基于A(yíng)VR單片機的自由立體顯示背光控制系統

摘要：為實(shí)現立體顯示，設計并實(shí)現了基于單片機的LED背光控制系統。該系統采用單片機ATmega128為控制處理器，加以外圍電路，利用RS 232接口實(shí)現與PC機人眼跟蹤模塊的實(shí)時(shí)通信。同時(shí)，充分利用下位機資源，在單片機上實(shí)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(guān)鍵詞：自由立體顯示；LED；ATmega128；RS 232；Kalman濾波

0 引言
人眼視覺(jué)是立體的，立體的視覺(jué)帶給人類(lèi)的不僅僅是可以判斷觀(guān)看對象的空間狀態(tài)，它和顏色一起，使這個(gè)世界更加豐富多彩、變化萬(wàn)千。2010年伊始，隨著(zhù)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(shù)成為各界關(guān)注的焦點(diǎn)。三菱、索尼、LG、三星等各大顯示器廠(chǎng)商相繼推出自己的立體電視，并寄希望于立體電視市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)。
立體顯示技術(shù)經(jīng)歷了多年的發(fā)展，無(wú)論在顯示質(zhì)量，還是實(shí)現方法上都有了很大的進(jìn)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。其中，以L(fǎng)CD為基礎，基于視差的立體顯示技術(shù)由于技術(shù)成熟且實(shí)現工藝不復雜，成為最有可能實(shí)現商業(yè)化的熱門(mén)技術(shù)之一。基于AVR單片機的自由立體顯示系統正是在這一技術(shù)的基礎上，利用特殊的光學(xué)部件和LED照明陣列實(shí)現的。
Kalman濾波是一種線(xiàn)性最小方差估計，算法采用遞推形式在時(shí)域內濾波，數據存儲量小，預測精度高，適用于對多維隨機過(guò)程進(jìn)行估計，這個(gè)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(lái)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(guān)察序列中得到關(guān)于物體位置的好的估計。在自由立體顯示系統中，單片機在進(jìn)行電路控制的同時(shí)還對人眼位置信息進(jìn)行Kalman濾波和預測。

1 系統的工作原理及總體方案設計
1．1 立體顯示的實(shí)現原理
視差立體的實(shí)現原理是將一對立體圖像分別送入人的左右眼睛，經(jīng)過(guò)大腦融合后就可以產(chǎn)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(xué)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LED背光源只能分別照亮LCD屏幕的奇數行或偶數行，如圖1所示。同時(shí)，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行或偶數行的可視區域，如圖2所示。當觀(guān)察者在屏幕前自由移動(dòng)的時(shí)候，通過(guò)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(diǎn)亮，保證始終提供正確的可視區域，實(shí)現自由立體顯示。