CN101673495A - 角运动成像系统及其实现显示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种角运动成像系统，包括用于接收并处理所要显示图像信息的图像处理单元及安装于车轮上的图像显示单元。所述的图像显示单元包括，无线数传电路，变速角运动成像单元，角运动检测电路，控制电路，车轮电源供电系统，电源变换系统。本发明能够用较少的元件，显示较大的动态全彩色图像，角运动的变化不影响图像的显示，且图像可显示温度、湿度、时间等，应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及一种成像系统及其方法，特别是涉及一种角运动成像系统及其方法。
背景技术
视觉暂留现象是指物体在快速运动时，当人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像0.1-0.4秒左右的图像。专利号为200510100156.8该发明公开了一种视觉暂留显示系统及其实现显示的方法。该显示系统包括PC机、移动控制平台和显示屏部分。显示方法是：在PC机中把要显示的文字或图形转换为数字信号；数字信号通过有线或无线方式传输到显示屏部分，显示屏部分的单片机控制电路控制各LED的亮灭状态；驱动机构驱动整列LED旋转或摆动，从而利用人眼视觉暂留特性形成环型或平面型的显示屏幕。根据需要可随时变更显示内容。该发明为显示方式为面运动，对运动速度要求非常苛刻，必须保持匀速运动，且显示为单一颜色，图案无法达到全彩色效果。
发明内容
本发明的目的在于改进上述现有技术中的不足而提供一种角运动成像系统及其方法。本发明发光物的运动方式为可变运动方式，以解决以往对运动加以匀速控制才能显示图像的方式，能够适用于更多的场合。
本发明的目的通过以下措施来实现：
一种角运动成像系统，包括用于接收并处理所要显示图像信息的图像处理单元及安装于车轮上的图像显示单元，所述的图像显示单元包括：
无线数传电路，接收并发送所述图像处理单元的图像信息；
可变速发光部件，用于可转动显示所述图像信息；
图像驱动电路，与所述可变速发光部件相连，驱动所述可变速发光部件工作；
角运动检测电路，与所述可变速发光部件相连，用于测量可变速发光部件循环周期时间；
控制电路，与所述角运动检测电路相连，用于检测角运动检测电路传输的信号，计算所述可变速发光部件转动一周的时间，存储所述图像信息；
车轮电源供电系统，用于给所述的可变速发光部件供电；
电源变换系统，用于给图像驱动电路、角运动检测电路、控制电路供电。
一种角运动成像系统实现显示的方法，为：
1)图像处理单元对所要显示的图像信息进行处理；
2)无线数传电路接收图像处理单元传送来的图像并将其送给控制电路；
3)角运动检测电路计算图像显示的起始位置，计算运动周期；
4)车轮电源供电系统驱动可变速发光部件显示图像；
5)可变速发光部件对处理后的图像信息进行显示。
本发明的优点在于：
本发明能够用较少的元件，显示较大的动态全彩色图像，角运动的变化不影响图像的显示，且图像显示温度，应用范围广。
本发明工作原理：利用人眼睛0.05-0.2秒的视觉暂留，使单排LED成角运动，从而行成扇形视觉暂留效果，当提高角运动速度时就会形成整幅图像。
附图说明
图1为本发明的原理结构图；
图2为图像处理单元中的数据转换表；
图3为DM163驱动LED的串行数据编码示意图；
图4为DM163驱动电路原理图；
图5为角运动检测原理示意图；
图6为图像处理程序流程图；
图7为图像显示程序流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的硬件包括图像处理单元，图像显示单元。当图像信息通过传输电路传送给显示单元后，不能直接显示，需要图像处理单元将并行存储的图像数据转换为串行存储的数据。如图2所示，在ROM2000H地址空间存储了一个8bit信息，依照从低到高转换到RAM200H开始的8个字节里即RAM200H-207H的“0”bit位。经过这样转置之后的数据，通过MCU的写指令，将200H至207H写入并口，在某一管脚既形成串行数据供显示单元显示。RAM里的bit7位定义为脉冲输出，bit6位定义为写方式控制，bit5位定义为数据锁存控制位。bit5-7位均送给显示单元控制操作。余下的bit0-4位可同时驱动显示单元。
图像显示单元包括可变速发光部件、无线数传电路，图像驱动电路，角运动检测电路，控制电路，电源变换系统，车轮电源供电系统。
1.可变速发光部件，采用将汽车车轮的辐条上安装按规则排列的LED发光器件。由于LED是安装在轮子上，而轮子又是高速旋转的，必须保证图像不随着轮子转动而转动才可以清晰的显示出图像。此处车轮采用3根辐条，每个辐条上的LED灯为45个，将整个车轮的一周分为180份，对应着把图像分为180份，即180个扇区，车轮旋转时，车轮不断变化的辐条位置代表着不同的扇区。轮子转动起来，按照预先编好的程序，每一扇区内LED显示规定的颜色及亮度，观测者就能看到整幅静止不动的画面。如果将多个整幅静止不动的图像连续起来播放，就能看到连续的图像甚至一整套电影。
为了提高图像精度的分辨率，还可以采用增加LED、扇区数量或者两者同时增加的方法。经实践验证，单排LED为45个时，分为180扇比较合适；当LED增加到90个时，分为360扇较为合适。这种分配方式基本保证了每一个像素基本为点状，而不是线状。本系统采用的是将80个全彩色LED并排排成一排，整幅图像分为360扇，整幅图像的像素共有80*360＝28800个像素点，全彩色LED采用金立翔科技有限公司生产的GMF-2K1C0C-23SMT-LED，封装尺寸为2.4*2.7mm，120DEG全彩防水。
2.无线数传电路，采用的是蓝牙、WiFi、红外线等传输模块接收来自图像处理模块的图像信号，并将其传输给控制电路。
3.图像驱动电路，采用DM163芯片，1片DM163只能驱动8个全彩LED，本发明采用80个全彩色LED，所以需要10片DM163串联驱动，图3为10片DM163驱动80个全彩LED的串行数据编码示意图。图4为DM163电路原理图。DCK管脚为DM163的时钟输入，接MCU的脉冲输出管脚，即前面定义的bit7位。LAT_B管脚为信号出入模式设置，DM163支持两种信息传递模式，即点校正模式和信息显示模式。点校正模式其信号编码方式为6bit串行数据。如某LED发光效率存在差异，可以先打入6bit点校正信息来调整LED亮度从而在视觉上使全部LED发光效率保持一致。信息显示模式为8bit串行数据，可以使某一支单色LED显示256种亮度(也可以称为灰度)级别。这两种信息输入模式的选择通过LAT_B的高低点平来控制选择。
SELBK管脚的功能为信息锁存控制，其功能是使DM163将串行数据锁存到其内部的GK触发器内。当6bit或者8bit串行数据最后一位传送完毕时SELBK置高电平，使DM163内部的GK触发器触发，使其锁存数据信息，从而控制LED显示亮度。
4.角运动检测电路，用于测量可变速发光部件循环周期时间，由于车轮运动的角速度是随时间变化的而非均速的物体，需要使得每排LED运动到某一扇区都能显示相应扇区的信息。如图5所示为角运动检测电路原理图，本发明在车轮刹车片的上部装有一磁铁，一根辐条的外延处设有一霍尔检测电路作为角运动检测电路，每当车轮转动一周，检测电路检测到磁铁的磁场变化，将此信号作为一个低电平信号发送给控制电路。这样控制电路能通过霍尔元件传递来的信号判断出每周运动时间，同时通过磁铁的位置判断读图像的起始位置，不会使得图像倒立。
5.控制电路，采用的是微型中央处理器。型号选用Microchip Technology公司的16位微处理器DSPIC33FJ128GP202，封装采用QFN-S，Lead Package(MM)-6x6x0.9mm，Body[QFN-S]with 0.40mm Contact Length。处理器检测到霍尔元件传送来的低电平脉冲信号既得到了图像的起始位置，同时启动处理器内部的一个时钟计数器开始计数。当下一个霍尔低电平信号传来时，处理器马上读取时钟数并保存后同时将时钟计数器清零以便下一周计数。这样处理器就得到了轮子转动一周所需的时间，并将相应周期平均分为若干等份，保证每一等份中发光器件按照图片要求显示相应的色彩及灰度。例如预先将一幅图像平均分割为180扇区，处理器只需将该时间除以180即可得到每一扇应该显示的时间系数。这样，从霍尔脉冲到来后处理器驱动DM163显示第一扇图像信息，然后延时一扇显示时间系数，延时完毕后即显示第二扇图像信息，之后继续延时该时间系数。这样周而复始直至显示180扇整复图像显示完毕。
期间如果霍尔中断信息提前到来，说明角速度加快，处理器将停止显示剩余扇区，直接从第一扇从新开始显示，并缩短延时时间系数。如果180扇显示完毕后霍尔脉冲信号某一较短时间内没有到来，说明车轮角速度变慢，处理器将等待直至下一个霍尔脉冲到来，再显示第一扇图像信息，同时相应延长延时时间系数。从而达到正确显示图像的目的。
6.电源变换系统，用于给图像驱动电路、角运动检测电路、控制电路供电。采用的是AOMSD公司的降压DC/DC变换集成电路AOZ1014AI，将直流+12V变换为直流+3.3V。该器件适用电压为4.5V至16V输入，输出电压为3.3伏，可调整为低至0.8V，5A连续输出电流；固定500kHz、PWM操作；内部软启动；逐周期电流限制；短路保护；热关机。
7.车轮电源供电系统，用于将12V直流电源源不断地输送给车轮，本发明采用高耐磨的磷铜片作为受电电枢，通过高耐磨的合金碳刷将12V直流电输送给电枢后再通过压接触点传送给车轮电路。为了增加耐磨性，磷铜片采用的是厚度为2mm的磷铜片。
本发明实现显示的方法为：
1)图像处理单元对所要显示的图像信息进行处理；
2)无线数传电路接收图像处理单元传送来的图像并将其送给控制电路；
3)角运动检测电路计算图像显示的起始位置，计算运动周期；
4)车轮电源供电系统驱动可变速发光部件显示图像；
5)可变速发光部件对处理后的图像信息进行显示。
图6为图像处理流程示意图，图像处理单元对所要显示图像信息进行处理时的步骤为：
1)图像裁减模块将图像信息按照车轮形状进行裁剪；
2)像素数据提取模块将裁减好的图相信息按照360扇区，每扇区80个像素点的规定格式进行像素提取，把每个像素提取成8bit*8bit*8bit的红绿蓝三基色二进制编码；
3)转置格式预处理模块将已经编制好的二进制编码按照车轮辐条数进行预处理，根据车轮辐条数把图像信息分为相应的份数，确定每个辐条显示图像的起始扇区。例如车轮有3个辐条，则将车轮的一周360度平均分成3份，每份相差120度，即第一扇为第一辐条显示起点，第二条辐条起点为120度，第三条辐条起点为240度；同理，如果是四条辐条，则把360度平均分为4份，四条辐条的起点依次为1度，90度，180度，270度。
4)对图像信息的数据进行格式变换，将并行数据转置成串行数据；
5)采用中断模式将图像信息传送到可变速发光部件，车轮旋转时不断变化的辐条位置代表着不同的扇区，每扇图像信息依次在其相对应的扇区上显示。
图7为图像显示程序流程图，由于DM163器件接收数据能力的限制，其串行数据最大支持20M的频率，而传送1920bit最短也需要96us(微秒)。一般的轿车车轮周长为2米左右，本系统最高设计时速为200公里，达到最高时速时车轮转动一周的时间为36ms(毫秒)。而这36ms中要显示360个扇区，每个扇区只有100us的时间。显然系统将全部时间用于传送数据了，而显示延时的时间几乎没有。
为了解决这个问题，我们设计为超过100公里时速时。系统自动改变显示模式，变更为“隔扇显示模式”。即当时速高于100公里时，周长2米的车轮转动一周需要72ms，每扇时间为200us，传送数据需要96us，显示只有104us的时间，这样就会使系统稳定度大大降低。如果速度再提高，情况会更加恶化。显然MCU和显示驱动电路工作不过来。
考虑到高速运转的车轮其运动势能很大，相邻2周的运动变化相对很小。我们采用了隔扇显示的方式来减少MCU和DM163显示驱动电路的工作强度。即本周显示1、3、5、7…..即单号扇图像信息。下周显示2、4、6、8…..即双号扇信息。
Claims (8)
1、一种角运动成像系统，其特征在于：包括用于接收并处理所要显示图像信息的图像处理单元及安装于车轮上的图像显示单元，所述的图像显示单元包括：
无线数传电路，接收并发送所述图像处理单元的图像信息；
可变速发光部件，用于可转动显示所述图像信息；
图像驱动电路，与所述可变速发光部件相连，驱动所述可变速发光部件工作；
角运动检测电路，与所述可变速发光部件相连，用于测量可变速发光部件循环周期时间；
控制电路，与所述角运动检测电路相连，用于检测角运动检测电路传输的信号，计算所述可变速发光部件转动一周的时间，存储所述图像信息；
车轮电源供电系统，用于给所述的可变速发光部件供电；
电源变换系统，用于给图像驱动电路、角运动检测电路、控制电路供电。
2、如权利要求1所述的一种角运动成像系统，其特征在于：所述的可变速发光部件为装在至少三组车轮辐条上的LED。
3、如权利要求1所述的一种角运动成像系统，其特征在于：所述的图像驱动电路采用DM163芯片集成。
4、如权利要求1所述的一种角运动成像系统，其特征在于：所述的角运动检测电路为霍尔元件实现。
5、如权利要求1所述的一种角运动成像系统，其特征在于：所述的控制电路采用dsPIC33FJ集成电路。
6、一种如权利要求1所述系统实现显示的方法，其特征在于：
1)图像处理单元对所要显示的图像信息进行处理；
2)无线数传电路接收图像处理单元传送来的图像并将其送给控制电路；
3)角运动检测电路计算图像显示的起始位置，计算运动周期；
4)车轮电源供电系统驱动可变速发光部件显示图像；
5)可变速发光部件对处理后的图像信息进行显示。
7、如权利要求6所述的一种实现显示的方法，其特征在于：所述图像处理单元对所要显示图像信息进行处理时的步骤为：
1)将图像信息按照车轮形状进行裁剪；
2)将裁减好的图相信息按照360扇区，每扇区80个像素点的规定格式进行像素提取，把每个像素提取成8bit*8bit*8bit的红绿蓝三基色二进制编码；
3)已经编制好的二进制编码按照车轮辐条数进行预处理，根据车轮辐条数把图像信息分为相应的份数，确定每个辐条显示图像的起始扇区；
4)对图像信息的数据进行格式变换，将并行数据转置成串行数据；
5)采用中断模式将图像信息传送到可变速发光部件，车轮旋转时不断变化的辐条位置代表着不同的扇区，每扇图像信息依次在其相对应的扇区上显示。
8、如权利要求7所述的一种实现显示的方法，其特征在于：所述的车轮在旋转时，当其车速高于100公里/小时，车轮上扇区显示图像采用隔扇显示方式，即车轮旋转一周时依次显示奇次扇图像信息，下一周依次显示偶次扇图像信息。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: LIU YUEMING Free format text: FORMER OWNER: BEIJING CHUANHETONGSHENG SCIENCE + TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20101229 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100083 ROOM 502, 5/F, NO.36, CHUANGYE MIDDLE ROAD, CHAOYANG DISTRICT, BEIJING TO: 102218 ROOM 1-101, UNIT 1, BUILDING 18, WEST ZONE 2, TIANTONGYUAN, CHANGPING DISTRICT, BEIJING |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20101229 Address after: 102218 room 1, unit 18, building 1-101, two West District, Tiantongyuan, Changping District, Beijing Applicant after: Liu Yueming Address before: 100083, Beijing, Chaoyang District Road No. 36, five, Room 502 Applicant before: Beijing Chuanhetongsheng Science & Technology Co., Ltd. |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100317 |