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(guó)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(dòng)電路由于立體顯示器能將場(chǎng)景的三維信息完全再

2、現(xiàn)，使觀看者看到場(chǎng)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(lái)，實(shí)現(xiàn)工藝比較簡(jiǎn)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(jué)原理可知， 人之所以具有立體視覺(jué)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(guò)對(duì)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(lái)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(chǎng)區(qū)域會(huì)隨之減小。所以，針對(duì)圖1所示的立體顯示器，顯示亮度和立體視覺(jué)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(chǎng)變換對(duì)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(guò)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(guò)一個(gè)分頻器產(chǎn)生所需要的波特率接收串行信號(hào)。(2)R232信號(hào)接收器：接收來(lái)自串口的串行信號(hào)，轉(zhuǎn)換為并行信號(hào)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(duì)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(chǎng)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(duì)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(chǎng)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(duì)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(guò)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(guò)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(guò)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(dòng)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(duì)提供的驅(qū)動(dòng)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(dòng)的方波信號(hào)，占空比為50。(2)光柵相當(dāng)于一個(gè)大容量的負(fù)載，對(duì)于光柵驅(qū)動(dòng)電路，必須要有很強(qiáng)的負(fù)載能力，使波形在驅(qū)動(dòng)光柵時(shí)少變形。

9、(3)基于驅(qū)動(dòng)光柵的需要，提供的驅(qū)動(dòng)波頻率為3845Hz之間，且要可調(diào)，振幅為12V（66V）。光柵驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。驅(qū)動(dòng)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(hào)。由于555器件對(duì)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(dòng)電路中，555器件后面加了個(gè)計(jì)數(shù)器，對(duì)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(guò)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(dòng)波。本文針對(duì)市場(chǎng)上光柵式立體顯示器價(jià)格過(guò)高、很難批量生產(chǎn)的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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