基于時域復(fù)用場分割技術(shù)與-旋轉(zhuǎn)LED陣列成像方法的準(zhǔn)靜態(tài)旋轉(zhuǎn)式體3D顯示系統(tǒng)的研究

基于時域復(fù)用場分割技術(shù)與旋轉(zhuǎn)LED陣列成像方法的準(zhǔn)靜態(tài)旋轉(zhuǎn)式體3D顯示系統(tǒng)的研究2013年4月摘要基于時域復(fù)用場分割技術(shù)與LED旋轉(zhuǎn)陣列的真實(shí)立體影像顯示技術(shù)是采用時域復(fù)用場分割技術(shù)，將上位機(jī)所處理的Volumetric3D數(shù)字圖像信號通過LED旋轉(zhuǎn)陣列顯示系統(tǒng)投射成真實(shí)影像，實(shí)現(xiàn)Volumetric3D顯示效果。與傳統(tǒng)3D顯示相比，本系統(tǒng)具有裸眼3D顯示效果，使觀看者無需通過佩戴3D眼鏡就能達(dá)到欣賞3D影像的目的。同時，本系統(tǒng)具有360度全息圖像顯示效果，使觀看者可以360度全方向觀看圖像。本系統(tǒng)采用CUDA和OpenGL交互式操作，Modo3D建模、和FinalCutProX的后期制作。利用Objective－C和C++完全兼容式編程實(shí)現(xiàn)圖像還原保真，并且采用多視點(diǎn)圖形合成還原技術(shù)，利用圖像補(bǔ)差法和光影位移法及面部識別系統(tǒng)使圖像可以在計(jì)算機(jī)里呈現(xiàn)為清晰的立體像，最后將GPU處理圖像顯示在LED旋轉(zhuǎn)陣列上，利用同步刷新形成完整的3D立體影像。從而形成顯示清晰、效果極佳的3D顯示效果。關(guān)鍵字Volumetric3DLED陣列同步刷新PWM多視點(diǎn)圖形合成OpenGL時域復(fù)用場分割異步消隱AbstractSegmentationtechniquebasedontimedomainmultiplexinghandyLEDrotatingarrayofrealstereoscopicdisplaysystemistheuseoftime-domainmultiplexinginhandysegmentationtechniques,theVolumetric3DdigitalimagesignalprocessingbythehostcomputerbyrotatingLEDarraysystemprojectingintorealimages,Volumetric3Ddisplay.Comparedwiththetraditional3Ddisplay,thesystemhasthenakedeye3Ddisplay,theviewerwillbeabletoenjoy3Dimageswithouttheneedtowear3Dglasses.Atthesametime,thissystemhasa360-degreeholographicimagedisplay,theviewercan360-degreeomni-directionalviewingimages.ThesystemusesCUDAandOpenGLinteractive,Modo3Dmodeling,andFinalCutProXpost-production.UsingObjective-CandC++fullycompatibleprogrammingimagerestorefidelity,andmulti-viewgraphicssynthesisreductiontechnology,sothattheimagecanbeinthecomputerpresentedasaclearthree-dimensionallikewiththeimagemakingitlawandshadowdisplacementmethodandfacialrecognitionsystems,Finally,theGPUprocessingimagedisplayonarotatingLEDarray,usingsynchronousrefreshformacomplete3Dstereoimages.Toformcleardisplay,excellent3Ddisplay.Keywords:Volumetric3DLEDarrayUpdatedsynchronouslyPWMSynthesisofmulti-viewgraphicsOpenGLTime-domainmultiplexinginhandysegmentationAsynchronousblanking

目錄前言 1系統(tǒng)簡介 21.1系統(tǒng)概述 21.2基于時域復(fù)用場分割技術(shù)的體3D顯示技術(shù)的系統(tǒng)的構(gòu)成 31.2.1圖像顯示器屏體 31.2.2屏控制器 31.2.3體像素分割器 41.2.4圖像加速器 41.2.5LED陣列驅(qū)動器 51.2.6電機(jī) 51.2.7電源 61.2.8 視頻流數(shù)據(jù)及行、場同步信號，異步消隱信號，同步刷新信號發(fā)生器 61.2.9 分時解碼器 71.2.10控制軟件 71.2.11控制計(jì)算機(jī) 81.2.12GPU加速器等組成 82系統(tǒng)軟件 92.1軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 93系統(tǒng)組成 143.1電路部分 143.1.1圖像解碼部分的實(shí)現(xiàn) 143.1.2視頻放大器 153.1.4PWM調(diào)速調(diào)相電機(jī)部分 163.1.4體掃描控制部分的實(shí)現(xiàn) 163.1.5電源部分 214.系統(tǒng)特征與功能 224.1基于時域復(fù)用場分割技術(shù)與旋轉(zhuǎn)LED陣列成像方法的準(zhǔn)靜態(tài)旋轉(zhuǎn)式體3D顯示系統(tǒng)特點(diǎn) 224.2旋轉(zhuǎn)LED體3D顯示器的功能 235.系統(tǒng)的應(yīng)用情況及測量數(shù)據(jù)（實(shí)測） 236.系統(tǒng)開發(fā)意義 247.國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 268結(jié)束語 299參考文獻(xiàn) 29

2013“挑戰(zhàn)杯”吉林省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技競賽作品前言自電影《阿凡達(dá)》上映以來，3D顯示技術(shù)飛速走入人們的生活，人們已經(jīng)不能滿足于坐在電影院里面欣賞3D影片。于是，3D顯示器、3D電視應(yīng)運(yùn)而生，從此，曾經(jīng)高居廟堂之地的3D顯示飛入尋常百姓家。但是，目前的3D顯示系統(tǒng)都需要佩戴偏光式或快門式的眼鏡才能看出立體效果。隨著時代的發(fā)展，這樣的顯示形式也終將面臨被丟入歷史的長河的厄運(yùn)。2013年5月1日，《鋼鐵俠3》的上映，3D顯示技術(shù)給動漫角色賦予了新的生命，讓無數(shù)漫畫迷們?nèi)缟砼R其境，過足了英雄癮?！朵撹F俠》里面經(jīng)常出現(xiàn)這樣的鏡頭，里面的所用設(shè)備、材料等等通過立體顯示技術(shù)出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室的中央位置。也許是這樣的鏡頭看的多了，讓我們對這種顯示方式習(xí)以為常。但是，這種立體顯示在我們的現(xiàn)實(shí)生活中還處于剛剛起步的階段，隨著3D真實(shí)影像顯示技術(shù)市場的不斷擴(kuò)大，一臺顯示效果清晰，可通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，與顯示器同步顯示二維、三維圖像的高清晰、全方位、真實(shí)的立體顯示系統(tǒng)，已成為當(dāng)今軍事、科技、醫(yī)學(xué)[3.4]及信息發(fā)布媒體的必然需求。符合上述要求的顯示系統(tǒng)雖然已經(jīng)存在，但由于其制造成本太高，使如此有劃時代特性的產(chǎn)品難以推廣。因此，我們利用LED的多種優(yōu)良特性設(shè)計(jì)出本系統(tǒng)，希望使之在更廣泛的領(lǐng)域達(dá)到更理想的效果，滿足大眾需求。旋轉(zhuǎn)矩陣式LED3D顯示技術(shù)利用人眼的視覺暫留效果，通過雙閉環(huán)PWM調(diào)速機(jī)構(gòu)使光柵遮罩桶與LED顯示陣列圍繞中心旋轉(zhuǎn)，以獲得具有空間深度信息的全方位立體影像的技術(shù)。在技術(shù)上，與現(xiàn)有的3D顯示技術(shù)有所不同，前者著眼于有深度的裸眼顯示效果，而非快門式或者偏振式3D顯示系統(tǒng)那樣用光學(xué)視差的形式成像的效果。系統(tǒng)簡介1.1系統(tǒng)概述體3D[1]顯示是將計(jì)算機(jī)中的三維物體模型映射到現(xiàn)實(shí)物理空間中，然后將與物體物理模型對應(yīng)的空間位置介質(zhì)激發(fā)，使介質(zhì)發(fā)光而產(chǎn)生體像素，眾多離散的體像素疊加在一起便構(gòu)成了三維立體圖像。根據(jù)顯示空間形成方式的不同，體3D顯示可以分為靜態(tài)體3D顯示和掃描體3D顯示[2]。1979年MIT的研究生EdwinBerlin首先提出了基于旋轉(zhuǎn)高速發(fā)光陣列的體3D顯示的構(gòu)想[9]。高速發(fā)光體陣列可由LED等發(fā)光器件構(gòu)成，電路系統(tǒng)對屏幕掃掠過的空間位置進(jìn)行尋址，從而產(chǎn)生體像素，每個掃描平面顯示3D場景的一個切面，發(fā)光體陣列高速旋轉(zhuǎn)，由于視覺暫留效應(yīng)，使人眼感知為完整的3D畫面。隨著LED設(shè)計(jì)和制造水平的不斷提高，發(fā)光效率的不斷增強(qiáng)，LED作為當(dāng)前響應(yīng)速度最快的發(fā)光器件，對于要求數(shù)據(jù)刷新速度非?？斓捏w3D顯示而言無疑是一種福音。LED擁有超長的使用壽命，達(dá)10萬小時以上，這對于造價(jià)不菲，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，維修困難的空間3D顯示來說是非常重要的。LED發(fā)光近似為朗伯體(見圖1-1)，在4π空間內(nèi)發(fā)光基本上是各向同性的，這使得空間3D系統(tǒng)顯示圖像的亮度和色度均勻性大大提高，提高了3D圖像的品質(zhì)。圖1-1LED配光曲線基于時域復(fù)用場分割技術(shù)的體3D全息顯示系統(tǒng)[6-8]是一個集視頻實(shí)時采集、圖像處理、LED顯示、電子技術(shù)、自動控制調(diào)節(jié)等多種技術(shù)綜合應(yīng)用于一體的掃描體3D顯示系統(tǒng)，它可以實(shí)現(xiàn)全方位360°觀看3D圖像的功能[5]。1.2基于時域復(fù)用場分割技術(shù)的體3D顯示技術(shù)的系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)主要包括實(shí)時圖像采集單元、旋轉(zhuǎn)LED陣列、光柵遮罩桶、PWM調(diào)速調(diào)相控制器、直流伺服電機(jī)、控制軟件、控制計(jì)算機(jī)、電源部分等組成。1.2.1圖像顯示器屏體顯示屏屏體（見圖1-2）由三塊可圍繞中心旋轉(zhuǎn)的LED陣列條和其外部的光柵遮罩桶構(gòu)成。顯示屏接受從顯示屏控制器輸出的全彩色3D影像數(shù)據(jù)流，進(jìn)行解碼并顯示。顯示單元安裝有高速模擬圖像驅(qū)動電路。(下圖在測試現(xiàn)場所采集到為調(diào)整相位、抖動校正得到的2D圖像，畫質(zhì)清晰細(xì)膩。)圖1-21.2.2屏控制器顯示屏控制器(見圖1-3)是圖像信息處理的核心設(shè)備。顯示屏控制器可以直接接受計(jì)算機(jī)圖形式配卡（顯示卡）輸出的信號，進(jìn)行解碼、轉(zhuǎn)換及信號處理、編碼、模擬化傳輸，向LED旋轉(zhuǎn)陣列輸出顯示信號。圖1-3注：圖中為測試版屏控制器1.2.3體像素分割器利用開放式圖形庫OpenGL構(gòu)建了一種為旋轉(zhuǎn)解碼器空間三維體顯示系統(tǒng)[10-13]提供前期三維數(shù)據(jù)，模擬圖像預(yù)顯示的軟件仿真平臺。該平臺從3DS文件中獲取體顯示系統(tǒng)的三維物體信息，使用剪切算法轉(zhuǎn)化為顯示點(diǎn)集源數(shù)據(jù)，再經(jīng)坐標(biāo)變換得到LED旋轉(zhuǎn)陣列的控制信號，用OpenGL中的一系列應(yīng)用程序接口（applicationprogramminginterface,API）函數(shù)在普通的平面顯示器上仿真顯示所得點(diǎn)集,同時將所得的控制信號生成計(jì)算機(jī)圖形適配器驅(qū)動信息，用以驅(qū)動顯示。1.2.4圖像加速器智能圖像加速器(SIA)的使用，實(shí)現(xiàn)了出色的多媒體質(zhì)量，而不會以犧牲處理速度為代價(jià)。SIA是一個實(shí)時可編程的圖像重建引擎，傳輸速率高達(dá)80Mpixel/s，因此節(jié)省了一個外接圖像協(xié)處理器，從而達(dá)到降低材料成本(BOM)的目的。SIA配合30Mpixel/sMPEG圖象編碼能力的智能視頻加速器(SVA),能夠?qū)崿F(xiàn)出色的高速回放性能，以及低功耗視頻編碼功能。圖像加速器將智能視頻加速器與支持2D/3D圖形密集應(yīng)用的圖形加速器連接到一起。支持高質(zhì)量的加速，30幀/秒SDTV(標(biāo)清)MPEG-4編碼運(yùn)算可與復(fù)雜的音頻處理同時進(jìn)行。H.264/AVC解碼通過SVA加速，并以30幀/秒的速率支持高達(dá)VGA的格式。通過將繁重的多媒體處理任務(wù)分配給不同的加速器，這些加速器可以獨(dú)立或并行處理特定的編解碼功能，它允許CPU集中處理控制任務(wù)和程序流，而無需很高的時鐘速度。1.2.5LED陣列驅(qū)動器將各個方向的圖像處理結(jié)果分時疊加在一路RGB信號傳輸通道中，通過分時解碼器依次解出各個方向的圖像，與LED旋轉(zhuǎn)陣列相位檢測器同步后，依次投射出空間各方向圖像，可以使海量數(shù)據(jù)傳送使用模擬方式由簡單的幾顆數(shù)據(jù)傳輸線完成，解決了高速數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)傳輸通道帶寬限制的瓶頸。無需使用復(fù)雜的FPGA陣列及眾多的數(shù)據(jù)總線。（見圖1-4）圖1-41.2.6電機(jī)本系統(tǒng)使用Maxon-DC-Motor作為驅(qū)動電動機(jī)，利用雙閉環(huán)PWM調(diào)速機(jī)構(gòu)（見圖1-5）使LED顯示陣列及光柵遮罩桶圍繞中心旋轉(zhuǎn)，以獲得具有空間深度信息的全方位立體影像的技術(shù)。圖1-51.2.7電源電源設(shè)備為顯示器提供了電力（見圖1-6）。電源設(shè)備采用單向交流220V供電?？梢宰詣涌刂苹蛘哌h(yuǎn)程遙控開、關(guān)顯示屏。下兩張圖為主開關(guān)電源板及側(cè)面部分接口，可以實(shí)現(xiàn)自由的拓展。圖1-6視頻流數(shù)據(jù)及行、場同步信號，異步消隱信號，同步刷新信號發(fā)生器能夠產(chǎn)生大量的視頻流數(shù)據(jù)，行、場同步信號、異步消隱信號，同步刷新信號發(fā)生器，集成了各種信號，疊加到RGB復(fù)用器上，通過滑環(huán)傳給分時解碼器。圖1-7分時解碼器分時解碼器通過視頻流數(shù)據(jù)，行、場同步信號、異步消隱信號，同步刷新信號發(fā)生器所疊加成的視頻信號，經(jīng)過時域分割，復(fù)用，解碼，進(jìn)而傳遞LED陣列。1.2.10控制軟件圖像處理和分析工具主要功能是進(jìn)行圖像增強(qiáng)，便于后續(xù)的專業(yè)視覺工具進(jìn)行識別和理解。常用的圖像處理和分析工具包括：直方圖工具、濾波操作、形態(tài)學(xué)操作、幾何變換、顏色空間變換。從輸出關(guān)系角度，可將基本圖像預(yù)處理算法分為：點(diǎn)變換算法、領(lǐng)域操作算法。1、直方圖分析直方圖分析是最基本的圖像分析工具，直方圖可對圖像的整體灰度分布進(jìn)行刻畫，主要指標(biāo)包括：均值、標(biāo)準(zhǔn)差等。2、濾波操作濾波是最常用使用的圖像增強(qiáng)方法，主要包括：低通濾波、高通濾波、邊緣檢測、高斯濾波等。3、形態(tài)學(xué)操作形態(tài)學(xué)操作是常用的圖像增強(qiáng)方法：主要包括：膨脹、腐蝕、開啟、閉合、中值濾波等。4、幾何變換常用的幾何變換包括：旋轉(zhuǎn)、平移、尺度、切變等，其統(tǒng)稱為仿射變換。仿射采樣也為集合變換范疇。5、顏色空間轉(zhuǎn)換圖像處理技術(shù)從圖像格式上可以分為灰度圖像處理和彩色圖像處理。在圖像處理技術(shù)發(fā)展的早期，由于受計(jì)算機(jī)處理能力的限制，圖像處理技術(shù)領(lǐng)域的研究主要集中在灰度圖像處理技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)處理能力的飛速發(fā)展，彩色圖像處理技術(shù)越來越受到關(guān)注。彩色圖像處理相比灰度圖像處理存在很多優(yōu)勢，其中最重要的有兩點(diǎn)：（1）彩色圖像所包含的信息量比灰度圖像豐富很多（2）彩色圖像更加符合人的視覺習(xí)慣。一般情況下，相機(jī)輸出的顏色數(shù)據(jù)為RGB顏色空間數(shù)據(jù)。然而，在工業(yè)作用中，經(jīng)常需要在CIE色度學(xué)空間、人類視覺空間或者OD顏色密度空間進(jìn)行彩色圖像處理。顏色空間轉(zhuǎn)換即指由RGB顏色空間到CIELAB空間、CIELCH空間、HSI空間、HSL空間以及OD顏色密度空間轉(zhuǎn)換。1.2.11控制計(jì)算機(jī)對采集到的圖像進(jìn)行處理的計(jì)算機(jī)。通過對采集得到的圖形進(jìn)行摳像、復(fù)原、提取輪廓、變換輪廓線等過程，輸出圖像序列，經(jīng)LED旋轉(zhuǎn)陣列顯示在成像面上。1.2.12GPU加速器等組成3D加速引擎是3D圖形加速系統(tǒng)的重要組成部分,以往在軟件平臺上對3D引擎的研究,實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的渲染模型和渲染算法,但這些復(fù)雜算法與時域復(fù)用場分割技術(shù)的結(jié)合是很有難度的。將各個方向的圖像處理結(jié)果分時疊加在一路RGB信號傳輸通道中，通過分時解碼器依次解出各個方向的圖像，與LED旋轉(zhuǎn)陣列相位檢測器同步后，依次投射出空間各方向圖像，可以使海量數(shù)據(jù)傳送使用模擬方式由簡單的幾顆數(shù)據(jù)傳輸線完成，解決了高速數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)傳輸通道帶寬限制的瓶頸。無需使用復(fù)雜的FPGA陣列及眾多的數(shù)據(jù)總線。本文在研究3D加速引擎結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了基于時域復(fù)用場分割技術(shù)的圖像處理平臺,使用模塊化的思想,利用IP核技術(shù)分析設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了3D加速管道及其他模塊,并進(jìn)行了仿真、驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)。2系統(tǒng)軟件軟件部分由三維影像數(shù)據(jù)的采集、重構(gòu)、還原、顯示以及圖形數(shù)據(jù)的管理五部分組成。2.1軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件系統(tǒng)中采用了CUDA和OpenGL交互式操作，利用Objective－C和C++完全兼容式編程實(shí)現(xiàn)圖像還原保真，并且采用多視點(diǎn)圖形合成還原技術(shù)，利用圖像補(bǔ)差法和光影位移法及面部識別系統(tǒng)使圖像可以在計(jì)算機(jī)里呈現(xiàn)為清晰的立體像，最后將GPU處理圖像顯示在LED旋轉(zhuǎn)陣列上，利用同步刷新形成完整的3D立體影像。本軟件系統(tǒng)，首先在MFC框架下使用OpenGL語言進(jìn)行圖像處理編程。根據(jù)三維數(shù)據(jù)處理的需要定義菜單選項(xiàng)ID,并添加由系統(tǒng)發(fā)給應(yīng)用程序的消息,同時將消息映射到相應(yīng)的處理函數(shù)。在消息處理函數(shù)中,通過類的成員函數(shù)獲得相應(yīng)類的指針,可以在類之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。軟件程序的主要步驟和關(guān)鍵技術(shù)：a．在窗口的創(chuàng)建過程中，設(shè)置好顯示的像素格式，并按照OpenGL的要求設(shè)置好窗VI屬性和風(fēng)格。b．首先獲得Windows設(shè)備描述表，然后將其與事先設(shè)置好的OpenGL繪制描述表聯(lián)系起來。c．調(diào)用OpenGL命令進(jìn)行圖形繪制。d．退出OpenGL圖形窗VI時，釋放OpenGL繪制描述表RC和Windows設(shè)備描述表DC。圖2-1軟件程序順序圖建立起OpenGL工作環(huán)境后，基于此環(huán)境建立3D模型。我們基于OpenGL的多種函數(shù)，建立了一種新的算法，這種算法將圖片進(jìn)行轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系、渲染、紋理等操作處理。此算法為：1、建立圓柱坐標(biāo)系下的立體像素：由于LED陣列板旋轉(zhuǎn)起來后形成一個圓柱體，因此，我們在圓柱坐標(biāo)系中建立圓柱形的3D圖像空間。在這個坐標(biāo)系下，每一個點(diǎn)的坐標(biāo)、半徑、水平極角和垂直高度的形式將如圖所示。在本3D顯示系統(tǒng)中，每個公轉(zhuǎn)LED板上轉(zhuǎn)動每分鐘960轉(zhuǎn)。這種快速旋轉(zhuǎn)造成的視覺暫留，使人眼感覺到每個元素對應(yīng)的LED點(diǎn)在同一時間被點(diǎn)亮。最終，這些點(diǎn)將形成一個3D的圖像排列在一個離散的圓柱形狀網(wǎng)格。圖2-2圓柱立體像素格2、渲染算法概述：渲染算法首先是將獲取的圖片經(jīng)過OpenGL的處理，處理后的兩個圖片之間有一個相角，相角的值應(yīng)為觀察者觀察的相位差的整數(shù)倍。并將圖像紋理、灰度等信息進(jìn)行相應(yīng)適于本系統(tǒng)顯示方式的處理。采用7維函數(shù)對空間光場任意的一個光線進(jìn)行處理。即：光線發(fā)光點(diǎn)的三維描述，光線空間角的二維描述，光線顏色的一維描述和光線射出時間的一維描述。渲染部分主要解決的是光線顏色的一維描述和光線空間角的二維描述。使用脈寬調(diào)制的方法，使紅藍(lán)光線有8個灰度，藍(lán)色使用4個灰度。所以整個256色顯示系統(tǒng)。3、全光函數(shù)1991年Adelson等人提出了全光函數(shù)(Plenopticfunction)的概念[14]，該函數(shù)由包含對光線7個維度的描述:P=P(θ,φ,λ,Vx,Vy,Vz,t)，其中(Vx,Vy,Vz)表示觀察點(diǎn)的空間坐標(biāo)，(θ,φ)表示全景畫面上發(fā)光點(diǎn)相對于觀察點(diǎn)的空間角，λ表示全景畫面上發(fā)光點(diǎn)的波長即發(fā)光點(diǎn)的顏色，t表示觀察全景畫面的某一時刻。全光函數(shù)能夠描述對于特定空間觀察點(diǎn)的所有可見圖像的光信息，在圖像的獲取和處理中獲得了廣泛的應(yīng)用。1995年LeonardMcMillan等人將全光函數(shù)用于全景圖像的獲取和處理，并忽略了波長和時間的維度描述，將圖像光場的描述變?yōu)?維全光函數(shù)P=P(θ,φ,λ,Vx,Vy,Vz)圖2-3全景畫面的光場分布圖2-4自由空間中光場分布4、基于OPENGL與CUDA的8路視頻信息采集系統(tǒng)的算法：經(jīng)過8個攝像頭采集回來的圖像，經(jīng)過CUDA的處理加工，同時與OPENGL交互操作，進(jìn)行圖像信息的分割，復(fù)用，彩色信息，像素點(diǎn)等進(jìn)行一系列的整合，處理。之后將圖像信息發(fā)送給上位機(jī)軟件，進(jìn)行下一步的預(yù)處理。附：部分OpenGL源代碼：8路YUV的視頻文件讀取到CPU內(nèi)存當(dāng)中，并拷貝給GPU上的內(nèi)存，在

GPU上進(jìn)行YUV到RGB的轉(zhuǎn)換后，在顯存里調(diào)用合成算法，再將合成后的數(shù)據(jù)拷貝出來，在CPU端窗口上顯示。

#pragma

once

#include

<stdlib.h>

#include

<stdio.h>

#include

<string.h>

#include

<math.h>

#pragma

comment(lib,"glew32.lib")

GLuint

pbo;

//

OpenGL

pixel

buffer

object

GLuint

texid;

//

texture

int

size=0;

int

width=720;

int

height=384;

int

yuv_size=width*height*1.5;

unsigned

char*

yuv_buffer0;

unsigned

char*

yuv_buffer1;

unsigned

char*

yuv_buffer2;

unsigned

char*

yuv_buffer3;

unsigned

char*

yuv_buffer4;

unsigned

char*

yuv_buffer5;

unsigned

char*

yuv_buffer6;

unsigned

char*

yuv_buffer7;

unsigned

char*

big_sample_buffer;八路yuv視頻數(shù)據(jù)按順序拼接成一幅大圖

unsigned

char

*d_in_data;

unsigned

char

*d_out_data;

unsigned

char

*d_combine_out_data;

int

main(

int

argc,

char**

argv)

{

if(!InitCUDA())

{

return

0;

}

void

display()

{

//

execute

filter,

writing

results

to

pbo

CUDA_SAFE_CALL(cudaGLMapBufferObject((void**)&d_combine_out_data,

pbo));

下面兩句調(diào)用kernel函數(shù)，完成后數(shù)據(jù)存放在了d_combine_out_data里。

launch_kernel_yuv2rgb720384(d_in_data,d_out_data);

launch_kernel_combine(d_out_data,d_combine_out_data);

CUDA_SAFE_CALL(cudaGLUnmapBufferObject(pbo));

//

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results

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texture

from

pbo

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1);

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0);

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}

void

idle()

{

glutPostRedisplay();} 圖2-5渲染算法示意圖渲染后的實(shí)際效果見圖2-6圖2-6渲染后效果圖3系統(tǒng)組成3.1電路部分電路部分包括解碼器、視頻放大器、PWM調(diào)速調(diào)相控制器、伺服電機(jī)驅(qū)動器、相位檢測器、LED陣列板、8路視頻采集裝置等組成。3.1.1圖像解碼部分的實(shí)現(xiàn)本機(jī)采用M52307P芯片（見圖3-1）把計(jì)算機(jī)圖形適配器送來的體3D像素信號解碼成供LED播放的視頻流數(shù)據(jù)及行、場同步信號，異步消隱信號，同步刷新信號。M52307P解碼芯片是專門為彩色顯示器設(shè)計(jì)的寬帶預(yù)視放芯片。內(nèi)部含有R、G、B三通道放大器，每個通道都設(shè)有黑電平箝位電路，通過調(diào)節(jié)外元件，可改變放大器的基準(zhǔn)直流電平，用作暗平衡控制。如同步改變RGB三路放大器的基準(zhǔn)直流電平，則可實(shí)現(xiàn)亮度控制。內(nèi)部還設(shè)有對比度控制電路，用來同步改變?nèi)贩糯笃鞯脑鲆?，達(dá)到對比度調(diào)節(jié)的目的。我們把行、場同步信號，異步消隱信號，同步刷新信號分別送至體掃描控制單片機(jī)和行掃描控制單片機(jī)。行掃描控制單片機(jī)負(fù)責(zé)控制LED陣列的縱向刷新率，使其與適配器給出的頻率同步。體掃描單片機(jī)負(fù)責(zé)光柵遮罩桶與適配器給出的刷新頻率同步。時域復(fù)用場分割技術(shù)將各個方向的圖像處理結(jié)果分時疊加在一路RGB信號傳輸通道中，通過分時解碼器依次解出各個方向的圖像，與LED旋轉(zhuǎn)陣列相位檢測器同步后，依次投射出空間各方向圖像，可以使海量數(shù)據(jù)傳送使用模擬方式由簡單的幾顆數(shù)據(jù)傳輸線完成，解決了高速數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)傳輸通道帶寬限制的瓶頸。無需使用復(fù)雜的FPGA陣列及眾多的數(shù)據(jù)總線。圖3-13.1.2視頻放大器視頻放大器可以直接接受計(jì)算機(jī)圖形式配卡（顯示卡）信號，把顯示卡輸出的三路RGB視頻信號放大到足夠的幅度和功率，并使之滿足一定的極性條件然后去驅(qū)動LED。以共射-共基電路為核心組成視放末級，完成視頻信號的功率放大。其中第二級放大是直接驅(qū)動LED的，因此它的重要性也是不言而喻的，它不僅決定了能否重現(xiàn)圖像，同時也決定了圖像顯示的效果。這部分電路除了具有視頻信號的放大以外，還有一些附加功能，如對比度調(diào)節(jié)、自動亮度控制（ABL）、亮度調(diào)節(jié)、白平衡調(diào)節(jié)等。因此在控制器上可直接調(diào)節(jié)顯示屏的對比度、亮度、白平衡等參數(shù)。（見圖3-2）圖3圖3-2視頻放大及驅(qū)動電路3.1.4PWM調(diào)速調(diào)相電機(jī)部分這個系統(tǒng)的基礎(chǔ)組件包含一個PWM調(diào)速調(diào)相模塊、電機(jī)驅(qū)動、控制電路、電源和基本機(jī)械結(jié)構(gòu)。PWM調(diào)速調(diào)相模塊內(nèi)的電機(jī)控制器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動相位和速度。這是一個標(biāo)準(zhǔn)的比例積分微分（PID）控制器的傳遞函數(shù):Gs=這里Kp，Ki，Kd表示比例增益、積分增益和導(dǎo)數(shù)。該控制器采用光柵碼盤輸出信號作為反饋。通過試驗(yàn)對控制器的增益進(jìn)行調(diào)整，直到PID控制器的運(yùn)行令人滿意為止。直流伺服電機(jī)采用瑞士MAXON2260.815型高精度直流伺服電機(jī)，電機(jī)在轉(zhuǎn)速為1200轉(zhuǎn)時提供200W的有功功率。然而，在常規(guī)運(yùn)用中，電機(jī)允許運(yùn)行于不同速度，最高可達(dá)1800轉(zhuǎn)，可進(jìn)一步提高運(yùn)動物體三維圖像的顯示效果。圖3-3電路工作流程圖3.1.4體掃描控制部分的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)為了得到穩(wěn)定的速度而采用速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。1.直流電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)根據(jù)穩(wěn)態(tài)關(guān)系式，可得速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程如下：式中：閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù),它是各環(huán)節(jié)放大系數(shù)的乘積,其中電動機(jī)環(huán)節(jié)的放大系數(shù)為。1/CTm1/CKKR(T1閉環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落。圖3-4體掃描系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型圖由圖可見，將電機(jī)調(diào)速裝置按一階慣性環(huán)節(jié)近似處理后，速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)就是一個三階線性系統(tǒng)。其開環(huán)傳遞函數(shù)為：W當(dāng)I=0，系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：W(S)==式中2.考慮因素在直流電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)中，主要考慮一下幾點(diǎn)：（1）功能：電機(jī)為單向轉(zhuǎn)動，需要調(diào)速?？梢允褂糜?個功率元件（三極管，場效應(yīng)管等開關(guān)元件）組成的H橋電路，實(shí)現(xiàn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速。（2）性能：對于PWM調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動電路，主要有以下性能指標(biāo)。輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅(qū)動多大功率的電機(jī)。（3）效率：高的效率不僅意味著節(jié)省電源，也會減少驅(qū)動電路的發(fā)熱。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通（H橋或推挽電路可能出現(xiàn)的一個問題，即兩個功率器件同時導(dǎo)通使電源短路）入手。（4）對控制輸入端的影響：功率電路對其輸入端應(yīng)有良好的信號隔離，防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實(shí)現(xiàn)隔離。（5）對電源的影響：共態(tài)導(dǎo)通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染；大的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動。（6）可靠性：電機(jī)驅(qū)動電路應(yīng)該盡可能做到，無論加上何種控制信號，何種無源負(fù)載，電路都是安全的。3.三極管-電阻作柵極驅(qū)動（1）輸入與電平轉(zhuǎn)換部分：輸入信號線由SPD引入，1腳是地線，其余是信號線。注意1腳對地連接了一個2K歐的電阻。當(dāng)驅(qū)動板與單片機(jī)分別供電時，這個電阻可以提供信號電流回流的通路。當(dāng)驅(qū)動板與單片機(jī)共用一組電源時，這個電阻可以防止大電流沿著連線流入單片機(jī)主板的地線造成干擾。或者說，相當(dāng)于把驅(qū)動板的地線與單片機(jī)的地線隔開，實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)接地”。高速運(yùn)放KF347（也可以用TL084）的作用是比較器，把輸入邏輯信號同來自指示燈和一個二極管的2.7V基準(zhǔn)電壓比較，轉(zhuǎn)換成接近功率電源電壓幅度的方波信號。KF347的輸入電壓范圍不能接近負(fù)電源電壓，否則會出錯。因此在運(yùn)放輸入端增加了防止電壓范圍溢出的二極管。輸入端的兩個電阻一個用來限流，一個用來在輸入懸空時把輸入端拉到低電平。不能用LM339或其他任何開路輸出的比較器代替運(yùn)放，因?yàn)殚_路輸出的高電平狀態(tài)輸出阻抗在1千歐以上，壓降較大，后面一級的三極管將無法截止。（2）柵極驅(qū)動部分：三極管和電阻，穩(wěn)壓管組成的電路進(jìn)一步放大信號，驅(qū)動場效應(yīng)管的柵極并利用場效應(yīng)管本身的柵極電容（大約1000pF）進(jìn)行延時，防止H橋上下兩臂的場效應(yīng)管同時導(dǎo)通（共態(tài)導(dǎo)通）造成電源短路。當(dāng)運(yùn)放輸出端為低電平（約為1V至2V,不能完全達(dá)到零）時，下面的三極管截止，場效應(yīng)管導(dǎo)通。上面的三極管導(dǎo)通，場效應(yīng)管截止,輸出為高電平。當(dāng)運(yùn)放輸出端為高電平（約為VCC-(1V至2V),不能完全達(dá)到VCC）時，下面的三極管導(dǎo)通，場效應(yīng)管截止。上面的三極管截止，場效應(yīng)管導(dǎo)通,輸出為低電平。上面的分析是靜態(tài)的，下面討論開關(guān)轉(zhuǎn)換的動態(tài)過程：三極管導(dǎo)通電阻遠(yuǎn)小于2千歐，因此三極管由截止轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通時場效應(yīng)管柵極電容上的電荷可以迅速釋放，場效應(yīng)管迅速截止。但是三極管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到截止時場效應(yīng)管柵極通過2千歐電阻充電卻需要一定的時間。相應(yīng)的，場效應(yīng)管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到截止的速度要比由截止轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通的速度快。假如兩個三極管的開關(guān)動作是同時發(fā)生的，這個電路可以讓上下兩臂的場效應(yīng)管先斷后通，消除共態(tài)導(dǎo)通現(xiàn)象。實(shí)際上，運(yùn)放輸出電壓變化需要一定的時間，這段時間內(nèi)運(yùn)放輸出電壓處于正負(fù)電源電壓之間的中間值。這時兩個三極管同時導(dǎo)通，場效應(yīng)管就同時截止了。所以實(shí)際的電路比這種理想情況還要安全一些。場效應(yīng)管柵極的12V穩(wěn)壓二極管用于防止場效應(yīng)管柵極過壓擊穿。一般的場效應(yīng)管柵極的耐壓是18V或20V，直接加上24V電壓將會擊穿，因此這個穩(wěn)壓二極管不能用普通的二極管代替，但是可以用2千歐的電阻代替，同樣能得到12V的分壓。（3）場效應(yīng)管輸出部分：大功率場效應(yīng)管內(nèi)部在源極和漏極之間反向并聯(lián)有二極管，接成H橋使用時，相當(dāng)于輸出端已經(jīng)并聯(lián)了消除電壓尖峰用的四個二極管，因此這里就沒有外接二極管。輸出端并聯(lián)一個小電容(out1和out2之間)對降低電機(jī)產(chǎn)生的尖峰電壓有一定的好處，但是在使用PWM時有產(chǎn)生尖峰電流的副作用，因此容量不宜過大。在使用小功率電機(jī)時這個電容可以略去。如果加上這個電容則一定要用高耐壓的，普通的瓷片電容可能會出現(xiàn)擊穿短路的故障。輸出端并聯(lián)的由電阻、發(fā)光二極管和電容組成指示電機(jī)轉(zhuǎn)動方向的電路。（4）性能指標(biāo)：電源電壓24~36V，最大持續(xù)輸出電流5A/每個電機(jī)，短時間（10秒）可以達(dá)到10A，PWM頻率最高可以用到30KHz(一般用1KHz到10KHz)。電路板包含4個邏輯上獨(dú)立，輸出端兩兩接成H橋的功率放大單元，可以直接用單片機(jī)控制。實(shí)現(xiàn)電機(jī)的雙向轉(zhuǎn)動和調(diào)速。圖3-5PWM電機(jī)調(diào)速調(diào)相機(jī)構(gòu)電原理圖4.邊沿延時驅(qū)動電路在前級邏輯電路里，有意地對控制PMOS的下降沿和控制NMOS的上升沿進(jìn)行延時，再整形成方波，也可以避免場效應(yīng)管的共態(tài)導(dǎo)通。另外，這樣做可以使后級的柵極驅(qū)動電路簡化，可以是低阻推挽驅(qū)動?xùn)艠O，不必考慮柵極電容，可以較好的適應(yīng)不同的場效應(yīng)管。這個柵極驅(qū)動電路由兩級三極管組成：前級提供驅(qū)動場效應(yīng)管柵極所需的正確電壓，后級是一級射極跟隨器，降低輸出阻抗，消除柵極電容的影響。為了保證不共態(tài)導(dǎo)通，輸入的邊沿要比較陡，上述先延時再整形的電路就可以做到。3.1.5電源部分本設(shè)計(jì)電源部分LED陣列驅(qū)動電源，控制電路電源和機(jī)械旋轉(zhuǎn)部分電源。（1）LED陣列驅(qū)動電源在本設(shè)計(jì)中，需要將頻率脈沖寬度和功率進(jìn)行變化，輸出不同的模擬形式的PWMLED陣列驅(qū)動信號，該信號于圖像還原時對LED峰值亮度隨圖像實(shí)時變化。為達(dá)到這樣的技術(shù)要求，就需要一種驅(qū)動電路來實(shí)現(xiàn)這一功能。在實(shí)際的應(yīng)用中成像的性能取決于LED陣列動態(tài)特性，由LED驅(qū)動電源產(chǎn)生的模擬型點(diǎn)脈沖PWM直接調(diào)制的。因此，模擬型脈寬調(diào)制（Analogpulse—widthmodulator，PWM）驅(qū)動電源的設(shè)計(jì)是LED陣列影像還原技術(shù)中的一項(xiàng)極其關(guān)鍵的技術(shù)。該電源設(shè)計(jì)的技術(shù)難點(diǎn)在于：一方面，模擬型點(diǎn)脈沖PWM直接調(diào)制LED陣列的激勵調(diào)制電流很大，即使是峰值功率為50mw的LED單體，瞬間峰值電流要達(dá)到185mA，若直接使用較大功率的開關(guān)驅(qū)到功率MOS管時其體積、成本都將較難控制在一個較為合適的范圍內(nèi)，所以有必要利用能量壓縮技術(shù)，即把瞬時功率較小的能量通過一定時間（相對較長）存儲在儲能元件中，在適當(dāng)時刻瞬時（相對較短的時間內(nèi)）放出。另一方面：在LED用于影像還原的應(yīng)用場合，LED的照度隨圖像的細(xì)節(jié)部分的變化而實(shí)時變化，因而需要對LED陣列進(jìn)行調(diào)制，LED單元對電壓是很敏感的，對調(diào)制脈沖的寬度和上升沿要求非常高。然而，在實(shí)際產(chǎn)生窄脈沖大電流的電路中，脈寬和上升沿主要受開關(guān)器件速度和電路寄生參數(shù)（在較高頻條件下特別寄生電感的影響尤其嚴(yán)重）的限制。針對這些難點(diǎn)，我們設(shè)計(jì)出了模擬型PWM調(diào)制式脈沖驅(qū)動電路。通過電阻，電容及二極管給多頻振蕩器提供震蕩信號，通過PWM信號源可以改變充電時間的長短來改變脈沖信號的寬度；又能給多頻振蕩器提供振蕩信號來控制輸出脈沖信號的頻率，通過FM信號源的變化來控制輸出脈沖的頻率大小。兩個多頻振蕩器的輸出可以相互控制。這時的輸出信號峰值功率很小，不足以驅(qū)到LED,必須用后面的擴(kuò)流電路增大輸出電流。經(jīng)過兩個高速的開關(guān)管，一個為大功率的雙MOS芯片，分別控制大功率MOS開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)對儲能電容的放電控制，通過采用高速的開關(guān)管來對后級的高功率雙MOS管進(jìn)行驅(qū)動，這樣可以使得儲能電容上的電荷在幾十個納秒內(nèi)進(jìn)行迅速釋放，從而能夠產(chǎn)生上升沿為納秒級的脈沖信號，這樣就可以解決LED脈沖電流的產(chǎn)生，很好的解決了LED顯示的驅(qū)動問題。圖3-6窄脈沖信號發(fā)生器（2）控制部分電路電源數(shù)字部分電路對于電源的波紋要求較低，可采用開關(guān)電源電路，借此降低體積、重量及成本。視頻放大部分對電源的內(nèi)阻、紋波系數(shù)等要求較高，應(yīng)使用線性穩(wěn)壓電源來供給。可采用78xx、79xx、LM338等通用穩(wěn)壓器簡化電路。4.系統(tǒng)特征與功能4.1基于時域復(fù)用場分割技術(shù)與旋轉(zhuǎn)LED陣列成像方法的準(zhǔn)靜態(tài)旋轉(zhuǎn)式體3D顯示系統(tǒng)特點(diǎn)1、顯示立體內(nèi)容：立體顯示器顯示三位立體影像，還原真實(shí)再現(xiàn)。2、裸眼：無需借助任何輔助設(shè)備即可觀看三位立體影像效果。3、多視點(diǎn):水平觀看角度達(dá)到120度。4、高亮度:與當(dāng)前世界3D顯示器個廠商產(chǎn)品相比較，有更高的亮度，對環(huán)境光線沒有任何要求條件，適合各個場所的立體顯示。5、高清晰：專門算法能有效去除摩爾紋，雙眼沒有障礙的接收視頻圖像，如身臨其境。6、大縱深：視覺縱深能達(dá)到±0.25米。7、便攜：隨時隨地體驗(yàn)立體效果。8、應(yīng)用廣泛：適用于所有用戶形象展示的場所，效果震撼。4.2旋轉(zhuǎn)LED體3D顯示器的功能本裝置無需任何輔助設(shè)備，裸眼即可觀看；能夠提供逼真的立體效果，色彩鮮艷，視覺沖擊力十分強(qiáng)大，帶給人震撼的視覺盛宴。觀眾可在5米內(nèi)以360°的角度觀看，充分展現(xiàn)了3D顯示的立體顯示效果。5.系統(tǒng)的應(yīng)用情況及測量數(shù)據(jù)（實(shí)測）該3D顯示裝置的主體部分為：實(shí)時圖像采集單元、旋轉(zhuǎn)LED陣列、光柵遮罩桶、PWM調(diào)速調(diào)相控制器、直流伺服電機(jī)、控制軟件、控制計(jì)算機(jī)、電源部分。最主要的是電腦處理后的圖像應(yīng)與旋轉(zhuǎn)LED陣列板及光柵遮罩桶的相位相對應(yīng)符合。預(yù)期在試制成功的顯示裝置上，該系統(tǒng)可達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)：1.顯示效果：立體效果逼真、色彩鮮艷、視覺沖擊力強(qiáng)大；2.觀看要求：無需任何輔助設(shè)備，裸眼即可觀看；3.觀看范圍：觀眾可在5米內(nèi)以360°的角度觀看；4.體像素：980×105.每楨像素：160×120；6.刷新率：24Hz-60Hz；7.接口類型：VGA/DVI；8.供電要求：165-285VAC，47-63Hz，400W；9.使用環(huán)境：10℃-35℃，相對濕度15%-85實(shí)際效果如圖5-1：圖5-1實(shí)際效果圖6.系統(tǒng)開發(fā)意義進(jìn)入21世紀(jì)，3D顯示已成為當(dāng)今世界成像技術(shù)的一個新的發(fā)展趨勢。每當(dāng)人們體驗(yàn)過“身臨其境”的感覺后，突如其來的卻是頭暈?zāi)垦?，令人深感不安。我們暫且不考慮3D眼鏡給消費(fèi)者所帶來的成本，對于近視的觀眾來說，在近視鏡上再加上一副3D眼鏡，無疑又給已經(jīng)疲勞的雙眼增加了更重的負(fù)擔(dān)，讓眼睛實(shí)時處于高度緊張之中。而基于時域復(fù)用場分割技術(shù)與旋轉(zhuǎn)LED陣列成像方法的準(zhǔn)靜態(tài)旋轉(zhuǎn)式體3D顯示系統(tǒng)是利用人眼的視覺暫留效果，通過雙閉環(huán)PWM調(diào)速機(jī)構(gòu)使LED顯示陣列圍繞中心旋轉(zhuǎn)，以獲得具有空間深度信息的全方位立體影像的技術(shù)。在技術(shù)上，這與目前現(xiàn)有的3D顯示技術(shù)完全不同，準(zhǔn)靜態(tài)旋轉(zhuǎn)式體3D顯示系統(tǒng)著眼于具有深度的裸眼顯示技術(shù)，而非快門式3D顯示系統(tǒng)或偏振式3D顯示系統(tǒng)那樣，利用光學(xué)視差形式成像技術(shù)?？萍嫉谋举|(zhì)就是把最美好的東西帶給人類，并使之更容易、更簡單、更便捷，因此，裸眼3D是未來顯示技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。本體3D顯示系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域分析：（1）在科學(xué)研究領(lǐng)域：為各學(xué)科提供了新的空間顯示技術(shù)。利用體3D顯示器，科研人員可獲得蛋白質(zhì)、DNA及各種微觀結(jié)構(gòu)的直觀圖像;可對大氣、海洋及地表地層數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模顯示，可作為空氣動力學(xué)、氣象學(xué)、天文學(xué)等學(xué)科研究的輔助工具，還可利用所開發(fā)的交互式軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程工程控制。（2）在醫(yī)療、軍事領(lǐng)域：在醫(yī)療方面，體3D顯示器將用于手術(shù)模擬、培訓(xùn)等方面。在軍事方面，將用于模擬訓(xùn)練、衛(wèi)星成像、戰(zhàn)術(shù)分析等。（3）在工業(yè)及建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域：體3D顯示器可幫助設(shè)計(jì)師在三維空間內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)或展示他們的設(shè)計(jì)，而不必花費(fèi)時間制造昂貴的模型，大大降低了開發(fā)的成本。（4）在廣告及景觀展示方面：進(jìn)行產(chǎn)品宣傳，會議室、接待廳演示等。利用其出色的立體顯示技術(shù)，可將需要展示的內(nèi)容真實(shí)、直觀、清晰、自由地展現(xiàn)在觀眾面前，逼真的立體效果可以大大加深觀眾對所展示內(nèi)容的印象。（5）在娛樂行業(yè)：使用體3D顯示器，不需再配帶其他任何輔助設(shè)備。可輕松進(jìn)行立體游戲、觀賞360°的旋轉(zhuǎn)視角的立體影片及動畫，為使用者帶來超完美的視覺享受。綜上分析，基于時域復(fù)用場分割技術(shù)與LED旋轉(zhuǎn)陣列的真實(shí)立體影像顯示系統(tǒng)將應(yīng)用于各個領(lǐng)域，具有極其深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景與發(fā)展空間，是一項(xiàng)意義重大的研究項(xiàng)目。該系統(tǒng)以其色域?qū)拸V、亮度高、飽和度高以及可以更真實(shí)再現(xiàn)自然界多姿多彩的顏色世界等優(yōu)點(diǎn)，在顯示技術(shù)革命中成為人們研究的熱點(diǎn)。在國內(nèi)外均具有廣泛的適用性和推廣價(jià)值。針對于目前3d立體裸眼顯示市場尚且不夠成熟，并沒有一種成熟的，集各種優(yōu)點(diǎn)于一身的技術(shù)被人們廣泛應(yīng)用。而本裝置恰好能夠解決這一問題。我們課題組研制的“基于時域復(fù)用場分割技術(shù)與旋轉(zhuǎn)LED陣列成像方法的準(zhǔn)靜態(tài)旋轉(zhuǎn)式體3D顯示系統(tǒng)”以眾多學(xué)科為理論基礎(chǔ)，所涉及的范圍極為廣泛。該項(xiàng)技術(shù)把許多經(jīng)典的理論體系作為自己的理論基礎(chǔ)，同時又使自己成為一系列新興學(xué)科的理論基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，光學(xué)領(lǐng)域，自動控制領(lǐng)域?qū)⑹且淮未竽懙膰L試和革命性的突破，該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)將加速高端顯示技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，具有廣闊的發(fā)展前景和無限的發(fā)展空間。我相信，隨著技術(shù)和成本等的不斷進(jìn)步，3D技術(shù)必將發(fā)揮它的強(qiáng)大優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)廣闊應(yīng)用。7.國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r21世紀(jì)，歐盟、美國、日本、俄羅斯、德國的立體視頻研究項(xiàng)目陸續(xù)啟動，引發(fā)了世界各國在立體顯示技術(shù)領(lǐng)域新一輪的角逐。美國和德國在真三維立體顯示技術(shù)特別是球狀顯示技術(shù)上都取得了相當(dāng)?shù)某晒?。耶魯大學(xué)和麻省理工學(xué)院等高等院校一直在進(jìn)行相應(yīng)的研究，并提出了相應(yīng)的原型化系統(tǒng)。美國幾家公司也提出了自己的原型化的系統(tǒng)，如GENEX,ACTUALITY-SYSTEM等，均采用了球狀立體顯示系統(tǒng)。同時日本SONY公司也7月25日在洛杉磯國際會議中心「SIGGRAPH2010」上展示360度立體顯示RayModeler。圖7-1索尼RayModeler（3D顯示系統(tǒng)）美國宇航局NASA也非常支持三維立體顯示器技術(shù)的研究，它同GENEX在內(nèi)的多家美國公司和作，致力于將具有真實(shí)物理深度和全景觀察的立體顯示技術(shù)應(yīng)用于航天航空和地球科學(xué)研究。美國海軍NAVY和SPAWAR系統(tǒng)中心也做了相應(yīng)研究和開發(fā)[7]。圖7-2Perspecta1.9（3D顯示器系統(tǒng)）德國研發(fā)的分離式（Parallax）三維顯示專利技術(shù)，通過一個轉(zhuǎn)換芯片，將普通視頻中的一個圖形拆解成6個視圖，并以不同的方向分別投射在同一個裝有特制濾光鏡的LCD顯示器上，最終合成一個可以直接用肉眼感覺的三維視圖。受眾不需要任何輔助就能感受到真正的三維幻境。日本已成立了“3D聯(lián)盟”，以顯示器廠商為主，聯(lián)合硬件制造商、軟件開發(fā)商等70多家公司共同研發(fā)3D顯示技術(shù)的產(chǎn)品和應(yīng)用；韓國政府則提出了“2010年3D視覺”政策，計(jì)劃到2010年，實(shí)現(xiàn)大多數(shù)顯示產(chǎn)品和記錄設(shè)備與3D立體格式的轉(zhuǎn)換。TCL推出了全球首款商用3D立體電視，這款立體電視采用了視點(diǎn)合成專利算法，并兼容播放三維畫面，用戶可從8個角度獲得不同的圖像，也是裸眼觀看設(shè)備。目前，國內(nèi)外四種比較成熟3D顯示技術(shù)：1、彩色立體三維，在市場上推出時間最長，原理也最為簡單，而成本最低的技術(shù)就要數(shù)彩色立體三維技術(shù)。這種技術(shù)的原理比較簡單，通過物理學(xué)原理，使用不同顏色的濾光片進(jìn)行畫面濾光，使得一個圖片能產(chǎn)生出兩幅圖像，最常見的濾光片顏色通常是紅/藍(lán)，紅/綠，或者紅/青。2、偏振三維，與彩色立體三維技術(shù)相比，偏振三維技術(shù)在立體影像的畫質(zhì)方面提升非常明顯。通過兩臺投影機(jī)以及兩塊偏光鏡片加上立體眼鏡的組合來實(shí)現(xiàn)3D效果。同時偏光眼鏡的成本也相對低廉，最低幾十元就能購買到。當(dāng)然這類技術(shù)也有弊端，需要兩臺投影機(jī)，成本增加.3、立體三維，立體三維技術(shù)應(yīng)該是目前我們最常見的一種3D投影技術(shù)了。因?yàn)閹缀跄壳八械?D影院都是采用的這種設(shè)備，大家在影院中看到的《阿凡達(dá)》《豚鼠特工隊(duì)》等電影幾乎都是這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。立體三維技術(shù)主要是采用了幀序列的形式來產(chǎn)生立體圖像的。立體三維技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要三個要素，首先投影畫面的刷新率需要達(dá)到每秒120幀，其次需要一個紅外信號發(fā)射器，另外就是需要一個可以接收紅外信號的3D立體眼鏡。4、DLPLink技術(shù)，它是美國德州儀器在09年上半年發(fā)布的最新3D投影技術(shù)。它主要是在立體三維技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善實(shí)現(xiàn)的。DLPLink技術(shù)的原理與立體三維技術(shù)大致相同，唯一的區(qū)別是3D信號的傳輸不是由紅外裝置，而是通過DLP投影機(jī)中的DMD芯片的閉合來控制3D信號的傳輸?；跁r域復(fù)用場分割技術(shù)與LED旋轉(zhuǎn)陣列的真實(shí)立體影像顯示系統(tǒng)利用人眼的視覺暫留效果，通過雙閉環(huán)PWM調(diào)速機(jī)構(gòu)使LED顯示陣列圍繞中心旋轉(zhuǎn)，以獲得具有空間深度信息的全方位立體影像的技術(shù)。技術(shù)上，這與目前現(xiàn)有的3D顯示技術(shù)不同，前者著眼于有深度的裸眼顯示技術(shù)，而非快門式或者偏振式3D顯示系統(tǒng)那樣用光學(xué)視差的形式成像。真實(shí)的世界是立體的，為了展現(xiàn)這個多維的世界，無論是軟件內(nèi)容提供方，還是硬件設(shè)備制造者，都在為打破傳統(tǒng)的2D圖像，在3D顯示領(lǐng)域不斷努力，如最近越來越火爆的3D電影、NVIDIA的3DStereo技術(shù)等。但是早期不論是電影院中的大屏幕，還是來使用顯示器作為顯示設(shè)備，人們都需要佩戴特制的專用眼鏡才能看到立體效果，這在實(shí)際應(yīng)用中難免有些局限。因此隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，一些廠商推出了不需要佩戴3D眼鏡，就能夠觀察到立體畫面的顯示設(shè)備，它將成為顯示器未來發(fā)展的趨勢。市場的巨大需求空間與產(chǎn)品過高的設(shè)計(jì)開發(fā)成本之間的巨大反差，制約了此類產(chǎn)品的發(fā)展，因此，研制開發(fā)出成本更低，效果更好的3D顯示系統(tǒng)，勢必會在社會中占據(jù)有利的競爭優(yōu)勢，同時帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。就目前國內(nèi)發(fā)展來看，研制出此產(chǎn)品將給我國經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展帶來一個新的飛躍。8結(jié)束語曾幾何時，漆黑夜色下照亮家門的只是那一抹星辰；曾幾何時，蒼翠山林上掠過的只是那迅捷的飛鳥；曾幾何時，浩瀚大洋中漂泊的只是那一葉扁舟；曾幾何時，科學(xué)技術(shù)只是普通人眼中瘋子們自娛自樂的把戲。滄海桑田間，科技卻如春雨走入了我們的生活，潤物無聲。從皮影戲說書人活靈活現(xiàn)的敘述到水墨動畫沁人心脾的畫卷；從兒時翻頁小人畫的天真無邪到少林寺的萬人空巷，從雨后春筍般投入市場的商業(yè)電影到3D電影的一鳴驚人，顯示技術(shù)的發(fā)展緊緊跟隨著人類的想象力，未曾失落一步。雖然3D顯示技術(shù)還存在一些急需解決的問題，但是從源源不斷推出的新品，我們可以看到顯示技術(shù)從戴眼鏡的3D到裸眼3D的飛越已經(jīng)越來越近。只要我們一同奮戰(zhàn)在科學(xué)這片土地上，裸眼3D顯示定能似黎明的第一縷曙光，照亮人類全新的篇章。天邊云開日，噴薄紅日初！9參考文獻(xiàn)1．B.G.Blundell,A.J.S.,Volumetricthree-dimensionaldisplaysystems.NewYork:JohnWiley&Sons,Inc.[J]2000．2．Favalora,G.E.,Volumetric3Ddisplaysandapplicationinfrastructure.Computer[J]2005(38),37-44．3．Refai,H.H.S.,B.Sluss,J.J.,3DVisualizationofMedicalImagingUsingStaticVolumetricDisplay-CSpace(R).MedicalImaging2010:Visualization,Image-GuidedProcedures,andModeling[J]2010(7625),76251M．4．Ma,G.J.andY.S.Zhang.WatershedSegmentation-Based3DVolumetricDataMeasurementandVolumeRendering.ProceedingsInternationalSymposiumonImageAnalysisandSignalProcessing270-273.Medicalof2010[J]2010．5．Jones,A.M.,I.Yamada,H.Bolas,M.Debevec,P，Renderingforaninteractive3600lightfielddisplay.AcmTransactionsonGraphics[J]2007(26)–．6．Endo,T.K.,Y.Honda,T.Sato,M.,Cylindrical3-Dvideodisplayobservablefromalldirections.EighthPacificConferenceonComputerGraphicsandApplications,Proceedings[J]2000,300-306．7．Yendo,T.F.,T.Tanimoto,M.Tehrani,M.P.TheSeelinder:Cylindrical3Ddisplayviewablefrom360degrees.JournalofVisualCommunicationandImageRepresentation[J]2010(21),586-594．8．SusumuTachi,T.E.N.K.,3DImageDisplayMethod.Pub.No.:US2008/0043014A1.Pub.[J]Date:Feb.21，2008．9．Berlin.,E.P.,Three-dimensionaldisplay.U.S.Patent4160973[J]1979．10．Favalora,G.E.N.,J.Hall,D.M.Dorval,R.K.Giovinco,M.G.Richmond,M.J.Chun,W.S.,100Million-voxelvolumetricdisplay.CockpitDisplaysIx:DisplaysforDefenseApplications[J]2002(4712),300-312．11．OliverS.Cossairt,J.N.,Radialmultiviewthree-dimensionaldisplays.Pub.No.:US2005/0180007Al.Pub.Date:[J]Aug.18,2005．12．Chun,W.S.N.,J.Cossairt,O.S.Dorval,R.K.Hall,D.M.Purtell,T.J.Schooler,J.F.Banker,Y.Favalora,G.E.,Spatial3-Dinfrastructure:Display-independentsoftwareframework,high-speedrenderingelectronics,andseveralnewdisplays.StereoscopicDisplaysandVirtualRealitySystemsXII[J]2005(5664),302-312．13．Favalora,G.E.,Volumetric3DdisplaysandapplicationinfrastructureComputer[J]2005(38),37-+．14．Adelson,E.H.,J.R.Bergen.Th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