當(dāng)前位置:首頁(yè) > 電源 > 數(shù)字電源
[導(dǎo)讀]引 言  眾所周知, 視覺(jué)是人類(lèi)感知世界的最重要的方式, 而現(xiàn)實(shí)生活中的所有物質(zhì)形態(tài)都是以三維空間而客觀存在。三維顯示能真正地再現(xiàn)客觀世界的立體空間, 提供更符合人們觀察習(xí)慣的交流方式, 有助于人們?cè)诰C合運(yùn)用

引 言

  眾所周知, 視覺(jué)是人類(lèi)感知世界的最重要的方式, 而現(xiàn)實(shí)生活中的所有物質(zhì)形態(tài)都是以三維空間而客觀存在。三維顯示能真正地再現(xiàn)客觀世界的立體空間, 提供更符合人們觀察習(xí)慣的交流方式, 有助于人們?cè)诰C合運(yùn)用各種深度暗示之后, 通過(guò)大腦的計(jì)算感知而獲得真實(shí)、豐富、可靠的視覺(jué)體驗(yàn), 對(duì)社會(huì)的發(fā)展以及在科技、經(jīng)濟(jì)等方面的發(fā)展具有重要的作用。

  目前, 三維顯示大致可以分為四類(lèi): 體視三維顯示、全息三維顯示、透視三維顯示和體三維顯示 ,其顯示的原理和特點(diǎn)如表1 所示。

表1 各類(lèi)三維顯示原理及特點(diǎn)

 

  本文通過(guò)旋轉(zhuǎn)24×16 二維LED 陣列實(shí)現(xiàn)了具有69120個(gè)體像素, 空間尺寸為Φ9414 mm ×6618mm 柱體內(nèi)的三維顯示, 文中論述了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、顯示原理及其各組成部分的實(shí)現(xiàn)方法。最后并以顯示“茶壺”為例, 對(duì)此體三維顯示系統(tǒng)進(jìn)行了分析和討論。

  1 LED 體三維顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  1.1 整體方案

  由于人眼具有視覺(jué)暫留的特性, 即人類(lèi)視覺(jué)對(duì)亮度改變的跟蹤會(huì)由于意識(shí)處理延遲而滯后?;诖颂匦? 利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)置于對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)軸兩側(cè)的發(fā)光二極管陣列, 使之高速旋轉(zhuǎn), 周期性地掃出一個(gè)柱體空間。同時(shí), 尋址驅(qū)動(dòng)控制電路根據(jù)需要調(diào)制不同時(shí)刻LED陣列的發(fā)光狀態(tài), 這樣通過(guò)快速顯示一幅幅二維圖像截面序列來(lái)實(shí)現(xiàn)三維顯示。由于人眼視覺(jué)暫留時(shí)間約為50~100ms, 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)10r/s時(shí), 人便不會(huì)有閃爍的感覺(jué), 而是看到三維的立體圖像。根據(jù)此原理可設(shè)計(jì)如圖1 所示的LED體三維顯示系統(tǒng)。

 

  利用計(jì)算機(jī)生成三維數(shù)據(jù)再通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸電路把數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)板上面的存儲(chǔ)器中, 并且由角度編碼器來(lái)測(cè)試電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度并把信號(hào)送給FPGA , 然后由FPGA 根據(jù)采集的角度編碼器輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)LED 屏顯示并按時(shí)刷新LED 顯示屏。同時(shí), 整個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)板在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下快速的旋轉(zhuǎn), 快速顯示一幅幅二維截面圖像來(lái)實(shí)現(xiàn)三維顯示。

  1.2 三維數(shù)據(jù)生成

  利用Matlab 軟件的強(qiáng)大功能, 首先可以通過(guò)im read ()、im f info ()、m eshgrid ()、m eshc () 和su rf ()等語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)具有灰度值的三維圖像, 假設(shè)獲得的三維圖像角坐標(biāo)為P (X0, Y0, Z0)。

  令LED陣列旋轉(zhuǎn)所得的圓柱空間中LED 燈的柱坐標(biāo)為F ( r, H, z ) , 根據(jù)柱坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系, 求得空間LED燈的三維直角坐標(biāo)E (X 1, Y 1,Z 1) 可表示如下:

 

  其中r, H, z 均為整數(shù), 且有: - 12< r≤12, 0< H≤360, 0< z ≤16。

  最后, 令D(X2, Y2, Z2) = P(X0, Y0, Z0) ∩E (X1, Y1, Z1 ) 求出該顯示的L ED 燈的三維直角坐標(biāo), 以此作為三維數(shù)據(jù)的信息源。

  從Matlab 610 版本開(kāi)始,Mathworks 公司在軟件中增加了設(shè)備控制箱( Instrument control toolbox ) , 提供對(duì)RS2232/RS2485 通信標(biāo)準(zhǔn)的串口通信的正式支持。因此本系統(tǒng)使用該工具箱的serial 類(lèi)及fopen、fw rite 等函數(shù), 通過(guò)RS2232 串口并利用數(shù)據(jù)傳輸電路把獲得的三維圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃ED 驅(qū)動(dòng)電路板上。[!--empirenews.page--]1.3 數(shù)據(jù)傳輸電路

  三維圖像數(shù)據(jù)利用設(shè)備控制箱通過(guò)RS2232 串口后, 再利用紅外編解碼技術(shù)把數(shù)據(jù)傳到旋轉(zhuǎn)的LED驅(qū)動(dòng)板上, 其整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵔Y(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

 

  在單片機(jī)串口模塊中選用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232 芯片實(shí)現(xiàn)TTL 電平與RS2232 電平的雙向轉(zhuǎn)換, 從而把三維圖像數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)的串行接收端口RXD 上, 然后單片機(jī)再通過(guò)其發(fā)送端口TXD把數(shù)據(jù)送出。圖中的調(diào)制與紅外發(fā)射模塊通過(guò)由N E555 芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路調(diào)制成38 kHz 的載波信號(hào), 最后利用紅外發(fā)射管TSAL6238 以光脈沖的形式向外發(fā)送。為了保證紅外接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,N E555 產(chǎn)生的振蕩頻率要盡可能接近38 kHz,所以在選擇電阻電容時(shí)要選用精密的元件并保證電源電壓的穩(wěn)定性。

  數(shù)據(jù)傳輸電路中的紅外接收解調(diào)模塊選擇Vishay 公司的TSOP1738, 其內(nèi)部電路功能已包括把接收到的載波頻率為38 kHz 的脈沖調(diào)制紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào), 并由前放大器和自動(dòng)增益控制電路進(jìn)行放大處理。然后, 通過(guò)帶通濾波器進(jìn)行濾波, 濾波后的信號(hào)由解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)。最后, 由輸出級(jí)電路進(jìn)行反向放大輸出。

  所以, 選用此紅外接收模塊只要把其數(shù)據(jù)輸出直接送到FPGA 處理即可。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定, 利用此紅外傳輸電路傳輸數(shù)據(jù), 速率最高可達(dá)1 kB/ s。

  1.4 角度編碼器與電機(jī)模塊電路

  本系統(tǒng)立體顯示是通過(guò)快速顯示旋轉(zhuǎn)空間中的一系列二維截面來(lái)實(shí)現(xiàn)的, 把LED 屏旋轉(zhuǎn)一周分成180 個(gè)截面, 即每轉(zhuǎn)2°要刷新一次顯示屏。為了準(zhǔn)確刷新顯示屏, 本系統(tǒng)選用角度編碼器來(lái)識(shí)別顯示屏轉(zhuǎn)過(guò)的角度, 角度編碼器通過(guò)測(cè)試電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)出脈沖可識(shí)別電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。本系統(tǒng)選用的角度編碼器型號(hào)為ZSP38062022G2360B25224E。此編碼器旋轉(zhuǎn)一周可輸出360 個(gè)脈沖信號(hào)。這樣電機(jī)每轉(zhuǎn)2°, 角度編碼器便可發(fā)出2 個(gè)脈沖信號(hào),LED 顯示屏控制系統(tǒng)通過(guò)計(jì)數(shù)采集的角度編碼器輸出脈沖數(shù)來(lái)控制刷新LED 屏。

  同時(shí), 利用角度編碼器的輸出脈沖再通過(guò)單片機(jī)的處理可測(cè)出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度, 并可送到數(shù)碼管顯示。此外, 單片機(jī)可對(duì)測(cè)得的電機(jī)速度進(jìn)行判斷,判斷其是否超出一定的范圍, 如超出范圍可通知由單片機(jī)控制的報(bào)警電路報(bào)警。其電機(jī)模塊電路圖如圖3 所示。

 

 

  電路中所用的電機(jī)為無(wú)源電機(jī), 所以需要電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路, 考慮電機(jī)在加負(fù)載時(shí)速度會(huì)減慢, 設(shè)計(jì)電機(jī)的速度可調(diào), 其調(diào)節(jié)范圍為0~ 4 200 r/m in。電路中電機(jī)與角度編碼器套在一起, 其轉(zhuǎn)速v ( r/s ) 與角度編碼器的輸出脈沖頻率f (Hz) 具有如下關(guān)系:

  v = f/360 (2)

  通過(guò)此對(duì)應(yīng)關(guān)系利用單片機(jī)可測(cè)出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度并可送到數(shù)碼管顯示。同時(shí)利用設(shè)計(jì)的報(bào)警器可達(dá)到對(duì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的監(jiān)控。

  1.5 LED 尋址驅(qū)動(dòng)電路

  LED 尋址驅(qū)動(dòng)控制電路主要是利用FPGA 芯片EP1C3 來(lái)控制LED的專(zhuān)門(mén)驅(qū)動(dòng)芯片BHL2000, 并且EP1C3 根據(jù)采集的角度編碼器的輸出脈沖數(shù)按時(shí)讀取存儲(chǔ)器中的三維圖像數(shù)據(jù), 然后傳送給BHL 2000, 從而來(lái)驅(qū)動(dòng)LED 屏的列顯示。同時(shí), FP2GA 又將行掃描信號(hào)輸出經(jīng)后級(jí)放大來(lái)驅(qū)動(dòng)L ED 屏的行顯示, 其具體的原理框圖如圖4 所示。

 

  由于LED屏在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中會(huì)造成亮度損失,所以FPGA 的行掃描信號(hào)輸出需經(jīng)過(guò)74HC245 和UDN2981 的放大, 這樣行信號(hào)輸出最大電流可達(dá)到500 mA。此外,BHL 2000 屬于灌電流型器件且每個(gè)數(shù)據(jù)輸出端電流可達(dá)到80 mA , 可直接驅(qū)動(dòng)L ED 顯示。驅(qū)動(dòng)電路中的存儲(chǔ)器選擇STC62WV 5128, 其容量為512 k×8 b it, 而本系統(tǒng)一幅三維圖像的數(shù)據(jù)量為6715 k×8 b it, 所以選擇STC62WV 5128 是足夠的。

  值得說(shuō)明的是, EP1C3 對(duì)BHL 2000 的寫(xiě)數(shù)據(jù)是在BHL 2000 寫(xiě)入時(shí)鐘WR 的驅(qū)動(dòng)下, 數(shù)據(jù)從D in02D in7 輸入, 在內(nèi)部移位寄存器中串行移位16 次后,由級(jí)聯(lián)口SHO02SHO7移出。同時(shí)BHL 2000 行、場(chǎng)控制信號(hào)HS、VS確定數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)位置, 最多可存8×16×32 個(gè)字節(jié)。此外,BHL 2000 的輸出行、場(chǎng)控制信號(hào)HCL K 和CLR 確定取數(shù)位置, 在讀出時(shí)鐘CLK控制下進(jìn)行灰度調(diào)制, 輸出脈寬信號(hào)O02O15, 從而驅(qū)動(dòng)LED顯示屏。[!--empirenews.page--]2 軟件設(shè)計(jì)

  設(shè)計(jì)的主要原理是在逐行掃描信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下,在每次行掃描信號(hào)來(lái)臨時(shí), 送出8 位的列數(shù)據(jù), 電機(jī)每旋轉(zhuǎn)2°的時(shí)間內(nèi), FPGA 一直掃描同一幅切面圖像數(shù)據(jù), 然后每旋轉(zhuǎn)兩度后就刷新掃描另一幅切面圖像數(shù)據(jù), 值得注意的是, 每一行掃描信號(hào)后面要加一個(gè)消隱信號(hào), 即再顯示下一行數(shù)據(jù)時(shí)要把前一行L ED 燈關(guān)掉, 否則會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_, 圖5 所示即為加消隱信號(hào)后的16 個(gè)行掃描信號(hào)。

 

  3 分析與討論

  本文根據(jù)人眼所具有的視覺(jué)暫留特性及L ED高速發(fā)光特性實(shí)現(xiàn)了一套基于旋轉(zhuǎn)24×16 二維LED 屏, 具有69120個(gè)體像素, 空間尺寸為Φ9414mm ×6618 mm 的體三維顯示系統(tǒng)。從對(duì)此系統(tǒng)中的三維數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸、電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度值的獲取以及L ED 屏的尋址驅(qū)動(dòng)電路等模塊的分析和討論來(lái)看, 本系統(tǒng)具有可行性高、技術(shù)實(shí)現(xiàn)容易、系統(tǒng)簡(jiǎn)單和便于控制等特點(diǎn)。圖6 所示為根據(jù)本系統(tǒng)顯示的“茶壺”, 從圖中可以看出顯示的三維效果。

 

  當(dāng)然, 從圖中也可以看出本系統(tǒng)的LED 陣列尺寸還比較小,LED 燈排列還不夠密, 其橫向和縱向間距為412 mm。此外, 本系統(tǒng)也存在數(shù)據(jù)傳輸速度限制、不能實(shí)時(shí)顯示以及亮度均勻性控制等問(wèn)題, 但這同時(shí)也為以后實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的三維顯示提供了努力的方向。體三維顯示也將在包括科學(xué)可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字娛樂(lè)、空中交通控制、核磁共振成像、三維流體分析在內(nèi)的很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

 

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專(zhuān)欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車(chē)的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車(chē)技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車(chē)工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車(chē)。 SODA V工具的開(kāi)發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車(chē) 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來(lái)越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來(lái)越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開(kāi)幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱(chēng),數(shù)字世界的話語(yǔ)權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉