Стереоскопическое изображение в промышленной электронике,
или Несколько слов о применении 3D TFT-панелей

Введение

Если товар ничем не отличается от других, то почему его должны покупать? Поэтому разработчики при создании новой или модернизации старой модели оборудования обычно задают себе следующие вопросы:

• Какие новые технологии индикации стали доступны для серийного применения?
• Какие дополнительные преимущества могут быть у нового оборудования?
• Какие технологии можно применить, чтобы увеличить спрос на новую продукцию и, в конце концов, повысить объемы продаж оборудования?

В этих условиях производителям приходится предлагать новые пользовательские функции, которые выделяют их продукцию по сравнению с аналогичной у конкурентов.

Одной из таких функций является возможность видеть изображение в трехмерном виде.

В этом году компания NLT Technology, Ltd. (ранее имела название NEC LCD Technology, Япония) начала промышленный выпуск 3D TFT LCD-панелей с автостереоскопическим эффектом. Такие панели позволяют видеть объемное изображение без специальных очков.

Особенности технологии получения объемного изображения

3D-эффект достигается с помощью технологии HDDP (Horizontally Double-Density Pixel). Каждый пиксель разбивается на два подпикселя отдельно для левого и правого глаза [1]. На рис. 1 можно видеть отличие обычного пикселя (Conventional Design) от двойного (HDDP design).

Рис. 1. Отличие обычной технологии от технологии HDDP

Над каждым пикселем расположена специальная линза — лентикула (lenticular lens), формирующая диаграмму направленности. Лентикулярная растровая линза представляет собой лист бесцветного пластика, на одной стороне которого есть микрорифление, так называемые лентикулы. Лентикулярная растровая линза схематично показана на рис. 2.

Рис. 2. Лентикулярная растровая линза для получения автостереоскопического эффекта

Таким образом, за счет разбиения пикселей на отдельные подпиксели для каждого глаза и формирования специальной диаграммы направленности создается стереоэффект, или объемное изображение. Следует оговориться, что изображение станет объемным при условии, что сами изображения для правого и левого глаза созданы с соответствующим смещением (параллаксом).

Технология HDDP позволяет формировать одновременно как 2D-, так и 3D-изображение, подавая 2D- и 3D-контент одновременно в разные участки экрана. Если на субпиксели подается одна и та же информация, то получается 2D-изображение, если разная, то 3D. Особенности получения плоского и объемного изображения видны на рис. 3.

Рис. 3. Особенности получения плоского (2D) и объемного (3D) изображений

 

Применение 3D TFT-панели

С аппаратной точки зрения применение 3D TFT-панели практически ничем не отличается от применения обычной TFT-панели. Единственное условие: аппаратная часть должна обеспечивать отображение кадра с разрешением 1600×600 или 1600×1200.

C программной точки зрения, чтобы получить 3D-изображение, необходимо рассчитать два полукадра для правого и левого глаза и «склеить» их вместе. Каждый из этих полукадров имеет разрешение 800×600, общее разрешение получается 1600×600.

Рис. 4. 3D-картинка на экране обычного 2D-монитора

Если полученный таким способом 3D-кадр показать на экране обычного монитора с разрешением 1600×600, то мы увидим картинку, аналогичную рис. 4. 3D TFT-панель разделяет это изображение и показывает его на соответствующих подпикселях для правого и левого глаза (рис. 5).

Рис. 5. Принцип получения правой и левой частей 3D-кадра

Одной из первых 3D TFT-панелей, построенных на основе технологии HDDP и поступивших в серийное производство, стала модель NL8060BH18-02. Ее характеристики приведены в таблице 1 [2].

Подключение 3D TFT-панели к компьютеру

Для того чтобы подключить 3D TFT-панель к обычному персональному компьютеру по интерфейсу VGA или DVI, необходимо использовать специальную плату видеоконтроллера, с помощью которой 3D TFT-панель становится 3D-монитором. Пример такого подключения приведен на рис. 6.

Рис. 6. Схема подключения 3D-панели к компьютеру по интерфейсу VGA или DVI

Настройку отображения можно выполнять при помощи платы управления. Преобразование сигнала из стандартов VGA и DVI в стандарт LVDS выполняет плата видеоконтроллера. Инвертор нужен для формирования постоянного тока, необходимого для питания светодиодов подсветки. Полный перечень компонентов, требуемых для такого подключения, приведен в таблице 2 [3]. При необходимости подключения панели непосредственно к компьютеру с выходом LVDS видеоконтроллер не нужен.

Давайте рассмотрим, в каких устройствах можно использовать стереоскопический экран и где применение 3D TFT-панелей наиболее оправданно и даст дополнительные конкурентные преимущества.

Оптико-механические приборы

3D TFT-панели найдут применение в микроскопах, приборах ночного видения, биноклях и других аналогичных приборах технического зрения. Применение стереоскопического экрана позволит отказаться от окуляров, которые приводят к переутомлению глаз (рис. 7). Так, в офтальмологии сейчас проводятся операции с разрезом длиной в десятые доли миллиметра, концентрация хирурга максимальна, используя окуляры, он должен сидеть неподвижно в течение всей операции. С помощью 3D TFT-панели хирург сможет работать в более комфортных условиях.

Рис. 7. Микроскоп с TFT-экраном

Навигационное оборудование

Применение 3D-панелей также оправдано в навигационном и локационном оборудовании. В случае, когда нет возможности видеть местность невооруженным глазом, стереоскопическая 3D-карта поможет лучше сориентироваться. На рис. 8 можно видеть изображение ландшафта, при помощи 3D-технологии это изображение будет более реалистичным. При необходимости 3D-режим можно отключить и использовать панель как обычный 2D TFT-экран.

Рис. 8. Псевдообъемное отображение ландшафта на экране TFT

Рекламное оборудование

Применение стереоскопических изображений позволяет привлечь внимание покупателей в точках продаж. Объемное изображение, как правило, больше привлекает внимание, чем плоская картинка (рис. 9). 3D TFT-панели также найдут применение в торговых автоматах и электронных киосках.

Рис. 9. Объемная реклама более привлекательна, чем плоская

Дефектоскопия

Объемное стереоскопическое изображение дефекта может быть применено в дефектоскопии.

Игровые приложения и симуляторы

Конечно же, самый большой спрос 3D TFT-панели найдут в игровых приставках и обучающих симуляторах. Объемная реальность на порядок повысит игровые и обучающие качества таких приложений (рис. 10).

Рис. 10. Псевдообъемное изображение на экране планшетного компьютера

Заключение

Стереоскопический эффект, который можно получить благодаря TFT-панели NL8060BH18-02, позволяет создать качественно новый вид продукции. Тем не менее производители TFT-панелей не останавливаются на достигнутом. Так, инженеры NLT работают над созданием TFT-панели, которая позволит видеть трехмерное изображение с шести углов обзора. Очевидно, что технологии трехмерного отображения информации найдут широкое применение в промышленной электронике. А те производители, которые сегодня подчинят себе «3D-волну», завтра смогут оказаться лидерами рынка.

Применение 3D-технологии позволит получить значительный экономический эффект в оптико-механическом, навигационном оборудовании, дефектоскопии, навигационных приложениях и рекламном оборудовании.