由于立體顯示器能將場景的三維信息完全再現，使觀看者看到場景中各物體的遠近、縱深和圖像的現實分布狀況，獲得比2D顯示更加全面的信息，所以受到了廣泛關注。自由立體顯示器的實現方式有多種，其中，光柵式立體顯示器以自由立體圖片技術為基礎發展而來，實現工藝比較簡單，是目前最有可能實現商業化的立體顯示技術。
1 新型光柵式立體顯示器原理
　　由人眼視覺原理可知， 人之所以具有立體視覺能力是由于人的兩只眼睛可從不同的方位獲取同一景物的信息，各自得到左右兩幅二維圖像。人的大腦通過對左右兩幅圖像以及兩幅圖像的視差進行分析和處理后產生了立體感。因此顯示器要實現立體顯示，要讓顯示屏上的左右圖像分別進入左右眼睛，這樣顯示的效果人眼看來就是立體的。立體顯示器原理如圖1所示。

1.1 視差照明原理的仿真結論
　　標準插圖像為一幀圖像，圖像中奇偶像素(R_2n-1，G_2n-1，B_2n-1)、(R_2n，G_2n，B_2n)組成一對左右眼圖" title="眼圖">眼圖(半分辨率)。
　　Frs格式圖像由兩幀構成，每幀分別為全分辨率的左右眼圖，并分時交替送出顯示。Frs圖像格式變換是Frs格式圖像為實現自由立體顯示所作的變換。
　　對于進行過標準插的圖像格式或者Frs圖像格式，實現左右眼睛從屏幕上只看到左右眼圖的關鍵是光柵板的設計。假設LCD屏在水平方向的像素尺寸為c、分辨率為n；設光柵板上有m條隙縫，其寬度為a，柵距為a+b，光柵板與LCD屏之間的距離為l。通過對視差照明原理的仿真，得到以下結論^[3]：
　　(1)為了實現單眼看到LCD屏上全部偶像素列而看不到奇像素列，必須確保a2c。
　　(2)光柵板隙縫寬度a直接影響LCD屏的顯示亮度，a越大，亮度越高，同時立體感越強；隨著a的增大，視場區域會隨之減小。所以，針對圖1所示的立體顯示器，顯示亮度和立體視覺性能難以兼得。通常協調矛盾的基本方法是改變基本配置，選擇3(a+b)≈2c。此時光能損失能夠得到有效遏制，但在最好的情況下，單眼也只能夠獲得2/3的奇像素列和1/3的偶像素列，因而不能產生立體顯示，如圖2所示。

1.2 不同的圖像格式處理
　　綠場變換對前后或者奇偶兩個像素(R_2n-1，G_2n-1，B_2n-1)、(R_2n，G_2n，B_2n)中的G分量進行變換。即變換前像素為(R_2n-1，G_2n-1，B_2n-1)、(R_2n，G_2n，B_2n)，變換后像素為(R_2n-1，G_2n，B_2n-1)、(R_2n，G_2n-1，B_2n)。
　　(1)對進行過標準插的圖像格式實現3D" title="3D">3D顯示
　　由圖2知，右眼看到（Ro，Ge，Bo）像素列圖像，Ro、Bo為奇像素列紅場與藍場，Ge為偶像素列綠場，即右眼看到的完整像素中有2/3來自奇像素列，1/3來自偶像素列。同理左眼只看到（Re，Go，Be）像素列圖像，Re、Be為偶像素列的紅場與藍場，Go為奇像素列的綠場，左眼看到的完整像素中有2/3來自偶像素列，1/3來自奇像素列。所以對于進行過標準插的圖像必須通過綠場變換才能使單眼看到立體圖像對中的一幅完整圖像，實現立體顯示。
　　(2)對FrS格式的圖像實現3D顯示
　　由圖2知，奇數幀圖像送出右眼圖序列，左眼通過光柵看到的是右眼圖中的2/3偶像素和1/3奇像素組成的圖像（Rre，Gro，Bre），右眼通過光柵看到的是右眼圖中的2/3奇像素列和1/3偶像素列組成的圖像（Rro，Gre，Bro）；偶數幀圖像送出左眼圖序列，左右眼睛看到的是（Rlo，Gle，Blo）和（Rle，Glo，Ble）像素組成的圖像。所以對于Frs格式的圖像，單眼也無法看到立體圖像對中的一幅完整圖像，必須進行相應的像素變換實現立體顯示。
2 硬件電路設計
　　該硬件電路先接收來自液晶顯示器控制板的像素及像素控制信號，像素和像素控制信號通過LVDS信號傳輸，在進入CPLD前，經過LVDS信號到TTL信號的轉換。對于分辨率為XGA的液晶屏，像素和像素控制信號一般通過單通道的LVDS傳輸；而對于分辯率為SXGA～UXGA的液晶屏，像素和像素控制信號通過雙通道LVDS傳輸。考慮到立體顯示器的向上兼容性，設計中采用了進行單雙通道LVDS傳輸切換的轉換芯片，實現LVDS與TTL信號的轉換。
　　像素信號輸入到CPLD后，由R232串口發出控制信號，控制CPLD內部進行像素變換以及光柵驅動電路" title="驅動電路">驅動電路的工作，實現立體顯示的模式控制。
　　圖3為立體顯示器的硬件結構圖。

2.1 CPLD內部實現像素變換及控制電路
2.1.1 模式控制選擇電路
　　模式控制模塊由兩部分組成。
　　(1)Osc模塊：通過調用CPLD內部UFM中的時鐘振蕩器，提供一個系統時鐘，再通過一個分頻器產生所需要的波特率接收串行信號。
　　(2)R232信號接收器：接收來自串口的串行信號，轉換為并行信號再寄存。判斷寄存器中的數據，譯碼出相應的Mode1、Mode0值進行模式選擇。模式控制模塊結構如圖4所示。

2.1.2 像素變換電路
　　根據控制部分的Mode0、Mode1，通過一個多選器選擇是否進行像素變換及進行何種變換。圖5為總體結構圖。
　　(1)綠場變換電路
　　通常，在分辨率為XGA的液晶屏(15英寸屏)與控制板之間，像素數據采用單通道的LVDS傳輸，每個像素時鐘送出一個像素；而SXGA～UXGA的液晶屏(17～20英寸)與控制板之間，像素數據采用雙通道的LVDS傳輸，每個像素時鐘送出兩個像素，所以CPLD內部實現像素變換的電路不同。
　　①針對15寸液晶屏，采用單通道LVDS傳輸的實現步驟。
　　整個綠場變換電路是一個同步設計，隨著時鐘上升沿到來而工作：
　　第一個" title="第一個">第一個時鐘上升沿： 第一個像素（R1，G1，B1）被打入寄存器A；
　　第二個時鐘上升沿： 第二個像素（R2，G2，B2）被打入到寄存器B；
　　第三個時鐘上升沿： 第三個像素（R3，G3，B3）被打入寄存器A，同時第一個像素（R1，G1，B1）被打入寄存器C；
　　第四個時鐘上升沿：第四個像素（R4，G4，B4）被打入寄存器B，同時1、2 兩個像素交叉G1、G2像素分量，使第一像素變為（R1，G2，B1），第二像素變為（R2，G1，B2），打入寄存器D、E。
　　第五個像素與第一個像素同樣處理，并讀出第一個像素（R1，G2，B1）；
　　第六個像素與第二個像素同樣處理，并讀出第二個像素（R2，G1，B2）。
　　逐個讀出后面的像素，這樣就完成了綠場變換。
　　在綠場變換的同時，輸出一個ctr_out=1；點亮光柵，呈現3D顯示狀態。
　　②針對17～20英寸液晶屏，采用雙通道LVDS傳輸的實現步驟。
　　由于17～20英寸液晶顯示屏的接口傳輸都是通過雙通道LVDS傳輸，第一個通道傳輸奇像素，第二個通道傳輸偶像素，所以綠場變換可以直接進行，不需要寄存前面的像素。
　　對輸入到CPLD中的兩個像素(R_2n－1，G_2n－1，B_2n－1)和(R_2n，G_2n，B_2n),對調G分量。輸出的兩個像素變為（R_2n－1，G_2n，B_2n－1）和（R_2n，G_2n－1，B_2n），即完成了綠場變換。
　　同時，輸出一個ctr_out=1，點亮光柵，呈現3D顯示狀態。
　　(2)FrS圖像格式變換電路
　　①針對15英寸液晶屏，采用單通道LVDS傳輸的實現步驟。
　　當奇數幀圖像（右眼圖）送入CPLD時，通過內部電路使奇數個時鐘像素信息保持不變（奇像素不變），偶數個時鐘像素信息變為全1輸出（偶像素全為1），再通過像素變換，使奇偶像素變成(Rro，1，Bro)、（1，Gro，1），逐個輸出；當偶數幀圖像（左眼圖）送入CPLD時，使偶數個時鐘像素信息保持不變（偶像素不變），而奇數個時鐘像素信息變為全1輸出（奇像素全為1），通過內部像素變換，奇偶像素變成（1，Gle，1）、（Rle，1，Ble），逐個輸出到屏中。所以通過光柵的遮擋作用，奇數幀時，左右眼在屏中看到的分別是（1，1，1）、（Rro，Gro，Bro）像素組成的圖像和像素組成的圖像；偶數幀時，左右眼在屏中看到的分別是（Rle，Gle，Ble）像素組成的圖像和像素組成的圖像（1，1，1）。一般液晶顯示器在標準模式顯示時，場頻為60Hz，由于眼睛的余光效應，左眼一直認為看到的是（Rlo，Glo，Blo）像素組成的圖像；右眼看到的是（Rre，Gre，Bre）像素組成的圖像。
　　同時，輸出一個ctr_out=1，點亮光柵，呈現3D顯示狀態。
　　②針對17～20英寸液晶屏，采用雙通道LVDS傳輸的實現步驟。
　　雙通道LVDS傳輸中，每一個像素時鐘送出奇偶兩個像素。當奇數幀圖像(右眼圖)送入CPLD時，通過內部電路使每個時鐘輸入CPLD的像素變成（Rro，Gro，Bro）、(1，1，1)，再通過內部處理變成(Rro，1，Bro)、(1，Gro，1)，輸出到屏中。在偶數幀時，每個時鐘輸入CPLD的像素變成（1，1，1）、（Rlo，Glo，Blo），再通過內部處理變成（1，Gle，1）、（Rle，1，Ble）。與15英寸原理相同，左眼一直認為看到的是（Rlo，Glo，Blo）像素組成的圖像，右眼看到的是（Rre，Gre，Bre）像素組成的圖像。
　　同時，輸出一個ctr_out＝1，點亮光柵，呈現3D顯示狀態。
　　(3)2D顯示模式
　　像素按輸入方式（即像素不變換）讀出像素。同時，輸出一個ctr_out=0，關閉光柵，呈現2D顯示狀態。
2.2 光柵振蕩驅動電路設計
　　由于立體顯示器中的光柵板內部是特定的液晶分子，所以對提供的驅動波形有特定的要求。
　　(1)防止液晶分子特性被損壞，必須滿足正負電壓周期性變動的方波信號，占空比為50％。
　　(2)光柵相當于一個大容量的負載，對于光柵驅動電路，必須要有很強的負載能力，使波形在驅動光柵時少變形。
　　(3)基于驅動光柵的需要，提供的驅動波頻率為38～45Hz之間，且要可調，振幅為12V（－6～＋6V）。