CN103871352A - 一种三维显示控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维显示控制装置，用于基于二维LED屏旋转的三维显示***，包括：通信接口部，用于接收或发送数据，数据包括控制命令数据与图像数据；图像数据处理部，用于处理接收到的图像数据，生成与LED屏像素点相应的点云数据；数据分发部，用于根据LED屏的显示模块拼接拓扑实时分发与LED屏像素点相应的电子帧数据；显示控制部，用于根据与LED屏像素点相对应的电子帧数据及LED屏特性进一步生成可直接控制LED屏的数据，并以此数据驱动LED屏显示三维图像。本发明采用模块式设计，使整个***结构简洁，方便拼接，并且各部分功能明确，便于LED屏分辨率的提高。

Description

一种三维显示控制装置

技术领域

本发明属于三维图像显示技术领域，尤其涉及一种三维显示控制装置。

背景技术

人类的视觉***赋予了人们可以准确地感知现实三维世界图像信息的能力，这使得人们的视觉追求总是趋于真实三维的再现，希望显示装置能够提供更加真实立体、自然舒适，接近于人眼实际观察的三维立体图像信息。因此，三维立体显示技术的发展引起人们的广泛关注。

现有的三维立体显示技术大致可以分为四大类：透视型三维显示、视差型三维显示、光学悬浮显示和真三维立体显示。真三维显示是一种能够实现全视角观察的三维显示技术，是现实景物的最真实的再现，是三维显示的最终目标。真三维显示技术主要包括静态体显示技术和体扫描显示技术。体扫描三维立体显示，是通过平面或曲面电子扫描与机械扫描相结合的方式构成图形学上的三维空间，实现体空间的像素扫描，利用视觉暂留效应呈现出三维原型图像。

目前，基于三维体扫描的立体显示器主要有两类，一种是采用投影技术；另一种则采用LED作为显示像素。前者的投影设备可以是激光、投影机，其分辨率高但是亮度低，并且造价昂贵。后者通过高密度彩色LED阵列面板连续显示三维图像切面图像序列的同时，配合机械扫描绕垂直轴旋转，利用视觉暂留效应呈现出三维原型图像。该类立体显示器亮度高，但目前的基于LED屏旋转的三维立体显示器分辨率低、不具备实时性、不具备独立数据处理能力，同时架构设计不灵活，接线紊乱，难以安装、移动。

发明内容

本发明克服了现有技术中架构设计不灵活，接线紊乱，难以安装、移动等缺陷，提出了一种三维显示控制装置。

本发明提出了一种三维显示控制装置，用于基于二维LED屏旋转的三维显示***，包括：

通信接口部，用于接收或发送数据，所述数据包括控制命令数据与图像数据；

图像数据处理部，用于处理接收到的所述图像数据，生成与所述LED屏像素点所对应的点云数据；

数据分发部，用于根据所述LED屏的显示模块拼接拓扑实时分发与所述LED屏像素点所对应的电子帧数据；以及

显示控制部，用于根据所述电子帧数据及LED屏特性生成可直接控制所述LED屏的数据，驱动所述LED屏显示三维图像。

其中，所述通信接口部包括控制芯片及***电路。

其中，所述通信接口部通过光纤或者WIFI接收或发送控制命令数据与图像数据。

其中，所述通信接口部以串行外设接口与所述图像数据处理部、数据分发部及显示控制部通信。

其中，所述图像数据处理部包括控制芯片与***电路，作为所述图像数据处理部的最小单元。

其中，所述图像数据处理部以图像数据通道向所述数据分发部传输所述点云数据。

其中，所述图像数据通道包括可变静态存储控制器、先进先出缓存器。

其中，所述数据分发部包括控制芯片与***电路，作为所述数据分发部的最小单元。

其中，所述显示控制部包括控制芯片与LED屏，作为所述显示控制部的最小单元。

其中，进一步地，所述显示控制部根据调色板对所述电子帧数据进行颜色映射、色度校正及灰度调节。

其中，所述图像数据处理部与数据分发部之间、所述数据分发部与显示控制部之间分别以双排针上下固定连接。

其中，所述通信接口部与所述图像数据处理部的最小单元、所述数据分发部的最小单元及所述显示控制部的最小单元连接，作为所述控制装置的最小单元。

本发明的控制装置采用独特的分层、分模块架构设计方式，使整个***结构简洁，方便拼接，并且各部分功能明确。同时采用的显示层控制芯片的特点便于LED屏分辨率的提高。

本发明在保证图像数据的高速同步输出同时，提高控制芯片管脚的利用率，也为LED屏分辨率的提高提供了可能性。

本发明具有独立图像处理能力的显示控制器，为显示的实时性提供了可能。

本发明调用了调色板的应用，在一定程度上缓解了为保证高色彩还原性而带来的实时大数据量的数据传输速率瓶颈。

附图说明

图1是本发明的三维显示控制装置最小***的结构图。

图2是显示控制部的控制芯片中的结构图。

图3是显示控制部的数据处理流程图。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

本发明的三维显示控制装置采用分层次、分模块的设计方法，使***组织结构清晰明了，通信接线方式简洁，并且各层次功能明确，同时模块化的设计使得体三维显示***的显示屏大小灵活多变，可以根据应用的场合将不同数量的LED屏拼接成不同尺寸的显示屏，在硬件上无需做较多的改动。

图1显示的是本发明的三维显示控制装置的最小***结构图。三维显示控制装置按照功能的不同，实现分层设计，具体分为通信接口部、图像数据处理部、数据分发部、显示控制部四个层次。图像数据处理部与数据分发部之间、数据分发部与显示控制部之间通过两对双排针对接的形式上下固定连接，构成三夹层结构。

通信接口部中设有控制芯片与***电路。控制芯片采用高性能微控制单元(MCU，MircoControl Unit)，通信接口部的控制芯片执行发送或接收数据。通信接口部中控制芯片与各类通信接口连接，实现数据处理与传输。通信接口部的控制芯片通过光纤或者WIFI等网络连接的方式与上位机(例如，PC，手持设备)实现通信，接收由上位机发送的控制命令数据和/或图像数据。通信接口部的控制芯片通过其***电路中的串行外设接口(SPI，SerialPeripheral Interface)与控制装置中的图像数据处理部、数据分发部、显示控制部之间实现通信，向图像数据处理部、数据分发部、显示控制部发送控制命令指令和/或图像数据等。

本发明的控制装置中的图像数据处理部、数据分发部与显示控制部均采用模块化设计，将图像数据处理部、数据分发部与显示控制部分别设计成一个最小单元。通信接口部与上述三个最小单元相互连接并通信，实现本发明的控制装置的***最小单元。

图像数据处理部采用模块化设计，图像数据处理部的最小单元包括控制芯片与***电路。其中，图像数据处理部的控制芯片使用高性能微处理单元(MCU)，具有独立高速的三维图像处理能力，接收并处理来自通信接口部的控制命令指令和/或图像指令，生成与LED屏像素点所对应的点云数据。***电路包括控制接口、数据接口、外部先进先出(FIFO，First In FirstOut)存储单元以及各类电平转换电路。控制芯片与***电路中的各元件连接，实现接收指令、处理图像及发送数据的功能。图像数据处理部的控制芯片通过串行外设接口(SPI，SerialPeripheral Interface)与通信接口部、数据分发部及显示控制部通信，实现传输控制命令指令。图像数据处理部的控制芯片向数据分发部发送处理后的点云数据。优选地，图像数据处理部的控制芯片通过可变静态存储控制器(FSMC，Flexible Static Memory Controller)、并列FIFO(First In First Out-先进先出)缓存等传输点云数据等。

数据分发部的最小单元包括控制芯片与***电路。数据分发部的控制芯片使用单片结构的具有非易失性的现场可编程门阵列(FPGA，Field-Programmable Gate Array)。数据分发部根据LED屏的显示模块拼接拓扑实时分发来自FIFO的点云数据。FIFO中按照一电子帧数据为单位排列存储点云数据，发送至数据分发部的每一单位的点云数据作为电子帧数据。每次接收到同步信号时，数据分发部将获取的电子帧数据发送至显示控制部。

显示控制部的最小单元包括控制芯片及与其连接的LED屏。显示控制部的控制芯片使用单片结构的FPGA，其具有高速的输入输出(I/O)口。该控制芯片采用行列扫描的电路方式与至少一个最小模块的LED屏连接，控制芯片通过将处理后的电子帧数据转换为LED屏显示的电信号，控制LED屏的显示情况。就显示控制部而言，以16*16LED屏为最小模块，4个最小模块为1个单元，2个单元为最小面板，最小模块每一行LED的共阳极串联，每一列LED的R、G、B管脚分别串联，形成行列扫描连接模式，每个最小模块都具有用于独立显示驱动以及简单数据处理的FPGA控制芯片，每一块面板都具有用于平级互联以及面向控制芯片的接口。优选地，在LED屏的管脚的共阳端之前增加MOS管以提高FPGA管脚的驱动能力。

图2显示的是显示控制部的控制芯片中的结构图。显示控制部的FPGA拥有高速的I/O口、多个时钟调整电路，具有低功耗、低延时、低抖动、高扇出等优点，同时，单片架构的FPGA，与基于SRAM架构的FPGA相比，上电启动速度快，且不需要额外的EEPROM之类的配置芯片，这正好在一定程度上缓解了在追求高分辨率过程中遇到的布线空间有限等一系列PCB设计上的问题。图3显示的是显示控制部的数据处理流程，其具体实现方式为：显示控制部的FPGA由串行外设接口接收控制命令数据，解析出其中的命令字，判断运行模式、调色板相关信息，及生成FPGA内部模块使用的同步信号。在物理帧同步的情况下，FPGA将解析得到的调色板相关信息存储在显示控制层的存储空间中。显示数据部接收到的电子帧同步信号时，同时启动接收来自数据分发部的下一电子帧显示数据以及切换数据至当前电子帧应显示的数据。更为具体地，乒乓结构的双端口随机存储器具有两个缓存器，FPGA中的颜色板数据及映射模块根据其中的调色板相关信息进行颜色映射，获取与FPGA相连的每个LED一电子帧的24bit数据，并以电子帧为单位在FPGA内部的乒乓结构的双端口随机存储器(RAM1与RAM2)的一个缓存器中，并读取另一个缓存器中保存的上一电子帧的24bit数据。色度校正模块根据LED屏的所使用的LED的波长特性以及色域空间原理计算得到的色域空间转换矩阵，并对电子帧数据完成色度校正，优选地，使用查表法实现γ校正。在FPGA内部的乒乓结构的双端口RAM，实现输入输出的并行操作及数据缓存的独立性，这就保证了显示的连续性。显示控制模块用模块化的分时行列扫描方式控制三基色LED屏，由PWM脉宽调制方式控制周期T时间内的占空比实现灰度调节，最后由LED屏显示调节后的图像。

优选地，显示控制模块用模块化的分时行列扫描方式来控制三基色LED阵列，即在同样是360*24fps的电子帧扫描速率下，压缩每一电子帧的时间，譬如在原本一个电子帧的时间内，实现3次或以上(可根据行列扫描能达到的最高速率调整)重复的电子帧扫描，在保证不改变原来的三维图像所需的亮度同时，避免了有可能出现的倾斜状况。调色板相关信息中的调色板是指一个有2ⁿ表项的RGB颜色表，颜色表的每一项是一个24位的RGB颜色值。使用调色板时，在数据接口中传输的不是原始颜色信息，而是调色板的n位的索引。每个颜色仍由24位数据来表示，保持了真彩色的细腻程度，存储空间却大大缩小了。在本发明中，根据三维图像的色彩还原度要求，决定调色板索引位数，然后在物理帧(即一帧三维图像)同步时，为每个最小单元模块更新各自独立的调色板。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (12)

1.一种三维显示控制装置，用于基于二维LED屏旋转的三维显示***，其特征在于，包括：通信接口部，用于接收或发送数据，所述数据包括控制命令数据与图像数据；

图像数据处理部，用于处理接收到的所述图像数据，生成与所述LED屏像素点所对应的点云数据；

数据分发部，用于根据所述LED屏的显示模块拼接拓扑实时分发与所述LED屏像素点所对应的电子帧数据；以及

显示控制部，用于根据所述电子帧数据及LED屏特性生成可直接控制所述LED屏的数据，驱动所述LED屏显示三维图像。

2.如权利要求1所述的三维显示控制装置，其特征在于，所述通信接口部包括控制芯片及***电路。

3.如权利要求1所述的三维显示控制装置，其特征在于，所述通信接口部通过光纤或者WIFI接收或发送控制命令数据与图像数据。

4.如权利要求1所述的三维显示控制装置，其特征在于，所述通信接口部以串行外设接口与所述图像数据处理部、数据分发部及显示控制部通信。

5.如权利要求1所述的三维显示控制装置，其特征在于，所述图像数据处理部包括控制芯片与***电路，作为所述图像数据处理部的最小单元。

6.如权利要求1所述的三维显示控制装置，其特征在于，所述图像数据处理部以图像数据通道向所述数据分发部传输所述点云数据。

7.如权利要求6所述的三维显示控制装置，其特征在于，所述图像数据通道包括可变静态存储控制器、先进先出缓存器。

8.如权利要求1所述的三维显示控制装置，其特征在于，所述数据分发部包括控制芯片与***电路，作为所述数据分发部的最小单元。

9.如权利要求1所述的三维显示控制装置，其特征在于，所述显示控制部包括控制芯片与LED屏，作为所述显示控制部的最小单元。

10.如权利要求1所述的三维显示控制装置，其特征在于，进一步地，所述显示控制部根据调色板对所述电子帧数据进行颜色映射、色度校正及灰度调节。

11.如权利要求1所述的三维显示控制装置，其特征在于，所述图像数据处理部与数据分发部之间、所述数据分发部与显示控制部之间分别以双排针上下固定连接。

12.如权利要求5或8或9中任意一项或多项所述的三维显示控制装置，其特征在于，所述通信接口部与所述图像数据处理部的最小单元、所述数据分发部的最小单元及所述显示控制部的最小单元连接，作为所述控制装置的最小单元。

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