基于AVR單片機(jī)的自由立體顯示背光控制系統(tǒng)

摘要：為實(shí)現(xiàn)立體顯示，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的LED背光控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用單片機(jī)ATmega128為控制處理器，加以外圍電路，利用RS 232接口實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)人眼跟蹤模塊的實(shí)時(shí)通信。同時(shí)，充分利用下位機(jī)資源，在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)Kalman濾波，提高人眼定位精度，并利用Kalman預(yù)測(cè)，將跟蹤速率提高一倍，有效減輕了顯示器的閃爍現(xiàn)象。
關(guān)鍵詞：自由立體顯示；LED；ATmega128；RS 232；Kalman濾波

0 引言
人眼視覺是立體的，立體的視覺帶給人類的不僅僅是可以判斷觀看對(duì)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、變化萬千。2010年伊始，隨著立體電影《阿凡達(dá)》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)的開發(fā)。
立體顯示技術(shù)經(jīng)歷了多年的發(fā)展，無論在顯示質(zhì)量，還是實(shí)現(xiàn)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LCD為基礎(chǔ)，基于視差的立體顯示技術(shù)由于技術(shù)成熟且實(shí)現(xiàn)工藝不復(fù)雜，成為最有可能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的熱門技術(shù)之一。基于AVR單片機(jī)的自由立體顯示系統(tǒng)正是在這一技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用特殊的光學(xué)部件和LED照明陣列實(shí)現(xiàn)的。
Kalman濾波是一種線性最小方差估計(jì)，算法采用遞推形式在時(shí)域內(nèi)濾波，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小，預(yù)測(cè)精度高，適用于對(duì)多維隨機(jī)過程進(jìn)行估計(jì)，這個(gè)估計(jì)可以是對(duì)當(dāng)前目標(biāo)位置的估計(jì)(濾波)，也可以是對(duì)于將來位置的估計(jì)(預(yù)測(cè))。常用于從一組有限的，包含噪聲的，對(duì)物體位置的觀察序列中得到關(guān)于物體位置的好的估計(jì)。在自由立體顯示系統(tǒng)中，單片機(jī)在進(jìn)行電路控制的同時(shí)還對(duì)人眼位置信息進(jìn)行Kalman濾波和預(yù)測(cè)。

1 系統(tǒng)的工作原理及總體方案設(shè)計(jì)
1．1 立體顯示的實(shí)現(xiàn)原理
視差立體的實(shí)現(xiàn)原理是將一對(duì)立體圖像分別送入人的左右眼睛，經(jīng)過大腦融合后就可以產(chǎn)生立體效果。根據(jù)這一原理，設(shè)計(jì)了一款立體顯示器，17寸LCD的奇數(shù)行和偶數(shù)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(shù)行或偶數(shù)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(shù)行或偶數(shù)行的可視區(qū)域，如圖2所示。當(dāng)觀察者在屏幕前自由移動(dòng)的時(shí)候，通過攝像頭探測(cè)到人眼的位置信息，用單片機(jī)控制LED照明陣列在適當(dāng)?shù)牡胤近c(diǎn)亮，保證始終提供正確的可視區(qū)域，實(shí)現(xiàn)自由立體顯示。