏光板只所以具有阻隔垂直光波的功能，是因为偏光板的结构是由一片起偏片和一片检偏片组成的。当旋转起偏片和检偏片的相对角度，会发现随着相对角度的不同，光线的亮度会随着改变。当起偏片和检偏片互相平行时，光线就完成通过；当起偏片和检偏片互相垂直时，光线就完全无法通过了。,液晶显示器就是利用偏光板这个特性来制作的。在利用上下起偏片和检偏片互制成的偏光板之间，充满液晶，这样，在液晶器件做成液晶盒结构形式时，密封的两片基片之间形成很薄的液晶层，再利用电场控制液晶分子转动，来改变光波的行进方向，如此一来，不同的电场大小，就会形成不同灰阶亮度了。,(,放动画,),液晶显示屏的构造,液晶显示器结构上属于平板显示器件。其基本构造呈平板状。尽管不同类型的液晶显示器件的部分部件可能不同，但几乎所有的液晶显示器件都可以认为是由两片光刻有透明导电电极的基板，支持一个液晶层封接而成的一个扁平盒构成，称为液晶显示屏。,(,放动画,),彩色液晶显示器的实现,在液晶显示器件的实际应用中，采用最广、技术最成熟的实现彩色显示的方法是“微彩色膜方式”。 微彩色膜方式将点阵像素分割成三个子像素，并在其对应位置的器件内表面设置,R,、,G,、,B,三个微型滤色膜。 液晶显示器件仅仅作为一个光阀，控制每个子像素光阀，即可控制,R,、,G,、,B,三个滤色膜透过光的通断，控制三个子像素的灰度级，利用三个子像素透过的不同光亮，利用人眼的空间混色特性，制造出来千万种鲜艳的色彩。这种方式也称为滤色器方式，其优点是构造简单，色重现好。,液晶显示的驱动方式,1.,段显示驱动用于数字和较少符号的显示，如电子表。,2.,矩阵显示驱动方式分为简单矩阵方式和有源矩阵方式两种。,(1),简单矩阵驱动,：,点顺序扫描,，扫描一个像素的时间是扫描一幅图像所需时间的,1/N(,占空系数,),的平方，由于液晶对驱动信号的有效值产生响应，所以占空系数太小，对有效值电压的响应时间少，使显示图像的亮度低；,行顺序扫描,，因占空系数比较大，故简单矩阵驱动一般采用行顺序扫描，当扫描电极数增加时，要准确控制液晶像素显示的灰度层次相当难，显示图像的分辨力不高。,(2),有源矩阵驱动,： 有源矩阵驱动的液晶屏能克服简单矩阵液晶屏的缺点，措施是在扫描电极和信号电极交叉处，安装透明的薄膜晶体管或非线性开关元件，使液晶电极之间的交叉效应减少，液晶像素的阈值特性变陡。,彩色等离子体显示器件,等离子体显示器,(Plasma Display Panel),，简称,PDP,。所谓等离子体，指的是分子及原子及被电离后产生的正负电子组成的气体状物质，是一种拥有离子、电子和核心粒子的不带电的离子化物质，它包括有大量的离子和电子，从而是电的最佳导体，而且它会受到磁场的影响，当温度高时，电子便会从核心粒子中分离出来了。,等离子体显示器件的放电机理是在前、后屏玻璃之间，制成许多放电空间，通过辉光放电，即利用惰性气体放电时所产生的真空紫外线激发彩色光致荧光粉后，再转换至人眼可接受之可见光，从而实现彩色显示。依据限流工作方式不同，等离子体显示器件可分为直流型与交流型。,(,放动画,),等离子体显示器件的机理,等离子体显示器件控制发光亮度,等离子体显示器件一旦产生放电，其发光亮度就恒定不变，只能通过控制有效放电时间的长短和强度，从而达到控制发光亮度的目的。,等离子体显示器件的驱动技术,等离子显示器件需要的驱动电压很高，因而驱动电路成本偏高，驱动电路成本一般占整机成本的,75,，而且，等离子显示器件画面的灰阶显示是由其驱动方式所控制，这样，驱动方式的优劣就会直接影响等离子显示器件产品画质的优劣。,就一般而言，主要的驱动方式都是将一个画面分成固定数目的子图场，然后依照画面所须来调整各个子图场的发光时间，以完成灰阶的表示。,等离子体显示器件的优缺点,优点：,1,）重量轻，尺寸薄。相同尺寸的,PDP,，其深度只有,CRT,的,1/3,、重量只有,1/3,，因此可以轻易的挂在墙上，摆设上较不占空间。,2,）不受磁场的影响，画质较稳定。适合使用在交通运输工具上，甚至是航空、军备等高端应用上。,3,）影像不会扭曲。,PDP,是数字控制的显示器件，所有像素的位置能精确掌控，即使在边缘或转角处；而,CRT,为模拟控制的显示器，在显示器的边缘颜色会不均匀。,4,）视角更宽广。目前可大到,170,度，因此在任何角度都能轻松的观赏。,5,）寿命长,(,亮度减为原有一半所需的时间,),。可连续使用超过,20000,小时，和,CRT,一样，而,LCD,只有,5000,小时。,6,）尺寸更大。,等离子体显示器件的优缺点,缺点：,1,）成本太高。直接导致,PDP,产品价格太过昂贵。,2,）,PDP,在发光的过程中会产生对人体有害的电磁波。必须加上阻隔滤片，而这又影响了画质。,3,）亮度不高。,4,）耗电量过大。,5,）分辨率不高。,6,）辉光放电发光过程中产生的红外线会影响遥控器的接收，必须加装滤片，影响画质。,DLP,投影技术,DLP,是英文,Digital Light Processing,的缩写。由,DLP,技术生成的投影机采用,DMD(Digital Micro-mirror Device),数字微镜作为光学成像器件，来调制投影机中的视频信号，驱动,DMD,光学系统，通过投影透镜来完成数字投影显示的。,DLP,投影技术,一个,DMD,芯片中含有许许多多的细微的正方形反射镜片，这些镜片中的每一片微镜都代表一个像素，镜片与镜片之间是按照行列的方式来紧密排列的，并可由相应的存储器控制在开或关的两种状态下切换转动，从而控制光的反射。,DLP,投影机使用了反射式数字微镜后，它内部的光学成像部分的总光效率高达,60%,左右，这使得,DLP,投影机无论工作在光线充足的环境还是光线暗淡的环境时，都能将更多的光线投射到投影屏幕上，因此，,DLP,投影机具有更高的亮度、对比度。,(,放动画,),DLP,投影机的类型,目前市场上的,DLP,投影机，许多都属于单片机，主要适用在各种便携式投影产品中。单片,DLP,投影机虽然体积小巧，但它功能强大，清晰度高、画面均匀，色彩锐利。,两片,DLP,投影机与单片,DLP,投影机相比，多使用了一片,DMD,芯片，其中一片单独控制红色光，另一片控制蓝、绿色光的反射，主要应用于大型的显示墙。,三片,DLP,投影机采用三片,DMD,芯片分别反射三原色中的一种颜色，亮度最高可达到,12000,流明，可随意变焦，调整十分便利；但分辨率不高，不经压缩分辨率只能达到,12801024,，常用于对亮度要求非常高的场合。,DLP,投影机的原理,由于,DLP,投影机的核心部件就是数字微镜,DMD,装置，因此,DLP,投影机的工作原理其实就是数字微镜,DMD,的工作原理。不同数量的,DMD,芯片，它们的工作原理又是不同的。,单片,DLP,投影机只包含有一片,DMD,芯片，这个芯片其实就是在一块硅晶片的电子节点上紧密排列着许多片微小的正方形反射镜片，每一片反射镜片都对应着生成图像的一个像素，所以如果一个数字微镜,DMD,芯片中包含的反射镜片的片数越多，那么对应,DMD,芯片的,DLP,投影机所能达到的物理分辨率就越高。,DMD,微镜在工作时由相应的存储器控制在两个不同的位置上进行切换转动。当光源投射到反射镜片上时，,DMD,微镜就通过由排列为“红、绿、蓝、红、绿、蓝”的六色块组成的滤色轮来产生全色彩的投影图像。,DLP,投影机的原理,两片,DLP,投影机的工作原理与单片,DLP,投影机类似，红光通过棱镜系统直接照射在它自己的,DMD,上，同时蓝光和绿光顺序照射到另外的,DMD,上，这两种颜色组合成青色。,(,放动画,),三片,DLP,投影机中不采用滤色轮，每一片,DMD,分别直接反射红、绿、蓝中的一种颜色，然后将红、绿、蓝三种颜色分别投射到投影屏幕上。,DLP,投影机的优点,DLP,因采用的是微镜反射投影图像，亮度和对比度明显提高，且体积和重量可以做得更小更轻。,1,）画面均匀逼真，没有噪音。,2,）画面清晰、色彩锐利。,3,）投影画面更加明亮。,4,）性能稳定、寿命长。,立体视觉形成因素,单眼立体视觉,晶状体调节、运动视差、线性透视、视野、光和阴影、空气透视、景物重叠,双眼立体视觉,双目视差,辐辏,双目图像同步时间,50ms,立体成像原理,平行摄像机配置,立体成像原理,会聚摄像机配置,视差估计,视差定义：,各点视差构成视差场，对视差场的分析有利于视差的分析，具体体现在下面四个方面：,1.,偏振约束,(,外极线,),2.,空间相关性约束,3.,时间相关性约束,4.,水平方向性约束,立体视频显示技术,分色立体显示技术,偏光立体显示技术,快门立体显示技术,自由立体显示技术,真三维立体显示技术,