CRT與LCD顯示器參數(shù)對(duì)圖像顯示的影響

羅曉晨 陳渡平 吳靜炯 復(fù)旦大學(xué)附屬上海市第五人民醫(yī)院 設(shè)備科 (上海 200240)

CRT與LCD顯示器參數(shù)對(duì)圖像顯示的影響

羅曉晨 陳渡平 吳靜炯 復(fù)旦大學(xué)附屬上海市第五人民醫(yī)院 設(shè)備科 (上海 200240)

目的：本文通過(guò)對(duì)兩種顯示器的對(duì)比，對(duì)兩者優(yōu)劣做出相對(duì)客觀的評(píng)價(jià)。方法：對(duì)兩種顯示器的亮度、對(duì)比度、分辨率、響應(yīng)時(shí)間、視角、閃爍、幾何失真和色彩等主要參數(shù)作對(duì)比，列出兩種顯示器各自的優(yōu)劣，且分析這些優(yōu)劣對(duì)圖像顯示的影響。結(jié)果：LCD顯示器在亮度、對(duì)比度、閃爍和幾何失真方面擁有優(yōu)勢(shì)。但在分辨率、響應(yīng)時(shí)間和色彩表現(xiàn)力上尚有不足。結(jié)論：隨著技術(shù)的發(fā)展，LCD顯示器具有取代CRT顯示器的趨勢(shì)。

顯示器 對(duì)比度 分辨率 響應(yīng)時(shí)間 色彩

Abstract:Purpose: To analyze the advantage and fault of the two types of monitor by comparing. Means: By comparing the parameters of brightness, contrast, resolution, response time, angle of view, strobofash, geometry distortion etc, list the advantage and fault of LCD and CRT, and analyze the effects on display. Results: LCD has the advantages of brightness, contrast, strobofash and geometry distortion, but the resolution, response time and color performance of it are not good enough. Conclusions: With the development of technology, it is the trend that CRT will be replaced by LCD.

Key words:monitor, contrast, resolution, response time, color

隨著醫(yī)院數(shù)字化建設(shè)的推進(jìn)，顯示器的使用已經(jīng)變得越來(lái)越普遍。而新技術(shù)和新材料的開(kāi)發(fā)，使得CRT顯示器被LCD顯示器替代已成為發(fā)展趨勢(shì)。但在實(shí)際使用中一些使用者還是對(duì)CRT顯示器情有獨(dú)鐘，而對(duì)LCD顯示器有著這樣那樣的不滿意。到底是LCD顯示器確有不足，還是使用者的主觀感覺(jué)影響判斷？本文將通過(guò)對(duì)這兩種顯示器主要參數(shù)的對(duì)比，力爭(zhēng)對(duì)兩者的優(yōu)劣做出相對(duì)客觀的評(píng)價(jià)。

1 顯示器原理

1.1 CRT 顯示器

CRT 顯示器，即陰極射線管顯示器，其成像的原理是利用顯像管內(nèi)部的電子槍陰極發(fā)出的電子束，經(jīng)控制、聚焦和加速后變成細(xì)小的電子流，再經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)線圈的作用向正確目標(biāo)飛去，穿過(guò)蔭罩的金屬板或金屬柵欄，轟擊到顯示器內(nèi)層玻璃涂滿了無(wú)數(shù)紅、綠、藍(lán)三原色熒光粉的屏幕上，在電子束的轟擊下，這些熒光粉會(huì)發(fā)光，而這些熒光就形成我們所看到的圖像畫(huà)面了。這些紅、綠、藍(lán)三原色以不同的比例加以混合就會(huì)產(chǎn)生各種色彩。

1.2 LCD 顯示器

LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示器)使用了目前最新的全彩顯示技術(shù)，成像原理簡(jiǎn)單易懂。整個(gè)液晶顯示技術(shù)的核心是讓液晶如閘門(mén)般地阻隔或讓光線穿透。就技術(shù)方面而言，液晶面板包含了兩片相當(dāng)精致的無(wú)鈉玻璃素材，稱(chēng)為“Substrates”，中間夾著一層液晶。當(dāng)光束通過(guò)這層液晶時(shí)，液晶本身會(huì)排排站立或扭轉(zhuǎn)呈不規(guī)則狀，因而阻隔或使光束順利通過(guò)。液晶顯示器具有圖像清晰精確、平面顯示、體積小重量輕、能耗低、工作電壓低等優(yōu)點(diǎn)。隨著醫(yī)院數(shù)字化的發(fā)展，醫(yī)療成像顯示器將急劇增長(zhǎng)，LCD顯示器將被廣泛使用。

2 CRT顯示器與LCD顯示器性能對(duì)比

2.1 亮度和對(duì)比度

亮度的測(cè)量單位為cd/m2(每平方米燭光)，也叫NIT 流明。亮度就是顯示器上顯示圖像有多么明亮，顯示越明亮圖像中的能夠產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)范圍就越大，使人們?cè)趫D像中分辨更多的色調(diào)，這種動(dòng)態(tài)范圍必須提供全8 bit 灰階圖像(即256 不同色調(diào)) 。顯示器亮度與肉眼敏感度的關(guān)系，當(dāng)亮度在500cd/m2時(shí)，肉眼敏感度為700，當(dāng)亮度在800 cd/m2時(shí)，肉眼敏感度為777(最大)，理想亮度在400～500 cd/m2，所以選擇亮度≥700cd/m2就可以了。

一般的CRT顯像管顯示器的亮度在100～300cd/m2，LCD液晶顯示器的亮度在600～1500 cd/m2。在DR、CR等只需黑白兩色顯示器上，LCD液晶顯示器比CRT顯像管顯示器有著較大的優(yōu)勢(shì)。然而，彩色顯示器的亮度比黑白顯示器要低的多，一般在120～250 cd/m2，這時(shí)兩種顯示器就相差無(wú)幾了。

對(duì)比度也叫動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)比度率是描述顯示器能顯示黑與白之間的差別，表達(dá)顯示器最亮值和最暗值之比。彩色顯示器不做過(guò)多要求，黑白顯示器要求來(lái)表達(dá)灰階影像的黑白之間的程度。臨床使用顯示器的對(duì)比度范圍在 600:1～1000:1。高性能顯示器對(duì)比度率高達(dá)1000:1，能夠顯示所有色調(diào)需要大的對(duì)比度率，一般選擇對(duì)比度≥600較好。

目前CRT顯示器的對(duì)比度都能達(dá)到1000:1，液晶顯示器的對(duì)比度也能達(dá)到1000:1以上，可能在更高的對(duì)比度上不及CRT，但這個(gè)數(shù)值已足夠滿足臨床使用要求。

2.2 分辨率

用低分辨率顯示器顯示高分辨率影像時(shí)，影像會(huì)嚴(yán)重失真。顯示器的分辨率與圖像本身的分辨率有很密切的關(guān)系，一般影像的分辨率如下: DSA、數(shù)字胃腸：1024 ×1024；MRI：512 ×512；CT ：1024 ×1024 或512 ×512 ；CR/DR ：500 萬(wàn)像素以上。

用于臨床醫(yī)療的顯示器目前主要有1MP、2MP、3 MP、5MP四種:

1MP ：1024 ×1280 ( 豎屏 ) /1280/1024 ( 橫屏 )，稱(chēng)為100 萬(wàn)像素，常用橫屏顯示，多適用于CT、MRI、數(shù)字胃腸機(jī)。

2MP ：1200 ×1600 ( 豎屏 ) /1600 ×1200 ( 橫屏 )，稱(chēng)為200 萬(wàn)像素，簡(jiǎn)稱(chēng)1K，常用豎屏顯示，多適用于CR、DSA、數(shù)字胃腸機(jī)，PACS 閱片工作站。

3MP ：1536×2048 ( 豎屏 ) /2048×1536 ( 橫屏 )，稱(chēng)為300 萬(wàn)像素，簡(jiǎn)稱(chēng)1.5 K，常用豎屏顯示，多適用于CCD - DR、PACS 診斷工作站。

5MP ：2048×2560 ( 豎屏 ) /2560×2048 ( 橫屏 )，稱(chēng)為500 萬(wàn)像素，簡(jiǎn)稱(chēng)2 K，常用豎屏顯示，多適用于平板DR、乳腺機(jī)、PACS 診斷工作站。

目前，有不少彩色液晶顯示器達(dá)到了2MP和3MP的標(biāo)準(zhǔn)。某些單色液晶顯示器達(dá)到了5MP的標(biāo)準(zhǔn)。他們完全有能力代替CRT顯像管顯示器。但LCD 的最大分辨率就是它的真實(shí)分辨率，也就是最佳分辨率。一旦所設(shè)定的分辨率小于真實(shí)分辨率，圖像很容易發(fā)生扭曲，所以會(huì)對(duì)顯示效果造成一定影響。

這一特性與LCD的成像原理有關(guān)：液晶本身是不發(fā)光的，它是利用電場(chǎng)控制液晶轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)改變光的行進(jìn)方向，如此一來(lái)，不同的電場(chǎng)大小，就會(huì)形成不同灰階亮度。再把RGB三種顏色，分成獨(dú)立的三個(gè)點(diǎn)，各自擁有不同的灰階變化，然后把鄰近的三個(gè)RGB顯示的點(diǎn)，當(dāng)作一個(gè)顯示的基本單位，也就是像素。那這一個(gè)像素，就可以擁有不同的色彩變化了。然后對(duì)于一個(gè)需要分辨率為1024×768的顯示畫(huà)面，我們只要讓這個(gè)平面顯示器的組成有1024×768個(gè)像素，便可以正確的顯示這一個(gè)畫(huà)面。

這也造成LCD的真實(shí)分辨率就是最佳分辨率，如果用于顯示小于最佳分辨率的圖像(如：800×600)時(shí)，將有兩種顯示方式。一種是居中顯示，只在LCD中間的800×600個(gè)點(diǎn)顯示圖像，而其他點(diǎn)不顯示，給我們的感覺(jué)是畫(huà)面大大縮小了；另一種是擴(kuò)展顯示，用1024×768來(lái)顯示800×600的分辨率，這樣圖像很容易發(fā)生扭曲，所以會(huì)對(duì)顯示效果造成一定影響。

所以相比CRT顯示器分辨率的可調(diào)性，LCD顯示器使用時(shí)只能根據(jù)需要配套使用。

2.3 響應(yīng)時(shí)間

響應(yīng)時(shí)間指的是顯示器對(duì)于輸入信號(hào)的反應(yīng)速度，也就是由暗轉(zhuǎn)亮或由亮轉(zhuǎn)暗的反應(yīng)時(shí)間，通常是以毫秒(ms)為單位。要說(shuō)清這一點(diǎn)我們還要從人眼對(duì)動(dòng)態(tài)圖像的感知談起。人眼存在“視覺(jué)殘留”的現(xiàn)象，高速運(yùn)動(dòng)的畫(huà)面在人腦中會(huì)形成短暫的印象。動(dòng)畫(huà)片、電影等一直到現(xiàn)在最新的游戲正是應(yīng)用了視覺(jué)殘留的原理，讓一系列漸變的圖像在人眼前快速連續(xù)顯示，便形成動(dòng)態(tài)的影像。人能夠接受的畫(huà)面顯示速度一般為每秒24張，這也是電影每秒24幀(大約42ms)播放速度的由來(lái)，如果顯示速度低于這一標(biāo)準(zhǔn)，人就會(huì)明顯感到畫(huà)面的停頓和不適。

顯示器的響應(yīng)時(shí)間主要影響動(dòng)態(tài)影像，對(duì)于靜止的CR/DR 影像并無(wú)多大影響。由于人眼的“視覺(jué)暫留”現(xiàn)象，響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)影像的拖尾現(xiàn)象，不適合動(dòng)態(tài)影像的實(shí)時(shí)播放。所以，在選購(gòu)DSA 和數(shù)字胃腸等顯示器時(shí)，就要首選響應(yīng)時(shí)間20ms 以下的顯示器。

LCD液晶顯示器在響應(yīng)時(shí)間上遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如CRT顯像管顯示器，而且不同品牌不同型號(hào)的差別也不小，從50ms～5ms都有。但一般作為手術(shù)用(微創(chuàng)手術(shù)，內(nèi)窺鏡手術(shù)，介入治療等)顯示器，它的響應(yīng)時(shí)間在8ms-5ms。而CRT顯示器的響應(yīng)時(shí)間在1ms以內(nèi)，可以說(shuō)幾乎沒(méi)有響應(yīng)時(shí)間。雖然LCD在響應(yīng)時(shí)間上與CRT有一定的差距，但5ms的響應(yīng)時(shí)間已經(jīng)能夠滿足臨床的使用需求。

2.4 視角和閃爍(刷屏率)

一般而言，LCD顯示器的可視角度都是左右對(duì)稱(chēng)的，但上下就不一定了，而且常常是上下角度小于左右角度?，F(xiàn)在市面上的液晶顯示器可視偏轉(zhuǎn)角度一般在170?左右，對(duì)于個(gè)人使用來(lái)說(shuō)是夠了，但如果幾個(gè)人同時(shí)觀看，失真的問(wèn)題就顯現(xiàn)出來(lái)了。而CRT顯示器的可視角度從各個(gè)方向上來(lái)說(shuō)都幾乎是180?，不會(huì)出現(xiàn)失真問(wèn)題。

CRT 顯示器是靠電子束重復(fù)撞擊到熒光粉來(lái)達(dá)到發(fā)光的，這樣會(huì)導(dǎo)致亮度周期性閃爍。即使通過(guò)最新的標(biāo)準(zhǔn)的顯示器工作在或者更高的刷新率下，也不過(guò)是只能讓眼睛在短期使用不覺(jué)得閃爍而已。實(shí)際上仍然是閃爍的，長(zhǎng)時(shí)間使用后照樣讓人感到不適，這個(gè)現(xiàn)象的根源是由于的工作原理導(dǎo)致的，就是說(shuō)顯示器的閃爍現(xiàn)象是很難避免的。

液晶顯示器的液晶本身不發(fā)光，它屬于背光型顯示器件。液晶顯示器是靠屏幕上均勻排列的細(xì)小的液晶顆粒通過(guò)“阻斷”或“通過(guò)”光線來(lái)達(dá)到還原畫(huà)面的目的，也就是說(shuō)，液晶顯示器是“永遠(yuǎn)”在發(fā)光的。通電后，背光燈點(diǎn)亮，如果屏幕上的液晶像素全部“打開(kāi)”，則背光毫無(wú)遮攔地進(jìn)入人眼，此時(shí)屏幕一片全白顯示圖像時(shí)，通過(guò)對(duì)顯示信號(hào)的轉(zhuǎn)換，計(jì)算出各像素的通斷狀態(tài)后，直接把信號(hào)驅(qū)動(dòng)具體像素，控制該液晶像素對(duì)光線的“通”“斷”，就可以在屏幕上生成圖像此時(shí)，屏幕上的圖像就象是廣告燈箱那樣，燈箱里的燈管發(fā)出的光透過(guò)有圖案的薄膜進(jìn)入人眼，使人眼看到圖像是非常穩(wěn)定而不會(huì)閃爍的！液晶顯示獨(dú)特的顯示原理決定了其屏幕上各個(gè)像素發(fā)光均勻，因此不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)的CRT 顯示器固有的會(huì)聚以及聚焦不良的弊病，所以在刷屏率上液晶顯示器有著先天的優(yōu)勢(shì)。

2.5 幾何失真

幾何失真會(huì)引起原始圖像幾何部分的偏差，實(shí)際后果是使得圖像特征的相對(duì)尺寸和形狀受到了一定的影響。CRT 顯示器通常的失真有: 線性改變( 其形式為針墊，桶形和傾斜失真) ; 形成角度和不合適的屏幕寬高比; 非線性。有些幾何失真也可能是顯示控制器( 顯卡)的不恰當(dāng)設(shè)置，或是顯示器與顯卡之間的相比不匹配造成的。另外，磁場(chǎng)也能造成CRT 顯示器的幾何失真且還能降低黑白CRT 顯示器的分辨力及彩色CRT 顯示器的色彩純度。

相比而言，LCD顯示器由于其純平面設(shè)計(jì)，使其避免了線性失真；顯卡與顯示器配合問(wèn)題有人為因素在其中，所以LCD也會(huì)產(chǎn)生這個(gè)問(wèn)題；LCD顯示器采用的是直接數(shù)碼尋址的顯示方式，它能夠?qū)@卡輸出的視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)AD 轉(zhuǎn)換之后，根據(jù)信號(hào)電平中的“地址”信號(hào)，直接將視頻信號(hào)一一對(duì)應(yīng)的在屏幕上的液晶像素上顯示出來(lái)，所以磁場(chǎng)也不會(huì)對(duì)LCD顯示器造成影響。

2.6 其他方面

(1) LCD在色彩方面比不上CRT。CRT 可顯示的色彩跟電視機(jī)一樣，都是無(wú)限的，而LCD可顯示1600萬(wàn)～10.7億種顏色。顯示顏色越多則顏色過(guò)度越順暢，但由于一般人的眼睛只能分辨120多種顏色，如果在不同顏色的相互補(bǔ)充、相互襯托之下，有經(jīng)驗(yàn)的人可分辨13000 多種顏色。所以LCD與CRT的差距人眼是不易區(qū)分的，對(duì)診斷的影響也不大。

(2）當(dāng)CRT的顯像管壽命完結(jié)時(shí)，更換新顯像管的成本差不多等同整臺(tái)顯示器，而LCD在亮度下降到不滿足診斷需要時(shí)只需更換光源，除零件成本較低外，更換過(guò)程亦很簡(jiǎn)單。

(3)有些醫(yī)院空間是十分有限，LCD的厚度很薄，可以比CRT節(jié)省許多空間，可放在桌上、工作站上或掛在墻上；另外LCD遠(yuǎn)較CRT輕便，用戶可根據(jù)需要移動(dòng)位置。

(4) LCD顯示屏為完全平面，比CRT的弧面顯示屏更符合傳統(tǒng)讀片的習(xí)慣。

(5) LCD的用電量和散熱量遠(yuǎn)低于CRT，LCD沒(méi)有像CRT發(fā)出的電磁波輻射，避免對(duì)人體造成不良影響，符合環(huán)保原則。

3 總結(jié)

綜上所述：

(1) LCD顯示器與CRT顯示器相比，在以下方面的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)明顯，如表1。

LCD的亮度大大高于CRT，有利于灰階的顯示；LCD具有穩(wěn)定的亮度控制功能，平均使用壽命比CRT長(zhǎng)；LCD純平面設(shè)計(jì)，使圖像無(wú)幾何失真；LCD通過(guò)“通”“斷”光線來(lái)達(dá)到還原圖像的目的，使圖像穩(wěn)定不會(huì)閃爍。

(2) LCD顯示器與CRT顯示器相比，在色彩、響應(yīng)時(shí)間和對(duì)比度方面的參數(shù)還有一定的差距。但由于新技術(shù)新產(chǎn)品的不斷問(wèn)世，使得這些差距相對(duì)于人眼的敏感度來(lái)論，可以忽略不計(jì)。

(3)由于LCD是通過(guò)液晶像素實(shí)現(xiàn)顯示的，而液晶像素的數(shù)量和位置都是固定不變的。所以液晶顯示器只有在標(biāo)準(zhǔn)分辨率下，才能達(dá)到最佳效果。而在非標(biāo)準(zhǔn)分辨率下則是由LCD內(nèi)的IC通過(guò)插值算法計(jì)算而成，因此畫(huà)面會(huì)變得模糊不清。所以，我們?cè)谑褂煤唾?gòu)買(mǎi)LCD顯示器時(shí)應(yīng)考慮圖像分辨率與顯示器分辨率相匹配。

CRT顯像管顯示器與LCD液晶顯示器性能對(duì)比

(4)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，LCD顯示器將逐漸擴(kuò)大在各個(gè)領(lǐng)域的使用，并最終取代CRT顯示器的趨勢(shì)不可阻擋

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The Effects of Parameters of CRT and LCD on Image Display

LUO Xiao-chen CHEN Du-ping WU Jing-jiong Fifth People’s Hospital of Shanghai Fudan University (Shanghai 200240)

1006-6586(2010)04-0011-04

R197.39

A

2010-02-01

羅曉晨，助理工程師；陳渡平，高級(jí)工程師；吳靜炯，主任醫(yī)師