阴极射线管（Cathode ray tube，CRT）显示器庞大笨重，在商业上已广泛被数字化的液晶显示器（Liquid crystal displays, LCDs）替代。但在视觉科学的研究中，CRT仍十分重要。
CRT 显示器
CRT显示器由一层荧光粉组成，荧光粉是一种有机材料，当显示器内部的电子枪发射电子束时，荧光粉会短暂发光。光束以一种被称为光栅的模式，从左到右，从上到下，快速地扫描显示屏。在每一行的末尾，电子束会短暂地停下来，然后跳回下一行的起点。这就是所谓的水平消隐期。当枪到达屏幕底部时，它会跳回屏幕顶部，开始下一帧的显示。
在模拟视频信号中，使电子枪跳回显示器顶部的信号被称为垂直同步脉冲。这个脉冲也包含在数字视频通信协议中，它有效地标志着视频信号下一帧的开始。后文会深入讨论视频同步的问题。
CRT显示器的光栅模式
商用LCD面板不以光栅模式照明。相反，它们有一个像素网格，这些网格同时被背光照亮。光线通过一个滤光片照射，滤光片挡住了所有非水平的偏振光。然后，光线通过液晶层，在液晶层的分子对光的偏振进行0-90度之间的旋转。一个分子旋转光线的程度取决于它的结构。电流可以改变液晶分子的结构，从而改变偏振角。
当光线通过LCD层后，一个红绿蓝滤光片将输出光谱限制为特定颜色的光。第二个滤光片只允许垂直偏振光通过显示屏，这意味着任何没有被液晶层改变的光(例如，仍然水平偏振光)都不会通过，像素将完全黑暗。
LCD显示器的各层结构
每当我们改变显示上单个像素的值时，我们必须改变负责该像素RGB强度的分子结构。根据显示器的不同，面板上的分子完全稳定在一个新位置可能需要几毫秒的时间。单个像素稳定所需的时间称为像素响应时间。
通常情况下，LCD显示器的背光是常亮着的，这意味着当液晶分子改变结构时，显示屏会显示像素亮度的完整变化。在一个典型的LCD上，这个斜坡可以持续5毫秒左右，从黑色过渡到白色，并且可以在如下所示的光电二极管记录中看到。
VIEWPixx显示器在传统背光模式下的像素亮度变化
非常慢的像素响应意味着像素转换滞后于视频信号的速度。这将导致图像在几帧之间拖影，这种现象被称为“重影”。
LCD显示器重影
像素响应慢的另一个后果是运动模糊。特别是对于高对比度、快速移动的物体，像素稳定滞后于移动速度。因此，运动对象的边缘模糊化。
运动模糊现象
对于寻找严格控制的刺激，尤其是高对比度的移动刺激的视觉科学家来说，这些显示的伪影并不理想。
而CRT显示器的逐行扫描模式不会产生上述的重影和模糊伪影，这就是为什么CRT显示器一直被用于视觉科学的研究。然而，CRT显示器有其自身的局限性，特别是体积过大、越来越难买和有限的刷新率(通常小于75 Hz)。
为了满足现代显示器的需求，VPixx开发了一款高分辨率、120hz的LCD显示器，带有扫描背光模式，可以模仿CRT显示器的光栅模式。
扫描背光技术
使用扫描背光技术，液晶分子在几乎完全稳定之前，单个像素不会被照亮。肉眼可看到的结果是更干净的帧转换，最小的重影和运动模糊。
下面左边的图片显示了单个像素在不启用扫描背光模式的情况下，从黑到白再到黑的转换过程中的亮度。到亮度峰值的上升时间为5 ms，下降时间为1 ms。右边的图像显示了在背光开启的情况下，像素的亮度变化(黑-白-黑-白-黑)。在这里，上升和下降的时间都是1毫秒。
VIEWPixx /3D显示器在扫描背光模式关闭与开启下的像素亮度变化
我们已经介绍了LCD的基本工作原理，但并不是所有的LCD都是一样的。在本节中，我们将讨论不同的LCD技术，并重点讨论它们对整体显示效果的影响。
2.1 背光技术：荧光、白光LED与RGB LED
不同的背光光源
在LCD背光中使用的光源对显示器的色域、亮度和颜色的均匀性有重要的影响。
老式的消费型LCD面板通常使用冷阴极荧光灯(CCFL)作为背光光源。虽然不贵，这种光源往往产生一个相对狭窄的色域，这在观感上会使颜色显得有些褪色。CCFL面板的显示亮度和色彩均匀性也相对较差(<80%)，容易出现热点。
随着可靠的发光二极管(LED)的兴起，许多高端lcd已经开始使用LED背光，以利用其更宽的色域、更好的对比度和更高的能源效率。LED背光可以是白色的，或者是由RGB LED的混合物来产生广谱白色。
一般来说，RGB LED比白色LED能产生更宽的色域。这两种类型的背光都可以校准，以实现均匀的显示亮度。而RGB LED显示器可以工厂校准到行业标准的白点，确保整个显示器的颜色均匀。
VIEWPixx /EEG使用白色LED背光，而VIEWPixx和VIEWPixx /3D使用RGD LED。三种显示器的亮度均为>95%。VIEWPixx /EEG具有大约90%的颜色均匀性。VIEWPixx和VIEWPixx /3D是工厂校准到D65工业标准白点，并在整个面板上具有>95%的颜色均匀性。
2.2 面板技术：扭曲向列型和平面转换
液晶显示器中液晶分子的结构和行为也对显示性能产生影响。具体来说，分子的布局会影响它们的颜色保真度、对比度和观看角度。分子的行为也决定了像素的响应时间。
两种主要的LCD面板技术是扭曲向列型(TN)面板和平面转换(IPS)面板。
TN面板具有相对较快的像素响应时间（约5ms，黑→白→黑）。这意味着TN面板能够与VIEWPixx扫描背光的快速移动保持同步。VIEWPixx /3D和VIEWPixx /EEG都使用TN面板。然而，TN面板有一个相当小的可视角，这意味着当从侧面观看显示器时，颜色和亮度会发生巨大的变化。
相比之下，IPS在LCD层中采用平行分子结构，以在更大的视角范围内保持更丰富的色彩。
然而，IPS面板很慢(像素响应时间~7毫秒)。这种稳定时间可能会滞后于扫描背光，从而导致重影，所以我们不建议使用扫描背光模式的IPS显示器。VIEWPixx使用IPS面板，因此更适合呈现丰富的静态彩色图像。
2.3 位深
数字视频信号将彩色信息转换成二进制信号。显示器的位深是指可以在屏幕上传输和显示的色彩层数。位深度越高，可以使用的色彩层面越多，图像中显示的颜色或灰度值之间的梯度就越细。
不同位深的显示效果，从左到右：从低到高
典型的屏幕使用8位RGB颜色，其中全白由RGB颜色三元组[255,255,255]表示。这意味着用户可以在256个二进制步(0-255)中进行黑白调整。相比之下，10位颜色将相同的颜色空间分成1024个二进制步，12位则产生4096个二进制步。
所有三种VIEPixx默认都使用8位色彩。VIEWPixx /3D和VIEWPixx都有特殊的颜色模式，允许用户以更高的位深显示图像。VIEWPixx /3D最多支持10位，而IPS面板技术的VIEWPixx最多支持12位。
我们的VIEWPixx系列不仅仅是一个屏幕。这三种显示器都内置了用于数据同步的硬件。在本节中，我们将详细介绍其中的一些特性。
3.1 零图像处理和确定的视频呈现时间
所有三种VIEPixx都通过双链路DVI（Dual-Link DVI）接口从您计算机的显卡直接接收视频信号。
在前文CRT章节提到的垂直同步脉冲同样存在于DVI视频协议中。当您的显示器接收到一帧完整的视频数据时，会在该帧画面数据后立即跟随一个垂直同步信号。在120hz下，显卡输出的每一帧画面不会进入我们显示器的缓冲区进行预载，相反，它们会立刻被显示出来。这意味着接收到垂直同步脉冲和屏幕点亮之间的时间是完全确定的。也就是说，使用垂直同步脉冲，我们可以以微秒级别的精度确定图像何时真正出现在你的显示器上。
当启用扫描背光时。垂直同步脉冲和显示器左上角像素（CRT光栅中第一个扫描的像素）稳定之间的时间正好是6毫秒。
数字TTL信号（在接收垂直同步脉冲时同步输出）与左上角像素亮度的时间差
我们的硬件可以通过编程，使垂直同步脉冲也触发输出信号的产生。在VIEWPixx /EEG上，这种触发完全由像素模式（Pixel Mode）驱动。
VIEWPixx和VIEWPixx /3D可以配置发送自定义触发信号的数字、模拟或音频通道。垂直同步脉冲也可以标记在机载系统时钟上，并用于将输入的数据(例如，从按键盒或第三方记录系统)与视觉刺激的呈现时刻联系起来。
3.2 I/O连接：Full与Lite系统
VIEWPixx和VIEWPixx /3D提供了一个完整的板载I/O接口，类似于DATAPixx2。这两个显示器的Lite版本在两个DB25端口上提供数字输入和输出。还有一个用于红外发射器和主动3D快门眼镜的VESA标准3D端口。虽然VIEWPixx也有3D接口，但我们只建议使用VIEWPixx /3D进行3D呈现，因为TN屏幕更适合快速过渡，有最小的串扰。
VIEWPixx和VIEWPixx /3D的Full版本包括Lite系统的所有功能，并在第三个DB25端口上支持模拟I/O(4通道数字转模拟，16通道模拟转数字)。Full版本还包括三个25毫米插孔，以实现音频输入，麦克风输入和音频输出。
VIEWPixx /EEG在单个DB25连接器上具有数字输出能力。该接口仅可通过像素模式驱动数字输出。
左：VIEWPixx和VIEWPixx /3D; 右：VIEWPixx /EEG
3.3 主试显示器输出
VIEWPixx和VIEWPixx /3D有一个双链路DVI输出，能够将视频信号的副本发送到可选的第二台显示器，方便主试进行观察。
重要的是，视频信号的复制发生在视频信号从显卡发出后，这意味着不会对显卡增加额外的工作量，不会影响显示时间。
3.4 编程控制
VIEWPixx和VIEWPixx /3D可使用VPixx提供的MATLAB/Psychtool或Python工具包进行编程控制，进行数据同步和数据采集。VIEWPixx /EEG则不支持。
|
VIEWPixx
|
VIEWPixx /3 |
VIEWPixx /EEG |
| 总体 |
| 适用于 |
含丰富色彩和精细渐变的静态显示 |
高动态、高对比度的运动刺激，3 d刺激 |
高动态、高对比度的运动刺激 |
| 分辨率 |
1920×1200
@120 Hz |
1920×1080
@120 Hz |
1920×1080
@120 Hz |
| 响应时间 |
1-7ms |
1ms |
1ms |
| 扫描背光 |
可选，不推荐 |
可选，推荐 |
默认 |
| LCD技术 |
| 背光 |
RGB LED |
RGB LED |
白光LED |
| 面板 |
IPS |
TN
|
TN
|
| 位深 |
默认8位，最大12位 |
默认8位，最大10位 |
8位 |
| 色域 |
广 |
广 |
中等 |
| 色彩均一度 |
95% |
95% |
90% |
| 亮度均一性 |
95% |
95% |
95% |
| 出厂D65白点校准 |
是 |
是 |
否 |
| 数据I/O与同步 |
| 数字I/O |
数字输入与输出 |
数字输入与输出 |
数字输出（仅垂直同步触发信号） |
| 模拟I/O |
Full版本 |
Full版本 |
无 |
| 音频I/O |
Full版本 |
Full版本 |
无 |
| MATLAB/
Python
软件支持 |
是 |
是 |
否 |
本篇文章来源于微信公众号:恒挚科技EVERLOYAL
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