1、2011年12月1日第34卷第23期現代電子技術ModernElectronicsTechniqueDee201lV0134No23基于AVR單片機的自由立體顯示背光控制系統(tǒng)張瑞雪1，王元慶1，張兆揚2(1南京大學電子科學與工程學院，江蘇南京210093；2上海大學通信與信息工程學院。上海200072)摘要：為實現立體顯示設計并實現了基于單片機的LED背光控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用單片機ATmegal28為控制處理器，加以外圍電路。利用RS2

2、32接1：2實現與PC機人眼跟蹤模塊的實時通信。同時，充分利用下位機資源，在單片機上實現Kalman濾波，提高人眼定位精度，并利用Kalman預測，將跟蹤速率提高一倍，有效減輕了顯示器的閃爍現象。關鍵詞：自由立體顯示；LED；ATmegal28；RS232；Kalman濾波中圖分類號：TN873—34文獻標識碼：A文章編號：1004—373X(2011)23一0149—03ControlSystemofAutostereoscopicD

3、isplayBacklightBasedonAVRZHANGRuixuel，WANGYuanqin91，ZHANGZhaoyan92(1SchoolofElectronicScienceandEngineering，NanjingUniversity。Naniing210093China；2SchoolofCommunicationandInformationEngineeringShanghaiUniversity，Shanghai2

4、00072。China)Abstract：Toachieveautostereoscopicdisplay，aLEDbacklightcontrolsystembasedonMCUwasdesignedThesys—ternusedATmegal28assystemcontrol，togetherwithothercircuits，andadoptedRS232interfacetoachievereal—timecom—munieat

5、ionwiththeeyedetectmodulerunningonPCMeanwhile。KalmanfilteralgorithmwasimplementedonMCUforim—provingthepositioningaccuracyofhumaneyes，thetrackingratewasimprovedtolightentheflickerofdisplayersKeywords：autostereoscopicdispl

6、ay；LED；ATmegal28；RS232；Kalmanfilter0引言人眼視覺是立體的，立體的視覺帶給人類的不僅僅是可以判斷觀看對象的空間狀態(tài)，它和顏色一起，使這個世界更加豐富多彩、變化萬千[1]。2010年伊始，隨著立體電影《阿凡達》的熱映，在世界各地掀起了一股3D的熱潮，3D技術成為各界關注的焦點。三菱、索尼、I。G、三星等各大顯示器廠商相繼推出自己的立體電視，并寄希望于立體電視市場的開發(fā)。立體顯示技術經歷了多年的發(fā)展，無論在

7、顯示質量，還是實現方法上都有了很大的進步，自由立體顯示由于不需要佩戴任何輔助工具，因此正在成為立體顯示發(fā)展的方向[1喝]。其中，以LCD為基礎，基于視差的立體顯示技術由于技術成熟且實現工藝不復雜，成為最有可能實現商業(yè)化的熱門技術之一?；贏VR單片機的自由立體顯示系統(tǒng)正是在這一技術的基礎上，利用特殊的光學部件和LED照明陣列實現的]。Kalman濾波是一種線性最小方差估計，算法采用收藕日期：201105—16基金項目：國家自然科學基金鶯

8、點項目資助(60832003)；新型顯示技術及應用集成教育部重點實驗室(上海大學)資助(P200902)遞推形式在時域內濾波，數據存儲量小，預測精度高，適用于對多維隨機過程進行估計[4]，這個估計可以是對當前目標位置的估計(濾波)，也可以是對于將來位置的估計(預測)。常用于從一組有限的，包含噪聲的，對物體位置的觀察序列中得到關于物體位置的好的估計。在自由立體顯示系統(tǒng)中，單片機在進行電路控制的同時還對人眼位置信息進行Kalman濾波和預測

9、。1系統(tǒng)的工作原理及總體方案設計11立體顯示的實現原理視差立體的實現原理是將一對立體圖像分別送入人的左右眼睛，經過大腦融合后就可以產生立體效果。根據這一原理，設計了一款立體顯示器，17寸LCD的奇數行和偶數行分別顯示左右立體圖像，光學部分利用菲涅爾透鏡控制光路的走向，垂直分光裝置使位于不同垂直位置的兩組I。ED背光源只能分別照亮LCD屏幕的奇數行或偶數行，如圖l所示。同時，兩組光源的水平位置也有差別，這樣就為左右眼分別提供了只能看到奇數

10、行或偶數行的可視區(qū)域，如圖2所示。當觀察者在屏幕前自由移動的時候，通過攝像頭探測到人眼的位置信息，用單片機控制LED照明陣列在適當的地方點亮，保證始終提供正確的可視區(qū)域，實現自由立體顯示n]。萬方數據第23期張瑞雪等：基于AVR單片機的自由立體顯示背光控制系統(tǒng)151最強的ATmegal28，主要完成對人眼位置數據的處理，然后按照一定的時序發(fā)送給驅動芯片。控制電路更新LED照明陣列時按地址逐個發(fā)送數據“l(fā)”或0，控制每一列LED的點亮與否

11、。2硬件設計21驅動電路根據背光源亮度恒定的要求，LED陣列的驅動采用聚積科技生成的16位恒流LED驅動芯片MBl5026，其內建的CMOS移位緩存器與栓鎖功能，可以將串行輸入的數據轉換成并行輸出的格式，電流的輸出值可以通過一個外接電阻進行調整，高達25MHz的時鐘頻率可以滿足大量數據傳輸的要求。22控制電路ATmegal28是ATMEL公司推出的一款8位RISC結構高速低功耗單片機，在16MHz時鐘頻率時系統(tǒng)性能可達16MIPS，內帶

12、128KB的FLASHROM，4KB的E2PROM、4KB系統(tǒng)SRAM；可擴展64KB外部存儲器；兩個8位定時器／計數器，兩個16位定時器／計數器；兩路UART通信口，可工作在異步或同步方式”“。在與上位機通信的過程中，需要采用MAX232電平轉換芯片將PC機串口輸出的RS232電平轉換成單片機能接受的TTI。電平“。3軟件設計軟件設計的總體思路是PC機檢測到人眼的位置信息，給出左眼的位置數據和右眼的位置數據，單片機在得到這兩個數據后，

13、啟動TCl開始t／2時間的定時，同時開始Kalman濾波，使用由式(8)得到的濾波值刷新LED照明陣列。定時器中斷服務處理程序主要包括清零TCCRlB以停止定時器，按照t／z時刻人眼位置的預測值刷新LED照明陣列。這樣，在人眼檢測速率為每秒25幀的情況下，可以將LED的刷新速率提升到每秒50次，有效減輕了可視區(qū)域隨觀察者位置變化而帶來的跳躍感。主程序實現對系統(tǒng)的初始化，包括I／O端口的初始化、TCl的初始化、中斷設置、串行口工作方式選擇

14、、各種變量的初值裝入。波特率設置為115200b／s，數據格式采用8位數據位，l位起始位，1位停止位o”。。初始化完成后，程序進入等待狀態(tài)，若上位機發(fā)送數據，則進人相應的串行口中斷服務處理程序，如圖4所示。4實驗在實驗中采用NASA的航拍視差圖像對，觀看距離490～550mm，觀看視角30。以內。實際得到的圖像如圖5所示，其中圖5(a)是觀察者左眼看到的圖像。圖5(b)是觀察者右眼看到的圖像由于這兩幅圖像存在視差，最終就會在大腦中融合成

15、一幅具有立體感的圖像。目4串行口中斷服務程序流程圖(a1生眼看到的H像圖5實驗中拍攝的立體圖像對Kalman預測使得LED背光的刷新頻率由25Hz提高到50Hz，跳動感有所減弱。此外，為了驗證Kalman濾波算法的效果，手工標記了1500幀圖片中左右兩眼的精確位置，單片機通過串口將濾波值以及1／2幀處的預測值回發(fā)給上位機。定義：△一墜掣鯉生二生塑(14)Z式中：△反映了與真實值的偏移程度。Kalman平衡濾波前，△，一2556；濾波后，