CN106101690A - 一种三维高帧显示的方法 - Google Patents

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段羽
王浩然
陈平
陈政
刘云飞
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    • H04N13/30—Image reproducers
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明公开了一种三维高帧显示的方法，属于电子显示技术领域，具体方案是使用电机控制由中轴对称LED灯组成的双面显示屏旋转，单片机控制经过像素点的LED点亮，实现旋转一圈刷新两帧的图像显示。相比于传统三维显示，可360°空间全方位稳定显示实际裸眼3D效果；并可通过旋转显示自身LED数量多倍的像素点；旋转一周刷新2帧，可使电机转速减少一半，降低能耗和器件损耗；或在相同转速下将图像帧数提高一倍,提高显示图像的质量。

Description

一种三维高帧显示的方法
技术领域
本发明属于电子显示技术领域，具体涉及一种使用双面中轴对称LED显示屏提高基于视觉暂留原理的三维高帧显示和降低所需电机转速的方法。
背景技术
显示技术的发展已逐渐不满足于平面显示，向着3D、全方位发展，目前最为常用的3D显示技术为基于人眼视差的3D模拟效果显示，其需要极为专业的技术设备，即在拍摄时模拟人眼视差拍摄两份影片，放映过程中通过3D眼镜使双眼分别接受两份信号，从而观看到有立体感的画面，这种三维显示方法有要求观看者佩戴眼镜等辅助设备或者限制观看角度的缺点。
裸眼3D仍处于发展中，基于人眼视差的3D显示需要在固定的位置与角度才能观看，位置的偏离会导致3D效果迅速消失。此外固定的空间阵列式排布LED灯的3D显示方式由于发光像素间相互遮挡，串扰，存在部分显示内容缺失的缺点。
根据视觉暂留原理(Persistence of vision，POV)，由于视神经信号需要传输，光对于人眼有一定的暂留时间，当不断亮灭的图像每秒钟刷新的次数，即帧数达到人眼的需求，图像即可稳定显示。该原理在电影放映等显示领域被广泛应用，通常认为正常显示的帧数需求为24帧每秒。以此为基础，对于某一像素点，实现在该点处每秒发光24次以上即可实现该像素点稳定显示。目前电影等放映方式主流为24帧，与之相比，帧数达到48帧的影片更加清晰流畅，且更适合3D放映，是未来的发展方向。
已有基于POV原理的旋转LED显示装置，在旋转的每一圈中，当LED灯通过预设的像素点时使其发光，离开该像素点时熄灭，则旋转一圈实现像素点刷新一帧。该方式中，LED呈圆周旋转，因此单片机需要定义一个起点开始依次显示，这个起点可以自己选定，但是对于旋转的每一周来说都是一个固定的点，因此需要连接一个传感器判断起点的位置。通常通过电机控制LED灯旋转，通过传感器得到旋转中显示屏起始位置与转速信息，从而得到显示屏上LED灯各时刻位置信息，将位置信息输入单片机，单片机在此基础上控制LED灯亮灭实现图像显示，这种显示方法可以最真实的还原事物的三维信息，创造逼真的显示效果。
基于POV原理的LED显示仍主要集中在线阵旋转的平面和曲面显示上，3D显示仍有待开发。此外，为了满足正常显示要求的每秒24帧以及逐渐普及的48帧显示，需要带动LED显示臂(屏)的电机高速旋转，转速的提高会加速能量的消耗和器件的损耗，降低整个器件的使用寿命，并带来一定的安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种旋转LED三维高帧显示和降低所需转速的方法，具体方案是使用电机控制由中轴对称LED灯组成的双面显示屏旋转，单片机控制经过像素点的LED点亮，实现旋转一圈刷新两帧的图像显示。
本发明的技术方案通过如下方式实现：
一种三维高帧显示的方法，具体步骤如下：
(1)、根据显示屏上LED灯的分布对可显示的空间进行水平面径向取模，得到空间像素点位置；
(2)、将欲显示的3D图像与步骤(1)得到的空间像素点相对照，图像落在空间像素点上为0，没有则为1，即可取得输入到单片机中的图像数据；
(3)、电机带动显示屏旋转，旋转过程中单片机通过传感器得到显示屏的转速和通过传感器位置的瞬间，从而得到显示屏的实时位置信息；
(4)、单片机将步骤(3)得到的显示屏实时位置与步骤(2)得到的图像数据进行对照，该位置上存在像素点且数据为0，则点亮对应的LED灯一次，否则不点亮。
进一步地，步骤(1)所述的径向取模，具体步骤如下：
①、每一行LED灯旋转后得到一个圆形水平面；
②、对于一行LED灯旋转后得到的圆形水平面，任取圆弧上一点为取模初始位置θ0，以旋转方向为正方向，沿正方向Δθ为取模角度，则每个LED灯旋转后可得到180°/Δθ个像素点，同一行各LED灯生成像素点呈同心圆排列；
③、各行LED灯生成的同心圆像素点按其旋转水平面上下排列，形成三维空间像素点。
进一步地，步骤(1)所述显示屏为双面显示屏，屏两面LED灯可为等距点阵分布或其它中轴对称分布。
进一步地，步骤(3)所述的显示屏绕其中轴旋转。
进一步地，步骤(3)所述的传感器为红外对管或霍尔传感器。
与现有技术相比，本方法具有以下优点：
1、相比于基于人眼视差的3D显示技术，可360°空间全方位稳定显示实际裸眼3D效果；
2、相比于空间阵列显示，可通过旋转显示自身LED数量多倍的像素点。
3、相比于已有的旋转LED显示，旋转一周刷新2帧，可使电机转速减少一半，降低能耗和器件损耗；或在相同转速下将图像帧数提高一倍,提高显示图像的质量。
附图说明
图1为本发明实施例1所采用的显示屏的示意图；
其中，圆点为LED灯，显示屏两面结构相同；
图2为本发明实施例1的径向取模的示意图；
其中，圆形为显示屏旋转轨迹俯视图，直径为显示屏各位置；
图3为本发明实施例1的电路原理图；
其中，标出的线路为单片机向显示屏输入显示信息。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明提供一种使用双面中轴对称显示屏的旋转LED三维显示方法，主要用于提高显示图像帧数和降低所需电机转速。
本实例所用显示屏如图1所示，正反两面各有16行×32列点阵LED灯，屏幕绕中轴旋转360°。所用传感器为红外对管，分别为安装在显示屏上的红外发射装置和安装在单片机上的红外接收装置。
一种三维高帧显示的方法，具体步骤如下：
1、径向取模，如图2所示：取安装红外发射装置处为取模初始位置θ0，沿正方向旋转5°为取模角度Δθ，每一LED阵列点旋转后可显示36个像素点，每一行可显示1132个像素点，共可显示18432个像素点，远远超过使用的1024个LED灯；每旋转180°所有像素点皆有LED灯通过一次，即每旋转一周像素点可刷新两次；
2、将欲显示的3D图像与步骤1得到的空间像素点相对应，图像落在空间像素点上为0，没有则为1，即可取得输入到单片机中的图像数据；
3、红外接收装置感应安装在显示屏上的红外发射装置，得到显示屏转速和发射装置(屏幕)通过接收装置(初始取模位置θ0)的瞬间，由转速可知任意时间后旋转的角度，从而得到显示屏的实时位置信息；
4、单片机控制LED亮灭显示图像，显示原理如图3所示：单片机得到红外对管输入的显示屏转速、位置信息后，对照步骤1,2得到的图像数据判断显示屏上需要点亮的的LED灯，通过行、列选中进行点亮、熄灭操作从而显示图像。
本实例电路装置使用STC15F2K60S2单片机最小***对装置整体进行控制。基本思路是：先分别向四个移位寄存器里一位一位地装入32位列数据，后锁存输出，再进行行选中，以实现一行的显示。然后再循环进行以上步骤，依次实现其他行的显示。行由两个38译码器加行驱动管控制，列由四个8位595控制。本装置使用线圈型无线供电装置为LED显示屏供电。

Claims (5)

1.一种三维高帧显示的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)、根据显示屏上LED灯的分布对可显示的空间进行水平面径向取模，得到空间像素点位置；
(2)、将欲显示的3D图像与步骤(1)得到的空间像素点相对照，图像落在空间像素点上为0，没有则为1，即可取得输入到单片机中的图像数据；
(3)、电机带动显示屏旋转，旋转过程中单片机通过传感器得到显示屏的转速和通过传感器位置的瞬间，从而得到显示屏的实时位置信息；
(4)、单片机将步骤(3)得到的显示屏实时位置与步骤(2)得到的图像数据进行对照，该位置上存在像素点且数据为0，则点亮对应的LED灯一次，否则不点亮。
2.如权利要求1所述的一种三维高帧显示的方法，其特征在于，步骤(1)所述的径向取模，具体步骤如下：
①、每一行LED灯旋转后得到一个圆形水平面；
②、对于一行LED灯旋转后得到的圆形水平面，任取圆弧上一点为取模初始位置θ0，以旋转方向为正方向，沿正方向Δθ为取模角度，则每个LED灯旋转后可得到180°/Δθ个像素点，同一行各LED灯生成像素点呈同心圆排列；
③、各行LED灯生成的同心圆像素点按其旋转水平面上下排列，形成三维空间像素点。
3.如权利要求1所述的一种三维高帧显示的方法，其特征在于，步骤(1)所述显示屏为双面显示屏，屏两面LED灯可为等距点阵分布或其它中轴对称分布。
4.如权利要求1所述的一种三维高帧显示的方法，其特征在于，步骤(3)所述的显示屏绕其中轴旋转。
5.如权利要求1所述的一种三维高帧显示的方法，其特征在于，步骤(3)所述的传感器为红外对管或霍尔传感器。
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