基於stm32f4的三維旋轉顯示平臺

2020-11-24 電子產品世界

　　現實的世界是一個擁有寬度、高度和深度的三維立體世界。在平面二維顯示技術已經成熟的今天，三維立體顯示技術首當其衝的成為了當今顯示技術領域的研究熱點。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201609/296520.htm

　　本作品搭建了基於stm32f4的三維旋轉顯示平臺，它的顯示原理屬於三維顯示中的體三維顯示一類。它是通過適當方式來激勵位於透明顯示體內的物質，利用可見輻射光的產生三維體像素。當體積內許多方位的物質都被激勵後，便能形成由許多分散的體像素在三維空間內構成三維圖像。

　　體三維顯示又稱為真三維顯示，因為他所呈現的圖像在真實的三維空間中，展示一個最接近真實物體的立體畫面，可同時允許多人，多角度裸眼觀看場景，無序任何輔助眼鏡。

　　本作品的特點在於，利用stm32f4的浮點運算能力，實現了低成本的體三維顯示數據的生產，並利用類似分布式處理的系統結構，滿足了體三維顯示所需要的巨大數據吞吐量，等效吞吐量可達約300Mb/s

　　1.系統方案

　　眾所周知人眼在接收被觀察物體的信息時，攜帶物體信息的光信號通過人眼細胞及神經傳入大腦神經，光的作用時間只是一個很短暫的時間段，當光的作用時間結束後，視覺影像並不會立即消失，這種殘留的視覺稱「後像」，視覺的這一現象則被稱為「視覺暫留」( duration of vision)物體在快速運動時, 當人眼所看到的影像消失後，人眼仍能繼續保留其影像0.1---0.4秒左右的圖像。在空間立體物體離散化的基礎上，再利用人眼視覺暫留效應，基於LED陣列的「三維體掃描」立體顯示系統便實現了立體顯示效果。如圖1所示，以顯示一個空心的邊長為單位1的正方體為例。LED顯示陣列組成的二維顯示屏即為正方體每個離散平面的顯示載體，LED顯示屏上的被點亮的LED即為正方體的平面離散像素。我們將該LED顯示平面置於軸對稱的角度機械掃描架構內，在嚴格機電同步的立體柱空間內進行各離散像素的尋址、賦值和激勵，由於機械掃描速度足夠快，便在人眼視覺上形成一個完整的正方體圖像。圖1(a)所示為立方體0度平面二維切片圖，圖1(b)所示為立方體45度平面二維切片圖，圖1(c)所示為立方體135度平面二維切片圖，圖1(d)所示為立方體180度平面二維切片圖，圖1(e)所示為觀看者觀察到的完整立方體顯示效果。

　　

 

　　圖1

　　系統方案如圖2所示，整個系統由四個模塊組成，其中數據獲取單元主要由在PC上的上位機完成，利用3D-Max，OpenCV，OpenGL，將三維建模數據轉化成三維矢量表述文件，傳給由STM32F4 Discovery開發板構成的控制單元，利用其上的角度傳感器，結合wifi模塊或乙太網模塊通過電力線模式傳給LED旋轉屏單元，其中的STM32F4負責將ASE文件解析成LED顯示陣列所需的點雲數據流，通過串行總線傳輸給由FPGA驅動的LED顯示陣列，通過LED刷新速率與機械單元旋轉速率相匹配，從而實現體三維顯示的效果。

　　

 

　　圖2

　　2.系統硬體設計

　　系統的機械部分如圖3所示，顯示面板的硬體結構如圖4，圖5所示。本系統的底部是直流電機和碳刷，直流電機主要負責帶動上層的顯示屏幕高速旋轉，而碳刷則負責傳遞能量和通信信號。在顯示屏幕的正面是由96*128構成的三色LED點陣，FPGA的PWM信號通過驅動晶片控制三色LED從而實現真彩顯示。在屏幕背面由多塊STM32F4，SD卡，FIFO構成，主要負責解析由控制單元傳過來的ASE文件，並實時生成體三維顯示數據，並傳給LED燈板的驅動FPGA，並通過其實現最終的圖像顯示。

　　

 

　　圖3

　　

 

　　圖4

　　

 

　　圖5

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