專利名稱：裸眼三維顯示系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種顯示系統，尤其涉及一種裸眼三維顯示系統。該顯示系統用來直接顯示真三維圖像。可廣泛用作燈飾產品、廣告顯示器和教學用具等領域。
背景技術：
無論在日常生活中還是在科學研究上，三維顯示永遠具有強烈的吸引力，三維顯示技術早在150年前就開始受到關注，目前電子三維顯示技術結合計算機技術已經迅速蓬勃地發展起來。由于電子三維顯示技術與標準的視頻系統及多媒體計算機系統兼容，因而在立體電視、電子游戲、各種科學三維目視觀察、醫療成像、攝影測繪、航空飛行訓練、分子模擬研究、建筑設計顯示和各種計算機輔助設計上獲得了廣泛的應用。眾所周知，現實世界是一個立體空間，由于物體都存在三維尺寸和空間位置關系， 因此只有立體顯示器才能夠真實的重現客觀世界的景象，即表現出圖像的深度感、層次感、 真實感以及圖像的現實分布狀況。三維顯示是把物體的三維信息或數據進行記錄、處理和再現的過程，人們熟悉的立體電影就是一種三維顯示技術。目前，最常見的三維顯示方式是采用二維的計算機屏幕來顯示旋轉的2D圖像，從而表現3D效果的，然而這種表示方式沒有真正的立體感，這種顯示技術是基于傳統的計算機圖形學和圖像處理技術的。三維顯示技術可以分為立體鏡技術、自動立體鏡技術、全息技術、真三維顯示技術。真三維顯示技術是當今國際信息電子產業的最前沿研究方向之一。自從20世紀 40年代以來，人們就提出關于真三維顯示技術的各種解決方案，20世紀90年代，由于激光、 電子、計算機等技術的迅速發展，許多國家開始活躍在真三維顯示技術的相關研究工作中， 并獲得相當大的進展。但目前在各種學科三維目視觀察三維圖像時，一般需借助輔助設備進行觀察或通過采用二維的計算機顯示屏顯示旋轉的2D圖像來表現3D效果，然而上述顯示方式沒有真正的立體感，也不可能從多個角度觀察三維物體。
發明內容
本發明為了解決目前在各種學科三維目視觀察三維圖像時，一般需借助輔助設備進行觀察或通過采用二維的計算機顯示屏顯示旋轉的2D圖像來表現3D效果，使其顯示沒有真正的立體感，也不能從多個角度觀察三維物體的技術問題，提供了裸眼三維顯示系統， 該系統主要由顯示器、機電控制模塊、顯示驅動模塊和計算機組成；顯示器采用可旋轉的 LED點陣屏，以設定的速度旋轉，屏幕轉至每個位置顯示不同的圖像切片，由于視覺暫留，將圖像切片快速連續在三維空間顯示，形成具有立體感的三維圖像；該顯示系統的實現步驟如下1)將被顯示的三維物體用圓柱坐標系進行三維立體空間描述，按直徑方向沿不同角度得到截面圖像；2)旋轉LED點陣屏繞電機轉軸轉動，其上的每個像素點都可以用圓柱坐標系進行三維立體空間描述從而與現實中所要顯示的三維物體相對應；3)通過電動機帶動LED點陣屏旋轉，及通過位置傳感器得到LED點陣屏( 旋轉的角度位置信息；4)由機電控制模塊的電動機驅動電路接收單片機的控制信號，用于對電動機的轉速和位置進行精確控制，由單片機將角度傳感器的信號進行編碼并傳輸給電機驅動電路用于對電動機進行反饋控制；5)由顯示驅動模塊的顯示器驅動電路驅動LED點陣屏上的像素點，由微處理器控制每個像素點的亮度和色彩；6)由計算機向裸眼三維顯示系統輸入用戶想要實時顯示的控制和圖形顯示信號。本發明的特點及有益效果裸眼三維顯示系統是基于真三維顯示技術的一種顯示器，該顯示器是一個平面LED屏，工作時由電機帶動旋轉從而形成一段圓柱形三維空間區域，所有的三維像素點分布在該真實三維空間中，可產生就像“漂浮”在三維空間中的具有真實物理深度的真三維圖像，觀察者無需借助特殊眼鏡或其他輔助裝置便能感受到逼真的三維空間關系。該顯示系統即可以按固定的程序顯示圖像，也可以與計算機相連用以顯示用戶想要實時顯示的圖像。裸眼三維顯示系統的透明罩采用透明度較好的高強度塑料，起到防摔和防止旋轉部件掉落、飛濺及發生危險。通過采用以上三維顯示系統可以使被顯示圖像栩栩如生，向觀察者提供了完備的心理和生理的三維感知信息，為理解三維圖像和其中物體之間的空間關系提供了獨特的手段，具有極高的商用價值。
圖1本發明的功能模塊結構示意2是LED點陣屏立體顯示系統示意3是底座內部結構及控制部分示意4-圖4 (a)本發明的電路原理圖
具體實施例方式參看圖1-圖3，裸眼三維顯示系統，它包括底座、顯示器和計算機，所述顯示器是將像素LED密集地安裝在可旋轉的LED點陣屏2上，所述LED點陣屏2與固定在底座3上的旋轉軸傳動連接，并通過由電動機及位置傳感器5組成的機電控制模塊7驅動控制；同時所述LED點陣屏2與由驅動電路和微控制器組成的顯示驅動模塊6控制連接；并由所述計算機4向裸眼三維顯示系統輸入用戶想要實時顯示的控制和圖形顯示信號。該顯示系統具體實現步驟如下1)將被顯示的三維物體用圓柱坐標系進行三維立體空間描述，按直徑方向沿不同角度得到截面圖像；2)旋轉LED點陣屏2繞電機轉軸轉動，其上的每個像素點都可以用圓柱坐標系進行三維立體空間描述從而與現實中所要顯示的三維物體相對應；
3)通過電動機帶動LED點陣屏2旋轉，及通過位置傳感器得到LED點陣屏2旋轉的角度位置信息；4)由機電控制模塊7的電動機驅動電路接收單片機的控制信號，用于對電動機的轉速和位置進行精確控制，由單片機將角度傳感器的信號進行編碼并傳輸給電機驅動電路用于對電動機進行反饋控制；5)由顯示驅動模塊6的顯示器驅動電路驅動LED點陣屏2上的像素點，由微處理器控制每個像素點的亮度和色彩；6)由計算機4向裸眼三維顯示系統輸入用戶想要實時顯示的控制和圖形顯示信號。在所述底座3上設有顯示器透明罩1 ；所述位置傳感器為角度傳感器。實施例本發明主要由5部分組成旋轉LED點陣屏2選用市售成品，其行列大小按裸眼三維顯示系統的要求而定、電動機及位置傳感器5選用自成一體的直流伺服電機、機電控制模塊7選用LMD18200單極性電機驅動芯片、顯示驅動模塊6選用AS1130LED驅動芯片，每個ASl 130可驅動132個LED其個數依據LED個數選擇、計算機4及接口電路。其中旋轉LED點陣屏2是將像素LED密集地安裝在可旋轉的平板上得到的；電動機及位置傳感器5是由電動機以及角度傳感器組成。機電控制模塊主要由電動機驅動電路以及51單片機組成，用以驅動電動機轉動。顯示驅動模塊主要由顯示器驅動電路和微控制器組成。計算機主要用來向裸眼三維顯示系統輸入用戶想要實時顯示的控制和圖形顯示信號。該顯示系統具體實現步驟如下1)將被顯示的三維物體用圓柱坐標系進行三維立體空間描述，按直徑方向沿不同角度得到截面圖像；2)旋轉LED點陣屏2繞電機轉軸轉動，其上的每個像素點都可以用圓柱坐標系進行三維立體空間描述從而與現實中所要顯示的三維物體相對應；3)通過電動機帶動LED點陣屏2旋轉，及通過位置傳感器得到LED點陣屏2旋轉的位置(角度)信息；4)機電控制模塊7主要由電動機驅動電路以及單片機系統構成，由電動機驅動電路接收單片機的控制信號，用于對電動機的轉速和位置進行精確控制，單片機為51單片機系統，用于將角度傳感器的信號進行編碼并傳輸給電機驅動電路用于對電動機進行反饋控制；5)由顯示驅動模塊6的顯示器驅動電路驅動LED點陣屏2上的像素點，由微處理器控制每個像素點的亮度和色彩；6)由計算機4向裸眼三維顯示系統輸入用戶想要實時顯示的控制和圖形顯示信號。7)透明罩1為透明度較好的高強度塑料，起到防摔和防止旋轉部件掉落飛濺產生危險。參看圖4-圖4(a)，本發明中各部分是通過下面描述的各元器件的連接關系及電路原理來具體實現的。旋轉LED點陣屏由ASl 130 LED驅動芯片驅動，每個ASl 130可驅動132個LED，LED 驅動芯片個數依據LED個數選擇。AS1130LED驅動芯片集成度很高，電路連接相對簡單，只需將其圖形數據輸入端與單片機的串行輸出端P3. 1相連即可。電動機及位置傳感器5選用自成一體的直流伺服電機，其增量式光電編碼器連接在單片機的P2. 6和P2. 7端，用來接受LED屏的轉角信號進行反饋控制。機電控制模塊7選用LMD18200單極性電機驅動芯片， 電機轉向由P0. 0端口控制，轉速由P0. 1端口用PWM脈寬調制控制。電源用220V交流電， 通過降壓器降壓、H橋電路整流和7805等輔助元器件和電路為整個系統提供所需的電壓。 用Max232組成的電平轉換電路構成接口電路，實現計算機4與單片機的通訊。該顯示系統的真三維顯示圖像的每個三維像素點位于物理空間中的真實位置，每個像素點的亮度和色彩可控，像素之間的相對空間位置關系被真實地體現在三維顯示系統中，從而組成真正意義上的三維空間圖像，具有真實物理深度。顯示器的LED點陣屏2可以用來直接顯示三維圖像，觀察者不需要借助任何輔助設備，就可以從多個角度觀察三維物體。如果不想用計算機來輸入實時控制和圖形顯示信號，則可將一些固定的圖形顯示程序燒錄到顯示驅動模塊的微控制器中，這時裸眼三維顯示系統就只顯示該圖形顯示程序中的圖形了，而不需與計算機相連接。
權利要求
1.裸眼三維顯示系統，該系統主要由顯示器、機電控制模塊、顯示驅動模塊和計算機組成；顯示器采用可旋轉的LED點陣屏，以設定的速度旋轉，屏幕轉至每個位置顯示不同的圖像切片，由于視覺暫留，將圖像切片快速連續在三維空間顯示，形成具有立體感的三維圖像；該顯示系統的實現步驟如下1)將被顯示的三維物體用圓柱坐標系進行三維立體空間描述，按直徑方向沿不同角度得到截面圖像；2)旋轉LED點陣屏( 繞電機轉軸轉動，其上的每個像素點都可以用圓柱坐標系進行三維立體空間描述從而與現實中所要顯示的三維物體相對應；3)通過電動機帶動LED點陣屏( 旋轉，及通過位置傳感器( 得到LED點陣屏(2) 旋轉的角度位置信息；4)由機電控制模塊(7)的電動機驅動電路接收單片機的控制信號，用于對電動機的轉速和位置進行精確控制，由單片機將角度傳感器的信號進行編碼并傳輸給電機驅動電路用于對電動機進行反饋控制；5)由顯示驅動模塊(6)的顯示器驅動電路驅動LED點陣屏( 上的像素點，由微處理器控制每個像素點的亮度和色彩；6)由計算機⑷向裸眼三維顯示系統輸入用戶想要實時顯示的控制和圖形顯示信號。
2.根據權利要求1所述的裸眼三維顯示系統，其特征在于所述顯示器是將像素LED 密集地安裝在可旋轉的LED點陣屏(2)上，并與固定在底座(3)上的旋轉軸傳動連接，通過由電動機及位置傳感器( 組成的機電控制模塊(7)驅動控制；同時所述LED點陣屏(2) 與由顯示器驅動電路和微控制器組成的顯示驅動模塊(6)控制連接；并由所述計算機⑷ 向裸眼三維顯示系統輸入用戶想要實時顯示的控制和圖形顯示信號。
3.根據權利要求2所述的裸眼三維顯示系統，其特征在于在所述底座(3)設有顯示器透明罩(1)。
4.根據權利要求1所述的裸眼三維顯示系統，其特征在于所述位置傳感器為角度傳感器。
全文摘要
裸眼三維顯示系統是為解決目前在觀察三維圖像時，需借助輔助設備或由二維的計算機顯示屏顯示旋轉的2D圖像來表現3D效果，使其顯示沒有真正的立體感及不能從多角度觀察三維物體的技術問題而設計的。該系統主要由顯示器、機電控制模塊、顯示驅動模塊和計算機組成。顯示器采用可旋轉的LED點陣屏，以設定的速度旋轉，屏幕轉至每個位置顯示不同的圖像，該圖像實際上是三維圖像的“切片”，由于視覺暫留，將圖像切片快速連續在三維空間顯示，形成具有立體感的三維圖像。LED點陣旋轉屏幕由機電控制模塊驅動及對屏幕位置的檢測和反饋；顯示驅動模塊用于驅動LED點陣屏上的每個像素點；計算機用于輸出控制和顯示信號。使用該系統，可使顯示內容更加直觀真實，并可廣泛用于燈飾產品、廣告顯示和教學用具等。
文檔編號H04N13/00GK102447935SQ201110352558
公開日2012年5月9日 申請日期2011年11月9日 優先權日2011年11月9日
發明者劉曉波, 白彥, 艾延廷 申請人:沈陽航空航天大學