3D投影展示平臺設(shè)計

許金鋼+牛珊珊+唐曉偉+張?zhí)煊?/p>

摘要：針對現(xiàn)如今觀看3D電影必須佩戴3D眼鏡的問題，文章設(shè)計了裸眼3D投影展示平臺。3D投影展示平臺利用光的反射原理，使影像以豎直狀態(tài)反射到3D投影儀的中心，以達(dá)到將圖片立體展示的效果。測試驗證該設(shè)計可較好地實現(xiàn)3D投影，且傳輸延遲控制在0.3s內(nèi)。

關(guān)鍵詞：3D全息投影；3D眼鏡；光的反射

當(dāng)今顯示技術(shù)不斷革新，3D成像應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，人們對成像效果提出了更高的需求。而現(xiàn)階段觀看3D電影大多需佩戴觀影設(shè)備實現(xiàn)。為了解決這一問題，本設(shè)計以光的反射原理為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)據(jù)通信，文件讀取，圖片掃描等技術(shù)，設(shè)計并開發(fā)出了無須佩戴3D眼鏡的3D投影展示平臺，對3D投影的發(fā)展具有重要意義。

1 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計

依據(jù)光的反射原理，45°的鏡面會把水平的光源反射成豎直的，使光線平行進(jìn)入視野范圍，當(dāng)人的眼球接收到光線刺激時，大腦無法追蹤到光線來源，便會產(chǎn)生視覺停留效應(yīng)，從而認(rèn)為看見的影像是從前方懸空處出現(xiàn)的。3D投影展示平臺利用這一原理，以STM32單片機(jī)為核心處理器，從機(jī)的讀卡模塊通過fatfs文件系統(tǒng)搜尋IF卡內(nèi)影像文件，同時將文件路徑、名稱等信息通過IIC通信模塊打包發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)接收并顯示到觸摸屏上。用戶觸屏發(fā)送播放命令，從機(jī)收到指令后對播放文件進(jìn)行解碼，將解碼后的圖像顯示在從機(jī)薄膜晶體管（ThinFilmTransistor，TFT）屏幕上，圖像經(jīng)全息膜反射到投影儀中央，視覺上產(chǎn)生3D效果。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 STM32最小系統(tǒng)

本設(shè)計選用了STM32F407芯片作為主機(jī)和從機(jī)的控制芯片，該主控芯片一次處理數(shù)據(jù)寬度高達(dá)32位，具有256kRAM，1MROM，主頻高達(dá)168MHz，相對于51系列的單片機(jī)它處理數(shù)據(jù)更加高速，低功耗，掃描速度更快。作為控制系統(tǒng)的核心主要負(fù)責(zé)媒體信息的解析傳送與人機(jī)交互的指令處理。

2.2 復(fù)位電路

由于STM32是低電平復(fù)位，所以3D投影展示平臺的復(fù)位也是低電平復(fù)位的。同時，TFTJLCD的復(fù)位引腳也接在復(fù)位按鈕上，這樣復(fù)位按鈕可對主控芯片和TFT顯示屏同時復(fù)位，提升穩(wěn)定性。

2.3 TFT模塊

本設(shè)計選用TFT屏投放3D影像和控制播放。TFT顯示屏具有亮度好、對比度高、層次感強、顏色鮮艷等特點，是目前最主流的LCD顯示器，廣泛應(yīng)用于電視、手機(jī)、電腦、平板等各種電子產(chǎn)品。TFTLCD模塊采用16位的并行方式與外部連接，讀寫速度是8位總線的兩倍。主機(jī)采用4.7寸觸摸屏，用于實現(xiàn)人機(jī)交互；從機(jī)采用7寸顯示屏，用于對存儲的畫面進(jìn)行投影。

2.4 TF卡模塊

TF卡即microSD卡，是一種超小型卡（11mmX15mmXlmm），約為SD卡的1/4，可以算目前最小的儲存卡了。主要應(yīng)用于移動電話中。它也能通過SD轉(zhuǎn)接卡在SD卡槽中使用。TF卡有串行外設(shè)接口（SerialPeripheralInterface，SPI）和安全數(shù)字輸入輸出卡（SecureDigitalInputandOutputCard，SDIO）兩種通信方式，與SPI方式相比，SDIO方式傳輸速度更快，故采用4位SDIO方式驅(qū)動，理論上最大速度可達(dá)到12MB/S。本系統(tǒng)中該模塊配合FATFS文件系統(tǒng)存儲待展示的影像數(shù)據(jù)。

2.5 IIC通信模塊

主從機(jī)采用IIC通信方式，主要用于主從機(jī)之間交換信息。3D全息投影的主機(jī)方面，接收從機(jī)發(fā)送的文件路徑信息，可以通過觸摸屏控制從機(jī)播放影像。從機(jī)方面，發(fā)送文件列表信息給主機(jī)，同時接收主機(jī)指令，識別后響應(yīng)。

2.6 3D投影儀

為了使展示效果更佳，投影設(shè)備采用進(jìn)口黑色全息膜，用來反射從機(jī)顯示屏的影像。黑色全息膜對環(huán)境適應(yīng)能力較強，即使在高亮的情況下，經(jīng)其反射得到的影像依然清新細(xì)膩有質(zhì)感。

3 軟件部分

3.1 主機(jī)程序設(shè)計

本設(shè)計采用雙機(jī)通信系統(tǒng)，主機(jī)對從機(jī)發(fā)送過來的文件信息進(jìn)行識別，將解析結(jié)果顯示到主機(jī)觸摸顯示屏上。

定義多種文件類型，方便操作者調(diào)整查看。按下主機(jī)屏幕的操作界面時，主機(jī)會發(fā)送指令給從機(jī)。主機(jī)程序流程如圖1所示。

3.2 從機(jī)程序設(shè)計

從機(jī)讀取TF卡數(shù)據(jù)，并將文件列表數(shù)據(jù)通過IIC協(xié)議發(fā)送給主機(jī)識別。同時等待主機(jī)的指令進(jìn)行投影，并可實時調(diào)整投影內(nèi)容。從機(jī)流程如圖2所示。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)完成了3D投影平臺的硬件和軟件設(shè)計，能夠立體

播放儲存卡中的圖片和視頻，且將播放延遲控制在0.3s內(nèi)。本設(shè)計可被廣泛應(yīng)用于發(fā)布會，藏品展覽等場合，使用戶無需佩戴其他設(shè)備即可近距離欣賞3D成像效果。

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