专利名称：裸眼三维显示系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种显示系统，尤其涉及一种裸眼三维显示系统。该显示系统用来直接显示真三维图像。可广泛用作灯饰产品、广告显示器和教学用具等领域。
背景技术：
无论在日常生活中还是在科学研究上，三维显示永远具有强烈的吸引力，三维显示技术早在150年前就开始受到关注，目前电子三维显示技术结合计算机技术已经迅速蓬勃地发展起来。由于电子三维显示技术与标准的视频系统及多媒体计算机系统兼容，因而在立体电视、电子游戏、各种科学三维目视观察、医疗成像、摄影测绘、航空飞行训练、分子模拟研究、建筑设计显示和各种计算机辅助设计上获得了广泛的应用。众所周知，现实世界是一个立体空间，由于物体都存在三维尺寸和空间位置关系， 因此只有立体显示器才能够真实的重现客观世界的景象，即表现出图像的深度感、层次感、 真实感以及图像的现实分布状况。三维显示是把物体的三维信息或数据进行记录、处理和再现的过程，人们熟悉的立体电影就是一种三维显示技术。目前，最常见的三维显示方式是采用二维的计算机屏幕来显示旋转的2D图像，从而表现3D效果的，然而这种表示方式没有真正的立体感，这种显示技术是基于传统的计算机图形学和图像处理技术的。三维显示技术可以分为立体镜技术、自动立体镜技术、全息技术、真三维显示技术。真三维显示技术是当今国际信息电子产业的最前沿研究方向之一。自从20世纪 40年代以来，人们就提出关于真三维显示技术的各种解决方案，20世纪90年代，由于激光、 电子、计算机等技术的迅速发展，许多国家开始活跃在真三维显示技术的相关研究工作中， 并获得相当大的进展。但目前在各种学科三维目视观察三维图像时，一般需借助辅助设备进行观察或通过采用二维的计算机显示屏显示旋转的2D图像来表现3D效果，然而上述显示方式没有真正的立体感，也不可能从多个角度观察三维物体。
发明内容
本发明为了解决目前在各种学科三维目视观察三维图像时，一般需借助辅助设备进行观察或通过采用二维的计算机显示屏显示旋转的2D图像来表现3D效果，使其显示没有真正的立体感，也不能从多个角度观察三维物体的技术问题，提供了裸眼三维显示系统， 该系统主要由显示器、机电控制模块、显示驱动模块和计算机组成；显示器采用可旋转的 LED点阵屏，以设定的速度旋转，屏幕转至每个位置显示不同的图像切片，由于视觉暂留，将图像切片快速连续在三维空间显示，形成具有立体感的三维图像；该显示系统的实现步骤如下1)将被显示的三维物体用圆柱坐标系进行三维立体空间描述，按直径方向沿不同角度得到截面图像；2)旋转LED点阵屏绕电机转轴转动，其上的每个像素点都可以用圆柱坐标系进行三维立体空间描述从而与现实中所要显示的三维物体相对应；3)通过电动机带动LED点阵屏旋转，及通过位置传感器得到LED点阵屏( 旋转的角度位置信息；4)由机电控制模块的电动机驱动电路接收单片机的控制信号，用于对电动机的转速和位置进行精确控制，由单片机将角度传感器的信号进行编码并传输给电机驱动电路用于对电动机进行反馈控制；5)由显示驱动模块的显示器驱动电路驱动LED点阵屏上的像素点，由微处理器控制每个像素点的亮度和色彩；6)由计算机向裸眼三维显示系统输入用户想要实时显示的控制和图形显示信号。本发明的特点及有益效果裸眼三维显示系统是基于真三维显示技术的一种显示器，该显示器是一个平面LED屏，工作时由电机带动旋转从而形成一段圆柱形三维空间区域，所有的三维像素点分布在该真实三维空间中，可产生就像“漂浮”在三维空间中的具有真实物理深度的真三维图像，观察者无需借助特殊眼镜或其他辅助装置便能感受到逼真的三维空间关系。该显示系统即可以按固定的程序显示图像，也可以与计算机相连用以显示用户想要实时显示的图像。裸眼三维显示系统的透明罩采用透明度较好的高强度塑料，起到防摔和防止旋转部件掉落、飞溅及发生危险。通过采用以上三维显示系统可以使被显示图像栩栩如生，向观察者提供了完备的心理和生理的三维感知信息，为理解三维图像和其中物体之间的空间关系提供了独特的手段，具有极高的商用价值。
图1本发明的功能模块结构示意2是LED点阵屏立体显示系统示意3是底座内部结构及控制部分示意4-图4 (a)本发明的电路原理图
具体实施例方式参看图1-图3，裸眼三维显示系统，它包括底座、显示器和计算机，所述显示器是将像素LED密集地安装在可旋转的LED点阵屏2上，所述LED点阵屏2与固定在底座3上的旋转轴传动连接，并通过由电动机及位置传感器5组成的机电控制模块7驱动控制；同时所述LED点阵屏2与由驱动电路和微控制器组成的显示驱动模块6控制连接；并由所述计算机4向裸眼三维显示系统输入用户想要实时显示的控制和图形显示信号。该显示系统具体实现步骤如下1)将被显示的三维物体用圆柱坐标系进行三维立体空间描述，按直径方向沿不同角度得到截面图像；2)旋转LED点阵屏2绕电机转轴转动，其上的每个像素点都可以用圆柱坐标系进行三维立体空间描述从而与现实中所要显示的三维物体相对应；
3)通过电动机带动LED点阵屏2旋转，及通过位置传感器得到LED点阵屏2旋转的角度位置信息；4)由机电控制模块7的电动机驱动电路接收单片机的控制信号，用于对电动机的转速和位置进行精确控制，由单片机将角度传感器的信号进行编码并传输给电机驱动电路用于对电动机进行反馈控制；5)由显示驱动模块6的显示器驱动电路驱动LED点阵屏2上的像素点，由微处理器控制每个像素点的亮度和色彩；6)由计算机4向裸眼三维显示系统输入用户想要实时显示的控制和图形显示信号。在所述底座3上设有显示器透明罩1 ；所述位置传感器为角度传感器。实施例本发明主要由5部分组成旋转LED点阵屏2选用市售成品，其行列大小按裸眼三维显示系统的要求而定、电动机及位置传感器5选用自成一体的直流伺服电机、机电控制模块7选用LMD18200单极性电机驱动芯片、显示驱动模块6选用AS1130LED驱动芯片，每个ASl 130可驱动132个LED其个数依据LED个数选择、计算机4及接口电路。其中旋转LED点阵屏2是将像素LED密集地安装在可旋转的平板上得到的；电动机及位置传感器5是由电动机以及角度传感器组成。机电控制模块主要由电动机驱动电路以及51单片机组成，用以驱动电动机转动。显示驱动模块主要由显示器驱动电路和微控制器组成。计算机主要用来向裸眼三维显示系统输入用户想要实时显示的控制和图形显示信号。该显示系统具体实现步骤如下1)将被显示的三维物体用圆柱坐标系进行三维立体空间描述，按直径方向沿不同角度得到截面图像；2)旋转LED点阵屏2绕电机转轴转动，其上的每个像素点都可以用圆柱坐标系进行三维立体空间描述从而与现实中所要显示的三维物体相对应；3)通过电动机带动LED点阵屏2旋转，及通过位置传感器得到LED点阵屏2旋转的位置(角度)信息；4)机电控制模块7主要由电动机驱动电路以及单片机系统构成，由电动机驱动电路接收单片机的控制信号，用于对电动机的转速和位置进行精确控制，单片机为51单片机系统，用于将角度传感器的信号进行编码并传输给电机驱动电路用于对电动机进行反馈控制；5)由显示驱动模块6的显示器驱动电路驱动LED点阵屏2上的像素点，由微处理器控制每个像素点的亮度和色彩；6)由计算机4向裸眼三维显示系统输入用户想要实时显示的控制和图形显示信号。7)透明罩1为透明度较好的高强度塑料，起到防摔和防止旋转部件掉落飞溅产生危险。参看图4-图4(a)，本发明中各部分是通过下面描述的各元器件的连接关系及电路原理来具体实现的。旋转LED点阵屏由ASl 130 LED驱动芯片驱动，每个ASl 130可驱动132个LED，LED 驱动芯片个数依据LED个数选择。AS1130LED驱动芯片集成度很高，电路连接相对简单，只需将其图形数据输入端与单片机的串行输出端P3. 1相连即可。电动机及位置传感器5选用自成一体的直流伺服电机，其增量式光电编码器连接在单片机的P2. 6和P2. 7端，用来接受LED屏的转角信号进行反馈控制。机电控制模块7选用LMD18200单极性电机驱动芯片， 电机转向由P0. 0端口控制，转速由P0. 1端口用PWM脉宽调制控制。电源用220V交流电， 通过降压器降压、H桥电路整流和7805等辅助元器件和电路为整个系统提供所需的电压。 用Max232组成的电平转换电路构成接口电路，实现计算机4与单片机的通讯。该显示系统的真三维显示图像的每个三维像素点位于物理空间中的真实位置，每个像素点的亮度和色彩可控，像素之间的相对空间位置关系被真实地体现在三维显示系统中，从而组成真正意义上的三维空间图像，具有真实物理深度。显示器的LED点阵屏2可以用来直接显示三维图像，观察者不需要借助任何辅助设备，就可以从多个角度观察三维物体。如果不想用计算机来输入实时控制和图形显示信号，则可将一些固定的图形显示程序烧录到显示驱动模块的微控制器中，这时裸眼三维显示系统就只显示该图形显示程序中的图形了，而不需与计算机相连接。
权利要求
1.裸眼三维显示系统，该系统主要由显示器、机电控制模块、显示驱动模块和计算机组成；显示器采用可旋转的LED点阵屏，以设定的速度旋转，屏幕转至每个位置显示不同的图像切片，由于视觉暂留，将图像切片快速连续在三维空间显示，形成具有立体感的三维图像；该显示系统的实现步骤如下1)将被显示的三维物体用圆柱坐标系进行三维立体空间描述，按直径方向沿不同角度得到截面图像；2)旋转LED点阵屏( 绕电机转轴转动，其上的每个像素点都可以用圆柱坐标系进行三维立体空间描述从而与现实中所要显示的三维物体相对应；3)通过电动机带动LED点阵屏( 旋转，及通过位置传感器( 得到LED点阵屏(2) 旋转的角度位置信息；4)由机电控制模块(7)的电动机驱动电路接收单片机的控制信号，用于对电动机的转速和位置进行精确控制，由单片机将角度传感器的信号进行编码并传输给电机驱动电路用于对电动机进行反馈控制；5)由显示驱动模块(6)的显示器驱动电路驱动LED点阵屏( 上的像素点，由微处理器控制每个像素点的亮度和色彩；6)由计算机⑷向裸眼三维显示系统输入用户想要实时显示的控制和图形显示信号。
2.根据权利要求1所述的裸眼三维显示系统，其特征在于所述显示器是将像素LED 密集地安装在可旋转的LED点阵屏(2)上，并与固定在底座(3)上的旋转轴传动连接，通过由电动机及位置传感器( 组成的机电控制模块(7)驱动控制；同时所述LED点阵屏(2) 与由显示器驱动电路和微控制器组成的显示驱动模块(6)控制连接；并由所述计算机⑷ 向裸眼三维显示系统输入用户想要实时显示的控制和图形显示信号。
3.根据权利要求2所述的裸眼三维显示系统，其特征在于在所述底座(3)设有显示器透明罩(1)。
4.根据权利要求1所述的裸眼三维显示系统，其特征在于所述位置传感器为角度传感器。
全文摘要
裸眼三维显示系统是为解决目前在观察三维图像时，需借助辅助设备或由二维的计算机显示屏显示旋转的2D图像来表现3D效果，使其显示没有真正的立体感及不能从多角度观察三维物体的技术问题而设计的。该系统主要由显示器、机电控制模块、显示驱动模块和计算机组成。显示器采用可旋转的LED点阵屏，以设定的速度旋转，屏幕转至每个位置显示不同的图像，该图像实际上是三维图像的“切片”，由于视觉暂留，将图像切片快速连续在三维空间显示，形成具有立体感的三维图像。LED点阵旋转屏幕由机电控制模块驱动及对屏幕位置的检测和反馈；显示驱动模块用于驱动LED点阵屏上的每个像素点；计算机用于输出控制和显示信号。使用该系统，可使显示内容更加直观真实，并可广泛用于灯饰产品、广告显示和教学用具等。
文档编号H04N13/00GK102447935SQ201110352558
公开日2012年5月9日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者刘晓波, 白彦, 艾延廷 申请人:沈阳航空航天大学