一種三維顯示控制裝置製造方法
2023-06-29 07:43:31
一種三維顯示控制裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種三維顯示控制裝置，用於基於二維LED屏旋轉的三維顯示系統，包括：通信接口部，用於接收或發送數據，數據包括控制命令數據與圖像數據；圖像數據處理部，用於處理接收到的圖像數據，生成與LED屏像素點相應的點雲數據；數據分發部，用於根據LED屏的顯示模塊拼接拓撲實時分發與LED屏像素點相應的電子幀數據；顯示控制部，用於根據與LED屏像素點相對應的電子幀數據及LED屏特性進一步生成可直接控制LED屏的數據，並以此數據驅動LED屏顯示三維圖像。本發明採用模塊式設計，使整個系統結構簡潔，方便拼接，並且各部分功能明確，便於LED屏解析度的提高。
【專利說明】—種三維顯示控制裝置【技術領域】
[0001 ] 本發明屬於三維圖像顯示【技術領域】，尤其涉及一種三維顯示控制裝置。
【背景技術】
[0002]人類的視覺系統賦予了人們可以準確地感知現實三維世界圖像信息的能力，這使得人們的視覺追求總是趨於真實三維的再現，希望顯示裝置能夠提供更加真實立體、自然舒適，接近於人眼實際觀察的三維立體圖像信息。因此，三維立體顯示技術的發展引起人們的廣泛關注。
[0003]現有的三維立體顯示技術大致可以分為四大類:透視型三維顯示、視差型三維顯示、光學懸浮顯示和真三維立體顯示。真三維顯示是一種能夠實現全視角觀察的三維顯示技術，是現實景物的最真實的再現，是三維顯示的最終目標。真三維顯示技術主要包括靜態體顯示技術和體掃描顯示技術。體掃描三維立體顯示，是通過平面或曲面電子掃描與機械掃描相結合的方式構成圖形學上的三維空間，實現體空間的像素掃描，利用視覺暫留效應呈現出三維原型圖像。
[0004]目前，基於三維體掃描的立體顯示器主要有兩類，一種是採用投影技術；另一種則採用LED作為顯示像素。前者的投影設備可以是雷射、投影機，其解析度高但是亮度低，並且造價昂貴。後者通過高密度彩色LED陣列面板連續顯示三維圖像切面圖像序列的同時，配合機械掃描繞垂直軸旋轉，利用視覺暫留效應呈現出三維原型圖像。該類立體顯示器亮度高，但目前的基於LED屏旋轉的三維立體顯示器解析度低、不具備實時性、不具備獨立數據處理能力，同時架構設計不靈活，接線紊亂，難以安裝、移動。
【發明內容】
`[0005]本發明克服了現有技術中架構設計不靈活，接線紊亂，難以安裝、移動等缺陷，提出了一種三維顯示控制裝置。
[0006]本發明提出了一種三維顯示控制裝置，用於基於二維LED屏旋轉的三維顯示系統，包括:
[0007]通信接口部，用於接收或發送數據，所述數據包括控制命令數據與圖像數據；
[0008]圖像數據處理部，用於處理接收到的所述圖像數據，生成與所述LED屏像素點所對應的點雲數據；
[0009]數據分發部，用於根據所述LED屏的顯示模塊拼接拓撲實時分發與所述LED屏像素點所對應的電子幀數據；以及
[0010]顯示控制部，用於根據所述電子幀數據及LED屏特性生成可直接控制所述LED屏的數據，驅動所述LED屏顯示三維圖像。
[0011]其中，所述通信接口部包括控制晶片及外圍電路。
[0012]其中，所述通信接口部通過光纖或者WIFI接收或發送控制命令數據與圖像數據。
[0013]其中，所述通信接口部以串行外設接口與所述圖像數據處理部、數據分發部及顯示控制部通信。
[0014]其中，所述圖像數據處理部包括控制晶片與外圍電路，作為所述圖像數據處理部的最小單元。
[0015]其中，所述圖像數據處理部以圖像數據通道向所述數據分發部傳輸所述點雲數據。
[0016]其中，所述圖像數據通道包括可變靜態存儲控制器、先進先出緩存器。
[0017]其中，所述數據分發部包括控制晶片與外圍電路，作為所述數據分發部的最小單
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[0018]其中，所述顯示控制部包括控制晶片與LED屏，作為所述顯示控制部的最小單元。
[0019]其中，進一步地，所述顯示控制部根據調色板對所述電子幀數據進行顏色映射、色度校正及灰度調節。
[0020]其中，所述圖像數據處理部與數據分發部之間、所述數據分發部與顯示控制部之間分別以雙排針上下固定連接。
[0021]其中，所述通信接口部與所述圖像數據處理部的最小單元、所述數據分發部的最小單元及所述顯示控制部的最小單元連接，作為所述控制裝置的最小單元。
[0022]本發明的控制裝置採用獨特的分層、分模塊架構設計方式，使整個系統結構簡潔，方便拼接，並且各部分功能明確。同時採用的顯示層控制晶片的特點便於LED屏解析度的提聞。
[0023]本發明在保證圖像數據的高速同步輸出同時，提高控制晶片管腳的利用率，也為LED屏解析度的提高提供了可能性。
[0024]本發明具有獨立圖像處理能力的顯示控制器，為顯示的實時性提供了可能。
[0025]本發明調用了調色板的應用，在一定程度上緩解了為保證高色彩還原性而帶來的實時大數據量的數據傳輸速率瓶頸。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是本發明的三維顯示控制裝置最小系統的結構圖。
[0027]圖2是顯示控制部的控制晶片中的結構圖。
[0028]圖3是顯示控制部的數據處理流程圖。
【具體實施方式】
[0029]結合以下具體實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明。實施本發明的過程、條件、實驗方法等，除以下專門提及的內容之外，均為本領域的普遍知識和公知常識，本發明沒有特別限制內容。
[0030]本發明的三維顯示控制裝置採用分層次、分模塊的設計方法，使系統組織結構清晰明了，通信接線方式簡潔，並且各層次功能明確，同時模塊化的設計使得體三維顯示系統的顯示屏大小靈活多變，可以根據應用的場合將不同數量的LED屏拼接成不同尺寸的顯示屏，在硬體上無需做較多的改動。
[0031]圖1顯示的是本發明的三維顯示控制裝置的最小系統結構圖。三維顯示控制裝置按照功能的不同，實現分層設計，具體分為通信接口部、圖像數據處理部、數據分發部、顯示控制部四個層次。圖像數據處理部與數據分發部之間、數據分發部與顯示控制部之間通過兩對雙排針對接的形式上下固定連接，構成三夾層結構。
[0032]通信接口部中設有控制晶片與外圍電路。控制晶片採用高性能微控制單元(MCU，MircoControl Unit)，通信接口部的控制晶片執行發送或接收數據。通信接口部中控制晶片與各類通信接口連接，實現數據處理與傳輸。通信接口部的控制晶片通過光纖或者WIFI等網絡連接的方式與上位機(例如，PC，手持設備)實現通信，接收由上位機發送的控制命令數據和/或圖像數據。通信接口部的控制晶片通過其外圍電路中的串行外設接口(SPI，SerialPeripheral Interface)與控制裝置中的圖像數據處理部、數據分發部、顯示控制部之間實現通信，向圖像數據處理部、數據分發部、顯示控制部發送控制命令指令和/或圖像數據等。
[0033]本發明的控制裝置中的圖像數據處理部、數據分發部與顯示控制部均採用模塊化設計，將圖像數據處理部、數據分發部與顯示控制部分別設計成一個最小單元。通信接口部與上述三個最小單元相互連接並通信，實現本發明的控制裝置的系統最小單元。
[0034]圖像數據處理部採用模塊化設計，圖像數據處理部的最小單元包括控制晶片與外圍電路。其中，圖像數據處理部的控制晶片使用高性能微處理單元(MCU)，具有獨立高速的三維圖像處理能力，接收並處理來自通信接口部的控制命令指令和/或圖像指令，生成與LED屏像素點所對應的點雲數據。外圍電路包括控制接口、數據接口、外部先進先出(FIFO，First In FirstOut)存儲單元以及各類電平轉換電路。控制晶片與外圍電路中的各元件連接，實現接收指令、處理圖像及發送數據的功能。圖像數據處理部的控制晶片通過串行外設接口(SPI, SerialPeripheral Interface)與通信接口部、數據分發部及顯示控制部通信，實現傳輸控制命令指令。圖像數據處理部的控制晶片向數據分發部發送處理後的點雲數據。優選地，圖像數據處理部的控制晶片通過可變靜態存儲控制器(FSMC，Flexible StaticMemory Controller)、並列FIF0(First In First Out-先進先出)緩存等傳輸點雲數據等。
[0035]數據分發部的最小單元包括控制晶片與外圍電路。數據分發部的控制晶片使用單片結構的具有非易失性的現場可編程門陣列(FPGA,Field-Programmable Gate Array)。數據分發部根據LED屏的顯示模塊拼接拓撲實時分發來自FIFO的點雲數據。FIFO中按照一電子幀數據為單位排列存儲點雲數據，發送至數據分發部的每一單位的點雲數據作為電子幀數據。每次接收到同步信號時，數據分發部將獲取的電子幀數據發送至顯示控制部。
[0036]顯示控制部的最小單元包括控制晶片及與其連接的LED屏。顯示控制部的控制晶片使用單片結構的FPGA，其具有高速的輸入輸出(1/0) 口。該控制晶片採用行列掃描的電路方式與至少一個最小模塊的LED屏連接，控制晶片通過將處理後的電子幀數據轉換為LED屏顯示的電信號，控制LED屏的顯示情況。就顯示控制部而言，以16*16LED屏為最小模塊，4個最小模塊為I個單元，2個單元為最小面板，最小模塊每一行LED的共陽極串聯，每一列LED的R、G、B管腳分別串聯，形成行列掃描連接模式，每個最小模塊都具有用於獨立顯示驅動以及簡單數據處理的FPGA控制晶片，每一塊面板都具有用於平級互聯以及面向控制晶片的接口。優選地，在LED屏的管腳的共陽端之前增加MOS管以提高FPGA管腳的驅動能力。
[0037]圖2顯示的是顯示控制部的控制晶片中的結構圖。顯示控制部的FPGA擁有高速的1/0 口、多個時鐘調整電路，具有低功耗、低延時、低抖動、高扇出等優點，同時，單片架構的FPGA，與基於SRAM架構的FPGA相比，上電啟動速度快，且不需要額外的EEPROM之類的配置晶片，這正好在一定程度上緩解了在追求高解析度過程中遇到的布線空間有限等一系列PCB設計上的問題。圖3顯示的是顯示控制部的數據處理流程，其具體實現方式為:顯示控制部的FPGA由串行外設接口接收控制命令數據，解析出其中的命令字，判斷運行模式、調色板相關信息，及生成FPGA內部模塊使用的同步信號。在物理幀同步的情況下，FPGA將解析得到的調色板相關信息存儲在顯示控制層的存儲空間中。顯示數據部接收到的電子幀同步信號時，同時啟動接收來自數據分發部的下一電子幀顯示數據以及切換數據至當前電子幀應顯示的數據。更為具體地，桌球結構的雙埠隨機存儲器具有兩個緩存器，FPGA中的顏色板數據及映射模塊根據其中的調色板相關信息進行顏色映射，獲取與FPGA相連的每個LED 一電子幀的24bit數據，並以電子幀為單位在FPGA內部的桌球結構的雙埠隨機存儲器(RAM1與RAM2)的一個緩存器中，並讀取另一個緩存器中保存的上一電子幀的24bit數據。色度校正模塊根據LED屏的所使用的LED的波長特性以及色域空間原理計算得到的色域空間轉換矩陣，並對電子幀數據完成色度校正，優選地，使用查表法實現Y校正。在FPGA內部的桌球結構的雙埠 RAM，實現輸入輸出的並行操作及數據緩存的獨立性，這就保證了顯示的連續性。顯示控制模塊用模塊化的分時行列掃描方式控制三基色LED屏，由PWM脈寬調製方式控制周期T時間內的佔空比實現灰度調節，最後由LED屏顯示調節後的圖像。
[0038]優選地，顯示控制模塊用模塊化的分時行列掃描方式來控制三基色LED陣列，即在同樣是360*24fps的電子巾貞掃描速率下,壓縮每一電子巾貞的時間，譬如在原本一個電子幀的時間內，實現3次或以上(可根據行列掃描能達到的最高速率調整)重複的電子幀掃描，在保證不改變原來的三維圖像所需的亮度同時，避免了有可能出現的傾斜狀況。調色板相關信息中的調色板是指一個有2n表項的RGB顏色表，顏色表的每一項是一個24位的RGB顏色值。使用調色板時，在數據接口中傳輸的不是原始顏色信息，而是調色板的η位的索引。每個顏色仍由24位數據來表示，保持了真彩色的細膩程度，存儲空間卻大大縮小了。在本發明中，根據三維圖像的色彩還原度要求，決定調色板索引位數，然後在物理幀(即一幀三維圖像)同步時，為每個最小單元模塊更新各自獨立的調色板。
[0039]本發明的保護內容不局限於以上實施例。在不背離發明構思的精神和範圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優點都被包括在本發明中，並且以所附的權利要求書為保護範圍。
【權利要求】
1.一種三維顯示控制裝置，用於基於二維LED屏旋轉的三維顯示系統，其特徵在於，包括:通信接口部，用於接收或發送數據，所述數據包括控制命令數據與圖像數據； 圖像數據處理部，用於處理接收到的所述圖像數據，生成與所述LED屏像素點所對應的點雲數據； 數據分發部，用於根據所述LED屏的顯示模塊拼接拓撲實時分發與所述LED屏像素點所對應的電子幀數據；以及 顯示控制部，用於根據所述電子幀數據及LED屏特性生成可直接控制所述LED屏的數據，驅動所述LED屏顯示三維圖像。
2.如權利要求1所述的三維顯示控制裝置，其特徵在於，所述通信接口部包括控制晶片及外圍電路。
3.如權利要求1所述的三維顯示控制裝置，其特徵在於，所述通信接口部通過光纖或者WIFI接收或發送控制命令數據與圖像數據。
4.如權利要求1所述的三維顯示控制裝置，其特徵在於，所述通信接口部以串行外設接口與所述圖像數據處理部、數據分發部及顯示控制部通信。
5.如權利要求1所述的三維顯示控制裝置，其特徵在於，所述圖像數據處理部包括控制晶片與外圍電路，作為所述圖像數據處理部的最小單元。
6.如權利要求1所述的三維顯示控制裝置，其特徵在於，所述圖像數據處理部以圖像數據通道向所述數據分發部傳輸所述點雲數據。
7.如權利要求6所述的三維顯示控制裝置，其特徵在於，所述圖像數據通道包括可變靜態存儲控制器、先進先出緩存器。
8.如權利要求1所述的三維顯示控制裝置，其特徵在於，所述數據分發部包括控制晶片與外圍電路，作為所述數據分發部的最小單元。
9.如權利要求1所述的三維顯示控制裝置，其特徵在於，所述顯示控制部包括控制晶片與LED屏，作為所述顯示控制部的最小單元。
10.如權利要求1所述的三維顯示控制裝置，其特徵在於，進一步地，所述顯示控制部根據調色板對所述電子幀數據進行顏色映射、色度校正及灰度調節。
11.如權利要求1所述的三維顯示控制裝置，其特徵在於，所述圖像數據處理部與數據分發部之間、所述數據分發部與顯示控制部之間分別以雙排針上下固定連接。
12.如權利要求5或8或9中任意一項或多項所述的三維顯示控制裝置，其特徵在於，所述通信接口部與所述圖像數據處理部的最小單元、所述數據分發部的最小單元及所述顯示控制部的最小單元連接，作為所述控制裝置的最小單元。
【文檔編號】G09G3/32GK103871352SQ201210533690
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月11日 優先權日:2012年12月11日
【發明者】劉錦高, 王敏霞, 金豫, 張晨, 孫傳偉, 蔡茗名, 徐方勤 申請人:華東師範大學