3D投影展示平台设计

    许金钢+牛珊珊+唐晓伟+张天宇

    

    

    摘要：针对现如今观看3D电影必须佩戴3D眼镜的问题，文章设计了裸眼3D投影展示平台。3D投影展示平台利用光的反射原理，使影像以竖直状态反射到3D投影仪的中心，以达到将图片立体展示的效果。测试验证该设计可较好地实现3D投影，且传输延迟控制在0.3s内。

    关键词：3D全息投影；3D眼镜；光的反射

    当今显示技术不断革新，3D成像应用领域日益扩大，人们对成像效果提出了更高的需求。而现阶段观看3D电影大多需佩戴观影设备实现。为了解决这一问题，本设计以光的反射原理为基础，结合数据通信，文件读取，图片扫描等技术，设计并开发出了无须佩戴3D眼镜的3D投影展示平台，对3D投影的发展具有重要意义。

    1 系统的总体方案设计

    依据光的反射原理，45°的镜面会把水平的光源反射成竖直的，使光线平行进入视野范围，当人的眼球接收到光线刺激时，大脑无法追踪到光线来源，便会产生视觉停留效应，从而认为看见的影像是从前方悬空处出现的。3D投影展示平台利用这一原理，以STM32单片机为核心处理器，从机的读卡模块通过fatfs文件系统搜寻IF卡内影像文件，同时将文件路径、名称等信息通过IIC通信模块打包发送给主机，主机接收并显示到触摸屏上。用户触屏发送播放命令，从机收到指令后对播放文件进行解码，将解码后的图像显示在从机薄膜晶体管（ThinFilmTransistor，TFT）屏幕上，图像经全息膜反射到投影仪中央，视觉上产生3D效果。

    2 系统的硬件设计

    2.1 STM32最小系统

    本设计选用了STM32F407芯片作为主机和從机的控制芯片，该主控芯片一次处理数据宽度高达32位，具有256kRAM，1MROM，主频高达168MHz，相对于51系列的单片机它处理数据更加高速，低功耗，扫描速度更快。作为控制系统的核心主要负责媒体信息的解析传送与人机交互的指令处理。

    2.2 复位电路

    由于STM32是低电平复位，所以3D投影展示平台的复位也是低电平复位的。同时，TFTJLCD的复位引脚也接在复位按钮上，这样复位按钮可对主控芯片和TFT显示屏同时复位，提升稳定性。

    2.3 TFT模块

    本设计选用TFT屏投放3D影像和控制播放。TFT显示屏具有亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳等特点，是目前最主流的LCD显示器，广泛应用于电视、手机、电脑、平板等各种电子产品。TFTLCD模块采用16位的并行方式与外部连接，读写速度是8位总线的两倍。主机采用4.7寸触摸屏，用于实现人机交互；从机采用7寸显示屏，用于对存储的画面进行投影。

    2.4 TF卡模块

    TF卡即microSD卡，是一种超小型卡（11mmX15mmXlmm），约为SD卡的1/4，可以算目前最小的储存卡了。主要应用于移动电话中。它也能通过SD转接卡在SD卡槽中使用。TF卡有串行外设接口（SerialPeripheralInterface，SPI）和安全数字输入输出卡（SecureDigitalInputandOutputCard，SDIO）两种通信方式，与SPI方式相比，SDIO方式传输速度更快，故采用4位SDIO方式驱动，理论上最大速度可达到12MB/S。本系统中该模块配合FATFS文件系统存储待展示的影像数据。

    2.5 IIC通信模块

    主从机采用IIC通信方式，主要用于主从机之间交换信息。3D全息投影的主机方面，接收从机发送的文件路径信息，可以通过触摸屏控制从机播放影像。从机方面，发送文件列表信息给主机，同时接收主机指令，识别后响应。

    2.6 3D投影仪

    为了使展示效果更佳，投影设备采用进口黑色全息膜，用来反射从机显示屏的影像。黑色全息膜对环境适应能力较强，即使在高亮的情况下，经其反射得到的影像依然清新细腻有质感。

    3 软件部分

    3.1 主机程序设计

    本设计采用双机通信系统，主机对从机发送过来的文件信息进行识别，将解析结果显示到主机触摸显示屏上。

    定义多种文件类型，方便操作者调整查看。按下主机屏幕的操作界面时，主机会发送指令给从机。主机程序流程如图1所示。

    3.2 从机程序设计

    从机读取TF卡数据，并将文件列表数据通过IIC协议发送给主机识别。同时等待主机的指令进行投影，并可实时调整投影内容。从机流程如图2所示。

    4 结语

    本系统完成了3D投影平台的硬件和软件设计，能够立体

    播放储存卡中的图片和视频，且将播放延迟控制在0.3s内。本设计可被广泛应用于发布会，藏品展览等场合，使用户无需佩戴其他设备即可近距离欣赏3D成像效果。

    [参考文献]

    [1]拜晓慧，万琳，任亚萍，等.利用反射全息实现计算全息三维显示[J].光子学报，2012（5）：591-595.

    [2]马忠梅.基于STM32的显示系统设计[M].3版.北京：电子工业出版社，2013.

    [3]俞伟，徐宁仪，罗飞，等.IIC总线控制器IP核设计[J]世界科技研究与发展，2005（1）：18-22.

    [4]刘黎明，史进，刘慧环.用89C51和8254—2实现步进式PWM输出[J].单片机与嵌入式系统应用，2002（10）：27-29.