一種新型光柵式自由立體顯示器的硬件電路設(shè)計(jì)

1、    一種新型光柵式自由立體顯示器的硬件電路設(shè)計(jì)        張鏵鏵，呂國強(qiáng) 時(shí)間:2008年03月26日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        摘要：關(guān)鍵詞： 自由立體顯示 CPLD 像素變換 光柵驅(qū)動電路由于立體顯示器能將場景的三維信息完全再

2、現(xiàn)，使觀看者看到場景中各物體的遠(yuǎn)近、縱深和圖像的現(xiàn)實(shí)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(guān)注。自由立體顯示器的實(shí)現(xiàn)方式有多種，其中，光柵式立體顯示器以自由立體圖片技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展而來，實(shí)現(xiàn)工藝比較簡單，是目前最有可能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的立體顯示技術(shù)。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(jìn)行分析和處理后產(chǎn)生了立體感。因此顯示器要實(shí)現(xiàn)立體顯示，要讓顯示屏上的左右圖像分別進(jìn)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

3、圖1所示。1.1 視差照明原理的仿真結(jié)論標(biāo)準(zhǔn)插圖像為一幀圖像，圖像中奇偶像素(R2n-1，G2n-1，B2n-1)、(R2n，G2n，B2n3：(1)為了實(shí)現(xiàn)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a<C2c。(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(shí)立體感越強(qiáng)；隨著a的增大，視場區(qū)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(xié)調(diào)矛盾的基本方法是改變基本配置，選擇3(a+b)2c。此時(shí)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(chǎn)生立體顯示，如圖

4、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(gè)像素(R2n-1，G2n-1，B2n-1)、(R2n，G2n，B2n)中的G分量進(jìn)行變換。即變換前像素為(R2n-1，G2n-1，B2n-1)、(R2n，G2n，B2n)，變換后像素為(R2n-1，G2n，B2n-1)、(R2n，G2n-1，B2n2 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 CPLD內(nèi)部實(shí)現(xiàn)像素變換及控制電路模式控制模塊由兩部分組成。(1)Osc模塊：通過調(diào)用CPLD內(nèi)部UFM中的時(shí)鐘振蕩器，提供一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘，再通過一個(gè)分頻器產(chǎn)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(zhuǎn)換為并行信號再寄存。判斷寄存器

5、中的數(shù)據(jù)，譯碼出相應(yīng)的Mode1、Mode0值進(jìn)行模式選擇。模式控制模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示。2n1，G2n1，B2n1)和(R2n，G2n，B2n),對調(diào)G分量。輸出的兩個(gè)像素變?yōu)椋≧2n1，G2n，B2n1）和（R2n，G2n1，B2n），即完成了綠場變換。同時(shí)，輸出一個(gè)ctr_out=1，點(diǎn)亮光柵，呈現(xiàn)3D顯示狀態(tài)。(2)FrS圖像格式變換電路針對15英寸液晶屏，采用單通道LVDS傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)步驟。當(dāng)奇數(shù)幀圖像（右眼圖）送入CPLD時(shí)，通過內(nèi)部電路使奇數(shù)個(gè)時(shí)鐘像素信息保持不變（奇像素不變），偶數(shù)個(gè)時(shí)鐘像素信息變?yōu)槿?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

6、，Gro，1），逐個(gè)輸出；當(dāng)偶數(shù)幀圖像（左眼圖）送入CPLD時(shí)，使偶數(shù)個(gè)時(shí)鐘像素信息保持不變（偶像素不變），而奇數(shù)個(gè)時(shí)鐘像素信息變?yōu)槿?輸出（奇像素全為1），通過內(nèi)部像素變換，奇偶像素變成（1，Gle，1）、（Rle，1，Ble），逐個(gè)輸出到屏中。所以通過光柵的遮擋作用，奇數(shù)幀時(shí)，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(shù)幀時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)模式顯示時(shí)，場頻為60Hz，由于眼睛的余光效應(yīng)，左眼一直認(rèn)為看到的是（Rlo，Glo，Blo）

7、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(shí)，輸出一個(gè)ctr_out=1，點(diǎn)亮光柵，呈現(xiàn)3D顯示狀態(tài)。針對1720英寸液晶屏，采用雙通道LVDS傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)步驟。雙通道LVDS傳輸中，每一個(gè)像素時(shí)鐘送出奇偶兩個(gè)像素。當(dāng)奇數(shù)幀圖像(右眼圖)送入CPLD時(shí)，通過內(nèi)部電路使每個(gè)時(shí)鐘輸入CPLD的像素變成（Rro，Gro，Bro）、(1，1，1)，再通過內(nèi)部處理變成(Rro，1，Bro)、(1，Gro，1)，輸出到屏中。在偶數(shù)幀時(shí)，每個(gè)時(shí)鐘輸入CPLD的像素變成（1，1，1）、（Rlo，Glo，Blo），再通過內(nèi)部處理變成（1，Gle，1）、（Rle，1，Ble）。與15英

8、寸原理相同，左眼一直認(rèn)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(shí)，輸出一個(gè)ctr_out1，點(diǎn)亮光柵，呈現(xiàn)3D顯示狀態(tài)。(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(shí)，輸出一個(gè)ctr_out=0，關(guān)閉光柵，呈現(xiàn)2D顯示狀態(tài)。2.2 光柵振蕩驅(qū)動電路設(shè)計(jì)由于立體顯示器中的光柵板內(nèi)部是特定的液晶分子，所以對提供的驅(qū)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(fù)電壓周期性變動的方波信號，占空比為50。(2)光柵相當(dāng)于一個(gè)大容量的負(fù)載，對于光柵驅(qū)動電路，必須要有很強(qiáng)的負(fù)載能力，使波形在驅(qū)動光柵時(shí)少變形。

9、(3)基于驅(qū)動光柵的需要，提供的驅(qū)動波頻率為3845Hz之間，且要可調(diào)，振幅為12V（66V）。光柵驅(qū)動電路如圖6所示。驅(qū)動電路采用一個(gè)555器件作為時(shí)鐘振蕩電路，產(chǎn)生一個(gè)方波信號。由于555器件對電容的充放電時(shí)間不相等，輸出的方波周期一定，但占空比不為50，所以在驅(qū)動電路中，555器件后面加了個(gè)計(jì)數(shù)器，對方波進(jìn)行分頻，最終得到一個(gè)占空比為50、頻率為3845Hz、振幅為12V的方波。再通過一個(gè)電容C的充放電極性變換產(chǎn)生正負(fù)電壓，最終得到需要的驅(qū)動波。本文針對市場上光柵式立體顯示器價(jià)格過高、很難批量生產(chǎn)的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、性能優(yōu)異的光柵式立體顯示器，使立體顯示器真正能進(jìn)入游戲業(yè)、建筑業(yè)、廣告業(yè)等大眾消費(fèi)行業(yè)。參考文獻(xiàn)1 王元慶.基于LCD的自由立體顯