CRT与LCD显示器参数对图像显示的影响

罗晓晨 陈渡平 吴静炯 复旦大学附属上海市第五人民医院 设备科 (上海 200240)

CRT与LCD显示器参数对图像显示的影响

罗晓晨 陈渡平 吴静炯 复旦大学附属上海市第五人民医院 设备科 (上海 200240)

目的：本文通过对两种显示器的对比，对两者优劣做出相对客观的评价。方法：对两种显示器的亮度、对比度、分辨率、响应时间、视角、闪烁、几何失真和色彩等主要参数作对比，列出两种显示器各自的优劣，且分析这些优劣对图像显示的影响。结果：LCD显示器在亮度、对比度、闪烁和几何失真方面拥有优势。但在分辨率、响应时间和色彩表现力上尚有不足。结论：随着技术的发展，LCD显示器具有取代CRT显示器的趋势。

显示器 对比度 分辨率 响应时间 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

随着医院数字化建设的推进，显示器的使用已经变得越来越普遍。而新技术和新材料的开发，使得CRT显示器被LCD显示器替代已成为发展趋势。但在实际使用中一些使用者还是对CRT显示器情有独钟，而对LCD显示器有着这样那样的不满意。到底是LCD显示器确有不足，还是使用者的主观感觉影响判断？本文将通过对这两种显示器主要参数的对比，力争对两者的优劣做出相对客观的评价。

1 显示器原理

1.1 CRT 显示器

CRT 显示器，即阴极射线管显示器，其成像的原理是利用显像管内部的电子枪阴极发出的电子束，经控制、聚焦和加速后变成细小的电子流，再经过偏转线圈的作用向正确目标飞去，穿过荫罩的金属板或金属栅栏，轰击到显示器内层玻璃涂满了无数红、绿、蓝三原色荧光粉的屏幕上，在电子束的轰击下，这些荧光粉会发光，而这些荧光就形成我们所看到的图像画面了。这些红、绿、蓝三原色以不同的比例加以混合就会产生各种色彩。

1.2 LCD 显示器

LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)使用了目前最新的全彩显示技术，成像原理简单易懂。整个液晶显示技术的核心是让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。就技术方面而言，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，称为“Substrates”，中间夹着一层液晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。液晶显示器具有图像清晰精确、平面显示、体积小重量轻、能耗低、工作电压低等优点。随着医院数字化的发展，医疗成像显示器将急剧增长，LCD显示器将被广泛使用。

2 CRT显示器与LCD显示器性能对比

2.1 亮度和对比度

亮度的测量单位为cd/m2(每平方米烛光)，也叫NIT 流明。亮度就是显示器上显示图像有多么明亮，显示越明亮图像中的能够产生的动态范围就越大，使人们在图像中分辨更多的色调，这种动态范围必须提供全8 bit 灰阶图像(即256 不同色调) 。显示器亮度与肉眼敏感度的关系，当亮度在500cd/m2时，肉眼敏感度为700，当亮度在800 cd/m2时，肉眼敏感度为777(最大)，理想亮度在400～500 cd/m2，所以选择亮度≥700cd/m2就可以了。

一般的CRT显像管显示器的亮度在100～300cd/m2，LCD液晶显示器的亮度在600～1500 cd/m2。在DR、CR等只需黑白两色显示器上，LCD液晶显示器比CRT显像管显示器有着较大的优势。然而，彩色显示器的亮度比黑白显示器要低的多，一般在120～250 cd/m2，这时两种显示器就相差无几了。

对比度也叫动态范围，对比度率是描述显示器能显示黑与白之间的差别，表达显示器最亮值和最暗值之比。彩色显示器不做过多要求，黑白显示器要求来表达灰阶影像的黑白之间的程度。临床使用显示器的对比度范围在 600:1～1000:1。高性能显示器对比度率高达1000:1，能够显示所有色调需要大的对比度率，一般选择对比度≥600较好。

目前CRT显示器的对比度都能达到1000:1，液晶显示器的对比度也能达到1000:1以上，可能在更高的对比度上不及CRT，但这个数值已足够满足临床使用要求。

2.2 分辨率

用低分辨率显示器显示高分辨率影像时，影像会严重失真。显示器的分辨率与图像本身的分辨率有很密切的关系，一般影像的分辨率如下: DSA、数字胃肠：1024 ×1024；MRI：512 ×512；CT ：1024 ×1024 或512 ×512 ；CR/DR ：500 万像素以上。

用于临床医疗的显示器目前主要有1MP、2MP、3 MP、5MP四种:

1MP ：1024 ×1280 ( 竖屏 ) /1280/1024 ( 横屏 )，称为100 万像素，常用横屏显示，多适用于CT、MRI、数字胃肠机。

2MP ：1200 ×1600 ( 竖屏 ) /1600 ×1200 ( 横屏 )，称为200 万像素，简称1K，常用竖屏显示，多适用于CR、DSA、数字胃肠机，PACS 阅片工作站。

3MP ：1536×2048 ( 竖屏 ) /2048×1536 ( 横屏 )，称为300 万像素，简称1.5 K，常用竖屏显示，多适用于CCD - DR、PACS 诊断工作站。

5MP ：2048×2560 ( 竖屏 ) /2560×2048 ( 横屏 )，称为500 万像素，简称2 K，常用竖屏显示，多适用于平板DR、乳腺机、PACS 诊断工作站。

目前，有不少彩色液晶显示器达到了2MP和3MP的标准。某些单色液晶显示器达到了5MP的标准。他们完全有能力代替CRT显像管显示器。但LCD 的最大分辨率就是它的真实分辨率，也就是最佳分辨率。一旦所设定的分辨率小于真实分辨率，图像很容易发生扭曲，所以会对显示效果造成一定影响。

这一特性与LCD的成像原理有关：液晶本身是不发光的，它是利用电场控制液晶转动，来改变光的行进方向，如此一来，不同的电场大小，就会形成不同灰阶亮度。再把RGB三种颜色，分成独立的三个点，各自拥有不同的灰阶变化，然后把邻近的三个RGB显示的点，当作一个显示的基本单位，也就是像素。那这一个像素，就可以拥有不同的色彩变化了。然后对于一个需要分辨率为1024×768的显示画面，我们只要让这个平面显示器的组成有1024×768个像素，便可以正确的显示这一个画面。

这也造成LCD的真实分辨率就是最佳分辨率，如果用于显示小于最佳分辨率的图像(如：800×600)时，将有两种显示方式。一种是居中显示，只在LCD中间的800×600个点显示图像，而其他点不显示，给我们的感觉是画面大大缩小了；另一种是扩展显示，用1024×768来显示800×600的分辨率，这样图像很容易发生扭曲，所以会对显示效果造成一定影响。

所以相比CRT显示器分辨率的可调性，LCD显示器使用时只能根据需要配套使用。

2.3 响应时间

响应时间指的是显示器对于输入信号的反应速度，也就是由暗转亮或由亮转暗的反应时间，通常是以毫秒(ms)为单位。要说清这一点我们还要从人眼对动态图像的感知谈起。人眼存在“视觉残留”的现象，高速运动的画面在人脑中会形成短暂的印象。动画片、电影等一直到现在最新的游戏正是应用了视觉残留的原理，让一系列渐变的图像在人眼前快速连续显示，便形成动态的影像。人能够接受的画面显示速度一般为每秒24张，这也是电影每秒24帧(大约42ms)播放速度的由来，如果显示速度低于这一标准，人就会明显感到画面的停顿和不适。

显示器的响应时间主要影响动态影像，对于静止的CR/DR 影像并无多大影响。由于人眼的“视觉暂留”现象，响应时间过长会导致动态影像的拖尾现象，不适合动态影像的实时播放。所以，在选购DSA 和数字胃肠等显示器时，就要首选响应时间20ms 以下的显示器。

LCD液晶显示器在响应时间上远远不如CRT显像管显示器，而且不同品牌不同型号的差别也不小，从50ms～5ms都有。但一般作为手术用(微创手术，内窥镜手术，介入治疗等)显示器，它的响应时间在8ms-5ms。而CRT显示器的响应时间在1ms以内，可以说几乎没有响应时间。虽然LCD在响应时间上与CRT有一定的差距，但5ms的响应时间已经能够满足临床的使用需求。

2.4 视角和闪烁(刷屏率)

一般而言，LCD显示器的可视角度都是左右对称的，但上下就不一定了，而且常常是上下角度小于左右角度。现在市面上的液晶显示器可视偏转角度一般在170˚左右，对于个人使用来说是够了，但如果几个人同时观看，失真的问题就显现出来了。而CRT显示器的可视角度从各个方向上来说都几乎是180˚，不会出现失真问题。

CRT 显示器是靠电子束重复撞击到荧光粉来达到发光的，这样会导致亮度周期性闪烁。即使通过最新的标准的显示器工作在或者更高的刷新率下，也不过是只能让眼睛在短期使用不觉得闪烁而已。实际上仍然是闪烁的，长时间使用后照样让人感到不适，这个现象的根源是由于的工作原理导致的，就是说显示器的闪烁现象是很难避免的。

液晶显示器的液晶本身不发光，它属于背光型显示器件。液晶显示器是靠屏幕上均匀排列的细小的液晶颗粒通过“阻断”或“通过”光线来达到还原画面的目的，也就是说，液晶显示器是“永远”在发光的。通电后，背光灯点亮，如果屏幕上的液晶像素全部“打开”，则背光毫无遮拦地进入人眼，此时屏幕一片全白显示图像时，通过对显示信号的转换，计算出各像素的通断状态后，直接把信号驱动具体像素，控制该液晶像素对光线的“通”“断”，就可以在屏幕上生成图像此时，屏幕上的图像就象是广告灯箱那样，灯箱里的灯管发出的光透过有图案的薄膜进入人眼，使人眼看到图像是非常稳定而不会闪烁的！液晶显示独特的显示原理决定了其屏幕上各个像素发光均匀，因此不会出现传统的CRT 显示器固有的会聚以及聚焦不良的弊病，所以在刷屏率上液晶显示器有着先天的优势。

2.5 几何失真

几何失真会引起原始图像几何部分的偏差，实际后果是使得图像特征的相对尺寸和形状受到了一定的影响。CRT 显示器通常的失真有: 线性改变( 其形式为针垫，桶形和倾斜失真) ; 形成角度和不合适的屏幕宽高比; 非线性。有些几何失真也可能是显示控制器( 显卡)的不恰当设置，或是显示器与显卡之间的相比不匹配造成的。另外，磁场也能造成CRT 显示器的几何失真且还能降低黑白CRT 显示器的分辨力及彩色CRT 显示器的色彩纯度。

相比而言，LCD显示器由于其纯平面设计，使其避免了线性失真；显卡与显示器配合问题有人为因素在其中，所以LCD也会产生这个问题；LCD显示器采用的是直接数码寻址的显示方式，它能够将显卡输出的视频信号经过AD 转换之后，根据信号电平中的“地址”信号，直接将视频信号一一对应的在屏幕上的液晶像素上显示出来，所以磁场也不会对LCD显示器造成影响。

2.6 其他方面

(1) LCD在色彩方面比不上CRT。CRT 可显示的色彩跟电视机一样，都是无限的，而LCD可显示1600万～10.7亿种颜色。显示颜色越多则颜色过度越顺畅，但由于一般人的眼睛只能分辨120多种颜色，如果在不同颜色的相互补充、相互衬托之下，有经验的人可分辨13000 多种颜色。所以LCD与CRT的差距人眼是不易区分的，对诊断的影响也不大。

(2）当CRT的显像管寿命完结时，更换新显像管的成本差不多等同整台显示器，而LCD在亮度下降到不满足诊断需要时只需更换光源，除零件成本较低外，更换过程亦很简单。

(3)有些医院空间是十分有限，LCD的厚度很薄，可以比CRT节省许多空间，可放在桌上、工作站上或挂在墙上；另外LCD远较CRT轻便，用户可根据需要移动位置。

(4) LCD显示屏为完全平面，比CRT的弧面显示屏更符合传统读片的习惯。

(5) LCD的用电量和散热量远低于CRT，LCD没有像CRT发出的电磁波辐射，避免对人体造成不良影响，符合环保原则。

3 总结

综上所述：

(1) LCD显示器与CRT显示器相比，在以下方面的优势和特点明显，如表1。

LCD的亮度大大高于CRT，有利于灰阶的显示；LCD具有稳定的亮度控制功能，平均使用寿命比CRT长；LCD纯平面设计，使图像无几何失真；LCD通过“通”“断”光线来达到还原图像的目的，使图像稳定不会闪烁。

(2) LCD显示器与CRT显示器相比，在色彩、响应时间和对比度方面的参数还有一定的差距。但由于新技术新产品的不断问世，使得这些差距相对于人眼的敏感度来论，可以忽略不计。

(3)由于LCD是通过液晶像素实现显示的，而液晶像素的数量和位置都是固定不变的。所以液晶显示器只有在标准分辨率下，才能达到最佳效果。而在非标准分辨率下则是由LCD内的IC通过插值算法计算而成，因此画面会变得模糊不清。所以，我们在使用和购买LCD显示器时应考虑图像分辨率与显示器分辨率相匹配。

CRT显像管显示器与LCD液晶显示器性能对比

(4)随着科学技术的发展，LCD显示器将逐渐扩大在各个领域的使用，并最终取代CRT显示器的趋势不可阻挡

[1] 马建涛 肖英 刘永伟. CRT 与LCD 显示器的性能分析. 信息科技 2007年 第19期

[2] 冯黎建. 浅谈医用显示器与普通显示器的区别. 医疗装备 2007年 第7期

[3] 崔现成 陈为军 张林医 郝永 付孝根 张宝华. 探讨数字化放射科医用显示器的选择、使用和维护. 医疗装备 2006 年 第 8 期

[4] 陈冠雄. 医用显示器的工作原理、选择及维护. 中国医疗器械信息 2004年 第10卷 第5期

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

罗晓晨，助理工程师；陈渡平，高级工程师；吴静炯，主任医师