可以想象,當(dāng)你在聚精會(huì)神地欣賞體育類(lèi)節(jié)目時(shí),如果屏幕出現(xiàn)拖影會(huì)是何等掃興的一件事。 1.人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)的視覺(jué)暫留特性
我們的視覺(jué)系統(tǒng)具有十分復(fù)雜的感知特性,而視覺(jué)惰性就是其中非常重要的特性之一。也就是說(shuō),視覺(jué)系統(tǒng)所感知的主觀亮度總是滯后于作用到人眼的光信號(hào)。如圖2所示,當(dāng)外部光信號(hào)作用于人眼時(shí),視覺(jué)系統(tǒng)并不能立即產(chǎn)生相應(yīng)的亮度感覺(jué),而是需要經(jīng)歷一個(gè)逐漸由小到大、最終達(dá)到穩(wěn)定的亮度感覺(jué)過(guò)程。
人眼的結(jié)構(gòu)與視覺(jué)惰性曲線(xiàn) 同樣,當(dāng)作用到人眼的光信號(hào)消失后,視覺(jué)系統(tǒng)原有的主觀亮度感覺(jué)也不會(huì)立即消失,而是有一個(gè)逐漸衰減、直至最后消失的延遲過(guò)程(圖2中的t1~t2),這種現(xiàn)象就叫做視覺(jué)暫留特性(有時(shí)也叫做視覺(jué)殘留特性),人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)的平均視覺(jué)暫留時(shí)間大約在0.1秒左右,而且會(huì)因刺激光線(xiàn)的顏色不同持續(xù)時(shí)間略有差異。
當(dāng)人眼受到亮度周期性變化的光脈沖信號(hào)作用時(shí),若信號(hào)變化的頻率較低(光信號(hào)作用的間歇時(shí)間大于人眼的視覺(jué)暫留時(shí)間)就會(huì)使人會(huì)產(chǎn)生閃爍感;反之,頻率足夠高的光脈沖信號(hào),作用間歇時(shí)間小于人眼的視覺(jué)暫留時(shí)間,人眼就會(huì)認(rèn)為看到的是連續(xù)的、無(wú)閃爍的信號(hào)。不會(huì)使人眼產(chǎn)生閃爍感的最低頻率就稱(chēng)為臨界閃爍頻率,現(xiàn)在業(yè)界認(rèn)為臨界閃爍頻率一般在20Hz左右;但實(shí)際應(yīng)用中要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這個(gè)數(shù)值,如電影格式為24幀/s(換算成頻率就是24Hz),我國(guó)使用的PAL制式電視廣播25幀/s,國(guó)外的NTSC制式多為30幀/s,LCD顯示器的幀率60Hz,而CRT高達(dá)85Hz。
理論上講,只要?jiǎng)討B(tài)圖像顯示的頻率(幀率)高于這個(gè)數(shù)值(20幀/s),人眼感覺(jué)到的就應(yīng)該是連續(xù)的、穩(wěn)定的圖像,但為什么我們?nèi)匀粫?huì)在液晶顯示器上看到明顯的拖影呢?這是因?yàn)椤巴嫌啊焙艽蟪潭壬线€取決于人的主觀感覺(jué),只有讓各種顯示設(shè)備盡可能地符合我們的視覺(jué)特性,才能最終獲得自然、舒暢的視覺(jué)效果。
2.液晶顯示的原理及其視覺(jué)暫留特性
液晶顯示技術(shù)與CRT顯示技術(shù)在發(fā)光和顯示機(jī)制方面有著明顯的區(qū)別。CRT顯示的原理是通過(guò)加熱顯像管的陰極來(lái)發(fā)射電子束,經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后撞擊熒光屏的一個(gè)熒光像素點(diǎn),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(jué)暫留特性呈現(xiàn)出完整的圖像。
CRT顯示器的結(jié)構(gòu) 熒光屏上的每個(gè)像素點(diǎn)都只在被電子束撞擊的瞬間發(fā)光,撞擊結(jié)束后其發(fā)光強(qiáng)度會(huì)迅速衰減,這就是CRT顯示所具有的脈沖型(Impulse Type)驅(qū)動(dòng)和光輸出機(jī)制(參見(jiàn)后文中的圖5)。這種脈沖型驅(qū)動(dòng)和光輸出機(jī)制所帶來(lái)的不利影響是容易導(dǎo)致視覺(jué)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(xiàn)在CRT顯示器公認(rèn)的無(wú)閃爍頻率是85Hz,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于20Hz的臨界頻率。但是在顯示含有運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)圖像時(shí),這種脈沖型驅(qū)動(dòng)和光輸出機(jī)制則具有明顯的優(yōu)點(diǎn),它能非常及時(shí)地響應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、快速的圖像顯示刷新,從而獲得令人滿(mǎn)意的動(dòng)態(tài)圖像顯示效果。
與CRT顯示相比,液晶顯示則是通過(guò)像素矩陣進(jìn)行光輸出切換來(lái)顯示圖像的,不同于CRT那種掃描成像的方式,液晶顯示不會(huì)產(chǎn)生閃爍感;其次,液晶顯示器的像素點(diǎn)不具備主動(dòng)發(fā)光的能力,需要由背光系統(tǒng)提供高效、均勻的光源透射實(shí)現(xiàn)光輸出。
LCD顯示器的顯示原理 在外加驅(qū)動(dòng)電壓的作用下,液晶分子會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)而變成有序排列―此時(shí)光線(xiàn)可以順利通過(guò),停止加電后液晶分子重新復(fù)原為其固有的無(wú)序排列狀態(tài)―這樣又能阻止光線(xiàn)通過(guò)。在實(shí)際應(yīng)用中,液晶顯示面板包含有兩個(gè)偏振方向互相垂直的偏振濾光片,液晶材料就夾在這兩個(gè)偏振濾光片之間,與這兩個(gè)偏振濾光片一起控制光輸出的通路。
由于液晶分子扭轉(zhuǎn)、復(fù)原過(guò)程都需要一定的時(shí)間,當(dāng)控制電路收到“變成最亮”的驅(qū)動(dòng)信號(hào)后,并不能立刻產(chǎn)生相應(yīng)的高亮度(白),而是需要經(jīng)過(guò)一個(gè)逐漸提升直至穩(wěn)定亮度的過(guò)程,這一過(guò)程所需的時(shí)間Tr稱(chēng)為上升時(shí)間(Rising Time);同樣,當(dāng)控制電路收到“變成最暗”的命令后,也不會(huì)立刻轉(zhuǎn)變成低亮度(黑),這也需要經(jīng)過(guò)一個(gè)逐漸下降直至無(wú)亮度的過(guò)程,所需的時(shí)間Tf稱(chēng)為下降時(shí)間(Falling Time)。上升時(shí)間與下降時(shí)間之和稱(chēng)為黑白響應(yīng)時(shí)間(Response Time),用來(lái)表示液晶面板對(duì)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的響應(yīng)速度;另外,現(xiàn)在還有一種表示響應(yīng)速度的方式―灰階響應(yīng)時(shí)間(Grey To Grey,GTG),它表示的是從任一灰階(度)變換到目標(biāo)灰階所需要的時(shí)間,如果液晶面板使用了過(guò)驅(qū)動(dòng)技術(shù)(Over Drive),通常就會(huì)使用灰階來(lái)表示它的響應(yīng)速度。
CRT顯示器與LCD顯示器光輸出特性的對(duì)比 從上面的過(guò)程中,我 們可以發(fā)現(xiàn)液晶顯示技術(shù)的成像原理依賴(lài)于液晶分子在驅(qū)動(dòng)信號(hào)作用下的扭轉(zhuǎn)、復(fù)原過(guò)程,而這兩個(gè)過(guò)程都需要較長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間,從而導(dǎo)致像素的亮度改變總是明顯滯后于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的變化;另一方面,液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)方式也使得屏幕在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持一幀畫(huà)面的顯示狀態(tài),直到加載了下一幀畫(huà)面時(shí)屏幕上的內(nèi)容才稍有變化,這種長(zhǎng)時(shí)間不改變的情況,加重了人眼視覺(jué)暫留的效果。液晶顯示器這種“Hold Type(保持型)”的驅(qū)動(dòng)和光輸出模式,正是導(dǎo)致嚴(yán)重拖影的原因。
3.對(duì)癥下藥,如何來(lái)解決運(yùn)動(dòng)圖像拖影的問(wèn)題?
液晶顯示技術(shù)特有的延遲和保持特性,導(dǎo)致了光輸出(顯示畫(huà)面)在一定時(shí)間內(nèi)持續(xù)作用于具有暫留特性的視覺(jué)系統(tǒng),加之人在觀看運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)眼睛會(huì)不由自主地跟隨畫(huà)面中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo),從而明顯延長(zhǎng)了主觀畫(huà)面在腦海中存在的時(shí)間。也就是說(shuō),當(dāng)原來(lái)的一幀畫(huà)面尚在視覺(jué)系統(tǒng)中“揮之不去”時(shí),后面的各幀畫(huà)面就“接踵而至”,最終這些主觀畫(huà)面相互疊加,就會(huì)使人感覺(jué)到嚴(yán)重的拖影現(xiàn)象。
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